• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.91-91
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• 2020

IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) 5차 평가보고서에 의하면 최근 배출 온실가스의 양은 관측 이래 최고 수준이며 온실가스로 인한 기후변화는 인간계와 자연계에 광범위한 영향을 주고 있다고 보고하였다. 기후변화의 영향은 국제적으로 빙하 감소, 사막화, 해수면 상승 등 뚜렷하게 나타나고 있다. 이러한 기후변화에 대응하기 위해 온실가스 완화 정책과 동시에 새로운 기후변화 환경에 적응하는 것이 필요하다. 기후변화 적응이란 현재 나타나고 있거나 미래에 나타날 것으로 예상되는 기후변화의 파급효과와 영향에 대응할 수 있도록 하는 모든 행동이며 이를 위해서는 기후변화 영향분석이 수반되어야 한다. MOTIVE 연구단에서는 기후변화 적응대책 수립의 지원을 목표로 7개 부문(건강, 물관리, 농업, 산림, 생태, 해양, 수산)에서 "한국형 통합평가 모형"을 개발하고 있다. 각 부문에서 개발하는 프로세스 모델은 시스템에 대한 지식을 가진 상황에서 사용하면 신뢰할 수 있는 예측 결과를 얻을 수 있지만, 부문별 통합을 통한 영향 분석 시 타 분야에 대한 지식이 수반되어야 하는 어려움을 가진다. 이를 위해 본 연구에서는 시스템 내의 물리적 프로세스에 대한 요구 없이 입출력 데이터만을 이용하여 결과를 신속하게 추정하는 데이터 모델링(기계학습)을 이용하였다. 데이터 모델링을 위한 데이터는 다양한 자연 현상에 대한 BANPOL(수질 프로세스 모델) 분석을 통한 자료를 이용하여 학습 자료를 구축하였다. 즉, 데이터 모델링은 BANPOL 모델을 대리하는 메타모델이며, 낙동강 표준유역에 대한 유량 및 수질을 높은 상관성으로 추정하였다. 원 모델보다 정확도는 낮을 수 있으나 메타모델의 개발을 통한 웹 시스템을 개발하여 비전문가의 구동 및 신속한 기후 시나리오를 적용할 수 있는 환경을 개발하였다.

• 한국항해항만학회:학술대회논문집
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• 한국항해항만학회 2019년도 춘계학술대회
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• pp.42-44
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• 2019

금회 연구대상지인 진도 해역은 WQI지수 II, III등급 해역으로, 비교적 양호한 수질상태를 유지하고 있다. 최근 대명리조트는 이곳에 대규모 휴양시설을 계획 중에 있으며, 이에 따른 오수의 해양방류는 불가피할 것으로 보인다. 따라서, 오수의 해양방류로 인하여 대상해역의 오염이 우려됨에 따라 최적의 배수시설을 건설하여 수질악화를 방지하고자 한다. 배수시설에 따른 수질영향 예측을 수행하기 위하여 Delft3D-WAQ 모듈을 이용하여 당 해역의 수질특성을 재현 및 예측하였다. 또한, 상기 모델에 의한 모의결과의 정확도를 확인하고 보완하기 위하여 수직 와확산계수의 민감도 분석을 수행하였으며, 이를 통해 신뢰도를 확보하였다. 배수시설의 방류구 이격 거리 및 수층별 방류에 따른 수질변화를 검토한 결과, 해안에서의 이격거리가 멀고 중층에 방류할 경우 가장 효과적인 희석률을 보이는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제35권6호
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• pp.737-751
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• 2002

용담댐 건설 후 방류 유량 및 방류 수질의 변화에 따라 계산된 금강상류의 모의결과를 이용하여 대청호 수질 변화를 예측하였다. 용담댐의 방류수량, 수질 그리고 대청호의 유량 시나리오는 이 은형 등(2002)이 금강의 모의를 위해 사용한 것과 동일하게 보았으며, 각 경우의 결과를 연구기간중의 실측수질과 실측유량을 사용했을 경우의 결과와 비교하였다. 용담호 방류량의 변화는 대청호 입구 수질에 크게 영향을 미치는 것으로 나타났으나, 대청호댐 부근의 수질에는 영향이 상당 부분 완화되어 나타나는 경향을 나타냈다. 이는 BOD, TN 그리고 TP 성분들이 대청호 내부를 이동하면서 분해 또는 침강하여 제거되었기 때문에 나타나는 현상이다. 최대 갈수년을 기준으로 보았을 때, 용담댐의 방류량은 TP 농도 기준으로는 최소 8.9 ㎥/sec 이상을, TN 농도를 기준으로 볼 때는 8.9 $m^3$/sec 이하를 유지하는 것이 바람직할 것으로 예측되었다. 따라서 대청호의 수직에 영향을 미치지 않는 적정 수준의 용담댐 방류량은 8.9 $m^3$/sec 인 것으로 분석된다. 대청호의 수질에 미치는 영향은 갈수년에 특히 분명하게 나타나고 있으며 동시에 용담호의 수질에 따라 크게 다른 양상을 보이고 있다. 즉 용담댐 방류수의 수질이 일정 수준이하를 유지하는 경우에 한해서 용담호의 방류량이 증가함에 따라 대청호의 수질에 개선효과가 나타나는 것으로 분석되고 있다. 본 연구에서는 확보가 가능한 자료와 저자들의 경험에 의해 제작된 시나리오를 근거로 수질예측을 실시하였다. 향후 용담호 및 용담댐 방류수 그리고 금강 상류 및 대청호의 오염원 그리고 수문 및 수리학적 거동에 대한 자료가 보완될 경우 더욱 합리적인 예측이 가능할 것으로 판단된다.

• 대한환경공학회지
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• 제36권1호
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• pp.58-66
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• 2014

도시화 및 산업화 등의 영향으로 인한 도시하천의 수질오염 문제가 사회적 관심의 대상이 되고 있다. 특히, 신도시의 개발로 인하여 유역 내 물순환 특성이 급격하게 변화한다는 사실을 고려할 때, 이에 영향을 받는 도시하천의 장래수질에 대해서도 많은 우려가 제기되고 있다. 그러나 아직 개발이 완료되지 않은 신도시의 장래수질을 정량적으로 예측하는 합리적인 방안은 현 시점까지도 제시되지 못하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 환경부가 장기간의 모니터링 결과에 기반하여 제시한 토지계 지목별 발생부하 원단위를 분포형 강우유출모형인 SWMM (Storm Water Management Model)에 연계 적용함으로써 장래 신도시 내 도시하천의 수질을 거시적으로 예측하는 방법론을 제시하는 한편, 현재 신도시 개발이 진행되고 있는 G 신도시 내 대상유역의 장래수질 예측을 위하여 이를 활용함으로써 그 적용성을 검증하였다. '연단위 유량가중 평균농도 (Y-EMC; Yearly based Event Mean Concentration)' 개념을 도입하여 신도시 개발 이후의 장래수질을 예측한 결과, BOD 18.7 mg/L, T-N 16.2 mg/L 및 T-P 0.85 mg/L로 산정되어 목표수질인 하천생활기준 III등급의 달성이 어려운 것으로 나타났으며, 생활계 배출부하량을 80% 이상 저감시켰을 때 이 기준을 만족할 수 있는 것으로 예측되었다. 본 연구의 결과는 신도시 개발에 따른 장래 토지이용 특성의 변화에 대응하여 도시하천의 수질을 효율적으로 예측 관리하기 위한 기초적인 방법론으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.154-154
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• 2023

수질모니터링은 수자원 보존과 공중 보건에 있어 매우 중요하다. 기후변화로 인한 이상강우와 산업화 등의 이유로 비점오염물질 및 오염원 배출량이 증가하여 하천과 호소에 영양염류가 증가하게 된다. 영얌염류의 증가로 하천에 부영양화 상태가 지속된다면 녹조발생 등으로 인해 생태계에 부정적 영향을 초래하게 된다. 또한 부영양화는 원수의 유기물량 증가로 인해 처리비용 증가, 이취미 문제 등 인간에게도 직접적인 문제를 유발한다. 특히 우리나라의 경우 하천 취수율이 높은 국가이며, 낙동강 중상류 지역에는 산업시설이 과도하게 밀집되어 있어 하천에 오염물질 유입이 되어 부영양화가 된다면 심각한 문제를 유발하게 된다. TN은 부영양화의 중요한 지표다. 우리나라의 TN 측정은 시료 채수 후 실험실에서 수질오염공정 시험기준에 따라 진행이 된다. 실험실 분석은 TN 농도를 분석하는 일반적인 방법이며, 정확한 검출 및 정량화를 목표로 한다. 하지만 이러한 방식은 정교한 장비를 갖춘 전문 실험실 및 전문 인력을 필요로 한다. 환경부에서 주요 하천에 수질측정망을 설치하여 수질현황에 대한 종합적인 조사를 통해 수질변화 추세를 파악하는 것이 가능하지만, 실시간 TN 농도를 감지하는데 매우 제한적이다. 현재 조사방식은 TN 농도 증가로 인한 문제에 대해 초기대응을 하기에는 한계가 있다. 최근 센서의 발전으로 다양한 항목을 신속하고 지속적으로 모니터링 할 수 있게 되었다. TN에 대한 직접적인 센서 모니터링은 불가능 하지만 여러 측정 항목이 TN과 상관관계가 있는 것이 여러 연구에서 입증되었다. 이러한 결과를 바탕으로 본 연구에서는 오염도가 높은 낙동강을 대상으로 TN 예측에 대한 기초 연구를 진행하였다. 과거 측정된 자료를 활용하여 센서로 측정 가능한 항목을 통해 TN 예측을 진행하며, 실제 활용을 위해 회귀식을 도출하고자 한다. 최근 환경부에서 실시간 수질 현황 및 오염도를 파악하기 위해 자동측정망 지점을 늘리는 추세인데, 본 연구의 결과를 활용한다면 실시간 TN 예측에 대한 기초자료 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.297-301
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• 2017

본 연구에서는 새만금유역과 호 내의 복잡한 수체 형상, 유입 및 유출 구조를 반영하는데 적합한 모델을 적용하고 재현성이 검토된 모델 결과를 이용하여 호 내 수질을 모의하였다. 또한 구성한 모형의 결과를 바탕으로 만경강, 동진강의 상류에 위치하고 있는 제수문에서의 방류조건을 가정하여 모의를 수행하였다. 방류조건별 모의 결과, M3, D5지점에서 목표수질을 초과하는 것으로 나타났고 새만금호 상류부인 M3, D3지점은 방류조건에 따른 수질개선효과가 큰 것으로 예측되어 만경강과 동진강의 유입수의 영향이 지배적인 것으로 평가되었다. 전량방류시 영향범위를 거리로 살펴보면 만경강대교에서 새만금호 하류방향으로 약 22 km지점, 동진강대교에서 새만금호 하류방향으로 약 15 km지점까지로 나타났다. 농도변화와 방류조건별 영향범위를 살펴보면, 하류측으로 갈수록 수질개선에 영향을 적게 미치지만, 증가된 방류량에 의해 수질이 개선되어 제수문에서의 방류량 증가는 호 내 수질개선에 기여하는 것으로 판단된다.

• 대한공간정보학회지
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• 제13권1호
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• pp.71-80
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• 2005

사회 환경의 급격한 변화에 따라 하천과 호소의 수질이 극도로 오염되면서 그에 따른 수질문제가 해결해야 할 중대한 사안으로 부각되고 있다. 저수지 오염불질의 저감을 위해서는 정확한 저수질 예측이 필요하며 그에 따른 오염물질 저감대책이 수립되어야 한다. 본 연구의 목적은 전문가시스템과 GIS를 도입하여 저수지 수질정보의 관리, 수질 예측과 수질개선 대책 수립을 위한 의사결정을 지원하는 프로토타입의 지능형 지리정보시스템을 개발하는데 있다. 주연구내용은 시스템 분석 및 설계, 지리정보데이터 수집과 데이터베이스 구축, 저수지 수질정보 수집 및 분석, 저수지 수질예측을 위한 GIS, WASPS 및 전문가시스템의 통합 인터페이스 구축이다.

• 한국농공학회논문집
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• 제52권1호
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• pp.61-68
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• 2010

토지피복은 대부분의 수문 수질 모형의 중요한 매개변수로서, 수자원 변화 예측에 중요한 입력자료로 활용되고 있다. 본 연구에서는 개선된 CA (Cellular Automata)-Markov 기법을 이용하여 충주댐유역의 미래 산림식생변화에 대한 예측을 시도하였다. 예측과정으로 과거의 Landsat TM 영상 (1985, 1990, 1995, 2000)을 이용하여 기법의 정확도 검증 및 산림분포의 변화경향을 파악하고, Landsat 산림은 2000년과 2005년의 NOAA AVHRR NDVI값을 기준으로 침엽수림, 혼효림, 활엽수림의 3종으로 구분한 후, 이를 이용하여 2030년, 2060년, 2090년의 식생변화를 추정하는 방법을 제안하였다. 이 방법의 적용결과, 2000년과 비교하여 2090년의 활엽수림과 혼효림은 각각 14.3 %, 11.6 % 증가하였으며, 침엽수림은 24.9 % 감소하는 것으로 나타났다. 과거의 경향성에 의해 예측을 시도한 본 연구결과는 미래 토지피복 변화에 따른 수문 수질 영향 분석시 지표 조건의 불확실성을 줄이는데 활용될 수 있다고 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.971-971
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• 2012

4대강 살리기 사업으로 인하여 4대강에 대한 전면적인 투자와 공사가 이루어지고 있다. 4대강 사업이 마치게 되면 전국에 많은 수의 대규모 보가 설치되고 설치되어진 보는 각각의 강의 관리에 많은 영향을 미치게 될 것이다. 그러므로 이 4대강 사업으로 조성되는 13억 톤 수자원을 융 복합기술을 이용하여 감시 및 관리를 해야 할 것이다. 이를 위해서 실시간 수질 감시 및 모니터링 시스템의 개발과 그에 따른 센서들의 개발을 통하여 4대강 보 운영관리를 위한 통합관리 시스템개발(Ubiquitous River Management)이 이루어 져야 할 것이다. 그동안 계산 시간의 제약을 받아 오던 3 차원 수리동역학의 모의가 컴퓨터관련 기술의 발달에 따라 계산에 소요되는 시간이 계속 단축되고 있으며 이를 수질예측에 사용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 그에 따라 실시간으로 얻은 데이터를 이용하여 모델링 기법을 통해 예측을 해봄으로써 보 내부에 존재하는 여러 취수원 관리에 적용을 할 수 있을 것이다. 본 연구에는 3차원 수리동역학 모델과 수질모델을 결합한 시스템이 저수지 내의 수리특성, 유사이동 및 탁수 현상을 모의하는데 사용이 가능한지를 알아보는 것을 주목적으로 하고 있다. 본 팔당댐 모의에서는 취수구에 따른 수질변화를 모의하기 위해 3차원모델의 사용이 필요하다. 따라서 본 모의에서는 미국 환경부에서 WASP에 이용하기 위해 수정한 EFDC1(2009, USEPA에서 입수)을 사용하였다. 본 연구에서는 팔당호의 2009년의 수위, 수온, 유량 및 농도의 실측자료를 이용하여 3차원 수리 모델링을 실시하고, 수위, 유사이동 및 탁도 예측 모델링을 실시하였다. 3차원 수리동역학 모델과 취수원의 적용에 적절한 모델을 구축하기 위하여 적당한 평면격자의 개수를 선택하여 선택되어진 평면격자에서 수직격자의 층수를 조절하여 매 층마다 DYE TEST를 하였다. 이는 각각의 유입 하천에서 오염물질이라 가정하고 농도가 유입되었을 때 수리특성에 의해서 연구지역에서의 농도 변화를 파악하여 미리 예측을 하여서 그에 따라 취수원에서의 취수 관리를 가능하게 할 수 있다. 이를 위해서 평면격자에 따라서 수직 층의 개수를 5층부터 40층까지 모의를 하여서 시간 및 이동변화에 따라 알맞은 모델을 구축하였다. 또한 층수마다 Sediment 모의를 통하여 호 내의 SS의 이동을 모의하였다. 이 역시 취수원의 관리를 가능하게 할 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.72-72
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• 2016

최근 발생하고 있는 기후변화로 인하여 하천 및 저수지의 수질문제가 커지고 있다. 특히 여름철 부영양화로 인해 발생하는 녹조현상은 사회적인 문제로 과학적인 수질사고에 대한 예측과 관리가 필요한 실정이다. 수질예보는 정기적으로 하천 및 저수지의 수질을 예측하여 사용자에게 제공하는 분석기법으로 수질현황을 파악하고 수질을 관리하고 의사결정을 하는데 도움을 줄 수 있다. 수질예보에 사용되는 모형은 유역모형, 하천모형, 저수지모형이 있으며, 이중 하천 및 저수지에 주로 적용되고 있는 3차원 수리수질모형의 경우 격자의 개수가 많아 모의시간이 길어지게 되고 이로 인해 일일 수질 예보가 어렵게 된다. 3차원 수리수질모형의 모의속도를 개선하는 방법에는 하드웨어의 성능을 높이는 방법과 병렬화를 이용한 소프트웨어적인 방법이 있다. 이중 하드웨어의 성능을 높이는 방법은 컴퓨터의 사양을 높이는 방법으로 높은 비용이 소요된다. 하지만 병렬화 방법은 컴퓨팅 기술의 발전으로 멀티코어가 대중화가 된 최근에 코드의 적용만으로 모의속도를 향상시킬 수 있다. 본 연구에서 사용된 모형은 서호주대학에서 개발한 3차원 수리 수질모형인 ELCOM-CAEDYM 모형으로 적용된 병렬화 기법은 OpenMP(Open Multi-Processing)방법이다. 기존 직렬 컴퓨팅 방식으로 구성되어 한번에 한 개의 명령어 밖에 처리할 수 없었던 작업방법을 동시에 여러 개의 처리요소를 이용하여 명령을 실행할 수 있게 하는 방식이다. 하지만 CPU의 개수는 제한되어 있으며, Amdahl's law에 따르면 OpenMP방식의 병렬화시 속도개선효과는 95% 병렬화 프로그램에서 최대 CPU 개수의 제한이 없다면 20배 까지 속도향상이 가능하다고 하였다. 본 연구에서는 3차원 수리 수질예측 모형인 ELCOM-CAEDYM에 적용된 병렬화 기법을 적용하는데 있어 최적 CPU사용 개수를 파악 하고자 하였으며, 이를 통해 수질예보시스템을 운영하는데 가장 효율적인 방법을 찾아 적용하고자 하고자 한다.