• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.189-189
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• 2023

최근 이상 기후변화로 인해 환경과 생태계 등 다양한 분야에서 문제들이 발생하고 있다. 특히 하천에서는 유량 부족, 부영양화, 탁수 등 수질 악화 현상이 대두되고 있어 체계적인 하천 수질관리의 필요성이 높아지고 있다. 국내에서는 수질오염총량제도를 통해 BOD, T-P 항목을 대상물질로 수계의 수질을 관리하고 있지만, 오염원이 다양해짐에 따라 다항목의 수질인자를 활용한 평가방안이 필요한 실정이다. 최근 효율적인 하천의 수질관리를 위해 다양한 항목을 고려한 종합적인 수질 평가 방법이 도입되고 있다. 국내외에서는 하천의 종합적인 수질을 평가하고자 CCME WQI, RTWQI, NSFWQI 등의 수질지수(Water Quality Index, WQI)를 개발하여 하천의 복잡한 수질 정보를 점수 및 등급으로 산정하여 하천의 수질을 평가하고 있으나 하천 유역 특성에 따라 주요 영향 인자가 상이하므로 유역 특성에 따른 맞춤형 수질관리가 필요하다. 본 연구에서는 유역 특성별 수질을 평가하기 위해 의사결정나무 기법을 적용한 수질지수를 산정하고자 한다. 군집분석을 통해 비슷한 특징을 가지는 유역을 분류하고, 군집별 특성 및 관계 분석을 통해 유역별 주요 수질인자 도출 및 가중치를 산정하여 군집별 적합한 수질지수를 산정하고자 한다. 이러한 연구를 통해 유역 특성별 수질 관리를 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korean Society of Soil and Groundwater Environment Conference
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• 2003.04a
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• pp.246-249
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• 2003

충북 괴산군-보은군 일대를 따라 발달된 중부 옥천대의 구룡산층과 운교리층 분포지역에서, 기반암에 따른 지하수의 수질특성의 차이를 규명하고자 하였다. 2002년 11월에 18개 지점에서 지하수 시료를 채취하였고, 이를 분석하여 기반암에 따른 지하수의 수질을 분류하였다. 구룡산층 시료와 운교리층 시료 모두 Ca-(HCO$_3$+ CO$_3$) 유형의 수질특성을 보였다. 군집분석의 결과 기반암의 종류에 따라 수질특성이 나됨을 알 수 있었다. 수질 분석결과를 국내 먹는물 수질기준와 비교 하였을때, 질산성 질소 항목만 기준치를 초과하였다. 질산성 질소의 경우, 국내 먹는물 수질기준인 10 mg/L를 초과한 시료는 한 지점이었지만, 인간 활동에 의해 오염된 것으로 여겨지는 2 mg/L이상의 시료는 전체 18개 시료 중 61%인 11개 지점으로 나타나, 이 연구지역에서 인간활동에 의한 질산성 질소의 오염이 진행되고 있음을 추정할 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.482-482
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• 2022

하천의 합류부에서는 수질이 다른 유체가 혼합하여 합류 전과 다른 특성을 보인다. 하천의 합류부에서 수질을 효율적으로 관리하기 위해서는 수질의 공간적인 혼합 특성을 규명하는 것이 중요하다. 합류부에서 수질의 공간적인 혼합 특성을 분석하기 위해 본 연구에서는 토폴로지 데이터 분석(topological data analysis, TDA), 자기 조직화 지도(Self-Organizing Map, SOM), k-평균 알고리즘(K-means clustering algorithm) 세 가지 기법을 이용하였다. 세 가지 기법을 비교하여 어떤 알고리즘이 합류부의 수질 변화 특성을 더 뚜렷하게 나타내는지 분석하였다. 수질 변화 비교 인자들은 pH, chlorophyll, DO, Turbidity 등이 있고, 수질 인자들은 YSI를 활용해 측정하였다. 자료의 측정 지역은 낙동강과 황강이 합류하는 지역이며, 보트에 YSI 장비를 부착하고 횡단하여 측정하였다. 측정한 데이터를 R 프로그램을 통해 세 가지 기법을 적용시켜 수질 변화 비교를 분석한다. 토폴로지 데이터 분석(topological data analysis, TDA)은 거대하고 복잡한 데이터로부터 유의미한 정보를 추출하는 데 사용하고, 자기조직화지도(Self-Organizing Map, SOM) 기법은 차원 축소와 군집화를 동시에 수행한다. k-평균 알고리즘(K-means clustering algorithm) 기법은 주어진 데이터를 k개의 클러스터로 묶는 머신러닝 비지도학습에 속하는 알고리즘이다. 세 가지 방법들의 주목적은 클러스터링이다. 클러스터 분석(Cluster analysis)이란 주어진 데이터들의 특성을 고려해 동일한 성격을 가진 여러 개의 그룹으로 대상을 분류하는 데이터 마이닝의 한 방법이다. 군집화 방법들인 TDA, SOM, K-means를 이용해 합류 지역의 수질 특성들을 클러스터링하여 수질 패턴들을 분석해 하천 수질 오염을 방지할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 토폴로지 데이터 분석(topological data analysis, TDA), 자기조직화지도(Self-Organizing Map, SOM), k-평균 알고리즘(K-means clustering algorithm) 세 가지 기법을 이용하여 합류부에서의 수질 특성을 비교하며 어떤 기법이 합류의 특성을 더욱 뚜렷하게 나타내는지 규명했다. 합류의 특성을 군집화 방법을 이용해 알게 된다면, 합류부의 수질 변화 패턴을 다른 합류 지역에서도 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.143-143
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• 2019

우리나라 자연수역의 수질이 산업활동으로 배출된 오 폐수와 토지 및 가축에의한 하천오염의 심각성 및 보존에 대한 문제가 많은 관심을 받고 있다. 따라서 하천의 수질모델링에 관한 연구가 국내외적으로 진행되고 있다. 하천은 각기다른 특성을 가지고 있는데 데이터 분석을 통하여 유역특성을 연구하고자한다. 황강과 금호강은 낙동강 본류에 큰 영향을 미치는 지류이다. 두 개의 하천은 상류에 댐이 있다는 공통점이 있지만 각각의 유역특성을 가지고 있으며 특성에 따른 수질개선방안이 필요하다고 판단된다. 하천의 수질 모델링은 해당 수계의 오염부하량, 유출량 등 환경요인의 변화에 이에 따른 하천수질 목표지점의 수질변화를 모의함으로써 합리적 접근방법으로 효과적인 수질관리가 가능하도록 만들어준다. QUAL계열 모델 은 수질항목, 수역 특성, 기타 기초 자료의 제공여건 등을 고려하고 있다. 본 연구에서는 이러한 변화 요소와 기여 특성을 반영한 모의와 해석이 최적화된 QUAL-MEV 모델을 이용하였다. 수질개선방안 시나리오에서는 기존의 수질모델링 연구에 데이터 분석을 포함하여 각 인자간의 연관성 및 영향관계를 파악하고 수질개선방안에 있어 원인을 찾아보고자 한다. 부하량위주의 기존 시나리오 구성과 데이터분석 기반의 시나리오를 비교 분석하여 각 시나리오의 장 단점을 비교하여 유역맞춤형 관리방안을 모색하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Society of Soil and Groundwater Environment Conference
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• 2002.09a
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• pp.219-224
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• 2002

충북 청원군 미원면 금관-원룡리 일대를 따라 발달된 화전리층(상층)과 구룡산층 분포지역에서, 기반암에 따른 지하수 및 지표수의 수질특성의 차이를 규명하고자 하였다. 화전리층(상층)지역의 경우 Ca-(HCO$_3$+.CO$_3$) 유형을, 구룡산층 지역의 경우 (Ca,Mg)-SO$_4$ 및 (Ca,Mg)-HCO$_3$ 유형을 보였다. 지하수의 경우, 화전리층(상층) 지역은 주고 탄산염광물의 풍화에 의해, 구룡산층 지역은 주로 규산염광물의 풍화에 의해 수질특성이 결정됨을 보였으며, 이러한 차이는 통계분석 방법으로 확인할 수 있었다. 지표수의 경우, 한 지점을 제외하고는 대부분이 암반 기원으로 도시되어 기반암의 영향이 수질특성을 좌우하고 있음을 보였다. 본 연구의 결과는, 지하수ㆍ지표수 각각의 수질 특성이 지역적인 기반암 종류에 따름을 확인시켜주는 바, 국가적인 수질관리정책은 지역적인 지질매체의 차이를 고려하면서 수립 ㆍ시행되어야 함을 보여준다.

• Proceedings of the Korean Society of Soil and Groundwater Environment Conference
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• 2004.04a
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• pp.482-486
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• 2004

울산지역 수질특성에 관하여 연구하기 위해 228개 지점에서 수질성분 25개 항목을 분석하였다. 그 성분중 지하수 음용수 9개 수질성분(pH, EC, TDS, Cl, Mn, NO$_3$, SO$_4$, F, Fe)에 관해 수질분포특성 및 오염도를 나타내기 위해 모수적 통계기법인 정규크리깅과 비모수적 통계기법인 지시크리깅 기법을 적용하였다. OK와 IK의 성분별 베리오그램 분석한 결과 OK의 경우 모든 수질성분은 구상형모델(Spherical model)로 선정되었으며, IK의 경우 pH, TDS, SO$_4$, Cl, Mn, F, Fe 성분은 구상형모델로, EC는 지수형모델로, NO$_3$는 선형모델로 선정되었다. 그 결과 정규크리깅의 경우 연구지역의 수질특성을 정량적 분포특성이 잘 나타났다. 특히 태화강, 인접한 남구일원과 중구일원, 북구의 북서 일원 그리고 동구의 방어동일원에서 수질성분 9개 성분들이 다소 높게 나타났다. 특히 EC, TDS 그리고 Cl$^{-}$ NO$_3$ 성분이 높게 나타났다. 그리고 지시크리깅의 경우 정규크리깅과 비교하여 이상치가 크게 영향을 미칠 수 있는 통계학적인 오류를 보완하여 분석한 결과 울산지역 9개 성분 오염도는 EC>TDS>NO$_3$>pH>Fe>Mn>Cl>SO$_4$>F 순으로 오염특성이 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.170-170
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• 2022

최근 기후변화 및 환경변화로 인해 하천으로 유입되는 오염물질의 변화로 하천 오염원의 다양화가 발생되고 있다. 국내에서는 BOD, T-P 항목으로 수질을 관리하고 있으나, 중·소하천에서는 다양한 오염원의 영향이 나타나 BOD, T-P 항목의 관리는 한계가 발생한다. 따라서 수질오염 영향인자들을 고려한 하천의 종합적인 수질 평가 기법의 도입이 필요한 실정이다. 특히, 한강 유역의 경기도 지역은 인구밀도 및 불투수면적이 높고 중소하천의 분포가 넓은 유역으로 다항목 수질의 종합적인 평가가 필요하다. 국내·외에서는 하천의 종합적인 수질을 평가하고자 수질지수(Water Quality Index, WQI)를 점수 및 등급으로 산정하여 하천의 수질을 평가하였다. 수질지수는 평가 목적 및 계산 방법, 평가되는 수질 항목, 등급 체계의 차이로 다양한 종류의 수질지수가 개발되었다. 국내에서는 통계분석과 수질지수를 활용하여 하천의 시공간적 변화를 파악하고 하천 생활환경기준과 비교를 통해 수질지수의 적용성을 검토하는 효율적인 수질관리에 대해 연구 되고 있다. 국외에서는 주요 오염원 및 영향인자를 식별하기 위해 수질지수를 활용하여 하천의 수질 변화를 평가하였다. 하천의 주요 영향인자는 유역특성에 따른 차이가 발생하여 유역 특성에 적합한 수질지수를 활용한 맞춤형 수질관리가 필요하다. 본 연구에서는 도시하천의 효율적인 수질관리에 기여하고자 유역 특성을 반영한 수질지수를 활용하여 도시하천의 종합적인 수질을 평가하고자 한다. 군집분석을 활용하여 도시 유형을 분류하고 요인분석으로 도시하천의 수질 인자별 관계성을 도출하여 유역의 도시 현황별 영향인자를 파악하고자 한다. CCME WQI, NSFWQI 등 기존 국내·외에서 개발된 수질지수를 도시하천의 주요 영향인자로 산정하여 도시하천의 종합적인 수질을 평가하고자 한다. 산정된 수질지수의 점수 및 등급과 하천 생활환경기준의 적용성을 검증하여 도시하천에서 발생되는 수질오염 관리 및 대응의 의사결정 도구로서 활용될 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korean Environmental Sciences Society Conference
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• 2003.05a
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• pp.225-226
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• 2003

육상으로부터 유입되는 오염부하와 그로 인한 제주항의 해양수질 환경특성을 조사한 결과는 다음과 같다. 제주항의 수질특성을 각 항목별로 보면, 용존산소(DO)의 농도분포는 평균 7.3 mg/L의 범위를 나타내었고, 그리고 COD의 농도분포는 평균 2.2 mg/L로 대상해역의 대부분이 III등급 해역에 속하였으며 해역의 부영양화에 관계되는 영양염인 DIN과 DIP는 각각 평균 12.20 ${\mu}g$-at/L와 평균 1.18 ${\mu}g$-at/L로 2001년 개정 전 해역수질환경기준인 농도와 비교해 보면 평균농도에서 III등급을 초과하는 것을 알 수 있었다. 산지천의 수질특성을 보면 용존산소(DO)는 평균값은 7.4 mg/L로 하천수질기준 II등급에 해당되었으며 BOD의 경우는 평균값으로는 3.4 mg/L를 보여 하천수질기준 III등급에 해당되었다. 그리고 DIN과 DIP의 경우는 각각 4.696~5.410 mg/L와 0.306~0.332 mg/L의 범위를 보여 각각의 평균값은 5.110 mg/L과 0.315 mg/L였다. 산지천의 하천 유입부하량을 산정한 값을 보면 COD의 경우는 0.30 ton/day의 값을 보였고 DIN과 DIP의 부하량은 각각 300.0 kg/day와 18.0 kg/day의 값을 보였다. 이상에서 조사된 제주항의 수질특성과 산지천 유입부하량은 제주항의 수질관리를 위한 물질순환모델을 적용할 때 기초입력자료로 제공될 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.238-238
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• 2023

최근 이상기후현상으로 홍수와 가뭄의 발생 빈도 증가 및 하천유지유량 부족 등 하천에서 유량 변동이 크게 나타나고 하천 환경 변화에 따른 수질오염, 갈수기 수질악화 등 하천에서 다양한 문제들이 발생하고 있다. 수질은 매개변수별 기준 농도와 측정 농도를 비교하여 평가하지만 직독식 측정 항목과 실험실 분석 항목 및 미측정 항목을 포함하기 때문에 수질 상태를 정확하게 나타내기 어렵다. 물리적, 화학적 및 생물학적 특성의 매개변수를 분석하여 수질을 평가하지만, 복잡한 수질 데이터를 단순하고 논리적으로 수질을 요약하기 위해 단일 값으로 매개변수를 통합한 수질지수가 개발되었다. 다양한 국가 및 기관에서 개발된 수질지수는 방법론, 최종산출 방법의 차이로 동일한 지점 및 기간에서 측정되는 자료를 각각의 수질지수 방법론을 적용하였을 때 상이한 점수 및 등급이 발생하여 유역 특성에 적절한 수질지수를 활용하는 것이 필요하며, 유량 변동이 고려되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 기존의 수질지수 산정 매개변수를 유역 특성 및 관리기준을 고려하여 매개변수를 수정하고 매개변수별 중요도에 따른 가중치를 재산정하고 유량 인자를 추가하여 복합적인 하천 수질을 종합적으로 평가하고자 한다. 또한, 물리모형과 데이터 모형을 활용하여 기후변화에 따른 수질 변동 평가를 통해 수문학적 변화가 하천 수질에 미치는 영향을 평가하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.452-452
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• 2021

하천 및 호소수역에 대한 수질오염원이 지속적으로 증가하는 경우에는 일반적인 농도규제 방식으로는 수질개선에 한계가 나타난다. 이를 해결하기 위해 목표 수질 한도 내에서 유역 배출원의 오염물질총량 관리를 목적으로 하는 수질오염총량관리제 개념이 도입되어 단위유역 지자체별 배출부하량을 관리하고 있지만, 지역의 오염원 배출 특성을 고려하지 않은 저감계획은 오히려 유역 내 새로운 오염원으로 전락하여 수질 개선 효과가 나타나지 않을 수 있다. 따라서 효율적인 총량 관리를 위해서는 수계 내 오염원 파악이 필수적이다. 본 연구에서는 수질오염총량제 대상 하천인 굴포천의 수질 오염원 분석을 위해 2016년, 2017년 굴포천 유역 토지이용 자료를 활용하여 수질항목과의 상관성을 파악하고 2016년부터 2020년까지 최근 5년 동안 총량측정망을 통해 측정된 유량 및 수질 자료를 이용해 상류, 중류, 하류 각각의 유량-부하량 관계식을 도출하여 지점별 수질 오염원 특성을 분석하였다. 상관분석 결과, 강우 시 밭과 BOD, SS, T-P는 양의 상관성을 보였고, T-N은 강우, 비 강우 시 관계없이 밭, 논에서 높은 양의 상관성을 보였다. 유량-부하량 관계식 도출 결과, 상류의 경우 BOD, COD, T-P, TOC, SS는 유량이 증가함에 따라 농도가 감소하는 특성을 나타내었는데 이는 2019년 4월 이후 오존처리 재이용수 방류에 따른 유량 증가의 영향이라고 사료 된다. 반면 T-N은 유량이 증가함에 따라 농도가 증가하는 특성을 나타내었는데 이는 오존처리 재이용수의 T-N 농도가 하천의 T-N 농도 보다 높아 발생한 것으로 보인다. 중류와 하류의 경우 BOD, COD, T-P, TOC, SS는 유량이 증가함에 따라 농도가 증가하는 특성을 나타내어 강우 시 비점오염원의 영향이 있는 것으로 보인다. 특히, 하류의 경우 유량이 증가함에 따라 수질 농도가 급격히 증가하여 중류에 비해 비점오염원 영향이 더 큰 것으로 나타났다.