• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.41-41
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• 2018

하천과 저수지의 수질을 예측하고 관리하는데 수리 수질예측모형이 널리 활용되고 있다. 수질예측모형은 유역이나 수체 내의 오염물질 이동경로나 농도를 수치해석 방법으로 계산하여 사용자가 필요로 하는 지점과 시점에서의 수질자료 생산하는데 활용되고 있다. 수질예측모형은 검 보정을 통해 정확도를 확보하며, 정확도의 확보를 위해서는 높은 수준의 전문성을 필요로 한다. 특히 시행착오법으로 모형을 보정하는 경우 많은 시간과 노력을 필요로 하게 되며, 보정계수를 과대 혹은 과소로 모형에 적용하는 오류를 범하기 쉽고 모델러의 주관이 관여되기 쉽다. 그래서 본 연구에서는 CE-QUAL-W2모형의 조류항목에 대한 모형 보정을 위하여 Chl-a와 남조류세포수에서 주로 활용되고 있는 보정계수에 대한 민감도 분석 결과를 토대로 매개변수별 모의결과 변화율을 산정하였으며, 시기적 경향성을 재현하기 위해 Ensemble-Bagging 기법과 머신 러닝 기법을 적용하여 모형 구동횟수를 최소화 할 수 있는 방법으로 구성하였다. Chl-a를 보정하기 위한 매개변수는 9개를 선정하였으며, 규조류, 남조류, 녹조류에 총 27개 매개 변수를 민감도 분석으로 도출 한 후 예상 변화율 대비 이벤트별 모의치와 실측치 간 %difference가 유사하도록 매개변수를 조정하였다. 또한 각 이벤트 조합의 매개변수 빈도수와 매개변수별 예상변화율, 시기적 조류특성을 고려하여 가중치를 도출하였으며, 1회 보정에 맞춰 Chl-a 모델 실행결과를 %difference로 평가한 후 "good"등급을 만족할 때까지 반복 적용하였다. 남조류세포수의 경우 Chl-a에 맞춰 매개변수 최적화 이후 남조류세포수 농도를 세포수로 환산하기 위한 CACEL에 대해 머신러닝 기법을 적용하였으며, CACEL 추정변화율 회귀식에 따라 평가 한 후 %difference "good"등급 이상을 만족할 때까지 반복 수행하는 방법을 적용하였다. 본 연구에서는 수질예측모형의 정확도를 확보하기 위하여 최적화 기법을 적용하였으며, 이를 통해 모형을 보정하는 과정에서 요구되는 시간과 노력을 줄일 수 있도록 하였으며, Ensemble기법과 머신러닝 기법을 적용하여 모형보정계수 적용에 객관성을 확보할 수 있도록 하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.992-996
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• 2006

2005년부터 홍수기 유입된 탁수를 조기방류함에 있어서 안동댐과의 연계운영을 통한 탁도저감 대책이 수립되었으며, 이와 더불어 하류하천의 탁도관리 시스템 구축이 요구되는 실정이다. 본 연구에서는 이러한 하류하천의 탁도관리를 지원하는 모형을 구축함으로써 안동 및 임하댐의 연계운영을 통한 하류하천 탁도관리방안을 수립하고자 한다. 기본적으로 시간적인 변동이 심한 댐 방류시나리오를 입력자료로 구성하여 탁도자료와 함께 하류하천의 영향거리를 분석하고 자연흐름에 의한 탁도저감을 평가하고자 함이 연구의 골자가 된다. 본 연구에서는 임하 및 안동댐의 호내 탁도분포를 조사하고 하류하천의 지점별 탁도를 측정함과 동시에 동적수질모형인 KoRiv1-win 모형을 사용하여 하류단 탁도를 계산할 수 있도록 구성하였으며 댐직하류 구간에 대해서는 2차원 유한요소 흐름해석 모형인 SMS모형을 사용해서 모의를 수행하였다. 2차원 및 1차원 수리해석 및 수질해석결과를 바탕으로 탁수전파 거리 및 탁도도달 시간을 산정함하고 하류단 탁도저감을 위한 저수지 연계운영에 활용할 수 있도록 하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.1741-1745
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• 2006

본 연구에서는 하천에 유입되는 오염물질 중 대부분을 차지하는 비보존성 오염물질의 확산거동을 예측하기 위해 2차원 수심평균된 이송분산방정식에 유한요소모형을 적용하였다. 수치모형 구성을 위해 Galerkin법을 이용한 가중잔차법을 사용하였으며, 복잡한 하천경계를 보다 정확히 재현할 수 있도록 삼각 및 사각요소망의 혼용이 가능하도록 하였다. 모의대상 수질인자는 BOD, DO, 질소화합물, 인화합물, 수온, pH 및 대장균군수이며, 이 가운데 BOD와 DO는 상호 쌍을 이루는 방정식을 풀어야 하는 특수한 형태이므로 별도로 취급하였다. 순간주입 및 연속주입에 의한 비보존성 오염물질의 확산거동을 모의하였으며, 시간에 따른 민감도를 분석하기 위해 보존성 오염물질의 확산거동과 비교하였다. 해석해를 이용해 순간주입된 오염물질의 오염운을 구하는 식을 유도하고 해석해와 본 연구에서 개발한 수치모형에 의한 수치해를 비교하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.933-936
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• 2006

비점오염원은 특정한 시설이나 장소를 나타내기 보다는 농지에 살포된 비료 및 농약, 대기오염물질 강하물, 축사에서의 유출물, 도로상에 쌓인 교통오염물질, 하수관거에서 유출되는 하수 등으로 강우시 빗물과 함께 유출되는 오염물질로 정의되며, 비점오염물질을 발생시키는 곳은 비점오염원으로 규정하고 있다. 비점오염원은 경제활동수준이 증가하고 토지이용이 고도화될수록 수질에 미치는 영향이 커지게 되며, 점오염원의 부하가 줄어들수록 비점오염원에 의한 부하비율은 증가하게 된다. 따라서 비점오염에 대한 체계적인 관리 없이 하천이나 호소 수질을 개선하는 데는 그 한계가 있다. 또한 체계적인 관리 이전에 적절한 비점오염원의 해석이 무엇보다도 중요하므로 본 연구에서는 적절한 비점오염원 모형 검토를 선행하였다. 가용 자료의 존재 여부 및 해석 시 사용하는 방정식 등을 고려하여 선정한 모형은 USDA-ARS(US Department of Agriculture-the Agricultural Research Service)에서 개발된 SWAT 모형으로 본 연구에 이용되었다. SWAT 모형에 이용되는 자료는 크게 유역자료, 강우자료, 기상자료, 검정에 이용되는 유량 및 오염물질 농도로 분류될 수 있다. 본 모형에 이용되는 광범위한 자료를 수집하여 해석을 수행하였다. 비점오염원 해석의 검보정을 위해 점오염원의 영향이 크지 않은 소유역 유출지점을 선정하여 해석하여 비교적 합리적인 결과를 도출하였다. 차후 연구에서 보다 합리적인 해석을 위해 데이터베이스의 재검토가 절실한 것으로 판단된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.44 no.6
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• pp.477-486
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• 2011

The objective of this study is to investigate the water pollution problems brought about by the construction of eco-friendly waterfront space through the physical model experiment including water quality consideration. Due to the lack of water supply into the artificial ponds and canals, the water quality problems such as eutrophication, odor and so on can be occurred. There have been many numerical models on such phenomena but limited studies using physical test due to the difficulty in the verification of physical interpretation of the study area. In this study, a prototype model that is not affected by the dimensionless parameters was carried out, where unpolluted water is mixed into the contaminated water to reduce the concentration of nutrients. In addition, this study also attempt to find the optimal configuration of the flow induction machines using the scale model which will evaluate and verify the effectiveness of the enforcement methods to maintain the water quality objectives.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.53 no.2
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• pp.141-154
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• 2020

The accidents of toxic chemical spill into rivers are increasing in recent years due to expansion of heavy industries in Korea. In order to respond to the chemical spills, accident response systems have been established for both main rivers and tributary rivers. However, since these accident response system adopted the water quality models imported from the foreign countries, it is difficult to acquire the model parameters and to calibrate and validate the water quality models. Therefore, this study developed a depth-averaged two-dimensional river water quality model to analyze the behavior of hazardous chemicals in rivers and proposed an efficient simulation execution framework by identifying the significant reaction mechanisms considering the characteristics of the toxic chemicals. The depth-averaged two-dimensional river water quality model CTM-2D was upgraded by adding reaction terms representing mechanisms of the adsorption, desorption, and volatilization of toxic chemicals. In order to verify the model, the analytical solution was compared with the numerical solution, and results showed that the error was less than 0.1%. In addition, the model was applied to a virtual scenario which is a water pollution accident at the confluence of the Nakdong River - Kumho River, and model results showed that an efficient simulation could be carried out by activating only significant reactions which were assessed by the sensitivity analysis.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.478-482
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• 2006

하천에서의 수질예측은 하천 환경의 관리 및 운영 측면에서 매우 중요하다. 그러나 현재의 수질에 관련된 물관리 운영 체제는 물관련 기관을 대상으로 산재되어 있는 물 정보를 정리하여 D/B로 활용하는 수준에 머무르고 있어 실질적인 정보의 활용과 해석 및 실시간적인 예측기능을 수행할 수 있는 예측시스템의 개발이 요구된다. 따라서 본 연구에서는 수질예측을 위한 시스템의 개발을 위해 신경망 기법을 활용하여 한강유역의 지류인 달천지점의 수질을 예측할 수 있는 지능형 모형을 구축하고 그 적용성을 검증하였다. 개발된 수질예측 시스템은 수자원의 효과적인 활용 및 하천의 중 장기 수질보존 대책 수립에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.429-429
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• 2021

2019년 발생한 인천광역시 붉은 수돗물 사태로 급수구역에 포함된 26만 1천 세대, 63만 5천 명이 직·간접적인 피해를 입은 바 있다. 경제적 피해액으로 추정할 경우 최소 1,280억 원 이상으로 보고된 바 있으며, 이와 같은 상수관망의 수질사고 확산은 장기간 동안 시민의 건강과 생활환경 수준을 저하시킨다. 따라서 상수도시스템의 수질사고확산 모델링 및 방지기술을 통한 수질안전성의 재확인이 필요하며, 이것은 상수도시스템의 지속가능성을 높여 국민이 체감하는 물 환경 수준 제고에 기여가 가능하다. 관망 내 수질해석을 직접적으로 수행하는 모델은 국외적으로 다양하게 개발(PODDS, EPANET-MSX, EPANET2.2 등)된 바 있으나 검·보정을 위한 수질측정 자료 부족 등으로 적용이 제한적이라는 한계가 현재에도 존재한다. 이를 보완하기 위해 수질자료에 비해 그 양이 많고 획득방법이 상대적으로 수월한 수리학적 계측자료 및 해석결과를 활용한 관로 내 체류시간 등을 활용한 연구가 수행된 바 있다. 그러나 이와 같은 수리학적 해석 결과를 활용하는 경우에도 계측자료를 기반으로 한 수리학적 검·보정은 필수적이라 할 수 있다. 본 연구에서는 관로 내 체류시간에 직접적인 영향을 미치는 유량 및 유속자료를 중심으로 수리학적 관망해석의 결과를 최적 검·보정하는 방법론을 제안하였다. 기존 상수관망 수리해석의 검·보정은 일부 지점에서 수압을 측정하고, 수리해석 결과로 도출되는 해당 지점의 수압이 실측된 결과와 유사하도록 관로의 유속계수를 적절히 보정하는 형태로 진행되었다. 그러나 본 연구에서는 관로유량과 유속자료의 목적함수 내 가중치를 수압자료보다 크게 설정하여 체류시간 중심의 검·보정이 수행될 수 있도록 하였으며, 검·보정 대상인자 역시 대수용가의 수요량, 수요패턴, 그리고 관로유속계수로 확장된 모형을 구축하였다. 최적화 기법으로는 메타휴리스틱 기법중 하나인 화음탐색법을 활용하였다. EPANET 2.2 Toolkit과 Visual Basic .Net을 연계하여 프로그래밍하였으며, 개발된 모형을 실제 지방상수도 시스템에 적용하여 분석하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.106-106
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• 2019

많은 도심의 하천들은 오염물질의 유입에 취약하다. 최근 신소재 공학 등 첨단산업이 발전하게 되면서 유해화학물질의 유입문제는 더욱 대두되고 있으며, 실제로 최근 유해화학물질 유입사고 발생건수가 늘어나고 있다. 특히 국내 취수량의 90%는 지표수에서 취수하고 있어, 하천오염사고는 직접적인 피해로 이어지게 된다. 따라서 이러한 사고에 대응하기 위하여 수환경에 유입된 유해물질의 거동 매커니즘을 반영한 수질해석이 필요하다. 수체 내에 유입된 유해화학물질은 기본적으로 흐름에 따른 이송 확산을 하며 흡 탈착, 휘발, 침전 부유, 생화학 반응과 같은 다양한 반응과 함께 혼합거동을 한다. 특히 소수성물질의 경우 용해된 상태뿐만 아니라, 유사에 흡착된 상태로 수체에 존재하게 된다. 결국 유해화학물질의 거동을 해석하기 위해서는 유체의 흐름 해석뿐만 아니라 수체에 존재하는 유사의 이송 또한 해석해야한다. 본 연구에서는 흐름해석을 위하여 서울대에서 개발한 흐름모형(HDM-2D)을 사용하였으며, 부유사 거동모의를 위해 부유사거동모형(STM-2D)을 개발하였다. 또한 유해화학물질의 거동모의를 위해 서울대에서 개발한 수질모형(CTM-2D)에 생성/소멸항을 추가하였으며 흐름모형과 부유사모형과의 연계를 통해 유해화학물질의 혼합거동 수치모형을 개발하였다. 각 반응항(흡 탈착, 휘발, 침전 부유, 생화학 반응)을 수치모형에 반영 시에는 보통 두 계(물-토양, 물-공기) 사이의 선형 물질교환으로 이해된다. 따라서 물질의 각 반응 별 평형농도와 물질교환속도계수를 추정식을 통해 산정하여 사용하게 된다. 하지만 각 기작이 반영유무에 따라 계산시간 및 필요입력변수가 늘어나게 되므로, 유해화학물질 유입사고와 같은 빠른 대처가 필요한 경우 각 반응 텀의 유의성을 판단하여 모형에 반영여부를 결정을 통해 경제적인 모의를 할 수 있어야 한다. 이에 따라 본 연구에서는 개발된 모형의 각 매개변수들의 민감도를 분석하고, 흐름조건 및 물질의 특성에 따른 반응항의 유의성을 판단하였다. 본 연구에서는 개발된 모형(부유사거동모형, 유해화학물질의 혼합거동모형)은 해석해 및 현장 데이터와 비교검증을 통해 개발을 완료하였으며, 각 반응항의 민감도 분석을 통해 매개변수의 임계값을 결정하였다.

• Water for future
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• v.45 no.12
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• pp.103-110
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• 2012