• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.339-339
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• 2016

하천의 수질 개선을 위한 방법 중에서도 하천 구조체를 활용하는 방법은 기존의 하천 구조체가 가지는 고유의 기능을 훼손하지 않으면서 하천 수질을 개선할 수 있는 방법으로 점차로 그 영역이 확대되고 있는 추세이다. 이러한 방법의 대부분은 하천 구조체를 통과하는 흐름에 공기유입 기능을 강화하여 물의 용존산소량을 증가시킴으로써 수질의 개선을 유도한다. 따라서 하천 구조체를 통과하는 물에 공기유입을 향상시킬 수 있는 구조체 형상의 개발은 하천의 수질개선에 영향을 줄 수 있는 중요한 연구 주제이다. 본 연구에서는 하천 구조체 중에서도 댐의 여수로와 보에 사용되어지는 계단형 구조물의 흐름에 대해 공기연행 해석이 가능한 난류모형을 적용하여 수치모의를 이용한 검토를 수행하였다. 그 결과 연구에 사용된 모형이 계단형 흐름 구조체의 수리적 특성과 공기유입의 변화를 각각의 형태에 따라 적절히 모의하는 것을 확인 할 수 있었다.

• 한국공간정보시스템학회 논문지
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• 제10권4호
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• pp.77-88
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• 2008

서해 연안 일대의 급격한 도시화, 한강에 대한 수질오염총량관리제도의 도입 가능성, 충남 태안에서 있었던 유조선 기름 유출 사건 등에 기인하여 서해 연안에 대한 수질 관리의 요구가 증대되고 있는 상황이다. 그러나 이를 효율적으로 관리할 수 있는 수질관리 시스템은 부재한 실정이다. 따라서 이런 배경에서 한강과 경기만 일대 지역의 수질 환경을 감시하고 관리할 수 있는 GIS 기반의 효율적인 통합수질관리 시스템의 필요성이 대두되고 있다. 이 연구는 한강 유역과 한강 하구의 연안 해역인 경기만 일대의 통합적인 관리와 관리방안 마련을 지원하기 위한 시스템을 개발하는데 그 목적이 있다. 이를 위하여 관련된 위치 및 수질 속성자료를 GIS기반으로 통합하여 하나의 시스템으로 구현하였다. GIS 데이터베이스는 발생 및 배출 오염부하량 산정을 위해 수질오염총량관리제도 기술지침의 따라 설계되었으며, 수질모의를 위한 초기입력 자료도 포함하고 있다. 수질 예측과 최적관리방안을 제안하기 위해 각기 다른 모델을 각 구역에 적용하였는데, 한강에는 WASP7 모델을 적용하였고, 한강 하구의 경기만 일대에는 EFDC 모델을 적용하였다. WASP7 모델에 의한 한강 하구에서의 BOD, T-N, T-P 등 수질모의 결과는 다시 EFDC 모델의 초기자료로 이용되었다. 연구 결과를 통해 수질에 결정적인 영향을 미치는 수질오염원 집중지역을 확인할 수 있었고, 오염물질이 하천으로 유입되는 위치 및 계절적 요인이 수질에 미치는 영향도 확인할 수 있었다. 더불어 하천과 연안 해역의 수질 관계도 정량적으로 확인할 수 있었다. 연구 결과는 GIS기반의 통합수질모의 시스템이 수질 현황의 예측과 경제적인 수질 관리방안의 제시에 있어 이용 가능함을 보여주었다. 향후 연구에서는 경제성 평가 등과 같은 조금 더 세분화된 선택 기능의 구현을 통한 시스템 성능의 개선이 필요하다. 또한 시스템을 이용한 구체적인 수질관리방법론의 개발도 필요하다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.2058-2062
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• 2009

1992년 한강수계법이 제정되면서 우리나라에 도입된 오염총량관리제는 현재 2차총량관리 시행계획수립 단계에 이르렀다. 오염총량제에서 수질모델은 수계구간별로 설정된 기준유량과 목표수질 조건을 달성하는 지를 판단할 수 있는 도구로 사용되며, 다양한 모델들이 사용되고 있다. 그 중 하천수질모형으로는 주로 QUAL2E, QUALKO, QUALKO2 모형으로 압축할 수 있다. QUAL2E 모형은 1980년대에 개발되어 국내외로 널리 이용하고 있으나 SOD를 0차나 일정량으로 처리하였고, 부착조류에 의한 용존산소 변화와 부유 조류 사멸시 발생하는 유기물이 고려되지 않았다. 또한 용존산소가 부족한 상태에서 반응이 활발한 탈질화과정이 포함되지 않아 이들 반응에 의해 수질이 영향을 받는 하천에 적용하기에는 한계가 있었다. 그리고 QUAL2E 모델은 여러 개의 지류를 가진 대형 하천에는 적용하기 어려운 단점이 있다. 국내에서는 1999년 QUAL2E 모델에 WASP5의 장점을 접목시켜 QUALKO 모델을 개발하였다. 이 모델은 QUAL2E에 부유성 조류의 사멸로 인한 유기물의 내부증가, 탈질화 반응 및 부착식물의 광합성 호흡 과정을 추가한 것이다. 또한 QUAL2E 모델에서 BOD는 CBOD로 입력되고 모의되므로 bottle BOD의 개념이 결여되어 있으므로 이러한 문제점을 보완하고, 조류의 생산 및 사멸에 의한 내부생산 유기물 증가와 탈질화 반응 과정을 추가한 것이다. 우리나라에서 진행되고 있는 총량관리 대상물질은 2010년까지는 $BOD_5$이며, 2011년부터는 일부 지역에 총인이 포함될 예정이다. 2007년에 실험실에서 측정하는 BOD5나 유기성 질소 또는 유기성 인을 그대로 입력하여 계산되고 출력할 수 있으며, 향후 오염총량제의 관리대상항목으로 논의되고 있는 TOC를 모의할 수 있는 QUALKO2가 개발되었다. 이에 본 연구에서는 향후 활용도가 클 것으로 기대되는 QUALKO2 모형에 기존 QUAL2E-UNCAS 모형에 서 수행할 수 있는 불확실성 해석 기법인 Monte Carlo 모의를 가능하도록 모형을 수정하고자 한다. 실제 하천에서의 수질해석에 대한 단순한 표현인 수학적 모형은 불확실성을 내포하고 있으며, Monte Carlo 해석을 사용하여 모형의 불확실도 정량화와 매개변수의 불확실성을 통계학적으로 기술할 수 있다. 또한 각 지점에 대한 계산결과치들에 대해 빈도 및 누가빈도분포 값을 제시함으로서 모형 예측치들의 전반적인 분포경향을 평가할 수 있으며, 하천수질에 대해서 환경기준치를 위배할 가능성을 산정하는데 활용할 수 있다. 우리나라 실정에 맞는 QUALKO2 모형에 Monte Carlo 모의를 통해 신뢰도 기반의 수질해석을 수행하게 된다면 수질정책의 기초자료 제공에 기여할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1094-1097
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• 2007

낙동강 유역의 가용한 최장기 수량 및 수질자료를 획득하여 자료의 적합성 및 QC과정을 통하여 분석 가능한 자료를 생산하고 자료의 분석에 적합한 통계기법을 선정 각 변수의 변동특성과 변동 상관성을 정밀 분석하였다. 본 연구에서는 낙동강 수질자료의 변동특성을 분석하고 수질개선 필요성을 파악하기 위하여 Mann-Kendall 검정을 사용하여 수질변화의 경향성을 분석하였다. 낙동강 수계의 수질변화 특성을 분석하기 위하여 수온$(^{\circ}C)$, $DO(mg/{\ell}),\;BOD(mg/{\ell}),\;COD(mg/{\ell}),\;SS(mg/{\ell}),\;TN(mg/{\ell}),\;TP(mg/{\ell})$ 이상 7가지의 가용자료를 선택하였다. 수질자료는 환경부에서 운영하는 물 환경 정보 시스템의 수질측정망 자료인 월 단위 자료를 대상으로 Mann-Kendall 검정을 수행하였다. 분석에 사용된 자료 기간은 강우량자료와 유출량자료의 동기간인 1989년${\sim}$2000년까지이다. BOD의 변화를 살펴보면 전반적으로 감소하는 것을 알 수 있다. 가장 큰 감소 경향을 보인 지점은 금호강6 지점으로 $-39.1mg/{\ell}/20yr$로 나타났다. 증가지점으로는 안동과, 구미, 달성, 반변천 등이고 증가량은 약 $1.1mg/{\ell}{\sim}0.03mg/{\ell}/20yr$ 정도이다. COD의 변화를 살펴보면 대부분 지점에서 증가하는 것을 알 수 있다. 감소하는 지역은 고령과 현동, 대암, 금호강3${\sim}$6등이다. 특이사항은 금호강6의 감소분이 $-30.2mg/{\ell}$로 타 지점에 비해 상당히 크다는 것이다. DO의 경우는 증가지점과 감소지점의 수가 비슷하였고 주로 상류쪽이 감소하고 하류로 오면서 증가함을 알 수 있다. DO 또한 금호강6 지점이 가장 큰 폭으로 증가하고 있는 것을 볼 수 있다. pH는 함양위천과 덕천강1을 제외한 모든 지역이 증가 하였다. SS 또한 금호강5, 6, 거창 위천2를 제외한 모든 지역에서 증가하였다. SS항목도 금호강6 지점이 가장 큰 폭으로 감소하였다. 샘플지점(금호강6)의 BOD/COD/DO/pH/SS/TEMP/TN/TP 시계열을 통해 자료분석기간 동안 수처리시설 등의 확장으로 인한 금호강유역의 급격한 수질개선을 알 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.335-335
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• 2015

행주대교 하류 약 3km 지점에 위치한 신곡수중보는 한강종합개발 사업 중 하도정비로 인한 상시수위 저하로 인해 발생하는 문제를 해결하기 위해 설치되었으며, 취수장의 취수심 확보, 주운수심 확보, 염수 역류에 의한 생태계의 변화 방지, 하천 주면의 지하수위 저하 방지 목적으로 건설되었다. 본 연구에서는 신곡수중보의 존치, 이전 혹은 철거로 인한 수질변화를 모의를 실시하였다. 한강 본류와 임진강 합류를 고려하여 총 495개 수질모의 셀을 구성하였고, 수질모의를 위한 WQ Cell은 길이가 100 m~340 m로 임진강 47개, 한강 448개로 총 495개의 셀로 구성하였으며, 주요 지천이나 오염원으로 신곡보 하류에는 공릉천, 신곡보와 잠실보 사이에는 창릉천, 서남과 난지물 재생센터, 안양천, 홍제천, 중랑천, 탄천, 잠실보 상류에는 왕숙천, 월문천, 덕풍천 등 9개 지천과 2개 물 재생센터를 포함하였으며 잠실보 상류에서의 생활용수 취수를 고려하였다. 수온, BOD, 조류의 경계조건은 환경부에서 제공한 2011년 3월과 4월의 측정자료를 사용하였다. 그 결과, 신곡보 철거시 수온의 변화는 서해로부터의 차가운 해수의 역류 증가로 임진강, 파주, 전류, 장항습지까지 수온이 최대 $0.94^{\circ}C$ 크게 하강할 것으로 나타났으나 행주, 가양, 영등포는 오히려 수온이 $0.03{\sim}0.04^{\circ}C$ 미미하게 상승할 것으로 나타났으며 현재의 신곡보가 수온의 급격한 변화를 완층하는 역할을 담당하여 왔으나 보가 철거되면서 이러한 수온 완충역할이 사라지기 때문으로 분석되었다. 신곡보 철거시 BOD 농도의 변화는 잠실보 하류쪽으로는 BOD 농도가 최대 1.02 mg/l 감소하는 등 전반적으로 수질이 크게 개선될 것으로 나타나는 반면 잠실보 상류쪽으로는 BOD 농도가 최대 0.56 mg/l 증가하며 현재의 1급수 수질에서 2급수로 수질이 악화되어 상수원 수질 관리가 어려울 것으로 예상되었다. 신곡보 철거시 조류 농도의 변화는 잠실보 하류쪽으로 조류 농도가 최대 1.85 mg-A/l 감소하는 등 전반적으로 수질이 크게 개선될 것으로 나타나는 반면 잠실보 상류쪽으로는 조류 농도가 최대 0.40 mg-A/l 증가하며 고조위 기간에는 조류주의보 기준 1.5 mg-A/l를 초과하는 경우도 발생하여 상수원 취수에 문제가 발생할 가능성이 있는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.443-443
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• 2018

새만금유역의 동진강유역에 위치한 동진강제수문은 서해 바닷물 역류에 따른 농경지의 염분피해를 예방하고 고부천과 연계된 부안지역의 농업용수 공급을 위해 설치되었다. 동진제수문은 그간 정읍시 신태인읍, 김제시 부량면, 부안군 백산면의 약 770 ha 농경지에 대해 염분피해를 예방하였고 영농과 한발 시에는 부안군 일대 농경지에 농업용수를 공급할 수 있었다. 하지만 새만금 간척사업등 대규모 국토개발로 주변 자연환경이 크게 변화하여 제수문은 염해방지기능을 상실하게 되었고 현재는 농업용수 공급원으로써의 기능만 남아 있다. 현재 동진강제수문은 관개기에 농업용수 취수를 위해 수문을 닫아 본류의 유량을 저류시키고 있으며, 비관개기에도 대부분 제수문을 닫아놓는 형태로 운영되고 있다. 이러한 갑문폐쇄로 인해 하류의 유입유량이 차단되고 상류 체류시간이 증가되어 수질에 영향을 미칠 것으로 사료된다. 농업용수사용을 위해 저류되어있는 유량을 효율적으로 방류한다면, 외부수자원에 의존하지 않고 유역 내에서 자체적으로 새만금호의 유입량을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 동진강 하류의 수질개선에도 기여할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 동진강제수문의 내용적을 산정하여 용수공급능력을 파악하였고, 새만금유역과 호 내의 복잡한 수체 형상, 유입 및 유출 구조를 반영하는데 적합한 모델을 적용하였다. 재현성이 검토된 모델 결과를 이용하여 새만금호의 유입부인 동진강 하류의 수질을 모의하였으며, 구성한 모형의 결과와 용수공급능력을 바탕으로 동진강제수문에서의 방류조건을 가정하여 모의를 수행하였다. 방류조건별 수질개선효과를 살펴보면, Scenario 3 > Scenario 2 > Scenario 1의 순서로 수질개선율이 크게 나타났다. 동진강제수문에서의 방류량이 증가할수록 하류의 농도가 점차 감소하는 것으로 나타났으며, 이러한 결과는 동진강제수문의 방류량으로 인해 유황이 개선되고 호 내 오염부하농도가 감소하는 것으로 판단된다. 따라서 농업용수 필요량을 제외한 유량을 하류의 환경유지용수로 확보하고 이를 수질관리취약 시기에 탄력적으로 방류하여 정체수역의 수질오염을 감소시키고 목표수질을 만족하도록 운영되어야 할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.2037-2041
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• 2008

댐의 상류에서 유입되는 하천수는 상수원수의 수질농도와 직결되기 때문에 보다 심도 있는 수질관리가 필요할 것이다. 본 연구에서는 댐 상류에 위치한 저수지와 하천에서의 수질해석을 위해 WASP 모형을 사용하여 수질해석을 실시하였다. 대상구간은 강원도 횡성군의 남한강 제1지류인섬강에 위치한 횡성댐 상류 계천의 매일수위국에서부터 횡성호 구간인 13.9km에 대해 적용하였다. 이를 위해 2005년 1월부터 2006년 6월까지 매일수위국을 비롯한 주요 지점에서 측정된 수질자료를 이용하여 WASP 모형에 대한 부정정 수질모의를 실시하였으며, 이를 실측자료와 비교하여 모형에 대한 정확성을 검증하였다. 또한 하천 수질해석에 널리 사용되는 QUAL2E 모형을 대상구간에 적용하여 WASP 모형의 모의결과와 비교하여 적용성을 검토하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1799-1803
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• 2010

도시하천에서 실제적으로 비점오염원 유입에 의한 수질오염은 분석이 용이하지 않기 때문에 본 연구에서는 강우사상에 따른 도시하천의 수질변화에 대한 연구를 통해 수질오염을 분석하고자 하였다. 본 연구는 도시하천에서의 강우사상이 수질오염에 막대한 영향을 끼친다는 기본적인 개념을 바탕으로 강우사상에 따른 수질변화를 분석하는 것이 목적이다. 대상지역은 이미 도시화가 많이 진행되어 도시하천의 특성을 가진 인천에서 시작해 김포에서 끝나는 굴포천 유역을 대상지역으로 설정하였으며 XP-SWMM을 이용하여 1994년~2009년의 유출량을 모의하고 교차상관분석(Cross Correlation)을 통해 수질과 유량의 상관성을 분석한 결과 6개월 간격으로 강한 음의 상관성을 갖는 것을 알 수 있었다. 또한, 최근 우리나라에서도 적용하기 위해 검토 중인 수질오염총량제에서 적용하는 TMDL(Total Maximum Daily Load)의 기본개념을 이용하여 오염원의 총량을 산정하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제38권6호
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• pp.485-494
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• 2005

유량과 수질의 관계를 분석하는 것은 매우 중요하다. 하천의 실시간적 관리를 위해서는 유량과 수질의 측정이 동일한 지점에서 동시간적으로 이루어져야 보다 효과적이다. 그러나 수질자동측정망 지점과 T/M 수위관측소가 원거리에 위치한 경우들이 있으며, 평창강 수질자동측정망 지점이 그 중 하나이다. 이러한 지점에서는 보다 정확한 유량 산정과 이를 활용한 예측 프로그램이나 시스템이 요구된다. 이번 연구에서는 미계측 지점인 평창강 수질자동측정망 지점에 유량예측 신경망 모형을 적용하고, 적용성을 검토하기 위해 WMS 모형의 모의결과와 비교하였다. WMS 모형은 첨두유량이 작고, 수문곡선이 단조로운 사상에 적합한 것으로 나타났다. 신경망 모형의 유출량 예측값은 비유량과 WMS 모형의 모의값에 근사하였으며, 미계측 지점에서의 유출량 변화성향을 잘 반영하는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1649-1653
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• 2008

오염거동에 관한 연구는 일반적으로 도시하천 및 농업지역의 하천유역에서 이루어는 것이 일반적이나, 우리나라의 약 70% 정도가 산지유역으로 작은 산지하천이 발달되어 있는 점을 고려하면, 산지 소하천 유역의 오염거동 분석은 매우 의미 있다고 본다. 본 연구 대상유역인 설마천 시험유역(경기도 파주시 적성면 소재, 한국건설기술연구원 시험유역 운영 사이트)은 계곡을 중심으로 음식점과 휴게소가 발달되어 있고 소규모 농가 및 3개 군부대가 위치하는 등 비교적 적은 오염원이 존재하는 곳이다. 최근 4개년($2003{\sim}2006$년) 자료를 이용하여 대상 유역의 상 하류 2개 지점의 동시간대의 수질자료를 바탕으로 오염거동을 모의하여 각 Segment별 오염량을 산정하고 유출부인 전적비교 지점과 실측값을 비교 하였으며, 검증된 모의값을 토대로 수문조건별 수질항목별 상 하류 관계식을 도출하였다. 본 연구 대상유역의 분석을 위해 총 10개의 실측 자료와 QUAL2E-PULS 모형의 모의를 토대로 각 Segment별 오염량을 산정한 결과 98% 이상의 정확도 높은 자료를 얻었다. 이 결과를 토대로 2개 지점간의 수문조건별 수질항목별 상 하류 관계식 도출하였으며, 전기전도도, COD, BOD, DO, pH, T-N, T-P 및 SS 순으로 $98.9{\sim}87.8%$ 정도의 높은 결정계수를 보이는 것으로 분석되었다.