• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2023.05a
• /
• pp.201-201
• /
• 2023

일반적으로 하천의 수질은 산업화, 인구증가 등으로 인해 여러 종류의 오염물질이 유입되어 악화된다. 수질 악화의 대표적인 현상은 부영양화이며 이를 일으키는 주요 원인 물질은 통상 영양염류라고 말하는 질소와 인으로 알려져 있다. T-N이 다량 수계로 유입되면 식물성 플랑크톤 등이 대량 번식하여 녹조 현상등 수질 악화를 발생시켜 관리가 필요하다. 현재 많은 수자원 관리 부서에서 모니터링 포인트를 설정하여 수질 변화를 관찰하고 있다. 기존의 T-N 분석방법은 (1) 자외선 흡광광도법 (2) 카드뮴 환원법 (3) 환원증류-킬달법등이 있다. 그러나 이러한 방법들은 실험실 기반의 정량적 분석으로 시간과 비용이 크게 소요되어 발생하는 문제에 대해 초기대응을 하기 힘들다. 따라서 T-N을 효과적으로 측정할 수 있는 방법이 필요하다. 국내에서는 수질자료를 통한 연관된 수질 인자를 찾아내어 머신러닝 알고리즘을 활용해 Chl-a 농도를 추정한 연구사례가 있다. 국외에서는 TN과 센서 측정 지표 간의 물리적, 화학적 관계를 기반으로 센서 감지의 적시성과 지능형 알고리즘의 정확도를 결합하여 실시간 총질소(TN) 측정 방법 연구 사례가 있다. 따라서 본 연구에서는 머신러닝을 활용하여 국내에 적합한 T-N 예측 모델을 만들고자한다. 본 연구에서는 센서기반으로 측정가능한 수질항목들과 T-N의 상관성 분석을 통해 주요 수질인자를 도출하였다. 도출된 인자와 Python 기반의 머신러닝을 활용하여 T-N을 추정하였다. 그 후, T-N 추정값과 실측값을 비교하여 머신러닝 성능을 평가하고 실제 적용 가능성에 대해서 검증하였다. 본 연구는 기존 T-N 측정에 소모되는 시간과 비용의 감소에 기여하고 이를 통해 앞으로 더 정확한 수질 예측이 가능해질 것으로 기대된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
• /
• v.54 no.spc1
• /
• pp.1023-1035
• /
• 2021

The electricity cost of a desalination facility was also predicted and reviewed, which allowed the proposed model to be incorporated into the future design of such facilities. Input data from 2003 to 2014 of the Korea Hydrographic and Oceanographic Agency (KHOA) were used, and the structure of the model was determined using the trial and error method to analyze as well as hyperparameters such as salinity and seawater temperature. The future seawater quality was estimated by optimizing the prediction model based on machine learning. Results indicated that the seawater temperature would be similar to the existing pattern, and salinity showed a gradual decrease in the maximum value from the past measurement data. Therefore, it was reviewed that the electricity cost for seawater desalination decreased by approximately 0.80% and a process configuration was determined to be necessary. This study aimed at establishing a machine-learning-based prediction model to predict future water quality changes, reviewed the impact on the scale of seawater desalination facilities, and suggested alternatives.

• Journal of Korea Water Resources Association
• /
• v.35 no.5
• /
• pp.525-539
• /
• 2002

Effects of Yongdam Dam discharge conditions on water quality of the Keum River and Daechung Lake inflow were analyzed for various scenarios using WASP5 water quality model. Three different groups of scenarios were tested: 1) Two different weather conditions; the lowest flow year and the highest flow year since the beginning of Daechung Dam operation in 1981, 2) Fine discharge flow rates; 5.4, 8.9, 12.4, 16.4 ㎥/s and field observed flow during the study period, 3) Three conditions of discharge water quality; first grade, second grade by Korean water quality standard and field observed water quality. Effect of changes in Yongdam Dam discharges was greater for dry year. The increase of discharge from the Yongdam Dam will improve water quality of downstream areas only when the water quality of the discharge is equal or better than that of downstream areas. Field observed water qualify data show that BOD concentrations are lower than first grade level but TN and TP concentrations are exceeding 5th and 3rd grade level in Korean standard, respectively. Considering that nutrient control methods in watershed areas of Yongdam dam are limited, it is expected that nutrient concentrations from Yongdam Dam discharge will be higher than 2nd grade water quality standard level. Therefore, it would be important to develop practical management strategies in the watershed area of Yongdam Dam based on field conditions for conservation of water quality in downstream areas.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2008.05a
• /
• pp.1664-1668
• /
• 2008

팔당호는 수도권의 상수원수로서 매우 중요한 역할을 맡고 있다. 팔당호의 수도권 상수도 공급량은 전체 공급량에 32%를 차지하고 있으며, 현재 4개의 취수구에서 상수원수가 취수되고 있다. 취수장의 총 취수시설 용량은 $9.02{\times}10^6\;m^3/day$ 규모이고, 실제 취수되는 양은 약 $4{\times}10^6\;m^3/day$이다. 따라서 팔당호의 지속적인 수질관리 및 수질예측이 중요하다고 할 수 있다. 실제로 팔당호는 여러 가지 수질 문제를 안고 있다. 팔당호 상류의 인구가 증가하고 도시화되면서 유입되는 오염물질의 양이 증가하고 있으며 이런 상황에서 상수원수로서 필요한 수질을 확보하는 데에 어려움을 겪고 있다. 특히 집중호우 시 호수 및 하천에 발생하는 부유사 문제가 심각한 수준이다. 하천에서 부유사 문제는 수자원 이용뿐만 아니라 하천 생태계까지 피해를 미치게 된다. 따라서 부유사 거동에 대해 해석하는 모형개발에 대한 연구가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 이렇듯 중요성과 문제성을 동시에 지니고 있는 팔당호의 수질을 예측, 관리를 위해 2차원 수질모델을 이용하여 부유물질 확산거동을 예측하고자 한다. 수로연장이 길고 수심이 깊은 댐이나 호수에서는 x-z방향으로 구획을 나누고 하천, 하구나 만에서는 수심보다 수평방향 면적이 넓기 때문에 x-y방향으로 구획을 나누는 것이 일반적이며, 팔당호의 경우 수리학적으로 큰 규모의 호수이기 때문에 이러한 2차원 모형을 이용하는 것이 적합하다. 본 연구에서는 2차원 수질 해석모델인 SED-2D를 이용하여 부유사 확산 거동에 대한 해석모델 개발을 연구하였다.

• The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
• /
• v.19 no.3
• /
• pp.531-538
• /
• 2024

While the importance of the water quality environment is being emphasized, the water quality index for improving the water quality of urban rivers in Gwangju Metropolitan City is an important factor affecting the aquatic ecosystem and requires accurate prediction. In this paper, the XGBoost and LightGBM machine learning algorithms were used to compare the performance of the water quality inspection items of the downstream Pyeongchon Bridge and upstream BanghakBr_Gwangjucheon1 water systems, which are important points of Gwangju Stream, as a result of statistical verification, three water quality indicators, Nitrogen(TN), Nitrate(NO3), and Ammonia amount(NH3) were predicted, and the performance of the predictive model was evaluated by using RMSE, a regression model evaluation index. As a result of comparing the performance after cross-validation by implementing individual models for each water system, the XGBoost model showed excellent predictive ability.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2015.05a
• /
• pp.546-546
• /
• 2015

현재 새만금 호 내로 유입되는 만경, 동진강 유역은 대규모 관개시스템을 통해 하천수의 대부분을 농업용수로 취수하고 있어 하천의 건천화가 심화되고 이에 따라 수질관리와 수생태계 보전에 어려움이 있다. 또한 새만금호는 방조제 완공 이후 배수갑문을 통한 해수유통이 줄어들어 호 내중 하류부에만 영향을 미치고 상류부인 만경, 동진강의 유입부는 유입되는 유량과 오염부하량의 지배적인 영향을 받는다. 이러한 새만금유역과 호에 대해 적정수질유지 및 합리적인 수질관리 대책 수립이 중요하며, 이를 위하여 상류하천 및 새만금호의 주요 지점에 대한 지속적인 모니터링 및 유역과 수역의 기작 등을 합리적으로 구현할 수 있는 수질예측 모델을 구축, 운영 할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 새만금유역에 대해 SWAT모형을 적용시켜 자료를 구축하였고, 그 결과를 토대로 3차원 수리?수질모델인 EFDC를 이용하여 2020년 호 내 수질을 모의하였다. 또한 제수문 방류조건(1cms방류, 65%방류, 전량방류)에 따른 수질 변화를 모의하여 호 내 수질변화와 영향범위를 추정하였다. 제수문에서의 1cms방류조건과 전량방류조건을 모의하여 연평균 농도를 비교 한 결과 M3지점에 서 COD 1.304mg/L 감소, T-N 1.207mg/L 감소, T-P 0.08mg/L 감소, Chl-a $5.095mg/m^3$ 감소, D3지점에서 COD 0.492mg/L 감소, T-N 0.205mg/L 감소, T-P 0.009mg/L 감소, Chl-a $2.117mg/m^3$ 감소하는 것으로 예측되어 수질이 개선되는 것으로 나타났다. 이는 만경강과 동진강 제수문의 증가된 방류량으로 인해 유황이 개선되고 호 내 오염부하농도가 감소하는 것으로 판단된다. 방류조건별 영향범위를 살펴본 결과, 65%방류조건에서는 호 내 상류구간에 영향을 미치는 것으로 나타났고, 전량방류조건에서는 호 내 중?상류구간이 지배적인 영향범위로 평가되었다. 따라서 유역 내 제수문 관리를 통한 방류량 조정은 새만금호의 효과적인 수질관리에 기여 할 것으로 예상되며, 향후 제수문의 체계화된 운영방안 수립대책이 필요하다.

• Proceedings of the Korean Environmental Sciences Society Conference
• /
• 2006.11a
• /
• pp.255-260
• /
• 2006

천수만의 수리 역학 및 수질 모델을 위하여 3차원 수리역학 모델(EFDC)과 21개 수질 변수에 대한 수질 모델이 접합된 3차원 수리역학-부영양화 모델(HEM-3D)을 이용하였다. 관측 자료에 대한 모델 검증 결과, 조위는 관측치에 비해 5% 정도, 유속은 10% 정도 작은 값을 보였으며, 지각은 모델 결과치가 고정항에서 늦고 간월도에서 빠르게 나타났다. 수질 항목, 특히 용존산소의 관측치에 나타난 전반적인 분포 양상을 잘 재현하고 있었으며, 항목별 기여도 분석에서는 수질 모델이 퇴적물에 의한 산소 소비에 민감하게 반응하고 있으며, 용존산소 변화에 있어서 퇴적물에 의한 영향이 중요한 역할을 하고 있음을 보여주었다. 본 모델 결과는 기존의 모델들과 비교하여 천수만 해역의 해수 유동 특성을 잘 재현하고 있으며, 본 모델과 연계된 수질 모델의 오염물 확산과 수질 항목들의 거동을 이해할 수 있는 정보를 제공하였다. 그럼에도 불구하고 본 연구를 통하여 나타난 문제점은, 수질 예측 모델에 필요한 수질 변수들의 관측 자료와 양식장에 의한 오염 부하량 자료가 충분하지 못하며, 퇴적물에 의한 수질 변화를 정량화할 수 있는 모델의 개발이 시급하다는 것이다. 특히 퇴적물에 의한 산소 요구량은 유기퇴적물이 미생물 등에 의해 분해되는 과정에서 요구되는 산소량으로서, 해수 유동 조건의 변화와 오염부하에 의한 유기퇴적물의 집적이 주된 요인이다. 방조제 건설 이후 해수유동 조건의 변화와 더불어 지속적으로 오염물이 유입되고, 담수 및 천수만의 수질이 점점 악화되고 있다. 따라서 이러한 오염부하와 퇴적물에 대한 관리대책이 시급한 것으로 판단되며, 향후 정확한 수질 예측을 위해서는 본 연구에서 나타난 문제점들에 대한 재고가 필요할 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2022.05a
• /
• pp.215-215
• /
• 2022

현재 국내 정수시설은 정수공정별 감시제어-데이터수집시스템(SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition)에 기반하여 감시제어 및 모니터링 위주로 운영·관리를 실시하고 있다. 또한, 주요 핵심 공정인 응집제 약품투입, 소독 및 여과 설비 공정의 운영방식에 있어서 선험적 운영지식에 의한 방식으로 운영되고 있기 때문에 지속적인 안정적 운영을 위해서는 표준적이고 체계적인 운영관리 수단이 필요하다. 국외에서는 다양한 운영 조건에 기반한 정수처리 효율을 예측할 수 있는 모의(simulation) 도구의 개발을 통해 기존 운영되고 있는 정수장의 효율을 예측하는 데 활용하고 있는 실정이다. 본 논문은 실시간 운영관리가 가능한 기반을 구축하여 정수처리의 효율을 예측할 수 있는 시뮬레이터 개발을 통해 정수처리 공정별 기본 및 조합의 공정 시뮬레이션 모의 모듈 기술을 개발하기 위한 연구를 수행하였다. 또한 개발된 기술의 실증 운영을 통해 검증된 모듈을 반영한 정수장 시뮬레이터 시스템을 개발을 위한 연구를 수행하였다. 정수장 시뮬레이터는 수질정보, 물질수지, 수두손실등의 운영현황 데이터를 수집하는 기능, 착수-혼화-응집-침전-여과-소독 등 개별 공정별 주요 운전변수의 모니터링 및 제어를 통한 운영관리 기능, 원수 수질변화에 신속한 대응을 위한 정수처리 공정제어 의사결정지원 기능, 그리고 온라인 관망해석을 포함한 정수처리 전(단위)공정 시뮬레이터 기능 및 공정별 운영인자 최적화 기능 등으로 구성되어 있다. 현재 운영 중인 정수장의 공정별 운전 상태를 평가·관리하여 정수공정 운영 안정화 체계를 확보하고, 정수장의 유량과 수질의 갑작스런 변화에 따른 모의를 통한 수질예측으로 실시간 정수장 최적운영관리가 가능하다. 또한 원수 성상에 따른 적정 공정운영 자동화로 운영비 절감 및 효율적 인력 활용으로 정수장 운영 효율성을 제고함으로써 지속적이고 안정적인 정수장 운영 체계를 확보할 수 있다.

• Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
• /
• v.4 no.2
• /
• pp.3-14
• /
• 2001

In order to predict nutrient circulation in Hakata bay, we have developed an ecosystem model named the Sediment-Water Ecological Model (SWEM). The model, consisting of two sub-models with hydrodynamic and biological models, simulates the circulation process of nutrient between water column and sediment, such as nutrient regeneration from sediments as well as ecological structures on the growth of phytoplankton and zooplankton. This model was applied to prevent eutrophication in Hakata bay, located in western Japan. The calculated results of the tidal currents by the hydrodynamic model showed good agreement with the observed currents. Moreover, SWEM simulated reasonably well the seasonal variations of water quality, and reproduced spatial heterogeneity of water quality in the bay, observed in the field. According to the simulation of phosphorus circulation at the head of the bay, it was predicted that the regeneration process of phosphorus across the sediment-water interface had a strong influence on the water quality of the bay.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2017.05a
• /
• pp.297-301
• /
• 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.