• 한국물환경학회지
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• 제35권3호
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• pp.224-233
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• 2019

액비(분뇨)에 포함된 질소성분은 환경의 질을 악화시키고 안정성을 감소시킬 수 있다. 액비로 인한 환경적 위해성을 최소화하기 위해서는 환경 매체 내에서의 액비의 거동을 이해할 필요가 있다. 액비에 포함된 암모니아성 질소($NH_3-N$)의 환경 내 거동과 이송을 분석하고, 액비시스템에서 질소(N)관리의 개선을 위한 기반을 제공하며 질소의 환경에 미치는 악영향을 최소화하기 위해서, 본 연구는 단순화된 Level III fugacity 모델의 적용 가능성을 조사하는 것을 목적으로 하였다. 벼 재배 기간 중 4개의 환경구획(공기, 물, 토양 및 벼)에서 암모니아성 질소($NH_3-N$) 성분을 축적하기 위해 정상상태의 fugacity 개념을 이용한 모델의 모의 실험을 실시하였으며 그 결과 Level III fugacity 모델의 적용 가능성을 검증하였다. 모델 결과, 대부분의 암모니아성 질소($NH_3-N$)는 논물(수체)과 벼(식물)에 분포하였으며 공기와 논물 그리고 토양에 대한 로그-로그 그래프선상에서 fugacity와 농도는 시간에 따라 선형적으로 감소한 반면에 벼(식물)에서의 변화는 비선형적으로 나타났다. 제거과정의 민감성을 살펴본 결과 제거과정(침적과 유출)이 고려된 경우 대부분의 암모니아성 질소는 논물에 분포하였으며 제거과정이 무시된 경우에는 벼(식물)가 암모니아성 질소를 흡수하는 것으로 나타났다. 또한 질소의 물질수지에 따라 각 구획별로 질소가 분포됨을 알 수 있었다. 본 연구는 실제 관측 자료에 의한 모델 보정을 수행하지 않고 토양층에 의한 잔류량 및 질소 형태의 변화를 기술하지 않았으며 모델 시뮬레이션은 간헐적인 실제 배출량 입력과 달리 연속 배출량으로 간주하였다. 그러므로 수질에 대한 비점 오염원으로서의 액비의 영향을 정량화하기 위해서는 보다 구체적이고 지속적인 모델링 및 모니터링 연구가 필요하다. 향후 연구의 Level III fugacity 모델에서는 더 정확한 제거 과정을 기술하고, 입력 변수의 적절한 값을 적용하여 다양한 N 형 비료에 대한 모델 시뮬레이션을 실시하고, 액비와 다양한 N 형 비료를 사용하여 얻은 N 성분의 관측 자료를 이용하여 모델을 평가할 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.640-644
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• 2010

하천, 호소 등에서 공사 시 준설작업으로 인해 고탁수가 발생되며 이러한 탁수의 이송 확산은 수환경에 변화를 초래한다. 탁수는 준설작업 시 커터헤드(cutter head)가 해저면에 닿는 순간부터 작동을 멈출 때까지 계속하여 발생하며, 이러한 과정들이 반복되면서 많은 양의 부유토사가 발생하게 되고 고탁수현상이 일어난다. 이렇게 발생한 탁수는 수체흐름에 따라 이송 및 확산된다. 탁수발생은 수중의 빛 투과를 감소시켜 일차 생산자인 부유성 및 부착조류의 생육을 저해하고, 이들의 생산성 감소와 군집구성의 변화는 수서생태계의 먹이사슬을 통해 이들을 먹이로 하는 저서무척추동물과 어류의 현존량 감소와 종 구성에 영향을 미치고, 고농도의 현탁 입자는 어류 아가미에 염증을 유발하거나 점막의 파괴와 감염을 유발하여 치사시킬 수도 있다. 또한 과도한 부유 입자는 하류로 침강되어 하천 바닥에 서식하는 부착조류, 무척추 동물 및 곤충의 생육에 피해를 주고, 이것은 어류의 먹이에 영향을 미쳐 어류 개체수를 감소시키거나 산란된 물고기 알을 매몰시키거나 질식시키는 등 여러 가지 방법으로 수서생물상에 영향을 미치게 된다.(낙동강수계관리위원회, 2005) 따라서 준설작업에 있어 탁수의 이송 확산범위를 사전에 예측하고 국내 실정과 환경여건에 알맞게 적용되고, 실용화될 수 있는 수치모델링에 대한 기반핵심 기술개발이 필요하다. 현재 낙동강에서 진행되고 있는 준설현장에서 발생하는 부유탁수의 이송 확산과정을 이차원 흐름해석모형인 RAM2 모형과 오염물 이송 확산해석모형인 RAM4 모형을 이용하여 수치해석을 하고 분석함으로써 수치해석에 의한 부유탁수의 이송 확산모의 결과가 환경영향 범위를 예측하는 데에 적용될 수 있는지를 알아보고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1902-1905
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• 2010

일반적으로 퇴적물로부터 인의 용출은, 산소조건, 수온, 유속 등 여러 환경의 변화에 의해서 이루어지며, 환경에 따라 용출되는 인의 형태 또한 다르다. 따라서 어떠한 기작을 통해 얼마나 많은 양의 인이 용출되는지는 수체의 물리 화학적 조건과 퇴적물에 포함된 인의 존재형태에 의해 결정된다. 따라서 본 연구에서는 담수호의 부영양화 원인물질이면서 부영양화 발생을 제어할 수 있는 가장 중요한 인자로 작용하는 인의 거동특성을 파악하기 위하여 이루어 졌다. 본 연구는 경기도 화성시에 위치한 화성호에서 이루어 졌으며, 대표성을 나타낼 수 있는 3개의 지점을 선별하였다. 퇴적물은 Grap sampler를 이용하여 채취하였으며. Methods for P Analysis, G. M. Pierzynski(2009, G,m Pierzynski)에 의거하여 무기태 인을 loosely and soluble P, Al-P, Fe-P, Reductant soluble-P, Ca-P 5가지 형태로 분류하여 진행하였다. 화성호 퇴적물의 인의 형태별 분류를 실시하여 화성호 퇴적물 내의 무기태 인의 형태 분류와 이를 분석함으로서 인 용출에 의한 수질오염 가능성을 평가해보고자 하였다. 무기태 인의 형태는 세지점 모두 Fe-P > Al-P > Loosely and soluble-P > Reductant Soluble-P > Ca-P 비율로 나타났다. 가장 높은 비율을 차지하고 있는 Al-P 및 Fe-P의 경우, 호소수의 pH에 영향을 크게 받으며 특히 높은 pH에서 수층으로 용출이 활발히 일어날 수 있고, 호소의 물질순환에 있어서 다른 형태의 인보다 식물체에 단기간 이용될 수 있다는 점 때문에 관심이 높은 형태이다. 주로 이들 형태는 도시하수 및 산업폐수의 유입으로 인하여 영향을 받는다. 본 조사결과에서 화성호의 pH는 모든 지점에서 중성인 것으로 조사되었기 때문에 용출가능성은 상대적으로 적다고 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1079-1083
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• 2010

하절기에 집중되는 강우로 인해 국내의 경우 저수지와 댐 건설이 불가피 하였으며, 이들 구조물에 의한 수체의 거동 및 수질의 분포 또한 일반 하천과는 다른 특성을 지니고 있다. 특히, 흐름 방향보다 수심 방향으로의 특성이 강하게 작용하는 호소에서는 3차원 수리 수질 모델링을 적용함으로써 모의 결과에 대한 신뢰성을 높일 수 있다. 하천의 발원지로서의 댐(저수지)과 하천과 하천사이에 위치한 저수지의 특성이 다르며, 하천 사이에 위치한 저수지의 경우, 하천과 하천을 이어주며 그 흐름특성과 수질의 분포 및 변화의 양상의 바뀐다는 점에서 독립적이며, 연계되는 구조의 특징을 동시에 반영할 수 있어야 한다. 본 논문에서는 낙동강에 위치한 남강댐(진양호)를 중심으로 연구를 진행하였으며, 안동댐 등처럼 하천의 발원지가 아닌 하천과 하천 사이에 위치한 호소(댐)으로 이와 같은 특징을 반영하여 수질오염총량관리제에서의 목표수질 달성여부와 점 및 비점오염원에서 발생되는 오염부하량의 변화에 따른 저수지 내의 수리 수질 모의를 EFDC-WASP의 연계 모델을 통해 연구하고자 하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.225-225
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• 2011

국내 기후 특성상 하절기에 집중되는 강우로 인해 댐의 건설이 홍수조절, 용수확보 및 전력생산 등의 목적에 있어서 불가피하다. 이와 같은 저수지와 하류하천은 댐 수문 개폐에 따른 흐름변화로 인하여 수체의 거동 및 수질 변화가 발생하며, 일반적인 하천과는 다른 특성을 지니게 된다. 또한 수심이 깊은 저수지의 경우에는 흐름 방향과 더불어 수심 방향의 특성도 중요하며, 수리 및 수질 모형의 연계를 통한 3차원적인 해석을 필요로 한다. 본 연구 대상인 도암댐은 송천유역에 위치하며, 1989년에 유역변경을 통한 발전용 댐으로 건설되었으나 방류수에 영향을 받는 남대천의 수질이 악화되면서 운영이 중단되었고, 이후 댐 방류수는 그대로 송천으로 흘러 보냄으로써 송천 하류부의 수질에 악영향을 미치고 있는 실정이다. 따라서 하천과 하천 사이 호소가 포함된 유역 단위를 통합적으로 관리할 수 있는 시스템 구축이 필요하다. 본 연구에서는 도암댐 유역의 통합탁수관리시스템을 구축하기 위하여 유역모형과 호소모형을 연계하였으며, 호소내 흐름은 수평방향 뿐만 아니라 수심방향을 통합적으로 해석하기 위해 수리모형과 수질모형을 연계하였다. 또한 호소에 적합한 모형을 선정하고, 호소를 포함한 유역의 영향을 파악해보기 위해 소유역 단위의 모의를 하고자 하였다. 크게 상류유역과 호소 구간으로 나누어 상류유역은 유역모형인 SWAT을 이용하고, 이 결과를 호소 부분의 유입 경계조건으로 적용하여 호소의 수리 및 수질모형인 EFDC-WASP의 연계를 통해 통합수질관리시스템을 구축하였고, 현장 조사결과를 이용하여 시스템의 적합성에 대해 검토하였다.

• 한국물환경학회지
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• 제39권6호
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• pp.439-450
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• 2023

The Yeongsan River, a major water resource for Jeollanam-do, that is adjacent to industrial complexes and agricultural areas, is exposed to water pollution. Therefore, it is necessary to investigate the impact of water pollution incidences and prepare response systems for river environment safety for other water resources in the future. Environmental Fluid Dynamics Code (EFDC) was applied to the mainstream of the Yeongsan River where residential, commercial, and agricultural areas are located to analyze the behavior of pollutants conducting the scenario analysis. Considering the pollutants that affected the study area, two pollutants, oil and benzene, with different physical and chemical characteristics were selected for the analysis. As a result of comparing the actual and simulated values of the water elevation, temperature, and flow rate, it was confirmed that the model adequately reproduced the hydraulic characteristics of the Yeongsan River. The oil flow dynamics showed that an increase in flow rate led to reduction in the maximum height of the slick. Notably, the behavior of the oil was predominantly influenced by the wind conditions. In the case of benzene, lower flow scenarios exhibited decreased arrival times and residence times accompanied by an elevation in the maximum concentration levels. From the results of pollutant behavior in the study area, it is feasible to utilize the section of tributary confluence for collection and the weir area for dilution. This study enhances the understanding of the pollutant's behavior with different characteristics and develops effective control systems tailored to the physicochemical attributes of pollutants.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.100-100
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• 2017

하천에 유입된 오염물질의 2차원 혼합거동은 하천 주흐름에 의한 이송현상과 유속 성분의 수심평균 값에 대한 공간적 편차로부터 야기되는 분산현상으로 설명 할 수 있다. 이는 3차원 이송확산 방정식으로부터 수심 적분된 2차원 이송-분산 방정식으로 수학적 유도가 가능하며, 수심방향으로 적분하는 과정에서 발생되는 농도의 분산항은 Taylor Dispersion 개념에 기초하여 종방향 및 횡방향의 2차원 분산계수로 표현된다. Fischer(1978)는 연직방향 유속분포로부터 2차원 분산계수를 추정하는 해석해를 수학적으로 유도하였으나, 실제 하천에서 정밀한 연직방향 유속분포를 계측하는 것은 많은 비용 및 노동력을 초래한다. 따라서 선행 연구자들은 2차원 혼합모형의 분산계수를 산정하고자 실험적 방법으로써 추적자실험을 수행하였다. 추적자실험은 추적자 물질을 수체에 주입한 후 농도의 변화를 관측함으로써 추적자물질이 하천에서 이송 및 분산되는 과정을 이해하는데 유용하다. 기존의 추적자실험은 고정된 위치에서 농도를 계측하여 시계열적인 농도의 변화를 관측한 후, 오염운 동결가정을 통해 종,횡방향 분산계수의 산정이 가능하지만, 오염물질 농도의 공간적 분포를 얻기에는 한계가 있다. 본 연구에서는 기존의 추적자실험법의 한계를 극복하고자 형광물질을 이용한 추적자실험을 수행함과 동시에 드론에 장착된 디지털카메라를 이용하여 항공영상을 취득 및 분석하여, 하천에 주입된 형광물질의 농도분포를 시공간적으로 추출하는 기법을 개발하고, 이를 바탕으로 오염물질의 2차원 혼합거동을 분석하였다. 본 실험은 한국건설기술연구원의 안동하천실험센터의 A3실험수로에서 수행되었으며, 실험수로는 평균 하폭 5 m, 평균 수심 0.44 m, 유량 $0.96m^3/s$의 실제 소규모 하천과 유사한 축척을 가지고 있다. 추적자물질은 Rhodamine WT 용액이 사용되었으며, 실험수로 내 설치된 15개의 형광광도계(YSI-600OMS)를 이용하여 농도를 측정하였다. 항공영상의 취득을 위해 이용된 드론은 DJI-Phantom 3 Professional 이며, 3840x2160의 해상도로 초당 30 frame의 동영상으로 취득되었다. 영상의 정합 및 좌표화를 위해 RTK-GPS를 이용하여 12개의 지상 기준점의 좌표를 취득한 후, 사영변환을 통해 영상좌표를 지상좌표로 변환하였다. 영상의 픽셀값을 농도장으로 변환하기 위해 각 RGB 밴드의 픽셀값을 통계적으로 분석하여 농도장으로 변환하였으며, 영상으로부터 얻은 농도장은 형광광도계에 의해 실측된 농도와 결정계수 0.9이상의 수준으로 정확도를 나타냈다.

• 생태와환경
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• 제42권1호
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• pp.1-8
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• 2009

본 연구에서는 mesocosm을 이용하여, 습지내 인의 거동을 살펴보기 위한 현장실험 자료를 고찰하였으며, 결과를 요약하면 다음과 같다. Mesocosm내 수체의 TP농도는 대조구인 M1에서는 $0.48\;mg\;L^{-1}$에서 $0.6\;mg\;L^{-1}$으로 증가한 반면, 처리구인 M2, M3, M4에서는 12.4, 20.4, $23.6\;mg\;L^{-1}$에서 1.92, 6.97, $6.94\;mg\;L^{-1}$로 감소되었고 TP 감소율은 M2, M3, M4에서 각각 84.5, 65.8, 70.6%로 평균 73.7%의 감소율을 보였다. 처리구 중 부착조류가 사멸하지 않은 M2와 대조구인 M1의 전체적인 물질 수지를 비교해 보면, M1의 경우는 부착조류에서의 인의 양이 소량 증가하였고, 갈대와 퇴적물에서의 인의 양은 소량 감소하였다. M1에서 부착조류의 인의 양이 늘어난 것은 대형수생식물이 고사기에 접어들어 습지내의 광조건이 충분해지면서 조류의 증가가 일어난 것이라 판단된다. M2의 경우엔 퇴적물내의 인의 총양은 5, 443 mg에서 8, 086 mg으로 증가하였고, 부착조류와 갈대 역시 각각 1, 147 mg, 1, 740 mg에서 2, 452 mg, 2.160 mg으로 증가하였다. 이로써 습지내 인의 거동에 있어 부착조류와 거대조류에 의한 인의 흡수와 침전 및 식물체에 의한 흡수가 주된 역할을 한다고 판단되며, 부착조류의 흡수가 활발했던 M2의 경우 TP 감소율이 85%에 이르고 부착조류의 흡수가 없었던 M3, M4에서 70% 이하의 TP 감소율을 나타낸 것을 볼 때, 침전과 식물체에 의한 흡수가 병행되는 것이 고농도의 TP처리에 상당히 효과적이라 생각된다. Mesocosm을 이용한 인의 이동경로 추정은 영향인자가 많은 습지내 오염물질 거동을 규명하는 매우 유용한 방법이라 판단되며, 그 결과는 인공습지를 조성하여 활용하는 데 필요한 기초자료로서 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국습지학회지
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• 제13권3호
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• pp.707-720
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• 2011

호소의 경우, 장기간 수류의 체류현상이 발생하는데, 특히, 수심방향의 수층에 따른 호소 내 수류와 수질 문제는 하천에서의 수질 문제와 다르다고 할 수 있다. 따라서 호소 수체 내의 수류와 수질을 시간에 따라 모의할 수 있는 3차원 비정상 상태의 수질모형을 적용하는 것이 유리하다고 할 수 있다. 3차원 모형은 댐이나 호소에서 수심방향으로 수층을 구분하여 수질모의가 가능하고 보다 신뢰성 있는 결과를 얻을 수 있다. 이에 본 연구에서는 3차원 모형인 EFDC를 이용하여 섬진강 댐의 운암호에 대한 수질 모의를 실시하였다. GIS기반의 강우-유출 모형인 HEC-GeoHMS와 HEC-HMS를 이용하여 장기유출량을 산정하고, 관측된 수위, 기상, 수온, 총 질소, 총 인에 대하여 입력 자료를 구축하였으며, EFDC 모형 적용을 위해 수심을 3개의 층으로 구분하고 5,634개의 격자를 추출하여 격자망을 구성한 후 운암호 내의 수질 변화를 시공간적으로 모의하였다. 장기유출 모의 결과 전체적으로 실제 유출량을 잘 반영한 것으로 나타났으며, 수질 모의를 통해 오염원 인자들에 따른 거동특성을 확인할 수 있었고 모의 수질은 관측 수질을 적절히 반영하는 것으로 판단된다. EFDC는 적절한 수질모의가 가능할 것으로 판단되며 향후 상수원의 취수 및 관리 대책 수립 등을 위한 지원을 기초도구로 활용할 수 있을 것으로 기대한다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제52권12호
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• pp.1047-1055
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• 2019

수질오염사고 발생시에 다양한 수환경 조건에서의 오염물질의 거동 예측을 위해서 여러 가지 유형의 모델링 기법을 사용하고 있으며, 그 중 물의 흐름특성을 고려할 수 있는 수리모델은 가장 기초가 되면서 전체 모의결과에 있어서 매우 중요하다. 이러한 수리모델은 대상하천의 수리특성을 정확하게 예측하고 있는가를 판단하는 과정이 매우 중요하며, 이와 같은 모델링 결과의 검증에 있어서 실제 하천에서 직접 실측한 결과를 이용한다. 현재 하천의 유속 측정에 있어 ADCP와 FlowTracker를 많이 운영하는데 ADCP는 수심이 0.6 m 이하인 경우와 수면 부근의 측정불가역의 비율이 40% 이상일 때 정확도가 매우 떨어진다. FlowTracker의 경우 도섭을 이용한 측정방식으로 인해 고수심 및 고유속 조건에서 측정에 한계를 가진다. 이러한 방식의 실측값을 통해 검증된 모델은 수심이 낮은 저유량기 모의와 유속이 빠른 고유량기에서의 모의결과를 신뢰할 수 없다. 본 연구에서는 Eulerian 방식으로 측정되는 기존의 방법과 달리 입자의 움직임에 따라 수체의 물리량을 측정하는 Lagrangian 방식의 GPS 전자부자를 이용하였다. GPS 전자부자를 이용해 측정한 유속과 수리모델의 모의결과를 비교하여, 모델결과의 검증 방안에 대하여 연구하였다. GPS 전자부자의 이동거리와 LPT 모델 입자의 이동거리를 비교하였을 때 평균 13.6%의 오차율을 보이며, 구간별 유속 차이에서도 정체구간을 제외하면 평균 3.2%의 오차율을 보였다. 따라서 GPS 전자부자를 이용하여 수리모델의 결과에 대한 보정 및 검증 방안으로 활용이 가능할 것으로 사료된다.