• Spatial Information Research
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• 제14권2호
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• pp.223-234
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• 2006

연안수질의 시공간적 분포특성을 살펴보기 위하여 1997년부터 2004년 사이에 우리나라 연안해역에서 측정된 수질자료(chlorophyll-a, pH, DO, COD, SS, dissolved inorganic nitrogen, dissolved inorganic phosphorous, salinity, temperature)에 대해 GIS 공간분석 기법을 적용하였다. 본 연구에서 사용된 수질자료는 공간상 모든 위치에 그 값이 존재하나, 실제 간의 수집은 고정관측 위치에서만 수행된다. 따라서 공간적으로 연속적으로 존재하는 연안수질의 분포 특성을 파악하기 위해서는 미관측 지점의 값을 예측할 필요가 있다. 본 논문에서는 공간분석 기법인 IDW를 연안수질 측정자료에 적용하였으며, IDW 기법의 적용 가능성을 평가하였다. 또한 IDW 공간보간을 적용한 후, 전국 연안을 46개 구간으로 구분하여 각 구간의 수질특성을 GIS 시각화 기법을 이용하여 분석하였다. 적용결과 공간보간 및 GIS 기법이 다년간 광범위한 범위에서 수집된 수질 자료로부터 시공간적 분포 특성을 파악하는데 유용함을 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.175-175
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• 2021

농업용 저수지는 양질의 농업용수를 저장하여 알맞은 시기에 적절하게 급수하기 위한 필수적인 시설로 사용되고 있다. 근래에 농업용수의 용도가 점차 확장되면서 농산물의 품질에 필요한 관개용수의 수질뿐만 아니라 인근 하천과 생태계의 환경유지용량 대한 연구의 필요성이 제시되고 있다. 그러나 규모가 작거나 환경적 보전가치가 없어 조사 대상에서 제외되는 소규모 농업용 저수지는 측정 및 조사자료가 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 여름철 소규모 농업용 저수지의 모니터링을 통해 시공간적인 수질특성을 파악하고자 한다. 조사유역은 강원도 횡성군 횡성읍에 위치한 반곡저수지로 선정하였고, 2020년 7월에서 10월까지 8회에 걸쳐 상부와 하부지점에서 총 7개의 수질항목 간의 특성을 분석하였다. 공간적인 특성분포 파악을 위해 총 13지점에서 수질 관측 지점별로 7개의 수질항목에 대해 Spearman 상관분석을 실시하였다. 측정결과, 반곡저수지는 호소 생활환경기준과 OECD 부영양화 기준으로 과영양상태에 도달하였다. 집중적 강우로 인해 희석효과가 발생하여 수질항목 간의 경향성이 저하되어 정확한 분석은 어려웠지만 Chl-a와 T-P, DO와 pH 간의 유의함이 나타났으며, Chl-a와 T-P의 TSIKO 상호편차가 양의 값을 나타내며 다량의 인과 함께 조류가 성장할 수 있는 조건이 형성되고 있었다. 공간적 특성분포는 저수지의 상부지점에서 농도가 높은 경향이 나타났으며 강우 시 인근 농경지와 축산시설에 적치된 축산분뇨의 호 내 유입과 얕은 수심으로 바람에 의한 수직혼합이 영양물질을 용출시켜 부영양화를 악화시키는 것으로 판단된다. 반곡저수지 상부에 녹조제거제 투입 및 저감시설이 필요하며, 향후 지속적인 모니터링을 통해 소규모 농업용 저수지 수질 연구를 위한 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

• 대한환경공학회지
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• 제30권10호
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• pp.1013-1020
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• 2008

시화호 인공습지의 오염물질 제거효율을 분석평가하고 수질정화기능의 저하원인을 파악하기 위하여 습지내 16개 지점에서 시공간적 수질분포에 대해 조사하였다. TN을 제외한 오염물질 제거효율은 조성 초기에 비해 낮아졌으며, 계절변동 또한 매우 큰 것으로 나타났다. 특히 BOD와 TP의 평균 제거효율이 각각 12.3%, -44.5%로 낮고, TN과 SS에 비해 계절변동이 큰 것으로 나타났다. 월평균 BOD의 제거효율은 습지 하류부에서 식물플랑크톤이 대량 증식하였던 4월과 7월에 처리효율이 나타나지 않았으며, TP의 경우는 4월부터 8월까지 제거효율이 지속적으로 감소하였으며 수온이 가장 높았던 8월에 -291%를 나타냈다. 폐쇄수역에서 SS 농도분포는 좌안과 우안에 비해 중앙지점에서 높은 것으로 나타났다. 또한 ANOVA test로부터 수평적으로 유의적인 차이(p = 0.013, 중앙 > 좌안 > 우안)를 보였다. 시화호 인공습지에서 오염물질 제거효율의 저하원인은 과도한 유기물 생산에 의한 습지의 혐기성환경과 이에 따른 습지 하류부에서 용출된 인과 대량 증식한 식물플랑크톤이 균등하지 못한 물 흐름에 의해 식생대를 거치지 않고 유출되었기 때문으로 유추된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.1658-1662
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• 2009

최근 들어 기후 변화로 인한 이상 강우 현상과 기록적인 집중 강우로 탁수 발생의 빈도와 강도가 증가하고, 탁수의 장기간 하류 방류로 인해 경제적인 피해가 발생할 뿐만 아니라 환경적으로도 중요한 문제로 대두되고 있다. 저수지로 유입된 탁수의 시공간적 분포 예측 결과의 신뢰도는 탁수 밀도류 해석의 정확도에 가장 큰 영향을 받으므로 유입 하천수의 밀도 거동에 대한 정확한 해석이 필요하다. 따라서 탁수의 거동해석은 수리 및 수질의 연동 모의(Coupled modeling)가 필수적이다. 본 연구의 목적은 수리 및 수질의 연동 해석이 가능한 2차원 횡 방향 평균 모형(CE-QUAL-W2)을 소양호에 구축하고, 기록적인 강우 사상을 보인 2006년 수문조건에서의 모형의 적용성과 한계점을 평가하는데 있다. 구축한 소양호 탁수 예측 모델을 2006년 탁수사상에 적용한 결과, 홍수 사상으로 이중 첨두 유량이 발생한 후 저수지 내에서 중층 밀도류와 바닥밀도류의 두 가지 밀도류 형태가 혼재하여 진행되는 현상이 적절히 모의되었다. 하지만, 저수지내에서 측정한 탁수 수괴(plume)의 시공간적 수직분포(profiles)는 모의결과와 다소 편차를 보였으며, 특히 저수지 바닥 인근에서 모델은 실측값을 과대평가 하였다. 오차의 원인은 모델 입력 자료의 불확실성과 수치모델의 불확실성으로 판단된다. 따라서 향후 탁수 거동 모델링과정의 불확실성을 최소화하고 모의결과의 신뢰도를 개선하기 위해서 극한탁수 사상에서 발생하는 수리학적 현상과 SS 입자 동력학에 대한 이론적 연구와 입력 자료의 정확한 산정을 위한 현장 실험이 필요하다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.424-424
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• 2019

수질오염 저감을 위한 유기물질의 처리를 위해 생물학적 처리에 중점을 둔 하 폐수 처리시설의 증가에 따라 BOD로 대표되는 생분해성 유기물질은 꾸준히 감소하였으나, COD농도의 경우 뚜렷한 감소를 보이지 않고 있다. 유기물질 중 특히 난분해성 물질의 증가는 상수원으로 사용되는 하천의 경우 조류 증식 등을 유발하고 여과공정에 영향을 미쳐 상수처리의 효율을 떨어뜨리는 등의 환경적인 문제를 야기할 수 있다. 기존 BOD, COD로 대표되는 유기물질의 경우 각 유기물질별 상관관계 및 유출특성 등에 대한 연구는 많이 이루어졌으나, 난분해성 물질에 대한 조사는 상대적으로 미진한 실정이다. 특히 동진강수계는 '새만금 제2단계 수질개선종합대책' 등 장기적인 수질개선 대책들이 추진되면서 하천의 BOD5 및 TP는 감소추세를 보이고 있으나, COD는 개선되지 않고 증가하는 추세를 보이고 있다. 동진강의 말단부의 경우 COD/BOD5의 비율이 지속적으로 증가하는 추세를 보이고 있어 상대적으로 난분해성 유기물질에 대한 관리의 중요성이 대두되고 있다. 이러한 COD 및 COD/BOD5의 증가 추세는 국내 4대강에서 전반적으로 나타나고 있는 추세로서, 정부는 2013년부터 하천 및 호소의 생활환경기준에 TOC 항목을 도입하여 2016년부터 호소환경기준의 대표항목을 COD에서 TOC로 대체하였으며, 폐수배출시설에 대해서도 점차적으로 확대 적용할 계획으로, 난분해성물질을 포함하는 총유기물질 관리를 위해서 수질 및 수생태계 환경기준에서 유기물질에 대한 환경기준을 BOD5와 COD에서 TOC로 변경하는 정책을 추진 중에 있다. 본 연구에서는 동진강 유역의 본류 및 지류에서 TOC등 유기물질의 시공간적인 분포와 오염원별 배출특성을 현장조사를 통해 조사 분석하였다. 조사 시기는 건기시, 강우시로 구분하여 수행하였으며 조사항목은 일반수질항목, 유기물질 항목, 유기물질 성상 분석 등에 대하여 수행하였다. 난분해성물질 관리를 위한 기초자료확보를 통하여 새만금호의 수질개선 및 목표수질 달성에 기여 할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제54권9호
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• pp.643-656
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• 2021

최근 국내 상수도 관리 기술은 고도로 발달하고 있으며, 이 과정에서 상수관망 내 용수공급 현황을 파악하고 예측하기 위한 컴퓨터 수리·수질 해석 모형은 핵심적인 역할을 수행하고 있다. 그러나 대규모 네트워크의 경우 컴퓨터 해석모형의 부담을 가중하고, 특히 짧은 계산시간 간격과 긴 모의 시간이 요구되는 수질해석의 경우, 막대한 계산시간이 소요되어 다양한 수질모의 및 분석이 어려운 경우가 발생한다. 본 연구에서는 대규모 상수관망시스템의 수질해석의 계산효율을 개선하기 위해 상수도 공급계통을 2단계로 계층화한 후, 계층화된 네트워크를 대상으로 수질모의를 수행하는 계층적 수질모의 기법을 제안하였다. 제안된 모의기법은 국내 대규모 상수도 네트워크에 적용하였으며, 다양한 염소투입농도 시나리오에 따른 잔류염소농도의 시공간적 분포를 모의하고 분석한 결과를 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.459-463
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• 2005

몬순지역에 속한 우리나라의 대부분 저수지에서는 여름철 집중호우시 탁수가 유입되므로, 저수지 수질관리를 위해 고탁수층의 진행경로, 시공간적 분포, 그리고 방류량조절 등에 의한 탁수저감효과를 예측할 필요성이 있다. 저수지의 성층현상이 임하호의 탁도분포에 미치는 영향을 검토하기 위하여 월별 수온분포가 검토되었고 또한 수리 및 수질모형 CE-QUAL-W2를 이용하여 2차원 수치모의가 수행되었다. 임하호의 6월 수온분포는 표층은 $24^{\circ}C$이고 심층은 $6^{\circ}C$이고 중층은 비교적 선형으로 변화한다. 8월달 수온 분포는 표층의 수온은 $30^{\circ}C$정도이고 심층은 심층은 $6^{\circ}C$이고중층은 $22^{\circ}C$에서 $18^{\circ}C$이고 2개의 수온약층이 존재한다. 6월과 8월의 중층수온분포를 비교해보면 6월은 상대적으로 수온변화가 크고 8월은 수온변화가 작으므로 중층에서의 이송확산이 8월에 보다 활발할 것으로 판단된다. 임하호 성층현상이 탁도분포에 미치는 영향을 파악하기 위하여 6월과 8월의 수온분포의 경우에 대하여 임하호 유역에 80 mm와 120 mm의 총강우량이 발생한 경우에 대하여 수치모의를 수행하였다. 초기 저수위는 El. 148 m와 El. 152 m의 조건을 적용하였다. 수치모의결과는 2002년 태풍루사의 경우에 대하여 검증하였다. 수치모의결과는 다음과 같다. 탁수층 선단이 댐체에 도달하는 시간은 초기 저수위가 높고 중층의 수온분포가 상대적으로 균일한 8월이 긴 것으로 나타났다. 이러한 현상은 유입수가 저수지로 유입되면서 초기수위가 높은 경우에 운동량이 상대적으로 많이 소멸되기 때문으로 판단된다. 또한 탁수층의 두께도 8월 성층의 경우가 상대적으로 큰 것으로 나타났다. 이는 중층의 8월 수온분포 또는 밀도분포가 상대적으로 균일하기 때문에 연직방향 이송$\cdot$확산이 많이 이루어졌기 때문으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.472-472
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• 2011

탁도는 물의 상대적인 흐림 정도를 나타내는 척도로서 이는 빛이 물을 통과할 때 산란시키는 부유고형물질 때문에 발생한다. 토양침식에 의하여 지표수로 유입된 토사와 광물질은 하천의 수송 및 퇴적 과정을 거치며 이동한다. 이때 하상 퇴적물은 바닥으로부터 먹이를 찾는 유기체에 의해 뒤섞이며 입자들은 일정기간동안 물의 흐름에 의해 부유상태로 남아 있게 되고, 유입되는 영양소와 빛에 의하여 성장하는 조류 또한 탁도를 증가시키는 원인이 된다. 이러한 부유물질의 증가는 수중에 태양복사에너지 전달을 방해하여 수중생태계의 먹이사슬과 저서생물의 서식환경에 많은 영향을 미치고, 수표면 온도 또한 태양으로부터 열을 흡수하는 표면 근처의 부유물질에 의해 증가하여 용존산소의 양에도 영향을 미친다. 따라서 수체내 분포하고 있는 부유물질의 종류와 양 및 공간적 분포 파악은 수질문제와 재난 예방 및 생물의 서식환경 문제를 파악하고 해결하는 데 매우 중요하다. 그러나 부유물질에 부착되어 있는 영양소, 금속, 살충제 등은 물 순환 시스템을 통하여 끊임없이 운반되고 상류유역의 흐름 조건에 따라 시공간적으로 변화하기 때문에 이를 규명하는 것이 매우 어려운 실정이다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 광역적인 탁수환경의 분석방법으로 원격탐사(Remote Sensing, 이후 RS) 기법을 이용한 방법이 제안되고 있다. 이미 선진국에서는 광역수계의 수질관리를 위해 RS 기법을 이용하여 신속하고 정확한 수질상태 파악을 시도하고 있으며, 우리나라에서도 KOMPSAT 발사를 계기로 RS 관련 기술이 비약적으로 진화하고 있다. 그러나 RS 데이터를 활용하는데 필수적인 분광학적 특성 규명에 대한 연구는 대부분 식생과 토양에 한정되어 있으며 수체에 대한 연구는 현장조사의 어려움으로 인하여 상당히 제한적인 수준이다. 따라서 본 연구에서는 탁도의 변화에 따른 분광반사 특성을 휴대용 분광복사계를 이용하여 규명하고, 이를 Landsat 위성영상에 적용하여 새만금 유역을 대상으로 완공 직후인 2006년부터 2010년까지의 탁수환경을 모니터링 하였다. 그 결과 새만금 유역 탁수환경을 정성적으로 확인할 수 있었으며, 이를 이용하여 탁수환경 연구에 RS 기법이 효과적임을 제시하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.448-448
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• 2021

최근 급격한 기후변화와 도시화 및 산업화로 인한 지류하천에서의 수량과 수질의 변동은 생물 다양성 감소와 수생태계 건강성 저하에 큰 영향을 미치고 있다. 효율적인 수생태 관리를 위해서는 지속적인 유량, 수질, 그리고 수생태 모니터링을 통한 데이터 축적과 더불어 면밀한 상관 분석을 통해 수생태계 건강성의 악화 원인을 규명해야 할 필요가 있다. 그러나 수많은 지류하천을 대상으로 한 지속적인 모니터링은 현실적으로 어려움이 있으며, 수생태계의 특성 상 단일 영향 인자만으로 수생태계의 건강성 변화와의 관계를 정확히 파악하는데 한계가 있다. 따라서 지류하천에서의 유량 및 수질의 시공간적인 변동성과 다양한 영향 인자를 고려하여 수생태계의 건강성을 효율적으로 예측할 수 있는 기술이 필요하다. 이에 본 연구에서는 경험적 데이터 기반의 머신러닝 모델 구축을 통해 미계측 하천에서의 수생태계 건강성 지수(BMI, TDI, FAI)의 등급(A to E)을 예측하고자 하였다. 머신러닝 모델은 학습 데이터셋의 양과 질에 따라 성능이 크게 달라질 수 있으며, 학습 데이터셋의 분포가 불균형적일 경우 과적합 또는 과소적합 문제가 발생할 수 있다. 이를 보완하고자 본 연구에서는 실제 측정망 데이터셋을 바탕으로 생성적 적대 신경망 GAN(Generative Adversarial Network) 알고리즘을 통해 머신러닝 모델 학습에 필요한 추가 데이터셋(유량, 수질, 기상, 수생태 등급)을 확보하였다. 머신러닝 모델의 성능은 5차 교차검증 과정을 통해 평가하였으며, GAN 데이터셋의 정확도는 실제 측정망 데이터셋의 정규분포와의 비교 분석을 통해 평가하였다. 최종적으로 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형을 통해 예측 된 미계측 하천에서의 데이터셋을 머신러닝 모델의 검증 자료로 사용하여 수생태계 건강성 등급 예측 정확도를 평가하였다. 본 연구에서의 GAN에 의해 강화된 머신러닝 모델은 수질 및 수생태 관리가 필요한 우심 지류하천 선정과 구조적/비구조적 최적관리기법에 따른 수생태계 건강성 개선 효과를 평가하는데 활용될 수 있을 것이다. 또한 이를 통해 예측된 미계측 하천에서의 수생태계 건강성 등급 자료는 수량-수질-수생태를 유기적으로 연계한 통합 물관리 정책을 수립하는데 기초자료로 활용될 수 있을 것이라 사료된다.