• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.53-53
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• 2020

오염물질 유출 사고가 발생했을 경우 안전한 수자원의 관리 및 공급을 위해 오염물질의 혼합거동에 대한 정확한 해석이 필요하다. 하천에 유입된 오염물질의 혼합 거동에 영향을 미치는 인자들은 다양하지만, 수리구조물 등에 의해 발생한 저흐름 영역에 의해 오염물질이 정체되는 현상에 대한 연구는 아직 미흡한 실정이다. 특히, 국내 하천에는 약 33,000여 개가 넘는 취수보가 설치되어 있으며, 이 보들은 대부분 광정보 형태의 농업용수 취수를 목적으로 하고 있다. 이러한 보에는 저유량 시기에 보 상하류간의 흐름을 원활하게 하기 위한 노치(notch) 형태의 배수로가 설치되어 있으며, 노치로 인하여 보 상류쪽에 연직방향 뿐만 아닌 수평방향 흐름장의 변화 및 저흐름 영역이 형성된다. 따라서 본 연구에서는, 노치가 설치된 보 구조물 주변에서의 수평 방향 흐름 구조 및 오염물질의 혼합 거동을 분석하여 하천 저장대 모형의 매개변수를 산정하였다. 저흐름 영역에 의하여 오염물질의 정체현상이 발생할 경우, 일반적으로 오염물질 혼합 해석에 사용되는 Fickian 이송-확산 모형은 농도의 공간 분포를 잘 재현하지 못하기 때문에 non-fickian 모형인 하천 저장대 모형이 널리 사용되고 있다. 하천 저장대 모형에서의 주요 매개변수로는 저장대 영역(저흐름 영역)의 면적과 질량교환계수가 있으며, 본 연구에서는 노치의 조건 변화에 따른 저장대 영역 및 질량교환계수의 변화를 분석하기 위하여 수리실험을 수행하였다. 노치의 조건 변화에 따른 저장대 모형의 매개변수 산정을 위하여 보 구조물이 설치되어 있는 개수로에서 수리실험을 수행하였으며, 광범위의 수평방향 흐름구조 및 오염물질의 혼합거동을 분석하기 위하여 LSPIV(Large Scale Particle-Image-Velocimetry) 및 PCA(Planar-Concentration-Analysis) 기법을 이용하여 유속 및 오염물질의 농도자료를 취득하였다. 취득된 유속 자료 및 농도자료를 바탕으로 보 상류에 위치한 저흐름영역의 크기 및 저흐름 영역과 주 흐름 영역 사이의 농도변화를 분석하였다. 실험자료 분석결과, 노치의 간격이 커질수록 저흐름영역의 크기 또한 증가하였으며, 오염물질의 체류시간 또한 증가하는 것으로 밝혀졌다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.200-200
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• 2021

하천은 용수공급, 관개, 친수활동, 산업활동 등 인간의 활동에 중요한 역할을 한다. 이에 따라 수질관리는 필수적이며 유기물, 중금속, 화학물질 등의 용존물질들은 수질문제에 직접적으로 영향을 미친다. 따라서 하천에서의 용존물질의 혼합 거동을 파악하기 위한 연구가 지난 수십년간 이루어지고 있다. 하천 흐름에 따른 오염물질의 이동 및 확산 거동을 예측하기 위하여 1차원 추적모형이 활용되는데, 그 중 하천저장대 모형(Transient Storage Model, TSM)은 자연하천의 복잡하고 불규칙한 수리·지형적인 특성을 단순하게 반영할 수 있다는 장점때문에 가장 많이 사용된다. 하지만 TSM은 매개변수에 대한 의존성과 불확도가 크며, TSM의 저장대에서의 농도분포에 대한 지수함수형태의 모델링이 하상간극수역(Hyporheic zone)에서의 저장대 특성을 반영하기에 구조적으로 부정확하다는 단점이 제기되고 있다. 최근 이러한 TSM의 단점을 보완하고 하천에서의 저장대 메커니즘을 보다 정확하게 구현하고자 체류시간분포(residence time distribution)를 이용한 확률론적 저장대 모델링 프레임워크가 등장하고 있다. 본 연구에서는 본류대와 저장대에서의 오염물질의 체류시간분포를 분리하여 해석하고 이를 전달함수(transfer function)를 이용한 합성곱으로 결합한 형태의 프레임워크를 적용하여 모델링하였다. 상기의 모형을 검증하기 위하여 2019년 감천의 4.85km 구간에서 추적자 실험을 실시하였다. 실험 당시 유량은 12.9 m³/s로 풍수기에 해당되며 평균 유속은 약 0.6 m/s로 측정되었다. 모형의 매개변수는 추적자 실험으로부터 최적화 기법을 통해 역모델링기법으로 결정하였다. 제안된 모형에 의한 모의 결과를 추적자 실험에서의 농도측정자료와 비교한 결과, 평균 0.988의 결정계수를 보여 매우 높은 정확도를 보이고 있음을 알 수 있었다. 저장대특성을 나타내는 농도곡선의 꼬리부에 대하여 같은 조건에서 1차원 이송-분산(ADE) 모형, TSM의 모의결과와도 비교한 결과 본 모형은 추적자 실험 농도측정 결과와 평균 0.195의 오차율을 보이며, 이는 ADE 모형과 TSM의 오차율인 14.03과 1.866에 비해 매우 정확한 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.361-361
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• 2016

기상이변으로 인하여 최근 10년 동안 해마다 홍수와 가뭄 피해가 극심하였고 그에 따른 경제적 손실 또한 증가하고 있다. 이에 우리나라에서는 4대강 살리기 사업으로 다기능보 건설 및 준설을 통하여 용수확보 및 홍수조절능력을 향상시키고자 하였다. 하지만 그로인해 하천환경이 많이 변하였으며, 그에 따른 하도의 안정성 확보 및 효율적인 유지관리가 요구되는 상황이다. 체계적인 하천관리를 위해서는 24시간/365일 하천상황 분석과 함께 실시간 수리학적 체류시간 분석 등을 통한 하천 및 하도내 수자원 관리 기초자료 필요성이 요구된다. 따라서 본 연구에서는 변화된 하천을 정확히 반영하고, 보의 운영조건을 고려한 2차원 수리해석을 실시하여 하천관리를 위한 기초 자료를 제공하고자 한다. 다기능보의 지형조건과 운영조건을 반영할 수 있는 EFDC 모형을 이용하여 낙동강에 대해 2차원 수리모형을 구축하였다. 자료기반모형을 이용하여 지류 유입량을 예측하여 적용하였으며, 보 상류 및 하류부 수위를 상 하류단 경계조건으로 구성하였다. 이를 통해 보별 유입량 및 보 상류의 주요지점의 수위, 유량에 대한 다양한 조건을 확정론적 방법과 추계학적 방법으로 분석하여 주요지점에서의 유량 및 수위 수문곡선, 수위/유량 종단양상, 주요지점별 도달 시간 등을 제시하였다. 또한 확정론적 수위 및 유량의 홍수기 및 저 갈수기, 계절 및 분기, 일단위및 시단위 등의 시계열 결과를 도출하였으며, 유량규모별 전파 양상을 분석하여 강우-유량-도달 시간의 조건표를 제시하여 보의 운영에 직접적으로 활용할 수 있도록 하였다. 본 연구를 통해 낙동강에서의 하천관리를 위한 기초자료를 제공할 수 있으며, 다양한 조건에 대한 보 운영 및 하천 유지관리의 가이드라인을 제시할 수 있을 것으로 판단된다.

• Journal of Korean Society of Disaster and Security
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• v.14 no.1
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• pp.61-72
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• 2021

There is an increasing need for water supply plan using sustainable groundwater to resolve water shortage problem caused by drought due to climate change and artificial aquifer recharge has recently emerged as an alternative. This study deals with recharge potential assessment for artificial recharge system and quantitative assessment for securing stable water and efficient agricultural water supply adapt to drought finding optimal operating condition by numerical modeling to reflect recharge scenarios considering climate condition, target water intake, injection rate, and injection duration. In order to assess recharge potential of injection well, numerical simulation was performed to predict groundwater level changes in injection and observation well respect to injection scenarios (Case 1~4) for a given total injection rate (10,000 m³). The results indicate that groundwater levels for each case are maintained for 25~42 days and optimal injection rate is 50 m³/day for Case 3 resulted in groundwater level rise less than 1 m below surface. The results also show that influential area of groundwater level rise due to injection was estimated at 113.5 m and groundwater storage and elapsed time were respectively increased by 6 times and 4 times after installation of low permeable barrier. The proposed assessment method can be contributed to sustainable agricultural water supply and stable water security for drought adaptation.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.50 no.12
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• pp.803-813
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• 2017

Recently, various studies have been conducted to optimize the pump operation scheduling and/or the pump/tank size minimizing the system cost of water distribution network. Prior to that, it is important to understand the sensitivity of pump/tank size on the system cost and overall water quality. Here, we have performed the sensitivity analysis to investigate the effect of pump/tank size on the economic cost (construction and operation) and water quality (water age). The analysis was applied on a real, large-scale water transmission network currently operating in South Korea. The results revealed that the pump/tank size has a strong influence on system construction/operation costs. Especially, the tank size has a significant effect on the system-wide water quality. In the case of applied networks, the operating cost decreases as the capacity of the facility increases, but the design cost increases. Using a sensitivity analysis, a suitable range of pump/tank size could be suggested to minimize costs and stabilize the water quality at the same time prior to a system design.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.490-490
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• 2021

상수도 관망은 대표적인 사회기반시설로 수원으로부터 수용가에게 수질적으로 안전한 물을 안정하게 공급하는 것을 목표로 한다. 초기의 상수도 관망의 최적 설계는 비용만을 고려함으로써 미래의 불확실한 상황에 대한 대처가 매우 취약하고, 사용자의 다양한 요구를 충족시키지 못하였다. 또한, 유량과 안정적인 수질 공급을 고려하는 설계는 몇몇 비선형적 요소를 포함하고 있으며, 특히 사용자의 수요 패턴에 따른 잔류 염소 농도가 설계 기준에 부합하지 못하는 문제가 되는 경우 사용자의 심미적, 심리적 불편을 초래할 수 있다. 이는, 수질의 안전성과 직결되는 문제이다. 따라서 본 연구에서는 상수도 관망의 설계에 대하여 수질과 수리학적 특성을 고려한 상수도 관망 다목적 최적 설계를 수행하였다. 상수도 관망은 수질적인 측면을 고려하기 위해 수원에서 수용가까지 용수를 공급하는 과정에서 병원성 미생물을 소독하기 위하여 염소를 주입한다. 또한, 유리 잔류 염소의 평상시 기준을 (1.0-4.0mg/L) 유지하도록 규정하였다 (수도법 시행규칙 제22조의2). 하지만 사용자의 사용패턴, 체류 시간에 따라 잔류염소량이 달라진다. 따라서, 본 연구에서는 상수도 관망의 설계 비용과 염소 주입량을 동시에 설계 인자로서 고려하기 위해 Multi-objective Harmony Search를 적용하고, 그 결과를 분석하였다. 이러한 상수도 관망의 수질 인자와 설계 비용을 고려한 최적 설계안은 경제적 측면 뿐만 아니라 사용자의 수질 측면의 안전성을 충족하는 방안을 제시할 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.181-181
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• 2022

상수도 관망은 비정상상황에서도 안전한 물을 안정적으로 공급하는 것을 목표로 한다. 따라서 상수도 관망의 최적 설계는 수리학적 제약조건 (i.e., 절점의 압력, 관의 유속)을 만족하는 설계안을 제시한다. 하지만 점차 커지는 도시 규모에 따라 수질적으로 안전한 물을 공급하지 못하는 문제가 발생하고 있다. 또한, 상수도시스템의 형식 (i.e., 수지상식, 혼합식, 순환식)에 따라 용수의 체류 시간, 절점의 압력 등이 상이하다. 따라서, 본 연구에서는 도시 규모 및 형식과 잔류염소 농도를 고려한 상수도시스템 최적 설계를 진행하였다. 절점의 개수에 따라 도시의 규모를 분류하였으며, BI(BI; Branch Index) 지수를 통해 상수도시스템의 형식을 분류하였다. 또한, 수리학적 제약조건(i.e., 절점의 압력)과 수질적 제약조건 (i.e., 잔류염소 농도)을 설정하여 수리-수질을 동시에 만족하는 최적 설계안을 도출하였다. 비상시에도 물을 안정하게 공급하기 위하여 시스템의 탄력성과 설계비용을 목적함수로 설정하여 다목적 최적 설계를 진행하였다. 이러한 연구는 압력만을 고려한 기존 설계단계에서 수질적 측면을 동시에 고려하여 수질 측면의 안전성을 향상할 수 있다. 또한, 시스템의 탄력성을 고려하여 비정상상황에서도 물을 공급하여 사용성을 향상하는 설계안을 도출하여 수리학적 안정성을 만족하며, 경제적 측면도 향상할 수 있다.

• Journal of Aquaculture
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• v.12 no.1
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• pp.47-56
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• 1999

Denitrification by anaerobic bacteria is one of the most common processes of removing nitrate from recirculating aquaculture systems. This process is affected by many factors such as external carbon sources, hydraulic retention time (HRT), and $COD/NO_3-N$ ratio. Although external organic carbon sources are essential for the denitrification process, these also contribute to increase dissolved organic carbon concentration in recirculating aquaculture systems. So these external organic carbons must be removed from the systems. This study was conducted to find out the optimum operating conditions for the removal of external organic carbons in a submerged denitrification biofilter. Combinations of two external carbon sources (glucose and methanol), two HRT (4- and 8-hour), and four different C:N ratios (3, 4, 5, and 6) were used in this experiment. The removal efficiencies of organic carbon sources at 8-hour HRT were always better than those at 4-hour's (P<0.05). Maximum removal efficiencies were achieved when C:N ratio was 5 in both glucose and methanol. The removal efficiencies of methanol were always better than those of glucose. The maximum removal efficiencies of glucose and methanol were 76.5% and 84.0%, respectively and the removal rates were 223.5 $g/m^2/day$ and 247.1$g/m^2/day$. The maximum removal rates of glucose (290.9 $g/m^2/day$) and methanol (355.6 $g/m^2/day$) were achieved at 4-hour HRT and 5 C:N ratio. But the concentrations of SCOD in the effluent of both glucose ($52.5 mg/\ell$) and methanol ($40.9 mg/\ell$) were too high for rearing fish. Therefore, the optimum operating conditions for the removal of external carbon in a submerged denitrification biofilter were 8-hour HRT and 5 C:N ratio. And methanol showed better efficiency as an external carbon sources.

• The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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• v.11 no.4
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• pp.165-171
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• 2006

This is the research to prepare a purification program for relatively less polluted stream by using phytoremediation. We calculated a treatment amount of nutrients followed by growth of Helianthus annuus (a kind of sunflower), setting up the plant reactor in the hothouse. Moreover, to investigate a field applicability, we could find increased contents of nitrogen, carbon and hydrogen in plants by setting up a H. annuus planted artificial floating island in an irrigation canal. When we changed the dissolved inorganic nitrogen(DIN) concentration of the influent from 28.5 to 199.2 mg/l and the dissolved inorganic phosphorus(DIP) concentration of the influent from 13.3 to 25.4 mg/l, growth disorder has not appeared though it is much higher than the criterion of water for irrigation. In this case, the removal rate of DIN was $81.7\sim98.6%$, and that of DIP was $81.9\sim98.4%$ in 3 days stay on average. It has appeared that the efficient hydraulic retention time(HRT) was 48 hours. The following contents of nitrogen, carbon and hydrogen of H. annuus appeared in the artificial floating island: nitrogen was $3.2\sim7.8%$ in the trunk and $3.0\sim6.3%$ in the root. Carbon was $40.1\sim57.7%$ in the trunk and $43.4\sim53.8%$ in the root.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.34 no.6
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• pp.421-429
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• 2012

This study was aimed to analyze the water quality characteristics of the Hwapocheon Stream and to be utilized in the further related research. Water in the upper stream became a dammed pool due to the existence of 14 weirs, and pollutants such as both sewage and irrigation water were introduced into the mainstream passing through farming settlements and agricultural land. For these reasons, filamentous cyanobacteria (Oscillatoria sp.) bloomed at the bottom of the dammed pool. Also in the midstream and downstream, tributaries with high pollutant concentrations [e.g., Comocheon (T3) and Yongdeokcheon (T8)] were inflowed, and had a negative impact on water quality of the mainstream, especially nitrogen and phosphorus. In the Hwapocheon Stream, dissolved oxygen (DO) decreased, and suspended solid (SS) increased toward the downstream. The result showed that hydraulic retention time, SS, COD, and concentration of $NH_4{^+}$ were important water quality factors of the Hwapocheon Stream. The high concentration of benthic organic matter and rich in attached algae in the core of Hwapo-wetland were expected to give impact on the water quality of the mainstream. In the spatial manner, water quality showed increasing trend in the weir zone, and it was constant or decreased trend in wetland. In the seasonal manner, the nutrient concentrations were high in the winter dry season, however, the organic matter concentrations were high in spring and summer. Generally, the concentrations of phytoplankton value were $40{\mu}g\;chl-{\alpha}/L$ or less in all reaches except for the high concentrations in the weir and wetland area in June.