• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2021.06a
• /
• pp.487-487
• /
• 2021

탁수는 유기물 또는 무기물이 유입되면서 빛의 투과성이 낮아진 수체를 의미한다. 탁수가 발생하게 되면 어류의 폐사, 정수처리 비용의 증가 및 경관의 변화로 인한 피해가 발생하게 된다. 국내에서는 홍수기 또는 태풍 시 유역의 토사가 저수지 상류에서 유입하여 호내의 탁수를 발생시키는 경우가 있는데, 특히 낙동강 유역의 임하호에서 빈번하게 고탁수가 발생하여 왔다. 본 연구에서는 임하호에서 탁수 발생 시 신속 배제를 위한 수치적인 예측 시스템을 소개하고자 한다. 저수지 탁수관리의 기본개념은 용수공급능력을 고려한 고탁수의 신속한 배제이다. 이는 선제적 의사결정을 요구하므로, 지류에서 탁수가 발생한 즉시 향후 상황에 대한 예측이 필요하다. 이러한 예측을 위해 유역관리처는 3단계의 수치해석을 수행한다. 첫 번째는 유역 상류에서 탁수가 감지되었을 때, 호 내 탁수의 분포를 예측하는 것이다. 수심 및 수평방향의 탁수 분포에 대한 상세한 결과가 도출되어야 하기에, 3차원 수치해석 프로그램인 AEM3D를 이용한다. 이때, 과거 고탁수 유입에 대한 자료를 기반으로 산정된 매개변수가 적용된다. 두 번째는 예측된 호내 분포를 초기조건으로 댐 방류량 및 취수탑 위치(선택배제)에 따른 탁수 배제 수치해석을 수행하게 된다. 다양하고 많은 case에 대한 신속한 모의 및 3달 이상의 장기간 예측을 요구하므로, 2차원 수치모델인 CE-QUAL-W2를 활용한다. 이 단계에서 수자원의 안정적 공급이 가능한 범위 내에서 효과적인 탁수 배제 방류 방법 등이 결정되며, 방류 탁도가 예측된다. 세 번째 단계는 방류탁도를 경계조건으로 하여 하류 하천(반변천~내성천 합류 전)의 탁도를 예측하는 것이다. 하천의 탁도 예측은 국내뿐만 아니라 국외에서도 그 사례를 찾아보기가 쉽지 않은데, 이는 중소형의 지류에 대한 입력자료가 충분하지 않고 불확실성이 높기 때문이다. 이에 과거 10여 년의 data를 이용한 회귀분석을 통해 탁수 발생물질(SS)-부유사-유량과의 관계를 도출하고, 2차원 하천모델(EFDC)을 이용하여 수심 평균 탁도를 예측하게 된다. 이러한 세 단계의 예측은 탁수가 호내로 유입됨에 따라 반복되고, 점차 예측 정확도가 향상되게 된다. 세 단계의 과정을 통한 임하호 탁수의 조기 배제는 현재 적지 않은 효과를 거두고 있다고 판단된다. 그러나 탁수를 발생시키는 현탁물질의 종류는 매번 일정하지 않기 때문에, 이러한 예측 시스템에 정확도에 영향을 줄 수 있으므로, 여러 상황을 고려한 딥러닝을 도입하여 탁수 물질에 대한 정보를 예측한다면 보다 합리적인 의사결정 지원 도구가 될 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2020.06a
• /
• pp.206-206
• /
• 2020

토지이용의 고도화에 따라 비점오염원 부하는 증가하는 추세이며 기후변화에 따른 강우강도 증가 등으로 지표면에 축적된 고농도의 비점오염물질이 하천으로 유출, 수질오염을 가중시키고 있어 비점오염원 관리가 필요하다. 환경부에서 효율적인 비점오염원 관리를 위하여 2004년부터 현재까지 3단계에 걸쳐 비점오염원 관리 종합대책을 수행하고 있으며, 2008년부터 비점국고보조사업을 추진하여 비점오염저감시설 설치를 통한 수질개선 및 수생태계 건강성 확보에 기여하고자 하였다. 이에 본 연구는 비점국고보고사업을 통해 구축된 비점오염저감시설을 대상으로 시설 설치 및 운영 현황과 강우시 비점오염저감 효과 분석을 통한 시설의 평가를 수행하고자 한다. 연구대상시설은 시범시설 및 국고보조시설 총 70개소로 2005~2017년에 준공되었으며, 2016년부터 현재까지 총 4년동안 진행된 모니터링을 바탕으로 연구를 수행하였다. 시설의 용량은 34~97,000㎥의 범위로 SA/CA 1.2~6.6%의 범위이다. 강우시 모니터링은 선행무강우일수 3일이상을 고려하여 수행하였으며 도시지역의 경우 5mm 이상, 농촌지역 10mm 이상시 모니터링을 진행하였다. 시설의 유입과 유출부에서 수질 및 유량 모니터링을 진행하였으며, 수질오염공정시험법에 준하여 BOD, COD, SS, T-N 및 T-P 항목에 대해 분석을 수행하였다. 모니터링 결과, 국내 비점오염저감시설의 평균 부하량은 SS 250.4 kg/day, BOD 89.2 kg/day, COD 136.2 kg/day, TN 51.4 kg/day, TP 7.1 kg/day 로 분석되었으며, 유출부 의 경우 SS 83.8 kg/day, BOD 37.2 kg/day, COD 51.0 kg/day, TN 15.4 kg/day, TP 2.0 kg/day로 나타났다. 또한, 은 오염물질 유입 및 유출 부하량의 상관관계 분석결과 SS, BOD, COD의 유입 및 유출 부하량의 상관성은 높게 나타났으며 특히 유기물질(BOD, COD)의 상관성은 0.8이상으로 분석되었다(p<0.005). 이는 비점오염저감시설에 적용된 식생, 미생물, 여재 등을 통하여 물리학적 및 생태학적 처리를 통해 저감되기 때문으로 판단된다. 하지만, TN은 인위적 요인과 자연적 요인이 복합적으로 작용으로 배출 특성으로 상관성은 매우 낮은 것으로 분석되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2021.06a
• /
• pp.88-88
• /
• 2021

최근 수자원과 수질관리 분야에 자료기반 머신러닝 모델과 딥러닝 모델의 활용이 급증하고 있다. 그러나 딥러닝 모델은 Blackbox 모델의 특성상 고전적인 질량, 운동량, 에너지 보존법칙을 고려하지 않고, 데이터에 내재된 패턴과 관계를 해석하기 때문에 물리적 법칙을 만족하지 않는 예측결과를 가져올 수 있다. 또한, 딥러닝 모델의 예측 성능은 학습데이터의 양과 변수 선정에 크게 영향을 받는 모델이기 때문에 양질의 데이터가 제공되지 않으면 모델의 bias와 variation이 클 수 있으며 정확도 높은 예측이 어렵다. 최근 이러한 자료기반 모델링 방법의 단점을 보완하기 위해 프로세스 기반 수치모델과 딥러닝 모델을 결합하여 두 모델링 방법의 장점을 활용하는 연구가 활발히 진행되고 있다(Read et al., 2019). Process-Guided Deep Learning (PGDL) 방법은 물리적 법칙을 반영하여 딥러닝 모델을 훈련시킴으로써 순수한 딥러닝 모델의 물리적 법칙 결여성 문제를 해결할 수 있는 대안으로 활용되고 있다. PGDL 모델은 딥러닝 모델에 물리적인 법칙을 해석할 수 있는 추가변수를 도입하며, 딥러닝 모델의 매개변수 최적화 과정에서 Cost 함수에 물리적 법칙을 위반하는 경우 Penalty를 추가하는 알고리즘을 도입하여 물리적 보존법칙을 만족하도록 모델을 훈련시킨다. 본 연구의 목적은 대청호의 수심별 수온을 예측하기 위해 역학적 모델과 딥러닝 모델을 융합한 PGDL 모델을 개발하고 적용성을 평가하는데 있다. 역학적 모델은 2차원 횡방향 평균 수리·수질 모델인 CE-QUAL-W2을 사용하였으며, 대청호를 대상으로 2017년부터 2018년까지 총 2년간 수온과 에너지 수지를 모의하였다. 기상(기온, 이슬점온도, 풍향, 풍속, 운량), 수문(저수위, 유입·유출 유량), 수온자료를 수집하여 CE-QUAL-W2 모델을 구축하고 보정하였으며, 모델은 저수위 변화, 수온의 수심별 시계열 변동 특성을 적절하게 재현하였다. 또한, 동일기간 대청호 수심별 수온 예측을 위한 순환 신경망 모델인 LSTM(Long Short-Term Memory)을 개발하였으며, 종속변수는 수온계 체인을 통해 수집한 수심별 고빈도 수온 자료를 사용하고 독립 변수는 기온, 풍속, 상대습도, 강수량, 단파복사에너지, 장파복사에너지를 사용하였다. LSTM 모델의 매개변수 최적화는 지도학습을 통해 예측값과 실측값의 RMSE가 최소화 되로록 훈련하였다. PGDL 모델은 동일 기간 LSTM 모델과 동일 입력 자료를 사용하여 구축하였으며, 역학적 모델에서 얻은 에너지 수지를 만족하지 않는 경우 Cost Function에 Penalty를 추가하여 물리적 보존법칙을 만족하도록 훈련하고 수심별 수온 예측결과를 비교·분석하였다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
• /
• v.28 no.6B
• /
• pp.635-642
• /
• 2008

The influence of unsubmerged resistance bodies in a channel turbulence flow on energy loss was investigated by hydraulic experiments. Square-shaped multi-piers were used for unsubmerged structure or rigid vegetation in an open channel. In experimental channel flows multi-piers were arranged in double or single row along the channel direction, and mean-concept uniform elevations were attained and measured with a set of discharges and channel slopes. Applying the experimental results to the Manning equation, the equivalent resistance coefficient n, which implicates flow resistance and energy loss due to bottom friction as well as drag, was evaluated with varying the interval of piers and the uniform water depth. And the experimentally evaluated n values were compared with the semi-theoretical formula of the equivalent resistance coefficient derived from momentum analysis including a drag interaction coefficient. From the comparisons it was found that the interaction effect of piers on flow resistance was significant for the overall energy losses in a channel flow. The n values decrease when the interval of piers in flow-direction is less than about 2.2 times of the pier width. And it was also found that the n values increase with the 2/3 power of water depth in the theoretical formula, since the drag interaction coefficient was found to be mostly dependent on the interval of piers.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
• /
• v.26 no.6D
• /
• pp.1019-1023
• /
• 2006

The slope information based on DEM is very useful for urban planning, landscape, road design and water resource areas such as rainfall-runoff and soil erosion estimation. The resolution of slope, which is from DEM, can be variously decided by an application fields and the kinds of modeling method. In particular, the more decreased resolution makes the more decreased slope value because of the increased horizontal distance. This study presents slope evaluation method by aggregation method based on discharge and Manning's velocity equation to advance the loss of slope information in according to the resolution, and then applied it to calculate topographic factors of soil erosion model. As a result, conventional method shows 34.8% errors but aggregation method shows 12.6% errors. This study selected up-, middle-, and downstream region in watershed and analyzed the capability of aggregation method in order to estimate the influence of topographic characteristics. As a result of estimation, aggregation method shows more advanced results than conventional method. Therefore, the slope evaluation method by aggregation method can improve efficiently the loss of slope information in according to the variation of resolution in water resource area such as rainfall-runoff model.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
• /
• v.26 no.5B
• /
• pp.469-479
• /
• 2006

In order to investigate characteristics of the primary flow and the secondary currents in meandering channels, the laboratory experiments were conducted in S-curved channels with angle of bend, $150^{\circ}$, and sinuosity of 1.52. The experimental conditions was decided varying average depth and velocity. Under these experimental conditions, spatial variations of the secondary currents in multiple bends were observed. The experimental results revealed that the distribution of primary flow in straight section is symmetric without respect to the experimental condition and the maximum velocity line of the primary flow occurs along the shortest path in experimental channel, supporting the result of previous works. The secondary currents in second bend became more developed than those in first bend. Particularly, the outer bank cell developed distinctively and the secondary current intensity was low at the straight section and high at the bends, periodically. Also, the secondary current intensity at the bends was as twice to three times as that at the straight section, and has its maximum value at the second bend. The turbulent flow characteristics of meandering channel was investigated with turbulent intensity of the primary flow and Reynolds shear stress. It was observed that the turbulent intensity is increasing when the velocity deviation of the primary flow is large whereas Reynolds shear stress increases when both the velocity deviation of the primary flow and the secondary current are large.

• Korean Journal of Ecology and Environment
• /
• v.56 no.4
• /
• pp.375-383
• /
• 2023

To determine the cause of the population decline in Gobiobotia naktongensis, substrate preference and burying behaviour were investigated in this study. In general, the species was shown to prefer a substrate size of 1 mm or less, depending on the flow. In addition, the burying depth varied according to the size of the fish and increased with a decrease in water temperature. Our findings showed that the main cause of the population reduction was the physical changes in the substrate structure due to the dams or barrages construction. Notably, the accumulation of silt and mud in the substrate upon the formation of an upstream lentic water region for structural construction and bed armouring caused by scouring and reduced downstream inflow of fine sediment were deterministic in the fish habitat changes, causing problems in burying. As sand substrate structure is critical for the survival and inhabitation of psammophilous species, efficient strategies should be developed with proper habitat management to reduce the anthropogenic damage

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• v.61 no.4
• /
• pp.517-522
• /
• 2023

A chemical/mechanical durability test of polymer membrane evaluation method is used in which air and hydrogen are supplied to the proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) and wet/dry is repeated in the open circuit voltage (OCV) state. In this protocol, when wet/dry is repeated, voltage increase/decrease is repeated, resulting in electrode degradation. When the membrane durability is excellent, the number of voltage changes increases and the evaluation is terminated due to electrode degradation, which may cause a problem that the original purpose of membrane durability evaluation cannot be performed. In this study, the same protocol as the department of energy (DOE) was used, but oxygen was used instead of air as the cathode gas, and the wet/dry time and flow rate were also increased to increase the chemical/mechanical degradation rate of the membrane, thereby shortening the durability evaluation time of the membrane to improve these problems. The durability test of the Nafion 211 membrane electrode assembly (MEA) was completed after 2,300 cycles by increasing the acceleration by 2.6 times using oxygen instead of air. This protocol also accelerated degradation of the membrane and accelerated degradation of the electrode catalyst, which also had the advantage of simultaneously evaluating the durability of the membrane and the electrode.

• Applied Chemistry for Engineering
• /
• v.35 no.1
• /
• pp.16-22
• /
• 2024

Polymer electrolyte membrane fuel cells have the advantage of low operating temperatures and fast startup and response characteristics compared to others. Simulation studies are actively researched because their cost and time benefits. In this study, the resistance of water residual in the gas diffusion layer (GDL) of the unit cell was added to the existing equation to compare the actual data with the model data. The experiments were conducted with a 25 cm² unit cell, and the samples were separated into stopping times of 0, 10, and 60 minutes following primary impedance measurement, activation, and polarization curve data acquisition. This gives 0, 10, and 60 minutes for the residual water in the GDL to evaporate. Without the rest period, the magnitude of the performance improvement was not significantly different at the same potential and flow rate, but the rest period did improve the performance of the membrane electrode assembly when measuring impedance. By changing the magnitude of the resistance reduction to an overvoltage, the voltage difference between the fuel cell model with and without residual water was compared, and the error rate in the high current density region, which is dominated by concentration losses, was reduced.

• Ecology and Resilient Infrastructure
• /
• v.11 no.2
• /
• pp.43-54
• /
• 2024

Recently, most of the rivers in Korea are experiencing various problems in dimension and river environment, such as expansion of stable area where disturbance does not occur during flood, increase of excessive trees in river channel, fixation of river channel, reduction of sand bar. When the soil supplied by the flood is deposited in the river, the plant is settled in the formed terrain, and when another disturbance of the scale that does not erode there occurs after the plant is settled, the river gradually grows and the vegetation zone is formed there. In particular, in terms of river management, river forestation and river aggradation are objects that must be managed because they are disadvantageous in terms of flood control by lowering the flow rate and raising the water level. Therefore, in this study, the area of vegetation occupied by the year of sandbar was analyzed in the process of river aggradation in Jang-Hang wetland. In addition, the correlation between the growth of Jang-Hang wetland was analyzed through the analysis of the flow rate and the flooding frequency that directly affect the growth of Jang-Hang wetland. Through this, the management plan of Jang-Hang wetland, which is registered in Ramsar Wetland but has been river forestation and is undergoing river aggradation, was proposed.