• 한국물환경학회지
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• 제38권5호
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• pp.220-230
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• 2022

Seasonal variability of water quality in the upland headwater streams in ten forested catchments (37.0~209.0 ha) was examined from April to November 2021. Here, seven physicochemical parameters were analyzed including pH, electrical conductivity (EC), biochemical oxygen demand (BOD), chemical oxygen demand (COD), total nitrogen (T-N), total phosphorous (T-P), and BOD/TOC. The parameters were compared with those of lowerland rivers as middle and lower reaches within a watershed. The pH showed was low (6.4~6.9) during all the seasons, however, BOD and BOD/TOC in the fall season were 2-fold higher than in the spring and summer seasons. Based on environmental standards, the water quality level revealed that the upland headwater streams maintained the purity and cleanliness of water except for pH in the summer season. BOD/TOC of all the seasons and BOD of the fall season in the upland headwater streams were higher than that in the lowerland rivers, whereas the rest of the physicochemical parameters in the upland headwater streams were lower than that in the lowerland rivers. Additionally, the water quality level maintained the purity and cleanliness of water as "Good" in two reaches. The unique aspects of our study design enabled us to draw inferences about water quality characteristics with temporal and spatial analysis in upland headwater streams. This design will be useful for the long-term strategy of effective water quality management for integrated upland headwater streams and lowerland rivers within a watershed.

• 생태와환경
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• 제55권4호
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• pp.320-329
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• 2022

Urban areas in watersheds increase the impervious surface, and agricultural areas deteriorate the water quality of rivers due to the use of fertilizers. As such, anthropogenic land use affects the type, intensity and quantity of land use and is closely related to the amount of substances and nutrients discharged to nearby streams. Riparian vegetation reduce the concentration of pollutants entering the watershed and mitigate the negative impacts of land use on rivers. This study analyzes the data through correlation analysis and regression analysis through point data measured twice a year in spring and autumn in 21 selected damaged tributary rivers within the Han River area, and then uses a structural equation model to determine the area land use. In the negative impact on water quality, the mitigation effect of riparian vegetation was estimated. As a result of the correlation analysis, the correlation between the agricultural area and water quality was stronger than that of the urban area, and the area ratio of riparian vegetation showed a negative correlation with water quality. As a result of the regression analysis, it was found that agricultural areas had a negative effect on water quality in all models, but the results were not statistically significant in the case of urban areas. As a result of the model estimated through the structural equation, BOD, COD, TN, and TP showed a mitigation effect due to the accumulation effect of river water quality through riparian vegetation in agricultural areas, but the effect of riparian vegetation through riparian vegetation was found in urban areas. There was no These results were interpreted as having a fairly low distribution rate in urban areas, and in the case of the study area, there was no impact due to riparian forests due to the form of scattered and distributed settlements rather than high-density urbanized areas. The results of this study were judged to be unreasonable to generalize by analyzing the rivers where most of the agricultural areas are distributed, and a follow-up to establish a structural equation model by expanding the watershed variables in urban areas and encompassing the variables of various factors affecting water quality research is required.

• 한국물환경학회지
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• 제39권2호
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• pp.162-174
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• 2023

In order to prevent water pollution caused by organic matter, Total Organic Carbon(TOC) has been adopted indicator and monitored. TOC can be divided into Dissolved Organic Carbon(DOC) and Particulate Organic Carbon(POC). POC is largely precipitated and removed during stream flow, which making DOC environmentally significant. However, there are lack of studies to define spatio-temporal distributions of DOC in stream affected by various land use. Therefore, it is necessary to estimate the past DOC concentration using other water quality indicators to evaluate status of watershed management. In this study, DOC was estimated by correlation and regression analysis using three different organic matter indicators monitored in mixed land-use watersheds. The results of correlation analysis showed that DOC has the highest correlation with TOC. Based on the results of the correlation analysis, the single- and multiple-regression models were developed using Biochemical Oxygen Demand(BOD), Chemical Oxygen Demand(COD), and TOC. The results of the prediction accuracy for three different regression models showed that the single-regression model with TOC was better than those of the other multiple-regression models. The trend analysis using extended average concentration DOC data shows that DOC tends to decrease reflecting watershed management. This study could contribute to assessment and management of organic water pollution in mixed land-use watershed by suggesting methods for assessment of unmeasured DOC concentration.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.14-14
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• 2023

산업발전에 따른 인구증가, 기후위기에 따른 가뭄 및 물 부족심화, 그리고 수질오염 등은 2015년 제79차 UN총회의 물 안보측면에서 국제사회의 물 분야 위기관리를 위해 2030년을 지속가능한 발전 목표(Sustainable Development Goals)로 하였다. 또한, 현재 물 산업은 빠르게 성장하고 있으며, 2016년 세계경제포럼(World Economic Forum) 의장 클라우스 슈밥(Klaus Schwab)부터 주창된 제4차 산업혁명로 인해 현재 물 산업의 패러다임 또한 급속히 변화하고 있다. 이는 컴퓨터를 기반으로 하는 CPS(Cyber Physical System) 및 DT(Digital Twin) 연계 분석방식의 혁신을 일컫는다. 2002년경에 DT의 기본개념이 제시되었고, 2006년경에는 Embedded System에서의 DT와 같은 개념으로 CPS의 용어가 등장했다. DT는 현실세계에 존재하는 사물, 시스템, 환경 등을 S/W시스템의 가상공간에 동일하게 모사(Virtualization) 및 모의(Simulation)할 수 있도록 하고, 모의결과를 가상시스템으로 현실세계를 최적화 체계 구현 기술을 말한다. DT의 6가지 기능은 ① 실제 데이터(Live Data), ② 모사, ③ 분석정보(Analytics), ④ 모의, ⑤ 예측(Predictions), ⑥ 자동화(Automation) 이다. 또한, CPS는 대규모 센서 및 액추에이터(Actuator)를 가지는 물리적 요소와 이를 실시간으로 제어하는 컴퓨팅 요소가 결합된 복합시스템을 말한다. CPS는 물리세계에서 발생하는 변화를 감지할 수 있는 다양한 센서를 통해 환경인지 기능을 수행한다. 센서로부터 수집된 정보와 물리세계를 재현 및 투영하는 고도화된 시스템 모델들을 기반으로 사이버 물리공간을 인지·분석·예측할 수 있다. CPS의 6가지 구성요소는 ① 상호 운용성(Interoperability), ② 가상화(Virtualization), ③ 분산화(Decentralization), ④ 실시간(Real-time Capability), ⑤ 서비스 오리엔테이션(Service Orientation), ⑥ 모듈화(Modularity)이다. DT와 CPS는 본질적으로 같은 목적, 내용, 그리고 결과를 만들어내고자 하는 같은 종류의 기술이라고 할 수 있다. CPS 및 DT는 물리세계에서 발생하는 변화를 감지할 수 있으며, 토양-지하수 센서를 포함한 관측기술을 통해 환경인지 기능을 수행한다. 지하수 관측기술로부터 수집된 정보와 물리세계를 재현 및 투영하는 고도화된 시스템 모델들을 기반으로 사이버 물리공간 및 디지털 트윈 공간을 인지·분석·예측할 수 있다. CPS 및 DT의 기본 요소들을 실현시키는 것은 양질의 데이터를 모니터링할 수 있는 정확하고 정밀한 1차원 연직 프로파일링 관측기술이며, 이를 토대로 한 수자원 관련 빅데이터의 증가, 빅데이터의 저장과 분석을 가능하게 하는 플랫폼의 개발이다. 본 연구는 CPS 및 DT 기반 토양수분-지하수 관측기술을 이용한 지표수-지하수 연계, 지하수 순환 및 관리, 정수 운영 및 진단프로그램 개발을 위한 토양수분-지하수 관측장치를 지하수 플랫폼 동시성과 디지털 트윈 시뮬레이터 시스템 개발 방향으로 제시하고자 한다.

• 적정기술학회지
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• 제5권1호
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• pp.18-24
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• 2019

인도네시아 반둥인근에서 발원하여 수도인 자카르타인근 해역으로 연결되는 찌따룸강(Citarum river)은 공업 용수와 먹는 물로서 인근 산업 지역과 수도 자카르타의 주요 수자원(공업용수 및 음용수)으로 이용되고 있다. 그러나, 최근 찌따룸강은 처리되지 않은 생활하수 및 섬유산업 폐수로 심각하게 오염되고 있으며, 건기에는 무분별한 지하수 개발로 인해 지하수위가 급속히 하강하는 문제가 발생하고 있다. 따라서, 본 사업에서는 반둥 인근의 섬유공장에서 발생하는 폐수를 재이용하여, 찌따룸강 오염문제와 지하수위 하강문제를 해결하고자 하였다. 이를 위해 수처리용 가압부상장치(DAF)를 개량한 공법인 선회식 가압부상장치(CYFLOAT) 시스템을 인도네시아 현장에 맞게 개선하여 100 톤/일 용량 규모로 설치 및 운전하였다. 설치한 선회식 가압부상장치 시스템은 섬유 폐수 재이용 시 가장 중요한 수질기준 중 하나인 부유물질(SS)을 약 40분의 체류 시간 동안 96.8% 제거하였을 뿐만 아니라, 공간사용 및 유지관리측면에서도 매우 유리한 것으로 확인되었다. 또한, 본 기술의 설치와 운영에 현지 관련기관들(UNPAR 및 ITB, PU SKIM)을 참여시켜, 해당 기술이 인도네시아 찌따룸강 유역의 섬유공장 밀집지역내 지속적으로 적용 가능하도록 하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.246-246
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• 2021

본 연구는 강우 발생시 유량을 추정하는 것에 목적이 있다. 이를 위해 본 연구는 선행연구의 모형 개발방법론에서 벗어나 딥러닝 알고리즘 중 하나인 합성곱 신경망 (convolution neural network)과 수문학적 이미지 (hydrological image)를 이용하여 강우 발생시 유량을 추정하였다. 합성곱 신경망은 일반적으로 분류 문제 (classification)을 해결하기 위한 목적으로 개발되었기 때문에 불특정 연속변수인 유량을 모의하기에는 적합하지 않다. 이를 위해 본 연구에서는 합성곱 신경망의 완전 연결층 (Fully connected layer)를 개선하여 연속변수를 모의할 수 있도록 개선하였다. 대부분 합성곱 신경망은 RGB (red, green, blue) 사진 (photograph)을 이용하여 해당 사진이 나타내는 것을 예측하는 목적으로 사용하지만, 본 연구의 경우 일반 RGB 사진을 이용하여 유출량을 예측하는 것은 경험적 모형의 전제(독립변수와 종속변수의 관계)를 무너뜨리는 결과를 초래할 수 있다. 이를 위해 본 연구에서는 임의의 유역에 대해 2차원 공간에서 무차원의 수문학적 속성을 갖는 grid의 집합으로 정의되는 수문학적 이미지는 입력자료로 활용했다. 합성곱 신경망의 구조는 Convolution Layer와 Pulling Layer가 5회 반복하는 구조로 설정하고, 이후 Flatten Layer, 2개의 Dense Layer, 1개의 Batch Normalization Layer를 배열하고, 다시 1개의 Dense Layer가 이어지는 구조로 설계하였다. 마지막 Dense Layer의 활성화 함수는 분류모형에 이용되는 softmax 또는 sigmoid 함수를 대신하여 회귀모형에서 자주 사용되는 Linear 함수로 설정하였다. 이와 함께 각 층의 활성화 함수는 정규화 선형함수 (ReLu)를 이용하였으며, 모형의 학습 평가 및 검정을 판단하기 위해 MSE 및 MAE를 사용했다. 또한, 모형평가는 NSE와 RMSE를 이용하였다. 그 결과, 모형의 학습 평가에 대한 MSE는 11.629.8 m3/s에서 118.6 m3/s로, MAE는 25.4 m3/s에서 4.7 m3/s로 감소하였으며, 모형의 검정에 대한 MSE는 1,997.9 m3/s에서 527.9 m3/s로, MAE는 21.5 m3/s에서 9.4 m3/s로 감소한 것으로 나타났다. 또한, 모형평가를 위한 NSE는 0.7, RMSE는 27.0 m3/s로 나타나, 본 연구의 모형은 양호(moderate)한 것으로 판단하였다. 이에, 본 연구를 통해 제시된 방법론에 기반을 두어 CNN 모형 구조의 확장과 수문학적 이미지의 개선 또는 새로운 이미지 개발 등을 추진할 경우 모형의 예측 성능이 향상될 수 있는 여지가 있으며, 원격탐사 분야나, 위성 영상을 이용한 전 지구적 또는 광역 단위의 실시간 유량 모의 분야 등으로의 응용이 가능할 것으로 기대된다.

• 생태와환경
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• 제56권4호
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• pp.339-347
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• 2023

본 연구는 TOC/TN-IRMS를 이용하여 총 유기탄소 및 총 질소 안정동위원소 분석법을 연구하였으며, 수환경 중저농도 시료에서도 분석이 가능하게 시스템을 구축하였다. 수생태계로 유입되는 다양한 유기탄소 기원을 파악하기 위하여 형광지표와 δ¹³C-DOC 안정동위원소비를 활용한다면 효율적인 수질 관리를 위한 해석기능을 제공할 것이며, 추후 유역 오염원의 대표값(end member)의 지속적인 조사를 통하여 자료구축이 이루어져야 할 것이다.

• 한국토양비료학회지
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• 제31권2호
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• pp.170-176
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• 1998

1997년 5월 20일에서 8월 30일까지 북한강 지천인 율문천의 수위변동과 유속을 측정하고, 수문 자료 수집과 오염부하량을 예측하고 9개 지점에서 수질시료를 시기별로 채취하여 분석하였다. 율문천 소유역은 임야 60%, 주거지와 밭 20%, 논 20%였으며, 농가수 366 가구, 비농가수 322가구, 그리고 인구는 2,622명이었다. 조사기간(1997년 5월 20일~8월 30일)중 유역의 총강수량은 18.000 천$m^3$였고, 하루 최대 유출일은 7월 1일로 129.8 천$m^3$, 최소 유출일은 8월 17일로 0.4 천 $m^3$가 유출되었으며, 전체 유출율은 72% 이었다. 조사 기간중 모든 지점에서 $NO_3-N$ $1.4{\sim}12.6mg\;{\ell}^{-1}$, $NH_4-N$ $0.84{\sim}2.52mg\;{\ell}^{-1}$, T-P는 불검출~$2.20mg\;{\ell}^{-1}$. T-N은 $8.40{\sim}27.30mg\;{\ell}^{-1}$의 범위를 보였다. 이에 따른 T-N 부하량은 최대 $1,512kg\;day^{-1}$, 최소 $5kg\;day^{-1}$, 그리고 T-P의 부하량은 최대 $67.4kg\;day^{-1}$, 최소 $0.3kg\;day^{-1}$로 계산되었다. 강수중 $NO_3-N$의 농도는 $0.7mg\;{\ell}^{-1}$, $NH_4-N$은 $1.12mg\;{\ell}^{-1}$이었고, 농업지대 유출수는 각각 8.5, $2.0mg\;{\ell}^{-1}$로 강수의 13.5배와 1.8배 수준을 나타냈다. 소유역의 토양유실 예측량은 연간 12,635 Mg 으로 추정되고, 농업부분에서 N부하량은 101,210 kg로 전체 N부하량의 52.3% 였으며, 특히 토양유실과 비료에 의한 오염부하가 42%로 높게 추정되었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권6호
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• pp.980-987
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• 2012

비점오염원은 세정에 의해 하수관 내로 유입되어 수계까지 흘러 수계의 오염부하를 가중시킬 뿐만 아니라, 관의 상태에 따라 누수 및 월류를 야기하여 오염을 일으킨다. 이에 따라 하수관거의 유지관리 및 환경오염 방지를 위한 관거내 하수의 유량, 수질, 불명수 및 월류 등을 효율적으로 관리하기 위한 모니터링의 필요성이 증가하고 있다. 그러나 하수관거의 경우, 지하에 설계되며 그 구조 및 연결이 복잡한 특성으로 인해 실제 하수관거에 대한 모니터링은 쉽지 않다. 본 연구에서는 시스템해석이론에 기초한 하수관망 오염제거 해석과 관망 모니터링 및 이상진단방법을 제시하였다. 먼저 하수관망 공정모사 프로그램인 Stormwater & Wastewater Management Model for expert (XP-SWMM)을 이용하여 관망 내의 오염물질의 거동패턴을 해석하였다. 둘째, 다변량 통계 모니터링을 이용하여 하수관망 내의 수질 모니터링 및 하수관망 유출을 탐지하는 관망 이상 진단을 수행하였다. 정적/동적 상태 시스템에 기초한 하수관망 오염 매카니즘 해석결과, 강우시 총질소와 총인 부하량이 비강우시보다 급격하게 증가함을 확인하였으며, 이는 수계의 오염부하를 가중시킬 것으로 판단되다. 이에 따라 하수관망 내 유출은 강우로 생긴 유량 및 유입오염물질의 농도 증가로 인한 관망이상으로 사료된다. 제안된 하수관망 모니터링 및 이상진단 기법은 도시 유역에서의 비점오염원 관리와 지속적인 모니터링에 있어 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 예상된다.

• 환경생물
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• 제34권4호
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• pp.320-328
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• 2016

안동호와 임하호 주요 유입수계의 저서성 대형무척추동물 군집구조 및 군집안정성을 파악하고자, 2015년부터 2016년까지 총 8회 조사를 실시하였다. 안동호 유입수계는 다양한 미소서식처가 조성되어 있고, 하상구조 또한 상대적으로 임하호 유입수계보다 다양하게 조성되어 있어 유수성 및 정수성 환경을 선호하는 분류군이 다수 출현하였다. 안동호는 깔따구류, 꼬마줄날도래 등 특정 종의 개체수 증가로 인해, 임하호에 비해 높은 우점도 및 낮은 다양도를 보였으며, 섭식기능군은 비교적 주워먹는무리의 종수 및 개체수 비율이 가장 높게 나타났고, 강우 등 환경요인에 의해 썰어먹는무리의 종수가 및 개체수가 감소한 것으로 나타났다. 서식기능군은 모든 지점에서 붙는무리의 종수 및 개체수 비율이 높게 나타났다. 군집안정성 분석 결과 안동호는 상대적 저항력과 회복력이 뛰어난 특성군 I 그룹에 속하는 종들의 출현율이 61.3%로 임하호 59.1%보다 높게 나타났고, 상대적 저항력과 회복력이 약하고 비교적 수환경이 안정적인 곳에서 서식하는 특성군 III 그룹에 속하는 종들의 출현율은 안동호에서 15.1%로, 임하호(20.5%)에 비해 낮게 나타났다. 이화학적 수질 분석 결과, 수온이 낮을수록 용존산소량은 높게 나타났고, pH와 전기전도도는 토양수분의 염류이온농도가 높아져 전반적으로 증가하는 경향을 나타냈다. 3차 조사시 강우에 의해 유입된 점 및 비점오염원의 영향으로 BOD와 SS는 감소, COD, T-P는 일시적으로 증가하는 경향을 보였다. 상관관계 분석 결과 전기전도도 및 T-N이 종수 및 개체수와 음의 상관관계를 나타내어, 하천 인근 유역의 점오염원과 비점오염원이 저서성 대형무척추동물의 군집과 수질에 부정적인 영향을 끼치는 것으로 나타났다. 따라서 수생생물에 직접적인 영향을 미치는 생활하수와 유기물의 유입을 차단하는 등 지속적인 관리 및 모니터링이 요구된다.