• 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.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제28권3호
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• pp.155-163
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• 2003

대덕 원자력시설 주변 지표 토양 환경내 오염물 거동 해석을 위하여 지하수 유동 및 오염물 이동 수치모델을 수립하였다. 수립된 모델을 이용하여 대덕 원자력시설 주변의 지하수 흐름체계를 해석하고 U-234에 대한 농도분포를 계산하였다. 산정 결과 지하수는 부지내 하나로를 중심으로 동쪽 및 동남 방향으로의 흐름이 나타났고, 지표 토양내로 유입된 방사성 물질은 지하수 유동에 의해 같은 방향으로 이동되었다. 대덕 원자력시설로부터 지표로 침적된 방사성 물질의 농도분포를 산정한 바 환경에 미치는 영향은 거의 없는 것으로 나타났다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제18권3호
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• pp.23-32
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• 2013

Korean groundwater quality standards were established in 1994, and revised in 2003 and 2010. The substances for which standards have been developed are classified into two groups, general pollutants, 4, and specific pollutants, 15. The standards have been applied to household water use, agriculture, aquaculture, and industrial use. However, there is no systematic methodology for either selecting candidate substances or establishing groundwater standards. We investigated various derivation methodologies for groundwater standards used by the European Commission and 27 member states and compared their methods for determining threshold values. The European Commission presented to their member states groundwater standards for two substances and a list of required substances for derivation of threshold values along with the member states. Interestingly, they first considered national background levels and then considered other criteria for water protection, such as drinking water standards, environmental quality standards, and irrigation standards. We suggest that Korean background levels in groundwater should be included in the methodology for establishing groundwater quality standards. These results may be useful in developing a systematic methodology for establishing Korean groundwater quality standards.

• 지질공학
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• 제12권3호
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• pp.305-317
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• 2002

금정산 일원 지하수 유동 체계를 밝히기 위하여 지질 및 지질구조도 그리고 소규모 단열들의 분류와 각각의 밀도도 작성이 이루어졌다. 그 결과, 금정산 정상부 산성마을 일원은 집수 분지를 형성하고 있어 인근 지하수의 주요 함양지로 판단된다. 또한 산성마을 일원에는 남북방향의 단층 그리고 동북동방향의 단층들이 교차되고 있을 뿐만 아니라 남북방향 단열군과 동서방향 단열군이 높은 빈도 이상대를 보이고 있어 지표수가 쉽게 지하로 유입될 수 있는 지질구조가 형성되어 있다. 그리고 산성마을 일원에서 함양된 지하수는 주요 단열군의 밀집 지역을 따라 지하 3~4 km 깊이까지 순환한 후 온천1동 동래온천 지역으로 유입될 가능성이 높다.

• 물과 미래
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• 제22권1호
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• pp.81-90
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• 1989

호수와 접하고 있는 홍적대지의 지하수류동계를 알기 위하여 삼차유한차분모형을 개발하여 삼차원정상모의 발생을 행하였다. 대표지층속에 점토층이 렌즈상으로 포함되어 있어 세가지 경우의 이방성을 고려하였다. 모의 발생에는 60$\times$50$\times$30=90,000의 격자점을 설정하였으며 수속판정체계는 0.001m로 하였다. 세가지 경우의 이방성에 대하여, 삼차원정상모의 발생을 행하여 얻어진 결과로부터 해석된 지하수류동계와 추적자 및 수질에 의한 해석(배.비근, 1987)의 결과를 비교하였다. 삼차원해석에서 얻어진 네 개의 대표적인 연직2차원 등 포텐샬단면으로부터 연구지역의 지하수류동계를 추정하였으며 그 결과는 유역산출율과 지하수의 함량-유출량 분포로부터 추정되는 결과와 다름이 없었다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제11권3호
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• pp.1-11
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• 2006

휴 폐금속광산지역 오염방지에 관한 1990년대 중반 이후의 정부 정책과 추진 사업을 법 제도, 기술 개발, 예산의 확보 및 배분에 관하여 분석 평가하였다. 국내의 법 제도는 2005년 제정된 $\ulcorner$광산피해의 방지 및 복구에 관한 법률$\lrcorner$ 로 관련부처별 책임과 역할이 구분되었으며, 토양오염을 포함한 광해방지 및 복구에 관한 국가의 계획과 이를 이행하기 위한 국가의 전담기관, 토양오염을 조사하고 모니터링하는 체계, 그리고 광해방지사업을 시행하기 위한 광해방지사업금을 위한 토대가 마련되었다. 그럼에도 불구하고, 효율적인 휴 폐금속광산지역의 관리 및 복원을 위한 문제점은 상존하고 있다. 이에 관련된 미국, 영국, 네덜란드 등 외국의 법 제도를 비교할 때, 다음과 같은 정책 추진을 제안한다. 첫째, 휴 폐금속광산지역의 오염 책임에 관한 정부와 이 지역의 소유자, 오염자 등의 책임 배분체계 (책임의 배분방법, 광산개발에 의한 토양오염 등의 발생시기에 따른 무과질책임의 적용방법 등) 마련이다. 둘째, 오염에 영향을 받는 인근 지역 주민들의 의사가 존중되고 반영될 수 있도록 지역주민의 참여가 활성화되는 제도적 장치의 마련이다. 셋째, 지역에 관련된 정보들이 체계적으로 일반에게 공개되는 Web-GIS 기반 정보처리체계가 구축되어야 한다. 넷째, 광산지역의 특이성에 바탕을 두어 인체 및 환경 위해성을 고려한 오염지역의 위해성 평가의 마련과 복원이다. 다섯째, 오염원 제거와 오염된 토양 및 광산배수 등 오염지역을 정화하기 위한 적정 예산이 마련되고 배분되어야 한다. 여섯째, 휴 폐금속광산지역의 지역적인 특성을 고려하여 복원을 효율적으로 수행하기 위한 기술이 지속적으로 개발되고, 연구 개발된 새로운 기술이 현장에서 적용되기 위한 인센티브 제도가 마련되어야 한다.

• 지질공학
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• 제16권1호
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• pp.69-83
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• 2006

본 연구는 지하유류저장공동 굴착 시 조사된 단열체계 및 수리 인자를 토대로 투수성구조영역과 수리암반영역으로 세분화하여 연구지역의 불규칙하고 복잡한 지하수유동체계를 해석해 보고자 하였다. 지하공동 내에서 확인된 단열분포특성과 지하공동굴착과 동시에 지표관측공 28개를 통해 측정된 지하수위 및 수평수벽공 95개와 수직수벽공 63개에 의해 일별로 계측된 압력 및 주입량을 통해 연구지역은 지하수의 방벽역할을 하는 3개의 투수성구조영역과 4개의 수리암반영역으로 구분이 가능하였다. 공동심도에 발달된 투수성 구조는 국지적 큰 규모 단열대인 NE-1과 2개의 국지규모 단열대로 구성되고 있으나, 수리암반영역은 국지규모 단열대에 의하여 4개 영역으로 구분된다. FZ-2 구조대와 인접한 수리암반영역 Domain-A와 B는 수평수벽공의 초기압이 최대 약 $15kg/cm^2$까지 높으며, 지하공동 굴착 시 상 하부의 지하수위변화의 차이가 $10\sim40m$로 상 하부의 수리적 연결성이 양호한 것으로 평가된다. 반면, FZ-1 구조대와 인접한 Domain-C와 D는 이중수위측정 시설 설치시 상부와 하부의 지하수위차는 최대 약 120 m로 매우 크게 나타났으며, 상부 지하수는 공동굴착 시 수위 가 크게 변화하지 않았다. Domain C, D의 하부암반의 수리 전도도$(7.2X10^{-10}m/sec)$는 상대적으로 낮은 지하수 함양량의 원인을 제공하고 있으며, 연속체개념 의 지하수유동모델링을 통해 계산된 4개 영역의 함양량은 연구지역의 20년간 평균 강수량(1,356 mm/year)의 2%로 계산되었다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2002년도 추계학술발표회
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• pp.343-346
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• 2002

인공함양 특성평가를 위한 동위원소기술을 적용하기 위한 연구지역으로 영남내륙권의 고령군과 달성군의 경계에 위치한 낙동강변의 강변여과수 개발지역을 선정하였으며, 동위원소기술적용을 위하여 연구지역내에 위치한 강변여과수 개발을 위한 양수정과 주변공들 및 지표수들에 대한 시료채취를 수행하였다. 관측공 중 한 공에 대하여는 다중패커시스템 (Multi-packer system)을 활용하여 심도별 변화를 살펴보았다. 연구지역내 물시료들에 대한 현재까지의 산소와 수소 동위원소 및 삼중수소 함량 분석결과는 다중패커설치공 및 일반 관측공과 지표수들간에 서로 중첩되어 구분이 어렵다. 스트론튬 동위원소비는 양수정 및 그 인접공의 시료들과 강변에서 인접한 공의 시료들간에 차이는 있으나 명확하지는 않다. 질소동위원소 분석결과를 살펴보면 전반적으로 화학비료로나 토양내의 유기물로부터 유래한 것으로 해석할 수 있다. 이처럼 현재까지의 기초분석 결과는 자연수 시료들에 적용된 다양한 동위원소값들이 서로 유사한 값들을 보여서 동위원소 특성을 지하수 유동특성이나 함양특성을 해석하기 위한 추적자로 이용하는데 어려움이 있을 것으로 판단된다. 따라서 특정한 시기의 강우사건에 대해 강수, 낙동강물, 양수정 및 일련의 주변공과 다중패커시스템이 설치된 공의 심도별 구간 등에 대해 현재보다 보다 집중적이고 체계적인 시료채취가 시도되어지거나 방사성동위원소를 이용한 추적자 시험이 병행되어야 할 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.363-363
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• 2020

최근 기후변화에 따른 가뭄과 홍수 등 극한사상 발생빈도가 증가하고 있으며, 환경, 생태, 사회, 경제적 측면에 영향을 미치는 심각한 재해로 인식되어 이로 인한 피해를 줄이기 위하여 다양하고 활발한 연구가 진행되고 있다. 극한 가뭄시에는 최소한의 유량만을 제외하고 사용하는 경우가 많다. 대부분 하천 주변에서는 생공·농업용수를 위하여 지하수를 양수하고 있다. 이에 대한 명확한 기준에 정해져 있지 않아, 무분별한 양수는 하천 생태계를 위협하기도 한다. 본 연구에서는 유역 물순환 해석 플랫폼(Catchment Hydrologic Cycle Assessment Tool, CAT) 모형을 이용하여 조천천 유역에 지하수 변화 등 인위적 물이용량을 고려했을 때의 하천유량 변화를 분석하였다. CAT은 기후변화나 토지이용변화에 따른 유역의 수문환경특성 변동성을 정량적으로 평가하기 위하여 개발된 모형이며, 인위적인 물이용체계 즉, 광역급수, 용수재이용, 지하수 취수, 하천수 취·배수 등을 고려하여 분석이 가능하다. CAT을 통한 인위적 물이용 시나리오를 달리하여 하천유량 변화를 분석한 결과를, 중소하천 가뭄 대책 및 효율적인 의사결정 자료로 활용이 가능할 것으로 판단되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.442-446
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• 2017

우리나라는 전 국토의 70%가 산지이고 하천경사가 다른 나라에 비해 상대적으로 급하여 홍수 관리에 매우 불리한 조건을 가지고 있으며, 특히 홍수기간의 집중호우 및 돌발홍수는 인명과 재산의 막대한 피해를 입히고 있다. 최근은 기후변화로 인하여 극심한 홍수, 가뭄 등 재해의 발생빈도가 증가하는 추세로 기후변화의 영향을 최소화할 수 있는 수재해 방재관리가 필요한 상황이다. 중 대하천의 경우에는 비교적 수재해 방재관리가 잘 이루어지고 있으나, 소하천(일부 중하천 포함)의 경우에는 취약한 구조를 보이고 있다. 특히 홍수기간(7월~9월)의 인명과 재산의 피해는 주로 소하천 위주로 발생하고 있으며, 사전 사후의 체계적인 대응이 이루어지지 못하고 있다. 수재해 방재관리를 위해서는 일차적으로 수문자료의 획득에 있으며, 그 이후 해당유역에 적합한 수재해 대응을 위한 체계적인 방법론과 방재시스템 개발 운영이 수반되어야 안전한 방재관리를 할 수 있다. 따라서 수재해 방재관리 체계를 구축하기 위해서는 중 소규모 유역 단위를 대상으로 지속적이고 신뢰성 있는 자료의 획득과 축적이 중요하므로 중 소규모 유역 단위의 대표성 있는 시험유역의 운영은 매우 의미가 있다고 볼 수 있다. 본 논문에서는 한국건설기술연구원에서 운영하는 설마천 유역(유역면적 $8.48km^2$, 유로경사 2.15%, 경기도 파주시 적성면 소재)의 신뢰성 높은 2016년 관측자료를 이용하여 강우특성, 유출특성, 증발산량과 지하수 함양량 산정 등 수문특성을 분석하였으며, 과거 관측결과와 비교하였다. 강우특성 분석으로는 호우사상 분리, 주요 호우사상 분석, 지속기간별 최대강우량, 시간분포 등이 있다. 2016년은 2015년보다 최대 강우지속기간과 평균 강우지속기간, 최대 강우강도와 평균 강우강도 모두 작게 나타나는 호우의 특징을 보이나, 50mm 이상의 호우사상수의 증가에 기인하여 연 총강우량 증가로 유출률이 증가하는 유출특성을 보였다. 2016년의 하천유출률은 57.4%로 과거 2010년~2015년의 평균 유출률 60.7%와 차이를 보이지 않으나, 2015년의 36.2% 보다는 매우 많이 증가된 유출률을 보이며, 2016년의 증발산량과 지하수 함양량은 2015년과 비슷한 값을 보이는 것으로 분석되었다. 이와 같이 산정된 수문자료는 수재해 방재를 위한 기초자료로 매우 유용하게 활용되며, 방재관리를 위한 의사결정 과정에 중요한 역할을 할 수 있기 때문에 지속적인 시험유역의 운영은 매우 필요하다.