• 한국수자원학회논문집
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• 제52권3호
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• pp.187-194
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• 2019

한국의 수자원 총량중 이용량은 26.3%로 강으로부터의 취수 비율은 3%에 불과하며, 중국, 인도, 이탈리아, 남아공 등과 함께 물 스트레스 기준 중~고에 해당한다. 따라서 본 연구에서는 댐 수자원 확보를 위한 적지선정과 관련하여 연구하였다. 미국, 일본 및 한국의 댐 건설절차에 대한 조사 결과, 정량적인 기준 및 계산 방법 또는 공식이 부재하였다. 댐 적지선정의 정량적 기준 제시를 위하여 먼저 기후 변화 시나리오를 조사, 분석하였으며, IPCC제 5 차 평가 보고서에 제시된 12.5 km 격자 해상도의 RCP 4.5 및 8.5를 SWAT와 HEC-ResSim를 이용하여 유역 연구에 적용하였다. 댐 시뮬레이션 결과를 토대로 홍수 및 가뭄의 감소 효과를 정량적으로 제시하였다. 그리고 댐 적지 선정 지표 결정과, AHP 기법을 이용하여 평가지표에 대한 전문가 설문을 실시하여 가중치를 부여하였으며, 이를 통해 댐 적지 선정 함수식(FSDS)을 제안하였다. 함수식의 경우 4곳의 기 설치된 유역에 대하여 보정 및 검증 하였으며, FSDS와 GIS의 'Model builder'를 사용하여 댐 적지선정 자동화 모델을 개발하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권4호
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• pp.580-589
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• 2019

인도네시아는 전력 공급이 매우 부족한 현실에 처해 있으며, 이에 대한 해결책으로 화력발전소 건설 계획이 증가하고 있다. 화력발전소는 발전에 수반되는 엔진과 장비의 과열을 식히기 위해 냉각수 계통을 필요로 하며, 냉각수 계통 중 순환수 취수펌프장(circulating water pump chamber)은 일반적으로 ANSI (1998) 기준에 따라 설계된다. 본 연구에서는 인도네시아 K-석탄화력발전소의 순환수취수펌프장이 현장 여건상 ANSI (1998)의 확산각 설계기준 $20^{\circ}$를 만족시킬 수 없어, 수리적으로 안정된 흐름 및 구조물이 되도록 3차원 수치모형실험을 수행하였다. 수치모형으로 Flow-3D 모형을 이용하였다. Flow-3D 모형의 적용성을 검토하기 위해 Rodi (1997)의 사각형 구조물 주변에 형성되는 흐름 연구 결과와 금회 수치해석 결과를 비교하였다. 수치해석에서 도출된 종방향 유속 분포는 잘 일치함을 보여주고 있다. 순환수취수펌프장 내 설계유속을 만족시키기 위해 유속 저감에 유리한 사각형 형태의 배플을 적용하였다. 순환수취수펌프장으로 유입되는 유속이 1.5 m/s ~ 2.5 m/s로 분포되는 경우, 배플에서 분리흐름의 각도는 약 $15^{\circ}{\sim}20^{\circ}$로 발생하였다. 이를 고려하여 분리흐름 각도 이하로 하류에 배플을 배치함으로 Inlet bay 설계유속 0.5 m/s 이하를 만족시켰다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권1호
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• pp.568-574
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• 2021

2020년부터 시행된 「지속가능한 기반시설 관리기본법」에 의해 저수지는 체계적인 유지관리와 성능개선 등의 선제적인 관리로 노후화에 따른 생애주기 비용을 최소화하도록 관리해야 한다. 생애주기를 고려한 유지관리를 위해서는 공용기간이 증가함에 따라 지속적인 성능저하에 의해 수명이 종료되는 시점을 생애 주기적인 관점에서 도출하는 것이 필수적이며 이를 위해서 저수지의 성능저하예측 모델 개발이 요구된다. 본 논문에서는 저수지를 주요 복합시설인 제체, 여수로, 취수시설로 구분하고, 생애주기 유지관리를 위한 성능저하예측 모델을 개발하였다. 모델 개발을 위해 농어촌공사의 농업기반시설 시스템(RIMS; Rural Infrastructure Management System)이 관리 중인 유지관리 정보 데이터를 수집하였으며, 수집된 데이터를 통계적으로 분석하여 모델 개발에 활용 가능한 데이터를 선별하고 추세분석을 통해 모델을 개발하였다. 개발된 모델을 통해 저수지가 현행의 유지관리 체계에서 예상되는 기대수명과 미조치시 예상되는 기대수명을 예측하였으며, 현행 유지관리체계에서의 기대수명은 미조시치 기대수명보다 약 네 배가 증대되는 것으로 나타났다. 본 논문을 통해 제안된 모델을 활용하여 향후 저수지의 생애주기를 고려한 운영관리와 유지보수의 의사결정 지원이 가능할 것으로 판단된다.

• 환경생물
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• 제38권4호
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• pp.714-723
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• 2020

본 연구는 길안천의 저서성대형무척추동물 군집구조를 과거와 비교하여 분석하고자, 2018년 총 2회 조사를 실시하여 Lee (2004)의 결과와 비교하였다. 2018년 출현종수는 2003년과 비교하여 총 45종이 증가하였으며, 그중 EPT 분류군이 24종, OCH 분류군이 18종이 추가로 조사되었다. 군집분석 결과, 다양도지수(H')와, 풍부도지수(R')는 증가하였고, 우점도지수(DI)는 감소하는 경향을 보였다. 섭식기능군은 주워먹는무리(GC)에 속하는 종이 과거대비 11종이 추가로 발견되어 가장 높게 나타났고, 서식기능군의 경우 붙는무리(CL)가 41종으로 가장 많은 종이 출현하였다. 군집안정성에서는 특성군 I그룹이 2003년에 57.1%, 2018년에 61.5%로 가장 높은 출현율을 보였다. 생물학적 수질평가 결과, 과거 평균 'II등급'의 수질등급과 '보통'의 환경상태에서 2018년에는 평균 'Ia'등급의 수질과 '매우 양호'한 환경상태를 나타냈다. 2018년의 이화학적 요인과 생물학적 요인과의 상관관계 분석결과, pH 및 BOD는 개체수, 우점도지수(DI), 풍부도지수(R'), 다양도지수(H'), 균등도지수(J')에 유의한 상관관계를 나타냈다. 유사도 분석결과, 각 연도별로 두 개의 유사군으로 분류되었다. 길안천 수계가 취수시설 및 생태공원, 하천정비사업을 진행하면서 발생한 물리적 교란 이후 시간이 지남에 따라 물 흐름 개선과 다양한 미소서식처 형성을 통해 종 다양성 및 풍부도가 높게 나타난 것으로 판단되며, 향후, 제한적인 구간의 하천정비공사로 인한 하상 교란과 수질과의 상관관계가 저서성대형무척추동물의 군집구조와 군집안정성에 미치는 영향에 대해 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권8호
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• pp.635-643
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• 2022

우리나라 유역 상류부의 물 공급 소외 지역에서 취수원 용량이 극히 제한적인 계곡부 지역 등을 대상으로 샌드댐을 설치·운영함으로써 대체수자원 확보시설로 활용하고자 하는 시도가 이루어지고 있다. 샌드댐이 가장 활발하게 설치·활용되고 있는 것으로 알려져 있는 아프리카 지역 일부 국가들의 경우 샌드댐에 관한 별도의 법제도를 수립·적용하고 있는 사례를 찾아보기 어렵다. 샌드댐은 지하수댐의 일종으로서, 그 개념, 구조적·기술적 형태와 특성, 목적과 용도, 기능 등에 비추어 현행 「지하수법」 상 명시되어 있는 지하수자원확보시설로서의 법적 성격과 지위를 갖는다고 할 것이다. 지하수자원확보시설에 관한 규정의 해석과 적용 역시 이를 뒷받침한다. 따라서 샌드댐 사업은 「지하수법」을 근거로, 지하수자원확보시설의 설치·관리 사업의 하나로 추진·시행되는 것이 법논리적으로나 현실적으로 타당하고 합리적이다. 다만, 현행 명문 규정상 지하수자원확보시설에 샌드댐이 당연히 포함되는 것으로 볼 수 있는지에 대해서는 다소 명확하지 않은 점이 있어 그에 관한 종합적 고찰과 더불어 관련 법제도의 개선이 요구된다고 할 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.282-282
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• 2020

본 연구는 여수시 농어촌지역에 대하여 지하수 함양특성, 개발가능량 산정 및 오염부하량 등의 조사를 통해서 체계적인 지하수자원의 보전관리(안)을 수립하기 위해 수행되었다. 연구지역은 여수시 화양면, 소라면 2개 면을 포함하는 농어촌 용수구역(여소지구)으로, 여소지구의 총면적은 130.68 ㎢이며, 이 중 임야면적은 81.57 ㎢, 경지면적은 32.98 ㎢ 이고, 경지면적은 논 15.37 ㎢, 밭 17.42 ㎢, 시설재배 0.19 ㎢로 구성되어 있다. 여소지구의 30년 강수평균은 1,454.08 mm/년이며, 지하수 함양량은 국가지하수관리 기본계획(국토교통부, 2019) 및 전라남도 지하수관리계획(전라남도, 2009) 보고서를 참고하여 평균값인 11.28%로 산정한 결과, 21,279 천㎥/년으로 분석되었다. 또한, 지하수연보(국토교통부, 2018)의 세부용도별 이용량을 활용하여 지하수 이용량을 산정한 결과, 2,638.35 천㎥/년이었으며, 강수량, 함양률 및 면적 값을 고려하여 지하수 개발가능량을 산정한 결과, 16,387.57 천㎥/년, 개발가능량 대비 이용량은 16.11%로 확인되었다. 여소지구의 질산성질소 항목은 총 181개소(경지면적 0.2 ㎢당 1점)에 대해 분석한 결과, 전체 평균값은 6.67 mg/L이었으며, 농업용수 수질기준(20 mg/L)을 초과한 관정은 8개소(6%)로 확인되었다. DRASTIC을 이용한 오염취약성 지수는 평균값이 119.57점으로 나타나 오염취약성이 낮은 것으로 분석되었다. 신고·허가된 축사 시설을 기준으로 점오염원 조사결과, 단위면적당 시설수(오염원밀도)는 3.12 개소/㎢로 조사되었으며, 인구, 가축 및 토지이용 등 인자별을 고려하여 오염부하량을 산출한 결과, 단위면적당 오염부하량은 75.30 kg/day/㎢로 확인되었다. 행정구역별로 7가지 지표를 반영하여 관심, 주의, 경계 및 심각 4단계로 기준을 설정하여 지하수관리 필요지역을 선정하였다. 수량 측면은 개발가능량 대비 이용량, 단위면적당 이용량 및 관정밀 3가지 지표를 적용하였고, 수질 측면은 질산성질소 평균, 오염취약성 지수, 오염원밀도 및 단위면적당 오염부하량 4가지 지표를 적용하여 선정하였다. 지하수관리 필요지역을 분석한 결과, 전체 18개 리 중에서 14개 리에서 수량관리 12개리에서 수질관리 필요지역이 나타났다. 수량관리 필요지역은 지하수 취수량 조정 및 관리 확충 등의 대책방안이 마련되어야 하며, 수질관리 필요지역은 주변 오염원관리 및 수질검사 강화 등의 대책방안이 필요할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.261-261
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• 2020

물관리의 기본이 되는 연속적인 유량 자료 확보를 위해서는 정확도 높은 수위-유량 관계 곡선식 개발이 필수적이다. 수위-유량 관계곡선식은 모든 수문시설 설계의 기초가 되며 홍수, 가뭄 등 물재해 대응을 위해서도 중요한 의미를 가지고 있다. 그러나 일반적으로 유량 측정은 많은 비용과 시간이 들고, 식생성장, 단면변화 등의 통제특성(control)이 변함에 따라 구간분리, 기간분리와 같은 비선형적인 양상이 나타나 자료 해석에 어려움이 존재한다. 특히, 국내 하천의 경우 자연적 및 인위적인 환경 변화가 다양하여 지점 및 기간에 따라 세밀한 분석이 요구된다. 머신러닝(Machine Learning)이란 데이터를 통해 컴퓨터가 스스로 학습하여 모델을 구축하고 성능을 향상시키는 일련의 과정을 뜻한다. 기존의 수위-유량 관계곡선식은 개발자의 판단에 의해 데이터의 종류와 기간 등을 설정하여 회귀식의 파라미터를 산출한다면, 머신러닝은 유효한 전체 데이터를 이용해 스스로 학습하여 자료 간 상관성을 찾아내 모델을 구축하고 성능을 지속적으로 향상 시킬 수 있다. 머신러닝은 충분한 수문자료가 확보되었다는 전제 하에 복잡하고 가변적인 수자원 환경을 반영하여 유량 추정의 정확도를 지속적으로 향상시킬 수 있다는 이점을 가지고 있다. 본 연구는 머신러닝의 대표적인 알고리즘들을 활용하여 유량을 추정하는 모델을 구축하고 성능을 비교·분석하였다. 대상지역은 안정적인 수량을 확보하고 있는 한강수계의 거운교 지점이며, 사용자료는 2010~2018년의 시간, 수위, 유량, 수면폭 등 이다. 프로그램은 파이썬을 기반으로 한 머신러닝 라이브러리인 사이킷런(sklearn)을 사용하였고 알고리즘은 랜덤포레스트 회귀, 의사결정트리, KNN(K-Nearest Neighbor), rgboost을 적용하였다. 학습(train) 데이터는 입력자료 종류별로 조합하여 6개의 세트로 구분하여 모델을 구축하였고, 이를 적용해 검증(test) 데이터를 RMSE(Roog Mean Square Error)로 평가하였다. 그 결과 모델 및 입력 자료의 조합에 따라 3.67~171.46로 다소 넓은 범위의 값이 도출되었다. 그 중 가장 우수한 유형은 수위, 연도, 수면폭 3개의 입력자료를 조합하여 랜덤포레스트 회귀 모델에 적용한 경우이다. 비교를 위해 동일한 검증 데이터를 한국수문조사연보(2018년) 내거운교 지점의 수위별 수위-유량 곡선식을 이용해 유량을 추정한 결과 RMSE가 3.76이 산출되어, 머신러닝이 세분화된 수위-유량 곡선식과 비슷한 수준까지 성능을 내는 것으로 확인되었다. 본 연구는 양질의 유량자료 생산을 위해 기 구축된 수문자료를 기반으로 머신러닝 기법의 적용 가능성을 검토한 기초 연구로써, 국내 효율적인 수문자료 측정 및 수위-유량 곡선 산출에 도움이 될 수 있을 것으로 판단된다. 향후 수자원 환경 및 통제특성에 영향을 미치는 다양한 영향변수를 파악하기 위해 기상자료, 취수량 등의 입력 자료를 적용할 필요가 있으며, 머신러닝 내 비지도학습인 딥러닝과 같은 보다 정교한 모델에 대한 추가적인 연구도 수행되어야 할 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.263-263
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• 2020

댐 유역 수문자료는 댐의 효율적인 운영, 중장기 댐 운영 계획, 수자원 관리, 댐 저수량 예보 등에 사용된다. 댐의 주요 수문자료로는 일반적으로 유입량인 강수량과 유량으로 구성되어있으며 유출량인 방류량, 증발량, 토양수분량으로 구분한다. 현재 강수량, 유량, 방류량은 지속적으로 계측하고 있으나 증발산량과 토양의 저류량 등은 실제적으로 측정의 어려움을 가지고 있다. 본 연구에서는 실측자료를 물수지 방정식에 대입해 발생한 잔차를 통해 산출한 증발산량과 비교적 정확성이 높다고 알려져 있는 GLDAS NOAH 지형 모형자료에서 산정된 증발산량간의 비교를 수행하였다. 또한 이렇게 각각 산정한 증발산량으로 월별로 물수지 분석을 정량화하여 분석하였다. 유량자료는 후영교 수위관측소의 자료, 강수량은 괴산군(청천면사무소) 강수량관측소 외 15개소 자료, 댐 방류량자료 등의 실측자료를 사용하였으며, 증발량은 GLDAS NOAH 지표면 model을 이용하여 산정하였다. 저수지 토양수분량은 자료가 없어 고려하지 않았다. 2019년 괴산댐 유역의 총 유입량은 218.54 백만㎥이며, 증발량을 고려한 총 유출량은 200.50 백만㎥으로 나타나 댐의 저류량은 18.05 백만㎥으로 나타났다. 그러나 실제 저수지의 수위-저수용량 곡선식을 이용하여 계산된 총 저류량은 0.06 백만㎥으로 상당한 차이를 보이고 있다. 이 원인으로 1. 증발량 추정자료 사용, 2. 토양저류량 미 고려, 3. 자료가 없는 취수량 미 고려 4. 유량, 방류량, 강수량 자료 오차 등이 있는 것으로 판단된다. 한편, GLDAS NOAH 지표면 model을 이용한 연 저수지증발량과 물 수지 방적식을 이용한 연 저수지증발량은 각각 0.79 백만㎥, 18.84 백만㎥으로 나타나, 역시 차이를 보인다. 이는 물 수지 방정식을 이용한 연 저수지증발량은 토양수분증발량 미 고려에 따른 것과 GLDAS NOAH 지표면 model자료는 직접적인 실측 자료가 아닌 추정 자료로 다소 오차가 있을 것으로 생각된다. 댐 유역 물의 이동을 추적하고 이를 정량적으로 나타내는 것은 결과적으로 효율적인 댐 운영을 가능하게 한다. 그러나 최근 실시되는 유량측정과는 달리 물 수지 분석의 주요 인자인 증발량과 토양수분량 등은 측정이 전무하여 여러 가지 방법으로 추정하는 현실이다. 추후 이러한 수문자료를 실측하여 제공한다면 댐 관리 및 중장기 댐 운영 계획 수립 등 효율적인 댐 운영에 대단히 유용할 것으로 기대된다.

• 한국습지학회지
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• 제25권4호
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• pp.221-229
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• 2023

수도권에 일 약 8백만톤의 물을 취수하여 공급하는 팔당호는 수질보전정책 시행으로 BOD(Biochemical Oxygen Demand)1.1mg/L를 달성하였으나 난분해성 물질을 포함하는 COD(Chemical Oxygen Demand) 항목은 점점 증가하는 양상을 보였다. 난분해성 유기물질의 상수원 유입은 잠재적인 BOD의 증가, 수돗물의 냄새와 맛 유발, THM(Trihalomethane) 발생 증가, 조류 증식을 일으키며 유해 난분해성 미량오염물질이 잔류할 경우 수생 환경에서 내분비 교란과 항생제 내성과 같은 현상을 유발한다. 본 연구에서는 팔당호의 난분해성 유기물질 관리를 위해 팔당호와 팔당호 상류의 점 오염원과 비점오염원의 난분해성 유기물질 유출 농도를 파악하기 위한 모니터링을 실시하였다. 지역별 난분해성 유기물질 유출 농도를 비교하고 하수처리장에서의 제거율을 파악하였다. 또한 피어슨 상관성 분석 기법을 사용해 유기물질 지표와 선행건기일수, 선·선행건기일수간 상관성 분석을 실시하였다. 하천과 팔당호의 난분해성 유기물질 농도는 유사한 양상을 보였다. 하수처리장 유출수는 하천과 팔당호보다는 높은 농도를 보였으며, 유입수와 유출수 농도의 비교 결과 하수처리장에서 난분해성 유기물질 제거율은 65.73%였다. 난분해성 유기물질 유출 농도와 선행건기일수, 선·선행건기일수 사이에서는 유의미한 상관성이 나타나지 않았다. 이는 데이터 부족으로 판단되며 장기적인 모니터링으로 데이터 축적이 필요하다 사료된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제56권11호
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• pp.815-822
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• 2023

수질오염 중 유기물 오염은 가장 흔히 발생한다. 물환경보전법에 의해 유기물질을 측정하는 지표에는 BOD, COD, TOC가 있다. 그 중 BOD, COD의 분석은 노동집약적이다. 그리고 생물분해가 불가능하거나 유독물질이 존재하는 유기물질일 경우에는 낮은 정확도를 나타내 환경부에서는 TOC 중심의 관리로 전환되고 있다. 오늘날 센서기술의 발전으로 다양한 항목을 센서를 통해 모니터링 가능하다. 본 연구에서는 분광측정기인 Spectro::lyser V3를 이용한 하천 TOC 디지털 모니터링을 진행했다. 우선 측정 장비에 대한 적용성 평가를 위해 안동하천실험센터에서 실험을 진행했다. 그리고 낙동강 합류부에서 측정한 데이터를 Kriging 기법을 활용하여 하천의 TOC 공간분포를 분석했다. 본 연구에서는 센서를 활용한 하천 TOC 모니터링 및 공간분포에 대한 연구를 제안했다. 실시간으로 하천 TOC 농도 변화를 모니터링 할 수 있으며, 이는 오염원 감시 및 대응에 있어 기초자료로 활용할 수 있다. 이러한 센서 기반 하천 모니터링은 시간적 해상도 및 실시간 데이터 취득에 있어 장점이 있는데, 다양한 공간 정보 해석 방법을 적용한다면 추후 수생태 건강성, 하천 취수원 선정, 성층 분석 등 다양한 연구에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.