• Korean Journal of Remote Sensing
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• v.38 no.6_1
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• pp.1285-1300
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• 2022

Turbidity, the measure of the cloudiness of water, is used as an important index for water quality management. The turbidity can vary greatly in small river systems, which affects water quality in national rivers. Therefore, the generation of high-resolution spatial information on turbidity is very important. In this study, a turbidity retrieval model using the Korea Multi-Purpose Satellite-3 and -3A (KOMPSAT-3/3A) images was developed for high-resolution turbidity mapping of Han River system based on eXtreme Gradient Boosting (XGBoost) algorithm. To this end, the top of atmosphere (TOA) spectral reflectance was calculated from a total of 24 KOMPSAT-3/3A images and 150 Landsat-8 images. The Landsat-8 TOA spectral reflectance was cross-calibrated to the KOMPSAT-3/3A bands. The turbidity measured by the National Water Quality Monitoring Network was used as a reference dataset, and as input variables, the TOA spectral reflectance at the locations of in situ turbidity measurement, the spectral indices (the normalized difference vegetation index, normalized difference water index, and normalized difference turbidity index), and the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS)-derived atmospheric products(the atmospheric optical thickness, water vapor, and ozone) were used. Furthermore, by analyzing the KOMPSAT-3/3A TOA spectral reflectance of different turbidities, a new spectral index, new normalized difference turbidity index (nNDTI), was proposed, and it was added as an input variable to the turbidity retrieval model. The XGBoost model showed excellent performance for the retrieval of turbidity with a root mean square error (RMSE) of 2.70 NTU and a normalized RMSE (NRMSE) of 14.70% compared to in situ turbidity, in which the nNDTI proposed in this study was used as the most important variable. The developed turbidity retrieval model was applied to the KOMPSAT-3/3A images to map high-resolution river turbidity, and it was possible to analyze the spatiotemporal variations of turbidity. Through this study, we could confirm that the KOMPSAT-3/3A images are very useful for retrieving high-resolution and accurate spatial information on the river turbidity.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• v.38 no.3
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• pp.269-275
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• 2014

The objective of this study was to investigate the performance characteristics of an inline mixing and coagulation system for water treatment based on the process intensification concept. Three-stage inline mixing and coagulation system was composed of the reservoirs of source wastewater, the fixed quantity injection pumps of coagulants, the mixing and coagulation tubes, a sedimentation tank and a control panel. In the equal dosage of coagulant and coagulant aids, the turbidity removal with increasing the dosage of coagulant aids was about 3 times higher than that with increasing the dosage of coagulant. In the condition of the equal mixing and coagulation time, the turbidity removal of inline mixing and coagulation system was about 4.6 times higher than that of mechanical type.

• Korean Journal of Ecology and Environment
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• v.39 no.1 s.115
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• pp.13-20
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• 2006

The changing patterns of water temperature and turbidity in streams entering Imha Reservoir were studied. The turbidity variation near the intake tower in Imha Reservoir was investigated in relation with the variation of water temperature and turbidity in streams. Water temperature was estimated using multi-regression method with air temperature and dew point as independent variables. Peak turbidity was also estimated using non-linear regression method with rainfall intensity as an independent variable. Although more independent variables representing watershed characteristics seem to be needed to increase estimation accuracies, the methodology used in this study can be applied to estimate water temperature and peak turbidity in other streams.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.419-424
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• 2006

대청호로 유입하는 탁수의 감시와 저수지내의 시공간분포를 예측할 수 있는 실시간 탁수감시 및 예측시스템(RTMMS)을 개발하였다. RTMMS는 탁도와 수온 등 실시간 계측자료를 데이터베이스에 저장.조회하는 실시간 감시(Realtime Monitoring), 2차원 탁수예측 수치모델의 입력자료 생성(Input Data), 탁수예측 수치모델의 수행 (W2 Run), 모의결과의 조회 및 저수지 운영 시나리오별 탁수조절 효과분석을 위한 후처리 (Post-Process) 기능을 제공한다. 시스템의 GUI 화면은 개별 기능을 탭 형식으로 제공하여 사용자가 순차적으로 자료조회와 모델수행 그리고 결과분석을 쉽게 수행할 수 있도록 설계하였다. RTMMS는 강우사상 동안 유입하천의 수온예측을 위해 대기기온, 이슬점온도, 하천유량자료를 독립변수로 이용하는 다중회귀모델(DMR)을 사용하며, 탁도 예측은 유량과 SS 부하량의 상관관계를 이용하는 탁도예측모델(QLM)을 사용한다. 저수지로 유입한 탁수의 밀도류 거동과 시공간적인 탁도분포 예측은 2차원 횡방향 평균 수리 수질해석 모형인 CE-QUAL-W2를 채택하였다. 개발된 시스템은 2004년 홍수기를 대상으로 시범적용 하였으며, 그 결과를 실측자료와 비교하여 제시하였다. RTMMS는 저수지 탁수발생 현황조회, 취수원 도달시간 및 지속기간, 밀도류와 전도현상을 고려한 시공간 분포 예측, 발전 및 수문방류, 선택취수 등 다양한 저수지운영 시나리오에 따른 상.하류 영향 분석, 용수 이용자에게 탁도 예측정보의 제공 등 탁수를 고려한 저수지운영 의사결정지원 도구로써 매우 유용하게 활용 될 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.232-232
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• 2020

하천기본계획 수립이나 생태하천 조성사업 등 다양한 하천사업에서 하천측량은 대상 하천의 지형 현황과 과거 사업이후의 변화량을 확인할 수 있는 중요한 요소이다. 국내 측량 기준인 공공측량작업규정(국토지리정보원)에서 하천 측량은 육지부에서는 횡단측량을 수부에서는 수심측량을 실시하고 수심측량은 음향측심기 사용을 원칙으로 한다. 국내 대부분의 수심측량은 단빔 음향측심기를 사용하고 있는 실정이며 일부 수심 확보 구간 또는 연구목적으로 멀티빔 음향측심기를 적용한 사례가 일부 보고된 바가 있다. 최근 수심측정이 가능한 항공수심측량(Airbone LiDAR Bathymetry) 장비 중 핵심계측기기인 Green LiDAR 센서 국산화 및 경량화에 관한 연구가 진행중이다. 이에 본 연구는 국내 하천 여건에서 개발 센서가 어느 정도의 활용성을 확보할 수 있는지를 검토하였다. 우선 환경부가 운영중인 수질자동측정망 71개 지점의 정기측정성과 중 탁도에 관한 일자료를 확보가 가능한 45개 지점을 대상으로 G-LiDAR 센서의 SD(Secchi Depth)를 기준으로 가용계측일을 산정해 보았다. 분석기간은 '12. 7.부터 '19.12.까지이며 분석기간중 SD 1.5m(1.94 NTU 추정) 기준을 만족하는 기간은 한강 2.07년, 낙동강 0.64년, 금강 2.21년, 영산강 2.71년으로 나타났다. 또한 지점별 가용기간 분석결과 분석기간인 7.33년 동안 탁도 기준이하인 운영 가능 기간은 연중 평균 80여일(2.74개월)로 나타나 제한적이나마 활용이 가능할 것으로 확인되었다. 향후 현장조사를 통해 공공측량 성과와 대상수계의 탁도 실측자료와의 연계분석을 통해 정확한 활용성 검토를 수행할 예정이다. 향후 적용 센서의 개발 성능목표를 달성한다면 하천내의 다양한 분야에서 활용이 가능할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.225-225
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• 2023

하상 측정은 하천 유지관리, 수공구조물 설계 및 보수, 수생태 조사의 필수적인 자료이다. 최근 4대강 대규모 사업 이후 자연적 안정화로 인해 침식 및 재퇴적이 진행되어 정밀 하상 모니터링이 요구되고 있다. 통상적인 하상 조사 기법은 레벨측량 및 RTK-GPS 등을 활용하여 점단위로 직접 계측하는 기법과 수심이 깊을 경우 ADCP와 같은 음향측심기법을 통해 하상변동을 계측하고 있다. 하지만 점단위 직접 측정은 사구와 사련과 같은 하상 구조 교란 및 계측 시 위험을 동반하고 수심자료의 측정오차가 크게 발생하는 한계점이 존재한다. 또한 초음파 방식의 경우 막음길이와 바닥면 노이즈 등의 한계점으로 50 cm 미만의 저수심부 하상 측정이 불가능한 실정이다. 이러한 한계점을 극복하기 위해 최근 드론의 보급으로 수심라이다(Bathymetry LiDAR), SFM, 드론 탑재 초분광 영상을 활용한 초분광수심법과 같은 저고도, 고해상도의 비접촉식 면단위 하상 측정 기법이 대안으로 각광받고 있고 최근 관심은 해당 최신 기술의 성능 점검 및 적용성 평가에 있다. 따라서 본 연구에서는 초분광수심법 중 보편적으로 적용할 수 있는 최적밴드비분석(OBRA)의 성능 점검과 실무 적용성을 국내 하천을 대상으로 검토하였다. 해당 기술의 실무 적용성 평가항목 중 수심 적용 범위가 경제적이고 효율적인 성능 평가의 주된 항목이다. 선행 연구에 따르면 감천을 대상으로 저수심부의 성능 평가를 진행한 결과 상세한 하상계측이 가능하다고 제시하였다. 따라서 본 연구는 낙동강-황강 합류부를 대상으로 전형적인 평수기 탁도 조건에서 초분광수심법을 적용할 경우 최대측정가능수심의 범위를 결정하는 방법 및 결과를 제시하려고 한다. 또한 현장실험 당시 합천댐 방류로 인하여 황강의 탁도가 높아진 상태에 기인하여 고탁도 조건에서 초분광수심법의 적용성 평가도 추가 검토하였다. 해당 연구는 수심과 밴드비의 비선형성을 통해 최적 밴드비 분석의 결과로 도출될 수 있는 상관계수와 평균 제곱근 오차(RMSE)의 동향을 보아 다양한 시나리오의 배제수심을 통해 최대측정가능수심을 산정하였으며 그 이상의 범위는 수심맵 산정에서 제외하였다. 그 결과로 낙동강 본류에서 2.5 m 이하, 황강 지류에서 1.25 m 이하의 최대측정가능수심이 나타났고 해당 범위 이하에서는 상세한 하상이 나타났다. 또한 고탁도 조건인 황강에서는 낙동강에 비해 절반 수준의 최대측정가능수심 범위가 나타나 탁도 조건에 따른 초분광수심법의 한계가 있는 것을 확인하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.894-898
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• 2012

본 연구는 밭에서 발생하는 비점오염물질을 저감하기 위하여 기존의 볏짚거적을 이용한 저감방법에 PAM과 Gypsum을 처리하였을 때, 표면유출량과 기저유출량, 유사량 그리고 탁도 등에 미치는 영향을 모의하고자 하였다. 연구 방법은 인공강우 시험기와 토양상자를 이용한 실내실험을 통하여 지표피복재의 종류와 강우강도 그리고 경사도에 따른 직접유출량과 유사량을 측정하고 비교하였다. 경사도 (10 %, 20 %)와 강우강도 (30 mm/hr) 그리고 지표피복재의 종류에 따라 실험처리를 하였으며, 지표피복재는 볏짚(Rice straw mat)+PAM (Polyacrylamide)+Gypsum, 볏짚+PAM+톱밥 (Sawdust)+Gypsum, 볏짚+PAM+왕겨 (Chaff)+Gypsum으로 구분하여 제작하였다. 실험 결과 볏짚을 이용한 다양한 피복소재를 이용해 지표를 피복할 경우, 대조구(나지)에 대비 유출수량, 토양유실 그리고 탁도 저감에 큰 효과가 있는 것으로 나타났다. 지표를 피복한 처리구의 평균 표면 유출수량은 대조구와 비교할 때 72~85.6 %가 저감되었다. 그러나 동일조건의 Gypsum을 첨가하지 않은 연구와 비교 시 Gypsum의 혼용으로 인한 효과는 크지 않은 것으로 나타났다. 세분화된 강우강도와 경사도 조건에 따른 실험이 필요하지만 본 연구의 결과에 기초할 때, 지표의 피복과 토양개량제를 첨가하는 방법은 강우 시 발생하는 표면유출수와 유사 그리고 탁수를 저감시킬 수 있는 최적영농관리방법 (Best management practice)의 하나로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.493-493
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• 2017

부유사 수리실험에서 부유사의 농도를 측정하는 것은 불확실성이 매우 크다. Einstein(1950)은 유사의 pickup function 결정에서 이러한 불확실성 때문에 유사입자의 거동을 발생시키는 양력의 확률을 적용하기도 하였다. 일반적으로 부유사의 측정은 부유사 채집기를 통해 수행하지만, 시간적으로 비효율 적이며, 채집 시 채집기의 부피로 인한 난류 발생으로 채집 후 흐름 변화가 발생할 수 있다. 수리실험의 규모라면 이 문제는 더욱 부각될 수 있다. 연속적인 부유사의 농도 측정을 위해 이러한 점은 개선되어야 하는 문제이다. 본 연구에서는 유사 실험의 이러한 단점을 극복하고자 image processing 기법을 적용하였다. Image processing은 부유사의 농도가 증가할수록 탁도가 증가하는 특성을 이용하여, 부유사 농도를 추정하는 방법이다. 이 과정에서 RGB(Red-Green-Blue)로 색을 표시하는 방식에서 image를 변환하여 gray scale로 전환해야 하며, 파(wave)의 전파에 의한 image 결과의 변형은 없다고 가정하였다. Gray scale과 탁도와의 관계를 도출하기 위해 하상에 유사를 포설하고, 단파(surge)를 발생 시켰다. 실험은 길이 12.0m, 폭 0.8m, 높이 0.75m의 개수로에서 수행하였으며, 수로 상류에 sluice형 gate를 급격하게 개방하는 것으로 단파를 재현하였다. 탁도 측정을 위해 유사 채집기를 이용하였으며, 상기에서 제시한 흐름 교란문제로, 1지점에서 1개의 시간동안만 채집을 수행하였으며, image의 촬영을 병행하였다. 또한 data의 정확도를 높이기 위해 3번의 반복실험을 수행하였다. 실험결과 gray scale과 탁도와는 일정한 관계가 나타났으며, 이를 토대로 gray scale-SSC(suspended sediment concentration)와의 관계를 도출하였다. Bayesian 분석을 이용하여 image processing의 보정(확률적 보정)을 추가적으로 수행하였다. 최종적으로 실측한 값과 image processing을 통한 값을 1:1 curve를 통해 비교하였으며, 약 9%의 평균 오차가 발생하여, image processing과 bayesian 적용을 통한 부유사 농도 측정은 신뢰할 만한 결과를 도출하는 것으로 판단된다.

• KSBB Journal
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• v.16 no.4
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• pp.332-336
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• 2001

This paper is intended as an application of the biological rope media sedimentation tank using biodegradability of BAC(Biological activated carbon) to the drinking water treatment system for the removal of NOM. The removal of DOC(Dissolved organic carbon), UV absorbance(UV$\_$254/), and turbidity were evaluated under various operation condition of a biological rope media sedimentation tank such as raw water-media process (Media 1), ozonation-media process (Media 2), and ozonation-coagulation/sedimentation-media process (Media 3). The raw water had DOC concentration of 1.3∼3.4 mg/L, UV$\_$254/ of 0.027∼0.039 cm$\^$-1/, and turbidity of 0.3∼4.5 NTU, respectively. The average DOC concentration were 2.2 mg/L in media 1, 1.8 mg/L in media 2, and 1.3 mg/l in media 3 from raw water, respectively. On the other hand, the DOC concentration in conventional sedimentation tank was 1.5 mg/l. Higher removal of the DOC was noted in media 3 than media 1 and media 2. The UV$\_$254/ of the treated water were 0.037 cm$\^$-1/ in media 1, 0.027 cm$\^$-1/ in media 2, and 0.014 cm$\^$-1/ in media 3 from raw water, respectively The UV$\_$254/ in conventional sedimentation tank was 0.014 cm$\^$-1/ which is similar to that of media 3. Average turbidity of the treated water was 1.1 NTU in media 1, 0.9 NTU in media 2, and 0.5 NTU in media 3, respectively. It is expected that the biological rope media sedimentation tank is a good alternative over the conventional sedimentation process from these results.

• Korean Journal of Ecology and Environment
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• v.36 no.3 s.104
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• pp.257-268
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• 2003

Daily monitoring was conducted to elucidate the changes in turbidity and distribution of particles in the turbid water of a river-type reservoir (Paltang Reservoir) from 1999 to 2001. Water turbidity and the particle distribution of turbid water were principally affected by meteorological factors particularly rainfall patterns and hydrological factors such as inflow and outflow. The mean concentration of turbidity was constant each year, with the concentration of less than 10 NTU accounting for 85%. Seasonal characteristics were remarkable, with winter and spring having < 5 NTU, autumn 5 ${\sim}$ 10 NTU, and summer > 20 NTU. Unlike hydrological changes, maximum turbidity was observed from late July to early August and continuously increased from 1999 to 2001. In particular, the maximum turbidity of reservoirs remarkably increased toward the lower part of reservoir in 2001. Discharge and turbidity increased or decreased slowly in 1999; in contrast, turbidity rapidly increased in the early rainfall period of 2000 and 2001 but later decreased as discharge increased. In the particles of turbid water, clay ingredients were more densely distributed and more dominant in all stations. Of the total particles in turbid water, clay constituted 63.9${\sim}$66.6% and silt 33.4${\sim}$36.1% to account for a combined total of 98.9 ${\sim}$ 100%. Sand made up less than 1.1%. The turbidity of river-type reservoir was also found to be mainly affected by the biomass of plankton in a non-rainfall period. During a rainfall period, however, the quantity and relative ratio of inorganic particles depending on the soil components affected turbidity.