• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.436-440
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• 2006

하천에 대한 수질해석을 위해 범용적으로 사용되는 QUAL2E 모형은 대상구간에 유사한 수리 특성을 가지는 구간(reach)을 설정하여 주어진 유량에 대해 동일한 수심과 유속을 가지도록 구성되어 있다. 하지만 실제 자연하도에서는 여러 가지 수공구조물이나 지형변화로 인해 흐름변화가 매우 다양하게 발생하고 있다. 본 연구에서는 범용적으로 사용되고 있는 DWOPER 모형이나 HEC-RAS 모형과 같은 1차원 수리해석모형의 부등류 모의결과를 QUAL2E 모형에서 활용함으로써 실제 하천에서 발생하는 국부적인 흐름특성을 수질해석에 반영할 수 있는 수리연계모듈을 개발하였으며, 이를 한강의 팔당댐 하류구간에 대해 적용하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.207-207
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• 2020

하천으로 유입된 오염물질의 거동을 정확하게 예측하는 것은 하천 시스템의 수질 유지관리에 매우 중요하다. 본 연구에서는 1차 감쇠율(decay rate)을 가진 비보존성 오염물의 비정상 이송해석 방정식의 해를 위해 유한체적기법이 개발되어졌다. 하천 흐름 해석을 위해 자연형 단면에서의 마름-젖음 해석이 가능한 기법이 도입되었다. 이 기법은 2차-정도의 정확성와 Courant 수가 1 까지 안정함을 보장한다. 도입된 기법은 Godnov 형의 유한체적기법을 이용하여 St. Venant 방정식들을 해석하였고 질량 및 운동량 플럭스는 Roe 형의 Riemann Solver 를 사용하여 연산하였다. 오염물의 이송 해석은 추가적인 이송-확산 방정식을 도입을 통해 기존의 St. Venant 방정식과 함께 풀려질 수 있다. 추가된 방정식과 St. Venant 식은 3×3 eigenstructure를 구성하였고 이는 2차원 흐름해석 기법과 유사하게 해석될 수 있었다. 본 연구 모형의 검증을 위해 오염물의 계속적 주입을 가정한 가상 및 실제 하천에 적용되었다. 연구된 기법은 모든 적용에서 합리적 정확도를 가지고 오염물질의 연속적인 특성을 잘 모의하고 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.164-164
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• 2021

우리나라는 최근 도시화 및 산업화 등과 같은 유역개발이 가속화되면서 유역환경의 급격한 변화를 가져왔다. 도시화는 지표면의 불투수 면적을 증가시키고, 농업지역의 확대는 비료 및 농약의 사용을 증가시키고, 강우시 토양침식에 따른 흙탕물과 비점오염원의 수계 유출로 인해 수질악화 등의 문제를 야기시킨다. 이와 같은 유역환경의 변화는 수질에 직접적인 영향을 끼치므로, 미래 토지이용의 변화에 따른 하천유역의 유출특성과 영향 인자를 규명해야 효율적인 하천유역관리를 할 수 있다. 하지만 우리나라는 기후적 특성상 계절에 따른 수질 및 기후변수의 편차가 크기 때문에 하천유역관리에 있어 어려움이 많다. 특히 남한강 유역은 산림 및 고랭지밭 비중이 높은 지역이며, 여름철에는 강우로인한 토양침식이 심각하여 수질 및 수생태계 건강성을 악화시킨다. 남한강 상류 유역에는 송천과 도암호, 골지천과 같은 비점오염관리지역이 위치하고 있으며 현재까지도 하천유역관리가 어려운 지역에 해당한다. 본 연구는 남한강 유역에 위치한 17개 수질측정망을 대상으로 GIS시스템을 이용해 17개의 소권역으로 나누어 분석하였다. 토지이용자료는 환경공간정보 서비스의 2010년대 말 자료를 이용하였으며, 수질 자료는 유역환경 변화에 영향을 미칠 것이라 판단되는 수질 변수를 선별하여 10년동안의 장기간 수질 데이터를 이용하여 분석하였다. 16개의 수질변수는 정규성을 검증한 후 pairwisse t-test를 이용한 시기별 수질의 차이를 비교하였으며, 수질변수들과 토지이용매개변수 간에 상관관계를 찾아 유의관계가 있는지 확인함으로써 서로 다른 변수간에 상관성을 파악하고자 하였다. 유역의 특성별 상관도를 평가하고 해석하기 위하여 주성분 분석(Principal component analysis, PCA)을 실시하였다. 통계적 방법을 통해 시기에 따른 수질과 토지이용간의 관계를 밝힘으로써 미래하천유역관리에 기초자료로 활용될 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.225-225
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• 2011

국내 기후 특성상 하절기에 집중되는 강우로 인해 댐의 건설이 홍수조절, 용수확보 및 전력생산 등의 목적에 있어서 불가피하다. 이와 같은 저수지와 하류하천은 댐 수문 개폐에 따른 흐름변화로 인하여 수체의 거동 및 수질 변화가 발생하며, 일반적인 하천과는 다른 특성을 지니게 된다. 또한 수심이 깊은 저수지의 경우에는 흐름 방향과 더불어 수심 방향의 특성도 중요하며, 수리 및 수질 모형의 연계를 통한 3차원적인 해석을 필요로 한다. 본 연구 대상인 도암댐은 송천유역에 위치하며, 1989년에 유역변경을 통한 발전용 댐으로 건설되었으나 방류수에 영향을 받는 남대천의 수질이 악화되면서 운영이 중단되었고, 이후 댐 방류수는 그대로 송천으로 흘러 보냄으로써 송천 하류부의 수질에 악영향을 미치고 있는 실정이다. 따라서 하천과 하천 사이 호소가 포함된 유역 단위를 통합적으로 관리할 수 있는 시스템 구축이 필요하다. 본 연구에서는 도암댐 유역의 통합탁수관리시스템을 구축하기 위하여 유역모형과 호소모형을 연계하였으며, 호소내 흐름은 수평방향 뿐만 아니라 수심방향을 통합적으로 해석하기 위해 수리모형과 수질모형을 연계하였다. 또한 호소에 적합한 모형을 선정하고, 호소를 포함한 유역의 영향을 파악해보기 위해 소유역 단위의 모의를 하고자 하였다. 크게 상류유역과 호소 구간으로 나누어 상류유역은 유역모형인 SWAT을 이용하고, 이 결과를 호소 부분의 유입 경계조건으로 적용하여 호소의 수리 및 수질모형인 EFDC-WASP의 연계를 통해 통합수질관리시스템을 구축하였고, 현장 조사결과를 이용하여 시스템의 적합성에 대해 검토하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.437-437
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• 2021

새만금유역의 용수이용체계는 농업용수를 중심으로 이루어져 있고, 대규모 관개시스템을 통해 하천수가 농업용수로 공급되고 있어 하천의 수질관리와 수생태계 보전에 어려움을 겪고 있다. 특히, 농업용수와 공업용수 대부분을 하천으로부터 확보하고 있는 만경강은 용담댐과 금강호와 같은 외부 공급원에 의존하고 있으며, 유역내 위치하고 있는 수원인 대아저수지와 경천저수지는 관개기에 대부분 유량을 농업용수로 공급하고 있어 하천유지유량 유지에 어려움을 겪고 있다. 본 연구는 만경강유역의 용수별 공급 및 이용체계에 따른 용수 확보방안을 검토하고 수질에 미치는 영향을 평가하고자 한다. 이를 위해 유역내에서 용수 확보방안에 따른 시나리오를 구성하였고, 수역의 기작 등을 합리적으로 구현할 수 있는 수질예측 모델을 구축하여 본류구간의 수질변화를 예측하였다. 수질모의시 유황조건은 하천수질환경기준의 설정근거인 저수량(Q₂₇₅)과 평수량(Q₁₈₅)을 기준으로 하였고, 각 구간별 수리입력계수와 수질입력계수를 입력하여 보정하였으며, 보정 및 검증자료는 환경부 자료에서 기준유량의 ±20 % 내에 측정된 시기의 값을 활용하였다. 수치해석 결과, 저수량 조건에서 시나리오별 확보되는 유량증가에 의해 주요지점에서의 수질개선율이 평균 BOD 12.1 %, T-N 4.9 %, T-P 10.1 %, 평수량 조건에서 평균 BOD 4.7 %, T-N 4.1 %, T-P 5.6 %로 평가되어 본류구간의 유량이 증가할수록 수질이 개선되는 것으로 나타났다. 따라서 유역내 용수별 공급 및 이용체계에 따라 확보되는 유량을 효율적으로 이용한다면, 외부 수자원에 의존하지 않고 유역내에서 자체적으로 만경강 및 새만금호의 유입량을 확보뿐만 아니라 수질개선에도 기여할 것으로 판단된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.53 no.2
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• pp.141-154
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• 2020

The accidents of toxic chemical spill into rivers are increasing in recent years due to expansion of heavy industries in Korea. In order to respond to the chemical spills, accident response systems have been established for both main rivers and tributary rivers. However, since these accident response system adopted the water quality models imported from the foreign countries, it is difficult to acquire the model parameters and to calibrate and validate the water quality models. Therefore, this study developed a depth-averaged two-dimensional river water quality model to analyze the behavior of hazardous chemicals in rivers and proposed an efficient simulation execution framework by identifying the significant reaction mechanisms considering the characteristics of the toxic chemicals. The depth-averaged two-dimensional river water quality model CTM-2D was upgraded by adding reaction terms representing mechanisms of the adsorption, desorption, and volatilization of toxic chemicals. In order to verify the model, the analytical solution was compared with the numerical solution, and results showed that the error was less than 0.1%. In addition, the model was applied to a virtual scenario which is a water pollution accident at the confluence of the Nakdong River - Kumho River, and model results showed that an efficient simulation could be carried out by activating only significant reactions which were assessed by the sensitivity analysis.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.54 no.7
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• pp.495-507
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• 2021

With the recent industrial development, accidental pollution in riverine environments has frequently occurred. It is thus necessary to simulate pollutant transport and dispersion using water quality models for predicting pollutant residence times. In this study, we conducted a field experiment in a meandering reach of the Sum River, South Korea, to validate the field applicability and prediction accuracy of RAMS+ (River Analysis and Modeling System+), which is a two-dimensional (2D) stream flow/water quality analysis program. As a result of the simulation, the flow analysis model HDM-2Di and the water quality analysis model CTM-2D-TX accurately simulated the 2D flow characteristics, and transport and mixing behaviors of the pollutant tracer, respectively. In particular, CTM-2D-TX adequately reproduced the elongation of the pollutant cloud, caused by the storage effect associated with local low-velocity zones. Furthermore, the transport model effectively simulated the secondary flow-driven lateral mixing at the meander bend via 2D dispersion coefficients. We calculated the residence time for the critical concentration, and it was elucidated that the calculated residence times are spatially heterogeneous, even in the channel-width direction. The findings of this study suggest that the 2D water quality model could be the accidental pollution analysis tool more efficient and accurate than one-dimensional models, which cannot produce the 2D information such as the 2D residence time distribution.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.144-144
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• 2023

하천 합류부에 있어 수체의 혼합양상 분석은 고해상도의 자료가 필요하다. 하지만 최근 공간적 분포를 해석함에 있어 3D 기법들을 많이 활용되고 있다. IDW, Natural Neighbor, Kriging기법등 다양한 기법들이 많이 적용되고 있고 그에 따라 각 보간법을 비교 분석하여 공간해석에 대한 연구를 진행하였다. 관련 논문을 검토한 결과, 측정 결과에 따른 2차원 횡단면 분포의 내용이 지배적이었고, 3차원 매핑 및 3차원 분석을 통한 수리학적 정보 획득에 관한 연구는 부족한 실정이였다. 특히 3차원 하천 수질 농도의 연구가 불충분했다. 그에 따라 저해상도 측정결과에서의 예측과 보간법에 대한 시각화를 통해 하천의 전체적인 수리·수질정보를 표기하였다. 각각의 보간법을 비교함으로써 하천매핑에 있어 Kriging 기법을 적용하여 시각화된 자료와 정량적 평가를 통해 하천매핑의 정밀성을 향상시켰다. 하천합류부를 공간 분석할 시에 하천의 측정데이터에 대한 신뢰도를 바탕으로 계측경로에 따라 보간한 결과에 대한 신뢰도 분석을 실시하였다. 분석된 3차원자료를 이용하여 하천의 혼합거리에 대한 분석을 실시하였고 그에 따른 수표면과 연직방향까지 고려된 혼합거리분석을 비교하였다. 3차원 데이터를 활용하는 방법으로 측정 및 모니터링 기술의 중요한 데이터로 활용되며, 이러한 데이터는 유해물질 저감 기술 및 평가 예측 기술의 기초 데이터로 활용되고 있다. 유해화학물질 추정, 호수의 고위험 조류군 계층분석 등 다양한 수생건강 진단기술을 활용할 수 있다.

• Water for future
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• v.28 no.6
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• pp.47-53
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• 1995

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2002.05a
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• pp.317-322
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• 2002

본 연구는 유역 수질의 효과적인 관리와 수질 모델의 효율적인 활용을 위하여 GIS를 기반으로 수질 모델과 지형 및 문자 데이터베이스를 통합한 모델링 시스템(Water Quality Management System)을 개발하고 전라북도 내 동진강에 대해 적용하였다. WQMS는 DOS 기반의 수질모델이 가지는 복잡성과 결과해석의 불편을 최소화하기 위하여 윈도우 기반의 하천모델을 운용하기 위한 시스템을 구축하고, 나아가 GIS 기반의 사용자에게 보다 편리한 모델링 환경을 제공하도록 설계되었다. 개발된 시스템의 구현 단계는 전처리와 모델링 실행, 후처리의 세단계로 구분될 수 있다. 전처리단계는 DB에 의해 모델실행을 지원하며 후처리 단계에서는 GIS를 이용하여 모델실행 결과를 그래프와 속성 자료로 확인할 수 있도록 하였다. 또한 실측자료를 활용하여 WQMS의 적용성을 평가한 결과 신뢰성이 높게 평가되었다. WQMS는 기존 DOS 기반의 모델링의 복잡성을 제거하고 정도 높은 수질분석을 수행하므로서 효율적인 유역 수질관리에 필요한 기본자료를 제공할 것으로 기대된다.