• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제10권4호
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• pp.107-115
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• 2023

고 탁도의 원수는 정수장 운영 및 수 생태 환경에 부정적인 영향을 줄 수 있어 관리가 필요한 수질 인자이며, 하천의 탁도 예측을 통해 고 탁도의 원수의 효율적 관리를 수행하기 위해 관련분야에 대한 연구가 지속되고 있다. 본 연구에서는 대표적인 앙상블 머신러닝 알고리즘 중 하나인 LightGBM (light gradient boosting machine)을 이용하여 탁도를 예측하는 다중 분류 모형을 구축하였다. 모형의 구축을 위해 입력자료를 탁도값에 따라 탁도가 낮은 경우부터 높은 경우까지 4개의 class로 구분하였으며, class 1 - 4에 속하는 자료수는 각각 945개, 763개, 95개, 25개로 분류되었다. 구축한 모형의 class 1 - 4에 대한 정밀도 (Precision) 각각 0.85, 0.71, 0.26, 0.30 재현율 (Recall)은 각각 0.82, 0.76, 0.19, 0.60로 데이터 수가 적은 소수 class에서 상대적으로 모형이 성능이 낮은 경향을 보였다. 데이터 불균형을 해소하기 위해 over-sampling알고리즘 중 SMOTE를 적용한 결과 개선된 모형의 class 1 - 4에 대한 정밀도 및 재현율은 각각 0.88, 0.71, 0.26, 0.25 및 0.79, 0.76, 0.38, 0.60으로 데이터 불균형 해소를 통해 모형의 재현율이 크게 개선되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 데이터 구성비율이 모형성능에 미치는 영향에 대한 확인을 위하여 입력자료의 구성비를 다양하게 하고 각각의 자료로 구축된 모형의 결과를 비교하여 입력자료 구성비에 따른 모형성능의 차이를 분석하였으며, 모형 입력자료의 구성비의 적정한 산정을 통해 모형의 성능을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.

• 생태와환경
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• 제56권3호
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• pp.250-258
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• 2023

담수해파리는 담수에서만 발견되는 해파리로써 다양성은 낮지만 전 세계적으로 보고 되고있다. 하지만 이들의 생태 및 발생 원인에 대해서는 정확하게 밝혀진 바가 없다. 따라서 모니터링을 통해 유생에서 폴립(polyp)단계를 통해 성장하는 담수해파리의 분포를 파악하는 것은 이들의 생태를 이해하는 데 중요하다. 본 연구는 미호강 수계 생물막(biofilm)의 환경유전자(eDNA)를 이용하여 담수해파리의 COI 유전자를 탐색하고 환경유전자를 이용한 담수해파리 탐색 가능성을 확인하고자 하였다. 미호강 수계 내 12개 지점 중 8개 지점에서 담수해파리 유전자가 확인되었으며, 대부분 상류에 저수지가 위치한 특성을 보였다. 이들 유전자는 대표적인 담수해파리로 알려진 소워비꽃모자해파리(Craspedacusta sowerbii)의 유전자로 확인되었으며 미호강 조사 지점에서 발견된 C. sowerbii는 이탈리아에서 발견된 종과 같은 계통이었다. 결과적으로 생물막의 환경유전자를 이용한 담수해파리 유전자 탐색방법은 담수해파리 출현 가능성이 높은 지역을 선택적으로 빠르게 선별(screening)할 수 있으며 이는 국내 담수해파리의 분포와 발생기작을 이해하는 데 중요한 단서를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제56권spc1호
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• pp.1007-1014
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• 2023

천수방정식 기반 흐름해석모형은 하천 및 수로에서의 흐름을 수평 2차원적으로 수치모의하는데 활용되며 매개변수인 와점성계수와 조도계수에 큰 영향을 받는다. 따라서 적절한 매개변수의 선택은 흐름특성을 정확하게 모사하기 위해 매우 중요하다. 본 연구에서는 2차원 흐름해석에 적용되는 매개변수의 최적조합을 찾기 위한 자동화 알고리즘을 개발하고 적용하였다. 기존연구에서 2차원 흐름해석모형을 적용하는 경우 매개변수의 선정에 있어 경험적인 방법을 사용하여 최적의 매개변수를 찾는데 어려움이 있었다. 따라서 본 연구에서는 실험결과를 활용하여 다양한 매개변수의 조합에 따른 오차를 추적하고, 매개변수의 최적조합을 결정할 수 있는 알고리즘을 Python 언어를 이용하여 개발하고 적용하였다. 자동화 알고리즘은 121(11×11)개의 매개변수 조합에 따른 2차원 흐름해석결과 중 유속모의결과의 오차값을 비교하여 가장 정확한 조합을 손쉽게 결정하도록 구성되었다. 오차가 가장 작은 매개변수의 최적조합을 자동화 알고리즘의 적용을 통해 신속하고 간단하게 결정할 수 있다는 측면에서 높은 활용가치가 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제56권spc1호
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• pp.1049-1058
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• 2023

보와 저낙차 댐과 같은 하천횡단구조물을 통과하는 흐름은 도수 현상을 동반하는 급변류가 지배적이다. 구조물 하류에서 도수로 인한 유속과 수면의 강한 비정상성은 수공구조물의 안정에 영향을 줄 수 있다. 특히, 높은 Froude 수 조건에서 발생하는 정상도수는 공기연행이 현저하게 발생하여 흐름 특성은 더욱 복잡해진다. 이 연구에서는 Froude 7.3 조건에서 발생하는 정상도수를 모의하기 위해서 큰와모의 기법과 하이브리드 VoF 기법을 이용한 수치모의를 수행하였다. 수치모의 결과는 구조물 하류 바닥면에서 계측된 순간최대압력과 시간평균압력 분포를 유사하게 재현하는 것으로 나타났다. 단, 구조물 직하류에서의 순간최소압력 분포는 대상으로 하는 실험 계측값과 반대의 양상을 보이지만, 유사한 다른 시험과는 같은 양상을 보임으로써 본 연구에서 수행한 수치모의는 합리적으로 압력변동을 예측하는 것으로 판단된다. 도수 중앙부에서의 연직방향 유속분포와 공기농도분포는 유사한 조건의 실험 결과들과 자기상사성을 보이면서 양호하게 일치하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 본 연구에서 적용한 큰와모의 기법과 하이브리드 VoF 기법이 높은 Froude 수 조건에서 강한 공기연행을 동반하는 도수현상을 양호하게 재현할 수 있음을 보여준다.

• 자원환경지질
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• 제57권2호
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• pp.185-204
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• 2024

이 연구는 국토교통부에서 수행하고 있는 골재자원조사를 통해 2023년까지 조사된 하천, 육상골재에서 천연모래의 약 4,800여 품질시험자료를 분석하여 국내 모래의 지질학적, 물리적, 화학적 특성을 평가하였다. 모래층을 포함하고 있는 국내 제4기 미고결 퇴적층의 평균심도는 10m 내외이다(최대 66m). 퇴적층 내에서의 모래층의 두께는 0.5m~4.0m 구간이 약 70%로 가장 우세하다. 모래층에서의 모래, 자갈, 점토는 대체로 60:20:10의 비율로 나타나며, 모래의 주구성광물은 석영, 사장석, K-장석이며, 부구성광물로는 백운모, 흑운모, 녹니석, 자철석, 녹염석 등이다. 석영은 약 45~75%, 사장석과 K-장석은 각각 약 5~20%, 그 외의 부구성광물은 10% 이내이다. 국내 모래의 평균 입도는 0.5mm~1.0mm로 모래시료의 약 44%가 이에 속한다. 1.0mm~1.5mm 입도는 전체모래의 19%, 0.125mm~0.25mm 입도는 전체모래는 약 9%를 점유하고 있다. 골재로 활용하기 위한 모래의 품질 기준에서 보면 흡수율, 안정성의 거의 모든 모래층에서 품질기준에 적합한 것으로 판정되며, 절대건조밀도는 약 66%가 적합하다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제57권5호
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• pp.359-369
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• 2024

한국은 6월 21일부터 9월 20일까지를 법정홍수기로 지정하여 잠재적 홍수에 대비하여왔다. 하지만 2020년 54일의 역대 최장 장마 사례와 같이 과거와 다른 기후양상으로 인한 극한 홍수로 피해를 겪고 있다. 그동안 홍수 피해 저감을 위한 연구는 매우 많았지만, 법정홍수기가 앞으로도 유효할지에 대한 연구는 시도된 적 이 없었다. 따라서 본 연구는 21세기 관측 자료를 통해 현행 법정홍수기의 타당성을 통계적으로 검토하였으며, 이를 통해 현행 법정홍수기가 강수량 증가 추세와 지역별 강수 특성의 강화를 고려하지 못하고 있음을 확인하였다. 이러한 한계점의 해결을 위해 본 연구에서는 대상 유역에 대한 7개의 새로운 홍수기 후보군을 제안하였고, 이의 타당성을 모의 운영을 통해 분석하였다. 모의 운영 시 댐 운영룰 rigid operation method를, 댐 유입량 예측에는 long short-term memory model을 적용하였다. 제안한 홍수기 각 후보는 댐의 계획방류량과 하천의 계획홍수량을 초과하느냐를 기준으로 평가하였다. 첫 번째 기준으로 평가한 결과, 본 연구에서 제안한 홍수기 적용 시 초과 빈도와 지속시간이 각각 0.068%와 0.33% 감소되었으며, 크기 또한 24.6% 감소하였다. 두 번째 평가 기준으로 평가한 결과 역시, 홍수피해 발생 구간이 기존의 4회에서 2회로 감소하였다. 본 연구 결과를 계기로 법정홍수기 재검토가 공식적으로 이루어져 새로운 양상으로 변화하고 있는 강우 양상에 적극적으로 대비하길 기대한다.

• 한국환경생태학회지
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• 제30권3호
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• pp.353-368
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• 2016

본 연구는 2015년 4월부터 10월까지 전라북도 고창군 선운산도립공원 안의 선운천을 중점으로 저서성 대형무척추동물 및 어류의 다양성과 분포특성을 조사하였다. 조사결과 선운천에서 출현한 저서성 대형무척추동물은 총 4문 16목 50과 78종이 출현하였으며, 어류는 총 6과 25종이 확인되었다. 저서성 대형무척추동물 중에서는 유수지역에서 풍부하게 서식하는 하루살이목(Ephemeroptera)이 13종(22.81%)으로 가장 높은 다양성을 나타냈으며, 기능군에서는 걸러먹는무리(Gathering-collectors)가 30종(36.14%), 붙는무리(Clingers)가 23종(29.49%), 굴파는무리(Burrowers)가 17종(21.79%) 순으로 높게 나타났다. EPT (Ephemeroptera-Plecoptera-Trichoptera) 비율과 ESB (Ecological score for the benthic macroinvertebrate community) 분석에서는 S8지점에서 각각 44.44%, 72점으로 가장 높게 측정되어 최우선 보호수역으로 평가되었으며, S4지점과 S9지점은 EPT 비율과 ESB 값이 낮게 측정되어 우선개선수역으로 분석되었다. 저서성 대형무척추동물보다 상위 포식자인 어류 군집특성으로는 계곡하천에 풍부하게 서식하는 갈겨니(Zacco teminchkii)가 333개체(36.80%)로 우점 하였으며, S8지점에서 우점도 지수는 낮게(0.24), 종다양도 지수는 높게(1.81) 분석되어 저서성 대형무척추동물의 군집과 같은 양상의 안정된 어류 군집을 유지하고 있었다. 본 조사에서 출현한 한반도 고유종은 수서곤충에서 2종인 가는무늬하루살이, 두눈강도래, 어류에서 4종인 각시붕어, 긴몰개, 돌마자, 참종개로 총 6종이 출현하였으며, 국외반출승인대상종은 쇠측범잠자리, 가는무늬하루살이, 두눈강도래로 수서곤충에서 3종이 조사되었다. 환경부 분포특이종으로 지정된 여러갈래하루살이의 대량서식처가 국내에서 처음으로 발견되어 국내전국 분포지도를 작성하였으며, 현재 우리나라 최북단 서식지가 제주도로 알려진 무태장어가 주진천 수계(S9)에서 처음으로 채집되어 무태장어의 서식처 및 분포양상을 고찰하였다.

• 생태와환경
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• 제44권3호
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• pp.272-279
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• 2011

본 연구는 OECD 조사 연구 사업의 일환으로 2007년 3,905톤이 생산된 시안화구리의 환경영향에 대해서 물리 화학적 특성, 국내 외 사용량, 환경노출, 환경거동 및 수생태 독성 자료를 이용해 초기위해성평가를 위한 자료를 수집하였다. 물리 화학적 특성에서는 크림색의 결정형 물질로 녹는점이 매우 높은 일반적인 무기화합물의 특성을 보였으나, 시안화칼슘 등과 같은 11개 시안화합물에 비해 매우 낮은 수용해도를 나타내었다(WHO, 2004). 환경 중 노출 개연성은 생산 및 제조 공정이 주요 원인으로 파악되었다. 구리의 전기도금 용도로 사용되는 본 물질은 밀폐된 환경에서 생산되어 외부로의 유출을 억제하고 있으나, 생산 공정 및 도금과정에서 발생되는 산업 폐수 등의 방류 통해 환경으로 유출될 가능성이 있다. 이러한 경로로 유출된 시안화구리의 환경거동성에 대한 연구 자료는 존재하지 않았으며, 무기물의 염에 해당되는 물질로 환경거동 예측 모델링도 불가능하였다. 그러나 하수처리장 배출수의 구리 측정결과(MOE, 2008d)가 낮은 점 등을 들어서 노출평가에 대한 부분은 우선 고려 대상에서 제외하였다. 그러나 낮은 농도로 노출된 시안화구리는 물, 토양, 퇴적물 및 생물체로 이동될 가능성이 존재하여 본 연구에서는 물 환경에 대한 시안화구리의 독성학적 영향을 영양단계에 근거한 3개 실험종 (조류, 물벼룩 및 어류)으로 평가하였다. 평가 결과 모든 실험종의 50% 영향 치사농도 (E(L)$C_{50}$), 최소영향관찰농도 (LOEC) 및 무영향관찰농도 (NOEC)가 1.0 mg $L^{-1}$ 이하로 나타났고, 이를 GHS 분류체계와 대조한 결과 Hazard category 1에 해당하는 고독성 물질로 평가되었다. 위와 같이 조사된 자료를 근거로 하여 시안화구리에 대한 초기 생태위해성 평가를 수행하였다. 대상물질은 사용량이 높으나 작업장내에서는 노출 개연성이 낮고, 무기물의 염인 점을 감안하여 환경거동성은 높지 않을 것으로 판단하였다. 이러한 점을 감안할 때, 본 물질은 생산량 및 사용량이 높은 국가는 노출로 야기되는 수생태 독성을 중점적으로 평가해야 할 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제50권7호
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• pp.503-511
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• 2017

수자원 계획 및 운영을 위한 수요량을 추정하는데 있어, 실제 이용 추세를 반영한 생활용수나 공업용수와 달리 농업용수는 용수공급시설의 규모를 결정하기 위한 방법론이 주로 적용되어 왔다. 이는 불가피하게 농업용수의 과다추정으로 이어질 수 있으며, 전체 수자원 계획의 관점에서 각 용도별 용수 수급계획의 불균형을 초래할 수 있다. 본 연구에서는 기존 방법론과 비교하여 순물소모량 개념의 접근방법의 차이에 대해 고찰하였으며, 이를 제주도 전역에 적용하여 농업용수 수요량 특성을 분석하였다. 수요량 산정에 핵심적인 인자인 증발산량의 정확한 추정을 위하여 SWAT 모형을 적용하고, 제주도 지역의 지형 및 기상, 유출, 물이용 특성을 반영한 유역 모델링을 수행하였으며, 기존 물수지 결과와 비교하여 모델링 자료의 신뢰성을 평가하였다. 과거기간(1992~2013년)에 대해 제주도 전체의 수요량은 연간 427 mm로 분석되었으며, 동부와 서부 해안지역을 중심으로 상대적으로 높은 수요량을 나타내었다. 유역면적 $30km^2$ 이상인 10개 하천유역에 대해서도 연평균 수요량 및 계절별 변화 특성을 분석하였다. 또한, 장래 2020년 지역별 작물재배면적을 적용하여 10년 빈도 가뭄에 대응한 수요량을 산정한 결과 기존 제시된 수요량 대비 54% 수준으로 나타났다. 이는 수요량 산정목적에 따른 접근방법의 차이로 인해서 나타난 결과로서, 수자원 관리 및 운영의 관점에서 보면 순물소모량만큼의 추가적인 수요가 예상되지만, 실제 공급의 관점에서는 기존 수요량만큼의 시설계획이 필요하다고 판단할 수 있다. 본 연구에서 적용된 방법론 및 결과의 실무 활용을 위해서는 공학적인 검증은 물론이고 정책적 제도적인 측면에서의 합리적인 논의가 필요할 것이다.

• 한국광물학회지
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• 제30권3호
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• pp.93-102
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• 2017

조립질 퇴적물의 근원지에 관한 정보를 제공할 뿐만 아니라 유용 광물자원으로서의 가치를 지니는 황해남동니질대와 제주남서니질대 표층퇴적물 내 중광물의 특성을 비교 연구하였다. 두 지역에서 각각 28개씩 시료를 선정하여 중광물을 분리한 후 실체현미경과 주사전자현미경 관찰, 에너지 분산형 분광분석과 전자현미분석을 실시하였다. 각섬석과 녹염석은 연구지역에서 주된 중광물로서 두 광물의 합계 함량이 70% 이상을 점유한다. 저어콘과 스핀은 황해남동니질대에서, 인회석과 금홍석은 제주남서니질대에서 상대적으로 많은 함량을 나타내며, 모나자이트는 황해남동니질대 일부 지역에서만 산출된다. 스핀과 모나자이트 함량은 황해남동니질대 북부에서 남부로 갈수록 감소하는 경향을 보여준다. 황해남동니질대는 낮은 석류석-저어콘 지수와 금홍석-저어콘 지수를 가지는데 반하여, 제주남서니질대는 높은 석류석-저어콘 지수와 금홍석-저어콘 지수를 가진다. 각섬석의 경우 황해남동니질대는 대부분 보통각섬석에 해당되지만, 제주남서니질대는 파가사이트, 처마카이트, 보통각섬석, 투각섬석 등 다양한 조성을 가진다. 황해남동니질대 지역의 석류석은 높은 Mg와 낮은 Ca 함량을, 제주남서니질대 지역 석류석은 낮은 Mg와 다양한 Ca 함량을 가진다. 이와 같이 두 지역의 중광물 특성이 서로 다른 것은 두 지역의 퇴적물 기원지가 다르다는 것을 지시한다. 황해남동니질대의 퇴적물 기원지는 인접한 한반도의 서해안으로 유입되는 하천 퇴적물인 것으로 여겨지나, 추후 황해로 유입되는 강퇴적물과 해양 퇴적물에 대한 추가적인 중광물 연구가 진행되어야만 정확한 기원지와 퇴적과정에 대한 해석을 할 수 있을 것으로 판단된다.