• Environmental Engineering Research
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• 제24권3호
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• pp.397-403
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• 2019

Microcystis sp. is one of the most common harmful cyanobacteria that release toxic substances. Counting algal cells is often used for effective control of harmful algal blooms. However, Microcystis sp. is commonly observed as a colony, so counting individual cells is challenging, as it requires significant time and labor. It is urgent to develop an accurate, simple, and rapid method for counting algal cells for regulatory purposes, estimating the status of blooms, and practicing proper management of water resources. The flow cytometer and microscope (FlowCAM), which is a dynamic imaging particle analyzer, can provide a promising alternative for rapid and simple cell counting. However, there is no accurate method for counting individual cells within a Microcystis colony. Furthermore, cell counting based on two-dimensional images may yield inaccurate results and underestimate the number of algal cells in a colony. In this study, a three-dimensional cell counting approach using a novel model algorithm was developed for counting individual cells in a Microcystis colony using a FlowCAM. The developed model algorithm showed satisfactory performance for Microcystis sp. cell counting in water samples collected from two rivers, and can be used for algal management in fresh water systems.

• 해양환경안전학회지
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• 제29권5호
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• pp.435-444
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• 2023

새만금 내에서는 종종 식물플랑크톤이 증식하기에 알맞은 환경조건이 생성되며 일시에 식물플랑크톤 대증식이 발생하면서 조류 관리기준을 초과하는 사례가 발생하고 있다. 이를 대비하기 위하여 과학적 예측기법을 토대로, 식물플랑크톤의 종별로 가장 효과적이고 효율적인 녹조발생 억제 방안을 제안하기 위하여 식물플랑크톤 대증식 가능성을 예측하고, 제어할 수 있는 모델을 개발하였다. 즉, 하천에서 유입하는 영양염(DIN, PO4-P)을 정책적으로 조절하고, 갑문운영을 통해 호 내 염분을 제어하는 것이다. 먼저 관측치로부터 인공신경망 알고리즘을 이용해 식물플랑크톤 대증식 가능성을 예측 결과, 모델의 Kappa 수는 0.7889 ~ 1.0000의 범위로, good ~ excellent 수준이었다. 다음으로 Garson 알고리즘을 이용하여 종별로 설명변수의 중요도를 평가하였고, 또한 DIN 및 염분 값의 변화에 따른 식물플랑크톤 대량 증식 확률을 예측하였다. 그 결과, 각 종별로 식물플랑크톤의 대증식을 억제할 수 있는 DIN과 염분 농도를 정량적으로 예측할 수 있었다. 따라서, 향후 새만금과 같은 거대한 인공 호수에서 식물플랑크톤의 대증식을 억제하기 위한 효율적이고 효과적인 대응방안을 마련할 수 있도록 녹조제어모델을 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국습지학회지
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• 제25권4호
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• pp.267-273
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• 2023

조류는 생태계를 구성하는 중요한 요소이다. 그러나 남조류의 과도한 성장은 하천환경에 다양한 악영향을 발생시키고 규조류는 상수원과 정수장 공정관리에 영향을 미친다. 지속적이고 효율적인 조류 관리를 위해 조류 모니터링이 중요하다. 본 연구에서는 You Only Look Once (YOLO)의 최신 알고리즘 YOLO v8을 사용하여 조류경보제 기준에 사용하는 유해 남조류 4종과 정수처리공정에 영향이 큰 규조류 1종 총 5종의 이미지를 분류하는 이미지 분류모형을 구축하였다. 기본모형의 mAP는 64.4로 분석되었다. 모형의 학습에 사용된 원본 이미지에 회전, 확대, 축소를 수행하여 이미지의 다양성을 높인 5가지 모형을 구축하여 입력자료로 사용된 이미지의 구성에 따른 모형 성능의 변화를 비교하였다. 분석결과 회전, 확대, 축소를 모두 적용한 모형이 mAP 86.5로 가장 좋은 성능을 보이는 것을 확인하였다. 이미지의 회전만을 적용한 모형, 회전과 확대를 적용한 모형, 이미지의 회전과 축소만를 적용한 모형의 mAP는 각각 85.3, 82.3, 83.8로 분석되었다.

• 융합신호처리학회논문지
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• 제24권1호
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• pp.27-33
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• 2023

최근 기후변화로 인한 물 부족 현상이 발생하고 있으며 저수지의 녹조 발생으로 농업용수의 물 관리 필요성이 증대되고 있다. 기존의 녹조 방지는 많은 사람이 현장에 투입돼 운영되고 보트를 통한 이동으로 최적의 살포 시간을 놓치고 있다. 이를 해결하기 위해서는 오염을 사전에 차단하고 시간 내 이동하여 균일하게 복합 미생물을 균일하게 살포하는 기술이 필요하다. 방제 드론은 농약 살포에 활용되고 있으며 방제 드론을 활용하여 녹조 방지 업무에 적용이 가능하다. 본 논문에서는 해양 방제 시스템 구축을 위한 기초연구로 저수지 환경 적용을 위해 수행되었으며, 그 결과물의 하나로 방제 드론에 사용 가능한 핵심기술인 드론 전용 노즐의 특성을 산출하였다. 특히, 기존의 농업용 방제 드론이 제시된 살포 간격 내에서 농도가 불균일하다는 단점이 있음을 파악하였고, 이를 보완하기 위해 노즐 위치선정 및 노즐 살포 균일도를 산출하였다. 실험 결과를 바탕으로 저수지 환경의 녹조 감시 시스템 구축의 핵심 알고리즘을 개발하고 추후 해양 방제 업무 적용에 활용이 가능하도록 정밀 방제 기술을 제안한다.

• 한국해양바이오학회지
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• 제16권1호
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• pp.63-86
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• 2024

This study analyzed the distribution, diversity, and density variation of algal clusters in a freshwater reservoir from an oceanic island and a traditional inland water system to gain insights on future marine freshwater resource management. In the Paldang water system (Han River), despite the upstream Paldang Dam and the downstream Jamsil underwater reservoir being in the same meteorological zone, their algae density patterns varied inversely. The distinct algal cluster structure (diversity/dominance) of Paldang was altered in the downstream reservoir, suggesting that physical devices aid algae management in traditional water systems. In contrast, 24 out of 35 genera (63.2%) identified in the Jeolgol Reservoir (Baeknyeong Island) were unique, lacking regulatory mechanisms, and existing in a complex ecotone. The desmid Chlorophyceae Cosmarium, adapted to higher photosynthetic stress and low temperatures, dominated in January (38.04%) and August (86.45%) during the periods of extreme photosynthetic stress. Jeolgol's annual algal cluster structure (H' 2.097; D 0.259; S' 35) demonstrated higher stability than Paldang (H' 1.125; D 0.448; S' 13) and the Jamsil underwater reservoir (H' 1.078; D 0.469; S' 12), maintaining an H' above 1.5 even during midwinters. No evidence of TN/TP inflow from surrounding soils was observed, even during torrential rainfalls, with phosphorus being the limiting factor for algal growth. TOC, BOD, chlorophyll-a, and turbidity peaked during Cosmarium bloom. Future climate change is expected to cause fluctuations in algal clusters and related water quality factors. The complex transitional nature of the Jeolgol Reservoir, its algal diversity, and the interspecies interactions contribute to the high stability of its algal community.

• 대한환경공학회지
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• 제39권5호
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• pp.246-254
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• 2017

호소, 하천 등에 다량의 영양염류의 유입과 수문학적, 지리학적, 생물학적 요소 등으로 인해 남조류가 대량 발생하게 되며 대표적 독성물질인 마이크로시스틴-LR(MC-LR)이 증가한다. MC-LR이 포함된 지표수를 적절하게 처리하기 위하여 정수처리공정에서는 고도산화공정을 적용하고 있다. 다양한 고도산화공정 중 특히 UV, $UV/H_2O_2$, $UV/O_3$, $UV/TiO_2$ 등에 대한 연구는 꾸준히 되어왔다. 기존의 UV램프의 짧은 교체주기, 수은 폐기물 발생, 큰 열 손실 등의 단점을 보완한 UV-LED를 MC-LR제거에 적용하였다. MC-LR 초기농도 $100{\mu}g/L$을 280 nm의 파장인 LED-L ($0.024mW/cm^2$)와 LED-H ($2.18mW/cm^2$)를 이용하여 산화시켰을 때 각각 최대 약 30%, 95.9%의 MC-LR 제거율을 나타냈다. LED-H를 조사 시 자연유기물 변화는 휴믹물질, UVD, SUVA가 감소하는 경향을 보였고 방향족 유기물이 지방족 유기물로 분해되어 저분자 물질이 되었다. $LED-H/H_2O_2$($H_2O_2$: 1, 2, 5, 10 mg/L)산화반응에 의한 MC-LR제거율은 LED-H 단독에 의한 MC-LR 제거율과 유사하였다. 남조류가 발생한 낙동강 원수를 대상으로 LED-L산화를 적용하여 수질분석을 통하여 특성변화를 확인하였다. DOC 및 TOC의 변화는 거의 없었으나 SUVA와 $UV_{254}$의 감소로 인하여 유기물의 분해되었으며 조류유래물질인 용존 및 총 MC-LR, geosmin, 2-MIB농도가 시간이 지남에 따라 서서히 감소하였다.

• 환경영향평가
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• 제25권4호
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• pp.248-260
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• 2016

본 연구의 목적은 대청호의 녹조발생 저감을 위해 우심지역인 추소수역과 그 상류 소옥천 유역에서의 다양한 수질개선 대책들을 제시하고, 대책 시행 시 저수지 수질개선 효과를 평가하는데 있다. 대책별 모의 시나리오는 유역대책과 저수지 내 대책으로 분류하였으며, 시나리오별 녹조저감 효과는 2차원 수리 수질모델을 적용하여 모의하였다. 유역 대책은 점오염원, 비점오염원, 복합 대책으로 시나리오를 구성하였으며, 호내 대책은 추소수역의 퇴적물 처리 및 소옥천 유입수의 인 처리시설 설치를 고려하였다. 연구결과, 개별 대책의 녹조저감 효과는 수문상황에 따라 다르게 나타났으며, 강우가 많은 해에는 비점오염 부하량이 증가하여 비점오염원 저감대책(NPS1~NPS4)이 효과적인 것으로 평가되었으며, 강우가 적은 해에는 평상시 호 내로 유입하는 인의 유입부하를 저감하는 화학적 인처리시설 설치(LS2)가 효과적인 것으로 평가되었다. 특히, 유역에서 발생되는 축산 분뇨를 전량 수거 처리하고 농경지에는 표준시비량만을 적용한 방안(NPS1)이 수질개선에 가장 효과적인 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권8호
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• pp.577-588
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• 2022

본 연구는 금강의 조류 성장에 대한 제한영양소와 수질에 영향을 미치는 주요 지류를 파악하고 수질개선을 위한 관리대안을 제시하는 것을 목적으로 수행되었다. 금강 대청댐 하류에 위치한 5개 수질측정소에서 약 8년간(2013~202) 환경부의 물환경정보시스템(water.nier.go.kr)과 수자원관리정보시스템(wamis.go.kr)에서 14개의 수질항목의 자료를 분석하였다. 금강의 4대강 수중보 수문 개방 시 TP(총인)와 수온은 하천 하류의 조류 성장에 큰 영향을 미친다. 본 연구에는 수질변수간의 상관관계를 규명하고 금강의 조류 성장에 영향을 미치는 중요인자를 파악하고자 하였다. 최하류에 위치한 백제보수질측정소(WQ5)에서 TP와 수온은 Chl-a와 특별히 높은 상관관계를 보여 조류 번식에 상당한 영향을 미친다는 것을 나타냈다. 또한 본 연구에서는 금강의 양대 지류인 갑천과 미호천의 주요 오염원을 식별하고 우선순위를 지정하기 위해 주성분분석(Principal Component Analysis, PCA) 방법을 이 적용하였다. PCA방법을 이용하여 갑천과 미호천의 수질에 영얗ㅇ을 미치는 3대 오염원을 각각 파악하였다. 갑천의 경우 폐수처리장과 도시·농업 오염이 주요 오염원으로, 미호천의 경우 농지, 도시, 산림이 주요 오염원으로 각각 확인되었다. PCA는 금강 및 그 지류의 수질오염원을 구체적으로 파악하는 데 효과적인 것으로 판단되어 수질관리 전략의 효율을 제고하는 데에, 활용될 수 있을 것으로 보인다.

• ALGAE
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• 제35권3호
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• pp.263-275
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• 2020

Water temperature is known to affect the growth and feeding of marine dinoflagellates. Each dinoflagellate species grows well at a certain optimal temperature but dies at very cold and hot temperatures. Thus, changes in water temperatures driven by global warming and extremely high or low temperatures can affect the distribution of dinoflagellates. Yihiella yeosuensis is a mixotrophic dinoflagellate that can feed on only the cryptophyte Teleaulax amphioxeia and the chlorophyte Pyramimonas sp. Furthermore, it grows fast mixotrophically but rarely grows photosynthetically. We explored the direct and indirect effects of water temperature on the growth and ingestion rates of Y. yeosuensis feeding on T. amphioxeia and the growth rates of T. amphioxeia and Pyramimonas sp. under 7 different water temperatures (5-35℃). Both the autotrophic and mixotrophic growth rates of Y. yeosuensis on T. amphioxeia were significantly affected by temperature. Under the mixotrophic and autotrophic conditions, Y. yeosuensis survived at 10-25℃, but died at 5℃ and ≥30℃. The maximum mixotrophic growth rate of Y. yeosuensis on T. amphioxeia (1.16 d^-1) was achieved at 25℃, whereas the maximum autotrophic growth rate (0.16 d^-1) was achieved at 15℃. The maximum ingestion rate of Y. yeosuensis on T. amphioxeia (0.24 ng C predator^-1 d^-1) was achieved at 25℃. The cells of T. amphioxeia survived at 10-25℃, but died at 5 and ≥30℃. The cells of Pyramimonas sp. survived at 5-25℃, but died at 30℃. The maximum growth rate of T. amphioxeia (0.72 d^-1) and Pyramimonas sp. (0.75 d^-1) was achieved at 25℃. The abundance of Y. yeosuensis is expected to be high at 25℃, at which its two prey species have their highest growth rates, whereas Y. yeosuensis is expected to be rare or absent at 5℃ or ≥30℃ at which its two prey species do not survive or grow. Therefore, temperature can directly or indirectly affect the population dynamics and distribution of Y. yeosuensis.

• 한국습지학회지
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• 제19권4호
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• pp.383-392
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• 2017

당항만의 입구(진해만)부터 거산소류지 바로 아래까지 22개의 조사정점을 설정하고 여름은 2013년 8월, 9월(초순), 가을은 10월, 11월에 해역의 부영양화를 조사하였다. 여름철 총클로로필(TChl) 농도는 가을보다 평균 약 3.7배 높은 농도를 나타내었다. 여름에 당항만 중심에 가까운 조사정점들이 담수가 유입하는 바깥쪽 조사정점들보다 평균 약 1.8배 높은 농도를 나타내었다. 여름과 가을에 당항만은 모든 조사정점에서 부영양화 지수(eutrophication index, EI)가 1을 초과함으로서 다른 조건이 갖추어지면 항시 적조가 발생할 수 있는 해역으로 나타났다. 여름과 가을에 EI는 만 입구에서 만의 내측(마동호 예정해역)으로 이동함에 따라 증가하는 추세를 나타내었고, 특히 가을은 조사정점 13~22(마동호 예정해역)에서 급격히 증가하여 나머지 조사정점보다 평균 약 2.3배 높은 값을 나타내었다. 여름과 가을에 당항만은 질소가 조류 성장의 제한영양염류(limiting nutrient)로 나타났으나 여름 장마기간 중에는 인이 제한영양염류로 나타났다. 여름과 가을에 당항만의 EI와 COD, DIN, DIP 사이의 다중선형회귀분석은 유의한 양의 상관관계를 나타내었고, DIP가 EI에 가장 큰 영향을 미치는 변수임을 나타내 주었다. 한편 여름에 TChl과 COD, DIN, DIP, DSi 사이의 다중선형회귀분석은 유의한 양의 상관관계를 나타내었고, DIP가 TChl 농도에 가장 큰 영향을 미치는 변수임을 나타내 주었다. 가을은 TChl과 모든 지표들 사이에 유의한 상관관계가 나타나지 않았다.