• 대한환경공학회지
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• 제35권11호
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• pp.795-802
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• 2013

도시 개발 과정에서 토지이용 특성의 변화에 기인하는 불투수면적률의 증가에 따라 일반적으로 강우시 침투율은 감소하고, 유출률은 증가한다. 이에 따라 개발 이후 도시 내 하천 및 하류부 공공수역의 수질에 미치는 영향도 커질 것으로 우려되고 있다. 이러한 문제에 대응하기 위하여 도시 개발과정에서 가능한 개발 이전의 강우 유출특성을 유지하도록 하는 저영향 개발(LID, Low Impact Development) 기법의 도입이 활발하게 검토되고 있다. 그러나 다양한 LID 기법이 검토되고 있음에도 불구하고, 각 기법별로 강우 및 오염부하 유출특성에 미치는 영향에 대한 이해는 충분치 못한 실정이다. 본 연구에서는 현재 개발이 진행되고 있는 도시 지역을 대상으로 분포형 강우유출모형을 구축하여 모의를 수행하였다. 범용성이 높은 SWMM 모형을 이용하여 LID 기법 적용에 따른 도시 개발 전 후의 유출 및 오염부하 저감효과를 분석하였다. 모의결과, 침투/저류율은 개발 전보다 개발 후 78%에서 15%로 감소하였고, LID 기법(투수성포장, 빗물저류조, 빗물정원)을 적용한 결과 24%까지 다시 증가하였다. 또한 유출률은 개발 전 20%에서 개발 후 74%로 3배 이상 증가하였고, LID 기법 적용시 66%까지 저감시킬 수 있는 것으로 나타나 그 효용성을 확인하였다. 본 모의에 적용한 LID 기법 중 강우유출 저감 측면에서는 투수성포장의 효율이 가장 높았고, 오염부하(TSS, BOD, COD, T-N, T-P) 저감 측면에서는 빗물저류조의 효율이 높은 것으로 나타났다. 따라서 도시 개발에 따른 유출 및 오염부하 저감을 고려하여 LID 기법을 선정할 경우, 강우유출 저감의 측면을 고려한다면 침투의 기능이 주요한 기법을 선정하고, 오염부하 저감의 측면을 고려한다면 저류의 기능이 주요한 기법을 선정하는 것이 효율적인 것으로 판단된다.

• 한국환경과학회지
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• 제21권8호
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• pp.977-988
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• 2012

This study analyzed the characteristics of stormwater runoff by rainfall type in orchard areas and transportation areas for 2 years(2010~2011year). Effluents were monitored to calculate the Event Mean Concentrations(EMCs) and runoff loads of each pollutant. The pollutant EMCs by volume of stormwater runoff showed the ranges of BOD 0.9~13.6 mg/L, COD 13.7~45.2 mg/L, SS 4.1~236.4 mg/L, T-N 2.123~21.111 mg/L, T-P 0.495~2.214 mg/L in the orchard areas, and was calculated as BOD 2.3~22.5mg/L, COD 4.4~91.1 mg/L, SS 4.3~138.3 mg/L, T-N 0.700~13.500 mg/L, T-P 0.082~1.345 mg/L in the transportation areas. The correlation coefficient of determination in the orchard area was investigated in the order of Total Rainfall(0.81) > Total Runoff(0.76) > Rainfall Intensity(0.56) > Rainfall Duration(0.46) > Antecedent Dry Days(0.27). Also, in the case of the transportation area was investigated in the order of Total Rainfall (0.55) > Total Runoff(0.54) > Rainfall Intensity(0.53) > Rainfall Duration(0.24) > Antecedent Dry Days(0.14). As the result, comparing valuables relating to runoff of non-pollutant source between orchard areas and transportation areas, orchard area($R^2{\geq}0.5$ : X3, X4, X5) was investigated to have more influence of diverse independent valuables compared to the transportation area($R^2{\geq}0.5$ : X3, X4) and the difference of discharge influence factor by the land characteristics appeared apparently.

• 대한환경공학회지
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• 제29권3호
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• pp.332-340
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• 2007

강우 시 도로에서의 초기 유출수는 유 무기물질, 중금속 등 유해물질이 부유물질에 흡착되어 거동되는 비율이 높으므로 부유물질을 분리할 수 있다면 상당량의 오염부하를 줄일 수가 있다. 따라서 본 연구의 목적은 도로에서 배출되는 강우유출수의 오염저감을 위해 필터를 이용한 수리동력학적 필터분리기를 이용하여 부유물질을 처리함에 있어 필터별 오염물질 처리효율을 비교 평가함으로서 도로유출수에 대한 오염물질 저감을 위한 현장에의 적용 방안을 모색함에 있다. 사용한 여재는 perlite, 활성탄, zeolite와 이들의 혼합소재를 대상으로 하여 칼럼여과실험과 필터분리기를 이용한 현장에서의 처리실험을 통해 여재별 처리정도 및 처리효율을 비교하였다. 칼럼여과실험결과 대체로 SS는 활성탄과 perlite, 활성탄, 소성한 zeolite의 혼합여재가, 중금속은 zeolite 및 활성탄이 양호하였다. HDFS에 의한 처리실험은 perlite와 활성탄 혼합여재가 도로유출수 처리에 적합할 것으로 조사되었다. 혼합여재에 대한 평균 처리 효율은 여재층이 9 cm, 수면적부하율 192-1,469 $m^3/m^2/d$의 범위에서 SS 48.1%, BOD 31.9%, COD 32.6%, TN 15.5%, TP 17.3%의 제거율을 나타내었고, 중금속인 경우 Fe 26.0%, Cu 19.4%, Cr 25.7, Zn 16.6%, Pb 15.0%로 조사되었다. 도로유출수의 처리를 위한 HDFS의 여재로서는 perlite와 활성탄을 혼합한 여재가 적절하였다.

• 환경영향평가
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• 제27권2호
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• pp.170-180
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• 2018

홍천군 내면 자운지구에는 고랭지 채소밭이 밀집되어 있어서 우기에는 고랭지 밭에서 많은 토사가 유출되어 소양호 탁도와 수질에 큰 영향을 미치고, 하류의 수도권 상수원에도 악영향을 준다. 본 연구에서는 고랭지밭 지역의 토사유출 저감을 위한 여러 BMPs 시설 중에서 많은 비용이 들지만 우리나라에서의 실측 조사 결과가 거의 없는 다단계 침사지에 대해서 강우시 유출입수를 실측 조사하고, 비점원오염물질 삭감효율을 분석하였다. 자운지구의 자운리 786번지와 자운리 628-2번지 다단계 침사지에서 2차례 강우에 대해서 침사지의 SS 제거효율을 분석한 결과 35%~62%의 삭감율을 보였다. BOD는 약 24%~55%, TP는 약 35%~58%의 오염부하가 삭감되었다. 이 지역 다단계 침사지의 실측 효율은 이론적인 효율보다 다소 낮지만 현재 설치되어 있는 침사지를 적절하게 관리하면 효율을 더 높일 수 있고, 추가적인 침사지 설치를 통해 흙탕물 관리를 효과적으로 할 수 있다.

• 대한환경공학회지
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• 제35권11호
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• pp.785-794
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• 2013

합류식하수관로시스템에서 강우시 유출수는 관로내 퇴적물과 지표면 세척효과에 의한 오염물질 등이 혼합되어 하천으로 방류되기 때문에 방류수계에 화학적 물리적 생물학적으로 상당한 문제를 야기하지만, 현재 국내에서는 CSOs의 오염 부하량 관리기준을 결정함에 있어 통일된 방법론이 부재한 실정이다. 이에 따라 본 연구에서는 우수유출모형을 활용한 장기간 CSOs 유량-수질모의를 통하여 CSOs의 오염부하량 저감목표를 설정하고자 한다. 이를 위하여 국내외 CSOs 관리기준을 검토하였으며, 그 결과 연간 총 월류부하량 및 발생빈도를 총 2단계로 구분하여 관리하고, 1단계에서는 60%, 2단계에서는 85%를 저감하는 것을 목표로 설정하였다. 도출된 저감 목표 기준을 대상지역에 적용하여 장기간(최소 10년간)의 CSOs 발생 모의를 바탕으로 분석한 결과, BOD 월류부하량 저감목표는 1단계 1,123 kg, 2단계 2,374 kg이었으며, 목표 달성을 위해 대응해야 할월류량은 1단계 $11,685m^3$, 2단계 $24,701m^3$으로 나타났다.

• 환경영향평가
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• 제23권5호
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• pp.393-405
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• 2014

본 연구에서는 권역별 수질평가 및 비점오염원 배출부하량을 산정하여, 낙동강수계 권역별 비점 오염원 오염도를 평가하고, 우선관리유역 선정 및 향후 관리방향을 설정하였다. 낙동강수계 수질평가를 실시한 결과, 중권역별 BOD농도를 기준으로 Ia등급에 해당하는 중권역이 10개, Ib등급이 6개, II등급이 5개, III등급이 1개 중권역에 해당하는 것으로 나타났다. COD 농도의 경우, Ib등급에 해당하는 중권역이 9개, II등급이 6개, III등급이 6개, IV등급이 1개 중권역에 해당하는 것으로 나타났다. 중권역 내 수질 오염도를 검토하여 오염도 순위를 적용하는 기준으로 하였으며, 그 결과 금호강 중권역, 낙동고령 중권역, 낙동밀양 중권역 및 남강 중권역이 선정되었다. 중권역별 토지계 원단위를 활용하여 비점오염원 배출부하량을 산정한 결과, 가장 많은 비점오염부하량을 배출하는 중권역은 금호강 중권역 으로 17,706.7 kg/day로 나타났다. 낙동강수계 비점오염원에 대한 수질평가 및 부하량 산정 결과 금호강중권역에 대한 비점오염원 관리가 가장 우선시 되어야 함을 알 수 있었다.

• 대한환경공학회지
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• 제34권6호
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• pp.373-381
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• 2012

대전의 도시 소하천, 관평천 유역을 연구대상지역으로 강우시의 유량 및 수질 변화 특성을 파악하기 위한 원격 제어실시간 자동 모니터링 시스템을 설치하여 자료를 확보하고 이 시스템을 이용하여 확보된 강우시 연속측정 자료를 이용하여 도시유역 모델인 SWMM (Storm Water Management Model) 모델을 보정하는 데 사용하였다. 실시간 자동 모니터링 시스템은 강우량계, 초음파 수위계, 자동수질측정장치, 자동취수장치, 데이터 로거 및 전송장치 등으로 구성되었으며 원격으로 제어할 수 있도록 설계되었다. 강우시 유량은 초음파 수위계와 사각 위어 공식을 이용하여 지속적으로 측정이 가능하도록 설계되었으며 정확도는 수동측정을 병행하여 확인하였다. 수질센서로 측정할 수 없는 항목은 자동채수기에 의해 일정시간 간격으로 시료를 채취한 후 실험실로 이송하여 분석하여 자료를 확보하였다. 위에서 실측된 유량 및 수질 연속 자료를 이용하여 연구대상지역에 대해 SWMM 모델을 구축하였다. SWMM 모델의 보정과 검증 결과 유량은 매우 양호한 수준으로 예측하고 있으나 BOD, COD, SS, TN, TP 등의 예측은 강우 특성에 따라 차이가 있는 것으로 나타났다. 본 연구는 SWMM에 나타난 바와 같은 특정 유역에 고정된 형태의 오염물질 축적과 유출현상을 나타내는 경험식이 강우 및 선행강우 특성을 반영하여 수정될 필요가 있다는 것을 시사하고 있다. 본 연구에서 제안된 빗물 자동모니터링 및 모델링 시스템은 향후 강우에 따른 하천 수질관리를 위한 유역단위의 빗물 수량 수질 관리시설의 설계 및 운영에 중요한 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 대한환경공학회지
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• 제34권3호
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• pp.177-188
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• 2012

본 연구는 국내 TMDL 지원을 위하여 삭감시나리오 작성 및 수질모의가 가능한 GIS 기반의 삭감시나리오 작성 지원시스템을 개발하는 것을 주요 목적으로 하였다. 연구대상지역은 금강수계 내 삽교천 상류 31 km 구간이며, QUAL2E 모델이 시스템에 적용되었다. 점 및 비점오염원 속성과 다양한 지도 자료를 수집하여 공간 DB를 구축하였다. 각 단위유역의 BOD, T-N, T-P 배출부하량을 산정하였고, 삭감시나리오 작성 과정에서 이들의 수치만을 간단히 조작하여 수질모의가 가능하도록 시스템을 개발하였다. 세 가지 삭감시나리오가 적용되었으며, GIS 기반의 결과 비교를 통해 효율적인 삭감시나리오 선정이 가능하였다. 따라서 본 연구에서 개발된 시스템은 향후 최적 의사결정지원에 기여할 것으로 기대된다. 아울러 새로운 삭감시나리오 작성 방법 및 알고리즘 개발에도 활용될 것으로 판단된다. 향후 시스템 고도화를 위해서는 오염원별 관리에 따른 삭감시나리오의 작성 지원, 대상지역의 확대 적용 등의 후속 연구가 필요할 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.444-444
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• 2021

하천의 오염부하량 관리 계획은 지속적인 모니터링을 통한 자료 구축과 모형을 이용한 예측결과를 기반으로 수립된다. 하천의 모니터링과 예측 분석은 많은 예산과 인력 등이 필요하나, 정부의 담당 공무원 수는 극히 부족한 상황이 일반적이다. 이에 정부는 전문가에게 관련 용역을 의뢰하지만, 한국과 같이 지형이 복잡한 지역에서의 오염부하량 배출 특성은 각각 다르게 나타나기 때문에 많은 예산 소모가 발생 된다. 이를 개선하고자, 본 연구는 합성곱 신경망 (convolution neural network)과 수문학적 이미지 (hydrological image)를 이용하여 강우 발생시 BOD 및 총인의 부하량 예측 모형을 개발하였다. 합성곱 신경망의 입력자료는 일반적으로 RGB (red, green, bule) 사진을 이용하는데, 이를 그래도 오염부하량 예측에 활용하는 것은 경험적 모형의 전제(독립변수와 종속변수의 관계)를 무너뜨리는 결과를 초래할 수 있다. 이에, 본 연구에서는 오염부하량이 수문학적 조건과 토지이용 등의 변수에 의해 결정된다는 인과관계를 만족시키고자 수문학적 속성이 내재된 수문학적 이미지를 합성곱 신경망의 훈련자료로 사용하였다. 수문학적 이미지는 임의의 유역에 대해 2차원 공간에서 무차원의 수문학적 속성을 갖는 grid의 집합으로 정의되는데, 여기서 각 grid의 수문학적 속성은 SCS 토양보존국(soil conservation service, SCS)에서 발표한 수문학적 토양피복형수 (curve number, CN)를 이용하여 산출한다. 합성곱 신경망의 구조는 2개의 Convolution Layer와 1개의 Pulling Layer가 5회 반복하는 구조로 설정하고, 1개의 Flatten Layer, 3개의 Dense Layer, 1개의 Batch Normalization Layer를 배열하고, 마지막으로 1개의 Dense Layer가 연결되는 구조로 설계하였다. 이와 함께, 각 층의 활성화 함수는 정규화 선형함수 (ReLu)로, 마지막 Dense Layer의 활성화 함수는 연속변수가 도출될 수 있도록 회귀모형에서 자주 사용되는 Linear 함수로 설정하였다. 연구의 대상지역은 경기도 가평군 조종천 유역으로 선정하였고, 연구기간은 2010년 1월 1일부터 2019년 12월 31일까지로, 2010년부터 2016년까지의 자료는 모형의 학습에, 2017년부터 2019년까지의 자료는 모형의 성능평가에 활용하였다. 모형의 예측 성능은 모형효율계수 (NSE), 평균제곱근오차(RMSE) 및 평균절대백분율오차(MAPE)를 이용하여 평가하였다. 그 결과, BOD 부하량에 대한 NSE는 0.9, RMSE는 1031.1 kg/day, MAPE는 11.5%로 나타났으며, 총인 부하량에 대한 NSE는 0.9, RMSE는 53.6 kg/day, MAPE는 17.9%로 나타나 본 연구의 모형은 우수(good)한 것으로 판단하였다. 이에, 본 연구의 모형은 일반 ANN 모형을 이용한 선행연구와는 달리 2차원 공간정보를 반영하여 오염부하량 모의가 가능했으며, 제한적인 입력자료를 이용하여 간편한 모델링이 가능하다는 장점을 나타냈다. 이를 통해 정부의 물관리 정책을 위한 의사결정 및 부족한 물관리 분야의 행정력에 도움이 될 것으로 생각된다.

• 한국물환경학회지
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• 제25권2호
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• pp.311-321
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• 2009

Long-Term Hydrologic Impact Assessment (L-THIA) was modified to improve runoff and pollutant load prediction for Korean watersheds with changes in land use classification and event mean concentration produced from observed data in Korea. The L-THIA model was linked with SCE-UA, which is one of the global optimization techniques, to automatically calibrate direct runoff. Modified L-THIA model was applied to Gumho River Basins to analyze spatial distribution of nonpoint source pollution. The results of model calibration during 1991~2000 and validation during 1981~1990 for direct runoff represented high model efficiency of 0.76 for calibration and 0.86 for validation. As a results of spatial analysis of nonpoint source pollution, the BOD was mainly loaded from urban area but SS, TN, and TP from agricultural area which is mainly located along the stream. Modified L-THIA model improve its accuracy with minimum imput data and application efforts. From this study, we can find out the L-THIA model is very useful tool to predict direct runoff and pollutant loads from the watershed and spatial analysis of nonpoint source pollution.