• 한국물환경학회지
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• 제29권6호
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• pp.832-841
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• 2013

In recent years, eutrophication in the Paldang Lake has become one of the major environmental problems in Korea as it may threaten drinking water safety and human health. Thus it is important to understand the phenomena and predict the time and magnitude of algal blooms for applying adequate algal reduction measures. This study performed seasonal water quality assessment and chlorophyll-a prediction using Bayseian simple/multiple linear regression analysis. Bayseian regression analysis could be a useful tool to overcome limitations of conventional regression analysis. Also it can consider uncertainty in prediction by using posterior distribution. Generally, chlorophyll-a of a P2(Paldang Dam 2) site showed high concentration in spring and it was similar to that of P4(Paldang Dam 4) site. For the development of Bayseian model, we performed seasonal correlation. As a result, chlorophyll-a of a P2 site had a high correlation with P5(Paldang Dam 5) site in spring (r = 0.786, p<0.05) and with P4 in winter (r = 0.843, p<0.05). Based on the DIC (Deviance Information Criterion) value, critical explanatory variables of the best fitting Bayesian linear regression model were selected as a $PO_4-P$ (P2), Chlorophyll-a (P5) in spring, $NH_3-N$ (P2), Chlorophyll-a (P4), $NH_3-N$ (P4) in summer, DTP (P2), outflow (P2), TP (P3), TP (P4) fall, COD (P2), Chl-a (P4) and COD (P4) in winter. The results of chlorophyll-a prediction showed relatively high $R^2$ and low RMSE values in summer and winter.

• 한국방재안전학회논문집
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• 제16권4호
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• pp.157-164
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• 2023

하굿둑은 내륙의 염분 침투를 방지하고 공급 용수를 확보하기 위해 설치되어 홍수기를 제외하고 닫힌 상태로 운용되고 있다. 그러나, 수문은 부영양화와 같은 수질 문제를 발생시켜 수질 개선과 용수 공급의 목적을 이루기 위해 수문 운영에 따른 염분 침투영향 파악이 필수적이다. 지하수는 지표하 조건과 느린 흐름 특성으로 인해 수치 모형을 통한 분석이 주로 수행된다. 본 연구에 이용된 OpenGeosys는 열-수리-역학-화학 현상을 모의할 수 있는 오픈소스 모형이다. 모의는 하굿둑이 없는 자연흐름 조건, 3~9월의 농번기를 고려하여 수문이 운영된 조건을 반영하여 수행되었다. 모형은 해석해와 검증하여 3.7%의 오차를 획득함으로써 염분 침투 가능성을 평가하였고, 모의 결과, 농번기를 고려한 수문 운영 조건의 염분침투 길이는 자연흐름 조건보다 46% 감소하여 약 74.36 m로 파악되었다. 본 모의의 결과는 지하수 관련 정책 수립 및 지하수 이용자의 지하수 이용 결정에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

• 생태와환경
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• 제42권3호
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• pp.382-393
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• 2009

본 연구의 목적은 탑정저수지의 부영양화 특성을 알고, 주요변수간의 상호관계를 결정하는 것이다. 연구를 위하여 1995년부터 2007년까지의 환경부의 수질 측정 자료를 이용하여 다양한 변수를 분석하였다. 이러한 수질 변수는 연별, 계절별로 변이양상을 보였다. 탑정저수지의 TN과 TP의 연평균 값은 각각 1.78 mg $L^{-1}$, 0.03 mg $L^{-1}$로, TN:TP의 비율은 76으로 나타나 탑정저수지 내의 질소는 연중 부영양화를 초과한 상태이며 인은 호소의 1차 생산력에 대한 제한 요인으로 작용할 잠재성을 갖는 것을 알 수 있다. TP는 8월에 강수에 의한 희석 현상을 보이며, SS의 월별 변화는 CHL과 같은 양상을 보였다. BOD와 COD의 연평균 값은 각각 1.61 mg $L^{-1}$, 4.23 mg $L^{-1}$로 나타났으며 연별 변화 양상은 강수량과 관련되었음을 알 수 있었다. 또한 탑정저수지 내의 두 사이트는 공간적인 변이의 특성을 거의 보이지 않은 것으로 나타났다. 탑정저수지 내의 TSI(CHL), TSI(TP)및 TSI(SD)는 중영양-부영양 상태를 보였다. 한편, TSI(TN)은 계절에 관계없이 전체 호소 내에서 TN 농도가 풍부한 부영양-과영양 상태를 보였다. CHL와 다른 수질 변수(TP, TN, 그리고 SD)사이의 관계를 로그-전환 회귀분석을 통해 분석하였다. TP에 대한 CHL의 계절별 회귀분석에 따르면 CHL의 변이는 TP의 변이에 의해 37% ($R^2$=0.37, p<0.001, r=0.616)를 설명하는 것으로 나타났으나 TN은 낮은 상관관계 ($R^2$=0.03, p>0.05)를 보였다. 또한 SD에 대한 CHL의 회기 분석에서는 CHL이 SD의 변이에 의해 33% ($R^2$=0.33, p<0.003, r=0.580)를 설명하는 것으로 나타나 탑정저수지의 SD는 CHL에 의하여 조절됨을 알 수 있었다. 결과적으로 TP는 탑정저수지의 부영양화 현상을 예측하는 핵심 인자로 사료되므로 부영양상태를 조절하기 위해 수계로부터 인의 유입의 철저한 관리가 매우 중요하다고 판단되었다.

• 대한환경공학회지
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• 제30권2호
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• pp.181-189
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• 2008

인은 자연계에서 부영양화 현상을 일으키는 주요한 인자로서 하수중의 인은 주로 인축적 미생물의 과잉섭취에 의해 제거된다. 이 연구의 목적은 인을 처리하는 하수처리공정을 제어하는 것이다. 이를 위해서 본 연구에서는 두가지의 제어방법을 응용하였으며 이 방법은 최적제어(Optimal control)와 적응제어(Adaptive control)이다. 우선 최적제어는 유입수중의 인농도를 측정한 이후에 간략화된 ASM No. 2 모델을 이용하여 유출수중의 인농도가 1.0 mg/L가 되는 포기시간을 산정하고 이 산정된 포기시간에 따라 반응조를 제어함으로써 이루어진다. 그런데 실제 반응조를 최적제어로 한 경우에도 실제 유출수중의 인농도는 1.0 mg/L가 되지 않는 경우가 발생한다. 이 때에는 적응제어로서 목표로 한 1.0 mg/L를 벗어난 만큼 목표농도를 변화시켜 주며 제어를 실시하였다. 약 한달간의 제어결과 유출수중의 인농도는 0.2$\sim$3.2 mg/L이었으며 평균은 1.0 mg/L로서 만족스러웠다. 연구수행중 하수처리공정에서 두 번에 걸쳐 인섭취가 제한되는 현상이 발생하였다. 이에 대한 원인을 규명한 결과 원인은 암모니아의 부족과 과다한 포기가 원인인 것으로 나타났다.

• 생태와환경
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• 제43권3호
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• pp.356-368
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• 2010

본 연구는 삽교천 수계의 삽교천, 무한천, 곡교천의 이화학적 수질, 물리적 서식지 건강성, 생물학적 건강성을 평가하였고, 이를 바탕으로 종합적인 수생태계 건강성을 평가하였다. 3가지 건강성 평가 항목은 3개 하천에서 모두 악화된 상태이거나 보통 상태를 유지하고 있는 것으로 나타났고, 곡교천에서 가장 악화되어 있는 것으로 나타났다. 또한 상류에서 하류로 갈수록 건강성이 더 악화되는 경향을 보였다. 6개 항목의 화학적 수질 중 Chl-$\alpha$를 제외한 5개 수질 항목은 하류로 갈수록 증가하는 경향을 보였고, 곡교천에서 가장 높은 값을보였다. 물리적 서식지 건강성은 Good에서 Fair 범위를 보였고, 곡교천의 서식지 건강성이 가장 낮은 것으로 나타났다. 생물학적 건강성은 이화학적 수질과 물리적 서식지 건강도를 잘 반영하였으며, 3개 하천의 생물학적 건강도는 상류지점에서 Fair 상태로 나타났고, 하류 지점에서 Poor 상태를 보였다. 이러한 생물학적 건강성에 영향을 주는 요인을 PCA를 통하여 분석한 결과 상류 지점에서는 물리적 서식지 건강성이 좀더 영향을 주는 것으로 나타났고, 하류지점에서는 화학적수질의 영향이 좀 더 큰 젓으로 판단되었다. 화학적 수질, 물리적 서식지 건강성, 생물학적 건강성 평가 항목을 바탕으로 종합적인 수생태계 건강성을 평가한 결과 무한천의 M1 지점이 통합적인 건강성이 가장 높은 것으로 나타났으며, 곡교천의 G2와 G3 지점이 가장 건강성이 악화된 것으로 나타났다. 본 연구결과는 수생태계의 건강성을 통합적으로 나타내어 취약한 부분을 쉽게 확인할 수 있는 방법으로써 향후 수생태계 복원 및 장기 모니터링에 중요한 자료로 사용될 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제40권8호
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• pp.601-615
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• 2007

선택취수 방법은 성층화된 저수지로부터 공급되는 방류수의 수온, 용존산소농도, 탁도 등의 수질을 제어하고, 하천의 생태계 서식환경을 개선하기 위해 널리 사용되고 있다. 최근 우리나라에서도 하류의 탁수피해 저감을 위해 다단 취수가 가능하도록 기존의 취수시설을 개량하였거나 계획하고 있는 댐들이 늘고 있다. 이 연구의 목적은 대청댐에 선택취수 시설을 도입하였을 경우 하류의 탁수 제어 효과와 저수지 수질에 미칠 영향을 평가하는데 있다. 다양한 선택취수 조건이 방류수 탁도와 저수지 수질 변화에 미치는 영향을 모의하기 위해 선행연구에서 보정 검증한 2차원 폭 방향 평균 수리 및 부영양화 모델을 사용하였다. 연구결과, 2년 연속$(2004\sim2005)$ 수문조건에서 표층수의 선택취수를 통한 댐 하류의 탁수 장기화 저감 효과는 미미한 것으로 평가되었다. 또한 하류에 깨끗한 물을 공급하기 위해 표층수를 과다하게 취수 할 경우, 높은 농도의 인을 포함하고 있는 중층 탁수를 유광대로 유입하게 하는 결과를 초래하여 호수역의 조류 성장을 증가시킬 우려가 있는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.1698-1702
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• 2009

효과적인 저수지 수질관리를 위해서는 신뢰도 높은 수리 및 수질모델이 필요하며, 이러한 모델의 성능은 다양한 수문사상에 대하여 적용함으로써 검증할 수 있다. CE-QUAL-W2 모델(이후 W2)은 횡방향 평균 2차원 수리 수질 해석 모델로써 수체의 길이에 비해 폭이 상대적으로 좁고 수심이 깊은 우리나라 대부분의 저수지 지형에 적합한 모델이다. 본 연구의 목적은 기존 연구에서 가뭄년인 2001년과 평수년인 2004년 수문사상에 대하여 보정한 대청호 W2 부영양화모델을 최근 평수년인 2006년과 가뭄년인 2008년을 대상으로 검증하는데 있다. 모델의 검증은 물수지, 수온성층 구조 변화, 부영양화 해석에 중점을 두었으며, 실측자료와 모의결과의 적합성 비교 평가는 결정계수값$(R^2)$, AME(absolute mean error)와 RMSE(root mean square error)를 이용하였다. 저수지 물수지의 적합성을 검증하기 위하여 모의수위와 실측수위를 비교한 결과, $R^2$값이 2006년과 2008년에 각각 0.9945, 0.9972로 나타나 신뢰도가 높은 것으로 확인되었다. 계절별 성층구조 변화 모의 성능을 검증하기 위해 회남수역과 댐 앞 지점에서 수심별 수온의 모의값과 실측값을 비교하였다. 2006년의 경우 모델은 홍수기 동안 안정적으로 수온 성층현상을 모의하였으나, 댐 앞 지점에서 수온 약층이 형성된 구간에서 실측값과 다소 편차를 보였으며, 오차크기는 AME가 $0.561\sim2.088^{\circ}C$, RMSE는 $0.797\sim2.762^{\circ}C$범위였다. 반면, 가뭄년인 2008년에는 전 기간에 걸쳐 모두 안정적으로 저수지 수온 성층현상을 모의하였으며, 오차크기는 AME $0.413\sim1.162^{\circ}C$, RMSE $0.546\sim1.415^{\circ}C$ 범위였다. 조류의 생산성이 높은 표층에서 T-N, T-P 및 Chl-a 농도 모의결과를 장계교, 대정리, 회남대교, 댐 앞, 추동취수탑 및 문의취수탑에서 시계열로 실측값과 비교 검증한 결과, T-N과 T-P는 2006년과 2008년 모두 모든 비교 지점에서 모의값과 실측값의 시계열 변동이 매우 잘 일치하였으며, 홍수기 이외 기간에는 큰 변동 폭을 보이지 않았다. 그러나 기존 연구에서 확인된 바와 같이 7월 이후부터 T-P 모의값이 실측값을 과대 산정하는 경향을 보였는데, 그 원인은 산소 결핍상태에서 저니층에서 용출되는 철(Fe) 또는 망간(Mn)과 같은 이온 성분이 인과 흡착하여 침전되는 기작이 모의과정에 적절히 반영되지 않은 것이 원인으로 판단된다. 조류(Chl-a)농도의 경우, 2006년과 2008년에 모든 지점에서 모델은 조류의 발생과 시계열 변화를 적절히 모의하였으나, 2008년 1월부터 8월까지 댐 앞과 추동 및 문의취수탑에서는 모의값이 실측값을 과대 산정하는 경향을 보였다. 이는 해마다 그리고 계절별로 우점하는 조류 종이 상이한 반면, 모델에서는 이에 대한 매개변수를 적절히 고려하지 못한 것이 원인으로 판단된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제15권11호
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• pp.6943-6951
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• 2014

본 연구는 울산시 상수원인 회야호의 부영양화를 평가하고 WASP7을 이용하여 준설로 인한 호수 내 침전물의 용출 저감에 따른 수질개선 효과를 분석하였다. 회야호의 부영양화 평가는 회야호 2개 지점의 투명도, Chlorophyll-a 및 TP를 이용하여 Carlson과 Aizaki 등에 의한 영양상태지수(TSI)로 수행하였다. 평가결과, 2지점 모두 부영양 상태의 호소로 나타나 부영양에 대한 대책이 필요한 것으로 조사되었다. 또한, TN/TP 비에서 볼 때 인이 제한요인으로 작용하는 호소로 나타나 인을 제거하는 수질개선책을 강구해야 할 것으로 판단되었다. 회야호의 수질개선을 위해 퇴적물을 준설할 경우를 가정하여 WASP7 모형을 이용하여 용출저감 10%, 용출저감 40% 및 용출저감 60%의 세 가지 시나리오로 가정하여 시뮬레이션을 수행하였다. 준설을 통한 용출저감이 10%일 경우, 회야호 1지점에서는 TN이 0.9%, 2지점에서는 0.6% 저감되었으며, TP의 경우는 1.3%와 0.8%가 저감되는 것으로 예측되었다. 그리고 용출저감 60%를 가정한 시나리오 3의 경우는 TN이 회야호 1지점에서 6.4%, 회야호 2지점에서는 3.9% 저감되는 것으로 예측되었으며, TP의 경우는 각각 9.3%, 5.6% 저감되는 것으로 예측되었다.

• 한국물환경학회지
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• 제26권3호
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• pp.420-431
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• 2010

하천형 저수지인 팔당호의 건기시 수질을 모의하기 위하여 단순 물질수지 모델을 개발하였다. 대상 물질은 총인 (TP), 클로로필${\alpha}$ ($Chl.{\alpha}$), 5일 생물학적 산소 요구량 (BOD) 화학적 산소요구량 (COD)이었다. 모델은 지난 20년간의 실측치를 잘 재현하였으며 유기물질의 성인을 밝히는데 이용될 수 있었다. 모델을 통하여 분석한 결과, 팔당호에서 인에 대한 조류의 이용성을 결정하는 임계 수리부하는 약 $1.5m\;d^{-1}$로 나타났다. 팔당호의 $Chl.{\alpha}$, COD, BOD 농도는 임계부하보다 작은 수리부하의 조건에서 생산과 호흡 및 침전과 같은 조류의 변화에 민감하게 반응하였다. 최근 유기오염 저감을 위한 중앙정부와 지방정부의 강도 높은 노력에도 불구하고 팔당호의 수질은 크게 개선되지 않았으며 오히려 COD 농도는 증가하였다. 모델 해석을 통하여 이는 조류 생산량의 증가와 아울러 비점오염원 등에서 외래성 부하가 증가하였기 때문인 것으로 나타났다. 특히 2000~2007년 기간의 조류 기원성 유기물 농도는 전체 유기물 농도의 절반에 해당하는 것으로 추정되었으며, 이는 1988~1994년 기간에 비하여 2.5배, 1995~1999년 기간에 비하여 1.3배에 달하는 수준이었다. 이러한 연구의 결과는 팔당호의 수질개선을 위해서는 조류 발생을 억제하는 것이 필요함을 시사하는 것이었다.

• 생태와환경
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• 제33권4호통권92호
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• pp.342-349
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• 2000

본 연구는 1993${\sim}$1994년 대청호에서 호수 형태 및 수리수문학적 변동에 대한 몬순강도의 영향을 평가하였다. 연구기간 동안, 강우, 유입수 및 방류량과 같은 수리수문학적 변수들은 뚜렷한 연간 대조를 보였다. 계절별 강우에 따르면, 강우량의 큰 격차는 7${\sim}$8월 장마기간에 일어났으며, 강으로부터의 유입량, 방류량 및 수체류 시간에 영향을 주었다. 1993년 총 유입량은 1994년에 비해 4배 이상을 넘었으며, 특히 1993년 하절기 유입량은 1994년 하절기에 비해 8배 이상을 상회하였다. 연평균 호수의 수체류 시간은 1993년, 1994년에 각각 93.2일, 158.6일로서 뚜렷한 대조를 보였으며, 장마기간에 가장 큰 차이를 보였다. 호수의 형태적 특성은 연간 대조적인 수리 수문학적 차이를 반영하여, 호수면적, 체적, 만 형성도, 및 평균수심은 1993년에 장마전 부터 장마후까지 계속적으로 증가한 반면, 1994년은 같은 기간에 대해 감소하였다. 이런 결과는 1993년 호수물의 얕은 연안대와의 접측 면적이 1994년에 비해 증가하여 저질과 영양염류 교환의 증가를 가져왔다. 또한 대청호수계면적과 호수면적의 비는 평균 해수면 80m에서 60.7로서, 국내 인공호인 소양호 및 안동호에서의 값보다 2${\sim}$3배 컸고, 자연호 보다는 10배 이상 컸다. 이런 호수 형태 및 수리 수문학적인 특성은 부영양화 현상을 조절하는 가장 중요한 인자중의 하나인 호수내 영양염류 농도에 영향을 주는 것으로 사료된다. 기존의 영양염류 부하량 모델은 계절적으로 안정된 유입량 및 수체류 시간하에서 적용될 수 있다고 가정하기 때문에, 하절기 변동이 극대화되는 우리나라 상황에서 호수 영양염류를 산정 예측할 때 Mass-Balance Model 이용은 신중을 기해야 된다고 사료된다.