• Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.59 no.3
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• pp.83-96
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• 2017

This study presented a surface water quality modeling framework considering the spatial resolution of pollutant load estimation to better represent stream water quality characteristics in the Saemangeum watershed which has been focused on keeping its water resources sustainable after the Saemangeum embankment construction. The watershed delineated into 804 sub-watersheds in total based on the administrative districts, which were units for pollutant load estimation and counted as 739 in the watershed, Digital Elevation Model (DEM), and agricultural structures such as drainage canal. The established model consists of 7 Mangyung (MG) sub-models, 7 Dongjin (DJ) sub-models, and 3 Reclaimed sub-models, and the sub-models were simulated in a sequence of upstream to downstream based on its connectivity. The hydrologic calibration and validation of the model were conducted from 14 flow stations for the period of 2009 and 2013 using an automatic calibration scheme. The model performance to the hydrologic stations for calibration and validation showed that the Nash-Sutcliffe coefficient (NSE) ranged from 0.66 to 0.97, PBIAS were -31.0~16.5 %, and $R^2$ were from 0.75 to 0.98, respectively in a monthly time step and therefore, the model showed its hydrological applicability to the watershed. The water quality calibration and validation were conducted based on the 29 stations with the water quality constituents of DO, BOD, TN, and TP during the same period with the flow. The water quality model were manually calibrated, and generally showed an applicability by resulting reasonable variability and seasonality, although some exceptional simulation results were identified in some upstream stations under low-flow conditions. The spatial subdivision in the model framework were compared with previous studies to assess the consideration of administrative boundaries for watershed delineation, and this study outperformed in flow, but showed a similar level of model performance in water quality. The framework presented here can be applicable in a regional scale watershed as well as in a need of fine-resolution simulation.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• v.9 no.1
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• pp.24-35
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• 2022

For water quality management, it is necessary to continuously improve the forecasting by analyzing the past water quality, and a Data-driven model is emerging as an alternative. Because the Data-driven model is built based on a wide range of data, it is essential to apply the correlation analysis method for the combination of input variables to obtain more reliable results. In this study, the Gamma Test was applied as a preceding step to build a faster and more accurate data-driven water quality prediction model. First, a physical-based model (HSPF, EFDC) was operated to produce daily water quality reflecting the complexity of the watershed according to various hydrological conditions for Paldang Dam. The Gamma Test was performed on the water quality at the water quality prediction site (Paldangdam2) and major rivers flowing into the Paldang Dam, and the method of selecting the optimal input data combination was presented through the analysis results (Gamma, Gradient, Standar Error, V-Ratio). As a result of the study, the selection criteria for a more efficient combination of input data that can save time by omitting trial and error when building a data-driven model are presented.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.782-782
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• 2012

지금까지 우리나라에서는 도시하수, 공장폐수 등의 점오염원에 국한하여 중점적으로 수질관리를 실행하여 부분적으로 효과를 얻을 수 있었으나, 하천과 호소의 수질은 크게 향상되지 않고 있다. 이는 급속한 도시화와 산업발달로 토지개발이 가속화되고 대지, 도로, 주차장 등 불투수층 면적이 늘어남에 따라 비점오염원에 의한 하천, 호소의 수질영향도가 커지고 있기 때문이다. 인구증가로 인해 물 사용량 뿐만 아니라 이에 따라 배출되는 오염원의 종류 및 오염부하량 역시 함께 증가하고 있다. 장래의 수질관리 성공여부는 비점오염원의 효율적인 관리여부가 큰 변수로 작용할 것으로 본다. 따라서 공공수역의 수질관리를 위해서는 토지이용과 지역특성을 고려한 비점오염원 부하량의 합리적인 조사, 오염 부하량 절감을 위한 관리기술의 개발, 비점오염원 관리정책의 개발 및 수질모형을 이용한 정확한 수질예측 등이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 공간정보를 바탕으로 한 낙동강 유역에서의 비점오염원 정량화 분석을 수행하고자 한다. 우선 대상유역으로 낙본 G유역을 선정하여 이에 대한 조사를 통해 점오염원의 실측자료를 구축하고 이를 HSPF의 입력하여 모의를 수행하여 대상유역에 대한 실측치를 이용해 모형의 보정과 검증을 수행한다. 이러한 과정을 통해 도출된 결과는 대상유역의 총 오염량을 의미한다. 따라서 위의 과정에서 도출된 매개변수를 이용하고, 점오염원을 제거한 뒤 모의를 재수행하여 나온 결과가 대상유역의 비점오염원의 양이라 판단하였다. 모의 결과 대상유역인 낙본 G유역에서 약 39% 정도의 비점오염원 비율을 보였다. 그러나 수질 및 유량 관측치를 지금까지는 국립환경과학원 낙동강물환경연구소 유량측정데이타를 사용하고 있는데 이 자료는 8일 이상 간헐적으로 측정이 수행되고 있다. 따라서 검 보정 대상이 되는 실측치의 자료의 부족과 부정확한 유역이 있음이 한계점으로 작용한다. 그러므로 추후의 신경망 모형이나 기타 실측치 보간에 있어서의 신뢰도를 높이는 기법 개발이나 측정제도의 보편적인 기술의 증대도 앞으로의 모델링에 있어서 중요할 것으로 판단된다. 또한 유역수질모형의 모델링 과정에서 좀 더 신뢰도 높은 측정자료와 그 측정자료를 활용하여 PEST 보정기법을 적용한다면 더욱 정확한 예측이 이루어질 수 있을 것이며, 본 연구에서의 평가방법을 바탕으로 유역수질모델링이 이루어진다면 보다 더 정확성 높은 비점오염원 정량화와 수질 예측이 수행될 수 있을 것이며 더 나아가 오염총량제의 수행에 효과적으로 적용될 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.141-141
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• 2012

비점오염물질은 강우 시 유출되기 때문에 일간, 계절 간 유출량 변화가 대단히 크게 나타나며, 기후, 지형, 토지이용, 토양 등과 지역적인 특성과 유역 형상에 따라 변화되므로 비점오염원 유출량에 대한 정량화를 위해서는 강우지속시간동안 정확한 수질과 유량에 대한 측정 자료가 요구된다. 따라서 본 연구에서는 비점오염물질에 대해 현장 모니터링 및 현장 실측 관련 기존 연구자료 수집을 통해 중분류 토지피복분류별 원단위를 산정하였다. 또한 특정 유역에 중분류 토지피복 분류별 산정된 원단위를 적용하여 유역기반의 비점오염부하량을 산정 하였다. 대상 유역에 해당하는 하천 말단에서의 실측 자료를 활용하여 유역모형을 구축하고, 강우를 입력 자료로 하여 비점오염 물질별 부하량을 모의 산정하였다. 유역모형으로 HSPF(Hydrologic Simulation Program - Fortran)을 실제 대상유역에 적용하였고, 이에 따른 모의 결과를 실측치와 비교하여 부하량을 산정하였다. 이렇게 모의 산정된 부하량은 실측자료를 기반으로 산정된 원단위의 적용에 따른 부하량과 비교 검토하여 유역에 대한 비점오염원 부하량 산정 시 모형의 적용 가능성을 평가하였다. 본 연구에 적용된 대상유역은 동천유역으로 병성천의 주요 지류로서 유역의 상단에 위치하고 있다. 중분류 토지피복 중 공업지역, 교통지역, 과수원재배지, 비닐하우스재배지, 기타재배지에 대해서는 2008년부터 2010년까지 모니터링을 실시하였고, 이외의 중분류 토지피복에 대한 결과는 수계별 현재까지 진행되고 있는 환경기초조사사업 중 '주요 비점오염원 유출 장기 모니터링'사업의 자료를 활용하였다. 동천유역의 비점오염원 발생부하량을 산정한 결과, BOD 부하량은 대지의 경우 391.4 kg/day로서 중분류 군으로 구분한 결과에 비해 높게 산정되었다. T-N, T-P 발생부하량도 토지피복군이 대분류에서 중분류로 변화됨에 따라 부하량의 차이가 발생 하였다. 또한 동천유역에 대해 구축된 HSPF 모형의 적합도를 시기별 4개의 Case로 구분하여 평가해 보았는데 그 결과, 모형 모의치의 실측치에 대한 적합도가 높게 평가 되었다. 현재 특정 지역에 편중되어 조사되고 있는 중분류 토지피복을 조사 기관간의 교차 조사를 통해 지역적 제한성을 낮추고, 중분류에 속하는 세부피복지점을 확대하여 모니터링 지점의 다양성을 확보하여야 할 것으로 판단된다. 이와 동시에 한시적인 조사가 아닌, 장기간에 걸쳐 연구가 진행 될 경우 원단위에 대한 현재의 불확실성 및 제한성을 줄일 수 있을 것으로 판단되므로, 이러한 기초 자료 확보에 대한 장기적인 투자와 노력이 수반될 시 우리나라에 대표적으로 적용할 수 있는 비점오염원 원단위가 산정될 것으로 생각되며, 이러한 기틀이 마련되어야 비점오염원에 대한 적절한 유역관리방안을 수립할 수 있을 것으로 생각된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.498-498
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• 2016

광역상수원으로 활용되는 주암댐 저수지 및 동복댐 저수지가 위치하고 있는 유역을 대상으로 유역모형을 적용하여 비점오염 저감시설에 따른 수지개선효과를 분석하였다. 주암댐 유역은 보성강 수계에 위치하고 있으며 전체 유역면적은 약 $1,010km^2$으로 담양군, 보성군, 장흥군, 화순군 및 순천시에 걸쳐 위치하고 있다. 비점오염원 설치지점을 고려하기 위하여 소유역별 비점오염원 부하량 산정이 가능하고 BMPs 효과분석 모의가 가능한 HSPF 유역모델을 적용하여 2011~2012년을 대상으로 유량, BOD, TN, TP 재현성을 검증하였다. 29개 소유역별 비점오염원 부하량 평가를 통해 중점관리지역을 선정하였으며 비점오염원 저감시설 설치 시나리오 4개를 적용하여 수질개선 효과를 비교 분석하였다. BOD, TN, TP 모두 주암호 유역 상류에 위치하는 보성강댐 소유역에서 상대적으로 높은 비점오염원 부하량이 유출되는 것으로 분석되었으며 특히, TN에서 가장 뚜렷하게 나타났다. 비점오염 저감시설의 누적유출고와 배수면적을 고려하여 비점오염 저감시설로 저류지를 선정하였으며 누적유출고 5 mm/d와 전체유역면적을 고려한 시나리오 1, 누적유출고 5mm/d와 산림을 제외한 유역면적을 고려한 시나리오 2, 누적유출고 24.5 mm/d와 전체유역면적을 고려한 시나리오 3, 누적유출고 24.5 mm/d와 산림을 제외한 유역면적을 고려한 시나리오 4로 구분하여 적용하였다. BOD의 경우, 2011년 조건에서 시나리오 1은 각 소유역별 평균 13.1%, 시나리오 2는 3.7%, 시나리오 3은 15.8%, 시나리오 4는 4.4%의 비점오염원 부하량 저감효과가 나타났으며 2012년 조건에서는 각 시나리오별로 평균 13.1%, 3.6%, 15.7%, 4.3%의 저감효과가 나타나는 것으로 분석되었다. TN의 경우, 2011년 조건에서 시나리오별로 평균 10.9%, 3.0%, 13.0%, 3.6%, 2012년 조건에서도 유사한 범위로 비점오염원 부하량 저감효과가 분석되었다. TP의 경우, 2011년 조건에서 시나리오별로 평균 13.7%, 3.8%, 16.5%, 4.6%, 2012년 조건에서는 13.7%, 3.8%, 16.4%, 4.6%로 분석되었다. 주암댐 유역의 중점 관리지역을 선정하여 누적유출고 24.5mm/d와 전체유역면적을 고려한 저류지를 설치할 경우 효과가 가장 큰 것으로 나타났으며 평균 BOD 15.8%, TN 13.3%, TP 16.5%의 저감효과로 분석되었다.

• Journal of Wetlands Research
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• v.26 no.1
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• pp.1-9
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• 2024

In this study, a HSPF model was developed to simulate runoff and water quality in the Haebancheon watershed, which has a high land area ratio and population density among the West Nakdong River watersheds. Various non-point source pollution control strategies were applied, and the reduction in pollutant loads and the exceedance rate of water quality standards were analyzed. The scenarios included basic road cleaning for reducing pollutant loads, runoff reduction measures considering extensive low-impact development techniques, and inflow reduction measures to mitigate non-point source pollution entering the river. In the first step, practical conditions such as the number of vehicles for road cleaning in Kimhae City were considered, while for the second and third steps, it was assumed that 50% of the applicable land use area was used to be applicable for the LID techniques. As a result of applying all three measures, it was analyzed that the BOD pollutant load could be reduced by 58.28%, T-N by 58.49%, and T-P by 51.56%. Furthermore, the 60th percentile of water quality measurements accumulated over 5 years was set as the target water quality, and a flow-duration curve was constructed. The exceedance rate of the flow-duration curve before and after applying non-point source pollution reduction measures was analyzed. As a result, for BOD, the exceedance rate decreased from 41.57% before applying the measures to 16.32% after, showing a 25.25% reduction in the exceedance rate. For T-N, the exceedance rate decreased significantly from 40.31% before the measures to 22.84% after, and for T-P, it decreased significantly from 62.43% to 27.22%.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.33 no.6
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• pp.775-782
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• 2000

Water quality models can be applied to manage the regional water quality problems and to estimate the target and allowable pollution load in watershed effectively. Since the models such as QUAL2E, W ASP5 and HSPF need many data and are not easily applied in real systems, the water quality model, which would be simple and easily applicable, has been required. Thus, an Analytical Model of BOD(AMB) considering travel time of pollutant was developed for the total pollution load regulation in drainage basin. It was found that the main stream length of a sub-basin in the AMB should be shorter than 7km and the length of distributed pollutant load should also be shorter than 3.5km in a sub-basin. The basin in the AMB could be divided into sub-basins with almost same hydraulic characteristics and reaction rate constant satisfying the proposed stream length. The running results of the AMB in a small stream were very close to the results of QUAL2E, which is widely used one in the world. Therefore, the AlVIB can be used to regulate the total pollution load in drainage district by local government.rnment.

• Journal of Korean Society on Water Environment
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• v.26 no.6
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• pp.903-909
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• 2010

The purpose of this study was evaluated on the applicability of Load Duration Curve Method (LDC Method) using HSPF watershed model and sampling data for efficient TMDLs in Korea. The LDC Method was used for assessment pollutant characteristics in watershed and water quality variation in each water flow level. Load Duration Curve is applied for judge the level of impaired water-body and can be estimated the impaired level by pollutant, such as BOD, T-N, and T-P in this study depending on variation of stream flow. As a result, BOD, T-P was usually exceed the standard value at low flow and dry hydrologic period. Improvement of effluent concentration from WWTP and riparian buffer protection zone are effective to improve the water quality. T-N showed the worst condition at mid-range hydrologic period and moist hydrologic period. Therefore, soil erosion control program and BMPs for non-point source pollution control is effective for recovery the water quality, which can be useful method for management of water quality in the plan of recovery water quality spontaneously. Applicability of LDC Method was evaluated in the Nakbon A watershed. However, we need to consider more detailed and accumulated data set such as accurate GIS data and detail pollution data, and WWTP discharge water quality data for accurate evaluation of watershed. Overall, The LDC Method is adequate for evaluation of watersheds characteristics, and its application is recommended for watershed management and TMDL Implementation.

• Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.60 no.6
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• pp.97-109
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• 2018

The LDC (Load Duration Curve) method can analyze river water quality changes according to flow rate and seasonal conditions. It is also possible to visually recognize whether the target water quality is exceeded or the size of the reduction load. For this reason, it is used for the optimal reduction of TPLCs and analysis of the cause of water pollution. At this time, the flow duration curve should be representative of the water body hydrologic curve, but if not, the uncertainty of the interpretation becomes big because the damaged flow condition is changed. The purpose of this study is to estimate the daily mean flow of the unit watershed using the HSPF model and to analyze the difference of the flow duration curves according to the cumulative daily mean flow rate using the NSE technique. The results show that it is desirable to construct the flow duration curve by using the daily average flow rate of at least 5 years although there is a difference by unit watershed. However, this is the result of the water bodies at the end of Han River basin watershed, so further study on various water bodies will be necessary in the future.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.467-467
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• 2011

기후변화로 인한 수문학적 변동은 지속가능한 수자원 관리를 위해 중요한 인자로 고려되고 있다. 특히, 가뭄 등 기상재해는 자연재해 차원을 넘어서 사회적 갈등으로 발전할 여지가 크며 특히 수자원 배분은 환경, 경제를 뛰어넘은 생존의 문제로 발전하고 있다. 따라서 본 연구는 기후변화가 가져올 가뭄 등 재해관리를 위한 의사지원체계 구축하고 다양한 기후변화 시나리오에 대응할 수 있는 탄력성 있는 수자원전문가시스템의 개발을 통해 이상기후 및 가뭄대비 물분쟁에 대한 합리적 대안을 제시하고자 한다. 본 연구에서는 섬진댐의 상황을 모델로 하고 있다. 섬진강 유역은 섬진강댐의 건설당시 발 빠른 이주대책의 불이행으로 수몰지역 내에 초기 정착민들이 계속 거주하게 되어 댐 제원을 충분히 활용하지 못하고 있어 효과적인 치수사업에 어려움을 겪어오다가 공사간의 협력을 통해 치수능력증대사업을 추진하여 저수지의 저류량을 증가시키고자 섬진강댐 재개발 사업을 추진한 지역이다. 하지만, 유역내의 이상기후로 인한 수문학적인 변동과 가뭄으로 인한 물관련 당사자간의 용수확보분쟁의 소지가 있어 물관리를 위한 수자원전문가시스템의 개발이 시급한 실정인 지역이기도 하다. 대상지역 수자원전문가시스템의 개발을 목표로 HSPF(Hydrologic Simulation Program with FORTRAN)을 이용하여 기후변화로 인한 수문학적 변동성을 파악하였다. 그리고 수자원 전문가 모델로서 외국에서 사용되고 있는 SUPER, HEC-ResSim, RiverWare, MODSIM, WRAP, PowerSim, 그리고 STELLA의 장 단점 등 특성을 분석하여 국내에 적합한 수자원전문가시스템 갖추어야할 기능 및 구성을 분석하였다. 연구 결과 국내실정에 필요한 모델은 공영시각모형(Shared Vision Model)으로서 그 장점은 첫째, 수자원의 관리나 물분쟁시 반드시 필요한 유역의 물리적인 인자와 수역관리에 필요한 수문인자, 그리고 물분쟁의 소지가 있는 의문사항이나 문제점의 해결책을 위한 실마리를 제공할수 있다. 둘째, 물관련 이해당사자들이 직접 참여하여 모형을 평가하고 서로간의 이해관계를 위한 충돌이 발생했을 때 문제해결을 위한 대안을 제시할 수 있는 정보를 제공할 수 있다. 셋째, 물배분의 원칙에 따른 한쪽으로 편중된 대안이 제시되었을 경우에 공동으로 대안에 대한 평가를 통하여 평등한 물배분을 가능하게 한다. 넷째, 시민단체나 환경단체, 그리고 기관책임자들이 공동으로 모형의 형성과정을 지켜본 후 논의할 수 있어 이상적인 모형을 만들 수 있는 장점이 있다.