• 한국수자원학회논문집
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• 제54권10호
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• pp.795-805
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• 2021

본 연구는 소양강댐 유역을 대상으로 LSTM 기반의 일유출량 추정 딥러닝 모형을 개발한 후, 모형구조 및 입력자료의 다양한 조합에 대한 모형의 정확도를 살폈다. 첫 12년(1997.1.1-2008.12.31) 동안의 유역평균 일강수량, 일기온, 일풍속 (이상 입력), 일평균 유량 (출력)으로 이루어진 데이터베이스를 기반으로 모형을 구축하였으며, 이후 12년(2009.1.1-2020.12.31) 동안의 자료를 사용하여 Nash-Sutcliffe Model Efficiency Coefficient (NSE)와 RMSE를 살폈다. 가장 높은 정확도를 보인 조합은 64개의 은닉유닛을 가진 LSTM 모형 구조에 가능한 모든 입력자료(12년치의 일강수량, 일기온, 일풍속)를 활용한 경우로서 검증기간의 NSE와 RMSE는 각각 0.862와 76.8 m³/s를 기록하였다. LSTM의 은닉유닛이500개를 초과하는 경우 과적합으로 인한 모형의 성능 저하가 나타나기 시작했으며, 1000개를 초과하는 경우 과적합 문제가 두드러졌다. 12년치의 일강수만 입력자료로 활용한 경우에도 매우 높은 성능(NSE=0.8~0.84)의 모형이 구축되었으며, 한 해의 자료만을 활용하여 학습한 경우에도 충분히 활용 가능한 정확도(NSE=0.63~0.85)를 가진 모형을 구축할 수 있었다. 특히 유량의 변동성이 큰 한 해의 자료만을 활용하여 모형을 학습한 경우 매우 높은 정확도(NSE=0.85)의 모형이 구축되었다. 학습자료가 중유량과 양극한의 유량을 모두 포함한 경우라면 5년 이상의 입력자료는 모형의 성능을 크게 개선시키지 못했다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권12호
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• pp.999-1009
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• 2022

춘천 물로리 지역은 지방상수도가 보급되지 않은 물복지 소외지역으로 복류수 및 지하수를 수원으로 하는 소규모 급수시설로 마을에 물을 공급하고 있다. 가뭄시 물부족 문제를 해결하고 증가하는 물수요에 대비하기 위해 계곡에 연하여 샌드댐을 설치하였으며, 2022년 5월부터 이 시설을 운영하고 있다. 본 연구에서는 과거 가뭄시 샌드댐이 있을 경우의 물공급 신뢰도를 평가하기 위해 MODFLOW모형을 이용한 지하수유출량 모의결과를 활용하여 미계측 기간인 2011년부터 2020년까지의 유입량 자료를 생성하였다. 기존 취수원과 샌드댐이 위치한 곳의 상류부 유역에 대해 SWAT-K 유역수문모델링을 수행하여 지하수유출량을 산정하고, 2021년 월별 지하수유출량에 대한 그 이전 10년 동안의 각 월별 지하수유출량의 상대적 비율을 구한 후 2021년 유입량 시계열 자료에 이 비율을 적용하여 2011년부터 2020년까지의 과거 유입량 자료를 생성하였다. 수요량 20 m³/일, 50 m³/일, 100 m³/일 세 가지 경우에 대해 과거 극한 가뭄시의 물공급 가능여부를 분석한 결과, 샌드댐 설치로 물공급 신뢰도가 증가하는 것을 확인 할 수 있으며, 수요량 100 m³/일인 경우에는 기존 취수원과 샌드댐을 연계 운영해야만 신뢰도 90%를 넘는 것으로 분석되었다. 세 가지 운영조건 모두 물공급 신뢰도 95%를 기준으로는 수요량 50 m³/일 이상, 신뢰도 99%를 기준으로는 수요량 30 m³/일 이상을 만족하는 것으로 평가되었다.

• 한국습지학회지
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• 제17권2호
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• pp.193-202
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• 2015

본 연구에서는 토지피복 중 교통지역을 대상으로 장기 모니터링된 비점오염원 부하유출 결과를 검 보정 자료로 적용하여 SWMM 모형을 지점별로 구축하였다. SWMM을 통해 모의된 EMCs값의 변동범위는 BOD, $COD_{Mn}$, SS, T-N, T-P 농도가 각각 5.7~14.4 mg/L, 12.9~59.6 mg/L, 13.74~46.20 mg/L, 2.03~5.21 mg/L, 그리고 0.117~0.415 mg/L이었다. 또 이 결과를 현장 실측치와 비교한 결과, 실측치에 대한 모의치 오차(%)가 각각 4.2%, 4.8%, 2.3%, 5.7%, 14.4%으로 총인의 14.4%를 제외하고 오차범위가 10% 이하이었다. 문헌조사 결과와의 비교에서도, BOD, T-P의 경우는 문헌조사 농도변화 범위 내에 포함되었으며, CODMn, SS의 경우 범위보다 낮게 산정되었다. 그러나 T-N의 경우 범위보다 높았다. 이러한 차이는 기존 문헌이 조사된 시기와 토지이용형태가 달라진 최근의 비점오염원 유출 농도를 장기 모니터링하고, 이 결과를 바탕으로 구축, 모의 된 EMCs의 경우 실측값을 잘 대변하였다. 따라서 문헌 결과와의 일부 차이는 조사 시기별 토지이용 형태에 의한 차이로 보이며, 향후 좀 더 다양한 강우사상 및 지점에 대한 모니터링을 통해 국내 대푯값으로 적용할 수 있는 EMCs를 산정할 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제40권3호
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• pp.273-283
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• 2020

기후변화의 영향으로 국지성 및 집중호우에 대한 발생 가능성이 높아지는 시점에서 과거에 침수피해를 입은 도시 유역에 대하여 실제 호우에 대한 침수 양상을 예측하는 것은 중요하다. 이에 수치해석 기반 프로그램과 함께 기계학습을 이용한 홍수 분석에 대한 연구가 증가하고 있다. 본 연구에서 적용한 LSTM 신경망은 일련의 자료를 분석하는데 유용하지만, 딥 러닝을 수행하기 위하여 충분한 양의 자료를 필요로 한다. 그러나 단일 도시유역에 홍수를 일으킬 강우가 매년 일어나지 않기에 많은 홍수 자료를 수집하기에는 어려움이 있다. 이에 본 연구에서는 대상 유역에서 관측되는 강우 외에 전국 단위의 실제 호우를 예측 모형에 반영하였다. LSTM (Long Short-Term Memory) 신경망은 강우에 대한 총 월류량을 예측하기 위하여 사용되었으며, 목표값으로 SWMM (Storm Water Management Model)의 유출 모의 결과를 사용하였다. 침수 범위 예측을 위해서는 로지스틱 회귀를 사용하였으며, 로지스틱 회귀 모형의 독립 변수는 총 월류량이며 종속 변수는 격자 별 침수 발생 유무이다. 침수 범위 자료는 SWMM의 유출 결과를 바탕으로 수행된 2차원 침수해석 모의 결과를 통해 수집하였다. LSTM의 매개변수 조건에 따라 총 월류량 예측 결과를 비교하였다. 매개변수 설정에 따른 4가지의 LSTM 모형을 사용하였는데, 검증과 테스트 단계에 대한 평균 RMSE (Root Mean Square Error)는 1.4279 ㎥/s, 1.0079 ㎥/s으로 산정되었다. 최소 RMSE는 검증과 테스트에 대하여 각각 1.1656 ㎥/s, 0.8797㎥/s 으로 산정되었으며, SWMM모의 결과를 적절히 재현할 수 있음을 확인하였다. LSTM 신경망의 결과와 로지스틱 회귀를 연계하여 침수 범위 예측을 수행하였으며, 침수심 0.5m 이상을 고려하였을 때에 최대 침수면적 적합도가 97.33 %으로 나타났다. 본 연구에서 제시된 방법론은 딥 러닝에 기반하여 도시 홍수 대응능력을 향상 시키는데 도움이 될 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제42권8호
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• pp.643-657
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• 2009

홍수기에 집중되는 유출량을 갈수기에 적절히 활용하기 위한 대표적인 구조물이 댐이다. 제한된 용수공급량을 적절히 분배해 용수수요량을 만족시키면서 미래 갈수기시 용수공급을 대비하여 댐 저류량을 조절하는 것이 댐 운영의 중요한 목적 중 하나이다. 본 연구에서는 갈수 시 댐 저류량에 따라 댐 계획방류량을 일정비율 줄여주는 Hedging Rule을 5단계로 적용하여 댐의 상시만수위 저류량에 대한 실제 저류량의 편차, 수요에 대한 용수공급 부족량, 그리고 하천유지용수 부족량을 목적함수로 하여 혼합정수 선형계획법(MILP, Mixed Integer Linear Programming)으로 저수지 연계운영모형을 구성하였다. 한강수계의 다목적댐인 충주, 횡성, 소양강 댐과 용수전용댐인 광동 댐, 그리고 발전용 댐이지만 비교적 큰 저류용량을 가진 화천 댐을 연계 운영 대상으로 하여, 수자원장기종합계획에 사용된 2003년 유출량 및 수요량 자료와 댐 운영 실무편람의 댐 계획방류량 자료를 10일 단위로 입력하여 GAMS/CPLEX를 이용해 최적화하였다. 그 결과 생공용수 수요량 99.99%, 농업용수 수요량 99.91%, 그리고 하천유지용수 수요량 100.00%를 충족시키면서도, 실제 2003년 운영자료에 비교하여 댐 저류효율이 10.04% 개선된 결과를 도출하였다.

• 한국물환경학회지
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• 제28권4호
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• pp.561-573
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• 2012

The object of this study was to analyze long-term water quality gradients during 1992-2008 at six sites of Geumho River and near-by two sites of Nakdong River and their influences on fish trophic guilds and tolerance guilds along with ecological health. Water quality including biological oxygen demand (BOD), chemical oxygen demand (COD), conductivity, total phosphorus (TP), total nitrogen (TN), and total suspended solids (TSS) varied largely depending on the sampling locations and seasons. Values of ambient BOD, COD, TP, and TN were greater in the downstream than in the upstream reach, and seasonal and interannual variabilities were also higher in the downstreams. This phenomenon was evident due to a dilution by the Asian monsoon rainfall during the monsoon. These outcomes indicate that point sources near the downstream are important for the chemical conditions, but also seasonal stream runoff was considered as an important factor regulating the chemical conditions. Conductivity decreased rapidly during the summer due to ionic dilution, and nutrients (N, P), BOD, COD had an inverse function of seasonal precipitation. Based on the water quality, we selected two sites (control site = $C_s$ vs. impacted site = $I_s$) for impact analysis of water chemistry on fish community and trophic/tolerant guilds. Fish guild analysis showed that species diversity was higher in the headwater stream ($C_s$) than the impacted downstream ($I_s$), and that the proportion of tolerant and omnivore species were greater in the impacted site of downstream. Comparisons of water quality between Geumho River and Nakdong River indicated that Geumho River was considered as a point source which degradated water quality to the Nakdong River. Overall, chemical water quality and fish guild analysis suggest that even if current chemical quality got better after 1996 due to continuous constructions of wastewater disposal plants near the downstreams, fish compositions of tolerant and omnivores were still dominated the community. Thus, biological restoration based on ecological health is required for the ecosystem conservation.

• 대한환경공학회지
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• 제33권8호
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• pp.572-577
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• 2011

비점오염부하량 산정을 위해 사용되는 원단위는 쉽게 이용 가능하지만, 지역의 토지이용 특성과 강우강도의 시간적인 변이를 고려하지 못하는 단점이 있다. 본 연구에서는 간편하면서도 강우량에 따른 부하량 변화를 고려한 보다 정확한 비점부하량 산정방법을 개발 및 적용하였다. 경기도 경안천 유역에 위치한 두 개의 비점오염저감시설을 대상으로 2010년 6월부터 11월까지 모니터링을 수행하여 강우강도, 유출 특성, 오염부하 등에 관한 분석을 진행하였다. 비점오염원 유출수의 특성을 나타내는 유량가중평균농도(Event Mean Concentration; EMC)의 경우에는 도시 지역인 경기도 광주시 경안동이 산과 밭으로 이루어진 용인시 모현면에 비해 높거나 비슷한 값을 보였으나, TP (Total Phosphorus)의 경우 유역 내 농경지에 사용된 퇴비나 비료에 포함된 인의 영향으로 모현면이 경안동보다 더 높게 나타났다. 강우량과 오염물질 배출부하량과의 관계는 3차원 다항식에 의해 가장 잘 설명되었으며, 0.33~0.81 범위의 결정계수를 나타내고 있다. 산정된 유출율 및 부하량 함수의 기울기가 EMC 결과와 반대되는 경향을 보이는 것으로부터, 비점오염원은 토지이용 이외에도 지형, 토성, 수리 수문현상 등에 따라 배출특성이 달라짐을 알 수 있다. 따라서 비점오염물질의 유출 특성을 정확히 파악하기 위해서는 장기모니터링을 통한자료의 수집을 바탕으로 강우량에 따른 부하량 변화를 고려한 비점부하량 산정함수를 구하는 것이 필요하다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제47권10호
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• pp.973-983
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• 2014

본 연구는 밭경지 현장실험을 통해 다양한 초생대 초종을 적용하여 밭의 비점오염저감효과 분석 및 초생대에 적용 가능한 적합한 초종을 선정하고자 하였다. 경북 군위군에 위치한 면적 $1,500m^2$, 경사 5%의 밭경지를 선정하여 시험포를 조성하였으며, 시험포내에는 대조구 1개와 초생대 처리구 6개로 구성된 총 7개의 시험구를 조성하였다. 츄파, 피, 바랭이, 잔디, 톨페스큐, 켄터키블루그라스를 포함하는 6개의 초종을 선정하여 초생대 실험을 수행하였다. 현장실험 결과 대조구 대비 초생대의 유출저감효과는 6.1~77.8%였으며, 비점오염저감효과는 TS의 경우 15.6~90.3%, T-P의 경우 49.9~96.6%, T-N의 경우 6.7~91.1%를 나타내었다. 전체 오염인자 중에 초생대로 인해 전반적으로 높은 비점오염저감 효과를 나타낸 것은 TS, T-P, T-N, SS인 반면, BOD, TOC와 $NO_3^-$는 낮은 저감효과를 보였다. 비점오염저감 및 유지관리측면에서 가장 유리한 초생대 초종은 잔디로 평가되었다. 본 연구결과를 통해 우리나라 농촌지역 밭 비점오염저감을 위한 관리기법으로 초생대가 효과적으로 활용가능하리라 사료되며, 보다 장기적이고 다각적인 현장실험을 통해 초생대 현장적용을 위한 설계 지침서 개발이 요구된다.

• Journal of Ecology and Environment
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• 제29권3호
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• pp.295-303
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• 2006

국내의 산불 피해지에서 식생 복구를 위해 주로 적용되는 단순 개별과 조림은 초기에 토사 유출을 과도하게 발생시킬 수 있으므로, 토양 안정화를 위해서 조림 복구 시기의 조절을 고려해야 하고, 자연 복원력이 낮은 지역에는 토양 안정성을 증진시키는 사면 처리가 필요하다. 본 종설에서는 주로 북미와 유럽 지역에서 산불 피해 산림의 토양 보존을 위해 수행되었던 대표적인 사면 처리 기술인 씨뿌리기, 멀칭, 통나무 경사막이 등의 효과에 대하여 고찰하였다. 씨뿌리기는 가장 널리 사용되고 있는 방법임에도 불구하고 식생 피도와 토양 침식에 미치는 영향은 분명치 않으며, 자생 식물의 재생을 저해하는 부정적인 효과가 밝혀졌다. 멀칭은 토양 침식의 감소에 효과적이지만, 역시 외래 식물종의 도입과 자생종 재생의 저해라는 부정적인 효과도 있음이 밝혀졌다. 통나무 경사막이의 효과에 대한 연구는 극히 제한적이지만, 강우량이 적은 시기에는 효과가 있으나 많은 시기에는 효과가 뚜렷하지 않다는 연구가 보고되어 있다. 이와 같이 산불 피해지의 사면처리는 자연 복원력이 높은 지역에 불필요하게 적용하였을 때 오히려 부정적인 영향을 줄 수 있음으로, 자연 복원력이 낮으며 자생종의 재생보다 강우 및 토사 유출의 감소가 시급한 지역에 선택적으로 처리하는 것이 바람직하다. 또한 강우 및 토사 유출 감소 여부, 외래 식물종의 도입, 멀칭으로 인한 식생 재생의 저해 등과 관련한 장기적인 모니터링이 필요하다고 판단된다.

• 생태와환경
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• 제35권1호통권97호
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• pp.36-44
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• 2002

본 연구는 1993년부터 2000년까지 소양호의 총인, 총질소, 전기전도도, 엽록소의 시${\cdot}$공간적 경향을 통계기법을 적용하여 파악하였다. 호수내의 수질특성은 연간강우량 및 수계의 유입량에 의해 변동되었으나, 변동 정도는 조사지역에 따라 역동적인 차이를 보였다. 맨-켄달검정법 (Mann-Kendall test)으로 연별 수질변화를 분석한 　결과,　전기전도도, 총인, 엽록소-a는 8년 동안 모든 지점에서 증가 및 감소 경향이 없으나 TN은 극히 미약하게 감소하는 경향을 보였다. 총인은 유입량 및 강우에 의해 결정되는 것으로 밝혀졌다. 공간적 분석결과에 따르면, 전기전도도는 호수내 상류에서 하류로 감소하는 경향을 보였고 장마중 상류에서는 집중 강우동안 최소값을 보이고 하류에서는 수체류　현상으로 10월에 최소값을 나타냈다. 총인 및 총질소는 장마중에 최대값을 나타내면서 전기전도_도의 변화 양상과 역관계를 나타냈다. 호수내 1차 생산력의 척도로서 측정된 엽록소-a의 농도는 영양염류의 농도 및 계절에 따라 큰 차이를 보였다. 계절별 총인에 대한 엽록소 농도의 회귀 분석결과에 따르면, 장마 전 및 장마 중에는 $R^2$값이 0.003이하이지만 장마후 $R^2$값은 0.82로서 조류생장이 인의 농도에 의해 결정되는 것을 확인하였다. 반면 질소의 농도는 계절에 상관없이 엽록소의 농도와 극히 미약한 관계를 보였다.