• Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.63 no.2
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• pp.51-60
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• 2021

Effective nonpoint source (NPS) pollution management requires frequent water quality monitoring, which is, however, often costly to be implemented in practice. Statistical techniques and machine learning methods allow us to identify and focus on fundamental environmental variables that have close relationships with NPS pollutants of interest. This study developed surrogate models to predict the concentrations of suspended sediment (SS) and total phosphorus (T-P) from turbidity and runoff discharge rates using multiple linear regression (MLR) and random forest (RF) methods. The RF models provided acceptable performance in predicting SS and T-P, especially when runoff discharge rates were high. The RF models outperformed the MLR models in all the cases. Such finding highlights the potential of RF techniques and models as a tool to identify fundamental environmental variables that are measured in relatively inexpensive ways or freely available but still able to provide information required to quantify the concentrations of NP S pollutants. The analysis of relative importance rates showed that the temporal variations of SS and T-P concentrations could be more effectively explained by that of turbidity than runoff discharge rate. This study demonstrated that the advanced statistical techniques such as machine learning could help to improve the efficiency of NPS pollutants monitoring.

• Korean Journal of Fisheries and Aquatic Sciences
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• v.54 no.6
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• pp.1030-1035
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• 2021

Diving fishermen are demanding permission to use an inspirator that can efficiently catch Manila clam; however, coastal fishermenargue that the use of inspirator devastates the seabed and depletes fishery resources. Therefore, the aim of this study was to evaluate the fishing power of diving gears and its effect on coastal fishing grounds. The average time taken to fish in the seabed (4 m²) with a rake, water gun, and an inspirator was 11.17 min, 13.33 min and 7.81 min, respectivelyThe values of catch per unit time with a rake, water gun, and an inspirator were 3.35 kg/min, 2.26 kg/min, and 3.83 kg/min, respectively. Suspended sediments were observed the most in the water gun fishing area, and were observed more in April when fishing was not carried out than in February when fishing was carried out. However, the difference in the amount of sediment deposited in the fishing area using the three-fishing gears was very small. For an accurate analysis of the impact of the fishing gears on the seabed, supplementary tests such as grain size analysis and changes in benthic organisms need to be conducted.

• Journal of Korean Society on Water Environment
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• v.39 no.1
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• pp.38-45
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• 2023

In this study, the removal efficiency of road sweeping and sand filter facility for removing total suspended solid (TSS) as nonpoint source pollution from expressway was evaluated for the last 10 years (2012~2021) using ROADMOD. ROADMOD is a screening level model and was calibrated for runoff rate and TSS loading both at the inlet, which is the loading from the drainage area, and the outlet, from the sand filter facility. The drainage area is 715 m² and the dimensions of sand filter facility are 1.5 m (wide) × 3.8 m (length) × 1.5 m (depth). The monitoring period for model calibration was the rainfall event during Aug. 31~Sep. 1, 2021 and the amount of rainfall was 74.5 mm. As a result of calibration, the determination coefficients (R²) of the flow rate were 0.66 and 0.86, for the inlet and outlet, respectively, and those of TSS loading were 0.50 and 0.84, for the inlet and outlet, respectively. Considering that ROADMOD is a screening level model, the calibration results were reasonable to evaluate the best management practices (BMPs) on the expressway. Using ROADMOD simulation results for 2012~2021, the average yearly runoff rate from the expressway was 82% and removal efficiency was 9% for road sweeping, 35% for sand filter facility, and 39% for both road sweeping and sand filter facility.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.134-134
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• 2023

하천의 유사량 측정은 수량·수질 관리에 있어 유량 자료와 함께 필수적인 자료로 다지점에서 연속적으로 측정된 자료가 필요하다. 하지만 현재 부유사 측정 방법은 부유사채집기를 통해 조사가 이루어져 인력, 비용, 안전의 문제로 지점 확대와 연속 측정이 어려운 상황이다. 이러한 문제를 해결하기 위한 대안으로, 센서 기반의 유사량 측정 기술이 개발되어 실용화를 위한 연구들이 수행되고 있다. 특히, 연속적인 유량측정을 목적으로 사용되고 있는 자동유량관측소에 설치된 H-ADCP의 초음파산란도를 이용한 부유사농도 측정 방법은 기 구축된 인프라를 활용하므로 경제적으로 유리하며, 유량자료를 동시에 측정하므로 실시간의 부유사량 자료를 생산할 수 있는 장점이 있다. 이에 본 연구에서는 국가하천에 설치되어 운영 중인 자동유량관측소 H-ADCP의 초음파산란도를 활용하여 연속적인 부유사농도 측정을 위한 기술 개발과 기술 적용을 위한 기준 및 지침을 마련하고자 하였다. 초음파산란도를 활용한 부유사농도 측정 방법의 적용성 검토를 위해 2015년부터 2022년까지 자동 관측소 기준 유사량 측정이 이루어진 지점을 대상으로 자료를 수집하여 지점별 초음파산란도-부유사농도 관계식을 개발하여 분석을 수행하였다. 그리고 테스트베드에서 실시간 운영을 통해 초음파산란도를 활용한 부유사농도 측정 방법의 기술 개선과 분석 절차 및 기준 등 실무적 고려사항을 검토하여 실용화를 위한 지침 및 표준안을 마련하고자 하였다. 본 연구결과를 통해 기존 부유사채집기와 정확도를 분석한 결과, 기존 부유사대비 약 80%의 측정정확도를 보이는 것으로 나타났으며, 10분 간격의 부유사농도의 측정을 통해 홍수기 유사의 이력현상의 분석이 가능함을 확인 할 수 있었다. 추후에는 본 연구 성과를 통해서 개발한 기술을 시범 확대 적용하여 지속적인 기술의 개선과 측정기준을 제시하고, 유지관리 등에 대한 검토를 수행할 예정이며, 실용화를 통해 유사량 조사지점의 확대와 연속적인 유사량 자료를 생산하는데 기여할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.489-489
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• 2023

최근 유량 측정을 위해 사용되는 ADCP를 통해 부가적으로 측정되는 초음파산란도 자료를 활용하여 부유사농도를 측정하는 연구가 수행되고 있다. 이에 국내에서는 국가하천에 설치되어 있는 자동유량관측소의 초음파산란도를 활용하여 연속적인 부유사농도를 측정하는 연구가 수행되고 있다. 이를 통해 10분 단위로 연속적인 유사량 자료를 생산할 수 있을 것으로 기대되며, 현재 유사량 측정결과의 제공을 위해 사용되는 유량-유사량 관계곡선의 산포로 인한 신뢰도 문제를 개선할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 그러나, 이미 설치된 자동유량관측소의 H-ADCP 원시데이터를 활용하여 다지점에서 부유사농도를 측정에 대한 분석을 수행하기 위해서는 초음파산란도의 보정, 관계식 개발, 관계식 적용을 통한 유사량 측정 결과의 분석을 위한 소프트웨어 개발이 필요하다. 이에 본 연구에서는 초음파산란도 자료를 이용하여 부유사농도를 분석할 수 있는 소프트웨어 개발하고자 하였다. 개발된 소프트웨어는 Microsoft Visual Studio를 이용하여 C# 언어를 사용하여 개발하였으며, ComponentOne 라이브러리를 활용하여 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 구현하였다. 소프트웨어의 구성은 H-ADCP 원시자료와 실측 부유사농도 자료와의 시간동기화를 통해 동일시간에서 측정된 자료를 획득, 초음파산란도의 보정과 지표로 활용할 초음파산란도의 측정영역 분석, 초음파산란도-부유사농도와의 다중 회귀를 통한 관계식 개발 및 통계 분석결과 도출, 관계식을 활용한 부유사농도 계산을 수행할 수 있도록 구성하였다. 본 연구를 통해 개발된 소프트웨어를 통해 추후에 시범적용 예정인 자동유량관측소의 초음파산란도를 활용 부유사농도 측정 방법에 대한 분석 효율성을 향상시키고, 지속적인 개선을 통해서 실제 실무에서 활용이 가능할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.89-89
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• 2022

하천 합류부에 지천이 유입되는 경우 복잡한 3차원적 흐름 구조를 발생시키고 이로 인해 유사혼합 및 지형 변화가 활발히 발생하게 된다. 특히, 하천 합류부에서 부유사 거동은 하천의 세굴과퇴적, 하천 지형 변화, 하천 생태계, 하천구조물 안정성 등에 직접적으로 영향을 미치기 때문에 이에 대한 정확한 분석이 하천 관리 및 재해 예방에 필수적인 요소이다. 기존의 하천 합류부 부유사 계측 자료들은 재래식 채취 방식으로 수행되어 시공간적 해상도가 매우 낮아서 실측 자료만으로 합류부에서 부유사 혼합을 분석하기에는 한계가 존재하기에 대하천의 부유사 혼합 거동 해석에 수치모형이 주로 활용되어 왔다. 본 연구에서는 하천 합류부에서 부유사 거동을 공간적으로 정밀하게 분석하기 위해 드론 기반초분광 영상을 활용하여 하천 합류부에 최적화된 부유사 계측 방법론을 제시하였다. 현장에서 계측한 초분광 자료와 부유사 농도간의 관계를 구축하기 위하여 기계학습모형인 랜덤포레스트(Random Forest) 회귀 모형과 합류부에서 분광 특성이 다른 두 하천의 특성을 정확하게 반영하기 위한 가우시안 혼합 모형 (Gaussian Mixture Model) 기반 초분광 군집화 기법을 결합하였다. 본 연구에서 구축한 방법론을 낙동강과 황강의 합류부에 적용한 결과, 초분광 군집을 통해 두하천 흐름의 경계층을 명확히 구별하였으며, 이를 바탕으로 지류와 본류에 대해 각각 분리된 회귀 모형을 구축하여 복잡한 합류부 근역 경계층에서의 부유사 거동을 보다 정확하게 재현하였다. 또한 나아가서 재현된 고해상도의 부유사 공간분포를 바탕으로 경계층에서 강한 두 흐름이 혼합되어 발생한 와류(Wake)가 부유사 혼합에 미치는 영향을 규명하였고, 하천 합류부에서 발생하는 전단층의 수평방향 대규모 와류가 부유사 혼합 양상에 지배적 영향을 미치는 것으로 확인하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.252-252
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• 2022

최근 기존의 전통적인 부유사채집기를 활용한 유사량 측정방법의 대안으로 지속적인 유량측정을 목적으로 활용되고 있는 횡방향 초음파도플러유속계의 초음파산란도를 활용하여 부유사농도를 측정에 대한 연구가 수행되고 있다. 하지만, 하천에서 횡방향 초음파도플러유속계를 활용한 유사량 측정 연구는 현장에서 측정된 자료를 기반으로 분석이 수행되기 때문에 통제된 유사 조건에서의 유사의 농도 및 입도분포에 대한 사전 정보를 바탕으로 정밀한 분석의 어려움이 있다. 이에 본 연구에서는 안동하천실험센터 순환수로에서 균일한 입도를 가지고 있는 황토를 활용하여 주입량에 따른 초음파산란도의 변화와 동시에 측정된 LISST(laser in-situ scattering and transmissometry)의 부유사 농도와 입도 자료를 활용하여 유사공급에 따른 3Mhz의 단일 주파수를 사용하는 횡방향 초음파도플러유속계의 초음파산란도를 활용한 부유사농도 및 평균입경의 측정에 대한 연구를 수행하였다. 측정결과, 유사공급에 따라서 초음파산란도를 활용하여 부유사농도가 증가하는 경향을 나타내고 있었으며, 횡방향 초음파도플러유속계로부터 측정된 셀별 초음파산란도를 활용하여 부유사농도의 공간적인 분포의 분석이 가능함을 확인할 수 있었다. 그리고 유사감쇄계수를 활용하여 LISST로부터 측정된 평균입경과의 관계식을 개발하여 유사공급에 따른 평균입경의 변화를 측정할 수 있을 것으로 나타났다. 추후, 통제된 조건에서의 다양한 입도분포에 따른 실험을 통해 횡방향 초음파도플러유속계의 초음파산란도를 활용한 부유사농도 측정 정확도를 개선과 유사감쇄계수를 통해 평균입경을 측정하는데 활용이 될 것으로 판단된다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.26 no.5B
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• pp.557-562
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• 2006

In order to predict the dispersion of suspended sediment arising from dredging operation in port and navigation channel, a hybrid model for dispersive transport of turbidity plume was developed using Lee's(1998) hybrid method. Using hybrid modeling scheme advection-diffusion equation was solved by the forward particle-tracking method for advection process and by the fixed Eulerian grid method for diffusion process. To examine numerical model simulation in accuracy, the simulated results for 1-D, 2-D, and 3-D cases were compared with the analytical solutions including Kuo, et al's (1985) 3-D mathematical model. The model results were in a good agreement with the analytical solutions and mathematical model for the dispersion of turbidity plume.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.31 no.11
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• pp.1007-1018
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• 2009

Hydrocyclone is widely used in industry, because of its simplicity in design, high capacity, low maintenance and operational cost. The separation action of a hydrocyclone treating particulate slurry is a consequence of the swirling flow that produces a centrifugal force on the fluid and suspended particles. In spite of hydrocyclone have many advantage, the application for treatment of urban stormwater case study were rare. We conducted a laboratory scale study on treatable potential of micro particles using hydrocyclone filter (HCF) that was a combined modified hydrocyclone with perlite filter cartridge. Since it was not easy to use actual storm water in the scaled-down hydraulic model investigations, it was necessary to reproduce ranges of particles sizes with synthetic materials. The synthesized storm runoff was made with water and addition of particles; ion exchange resin, road sediment, commercial area manhole sediment, and silica gel particles. Experimental studies have been carried out about the particle separation performance of HCF-open system and HCF-closed system. The principal structural differences of these HCFs are underflow zone structure and vortex finder. HCF was made of acryl resin with 120 mm of diameter hydrocyclone and 250 mm of diameter filter chamber and overall height of 800 mm. To determine the removal efficiency for various influent concentrations of suspended solids (SS) and chemical oxygen demand (COD), tests were performed with different operational conditions. The operated maximum of surface loading rate was about 700 $m^3/m^2$/day for HCF-open system, and 1,200 $m^3/m^2$/day for HCF-closed system. It was found that particle removal efficiency for the HCF-closed system is better than the HCF-open system under same surface loading rate. Results showed that SS removal efficiency with the HCF-closed system improved by about 8~20% compared with HCF-open system. The average removal efficiency difference for HCF-closed system between measurement and CFD particle tracking simulation was about 4%.

• Journal of Environmental Impact Assessment
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• v.29 no.3
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• pp.157-181
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• 2020

Sediments from rivers, lakes and marine ports serve as end points for pollutants discharged into the water, and at the same time serve as sources of pollutants that are continuously released into the water. Until now, the contaminated sediments have been landfilled or dumped at sea. Landfilling, however, was expensive and dumping at sea was completely banned due to the London Convention. Therefore, this study applied contaminated sedimentation soil of 'Royal Palace Livestock Complex' as soil purification method. Soil remediation methods were applied to pretreatment, composting, soil washing, electrokinetics, and thermal desorption by selecting overseas application cases and domestically applicable application technologies. As a result of surveying the site for pollutant characteristics, Disolved Oxigen (DO), Suspended Solid (SS), Chemical Oxygen Demand (COD), Total Nitrogen (TN), and Total Phosphorus (TP) exceeded the discharged water quality standard, and especially SS, COD, TN, and TP exceeded the standard several tens to several hundred times. Soil showed high concentrations of copper and zinc, which promote the growth of pig feed, and cadmium exceeded 1 standard of Soil Environment Conservation Act. In the pretreatment technology, hydrocyclone was used for particle size separation, and the fine soil was separated by more than 80%. Composting was performed on organic and Total Petroleum Hydrocarbon (TPH) contaminated soils. TPH was treated within the standard of concern, and E. coli was analyzed to be high in organic matter, and the fertilizer specification was satisfied by applying the optimum composting conditions at 70℃, but the organic matter content was lower than the fertilizer specification. As a result of continuous washing test, Cd has 5 levels of residual material in fine soil. Cu and Zn were mostly composed of ion exchange properties (stage 1), carbonates (stage 2), and iron / manganese oxides (stage 3), which facilitate easy separation of contamination. As a result of applying acid dissolution and multi-stage washing step by step, hydrochloric acid, 1.0M, 1: 3, 200rpm, 60min was analyzed as the optimal washing factor. Most of the contaminated sediments were found to satisfy the Soil Environmental Conservation Act's standards. Therefore, as a result of the applicability test of this study, soil with high heavy metal contamination was used as aggregate by applying soil cleaning after pre-treatment. It was possible to verify that it was efficient to use organic and oil-contaminated soil as compost Maturity after exterminating contaminants and E. coli by applying composting.