• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.34 no.3
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• pp.177-188
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• 2012

This study was mainly focused on the development of GIS based decision support system to easily make mitigation scenarios and to conveniently simulate water quality for TMDL. The study area was the 31km section of upper Sapgyo stream in Geum river basin, and QUAL2E model was adopted. GIS DB was built through the collection of the data which includes point/non-point source attributes and various thematic maps. The amounts of discharged loads of BOD, T-N and T-P from unit watershed were estimated respectively. Finally, the system, which can operate water quality simulation through simply modifying their values, was developed. The hypothetical three mitigation scenarios were applied, thereby the most efficient mitigation scenario could be chosen by comparison of the results based on GIS. Therefore, it is expected that the developed system can facilitate the decision makers to select the best alternative through the analysis of the available BMPs. Also, it can be used to develop new scenarios using different methods and algorithms. In the future, more study need to be made to enhance its applicability in the perspective of developing mitigation scenarios through the management of individual pollutant sources and extending study areas.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.31 no.3
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• pp.193-202
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• 2009

This study was conducted to identify the magnitude of first flush in small city urban area and to provide the basic information on the criteria of stormwater runoff management. Monitoring site was surrounded by residential area in Gumi city near to national industrial complex and the monitoring period was three months. Total watershed area was 24.9 ha, where 80% of the area is impervious (asphalt of pavement type). Periodic monitoring of conventional water quality parameters were conducted with six times of rainfall period. Event mean and site mean concentrations for all the parameters were calculated based on the analytical results. Particle size distribution was 9.82 ${\mu}m$ for $D_{0.1}$, 38.99 ${\mu}m$ for $D_{0.5}$ and 159.61 ${\mu}m$ for $D_{0.9}$ respectively. First flush phenomenon was detected highly in particulate solids than dissolved ones. The first flush criteria results by mass first flush contained between 44.4% to 58.5% pollutant mass during the first 30% of runoff volume. Mass first flush ratio and particle size distribution obtained in this study are expected to provide the basic information for the design and operation of non-point source treatment facility.

• Korean Journal of Environmental Biology
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• v.31 no.4
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• pp.440-447
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• 2013

The ecological health, based on the Index of Biological Integrity (IBI) and Qualitative Habitat Evaluation Index (QHEI) was evaluated in 10 stream sites of Southern Han River. Eleven parameters of 12 parameters (Karr 1981) were modified for the application of regional Korean circumstance. The ecological health, based on IBI grade, was in "good condition" and the IBI score ranged from 33 to 47. Nine parameters of the original 12-parameter metrics in QHEI model (Plafkin et al. 1989) were applied in the habitat assessment. The mean QHEI model values were judged as "partially supporting" and ranged from 75 (non-supporting) to 109 (supporting). Comparative analyses revealed that values of IBI and QHEI models were greater in Gj stream than Ig- and Dn streams. The analysis of fish compositions showed that the proportions of insectivore, omnivore, and carnivore were 61.9%, 19%, and 9.5%, respectively. According to tolerance guild analysis, sensitive species and tolerant species were 76.1% and 4.7%, respectively, indicating a healthy trophic state in terms of food chain. The analysis by habitat guild type indicated that riffle benthic species dominated (57.1%) when compared to water column species (28.5%). The introduced species and individuals with diseases or external abnormality were not observed. Overall, the model values of IBI and QHEI suggested that the ecological health was maintained well in this upstream region.

• Journal of the Korean Geographical Society
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• v.41 no.4 s.115
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• pp.418-434
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• 2006

The study was investigated to runoff characteristics of non-point pollutants according to rainfall in Kokseong river watershed. The result of which is as follows : First of all, major reason which affect the formation of water quality of Kokseong River is judged to be caused by non-point pollution source which flows out from farmland and residential area. Flow of rainfall effluent in the downstream in which direct flow components of urban district and combined sewer overflows of farmland was intervened faster than that in the upstream reacted more promptly. Generation of pollutants by non-point source shows increasing trend in general in accordance with the increase in the intensity of rainfall but it was affected by SS, BOD, COD and T-P in the upstream part whereas BOD, COD and T-N were significantly affected by beginning period of rainfall in the downstream. EMC in the downstream increased approximately 3-315 times as compared to upstream, particularly the discharge of SS5 and T-P were extremely increased. While surface flow out of rainfall effluent in the upstream was only 4.7%, the surface flow in the downstream took up as much as 29%, which was major reason for the increase of EMC. From the above contents, we can see that the change in water quality according to the increase and decrease of effluent at the time of rainfall showed very complex pattern depending on the type of land use, and it is judged that the most important thing for the administration of non-point pollution source is to come up with the solution for the reduction of effluent at the beginning.

• Journal of Soil and Groundwater Environment
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• v.22 no.6
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• pp.74-84
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• 2017

Soil erosion is often extreme in Korea due to high rainfall intensities and steep slopes, and climate change has also increased the risk of erosion. Despite its significane, erosion-induced soil organic carbon (SOC) emission and water resource loss are not well understood, along with the lack of an integrated surface soil erosion protection policy. Therefore, to design adequate protection policies, land users, scientists, engineers and decision makers need proper information about surface soil and watershed properties related to greenhouse gas emission potential and water conservation capability, respectively. Assuming the total soil erosion of $346Tg\;yr^{-1}$, soil organic matter (SOM) content of 2% (58% of SOM is SOC), and mineralization rate of 20% of the displaced carbon, erosion-induced carbon emission could reach $800Gg\;C\;yr^{-1}$. Also the available water capacity of the soil was estimated to be 15.8 billion tons, which was 14 times higher than the yearly water supply demand in Seoul, Korea. Therefore, in order to prevent of soil erosion, this study proposes a three-stage plan for surface soil erosion prevention: 1) classification of soil erosion risk and scoring of surface soil quality, 2) selection of priority areas for conservation and best management practices (BMP), and 3) application of BMP and post management.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.103-103
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• 2012

본 연구에서는 시험포장($1276.6m^2$)에서의 지표피복 BMPs (Best Management Practices) 시나리오를 적용하여 얻은 평균 유출저감율을 HSPF 모델에 적용하여 유역차원에서의 비점원오염 저감효과를 평가하고자 한다. 본 연구에서는 별미천 유역($1.21km^2$)을 대상으로 모형의 적용을 위한 입력자료로 기상자료와 지형자료를 구축하였으며 기상자료로 수원, 양평, 이천 기상관측소 자료를 구축하였으며, 지형자료로 격자크기 2m의 DEM (Digital Elevation Model)과 토지이용도는 2006년 5월 1일 QuickBird 영상을 제공받아 기존 환경부, 건교부, USGS의 토지피복분류체계 및 현장조사를 통하여 QuickBird 영상으로부터 추출 가능한 정밀농업정보에 대한 항목을 결정하였으며, 정사보정된 QuickBird 영상을 스크린 디지타이징 기법(On-Screen Digitizing Method)을 이용하여 총 21개 토지이용항목의 정밀토지이용도를 구축하였다. 실제모니터링으로 측정된 자료를 바탕으로 수위-유량곡선 산정 및 오염부하곡선을 선정, 2011년 6월 8일부터 10월 31일 분석기간으로 HSPF 모델링을 실시하였으며 모의결과 월별 통계에 따른 적용성 분석으로 RMSE (Root Mean Square Error) 는 1.15 ~ 1.76(mm/day), $R^2$는 0.62 ~ 0.78, Nash-Sutcliffe model efficiency (NSE)는 0.62 ~ 0.76로 모의치는 실측치와 유의성이 있는 것으로 분석되었다. 또한, Sediment, T-N, T-P의 $R^2$는 각각 0.72, 0.62, 0.63으로 상관성을 보이는 것으로 분석되었다. 시험포장으로부터 얻어진 event별 볏짚을 이용한 지표피복시나리오적용 후 밭에서의 평균 유출 약 10 % 유출율 감소 조건과 실제 평균 비점원오염 저감효과 89.7 % ~ 99.4 %의 결과로부터 지표피복효과의 침투효과를 HSPF 모델로 적용하기 위해 침투량(INFILT)를 조절하여 평균유출 약 10 %가 감소되는 16.0 mm/hr 값을 선정하였다. 그 결과, Sediment. T-N, T-P의 평균 저감율은 각각 87.2 %, 28.5 %, 85.1 %로 나타났으며 이는 시험포장에서의 실제 평균 비점오염 저감효과 89.7 % ~ 99.4 %에 근접함을 알 수 있었다. 이 결과로부터 침투량 조절에 따른 지표피복(침투짚단)효과는 Sediment, T-P에서 저감효율이 80 % 이상으로 높았지만 T-N은 약 30 %로 낮은 저감율을 보임으로써 저감효과가 크지 않음을 나타냈다.

• 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.607-607
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• 2012

국내에서는 최근 지구온난화에 따른 전 지구적 이상홍수의 발생으로 댐 붕괴 우려가 증대되고 있고, 이에 따른 주민들의 불안감도 고조되고 있는 상황이다. 특히 최근 집중호우의 증가와 태풍의 영향으로 대규모 수공 구조물의 설계빈도를 초월하는 폭우를 동반하고 있다. 실례로 20세기 들어 전 세계적으로 약 200건 이상의 댐 붕괴 사고가 발생하여 댐 하류 지역에 막대한 인명 및 재산피해가 발생하였다. 국내의 경우 "연천댐", "장현, 동막저수지" 붕괴 등과 외국의 경우 이탈리아의 Vaiont 댐과 미국의 Teton 댐 등의 사례가 있다. 이처럼 댐은 설계홍수량 이하의 경우에는 비교적 안전하게 홍수를 예방할 수 있으나 이보다 큰 규모의 홍수가 발생할 경우 그 피해 또한 엄청나다. 따라서 댐 붕괴 등의 비상상황이 발생하였을 때 하류 지역의 생명과 재산 손실을 최소화하고 댐의 물리적, 지형적, 구조적 특성에 따른 비상상황을 예상하고 이에 효율적으로 대처하기 위해 비상대처계획(Emergency Action Plan, EAP)과 같은 대책을 수립하게 되었다. 이에 본 연구는 댐의 비상대처계획 수립시 중요한 사항 중 하나인 홍수류 해석을 실시하였다. 현재 국내에서 댐 붕괴 홍수류 해석은 주로 그 안전성과 정확성이 검증된 Fread(1984)의 1차원 모형인 DAMBRK 모형을 이용하여 댐 붕괴 홍수류 해석을 실시하고 있다. 이 DAMBRK 모형을 이용하여 실제 붕괴 사례인 1982년 미국 콜로라도에서 발생한 Lawn Lake 댐의 붕괴 홍수류 해석을 실시하였다. Lawn Lake 댐은 콜로라도 록키 마운틴 국립공원에 위치한 약 8m 높이의 필댐으로 댐 붕괴로 인하여 830,000 의 물이 유출되었으며, 3명이 사망하고 3,100만달러의 손해를 일으켰다. 다음과 같은 실제 붕괴 사례를 댐의 제원과 홍수량을 이용하여 DAMBRK 모의를 실시하였으며 모의한 결과와 실측치와의 비교를 해보았다. 본 연구에서 모의한 결과는 댐 최대 붕괴 유출량은 잘 나타내었지만, 지점별 최대 유량 및 홍수파 도달시간에 관련해서는 다소 차이를 보였다. 이는 조도계수의 변화에 따라 지점별 최대 유량과 홍수파 도달시간, 그리고 홍수위가 달라지는 것임을 확인하였고 실제로 Lawn Lake 댐이 붕괴되어 흘러들어가는 Roaring 강의 댐 붕괴 잔해나 하상 변화를 모르기 때문에 조도계수의 실측치는 모의값 보다 훨씬 클 것으로 예상된다. 본 연구를 통해 비상대처계획 수립시 홍수류 해석을 할 때 조도계수의 변화에 따라 모의 결과 및 범람범위가 달라질 수 있으니 조도계수의 채택에 있어 신중하고 정확한 판단이 필요할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.521-521
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• 2012

우리나라는 산악지역이 국토의 대부분을 차지하고 있어 전체유역을 놓고 볼 때 대하천이 차지하는 부분보다는 중소하천이 차지하는 부분이 상대적으로 크고, 교량의 길이가 짧은 소교량이 수적으로 많은 부분을 차지하고 있다. 그중에서도 특히 중소하천의 유량은 시간적으로 매우 빠르게 변화하며 유속 또한 급속히 빨라져 하상의 변형이 순식간에 일어나고 있다. 이와 같은 시간적, 공간적인 호우특성과 지형특성으로 인하여 중소하천에 위치한 교량은 특히 세굴에 매우 취약함을 보여주고 있다. 하천에 건설되는 교량의 수명이나 안정성에 세굴이 미치는 영향은 매우 크며, 특히 우리나라와 같이 홍수 시 단기간에 걸쳐 유량이 급증하는 경우 유속에 의한 교량 기초의 급격한 세굴은 예상치 못한 교량 붕괴 사고를 초래할 수 있다. 현재 국내 소하천에 설치된 교량은 약 3,470개소(지방도 기준)로 다양한 하부구조로 설계되어 있다. 이렇게 하천 내에 세워진 교량과 같은 횡단 구조물들은 그 크기에 상관없이 하천의 형태에 영향을 미치게 된다. 그중에서 교량 세굴은 하천 횡단구조물로 인하여 발생되는 가장 중요한 문제 중의 하나로써 교량 건설 시 교각에 영향을 주는 세굴을 예측하고 방어하기 위하여 다양한 방정식을 통하여 신설교량의 교각세굴을 예측한다. 하지만 대부분의 교량 세굴 공식들은 실험실에서의 실험 결과를 토대로 개발되었기 때문에 이들 공식들이 산정한 국소 세굴량이 얼마나 정확한지는 실제 현장 관측 자료와의 비교를 통해서만 검증할 수 있다. 세굴 공식들의 산정 결과를 현장 실측자료와 비교하는 연구는 그 동안 다양하게 시도되었으나, 통일된 결론에는 도달하지 못하고 있다. 본 연구에서는 기존의 세굴깊이 산정 시 일반적으로 사용되어지고 있는 세굴공식들 중 소하천 교량 규모에 적용 가능한 공식들을 선별하고, 각 세굴심 추정공식에 속한 변수별 특성분석을 위하여, 5가지의 독립변수를 설정하여 국부세굴의 현장 측정값과 예측공식의 비교결과에 대하여 불일치율을 비교분석하였다. 그 결과, 모든 공식들의 불일치율의 기하 평균이 1보다 큰 것을 보여주고 있다. 즉, 모든 공식들이 과대 추정의 의미로 정확성면에서 우수한 공식들은 불일치율의 기하 평균이 1에 가깝고 기하 표준편차가 작은 공식들이 나타났으며, 이런 점에서 Froehlich 공식, Inglis-Poona II, Blench-Inglis I, Breusers 공식 등의 기하평균이 1에 가장 근접한 결과를 나타내었다. 각 세굴공식 세굴심 산정결과의 불일치율을 각각 5가지의 변수별로 도시하여 분석하였으며, 그 결과로 소하천에 대하여 적용 가능한 공식과 소하천에 적용 시에는 과다추정의 우려가 있는 공식으로 분류되어 면밀한 검토가 필요할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.320-320
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• 2012

수문학적 의미의 일반적인 물순환은 증발, 응결, 강수 등 태양에너지와 중력에 의해 전지구적으로 반복되는 물의 재생산과정을 의미한다. 최근 들어 토목분야에서 언급되기 시작한 물순환시스템은 수문학적인 물수지(water balance)에 저류, 공급, 처리, 재이용 등 인공적인 요소를 감안하여 대상지역의 적절한 수요, 공급을 유지하는 시스템을 의미한다. 생활에서 물이 차지하는 중요성을 감안할 때, 지역의 수문학적 특성과 문화, 경제적 여건을 고려한 효율적인 물순환시스템의 구축은 지역발전의 정도를 가늠할 수 있는 지표라 할 수 있다. 본 연구는 물산업 선진국인 영국과 미국의 지역 물순환시스템 설계사례를 조사하고 초기단계인 국내사례와 비교하여 향후 설계지침 개발의 기초자료로 활용하기 위하여 수행되었다. 선진사례 조사는 2009년 이후 미국과 영국에서 수행된 세 건의 물순환 현황조사(water cycle study)와 미국에서 개발된 설계최적화 프로그램을 분석하였고, 국내사례로는 파주운정지구와 광교신도시 개발 시 수행된 물순환시스템 구축사례를 조사하였다. 해외 선진국 사례조사 결과, 물순환시스템 구축은 공통적으로 물순환망 현황조사, 물순환 계획수립, 지역현황 조사, 적용가능 기술조사, 설계 등 5단계를 거쳐 수행되었다. 이 중 가장 중요한 단계는 지역의 물수지와 가용 물 수요 및 공급 시스템을 조사하는 물순환망 현황조사로, 지역의 needs를 정확히 파악하고 양적, 질적 공급목표를 적절하게 선정하여 가장 효율적인 물순환망 계획을 수립하는 바탕이 되었다. 지역현황은 지역 법규 및 투자계획, 사회변화 예측 등 사회적 요소를 고려하는 단계로, 물순환 설계 선진사의 설계 최적화 프로그램의 경우 이러한 지역현황과 사회적 변화 예측의 반영에서 차별성을 갖고 있었다. 적용가능 기술조사의 경우 친환경, 저에너지 기술이 부각되던 추세에서 최근에는 지속가능성이 주요 고려사항 이었다. 국내사업 사례의 경우 규모가 작아 직접적인 비교가 불가하였으나, 5단계의 복잡한 최적화단계가 아닌 물순환망 분석결과와 이해당사자(stakeholders)의 needs를 바탕으로 치수안정성, 친수환경 보장 등의 목표를 수립하였다. 국내에서도 향 후 유역규모(watershed scale)의 대형 물순환기반 복합개발사업이나 대규모 해외사업 참여 시 필요한 기술력 축적의 차원에서 단계별 check list를 포함한 한차원 높은 물순환 설계지침 마련이 필요한 시점이라 하겠다.