• 한국물환경학회지
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• 제36권4호
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• pp.284-299
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• 2020

Dam reservoirs play a particularly crucial role in processing the allochthonous and the autochthonous dissolved (DOC) and the particulate (POC) organic carbon and in the budget of global carbon cycle. However, the complex physical and biogeochemical processes make it difficult to capture the temporal and spatial dynamics of the DOC and the POC in reservoirs. The purpose of this study was to simulate the dynamics of the DOC and the POC in Daecheong Reservoir using the 3-D hydrodynamics and water quality model (AEM3D), and to quantify the mass balance through the source and sink fluxes analysis. The AEM3D model was calibrated using field data collected in 2017 and showed reasonable performance in the water temperature and the water quality simulations. The results showed that the allochthonous and autochthonous proportions of the annual total organic carbon (TOC) loads in the reservoir were 55.5% and 44.5%, respectively. In season, the allochthonous loading was the highest (72.7%) in summer, while in autumn, the autochthonous loading was the majority (77.1%) because of the basal metabolism of the phytoplankton. The amount of the DOC discharged to downstream of the dam was similar to the allochthonous load into the reservoir. However, the POC was removed by approximately 96.6% in the reservoir mainly by the sedimentation. The POC sedimentation flux was 36.21 g-C/㎡/yr. In terms of space, the contribution rate of the autochthonous organic carbon loading was high in order of the riverine zone, the transitional zone, and the lacustrine zone. The results of the study provide important information on the TOC management in the watersheds with extensive stagnant water, such as dam reservoirs and weir pools.

• 생태와환경
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• 제51권1호
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• pp.86-95
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• 2018

본 연구의 목적은 국가하천의 생태건강도 평가, 보존 및 관리를 위해 현재 국가에서 이용되는 확립된 하천다변수 모델이 개발되기 이전의 초기에 개발된 어류를 이용한 생물통합지수에 기반을 둔 생태건강도 평가모델을 소개하는 것이다. 초기의 어류를 이용한 IBI 모델은 2004~2006년 사이에 개발되었고, 연구 초기에 건강성 평가모델은 10개 메트릭 모델로 구성되었고, 이후에 현재 국가에서 어류에 의거한 생태건강성 평가를 위한 8개 메트릭 모델로서 4대강 수계의 하천 및 강들에 적용하기 위해 최종적으로 확립되었다. 본 논문에서는 어류조사법이 어떻게 확립되었고, 어떻게 메트릭 속성이 선정되었는지를 설명하며, 어류메트릭 모델 개발과 함께 내성도 길드 및 트로픽 길드가 어떻게 분류체계를 대별하게 되었는지를 제시한다. 초기에 제시된 10개의 메트릭 모델은 현재 쓰는 8개의 메트릭 모델로 전환되었고, 이 모델에서는 초기모델에서 포함된 M2 및 M7 메트릭이 제거되었다. 또한 초기에는 건강도의 기준이 6개 범주로 나누었으나, 현재는 4개 범주 (최상, 양호, 보통, 불량)로 대별하여 이용하고 있다. 이런 초기의 모델은 4대강의 여러 강 및 하천에 적용평가 되었다. 2000년대 초반에 모델 개발을 위해 어류 IBI 값들은 화학적 변수(BOD, COD: 유기물 오염 지표) 및 물리적 서식지 변수들과의 값들과 비교평가 한 후, 화학적 지표를 이용한 수질과 물리적 서식지 변수를 이용한 서식지 건강성을 비교 평가하여 왜 차이가 나타나는지를 설명하였다. 이런 초기의 IBI 모델 개발 프로세스는 적용된 IBI 모델 및 메트릭 속성의 확립을 이해하는 데 도움이 될 것이다. 따라서, 이런 노력은 하천 및 수계 관리자들에게 뿐만 아니라 육수학자 및 어류 생태학자들에게 효율적인 생태계 보존 및 관리전략을 제공할 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제40권6호
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• pp.469-483
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• 2007

질산성질소와 염소이온은 지하수에서 흔히 나타나는 항목으로서 농약의 사용이나 도시화 등에 의하여 주로 발생한다. 일반적으로 동일 지점의 지하수 수질 자료는 관측망의 경우를 제외하고는 샘플의 수가 제한적이기 때문에 시계열 자료를 활용한 추세 평가에 한계가 있다. 본 연구에서는 제주도 수계의 분포 특성, 저지대의 낮은 지형 경사, 수리적 특성 및 다공질 지질 특성 등을 고려하여 $500m{\times}500m$ 간격의 격자를 작성하고 격자내에 포함된 수질검사 자료를 모두 취합하여 시계열 데이터를 형성한 후 Sen의 방법을 활용한 수질 추세분석을 실시하였다. 염소이온 농도의 경우에는 추세평가 대상 격자의 10.6%, 질산성질소의 경우에는 22.4%가 1990년대 상반기에서 2000년대 초까지 상향 추세를 보이는 것으로 나타났다. 특히 질산성 질소의 상향 추세는 서부 및 남부의 하부 중산간 지역에 뚜렷하게 나타났다. 이와 간은 원인은 1990년대 이후의 중산간 인근 지역의 개발에 따른 도시화 등에 의하여 나타난 것으로 추정되었다. 본 연구 결과, 제주도 지역의 지하수 관리 정책은 중산간 지역의 수질 변화와 토지이용 변화 등을 충분히 고려하여 추진되어야 함을 알 수 있었다.

• 한국물환경학회지
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• 제28권3호
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• pp.375-383
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• 2012

Soil erosion has been emphasized as serious environmental problem affecting water quality in the receiving waterbodies. Recently, Best Management Practices (BMPs) have been applied at a field to reduce soil erosion and its effectiveness in soil erosion reduction has been monitored with various methods. Although monitoring at fields/watershed outlets would be accurate way for these ends, it is not possible at some fields/watersheds due to various limitations in direct monitoring. Thus modeling has been suggested as an alternative way to evaluate effects of the BMPs. Most models, which have been used in evaluating hydrology and water quality at a watershed, could not reflect rainfall intensity in runoff generation and soil erosion processes. In addition, source codes of these models are not always public for modification/enhancement. Thus, runoff-sediment evaluation system using hourly rainfall data and vegetated filter strip (VFS) evaluation module at field level were developed using open source MapWindow GIS component in this study. This evaluation system was applied to Bangdongri, Chuncheonsi to evaluate its prediction ability and VFS module in this study. The NSE and $R^2$ values for runoff estimation were 0.86 and 0.91, respectively, and measured and simulated sediment yield were 15.2 kg and 16.5 kg indicating this system, developed in this study, can be used to simulate runoff and sediment yield with acceptable accuracies. Nine VFS scenarios were evaluated for effectiveness of soil erosion reduction. Reduction efficiency of the VFS was high when sediment inflow was small. As shown in this study, this evaluation system can be used for evaluation BMPs with local rainfall intensity and variations considered with ease-of-use GIS interface.

• 한국물환경학회지
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• 제25권4호
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• pp.589-596
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• 2009

The spectroscopic characteristics and chemical oxygen demand (COD) oxidation efficiencies were investigated for dissolved organic matters (DOM) from diverse sources, which may indirectly affect the concentrations and the quality of DOM found in watersheds. The DOM investigated for this study showed a wide range of the percent distributions of refractory organic matter (R-OM) from 8 to 100%. Relatively high R-OM distributions were observed for the DOM with the source of head water, sediments, paddy soils, field soils, and treated sewage whereas the DOM from livestock waste, reed, weeds, algae, and attached algae exhibited lower R-OM percent distributions. The percent distribution of R-OM had positive correlations with specific UV absorbance (SUVA) and humidification indices (HIX) of DOM. The investigated DOM was classified into four different source groups (i.e., biota, vegetables, soils, sediments) by comparing the synchronous fluorescence spectra. The DOM group from biota source was characterized by a prominent presence of protein-like fluorescence (PLF) whereas fulvic-like fluorescence (FLF) was additionally observed for vegetable-source DOM. FLF became significant for the DOM from both soils and sediments although no PLF was found for soil-derived DOM. A range of COD oxidation efficiency was observed for the various DOM, ranging from 36 to 94% and from 65 to 125% for $COD_{Mn}$ and $COD_{Cr}$, respectively. The results indicate that $COD_{Cr}$ reflects the higher OM concentration than $COD_{Mn}$. However, 95% confidence intervals of the COD oxidation efficiencies were similar for the two types of COD, suggesting that $COD_{Cr}$ may not be the superior OM index to $COD_{Mn}$ in terms of the variability of the oxidation efficiency. No significant correlations were obtained between COD oxidation efficiencies and the spectroscopic characteristics of DOM for this study.

• 한국수자원학회논문집
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• 제40권7호
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• pp.555-570
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• 2007

도시화에 따른 기후변화가 연 물수지에 미치는 영향을 분석하기 위하여 전국 56개 기후관측지점을 중심으로 반경 10 km에 해당하는 $314\;km^2$의 면적을 연구지역으로 설정하였다. 연구지역 내에서 연 실제증발산량을 산정하였고, 도시화에 따른 연 유출량변화를 모의하기 위하여 연 물수지분석을 실시하였다. 연 실제증발산량 산정을 위하여 수문기후자료와 토지이용자료를 이용하여 추정된 식생지수를 이용하여 연구지역별 연 실제증발산량을 산정하였다. 여기서 연 실제증발산량은 Zhang et al.(2001)에 의해서 전 세계 250개 유역에서 장기간의 물수지분석으로부터 유도된 경험 공식을 적용하였다. 연구결과 도시화가 진행됨에 따라서 기준잠재증발산량의 증가추세를 보이고 있다. 따라서 도시화에 따른 기후변화가 연 실제증발산량을 증가시키는 요인과 도시화가 진행됨에 따라 주거지면적이 증가하여 지역 내의 연 실제증발산량을 감소시키는 요인이 복합적으로 작용하는 것으로 판단된다. 강수량자료의 분석 결과 연구기간 동안에 도시화에 따른 연 강수량의 뚜렷한 추세를 보이지 않고 있다. 도시화지역에서 연 유출량은 연 강수량의 변화에 직접적인 영향을 받고 있고, 실제증발산량의 변화정도는 연 강수량의 영향을 받음에도 불구하고 연 강수량에 비하여 그 편차가 크지 않다. 도시화에 따른 연 실제증발산량의 변화는 연 유출량에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 보이며, 도시화에 따른 연 유출량 변화는 크지 않은 것으로 판단된다.

• 한국농공학회지
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• 제23권1호
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• pp.49-63
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• 1981

본 연구는 3개의 서로 다른 농지보전처리를 가진 시험구 및 테라스처리가 없는 목초용 Bromegrass 시험구에 있어서의 강우, 유출현상과 토양유실 관계를 규명함으로써 합리적인 농지보전 대책과 작부체계를 제시코저 하는데 그 목적이 있다. 강우, 유출 및 토양유실에 관한 분석고찰은 3개의 농지보전 시험구에서는 5년간(1972-1976년)의 자료를 그리고 Bromegrass 목초시험구에서는 3년간(1972-1974년)의 자료를 대상으로 하였다. 3개의 농지보전처리구는 첫째로 Non-terrace에 추경 춘조파형식의 관행법에 의한 비처리구와 둘째로 급역구배 테라스를 가진 초생수로에 가을 수확시 crop residue를 남겨두고 봄에 경작조파하는 Till plant system을 가진 초생수로구 그리고 마지막으로 지하배수와 함께 역구배 Terrace를 구비한 조파의 Till plant system 을 채용한 배수구를 나누어진다. Bromegrass 처리구는 Terrace나 기타 농지보전책이 없는 목초용 시험구이다. 이상의 연구에서 얻어진 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 시험기간대의 평균강수량은 네브라스카 링컨 지방의 76년간의 평균치, 728mm보다 66mm가 적은 662mm이였고 1974년과 1975년은 평균치보다. 300mm나 적은 극히 건조한 해 이였으며 1972년과 1976년은 거의 평균강수량에 가까웠고 1973년만은 평균치보다. 240mm나 더 많은 다우년 이었다. 2. 관행의 작부체계를 가진 비처리구에서의 연평균 유출고(2.44cm)는 역구배의 Terrace를 가지고 Till plant system을 채택한 초생수로구의 유출고(2.42cm)와 거의 유사하나 치였다. 3. 배수처리구로부터의 유출은 3개의 농지보전 처리구 중에서 5년간의 평균치가 1.57cm/year로 초생수로구와 비처리구의 유출보다 35%나 적은 가장 낮은 결과를 나타내었다. 4. Bromegrass 목초처리구에서의 유출은 방목정도에 따라서 영향되었다. 1972년의 무방축시 유출은 다른 3개 추리구로 부터의 유출으 7 내지 19%내인 0.07cm 정도였으나 1973년과 1974년의 방축년에는 조차 3개 처리구(3.4-5.18cm)에 필적되는 연평균 4.16cm로 나타났다. 5. 전체 시험구로부터으 연평균 토양유실량은 Sharpsburg 점질양토에 대한 S.C.S 한계허용치 10ton/ha/year 이내로 나타났다. 비처리구에서의 토양유실량은 평균 2.56ton/ha/year로 높게 나타난 반면 3개의 서로 다른 추리구인 비수구, 초생수로구 및 Bromegrass구에서는 각각 0.152, 0.192 및 0.290ton/ha/year로 낮은 결과를 가져왔다. 6. 평균 침전량에 대한 L.S.D. 검정 걸과 전시험구중 비처리구가 고도의 유의차를 나타낸 반면 비수구, 초생수로구 및 Bromegrass 목초구 간에는 아무런 유의차가 인정되지 않았다. 7. 농지보전 처리구인 배수구와 초생수로구는 비처리구에 비해 낮은 침두 유출량과 낮은 토양유실량을 나타내었다.

• 한국농공학회논문집
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• 제59권3호
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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.

• 한국농공학회논문집
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• 제62권1호
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• pp.1-16
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• 2020

APEX 모형은 다양한 영농 활동의 토양과 물환경에 대한 영향을 필지 및 유역 규모로 평가하기 위해 개발된 모형이다. 최근 APEX의 주요 기작을 바탕으로 논에서의 수도작 운영에 따른 물수지, 양분 유출에 대한 모의가 가능하도록 한 APEX-Paddy가 고안된 바 있다. 본 연구에서는 익산 지역의 논 시험포 모니터링 자료를 이용하여 APEX-Paddy 모형의 적용성을 평가하고자 하였다. 2013년과 2014년의 논 유출량과 부하량 자료를 수집하고 자동보정 툴 APEX-CUTE 4.1과 추가적 수동보정을 통해 모형의 모의성능을 검토하고 한계점을 고찰하였다. 연구결과, 논의 물수지와 질소 배출부하량은 대체로 합리적인 수준의 모의성능을 보이는 한편 유사량과 인 배출부하량 모의에 있어 논의 담수상태 유사배출 기작에 대한 고려가 미흡하여 모의성능에 한계가 있는 것으로 분석되었으며 원인에 대해 고찰하였다. 더불어 자동보정 툴의 적용에 있어 매개변수 민감도를 바탕으로 한 수동보정 결과보다 정확도가 다소 떨어지는 경향을 보여 그 활용에 유의가 필요한 것으로 판단되었다.

• 환경생물
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• 제17권3호
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• pp.345-358
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• 1999

본 연구는 온천 배수의 유입이 소형 하천의 부착조류군집에 미치는 영향을 조사하기 위하여, 전북 고창군 석정온천에 발원하는 하천과 그 주변의 소형 하천을 대상으로 1996년 2월부터 1998년 9월까지 계절별로 조사하였다. 온천 배수의 유입이 직접 일어나는 지점에서는 저온기에 남조의 Oscillatoria와 Phormidium이 중심이 된 독특한 남조피막이 형성되었다. 특히, 부착조류의 출현 및 군집구조는 온천 배수의 영향 하천과 비영향 하천간에 뚜렷한 차이를 보였는데, 전체적으로 조사시기에 상관없이 규조의 높은 종 출현(전체의 58%)과 남조강의 높은 생물량(전체의 67%)이 대조적이었으며, 전자는 하천의 하류에 주로 분포하고, 후자는 집중적으로 상류에 분포하였다. 이러한 현상은 동계에 뚜렷하였으나, 계절이 전환되면서 보이지 않았다. 녹조와 유글레나류 등은 계절 및 지점에 큰 영향을 보이지 않았다. 대부분의 환경요인들은 하천방향을 따라 강하게 감소하였으나, 질산성 질소는 하천방향에 따라 다소 증가하였다. 본 조사하천은 온천 이용이 저온기에 집중됨으로서, 배출지점에 남조피막과 같은 독특한 하천생태계가 형성되지만, 하천방향에 따라 비영향 하천의 유입, 남조피막과 하천퇴적물과의 상호작용 등에 의한 화학물질의 빠른 감소로 하천의 하류로 갈수록 심한 오염현상은 발견되지 않았으나, 온천배수의 지속적인 유입이 이루어진다면, 하천의 퇴행적 천이가 빠르게 진행될 것으로 예상되었다.