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

• 해양환경안전학회지
• /
• 제14권4호
• /
• pp.257-266
• /
• 2008

PAHs는 인간활동에 의한 화석연료 이용으로 해양환경 중에 넓게 분포되어 있다. 환경 중 다양한 경로를 통해 해양으로 유입된 PAHs는 잠재적으로 해양 수서환경 생물에 대해서 발암성과 돌연변이를 일으키고 있다. 광양만은 여수화학공단, 광양제철소, 콘테이너부두가 위치해 있고 도시화가 진행되어 PAHs의 오염이 예상되는 해역이다. 본 연구는 광양만의 주상퇴적물에서 PAHs의 오염에 관한 연구를 수행하였다. 주상퇴적물은 1999년 7월에 4개 정점(A, B, C와 D)에서 채집하여 soxhlet extractor로 추출하고 GC-MS를 이용하여 PAHs 13종을 검출하였다. 주상퇴적물에서 13종 PAHs 화합물 모두가 검출되었으며, Total PAHs는 275.04${\sim}$2,838.6464(평균 406.43)${\mu}g/kg$ dry wt.의 범위로 검출되었고 분석한 PAHs 화합물 중 Naphthalene이 40.60${\sim}$2294.06${\mu}g/kg$ dry wt.로서 거의 모든 시료에서 가장 높게, Anthracene이 2.63${\sim}$11.30${\mu}g/kg$ dry wt.로서 가장 낮게 나타났다. Total PAHs와 PAHs 화합물의 상관관계는 Naphthalene, Acenaphthylene, Phenanthrene과 같은 저분자량 물질에서 상대적으로 높은 상관관계를 나타내었다. P/A(Phenanthrene/Anthracene)비와 F/P(Fluoranthene/Pyrene)비에 의한 기원의 형태는 연소기원과 유류오염기원의 복합적인 영향을 받는 것으로 나타났다. 광양만 주상퇴적물에서의 TotaI PAHs 농도는 생물학적 영향에 대한 기준(Biological effect guidelines)인 ER-L(Effect Range-Low), ER-M(Effect Range-Middle) 및 OAET(Overall Apparent Effect Thresholds)보다 적은 값을 보였다.

• 한국토양비료학회지
• /
• 제42권2호
• /
• pp.103-109
• /
• 2009

강원도 남부(영월)와 충북 제천, 단양 등지에 널리 분포하는 석회암에서 유래된 토양은 점토 및 철분함량이 많은 식질계 토양이며 pH와 염기포화도(base saturation)가 높은 붉은색 토양이다. 이 토양은 식양질과 식질 등의 세립(細粒)질로만 구성이 되어 있고 자갈이 있는 토양으로 분류된다. 따라서, 토양의 침투 및 투수속도가 우리나라 토양의 주 모재인 화강암이나 화강편마암 유래 토양과는 다른 양상을 보인다. 본 연구는 세립질 특성을 보이는 석회암 유래 토양의 지표면에서의 침투속도와 토양층위별 투수속도를 측정해 복잡하게 세분되어 있는 토양의 종류를 수문학적인 목적에 따라 단순화하기 위해 만든 수문학적 토양 유형으로 분류하고자 하였다. 실험을 위해 이용된 토양은 과림, 모산, 장성, 마지, 안미, 평안의 6개 토양통이었고 장력 침투계(disc tension infiltrometer)와 투수속도 측정계(Guelph permeameter)로 침투 및 투수속도를 측정했다. 현장 측정 이후 토양층위별로 시료를 채취하여 실험실조건에서 입도분포, 유기물함량을 측정했다. 토양통별 침투 및 투수속도를 측정한 결과는 유기물 층이 존재하는 과림통은 공극이 많고 토층 내에 나무 및 식물뿌리가 존재해 전체적으로 침투 및 투수속도가 빠른 특성을 보여 수문유형을 A로 분류하였다. 모산통은 토층 내에 자갈함량이 아주 높고 투수속도가 다른 토양에 비해 월등히 빠른 특성을 나타냈으나 50 cm이내에서 암반층이 존재하는 관계로 수문유형이 B/D로 분류되었다. 토층이 깊지 않은 장성통은 토층 내에 나무 및 식물뿌리가 많고 암석노출지가 존재해 침투속도가 빠름에도 불구하고 C/D 수문유형으로 분류됐다. 자갈이나 잔돌이 많은 마지통은 잔자갈이 존재하고 침투나 투수속도가 빠른 편으로 B유형이었다. 논으로 사용되는 안미통은 다른 석회암 유래토양에 비해 토층이 깊은 편이며 석회암 충적층에서 유래된 토양으로 선상지 및 곡간지에 분포한다. 관개된 상태에서 로타리 작업에 의해 표토의 특성이 교란되는 논으로 이용되는 특성 때문에 침투 및 투수속도는 느려 D유형으로 분류됐다. 잔돌이 존재하는 평안통은 석회암 붕적, 퇴적층으로부터 유래된 토양으로 산록경사지 및 선상단구에 분포하며 표토층인 A층에서 중 입상구조를 보이며 공극이 많고 작물뿌리가 매우 많아 침투속도는 빠르나 B층에서는 점토 함량이 감소했다 증가하면서 토성이 급격히 바뀌는 특성을 나타내 투수속도는 느린 값을 나타내 수문학적 토양유형은 D유형으로 분류됐다.

• 한국습지학회지
• /
• 제16권3호
• /
• pp.431-440
• /
• 2014

국내 10개 댐저수지 인공습지를 대상으로 수심분포, 유입량 및 유출량, 물흐름분포, 체류시간, 수처리효율, 종횡비, 개방수역/폐쇄수역 구성비 등 습지의 운영현황 및 구조적 형상에 대한 분석을 통해 인공습지의 수질정화기능을 회복시킬 수 있는 개선대책 및 운영방안을 제시하였다. 조사대상 인공습지의 처리수는 하수처리장 방류수 또는 하천수였으며, 처리수의 수질은 외국의 인공습지에 비해 전반적으로 낮은 것으로 나타났다. 특히 처리수의 BOD는 모든 습지에서 3 mg/L 이하로 매우 낮았는데, 이는 하수처리장의 고도처리 및 평수기 저농도 하천수 취입에 기인된 것으로 판단된다. 수처리효율은 TN이 7.6~67.6%(평균 24.9%), TP가 -4.9~74.5%(평균 23.7%)의 범위로 하수처리장 방류수를 처리수로 하는 인공습지에서 높은 값을 보였다. BOD는 -133.3~41.7% 범위로 습지에 따라 큰 차이를 보였으며, 대부분 습지에서 처리효율이 없거나 낮은 것으로 나타났다. 인공습지의 낮은 처리효율은 습지의 부적합한 종행비, 과도한 개방수역 면적 등의 구조적인 문제와 수위관리 미흡, 초기우수 취입시스템 및 운영관리 미흡, 강우시 모니터링 부재 등의 운영적인 문제에 의한 것으로 나타났다. 그러므로 댐저수지 인공습지가 비점오염 저감시설로서의 역할을 할 수 있기 위해서는 댐저수지 인공습지에 적합한 습지설계 및 운영방안이 필요하다. 또한 습지 운영매뉴얼에 비점오염물질이 유출되는 강우시 모니터링이 반드시 포함되어야 하며, 댐저수지 인공습지의 수처리효율도 강우시 모니터링 자료를 토대로 평가되어야 할 것이다.

• 아시안잔디학회지
• /
• 제24권1호
• /
• pp.45-49
• /
• 2010

환경문제를 야기 시킬수 있는 질소의 용탈에 관한 문제는 수많은 연구를 통해 그 결과를 문헌에서 찾아볼 수 있다. 그러나 대부분의 연구가 질소의 토양내 용탈에 관해서 이루어진 반면에 토양의 답압과 토양의 종류에 따라 질소의 용탈 정도에 관한 연구는 그 결과를 문헌에서 찾아 보기가 어렵다. 본 연구는 토양의 종류와 답압의 정도가 질소의 용탈에 미치는 영향 그리고 토양에 잔류된 질소가 켄터키블루그래스의 성장에 주는 영향에 대해서 알아보기 위하여 수행 되었다. 질소는 총 147 kg $ha^{-1}$이 12주 동안 3회에 걸쳐 나누어 시비되었다. 토양의 종류는 성분비율에 따라 76.0:24.0, 80.8:19.2, 87.0:13.0 그리고 93.7:6.3% (sand:soil)의 4가지로 구성이 되었다. 토양은 PVC 파이프에 30 cm 깊이로 조성이 되었으며 토양층 밑에 5 cm의 자갈층으로 구성되었다. PVC 파이프 밑부분의 구멍을 통해 질소용탈수의 수집을 용이하게 하였으며 질소외 영양성분을 위해 Hoagland solution에서 질소만 제외하여 사용되었다. 켄터키블루그래스의 질과 예초량이 매주 측정이 되었으며 예초물은 건물량 측정을 위해 예초후 67도에서 24시간 동안 건조되었다. 질소용탈수는 매주 PVC 파이프의 밑부분을 통해 매주 수집이 되었다. 6.1 J $cm^{-2}$ 이상의 답압에너지는 더 많은 표면배수의 가능성을 야기 시킬 수 있다. 3.0과 6.1 J $cm^{-2}$ 사이의 답압에너지는 다른 처리구에 비해 더 많은 건물량이 측정이 되었고 적은 질소가 용탈이 되었다.

• 한국습지학회지
• /
• 제21권4호
• /
• pp.384-391
• /
• 2019

최근 강우시 수계로 유출되는 비점오염물질로 인한 수질오염의 문제를 해결하고자 저영향개발(Low Impact development, LID)을 적용하고 있다. LID 시설 중 침투도랑 (Infiltration trench, IT) 과 침투화분 (Infiltration Planter, IP) 은 높은 침투율 및 침강지를 통한 오염물질 제거와 식생을 통한 영양염류 저감효율이 높다. 따라서 본 과제에서는 장기간 모니터링을 통한 침투도랑(IT)과 침투화분(IP)의 영양염류 오염물질 제거효율에 대해 분석하였다. 침투도랑(IT)과 침투화분(IP) 두 시설 모두 TSS 약 84%, TP 약 76%이상으로 제거효율이 높은것으로 나타났는데 이는 인의 화합물과 퇴적물간의 이온교환으로 인한 것으로 나타났다. 질소의 경우 침투화분시설(IP)의 제거효율이 침투도랑(IT)에 비해 약 28% 높은것으로 분석되었다. 이는 침투도랑(IT) 내 여재와 침강지에서의 침전을 통한 입자성 질소를 제거하는데 효과적이었으며, 암모늄질소(NH₄-N)와 아질산염 질소(NO₂-N)의 감소 및 질소(NO₃-N)의 증가는 질산화 및 탈질산화로 인한것으로 나타났다. 침투도랑(IT 모니터링 이벤트 중 강우강도가 11mm/hr로 강한 강우사상에서의 TN 및 TP의 저감효율은 각 34% 및 55%로 저감효율이 낮았으나, 5mm이하의 강우강도에서의 저감효율은 약 100%로 높은것으로 분석됬다. 반면 침투화분시설(IP)은 최대 강우강도 27mm/hr에서도 TN 및 TP의 저감효율은 97%이상으로 높은것으로 나타났다. 두 시설 모두 영양염류의 제거효율은 좋은것으로 나타났으나, 시설용량 및 HRT가 높고 시설 내 식생이 적용된 침투화분시설(IP)이 영양염류 제거효율이 더 높은것으로 분석되었다.

• 한국조경학회지
• /
• 제41권6호
• /
• pp.107-116
• /
• 2013

본 연구는 저토심 옥상녹화모듈의 빗물유출 및 도시열섬 저감효과를 정량적으로 평가하기 위해, 저토심 경사 평지붕 녹화모듈의 저류 및 증발산 특성을 규명한 것이다. 이를 위해 기린초를 식재한 라이시미터(깊이 100mm)를 4방향(동, 서, 남, 북)의 50% 경사 지붕과 평지붕 위에 구축하였다. 그리고 저토심 경사지붕 및 평지붕 녹화모듈을 대상으로 연간 수분보유량 및 저류량과 증발산량 그리고 옥상과 평지붕 녹화모듈의 표면온도를 2012년 9월 1일부터 2013년 8월 31일까지 1년간 연속적으로 측정하였다. 측정된 자료를 근거로 분석한 녹화모듈의 저류 및 증발산 특성은 다음과 같다. 경사지붕 녹화모듈의 수분보유량은 눈이 오는 겨울철을 제외하면 강우 직후 8.7~28.4mm까지 상승하였으며, 무강우 지속 시 3.3mm까지 저하하는 것으로 나타났다. 경사지붕 녹화모듈은 최대 22.2mm까지 강우를 저류했던 것으로 나타났다. 녹화모듈의 강우량 대비 강우 저류율 예측식은 경사지붕의 경우 [강우 저류율(%)=-18.37 ln(강우량(mm))+107.75, $R^2$=0.79], 평지붕의 경우 [강우 저류율(%)=-22.64 ln강우량(mm))+130.8, $R^2$=0.81]였다. 경사지붕 녹화모듈의 증발산량은 강우 후 경과일수에 따라 급격히 감소하였으며, 봄철과 가을철에는 로그함수형으로, 여름철에는 거듭제곱함수형으로 감소하였다. 그리고 경사지붕 녹화모듈의 강우 후 일증발산량은 여름 > 봄 > 가을 > 겨울 순으로 높게 나타났다. 이는 일사량 및 기온의 차이에 의한 것으로 사료된다. 녹화모듈의 증발산량은 강우 후 3~5일간 2~7mm/day에서부터 1mm/day 미만으로 급격히 감소하였으며, 이후 완만하게 감소하였다. 이는 녹화모듈에 식재된 기린초는 수분이 충분할 경우에는 수분을 급격히 소비하고, 수분이 부족할 때는 수분을 보존한다는 것을 시사한다. 여름철 알베도는 옥상면이 0.151, 옥상녹화면이 0.137 그리고 겨울철 알베도는 옥상면이 0.165, 옥상녹화면이 0.165로 나타나, 옥상면과 옥상녹화면의 알베도에는 큰 차이가 없었다. 여름철 녹화에 의한 표면온도의 저감효과는 일평균표면온도가 $1.6{\sim}13.8^{\circ}C$(평균 $9.7^{\circ}C$), 일최고표면온도가 $6.2{\sim}17.6^{\circ}C$(평균 $11.2^{\circ}C$)로 나타났다. 겨울철 녹화에 의한 온도 차이는 일평균 표면온도가 $-2.4{\sim}1.3^{\circ}C$(평균 $-0.4^{\circ}C$), 일최고표면온도가 $-4.2{\sim}2.6^{\circ}C$(평균 $0.0^{\circ}C$)로 크게 나타나지 않았다. 증발산량이 증가함에 따라 녹화에 의한 저감온도가 선형함수형으로 커지는 것으로 나타났으며, 증발산량에 따른 저감온도의 예측식은 [저감온도($^{\circ}C$)=$1.4361{\times}$증발산량(mm)+8.83, $R^2$=0.59]였다. 무강우 지속 시 녹화에 의한 표면온도 저감은 세덤 수관에 의한 차양효과에 의한 것으로 판단되었다. 본 연구 결과, 녹화모듈에 의한 저토심 옥상녹화는 저류와 증발산 작용에 의해 빗물 유출 및 도시열섬 관리에 긍정적인 효과를 준다는 것을 규명하였다. 또한 기린초는 무관수 저토심 옥상녹화용 수종으로 이상적 식물재료이며, 장기적인 도시열섬 완화라는 측면에서는 기린초의 증발산효과뿐 아니라 차양효과를 고려해야 한다는 것을 제시하였다.