• Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.51 no.2
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• pp.15-27
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• 2009

토지이용변화가 수질에 미치는 영향을 평가하기 위하여 비점오염모형이 광범위하게 사용되고 있다. 본 연구에서는 최적관리기법이 수문 수질에 미치는 영향을 평가하기위한 통합모형시스템을 개발하였다. 통합모형시스템은 DANSAT (Dynamic Agricultural Non-point Source Assessment Tool)과 사용자 인터페이스로 구성되어 있다. DANSAT은 분포형 연속 강우사상 모형으로서 농업소유역에서의 유출량, 유사량, 농약 물질의 이동기작 등을 모의한다. DANSAT은 크게 동적변수 부모형, 수문 부모형, 유사 이용 부모형, 농약 물질 이동 부모형등 4개의 부모형으로 구성되어있다. 동적변수 부모형은 토양의 특성, 작물의 생장 및 작물 잔여물질의 분해 등을 모의하는 하부모형으로 구성되어있으며, 토지 이용 변화에 관계되는 내부 변수들의 시간적 변화를 모의한다. 수문 부모형은 차단, 증발산량, 침투량, 침루량 등을 모의하는 격자 단위 프로세스와 지표유출, 중간유출, 기저유출 및 하천에서의 물의 이동을 모의하는 유역 단위 프로세스로 구성되어있다. 유사 이동 부모형은 세류간 (interrill) 토양입자의 분리, 세류 (rill) 및 하천내의 토양분리, 운송가능량 등을 모의하며, 농약 물질 이동 부모형은 농약의 분해, 평형, 식물에 의한 흡수, 침출 등을 고려하여 농약 물질의 이동을 모의한다. 입력변수는 최적관리기법의 시 공간적인 변화를 고려할 수 있도록 계층구조로 구성하였다. 유역출구에서의 결과 출력 뿐만 아니라, 유역전체에 걸쳐 지표면과 지하수면 사이에서 물 및 오염물질의 이동량 분석을 위한 출력 및 격자단위의 상세 결과 출력을 통하여 최적관리기법을 평가하고 분석할 수 있다. 한편, 사용자 인터페이스는 모형의 구동을 위해 요구되는 광범위한 시 공간 입력 자료를 기존에 존재하는 데이터베이스를 이용하여 생성할 수 있도록 개발되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.652-652
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• 2015

도시유역의 소하천은 불투수 면적의 증가 및 우수관거의 설치로 인해 오염물질 및 강우의 유달률이 증가한 반면 침투 및 저류 기능의 감소로 인해 지하수위가 저하되어 비강우시에 현저하게 유량이 감소되어 하천환경에 심각한 문제를 나타내고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 다수의 연구에서 유역에 저영향개발기술을 제안하고 있으나 이들은 과다한 면적을 필요로 함에 따라 설치 및 유지관리에 많은 비용이 발생하고 기존에 개발되어 있는 도시유역에 적용하기 어렵다는 문제점이 있다. 본 연구에서는 도시 소하천의 유량과 수질 문제를 저감하기 위해 위와 같은 문제점을 고려하여 하천 제외지 지하공간을 이용하여 초기 우수 제어 시스템을 개발하고자 하였다. 본 시스템은 도시유역에서 강우에 의해 초기에 오염물질이 다량으로 유출되는 소위 초기세척효과를 제어하기 위해 침전시스템을 설치하고 및 교체가 가능한 카트리지형 여과 시스템으로 구성하였다. 여과 시스템에서 섬유필터를 이용하여 수질을 개선하고 또한 침전 및 여과시스템에 저류가 가능하도록 하여 도시 소하천의 유량에 따라 방류를 조절함으로써 도시 하천의 건천화 감소에 도움이 되도록 구성하였다. 또한 초기우수 제어 시스템을 효율적으로 운영하기 위해 SWMM(Storm Water Management Model) 적용 결과와 자동모니터링 스시템을 활용하는 종합설계 및 관리시스템을 개발하고 있다. 이를 위해 시범 유역에 SWMM을 구축하고 보정 및 검증을 실시하였다. ?측 및 SWMM을 이용하여 계산한 결과 연구대상 지역에서 처리시설에서 수용할 수 있는 초기우수유출량의 적정량은 초기강우 4시간 또는 6 mm의 누적강우량으로 산정되었으며 이를 토대로 현장의 지형여건에 따라 시스템의 설계기준이 수립될 수 있다.

• Journal of Wetlands Research
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• v.19 no.4
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• pp.515-522
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• 2017

This study investigated the runoff characteristics containing NPS pollutants in urban areas and estimated the optimal number of storm events to be monitored. 13 residential areas, 8 commercial areas, 9 transportation areas and 11 industrial areas were selected to be monitored located in urban areas. Monitoring was performed from 2008 to 2016 with a total of 632 rainfall events. As a result, it was found that commercial area needs priority NPS management compared to other landuses because the commercial area has high runoff coefficient and NPS pollutant EMC compared with other landuses. The annual monitoring frequency for each landuse was estimated to be 11 to 14 times for industrial area, 12 to 14 times for transportation area, 11 to 13 times for commercial area and 22 to 25 times for residential area. Even with the use of accumulated monitoring data for several years, there is still high probability of uncertainty due to high error in some pollutant items, and it is necessary to establish monitoring know-how and data accumulation to reduce errors by continuous monitoring.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.467-467
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• 2023

강우에 의해 발생하는 비점오염물질의 수질 데이터가 충분하지 않아 비점오염원이 문제가 되고 있는 유역의 수질개선을 위한 대책마련이 어려운 실정이다. 기존에 환경부에서 운영하고 있는 자동측정망은 1시간 간격으로 데이터를 축적하고 있으나, 비점오염원이 문제가 되는 유역에 설치되어 있지 않거나 수온, DO, pH 등 현장항목만을 측정하고 있어 하천의 수질오염을 대표할 수 있는 T-P나 SS 등의 수질분석 항목의 부재하다. 이로인해 유역의 수질개선 대책을 수립하기 위한 오염원의 현황을 파악하기 어려운 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 비점오염원관리지역 중 골지천 유역을 대상으로 수질항목별 상관성을 분석하고, 실측자료를 기반으로 DT, MLP, SVM, RF, GB, XGB 등의 머신러닝 기법을 통해 수질 예측 가능성을 연구하였다. 상관관계 분석결과 입력변수인 탁도 항목이 예측 수질과 뚜렷한 상관관계를 보이는 것으로 나타났으나, 그 외 항목에서는 약한 상관관계를 보이거나 상관관계가 없는 것으로 나타났다. 머신러닝 기법을 활용한 수질 예측 분석 결과, 검무교와 태봉2교, 제1여량교는 RF 기법에서 결정계수(R²) 0.57~0.86, RMSE 16.49~175.60으로 예측성이 우수한 것으로 나타났다. 관말교는 SVM 기법에서 R² 0.65, RMSE 57.69로, 송계교는 XGB 기법에서 R² 0.74, RMSE 282.86으로 가장 예측성이 우수한 것으로 나타났다. 분석결과와 같이 머신러닝 기법을 활용한 수질 예측은 가능하나, 예측성이 우수한 머신러닝 기법의 R² 비교 결과, 유역면적이 큰 제1여량교와 작은 관말교에서 0.57과 0.65로 다른 지점에 비해 낮은 것으로 나타났다. RMSE 비교 결과, 상류 산간지역에 발생한 국지성 호우의 영향으로 흙탕물이 가장 자주 발생하는 태봉2교 지점과 우선관리지역이 합류되는 송계교 지점에서 175.60과 282.86으로 예측값과 실측값의 오차가 큰 것으로 나타났다. 연구결과와 같이 하천 수질을 예측하기 위해서는 유역면적 혹은 유역특성과 관련한 기초자료를 추가로 적용하여 머신러닝 기법을 적용 해야할 것으로 판단된다. 또한, 본 연구에서 예측한 수질 항목 이외에 입력변수를 추가로 확보하여 수질의 예측 가능성을 검토해야 할 것으로 보여진다.

• Journal of Korean Society of Disaster and Security
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• v.12 no.1
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• pp.23-34
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• 2019

It is an urgent issue to manage and reduce non-point pollution sources for improving the water quality of stream and lakes in rural areas. In this study, in order to reduce non-point pollution sources in rural area, Gabion mattresses was proposed to provide protection of riverbanks with anaerobic and aerobic area. The utilization of this was assessed by lab scale model test and pilot plant test. After filling the inside of the gabion mattresses with aggregate, the filtration zone under anaerobic and aerobic conditions was formed to treat the contaminants. In addition, vegetation was deposited on the surfae of the gabion to prevent the inflow of soil and to promote purification by the plant. COD and nitrogen content (T-N, $NH_4{^+}$, -N, $NO_3{^-}N$) were monitored in model and field tests. The lab scale model test showed removal efficiency of 17% of TCOD, 35% of SCOD, 14% of TN, 62% of $NH_4{^+}$, -N, and 33% of $NO_3{^-}$ N. Also, pilot plant test showed removal efficiency of 24% of TCOD, 29% of SCOD, 47% of TN, 50% of $NH_4{^+}-N$, 33% of $NO_3{^-}$, N and 29% of TP.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• v.2 no.4
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• pp.305-310
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• 2015

In 2014, the city of Seoul revised the ordinance regarding water-cycle restoration in the Seoul Metropolitan areas by incorporating the 'Low Impact Development (LID)' policy. The new ordinance plan will utilize 630 mm or almost 45 to 50% of annual rainfall until 2050 by means of providing a rainwater management system consisting of infiltration, retention and vegetation. The LID is believed to be the key to achieving the target requirements, specifically in development projects. This research was performed to evaluate the stormwater runoff and pollutant reduction performance of three different LID facilities (water circulation facilities) including an infiltration inlet, bioretention swale, and permeable pavement constructed in Seoul City. Results show that among the water circulation facilities, the permeable pavement achieved the highest runoff reduction as it was able to entirely capture and infiltrate the runoff to the ground. However, in order to attain a long-term performance it is necessary to manage the accumulated sediment and trapped pollutants in the landscape areas through other water circulation techniques such as through soil erosion control. In terms of pollutant reduction capability, the infiltration inlet performed well since it was applied in highly polluted areas. The bioretention facility integrating the physico-chemical and biological mechanisms of soil, microorganisms and plants were able to also achieve a high runoff and pollutant reduction. The water circulation facilities provided not only benefits for water circulation but also various other benefits such as pollutant reduction, ecological restoration, and aesthetic functions.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.49-49
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• 2022

인구 증가, 도시화, 산업 발달, 교통량 증가 등의 다양한 인간활동은 기후변화와 더불어 자연의 고유한 환경을 변화시킴으로써, 기존에 평형을 유지하던 생태계를 교란시킨다. 인간활동으로 인해 물 이용량과 배출되는 오염물질이 증가하여 물 스트레스 수준은 높아지고, 수질오염은 더욱 심각해지고 있다. 우리나라는 1980년대부터 산업화, 도시화가 빠르게 진행되어 유역 환경을 변화시키며 하천 생태계가 악화되고 있다. 특히 낙동강 유역은 조류 발생과 그로 인한 심각한 부영양화 문제가 대두되는 유역으로, 유역에서 발생하고 하천으로 유입되는 질소와 인의 부하량의 관리가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 하천 생태계에 영향을 미치는 다양한 인간활동 중 농업, 축산과 같은 비점오염원, 하수종말처리장 등의 점오염원 그리고 대기 질소 침착으로 인한 낙동강 유역에서 발생하는 질소, 인의 부하량을 산정하였다. 그리고 하천 수질관측망 자료를 이용하여, 유역의 질소, 인 부하량 중 하천으로 유입되는 질소와 인의 부하량의 비율을 산정하여 각 오염원이 하천 수질에 미치는 영향을 정량적으로 분석하고자 한다. 낙동강 유역의 7개의 주요 수계 내성천, 위천, 감천, 금호강, 남강, 황강, 밀양강을 대상으로 인구수, 토지이용 변화 등의 유역특성을 고려하여, 수계별 과거 1980년에서 현재까지의 부하량 트렌드를 분석하고, 주요 오염원을 추적하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.304-304
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• 2021

도시화가 진행됨에 따라 불투수지역이 늘어나는 등 개발전과 다른 지표 및 지표하 유출이 나타나며, 이러한 변화는 생태적, 수문학적으로 대규모 변화가 나타나는 것을 의미한다. 이에 따라 물관리, 물순환 등 물 지속 가능성은 대중의 관심을 받아 법, 제도가 변화하며 도시화에 대한 세심한 접근과 관리에 대한 계획이 대두되고 있는 실정이다. 저영향개발(Low Impact Development)은 이러한 도시화로 인해 발생될 수 있는 문제를 해결하기 위한 방안의 하나로 제안되고 있으며 첨두 및 유출총량을 완화하여 개발 이전 상태의 수문학적 기능을 유지하거나 물리학 및 생물학적 기작을 통해 오염물질의 저감효과도 나타나 대규모 도시개발 및 유역관리 사업에서 저영향개발기법의 적용이 점차 늘어나고 있는 추세이다. 그러나 저영향개발기법 설치에 관한 구체적인 매뉴얼 또는 가이드라인이 부족한 실정이기 때문에 저영향개발기법이 계획단계에서 양적으로 무분별하게 적용되어 비용적 측면에서 시공자에게 부담을 가중시키는 등의 문제가 발생한다. 또한 시설의 위치에 따라 강우유출수 및 비점오염원 저감에 대한 효과가 상이하기 때문에 시설의 적정 위치선정 및 시설용량, 경제성을 고려한 시설효과 검토 등 저영향개발기법 적용시 사업부지 특성에 따른 최적화를 고려하여 계획 및 설계에 적용할 필요성이 있다. 이에 비용적 측면을 고려한 최적설계가 가능한 SWMM-ING(Storm Water Management Model - Low impact development desigN proGram)을 개발된 바 있다. SWMM-ING은 비전문가도 사용이 가능하도록 저영향개발기법 최적화과정이 간단하고 직관적이며 비용을 고려한 최적설계가 가능하도록 개발된 소프트웨어로 기법 적용시 개략적인 비용추정 및 배치선정 등 저영향개발기법의 설계최적화가 가능하다. 또한 각각의 저영향개발기법에 대한 초기설치비용, 유지관리비용, 이자율, 기대수명, 대상지역 내 공간적 위치를 반영하여 강우유출수 및 비점오염저감효과를 시나리오별로 제시가 가능한 장점이 있다. 본 연구에서는 SWMM-ING를 이용하여 대규모 도시개발부지의 저영향개발기법 적용에 따른 유량 및 수질저감효과를 평가하고 유지관리비를 포함한 비용을 추정하여 최적설계 검토를 수행하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.453-453
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• 2021

도시지역 비점오염원관리, 물순환 회복, 침투 및 증발산량 증가, 열섬현상 저감을 위한 주요한 방안으로 저영향개발(low impact development, LID)과 그린인프라 기법의 적용되고 있다. LID 시설은 소규모 분산형 시설로써 넓은 지역에 많고 다양한 시설들이 적용되어 시설의 개수가 많으며, 수질 및 토양 내 기성제품에 대한 센서들의 가격은 고가로 형성되어 있어 기기의 경제성 및 유지관리 등 적용하는데 제한적이다. 따라서 과거 모니터링 자료를 기반으로 오염물질들과의 상관성 분석을 통하여 계측이 어려운 항목들을 계측가능한 항목들로부터 예측 가능하며, 선정된 항목들에 대한 비용효율적인 센서를 개발하여 실시간 LID 모니터링이 가능한 비용효율적 모니터링을 개발하였다. 공주대학교 천안캠퍼스의 LID 시설들은 2013년에 조성되어 현재까지 시설이 운영되고 있으며, 5년이상의 과거 강우시 모니터링 자료들을 이용하여 오염물질 상관성 분석을 수행가능 하기에 대상지로 선정하였다. 오염물질 상관성 분석은 2013년부터 2017년도에 침투도랑에서 수행된 강우시 모니터링 자료를 활용하여 각 오염물질들의 상관성을 분석을 수행하였다. 침투도랑 내 유입되는 평균 유입수는 TSS 286.1±318.3 mg/L, BOD 22.6±39.5 mg/L, TN 8.96±5.85 mg/L, TP 1.01±1.11 mg/L로 나타났다. 겨울철에 비해 여름철에서의 오염물질의 유입농도가 높은 것으로 분석되었다. 이는 여름철 고온건조로 인한 노면 내 차량의 주행으로 인한 중금속, 폐타이어 등과 장마철 강우 시 유출된 토사로 인하여 유입수의 농도가 높은 것으로 분석되었다. 오염물질 부하량은 TSS와 COD 0.66으로 유의성이 높은 것으로 나왔으며, COD와 TSS, TP, TN 등 유의성이 높은 것으로 분석되었다. Arduino와 Raspberry PI를 활용하여 저비용 센서와 LTE 모뎀통신과 데이터 베이스 연결하여 개발된 프로그램을 통해서 무선으로 LID 시설에 대한 모니터링을 침투화분2와 식생체류지에 조성하였다. 전력공급이 어려운 식생체류지의 경우 태양열(Solar system) 시스템과 보조 전력 배터리를 조성하여 장마철이나 장기적인 악천후로 인한 전력을 생산하지 못할 경우 보조전력배터리에서 전력을 제공하여 지속적인 모니터링이 이루어지도록 설계하였다. 토양함수량, 토양온도와 Conductivity 등 3종류의 센서를 적용하였으며, 프로그램은 현재 2단계를 통한 2차수정을 통하여 프로그램을 구축하였다. 오차, 오작동, 계측값에 대한 검·보정 작업이 필요하다. 또한 대기자료의 구축을 통해 보다 토양과 LID 시설에 대한 영향분석이 필요한 것으로 사료된다.

• Journal of Wetlands Research
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• v.18 no.3
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• pp.275-281
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• 2016

This study was conducted to analyze the runoff characteristics of the highway depending on the number of vehicles and to provide the installation proposal of an NPS pollution reduction facility. There were a total of 5 monitoring sites used for the study namely, Gyeongbu, Seohaean, Honam and Tongyeoung Dageon highway. Monitoring events started from 2006 until 2015 having a total of 44 storm events. According to monitoring statistics, the average antecedent dry days (ADD) and rainfall was 6.2 days and 19.2 mm, respectively. The Gyeongbu Highway (H-4) was recorded having the highest Average Daily Traffic and Catchment Area (ADT/CA) with $49.4car/day{\cdot}m^2$ while other site were less than $10car/day{\cdot}m^2$. The average concentration of the NPS pollutants generated from monitoring sites were 63.5 mg/L(TSS), 24.9 mg/L(BOD), 3.35 mg/L(TN), 0.63 mg/L(TP) and 298 ug/L(Total Zn). This exhibited lower values in comparison to the remarks of highway related runoff EMC values published in Korea. Moreover, through the results of the correlation analysis between the contaminant concentration and ADT/CA, $R^2$ value of SS showed the highest correlation with 585. Through the correlation equation between ADT/CA and EMC of TSS, when there is 73.7 mg/L of TSS EMC found from a domestic highway, ADT/CA ratio is normally $13car/day{\cdot}m^2$. Therefore, in a case of more than 13 cars passing through a certain area, the area can be considered and present as the point of generation of nonpoint source pollutants. Also, in this study, since it considered a unit area ADT indicated in previous studies, it was determined that it has a high applicability and utilization in generalized units than conventional study which were conventionally done.