• 제목/요약/키워드: 수계분석

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드론기반 시공간 초분광영상 및 RGB영상을 활용한 추적자 농도분석 기법 개발 (Development of tracer concentration analysis method using drone-based spatio-temporal hyperspectral image and RGB image)

  • 권영화;김동수;유호준;한은진;권시윤;김영도
    • 한국수자원학회논문집
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    • 제55권8호
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    • pp.623-634
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    • 2022
  • 하천 주변 친수구역 조성, 4대강 사업 등과 같은 하천정비 사업으로 인해 하천의 흐름특성은 계속적으로 변동하고 있으며, 각종 오염물질 유입으로 인한 수질사고의 위험이 높아지고 있다. 수질사고 발생시 하천의 흐름특성을 고려해 오염물질의 농도 및 도달시간을 예측해 신속한 방제작업으로 하류로의 영향을 최소화해야한다. 이러한 오염물질의 거동을 추적하기 위해서는 하천의 구간별 확산계수, 분산계수 산정이 필요하며 그중 분산계수는 용존성 오염물질의 확산범위 해석에 사용된다. 오염물질의 거동을 추적하기 위한 기존 실험적 연구사례들은 많은 인력과 비용이 소요되고, 한정적인 장비의 운용으로 공간적으로 높은 해상도의 자료 취득이 어려웠다. 최근에는 RGB드론을 이용한 오염물질의 추적연구가 수행되었지만, RGB영상 역시 분광정보를 한정적으로 수집한다는 한계가 있다. 본 연구에서는 기존 연구들의 한계점들을 보완하기 위해 드론을 활용한 원격탐사 플랫폼에 초분광센서를 탑재하여 기존 접촉식 측정보다 시간적, 공간적으로 고해상도의 자료를 수집하였다. 수집된 시공간(Spatio-temporal) 초분광영상을 활용해 추적자의 농도를 산정하고, 횡분산계수를 도출하였다. 향후 연구를 통해 드론 플랫폼의 한계를 극복하고, 분산계수 산정 기술을 고도화하면 수계로 유출되는 각종 오염물질의 감지 및 다양한 수질항목 및 하천인자의 변화량 감지가 가능할 것으로 기대된다.

서식지적합도지수(HSI)에 따른 환경생태유량 비교 분석 : 미호천을 중심으로 (Comparative Analysis of Environmental Ecological Flow Based on Habitat Suitability Index (HSI) in Miho stream of Geum river system)

  • 이종진;허준욱
    • Ecology and Resilient Infrastructure
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    • 제9권1호
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    • pp.68-76
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    • 2022
  • 본 연구에서는 금강수계 미호천 유역에서 어류 서식지적합도지수 (HSI)를 산정하고 환경생태유량을 산정하였다. 이를 위해 미호천의 상류와 하류를 대표할 수 있는 2개 지점 (St.3과 St.8)을 선정하고, 어종별 수심과 유속 등 물리적서식지 정보를 구축해 서식지적합도지수를 산정하였다. 서식지적합도지수는 채집된 개체수와 유량조사 결과를 수심과 유속의 관계를 이용해 WDFW 방법으로 산정하였고, 대표어종 선정시 우점종인 피라미 (Zacco platypus)와 유량에 민감한 유영성 어종으로 결정하였다. 단일종인 피라미의 경우 수심 범위는 0.1 - 0.5 m, 유속 범위는 0.2 - 0.5 m/s 이고, 유영성 어종인 경우 수심 범위는 0.2 - 0.5 m, 유속 범위는 0.2 - 0.5 m/s 이다. 미호천의 대표지점인 St.3과 St.8에서 대표어종인 유영성군집 및 피라미에 대한 유량 (Discharge)-가중가용면적 (WUA) 관계 곡선 및 서식지적합도 분포를 모의하였다. 미호천 상류 St.3에서 가중가용면적이 최대값을 나타내는 최적유량은 유영성 군집이 4.0 m3/s, 피라미가 2.7 m3/s 로 모의되었다. 하류지점인 St.8에서는 유영성 군집이 8.8 m3/s, 피라미가 7.6 m3/s 로 모의되었다. 두 지점 모두 유영성군집 어종의 최적유량이 크게 산정되었다. 이는 유영성 군집의 서식지적합도지수가 피라미의 서식조건보다 더 빠른 유속을 필요로 하기 때문이다. 최소유량 산정에서도 피라미의 유량이 더 작고, 보다 더 많은 가중가용면적을 제공하는 것으로 평가된다. 군집 어류의 경우 수심과 유속의 범위를 좁게 산정하면 필요유량이 증가하고 가중가용면적은 상대적으로 감소한다. 따라서 군집어류에 대한 서식지적합도지수 산정시 범위를 좁게 설정하는 것보다 모든 어종의 서식지를 포함하는 지수를 산정하는 것이 유리하다.

장기분지 데사이트질 응회암의 불석화작용 (Zeolitization of the Dacitic Tuff in the Miocene Janggi Basin, SE Korea)

  • 김진주;정종옥;신영재;손영관
    • 자원환경지질
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    • 제55권1호
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    • pp.63-76
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    • 2022
  • 이산화탄소 지중저장 가능성 평가를 위해 시추한 결과, 장기분지 성동리층에 97~118m 두께의 데사이트질 응회암이 확인되었으며 내부구조와 입자조성에 따라 4개의 퇴적단위(퇴적단위 1~4)로 구분되었다. 퇴적단위 1은 육성환경, 퇴적단위 3, 4는 수중 환경에서 쌓인 화쇄류암(ignimbrite)이며, 퇴적단위 2는 화산휴지기에 쌓인 망상하천 퇴적암으로 데사이트질 응회암이 관찰되지 않는다. 박편분석결과, 모데나이트, 클리놉틸로라이트는 주로 유리를 교대하거나 기공을 충전하며 매몰-속성과정 동안 화산유리의 교대작용 및 용해-침전작용으로 생성된 것으로 보인다. 클리놉틸로라이트는 퇴적단위 3에서 유리를 교대하는 경우가 기공을 충전한 경우보다 Si/Al비와 Na함량이 높으며 퇴적단위 4에서는 산출상태 및 지역에 상관없이 조성이 동일해 지는데, 이는 화산유리의 교대 및 용탈작용이 진행될수록 공극수의 Si/Al비와 pH가 증가했으며, 퇴적단위 3의 클리놉틸로라이트가 생성될 당시 동-서쪽의 공극수 조성이 달랐음을 지시한다. 또한, 모데나이트의 성장이 끝난 후 클리놉틸로라이트가 생성되었으며, 두 불석광물은 각 퇴적단위별로 순차적으로 생성된 것으로 해석된다. 종합해보면, 퇴적단위 1이 쌓인 후, 화산휴지기 동안 서고동저의 분지지형으로 인해 서쪽은 pH가 더 높았으나 스멕타이트의 성장으로 공극이 폐쇄되어 더 이상 불석광물 이 성장하지 못한 반면, 동쪽은 망상하천이 발달한 개방계 상태에서 지하수의 영향을 받아 클리놉틸로라이트가 성장할 수 있었던 것으로 보인다. 이후 분지의 침강으로 퇴적단위 3, 4는 수중환경으로 변화였고 공극수는 점점 알칼리함량이 증가하여 결국 동-서쪽의 공극수 조성이 동일해 진 것으로 해석되었다. 이와 같이 유사한 조성의 응회암에서도 분지의 수계와 퇴적환경에 따라 다양한 불석광물이 공간적으로 다르게 분포할 수 있음을 보여준다.

통영 오비도 어류양식장 주변에서 하계 수계 내 단주기 환경요인의 변화에 따른 미세조류 반응 (Phytoplankton Response to Short-term Environmental Changes in the Vicinity of a Fish Cage Farm of Tongyeong Obi in Summer)

  • 이민지;백승호
    • 한국해양생명과학회지
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    • 제2권2호
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    • pp.62-69
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    • 2017
  • 양식업이 발달한 통영 오비도 주변해역에서 하계 해양환경요인의 변화 특성과 그에 따른 식물플랑크톤의 변화양상을 파악하여, 가두리 양식 생물에 미칠 수 있는 잠재적인 환경요인을 분석하였다. 조사는 2개의 정점에서 2016년 6월부터 9월까지 격주로 4개월간 수행되었다. 6월과 7월은 강한 수온 성층이 형성되었으며, 8월에는 특이적으로 강한 양쯔강 희석수의 영향으로 8월 10일 29℃ 전후로 고수온이 관찰되었다. 조사기간 동안 질산염+아질산염, 암모늄, 인산염, 규산염은 각각 0.08~5.11 μM, 0.08~34.62 μM, 0.01~ 1.15 μM, 1.46~31.79 μM의 범위를 보였다. Chlorophyll a 농도는 0.49~7.39 ㎍ l-1의 범위를 보였다. 9월의 빈번한 잦은 강우 및 양식어장에서 용출된 영양염류는 장시간 지속되지 못하고 빠르게 소비되거나 확산되었다. 이후 강우로 인한 영양염 유입과 함께 표층을 중심으로 Chaetoceros debilis, C. pseudocurvisetus, Pseudonitzschia delicatissima와 같은 규조류가 최대 4.74 × 109 cells l-1로 크게 증식하였다. 또한 용존산소 변동은 4.52~7.62 ㎍ l-1로 식물플랑크톤 대증식 이후 조사에서 유기물질이 분해됨에도 불구하고 빈산소 수괴(< 4.00 mg l-1)의 형성은 관찰되지 않았다. 따라서 본 해역은 하계의 식물플랑크톤 증식 및 가두리양식장이 밀집됨에도 불구하고, 다른 반폐쇄적 만과 달리 해류 순환이 원활한 특징으로 인해 빈산소 수괴는 나타나지 않았다.

블록 이동용 러그의 안전사용하중 결정에 관한 구조 평가법 (Structural Evaluation Method to Determination Safe Working Load of Block Handling Lugs)

  • 권오현;박주신;서정관
    • 해양환경안전학회지
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    • 제29권4호
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    • pp.363-371
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    • 2023
  • 한 척의 선박을 건조하기 위해서는 다양한 크기의 블록(block)들을 이동 및 탑재해야 한다. 이러한 과정에서 블록의 체결 방법 및 각 조선소 설비 특성에 맞는 다양한 기능에 부합하는 러그를 사용하고 있다. 블록 구조의 중량 및 형태에 따라서 러그의 크기와 형상이 다양하며, 샤클(shackle)이 체결되는 홀 주변에 부족한 강성을 보완하기 위하여 덧판(doubling pad)을 용접하여 구조를 보강한다. 리프팅(lifting) 조건별 러그의 설계를 하는 방법은 보 이론(beam theory)에 의한 수계산 방법과 유한요소해석 모델링을 이용한 구조해석을 수행하고 있다. 해석적 방법의 경우, 요소의 종류와 모델링 방법에 따라서 결과 차이가 발생하여 표준화된 평가법의 정립이 필요한 상황이다. 이러한 모호한 방법론 적용 시 블록의 이동 및 반전(turn-over) 과정 중에서 심각한 안전 문제를 유발할 가능성이 있다. 본 연구에서는 러그의 실제 탑재공정에 따른 구조 응답을 평가할 수 있는 모델링 조건, 평가법을 확정하고자 다양한 변수의 영향을 수치 구조해석을 통하여 비교 및 분석하였다. 러그 홀(hole) 주변 덧판부와 용접 비드(bead)를 표현한 모델링 기법이 가장 실제적인 거동 결과를 주고 있다. 실제 러그와 동일한 조건(용접부 비드만 주재료와 연결)의 모델링에 등가하중을 적용한 결과는 MPC 하중 적용 결과보다 낮은 최종강도를 나타낸다. 더불어 해석 시간 단축을 위해서 2차원 쉘(shell) 요소를 적용한 경우, 덧판 두께를 85% 수준으로 감소시켜서 안전사용하중을 예측할 수 있음을 확인하였다. 논문에서 검토한 다양한 변수의 영향들 결과는 러그 설계 및 안전사용하중 예측에 근거 자료로 활용될 것으로 기대된다.

머신러닝 기반 위성영상과 수질·수문·기상 인자를 활용한 낙동강의 Chlorophyll-a 농도 추정 (Estimation of Chlorophyll-a Concentration in Nakdong River Using Machine Learning-Based Satellite Data and Water Quality, Hydrological, and Meteorological Factors)

  • 박소련;손상훈;배재구;이도이;서동주;김진수
    • 대한원격탐사학회지
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    • 제39권5_1호
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    • pp.655-667
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    • 2023
  • 전 세계적으로 녹조 대발생은 빈번하게 보고되고 있으며, 국내에서도 매년 녹조로 인한 심각한 수질 오염 문제가 발생하고 있다. 지속적인 관리와 신속한 대응을 통한 수생태계 보호가 필요하다. 녹조 발생의 지표인 chlorophyll-a (Chl-a) 농도를 예측하기 위해 위성 영상을 이용한 연구가 많이 이루어지고 있다. 하지만 수계에 따라 변하는 분광특성과 대기 보정 오류로 인해 정확한 Chl-a 산출에 어려움이 있어 최근 머신러닝 모델을 활용하고 있다. 위성 분광지수 뿐만 아니라 녹조에 영향을 미치는 인자들에 대한 복합적인 고려가 필요하다. 따라서, 본 연구는 수질, 수문 및 기상 인자와 Sentinel-2 영상을 복합적으로 고려하여 데이터셋을 구축하였다. 최근 5년간 낙동강에 위치한 8개 보 구간의 Chl-a 농도 예측에 대표적인 앙상블 모델 random forest (RF)와 extreme gradient boosting (XGBoost)을 활용하였다. 모델 평가 지표로 r-squared score (R2), root mean square errors(RMSE), mean absolute errors (MAE)를 사용하였으며, XGBoost의 R2가 0.810, RMSE가 6.612, MAE가 4.457로 유의미한 결과를 얻은 것을 확인하였다. Shapley additive explanations (SHAP) 분석을 통해 두 모델 모두 수질 인자 suspended solids (SS), biochemical oxygen demand (BOD), dissolved oxygen (DO)과 red edge 밴드를 활용한 밴드비가 높은 중요도를 보인 것을 알 수 있었다. 다양한 입력 데이터는 모델 성능 향상에 도움을 주는 것을 확인할 수 있었으며, 국내외 녹조 탐지에 적용될 수 있을 것으로 보인다.

고단백 대두 품종 육성을 위한 종실의 생화학적 특성에 관한 연구 -단백질의 축적과 전기영동 유형을 중심으로 (Studies on the Biochemical Features of Soybean Seeds for Higher Protein Variety -With Emphasis on Accumulation during Maturation and Electrophoretic Patterns of Proteins-)

  • 이종석
    • 한국작물학회지
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    • 제22권1호
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    • pp.135-166
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    • 1977
  • 본 실험은 대두 단백질의 생화학적 특성을 품종면에서 밝혀 고단백 대두 품종 육성을 위한 기초를 보강코저 실시하였다. 광범위한 재래종을 포함한 우리나라 품종 46, 일본 품종 9, 미국계 품종 31등 도합 86품종을 동일조건에서 재배하여 종실의 단백질, 지방, 탄수화물, 회분 함량 및 아미노산 조성의 품종간 변이, 그들 성분 함량간의 상호관계, acrylamide gel 전기영동법에 의한 종실 단백질 구성분 조합의 품종적 특성 그리고 그들과 단백질함량 및 기타 성분함량과의 상호관계를 분석 추구하였고, 고단백 품종 서해 20호, 저단백 품종 Shelby 및 중간형 광교의 종실성숙중 단백질 및 지방의 축적, 단백질구성분들의 소장을 종실 발달과정과 관계하여 그 품종간 차이를 밝히고저 하였다. 1. 공시 86품종의 종실 성분함량은 단백질 34.4(Capital)~50.6%(서해 20호), 지방 15.0(소립종)~27.9% (Capital), 탄수화물26.1(서해 20호)~35.7% (수계 6001), 회분 4.8(Comet)~6.6%(금강소립)이었다. 2. 단백질함량은 지방함량 및 탄수화물함량과 각각 -0.73$^{**}$ 및 -0.62$^{**}$ 고도의 부상관이 있었다. 공시 전품종중 단백질 및 지방함량이 모두 평균치이상인 품종은 13품종에 불과하였으며, 두 성분 모두 평균함량+표준편차 이상의 고단백 고지방인 품종과 평균함량+표준편차 이상의 고단백이면서 평균 지방함량을 갖고 있는 품종은 없었다. 3. 단백질함량 50.6~40.0% 범위에 있는 12품종에 대한 단백질의 필수아미노산 함유율은 32.82(Hill)~36.63%(부석)이었고 제한 아미노산인 함황 아미노산 함유율은 2.09(쥐눈콩)~2.73%(봉의)의 변이를 보였으며, 봉의와 서해 20호는 고단백이며 함황 아미노산 함량도 높았다. valine과 leucine 및 aspartic acid, glycine과 glutamic acid, leucine과 aspartic acid 간에는 고도의 정상관, glycine과 serine, valine과 phenylalanine, threonine과 proline, phenylalanine과 arginine, methionine과 glutamic acid, histidine과 lysine 간에는 유의 정상관, 그리고 isoleucine과 lysine 간에는 유의한 부상관이 있었다. 4. lysine 함량은 단백질 함량과 정산곤, isoleucine 함량은 단빅질 함량과 부상관을 보였으며, alanine, valine, leucine 함량은 지방함량과 각각 유의한 정산관을 보였다. 5. 대두 단백질은 7.5% acrylamide gel 전기영동에 의해 품종에 따라 12~16개의 구성분으로 분리되었으며, 이들중 주구성분들은 상대이동도가 0.06(a), 0.14(b). 0.24(d) 이었고, 구성분 b의 함량이 품종간에 가장 변이가 컸으며, 구성분 b는 그밖의 주요 구성분들의 함량과 부의 상관이 있었고, 구성분 a는 단백질 함량과 정상관이 있었다. 6. 종실단백질 구성분들의 조합 특성 면에서 공시 86품종은 11개 유형군으로 분류되었으며, 우리나라와 일본품종은 미국품종에 비해 단백질구성분 조성이 훨씬 다양하였다. 7. 이동도가 매우 빠른 단백질 구성분 o(Rm 0.77) p(Rm 0.81)를 모두 갖고 있는 품종은 3품종, 모두 갖고 있지 않은 품종은 1품종이었고, 나머지 82품종은 o나 p중 한 구성분을 갖고 있었으며 그 분포율은 30 : 65 이었는데 미국계 품종은 우리나라 품종에 비해 구성분 o를 간고 있는 비율이 현저히 적었다. 8. 대두 종실은 개화후 22일까지 완만히, 그 이후 20~30일간 급속히 직선적으로, 그후 5~15일간 서서히 건물중이 증가되어 최고에 달하고, 개화후 12일부터 27일까지 단백질함량은 급격히 감소되는 반면 지방함량은 급격히 증가되고 그 이후부터 개화후 40~47일까지는 단백질과 지방함량 모두 서서히 증가된후 성숙기까지 큰 변이가 없었다. 9. 고단백 품종 서해 20호는 광교 및 Shelly에 비해 전 성숙기간에 대한 비율로 보아 성숙 초기의 단백질함량 감소기간이 짧고 감소율도 적었으며, 그 후 단백질함량 증가기간이 길고 증가율도 큰 특성을 보였으나, 지방 축적은 일찍 정지되었다. 저단백 고지방 품종 Shelly는 서해 20호 및 광교에 비해 전 성숙기간에 대한 단백질함량 감소기간이 길고 증가기간은 짧았으며, 지방함량의 완만한 증가기간이 상대적으로 특히 길었다. 11. 대두 종실의 성숙중 단백질 구성분 변화 정도은 품종간차가 뚜렷하였고, 완숙 종실의 단백질 구성분들이 모두 출현하는 시기는 종실의 단백질함량의 감소가 끝난 시기와 대체로 일치되었으며, 완숙종실에서 나타나지 않는 상대이동도가 가장 작은 (Rm 0.03) 단백질이 개화후 17일까지 존재하였으나 그 이후에는 없었다. 12. 고단백 품종 서해 20호는 광교 및 Shelby에 비해 단백질 구성분 a의 조성비율이 성숙 초기에서부터 계속 높았고 개화후 47일까지 계속 증가되었으나, 광교의 Shelby에서는 구성분 a의 조성비율이 개화후 27일경 이후 거의 변화되지 않았다. 13. 단백질 구성분 b의 조성비율은 개화후 17일~42일 간에 계속적으로 증가되었는데, 고단백 품종서해 20호는 광교 및 Sheby에 비해 동기간에 그 증가율이 낮았다.

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