• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.2220-2224
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• 2009

하천의 수질모의를 위해서는 정상상태 모델인 QUAL2E 가 널리 사용되어 왔다. 그러나 우리나라는 기후 특성상 하절기에 강우가 집중되고 경우에 따라서는 댐등에 의해 장기간 수류의 지체현상이 발생하므로 지역 및 시기에 따라 발생하는 수질 문제가 서로 다를 수 있다. 따라서 우리나라의 대부분의 수체에서는 시간에 따라 모의를 할 수 있는 비정상 상태의 수질모델이 적용되어야 할 필요가 종종 발생한다. 미국공병단에서 개발된 CE-QUAL-W2 모델은 2차원 모델로서 수리동역학과 수질반응역학을 한데 묶어서 풀이하였다는 점에서 획기적인 변화로 볼 수 있다. 이 모델은 종방향으로 길고 수심이 깊으며 상대적으로 하폭이 좁은 형태의 수체에 적합하며 하폭방향의 수질 변화를 나타내는 데 사용되지 못하는 단점이 있다. WASP(Water Quality Analysis and Simulation Program) 은 미국 환경부에서 개발한 비정상상태 3차원 수질모델로서 세계적으로 다양한 수체에 널리 사용되어 왔다. 이 모델에서 1차원적 흐름을 예측할 수 있는 DYNHYD 라는 수리학적 부프로그램은 2차원 또는 3차원 상황에서는 사용할 수가 없었음에 따라 수리학적 고려가 빈약한 것이 이 모델의 가장 큰 약점으로 지적되어 왔다. 최근 미국 환경부는 EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code) 라는 3차원 수리동역학 프로그램을 이용하여 대상 수체의 수리학적 거동을 모의하고 그 결과를 WASP7 에 연계시킬 수 있도록 하여 기존의 단점을 대폭 보완하였다. 본 연구에서는 금강 상류에 위치하고 있는 용담호를 대상으로 EFDC 를 이용하여 2005년 1년간 수위 및 수온성층현상을 예측하고 그 결과가 WASP 에 연결되어 사용될 수 있도록 하였다. 적절한 격자의 수를 결정하기 위하여 다양한 경우가 시행착오적으로 시험되었으며 비교적 적은 숫자의 격자로도 수위 및 수온의 모의가 가능하다는 것을 발견하였다.

• Journal of Korean Society on Water Environment
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• v.30 no.1
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• pp.31-43
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• 2014

Recently, Andong Reservoir and Imha Reservoir located in Nakdong River basin (Korea) are being connected by a tunnel (length 2km, diameter 5.5m) for a conjunctive use. The objectives of this study were to construct a two dimensional(2D) laterally-averaged model for two reservoirs, and examine the effects of connection on the water transportation and temperature stratification in the reservoirs. The 2D models for each reservoir were calibrated using field data obtained in 2006, and applied to the linked system for the year of 2002 when a severe flood intruded into Imha Reservoir during the typhoon Rusa. Simulation results showed that 364 million $m^3$ of water can be conveyed from Imha to Andong, while 291 million $m^3$ of water from Andong to Imha after connection. It resulted in 1.38 m increase of annual averaged water level in Andong Reservoir, whereas 3.75 m decrease in Imha Reservoir. The structures of thermal stratification in both reservoirs were influenced in line with the flow exchanges. In Andong Reservoir, the location of thermocline moved upward about 10 m compared to an independent operation. The results imply that the persistent turbidity issue of Imha Reservoir might be shifted to Andong Reservoir during a severe flood event after connection.

• Korean Journal of Fisheries and Aquatic Sciences
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• v.16 no.2
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• pp.51-58
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• 1983

Off the southwest coast of Korea, changes in hydrographic fields from stratified state of summer to a vertically homogeneous one of winter appeared to occur most actively in November. During this transitional period coincident thermal and salinity fronts are formed along the boundary between the two water masses of cold coastal water with low salinity and of the Tsushima Current Water. Generally frontal zone lies where the bottom depth is about 70-90m except for the central region of the Cheju Strait in which the influence of the Tsushima Current is weak. Result of the drift bottle experiment in November 1930 supports the existence of the westward coastal current.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.143-143
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• 2023

최근 대청댐('17), 평림댐('19) 등 광역 취수원에서 망간의 먹는 물 수질기준(0.05mg/L 이하) 초과 사례가 발생되어, 다수의 민원이 제기되는 등 취수원의 망간 관리 중요성이 부각되고 있다. 특히, 동절기 전도(Turn-over)시기에 고농도 망간이 발생되는 경우가 많은데, 현재 정수장에서는 망간을 처리하기 위해 유입구간에 필터를 설치하고 주기적으로 교체하는 방식으로 처리하고 있다. 그러나 단기간에 고농도 망간 다량 유입 시 처리용량의 한계 등 정수장에서의 공정관리가 어려워지므로 사전 예측에 의한 대응 체계 고도화가 필요한 실정이다. 본 연구는 광역취수원인 주암댐을 대상으로 망간 예측의 정확도 향상 및 예측기간 확대를 위해 다양한 머신러닝 기법들을 적용하여 비교 분석하였으며, 독립변수 및 초매개변수 최적화를 진행하여 모형의 정확도를 개선하였다. 머신러닝 모형은 수심별 탁도, 저수위, pH, 수온, 전기전도도, DO, 클로로필-a, 기상, 수문 자료 등의 독립변수와 화순정수장에 유입된 망간 농도를 종속변수로 각 변수에 해당하는 실측치를 학습데이터로 사용하였다. 그리고 데이터기반 모형의 정확도를 개선하기 위해서 성층의 수준을 판별하는 지표로서 PEA(Potential Energy Anomaly)를 도입하여 데이터 분석에 활용하고자 하였다. 분석 결과, 망간 유입률은 계절 주기에 따라 농도가 달라지는 것을 확인하였고 동절기 전도시점과 하절기 장마기간 난류생성 시기에 저층의 고농도 망간이 유입이 되는 것을 분석하였다. 또한, 두 시기의 망간 농도의 변화 패턴이 상이하므로 예측 모델은 각 계절별로 구축해 학습을 진행함으로써 예측의 정확도를 향상할 수 있었다. 다양한 머신러닝 모델을 구축하여 성능 비교를 진행한 결과, 동절기에는 Gradient Boosting Machine, 하절기에는 eXtreme Gradient Boosting의 기법이 우수하여 추론 모델로 활용하고자 하였다. 선정 모델을 통한 단기 수질예측 결과, 전도현상 발생 시기에 대한 추종 및 예측력이 기존의 데이터 모형만 적용했을 경우대비 약 15% 이상 예측 효율이 향상된 것으로 나타났다. 본 연구는 머신러닝 모델을 활용한 망간 농도 예측으로 정수장의 신속한 대응 체계 마련을 지원하고, 수처리 공정의 효율성을 높이는 데 기여할 것으로 기대되며, 후속 연구로 과거 시계열 자료 활용 및 물리모형과의 연결 등을 통해 모델의 신뢰성을 제고 할 계획이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.519-519
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• 2015

2007년 발간된 IPCC의 4차 평가보고서에서 자연재해, 환경, 해양, 농업, 생태계, 보건 등 다양한 부분에 미치는 기후변화의 영향에 대한 과학적 근거들이 제시되면서 기후변화는 현세기 범지구적인 화두로 대두되고 있다. 또한, 기후변화에 의한 지구 온난화는 대규모의 수문순환 과정에서의 변화들과 연관되어 담수자원은 기후변화에 대단히 취약하며 미래로 갈수록 악영향을 받을 것으로 6차 기술보고서에서 제시하고 있다. 특히 우리나라는 지구온난화가 전 지구적인 평균보다 급속하게 진행될 가능성이 높기 때문에 기후변화에 대한 담수자원 취약성이 더욱 클 것으로 예상된다. 따라서 지표수에 용수의존도가 높은 우리나라의 댐 저수지를 대상으로 기후변화에 따른 수환경 변화의 정확한 분석과 취약성 평가는 필수적이다. 본 연구에서는 SRES A1B 시나리오를 적용하여 기후변화가 주암호 저수지의 수환경 변화에 미치는 영향을 분석하였다. 지역스케일의 미래 기후시나리오 생산을 위해 인공신경망(Artificial Neural Network.,ANN)기법을 적용하여 예측인자(강우, 상대습도, 최고온도, 최저온도)에 대해 강우-유출모형에 적용이 가능한 지역스케일로 통계적 상세화를 수행하였으며, 이를 유역모델에 적용하여 저수지 유입부의 유출량 및 부하량을 예측하였다. 유역 모델의 결과를 토대로 저수지 운영모델에 저수지 유입부의 유출량을 적용하여 미래 기간의 방류량을 산정하였으며, 최종적으로 저수지 모델에 유입량, 유입부하량 및 방류량을 적용하여 저수지 내 오염 및 영양물질 순환 및 분포 예측을 통해서 기후변화가 저수지 수환경에 미치는 영향을 평가하였다. 기후변화 시나리오에 따른 상세기 후전망을 위해서 기후인자의 미래분석 기간은 (I)단계 구간(2011~2040년), (II)단계 구간(2041~2070년), (III) 단계 구간(2071~2100년)의 3개 구간으로 설정하여 수행하였으며, Baseline인 1991~2010년까지의 실측값과 모의 값을 비교하여 검증하였다. 강우량의 경우 Baseline 대비 미래로 갈수록 증가하는 것으로 전망되었으며, 2011년 대비 2100년에서 연강수량 6.4% 증가한 반면, 일최대강수량이 7.0% 증가하는 것으로 나타나 미래로 갈수록 집중호우의 발생가능성이 커질 것으로 예측되었다. 유역의 수문 수질변화 전망도 강수량 증가의 영향으로 주암댐으로 유입하는 총 유량이 Baseline 대비 증가 하였으며, 유사량 및 오염부하량도 증가하는 것으로 나타났다. 저수지 수환경 변화 예측결과 유입량이 증가함에 따라서 연평균 체류시간이 감소하였으며, 기온 및 유입수온 상승의 영향으로 (I)단계 구간대비 미래로 갈수록 상층 및 심층의 수온이 상승하는 것으로 나타났다. 연중 수온성층기간 역시 증가하는 것으로 나타났으며, 남조류는 (I)단계 구간 대비 (III)단계 구간으로 갈수록 출현시기가 빨라지며 농도 역시 증가하였다. 또한 풍수년, 평수년에 비해 갈수년에 남조류의 연평균농도 상승폭과 최고농도가 크게 나타나 미래로 갈수록 댐 유입량이 적은 해에 남조류로 인한 피해 발생 가능성이 높아질 것으로 예상된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.506-510
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• 2017

최근 변화된 하천환경에서 대량 발생하는 조류는 다양한 수질 문제를 일으켜 이에 대한 관심이 점차 높아지고 있다. 특히 낙동강의 조류발생과 피해가 심화되면서 다양한 관련 연구가 폭넓게 수행되고 있으나, 본류와 지류가 만나는 합류부에서의 수리 수질 특성과 조류발생 간의 관계를 구명하기 위한 연구는 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 낙동강-남강 합류부에서 녹조대발생기 현장측정을 통해 합류부에서의 조류와 수리 수질 특성 간의 관계를 파악하고자 하였다. 측정결과 수심별 조류의 분포양상이 수채 내 수온 및 수질인자 분포에 따른 성층정도와 관계가 있음을 확인할 수 있었다. 또한 다양한 수질인자와 조류발생 간의 관계에 대한 분석을 통해 용존산소와 pH가 조류발생과 높은 상관관계를 보임을 확인할 수 있었다.

• Journal of Environmental Impact Assessment
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• v.26 no.6
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• pp.553-562
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• 2017

In these days, agricultural reservoirs are considered as a useful resource for recreational purposes, tour and cultural amenity for vicinity communities as well as irrigation water supply. However, many of the agricultural reservoirs are showing a eutrophic or hyper-eutrophic state and high level of organic contamination. In particular, about 44.7% of the aged agricultural reservoirs that constructed before 1945 exceed the water quality criteria for irrigational water use. In addition to external loading, internal nutrient loading from bottom sediment may play an important role in the nutrient budget of the aged reservoirs. The objectives of this study were to characterize variations of thermal structure of a shallow M reservoir (mean depth 1.7 m) and examine the potential of internal nutrient loading by continuous monitoring of vertical water temperature and dissolved oxygen (DO) concentration profiles in 2015 and 2016. The effect of internal loading on the total loading of the reservoir was evaluated by mass balance analysis. Results showed that a weak thermal stratification and a strong DO stratification were developed in the shallow M Reservoir. And, dynamic temporal variation in DO was observed at the bottom of the reservoir. Persistent hypoxic conditions (DO concentrations less than 2 mg/L) were established for 87 days and 98 days in 2015 and 2016, respectively, during the no-rainy summer periods. The DO concentrations intermittently increased during several events of atmospheric temperature drop and rainfall. According to the mass balance analysis, the amount of internal $PO_4-P$ loading from sediment to the overlying water were 37.9% and 39.7% of total loading during no-rainy season in 2015 and 2016, respectively on August when algae growth is enhanced with increasing water temperature. Consequently, supply of DO to the lower layer of the reservoir could be effective countermeasure to reduce nutrient release under the condition of persistent DO depletion in the bottom of the reservoir.

• The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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• v.18 no.3
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• pp.111-121
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• 2013

Accurate prediction of sea water temperature has been emphasized to make precise local weather forecast and to understand change of ecosystem. The Yellow Sea, which has turbid water and strong tidal current, is an unique shallow marginal sea. It is essential to include the effects of the turbidity and the strong tidal mixing for the realistic simulation of temperature distribution in the Yellow Sea. Evaluation of ocean circulation model response to vertical mixing scheme and turbidity is primary objective of this study. Three-dimensional ocean circulation model(Regional Ocean Modeling System) was used to perform numerical simulations. Mellor- Yamada level 2.5 closure (M-Y) and K-Profile Parameterization (KPP) scheme were selected for vertical mixing parameterization in this study. Effect of Jerlov water type 1, 3 and 5 was also evaluated. The simulated temperature distribution was compared with the observed data by National Fisheries Research and Development Institute to estimate model's response to turbidity and vertical mixing schemes in the Yellow Sea. Simulations with M-Y vertical mixing scheme produced relatively stronger vertical mixing and warmer bottom temperature than the observation. KPP scheme produced weaker vertical mixing and did not well reproduce tidal mixing front along the coast. However, KPP scheme keeps bottom temperature closer to the observation. Consequently, numerical ocean circulation simulations with M-Y vertical mixing scheme tends to produce well mixed vertical temperature structure and that with KPP vertical mixing scheme tends to make stratified vertical temperature structure. When Jerlov water type is higher, sea surface temperature is high and sea bottom temperature is low because downward shortwave radiation is almost absorbed near the sea surface.

• The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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• v.6 no.2
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• pp.49-62
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• 2001

Hydrographic surveys were carried out seven times during May 31, 1998 and September 24, 1998 in order to study the physical environments of the coastal area between Narodo Is. and Sorido Is. in the southern sea of Korea (the South Sea) where the occurrence of Cochlodinium polykrikoides red tide is frequently observed in summer. Temperature and salinity of the water column from the surface to the depth of 30 m exhibit large seasonal variations. Mean temperature of the water column increased by 6 and mean salinity of the water column decreased by 2.71 psu during the observation period. Both the freshwater supplied from the adjacent land and the precipitation over the study area cannot account for the observed salinity variations. The influx of the low salinity water from the offshore area is considered to be the main cause for the observed salinity changes. Surface salinity in the study area shows different spatial distribution in the period of outbreaking, mid-stage and disappearance of the red tide. Especially, salinity was abruptly lowered at the stage of disappearance of red tide as compared to salinity of the previous observation period. Vertical structure of water properties also became vertically homogeneous at the disappearance stage, while it was highly stratified in the previous observation. Such changes can only be explained by the inflow of low salinity water from the offshore, which is considered as the most possible cause for the disappearance of the red tide in the study area. This study suggests that exchanges of water, and chemical and biological factors between coastal areas and of shore area in the South Sea need to be studied in association with the general circulation of the South Sea in order for the better understanding of the occurrence and disappearance of the red tide in the coastal area of the South Sea.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.30 no.1
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• pp.69-78
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• 2008

An integration study of watershed model(HSPF, Hydological Simulation program-Fortran) and reservoir water quality model (CE-QUAL-W2) was performed for the evaluation of turbid water management in Yongdam reservoir. The watershed model was calibrated and analyzed for flow and suspended solid concentration variation during rainy period, their results were inputted for reservoir water quality model as time-variable water temperature and turbidity. Results of the watershed model showed a good agreement with the field measurements of flow and suspended solid. Also, results of the reservoir water quality model showed a good agreement with the filed measurements of water balance, water temperature and turbidity using linkage of the watershed model results. Integration of watershed and reservoir model is an important in turbid water management because flow and turbidity in stream and high turbidity layer in reservoir could be predicted and analyzed. In this study, the integration of HSPF and CE-QUAL-W2 was applied for the turbid water management in Yongdam reservoir, where it is evaluated to be appliable and important.