• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.321-321
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• 2016

도시화와 토지이용 변화로 인하여 도시지역의 불투수면적이 증가하고 있으며, 이로 인해 발생하는 홍수, 가뭄, 수질악화 등의 해결은 수자원 계획 및 관리에 있어서 중요한 과제이다. 저영향개발(LID, Low Impact Development) 기법은 물 순환 체계를 복원할 수 있는 대안으로 도시지역에서 물 관리를 통해 하천 복원 및 수자원 관리를 가능하게 해주는 기술로써, EPA SWMM의 업그레이드 버전에서는 저영향개발 기술과 관련된 시설의 설계를 통한 유출 모의가 가능해졌다. 그러나 SWMM 모형 내에서 저영향개발 시설을 설계 및 계획하기 위해서는 저영향시설과 관련된 다양한 매개변수들을 입력해야하며, 효과적인 시설의 설계를 위해서는 반복적인 모의 수행이 동반된다. 이에 본 연구에서는 SWMM 모형을 기반으로 저영향개발 시설의 설계를 위한 의사결정지원시스템인 WMAM(Water Management Analysis Module)을 개발하였다. WMAM은 저영향개발 시설과 관련된 다양한 매개변수 중에서 최종 유출량에 영향을 미치는 매개변수의 추출이 가능하다. 또한, 저영향개발 시설의 설계 및 계획 매개변수에 대한 다양한 시나리오를 생성하고, 짧은 시간에 동시에 모의 분석을 수행하여 수문학적 측면에서 효과적인 시나리오를 도출해준다. 본 연구에서는 WMAM의 효과성을 보여주고자 A대학교를 모델링한 SWMM 모형에 저영향개발 시설 중 하나인 침투트렌치의 (1)계획 전과 (2)계획 후, 그리고 (3)WMAM을 적용하였을 경우의 첨두유량과 침투손실 결과를 비교하였다. 침투트렌치 설치 전의 첨두유량은 약 0.48 CMS로 세가지 경우 중 가장 높은 값을 보였으며, 침투트렌치 설지 후와 WMAM을 활용한 경우의 첨두유량은 점차 낮아졌다. 또한, 침투손실량을 보면 설치전에는 약 0.28 m로 가장 낮았으며, 설치 후 그리고 WMAM을 활용하였을 경우는 점차 그 값이 높아졌다. 본 연구를 통해, WMAM이 저영향개발 시설의 설계 및 계획에 있어서 수문학적으로 효과적인 결과를 보이는 것을 확인할 수 있었으며, 향후 보완과 추가 개발을 통해 수자원 계획 및 관리에 있어서 유용한 프로그램이 될 수 있을 것으로 기대된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권6B호
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• pp.551-560
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• 2010

본 연구에서는 현재 시행되고 있는 수질오염총량관리제 모니터링 시스템에 적용가능한 하천 오염부하량 추정기법을 제안하고 있다. 하도추적기능과 증발산량 계산 기능을 추가한 수정 TANK 모형을 이용하여 국립환경과학원에서 8일 간격으로 관측된 유량자료를 일 유량 자료로 확장하였다. 관측된 수질-유량 동시관측자료를 이용하여 7변수 대수선형모형의 매개변수를 최소분산 비편향 추정기법에 의해 추정하였다. 확장된 일 유량자료와 7변수 대수선형모형의 결과가 연계되어 관측지점별일 오염부하량이 계산되었다. 그 결과 SS, TN, TP 하천 오염부하량 추정에서 만족스러운 결과를 확인할 수 있었다. 적용의 일환으로 낙동강유역을 대표할 수 있는 SS, TN 및 TP 수질항목별 대표 단위면적당 부하량 유황곡선을 작성하였으며, 이를 통하여 낙동강 유역의 전체적인 하천오염부하량의 배출분포를 살펴보았다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.57-61
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• 2009

본 연구에서는 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형을 이용하여 미래 기후변화가 댐 유역의 하천수질에 미치는 영향을 분석하였다. 충주댐 상류유역($6,585.1km^2$)에 대해 민감도 분석을 통해 최적의 유출및 유사관련 매개변수를 선정하였으며, 충주호 유입하천 상류 2개 지점/영월1, 영월2)과 유역 출구점을 대상으로 일별 유출량 및 월별 수질자료를 바탕으로 모형의 보정(1998-2000)및 검증(2001-2003)을 실시하였다. 미래 기후자료는 IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)에서 제공하는 SRES/Special Report on Emission Scenarios) A2, A1B, B1 기후변화시나리오의 MIROC3.2 hires와 ECHAM5-OM 모델의 결과 값을 이용하였다. 먼저 과거 30년 기후자료(1977-2006, baseline)를 바탕으로 각 모델별 20C3M(20th Century Climate Coupled Model)의 모의 결과 값을 이용하여 강수와 온도를 보정한 뒤 Change Factor(CF) Method로 Downscaling 하였으며, 미래 기후변화 시나리오는 2020s, 2050s, 2080s의 세 기간으로 나누어 각각 분석 하였다. 기후변화 시나리오 적용에 따른 SWAT 모의결과로부터 기후변화가 수문학적 거동 및 하천수질에 미치는 영향을 평가하였다.

• 물과 미래
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• 제21권4호
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• pp.407-414
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• 1988

본 논문의 목적은 하천 수질모형 시스템이 안정성 및 해감도이론에 의해 이론적으로 어떻게 분석되며, 그 결과 모형화를 위한 수치분석의 신뢰성과 수질 매개변수의 변화에 따른 모형의 민감성을 입증하는 것이다. 무한 Fourier 급수를 이용하여 전개한 안정성이론은 유한차분법을 사용한 모형의 수치해법을 분석하는데 있고, 1부 선형상태벡터식으로 표현되는 민감도이론은 BOD 부하, 유량, 온도와 같은 수질배개변수의 변동효과를 이론적으로 분석하는데 사용되었고, 그 연구 결과는 하천 수질모형시스템의 신뢰성을 파악할 수 있음이 입증되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.1693-1697
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• 2009

수자원의 지속적 확보기술개발사업의 장단기 저수지 연계운영 및 수질개선 방안 연구에서 개발 중인 범용 하천유역관리 모형인 KModSim은 그 수행속도와 모델 구성의 편이성으로 인해 하천의 수요처와 다수개의 저수지를 포함하는 대단위 유역에 적용이 용이하다. 본 연구에서는 현재 한국수자원공사에서 저수지 운영계획에 사용하고 있는 저수지 운영 기준수위를 바탕으로 하천유지용수와 수질개선용수를 확보하는 방안을 검토하였다. 우선 수량과 수질을 고려한 저수지 운영계획을 수립하기 위하여 기존의 수량만을 분배하는 물배분 시스템을 바탕으로 방류량에 증가에 따라 수질개선을 유도할 수 있도록 수질 개선 용수 수요노드를 추가하였다. 이때 유역내의 저수지의 기준수위와 하천의 하천유지용수 및 용수수요노드의 우선순위의 설정에 따라 deficit supply 방식의 물분배가 가능하게 하였으며 이를 통해 꼭 필요한 유량이 발생 할 때 유량을 공급할 수 있도록 모형을 설정 하였다. 반면 방류량에 따른 수질개선 효과를 분석하기 위하여 과거의 수질 측정자료의 상관성을 분석하여 다중회귀분석 모형을 개발하였다. 개발된 모형은 방류량의 증가에 따른 수질개선 효과를 분석할 수 있는 모형으로 특정시점에 있어서 특정 수질 매개변수의 농도를 예측할 수 있으며 적정수준 이하의 수질 농도를 유지하기 위하여 필요한 방류량을 계산하도록 하였다. 이러한 수질 개선을 위한 공급 시나리오는 기존의 용수 우선의 시나리오 분석과 더불어 운영자에게 다양한 정보를 제공하여 보다 효율적 저수지 운영계획이 수립될 수 있도록 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권3호
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• pp.245-255
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• 2022

수질 보호를 위한 정기 계획을 세우는 과정에서 다양한 지표를 이용해 수자원의 수질 추이를 평가하는 일이 필요하며 이는 수역 관리에서 널리 사용하는 방법이다. 본 연구에서는 1995년부터 2020년까지 이란 대수층의 수질 매개변수 자료를 수집, 검토하고, 통계적으로 검증하여 연도별 구획도를 만들었다. 이를 위해 지리정보체계(GIS), 거리 반비례 가중법(IDW), 방사 기저함수(RBF), 포괄 선형 보간법(GPI), 단순, 일반, 범용의 세 유형을 포함하는 Kriging과 Co-Kriging기법을 이용하였다. 이어 최소 불확실성과 최소 구획 오차에 ASE와 RMSE를 포함하는 두 값의 근접도를 더한 것을 최적 모델로 선택하였다. 마지막으로 각 매개변수에 대해 선택한 복합 모델을 Schuler와 Wilcox 지수와 조합하여 구획화했다. 이란의 지하 수자원에 대한 종합평가 결과는 수자원의 59%는 농업용수로, 39.86%는 음용수에 부적합한 등급으로 분류되어 이란 지하수 수질이 위기에 처해 있음을 보여주었다. 마지막으로 추출 결과를 검증하기 위해 지하 수질 지수(GWQI)로 수질의 공간 변화를 평가한 결과 이란의 대수층이 적은 수위변화에도 매우 민감하며 지하수 양도 매우 부족하다는 것을 확인할 수 있었다.

• 대한환경공학회지
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• 제27권11호
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• pp.1228-1237
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• 2005

퇴적물 내에 포함되어 있는 오염물질이 장기적으로 수질에 미치는 영향을 예측하고, 준설에 따른 수질개선 효과를 예측하여 준설규모나 위치를 선정하는데 적용할 수 있는 수환경 모형을 개발하였다. 대상수역의 수질수문자료를 중심으로 구역을 분획하고 매개변수를 추정하여 모의한 후, 변수에 대한 민감도 분석을 통하여 최적의 값들을 결정하였다. 이를 토대로 시범수역 A의 PCBs 농도를 장기간 모니터링 한 결과, 가장 오염되어 있는 구간의 수층 PCBs 농도는 30년 후 $3.1\;{\mu}g/L$에서 $2.4\;{\mu}g/L$로 감소하는 것으로 예측되었다. 이는 퇴적층의 오염물질이 수층의 오염공급원으로 존재하는 한, 장시간이 지나더라도 수층의 농도는 크게 감소하지 않아 퇴적물로부터의 오염원의 공급을 원천적으로 차단하지 않고는 수질개선효과는 기대하기 어려울 것으로 나타났다. 따라서 심각한 오염지역의 오염물질을 선택적으로 준설함으로써 수층의 수질개선 효과를 얻을 수 있을 것으로 판단되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.204-204
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• 2011

최근에 들어 도시화와 이상기후의 영향으로 유역에서의 유출특성과 오염물질 발생특성이 변화하고 있어 이에 따라 체계적인 유역 관리가 요구되고 있다. 우리나라는 하천 및 호소에 대한 수질 관리를 생활하수, 공장폐수 등 점오염원을 중심으로 수질관리정책 및 대책을 추진하여 왔으나, 오염물질의 상당량은 비점오염원에서 유발되고 있다. 또한 오염총량제의 실시 이후 국내에서는 비점오염원 관리의 중요성이 점오염원에 비해 상대적으로 높아짐으로서 유역수질모델링의 중요성을 인식하고 있으며, 비점오염원에 관련된 연구도 활발히 진행되고 있다. 이를 위해 유역의 유출 및 수질 분석을 효율적으로 하기 위해 유역간 물질의 교환 및 전달이 유역 규모에 따라 얼마나 높은 정확성을 나타내는지를 분석하고 이를 검토하여 효과적인 유역수질모델링의 방법이 제시되어야 한다. 본 연구에서는 이러한 통합적 수질관리의 필요성 증대에 따라, 유역 내 수문 순환 및 비점 오염원의 발생 거동을 정량적으로 분석할 수 있는 HSPF(Hydrologic Simulation Program - Fortran) 모형을 통해 오염총량 단위유역을 각각의 소유역으로 순차적으로 모의하여 검 보정을 수행 후 그 결과로 계산된 매개변수들을 단위유역 전체에 대한 분석에 입력하여 수행한 모의 결과와 비교 평가하였다. 또한, 이를 바탕으로 비점오염원에 의한 유역 내 하천 수질 영향도를 파악하였다. 유량 및 수질해석을 위하여 남강유역의 2004년부터 2007년까지 강우와 기상자료, 유량과 오염원 자료를 수집하여 입력 자료를 구축하였다. 또한, 대상유역에 해당되는 환경기초시설의 방류 유량 및 수질을 유입시킴으로써 HSPF모의가 진행되었다. 하천수질에 영향을 줄 수 있는 비점오염원은 강우 및 기상 관련 자료의 입력을 통하여 유역 내 유출 조건의 초기입력을 수행하였으며, 강우 입력에 따른 유출에 영향을 고려하기 위하여 토지이용 및 토양도를 고려하였다. 그리고 유역의 규모를 고려하였을 때 오염총량 단위유역의 유역 규모에 따라 모의를 실시한 결과를 바탕으로 HSPF 모형의 정확성 여부를 판단하여 정확성이 높은 방법을 선택할 수 있도록 하였다. 모의결과 소유역을 순차적으로 모의한 결과(CaseA)가 전체유역을 모의한 결과(CaseB)보다 실측치와 더 높은 상관계수를 나타냄을 알 수 있었다. 본 연구에서의 평가방법을 바탕으로 유역수질모델링이 이루어진다면 추후 비점오염원에 대한 효과적인 관리에 도움이 될 것이며, 모니터링 기법 및 GIS기반 유역관리모델 개발, 4대강 비점오염원 최적관리기법 연구 등에 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국농공학회:학술대회논문집
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• 한국농공학회 2000년도 학술발표회 발표논문집
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• pp.578-583
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• 2000

In order to operate water quality model for a lake or a channel, user should examine the all kinds of parameters and should know how them react to the model for calculating the pollution which are happened from the watershed or are reacted in the water. The aim of this study is analyzing the characteristics of parameters which are used by a water quality model (CE-QUAL-W2), so that we are trying to find out how them to react to the model for calculating the many kinds of pollution.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.226-226
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• 2011

최적 저수지운영을 위한 운영률 도출이나 강우-유출 및 수질 모형의 매개변수 추정 문제처럼 비선형적이고 추정해야할 변수의 수가 많은 경우, 수학적으로 모형화하기에 너무 복잡해서 선형계획법, 비선형계획법, 동적계획법 등을 사용하여 최적해를 구할 수 없는 경우도 있다. 이러한 문제에 대해서는 구조적 진화를 통해 최적해를 구하는 방법들이 사용된다. 일반적으로 미지수의 개수가 많아지면 전역최적해를 찾기가 어려워진다. 전역최적해를 찾는 여러 가지 방법들이 수자원 분야에서는 강우-유출모형의 매개변수를 추정하는데 많이 사용되고 있으며, 특히 유전자 알고리즘, SCE-UA 알고리즘 등 전역최적해를 찾는 메타휴리스틱 방법이 많이 사용되고 있다. 전역최적화 방법을 개발하는 연구자들은 최적화방법의 성능을 평가하기 위해 다양한 검사함수(test function)를 만들어 성능을 평가하고 있다. 본 연구에 사용한 검사함수는 Mishra의 연구(2006a, 2006b)에서 사용한 중요하고 복잡한 검사함수이다. 유전자 알고리즘, SCE-UA 알고리즘, DDS 알고리즘을 검사함수 중 전역해를 찾기 어려운 2 차원 함수 2 가지, 다차원 함수 4 가지 함수에 적용하여 각각의 탐색 성능을 평가하였다. 2차원 함수인 Bukin 함수에 대해서는 모든 최적화 방법이 전역최적해를 찾을 수 없었지만, 유전자 알고리즘이 가장 전역최적해에 가까웠고 다음으로 DDS 알고리즘 순서였다. 지역수렴 영역이 많을 것으로 판단되는 10, 30, 50 차원 Michalewicz 함수에 대해서는 DDS 알고리즘으로 구한 최적해가 전역최적해와 매우 근접하였고 다음으로 SCE-UA 알고리즘, 유전자 알고리즘 순이었다. 지역수렴 영역이 상대적으로 다른 함수보다 넓은 10 차원 Schwefel 함수에 대해서는 DDS 알고리즘으로 구한 최적해가 전역최적해와 거의 근접하였고 유전자 알고리즘과 SCE-UA 알고리즘은 매우 큰 편차를 보였다. 40, 80 차원 Schwefel 함수에 대해서는 3 가지 알고리즘 모두 전역최적해와 편차를 보였지만 DDS 알고리즘에 의한 최적해와 다른 두 알고리즘에 의한 최적해는 1 오더(order) 정도의 차이가 났다. 지역수렴 영역이 큰 Michalewicz 함수와 Schwefel 함수에 대한 결과는 매우 흡사한 결과이다. 이상과 같은 결과로, 유전자 알고리즘은 매개변수의 수가 적을 경우 우수한 탐색성능을 가졌으며, SCE-UA 알고리즘은 Griewank, Rastrigin 함수와 같은 형태인 경우 우수한 성능을 보였다. DDS 알고리즘은 전체적으로 우수한 탐색 능력을 가진 것으로 판단된다. 그러므로 수위구간 영역별 저수지운영률 도출을 위한 적절한 최적화방법으로 DDS 알고리즘을 선정하였다.