• 물과 미래
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• 제56권5호
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• pp.43-49
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• 2023

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.497-497
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• 2023

정수장에서 소독 및 여과 처리가 완료된 깨끗한 물은 배급수시설로 전달되나, 실제로 관의 노후화, 갑작스러운 유향 변동, 특정 구역의 관 내 정체 시간에 따른 Water Age 상승 등 여러 요인으로 인해 실제 수용가에는 안전하지 않은 용수가 공급될 가능성이 있으며, 이에 따라 적절한 위치에서 지속적인 감시를 통한 조기 발견 및 조치가 필요하다. 상수도 시설기준(2010)에 배수시설의 주요 지점 혹은 관 말단 등 필요에 따라 적절한 위치에 수질 계측기를 설치할 수 있도록 제시되어 있으나, 계측기 설치 위치나 개수에 대한 기준이 모호한 실정이다. 모든 구역에 수질계측기를 설치하여 감시하는 것이 이상적이지만, 현실적으로는 지자체 환경 및 경제적인 한계가 있어 주요 위치에 설치하는 것이 바람직하다. 본 연구에서는 대표적인 수리해석 모형인 EPANET을 사용하여 대상 관망의 노후도, 유속, 유향변동 등의 영향인자를 바탕으로 수질사고가 발생할 확률이 높은 관을 위험관으로 선정하고, 선정된 위험관을 대상으로 최단 경로와 Cost를 산출할 수 있는 Floyd Warshall Algorithm을 이용하여 각 Node(수용가)간 물이 이동할 때의 최소 도달시간과 경로를 파악하였다. 또한, 시간 서비스 수준(Level of T hour Serivice)의 개념을 도입하여 위험관으로부터 특정시간 이내에 흐름이 도달하는 Node를 파악한 뒤, 그 중 가장 많은 피해를 발생시킬 수 있는 위험관을 수질계측위치 지점으로 선정하였다. 제시된 수질사고 발생위험이 높은 위험관을 대상으로 수질계측 위치를 선정하는 방법이 전체 관망 네트워크를 대상으로 수질계측 위치를 판단하는 방법보다 결과 신뢰도 측면에서 더욱 효과적이고 효율적인 방법으로 사료된다.

• 지질공학
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• 제17권3호
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• pp.445-453
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• 2007

이 연구는 거창, 합천, 창녕지역 지하수를 대상으로 물-암석 반응에 따른 수질특성을 해석하고, 지질과 수질간의 통계학적 분석을 통하여 상관성을 규명하는 데 그 목적을 두고 있으며 수질변화를 결정하는 물-암석반응 메커니즘을 해석하였다. 이들 암종과 수질과의 상관성을 분석한 결과 불소의 경우 섬록암류에서는 철과 알루미늄, 안산암류에서는 염소와 질산성질소와의 상관성이 높게 나타난다. 경도, 증발잔류물, 황산이온 등은 화강암을 포함한 모든 암종에서 서로 높은 상관성을 나타내며 특히, 퇴적암에서 더욱 밀접한 관계를 나타낸다. 암반지하수 수질은 심도가 깊어짐에 따라 물-암석과의 반응을 많이 거치면서 TDS(불소, 경도, 증발잔류물, 황산이온 등)가 증가한다고 인식되어 왔으나, 본 연구결과 개발심도와 수질결과와의 상관성은 미약한 것으로 나타났다. 이는 본 지역 대수층의 수리지질학적 요소가 복잡하거나, 심도에 따른 물-암석반응의 경로에 일관성이 결여되었기 때문인 것으로 보인다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1941-1945
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• 2010

본 연구는 설마천 시험유역을 운영하면서 수문현상을 관측하여 신뢰성 있는 수문자료를 지속적으로 획득하고 물순환 과정을 규명하는데 있다. 이를 위하여 2009년에도 지속적인 수문(우량, 유량, 수질, 부유사량) 관측으로 자료의 품질 향상을 위한 관측기기의 유지관리와 수집된 자료의 처리절차를 통하여 수문자료를 생성하고, 이들 자료를 바탕으로 유역의 수문특성을 분석하였다. 시험유역에서 생성되는 자료에는 6개 우량관측소의 우량자료, 2개 수위관측소의 하천수위 및 지하수위, 유량측정성과, 부유사량, 수질 자료, 1개 기상관측소의 기상자료 등이 있으며, 이로부터 산정된 유역평균우량과 유량자료 등이 있다. 실시간 전송장비와 설마천 시험유역 홈페이지로 구성된 수문정보시스템을 통해 관측 자료와 가공자료를 데이터베이스화하였으며, 실시간 자료 제공은 물론 확정된 자료는 신청절차를 통해 일반에게 제공하고 있다. 관측된 강우-유출 자료를 이용하여 강우의 시 공간 분포 특성, 유출률 분석 등 기본적인 강우 및 유출 특성을 분석하였다. 유량측정성과의 불확실도 분석을 통하여 측정한 유량자료의 정확도 제고와 현장의 유량 자료의 정확도를 개선하기 위하여 유량정보시스템을 운영하였다. 또한, 수질, 부유사량의 특성 분석은 본 유역의 물질순환 해석을 위한 기초자료로 충분히 활용될 수 있다. 설마천 시험유역에서 축적된 수문자료는 자료의 공유를 통하여 자료의 검증을 확보함과 동시에 시험유역의 연구성과가 수자원 개발 분야에 활용되기 위해서는 지속적이고 안정적인 자료확보와 수문관측 기술개발을 위한 기반구축이 매우 필요한 상황이다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제35권3호
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• pp.261-274
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• 2002

본 연구의 목적은 유한요소법에 의한 이차원 오염물 이송에 대한 등수역학적 수치모형을 개발하는 것으로서 개발된 모형을 이용하여 지류와 폐수처리장으로부터의 오염물이 주하도로 유입되는 경우에 대한 수질해석을 수행하였다. 본 연구에서는, 합리적인 매개변수산출을 위한 보정과 모형의 신뢰성과 정확도를 위한 검증을 수행하였다. 또한, 실제 유역인 한강하류부에 본 모형을 적용한 결과 하도를 따라서 실제적인 오염물 분포양상을 재현하였으며 계산값과 실측값의 비교에서 잘 일치하고 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.374-374
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• 2022

상수도 시스템은 물을 수용가에 깨끗하고 충분하게 공급하는 사회기반시설 중 하나이다. 최근 상수도관로 노후화로 인하여 발생하는 누수, 적수, 단수 등의 피해를 방지하기 위하여 상수도관로 점검 및 진단을 수행하고 관 상태를 평가하여 해당 요소에 대한 보수 및 보강을 시행하고 있다. 하지만 기존의 정비사업은 관 노후도를 고려한 보강계획을 수립하여 효과적인 상수도 시스템 정비를 위하여 상수도관로에 영향을 미치는 수리 및 수질 평가를 통합적으로 고려한 보강 우선순위 결정이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 상수도 시스템의 구조적, 비구조적 평가 인자를 동시에 고려한 시스템 보강 우선순위 선정을 위한 통합평가 기술을 제안하였다. 보강 우선순위 선정을 위하여 실제 상수도관로가 설치된 지역을 대상으로 상수도관로의 수리. 수질, 관 상태 등의 구조적 인자와 중요시설, 단수 시 피해인구 등의 비구조적 인자를 고려한 통합평가를 수행하였다. 구조적 인자 중 수리 및 수질 인자는 수리해석기법을 이용하여 기준치 통과 여부에 따라 평가하였으며 상수도관로의 관 상태는 관로의 제원, 매설 깊이, 노후도 등의 기준으로 평가하였다. 이러한 평가를 바탕으로 우선순위 선정을 위해 다기준의사결정법을 이용하여 상수도관로의 보강 우선순위를 선정하였다. 본 통합평가는 상수도관로의 구조적, 비구조적 위험도를 정량적으로 인지할 수 있을 뿐만 아니라 비구조적 인자를 고려하여 기존의 평가방법보다 더 신뢰할 수 있는 결과를 제공한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.463-463
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• 2023

국내 수도관 보급률이 증가하면서 기존 노후화된 수도관들과 추가로 노후화된 수도관들이 증가하고 있다. 경과년수가 오래된 시설이 증가하는 것은 잠재적인 사고발생 위험을 증가시킨다. 실제 노후화된 상수도 시설물로 인해 단수, 누수, 수질오염, 지반함몰 발생이 증가하는 추세이다. 이러한 현상들은 시민들의 생활과 안전, 경제활동에 직접적인 영향을 끼치기 때문에 이에 대한 대책 마련이 시급한 상태이다. 본 연구에서는 AI를 기반으로 상수도관의 노후도 및 위험도를 예측하는 모델을 설계하고자 하였다. 대상지역을 인천광역시 서구로 선정하여 유량과 수질의 실시간 계측데이터를 수집하였다. 딥러닝 기법 중 하나인 LSTM(Long Short-Term Memory)을 이용하여 데이터를 예측하였고, 결정계수(R²)와 RMSE(Root Mean Square Error)로 학습데이터와 검증데이터의 비율을 정하여 예측도를 평가하였다. 유량과 수질 데이터 중 80%는 학습데이터로 20%는 검증 데이터로 분리하였고, LSTM의 셀과레이어 수를 해석에 적합한 범위로 설정한 결과, 실제값과 예측값이 높은 상관성을 보이는 것으로 나타났다. 예측된 유량 및 수질의 결과는 상수도 관리에 중요한 정보를 제공하며, 사고 위험도 평가와 관 노후화에 따른 대응력을 향상시키는 데 도움이 될 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.294-294
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• 2015

하천과 해양에서 발생한 수질오염은 특성상 유속의 흐름에 따라 광범위하며 급속도로 퍼져나가기 때문에 이를 효율적으로 유지, 관리하기 위해서는 오염인자들에 대한 모니터링이 수행되어야 한다. 원격탐사 기술을 이용한 하천의 수질측정은 대규모지역으로 분포해있는 수질농도의 변화양상을 시 공간적으로 모니터링 하는 것이 가능하게 할 뿐 아니라, 사람이 접근하기 어려운 지역에는 직접취수를 하지 않음으로써 기존의 수질측정방법들에 비해 편의성을 높여 시간적, 경제적 측면에서 효율적이다. 이에 본 연구에서는 최근 수질오염이 심화되고 있는 낙동강유역을 대상으로 인공위성 이미지영상을 이용하여 수질인자들의 농도측정을 수행하였다. 연구를 위해 사용된 인공위성은 NASA와 USGS가 공동으로 운용중인 Landsat 8 인공위성이다. Landsat 8의 11개 band 중 band2(Blue), band3(Green), band4(Red), band5(Near Infrared)를 사용하여 실제로 측정된 지점자료와 인공위성자료간의 상관관계를 규명하였다. 사용된 인공위성자료는 지점자료 날짜를 포함하는 총 4개의 연구날짜(2013/10/27, 2013/11/12, 2014/04/14, 2014/05/16)에 해당하는 위성이미지영상이다. Pearson상관계수를 통한 밴드와 수질인자간의 상관 결과, 본 연구지역에서는 $0.85-0.88{\mu}m$(band5)의 파장영역에서 클로로필-a와 부유물질이 가장 민감하게 반응함을 알 수 있었다. 두 수질인자들은 band2, band3, band4에서도 비교적 높은 상관성을 보였으며, 이를 근거로 band combination, band ratio를 통해 클로로필-a와 부유물질의 회귀모델식을 유도하였다. 각각의 회귀모델식은 실제 측정된 데이터들과 비교 검증을 통해 4개의 연구기간 중 2013년 10월 27일, 2014년 5월 16일에 대해서 클로로필-a와 부유물질의 공간적인 분포양상을 시각적으로 도시화하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.421-421
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• 2019

본 연구의 목적은 HSPF 모델을 이용하여 비점오염물질이 수질에 미치는 영향을 평가하는 것이다. 합천댐 유역을 연구대상지역으로 선정하였으며, 입력자료는 유역도, 하천도, 토지이용도, 수치표고모델 및 기상자료 등을 이용하였다. HSPF 모형은 2000년부터 2016년까지의 실측값을 이용하여 보정 및 검증이 이루어졌다. 수문 보정을 위한 매개변수는 사용자 설명서와 참고문헌에 근거하여 선정하였으며, 시행착오법에 의해 수행되었다. 모델의 적용성 평가는 $R^2$, RMSE, RMAE, NSE를 사용하였고 $R^2$가 0.78에서 0.83, RMSE는 2.55에서 2.76mm/day, RMAE는 0.46에서 0.48mm/day, NSE는 0.81에서 0.82까지의 범위로 나타났으며, 연간 유출량이 ${\pm}4%$ 오차 이내로 산정되었다. 수질 모형을 구동하기 위한 수질 자료는 환경부에서 제시한 지침에 따라 생활계, 축산계, 산업계, 토지이용량에 따른 발생 부하량과 배출부하량을 산정하였다. 수질 모형 또한 수문과 같은 기간의 자료를 이용하여 보정 및 검정이 이루어졌다. 보정 결과 연평균 BOD의 차이가 0.22mg/L이고 오차범위는 13%였으며, T-N과 T-P는 0.66mg/L, 0.027mg/L의 차이를 가지며 오차범위는 각각 16%, 13%로 나타났다. 수질항목 중에서도 비점오염 관리의 효과를 평가하기 위해 비점오염물질 중 가장 큰 비중을 차지하는 축산계에 감소 시나리오를 적용하였다. 축산계의 배출부하량 감소율이 20%일때의 BOD, T-N, T-P는 각각 3%, 1%, 3% 감소하였으며 40% 감소율을 적용하였을때는 5%, 3%, 4% 감소하였다. 이러한 수질 해석을 결과를 토대로 효과적인 오염물질 방법을 적용하여 수질 개선과 합천댐 유역의 목표수질을 달성 할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.41-41
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• 2018

하천과 저수지의 수질을 예측하고 관리하는데 수리 수질예측모형이 널리 활용되고 있다. 수질예측모형은 유역이나 수체 내의 오염물질 이동경로나 농도를 수치해석 방법으로 계산하여 사용자가 필요로 하는 지점과 시점에서의 수질자료 생산하는데 활용되고 있다. 수질예측모형은 검 보정을 통해 정확도를 확보하며, 정확도의 확보를 위해서는 높은 수준의 전문성을 필요로 한다. 특히 시행착오법으로 모형을 보정하는 경우 많은 시간과 노력을 필요로 하게 되며, 보정계수를 과대 혹은 과소로 모형에 적용하는 오류를 범하기 쉽고 모델러의 주관이 관여되기 쉽다. 그래서 본 연구에서는 CE-QUAL-W2모형의 조류항목에 대한 모형 보정을 위하여 Chl-a와 남조류세포수에서 주로 활용되고 있는 보정계수에 대한 민감도 분석 결과를 토대로 매개변수별 모의결과 변화율을 산정하였으며, 시기적 경향성을 재현하기 위해 Ensemble-Bagging 기법과 머신 러닝 기법을 적용하여 모형 구동횟수를 최소화 할 수 있는 방법으로 구성하였다. Chl-a를 보정하기 위한 매개변수는 9개를 선정하였으며, 규조류, 남조류, 녹조류에 총 27개 매개 변수를 민감도 분석으로 도출 한 후 예상 변화율 대비 이벤트별 모의치와 실측치 간 %difference가 유사하도록 매개변수를 조정하였다. 또한 각 이벤트 조합의 매개변수 빈도수와 매개변수별 예상변화율, 시기적 조류특성을 고려하여 가중치를 도출하였으며, 1회 보정에 맞춰 Chl-a 모델 실행결과를 %difference로 평가한 후 "good"등급을 만족할 때까지 반복 적용하였다. 남조류세포수의 경우 Chl-a에 맞춰 매개변수 최적화 이후 남조류세포수 농도를 세포수로 환산하기 위한 CACEL에 대해 머신러닝 기법을 적용하였으며, CACEL 추정변화율 회귀식에 따라 평가 한 후 %difference "good"등급 이상을 만족할 때까지 반복 수행하는 방법을 적용하였다. 본 연구에서는 수질예측모형의 정확도를 확보하기 위하여 최적화 기법을 적용하였으며, 이를 통해 모형을 보정하는 과정에서 요구되는 시간과 노력을 줄일 수 있도록 하였으며, Ensemble기법과 머신러닝 기법을 적용하여 모형보정계수 적용에 객관성을 확보할 수 있도록 하였다.