• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.219-219
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• 2023

4대강사업으로 인해 생태계가 파괴되는 하천의 문제점이 발생하였다. 그로 인해 어류의 서식환경이 변화하였다. 하지만, 어류 각각의 서식처 선호도가 변화한 것은 아니기에, 변화된 환경에서 어류의 서식처에 대한 분석이 필요하다. 어류들이 선호하는 환경 조건을 판단하는데 많이 사용되고 있는 지수는 서식처 적합도 지수(Habitat Suitability Index, HSI)이다. 서식처 적합도 지수는 유속 및 수심과 같은 수리적 서식처 특성과 대상 종의 선호도를 나타내는 지수이다. 가로축은 수심 및 유속 변수, 세로축은 적합도를 의미하며, 1의 값에 해당하는 수심 및 유속이 대상 어종이 가장 선호하는 수심 및 유속 값을 나타낸다. 국내에서는 실제로 서식처 적합도 지수를 활용해 수리 인자와 서식처의 관계에 대한 연구가 활발히 진행되었다. 서식처 적합도 지수는 현재 수리 인자만을 고려해 서식처 적합도를 판단하고 있는데, 정밀한 분석을 위해서는 수리 인자뿐만 아니라 수질 인자를 포함해 분석해야 한다. 실제로 수리 인자와 수질 인자를 함께 고려해 어류의 서식처를 분석한 연구는 부족한 상태이다. 본 연구에서는 수질적인 부분의 지수를 직접 개발하는 것이 아닌, 하천의 수질의 등급을 나타낸 Water Quality Index (NSFWQI)을 이용해 수질부분의 서식처 분석을 실시한다. NSFWQI는비교적 계산이 간단하여 수질 변화를 쉽게 파악할 수 있는 특징을 가진 지수이다. 수리자료는ADCP로 얻은 자료를 통해 기존 문헌과 대상 지역에서의 이미 존재한 서식처 적합도 지수를 이용하고, 수질 자료는 YSI로 얻은 자료를 통해 대상 지역의 NSFWQI 지수를 계산하였다. 서식처 적합도 지수와 NSFWQI 두 가지 지수를 공간분포로 나타내어 Arcgis의 적지분석 기능을 이용해 어류의 최적의 서식처 지역을 제시 하는데에 목적이 있다. 평가 대상 어종은 정수성 어종인 끄리(Opsariichthys uncirostris)와 유수성 어종인 피라미 (Zacco platypus)를 선정하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.185-185
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• 2022

상수도 관망의 운영 단계에서 비정상상황의 발생은 필연적으로 발생하며, 비정상상황 발생 시상수도 관망 내 설치된 제수 밸브의 차폐를 통해 해당 구역의 격리 후 복구를 진행한다. 일반적으로 제수밸브를 통해 격리될 수 있는 최소 구역은 세그먼트로 정의하고, 제수밸브 설치 시 세그먼트의 격리로 인한 상수도 관망의 피해를 줄일 수 있도록 위치를 선정한다. 제수 밸브를 통한 격리 시 상수도 관망의 흐름 경로와 유향, 유속의 변화와 같은 수리적 특성 변화가 불가피하다. 지난 '19년도에 발생했던 3건의 수질 사고가 수리적 특성 변화에서 기인했던 것을 고려할 때, 제수밸브 차폐로 상수도 관망의 부분 격리 시 발생 가능한 수리적 특성 변화에서도 수질 사고가 야기될 가능성이 있다. 기존 제수밸브 위치를 결정한 연구들을 보면, 대부분 제수밸브 위치에 따라 결정된 세그먼트의 격리 시 수압 저감을 고려하여, 격리 시에도 상수도 관망의 성능을 최대한 유지할 수 있도록 결정하는 것이 일반적이다. 다만, 앞서 언급한 것과 같이 격리 시 발생 가능한 수리적 특성 변화로, 수압 저감 외에도 예기치 못한 수질 사고의 발생 원인이 되기도 한다. 이에 따라 제수밸브의 최적위치를 결정할 때 수리적 특성 변화를 고려해야 예지치 못한 2차 피해를 줄일 수 있을 것이다. 이에 본 연구는 그래프이론을 활용하여 격리 전후 관로의 유향 변화를 최소화하도록 제수밸브 최적 위치 결정하는 방법론을 제안한다. 그래프이론은 망의 형태를 가지는 상수도 관망의 연결성을 정량화할 수 있으며, 본 연구에서는 수리학적 거리 인자를 적용하여 격리 시에도 각 수요절점이 최소 경로를 확보할 수 있도록 유도하였다. 해당 방법론은 가상 관망에 적용하여 수리학적 거리 인자에 따른 설계와 기존 상수도 관망 성능 극대화 설계 안을 비교하였다. 또한 수질 사고 위험도 인자를 정의하여 해당 인자에 따른 각 설계 안의 효과를 분석하였다. 본 연구는 향후 수질 사고를 고려한 밸브 시스템의 설계 및 운영에 활용할 수 있을 것으로 기대한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.490-490
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• 2021

상수도 관망은 대표적인 사회기반시설로 수원으로부터 수용가에게 수질적으로 안전한 물을 안정하게 공급하는 것을 목표로 한다. 초기의 상수도 관망의 최적 설계는 비용만을 고려함으로써 미래의 불확실한 상황에 대한 대처가 매우 취약하고, 사용자의 다양한 요구를 충족시키지 못하였다. 또한, 유량과 안정적인 수질 공급을 고려하는 설계는 몇몇 비선형적 요소를 포함하고 있으며, 특히 사용자의 수요 패턴에 따른 잔류 염소 농도가 설계 기준에 부합하지 못하는 문제가 되는 경우 사용자의 심미적, 심리적 불편을 초래할 수 있다. 이는, 수질의 안전성과 직결되는 문제이다. 따라서 본 연구에서는 상수도 관망의 설계에 대하여 수질과 수리학적 특성을 고려한 상수도 관망 다목적 최적 설계를 수행하였다. 상수도 관망은 수질적인 측면을 고려하기 위해 수원에서 수용가까지 용수를 공급하는 과정에서 병원성 미생물을 소독하기 위하여 염소를 주입한다. 또한, 유리 잔류 염소의 평상시 기준을 (1.0-4.0mg/L) 유지하도록 규정하였다 (수도법 시행규칙 제22조의2). 하지만 사용자의 사용패턴, 체류 시간에 따라 잔류염소량이 달라진다. 따라서, 본 연구에서는 상수도 관망의 설계 비용과 염소 주입량을 동시에 설계 인자로서 고려하기 위해 Multi-objective Harmony Search를 적용하고, 그 결과를 분석하였다. 이러한 상수도 관망의 수질 인자와 설계 비용을 고려한 최적 설계안은 경제적 측면 뿐만 아니라 사용자의 수질 측면의 안전성을 충족하는 방안을 제시할 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.295-295
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• 2019

최근 수상 레져활동 등의 활성화 및 4대강 사업에 의한 하천의 수면 및 수심 증가, 친수시설 등의 설치로 친수활동이 빠르게 증가하는 추세이다. 친수활동의 증가로 인한 수난 사고 및 수체와 접촉으로 인한 질병 감염 등의 안전성 문제도 증가하고 있다. 현재 국내에서 익사 등의 수난 사고는 2012년 기준으로 474건에 달하고 있으며 오염된 수체와 접촉으로 인해 질병에 감염되는 해외사례가 과거 1978년에서 2002년 동안 445건에 달하고 있다. 이로 인해 친수활동의 안전성을 보장받을 수 있는 친수지구 및 친수공간이 더욱 더 요구되어지고 있다. 친수지구 및 친수공간의 안전성을 보장 받기 위해서는 친수활동에 대한 평가가 이루어져야 하지만 현재 친수활동의 제재와 제한의 기준이 명확하지 않다. 하천공간 내에서의 친수평가는 일반적으로 수질적 인자들을 중심으로 산정되고 있으며, 그에 비해 유속 등과 같은 수리적 인자에 대한 고려는 미흡한 실정이다. 우리나라에서는 다기능 보의 운영에 따라 본류의 수심 및 유속 등이 급격히 변화될 수 있으며, 이는 친수활동에 직접적인 영향을 미칠 수 있기 때문에 친수평가를 위해서는 수질적 인자 뿐만 아니라 수리적 인자도 종합적으로 고려할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 친수평가를 위해 고려할 수 있는 다양한 수질 및 수리적 인자와 국내 외에서 적용된 친수활동지수 산정에 관한 사례를 소개하고자 하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.46-46
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• 2020

하천의 합류부는 지류와 본류가 만나 수리 및 수질 특성이 변화하는 구간으로 매우 중요한 지점이다. 따라서, 최근에는 ADCP와 같은 측정장비를 활용하여 실제하천을 대상으로 합류부의 수리학적 혼합거동을 분석하는 많은 연구들이 수행되고 있다. 하지만 기존의 연구들은 대부분 중소하천 규모의 합류부를 대상으로 연구가 수행되었고, 유속이 존재하는 하천을 대상으로 연구가 수행되었다. 그리고 기존의 연구들은 대부분 수리특성을 활용하여 합류부의 지형학적 특성을 함께 고려한 연구가 대부분 수행되어 합류부의 수질적인 혼합거동을 분석한 사례는 매우 드물다. 이에 본 연구에서는 낙동강과 황강합류부에서 ADCP와 YSI를 활용하여 본류의 유량이 지류에 비해 매우 크고 저유속인 대하천에 유입되는 지류를 대상으로 수리·수질 특성을 기반으로 혼합 패턴을 분석하였다. 수리특성 분석을 위해 ADCP를 활용하여 수심평균유속분포, 2차류를 분석하였고, 수질특성을 분석하기 위해 YSI의 전기전도도(EC)를 수질인자로 활용하여 합류부의 혼합 거동을 분석하였다. YSI 장비는 보트에 장착하여 단면 혹은 수심방향으로 이동식으로 적용하였고, 공간위치는 동시에 운용된 ADCP의 GPS자료와 연동하였다. 분석결과, 기존의 ADCP의 유속측정 결과로는 본 연구대상과 같은 저유속 대하천에서 공간적 혼합 거동을 포착하는데 한계가 나타났다. 반면에, 수질인자(EC)를 연계하여 합류부 수질의 공간분포를 나타낼 경우 본 대상인 황강-낙동강 합류부와 같은 평수기 저유속 대하천의 혼합거동을 포착 및 분석할 수 있는 것으로 나타났다. 따라서, 대하천의 저유속인 합류부의 혼합 거동 분석은 유속분포와 같은 수리특성과 함께 수질인자(EC)를 연계한 분석을 통할 경우 혼합 거동의 분석이 용이해짐을 확인할 수 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 2017년도 학술발표회
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.102-102
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• 2017

갈수시 하천의 수질문제는 다양한 요인에 의해 발생하고 제어된다. 수질 그 자체는 상류나 지류의 점오염원과 비점오염원의 증가 또는 예상치 못한 추가적인 오염원의 유출에 직접 영향을 받으며, 조류 등의 발생도 영향인자인 수온 및 일사량 또는 바람에 의존적이다. 최근 수년간은 특히 빈번한 가뭄조건의 발생으로 인하여 갈수기의 강우 및 유출량이 저조하여 상대적으로 하천의 조류발생이 다수 발견되고 보고된 바 있다. 이와 같은 수질의 이상상태를 일시적으로라도 제어하기 위한 방편으로 유량의 증가, 인위적인 하천 수위의 변동 및 유속 변동 등이 고려될 수 있으며, 이를 위해서는 상류의 댐과 하천의 다기능보 등의 조절을 탄력적으로 수행하여야 한다. 이와 같은 시설물 운영효과는 수질문제의 원인을 근본적으로 해결하는 것은 아니지만, 이의 일시적인 효과를 극대화하기 위해서는 기존의 수리 수질 모델링이 이상 수질 발생시의 방제 및 사후분석 등을 중심으로 이루어진 부분을 넘어서, 사전 설정된 조건에 의한 예측모의와 가이드라인의 연계방식이 효과적일 것이다. 본 연구는 수질 이상이 빈번히 발생되었던 낙동강의 칠곡 하류 하천을 중심으로 2차원 CE-QUAL-W2 모형과 EFDC모형을 병행 모의하여 다기능보 인근의 표층과 저층의 수온(밀도) 성층화 및 이의 해소와 관련된 수리모의 및 수질인자에 대한 영향을 분석하였다. 수리모형 구축의 적정성은 현장의 실측 수온과 모의결과 비교를 통해 확인하였으며, 구축된 수리 수질 모델을 이용하여 추가방류량 3~23백만$m^3$ 규모에서 발생하는 수리적인 수층혼합 현상과 일시적으로 저감가능한 수질개선 효과가 의미있는 수준으로 나타날 수 있음을 예측하였다. 또한, 다기능보의 수문방류 모의시에 개방조건을 0.3~3.5m로 달리하여 방류기간 중 총방류량이 유사하더라도 최대방류량 또는 유속이 충분치 않은 경우에는 혼합효과가 급격히 감소함을 알 수 있었다. 연구에서 밝혀진 조건들을 향후 보다 효과적으로 수치모의하기 위한 방안으로서 EFDC모형의 내부경계조건을 다기능보의 문비조건(RSG, Lift 등)에 맞게 조정하는 방법을 제안하고 그 적용성을 검토한 뒤 모형을 부분 수정하여 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.490-490
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• 2022

국내 대하천 및 중·소규모 하천의 홍수터 공간을 활용하여 체육시설 및 공원 등과 같은 친수 시설물을 조성하여 친수공간으로 활용하고 있으며, 시민들의 친수활동 빈도는 증가추세에 있다. 특히 하천 내에서 수상 레크레이션 활동 등과 같은 다양한 친수활동이 증가하고 있으며, 하천친수에 관한 정보 수요가 급증하고 있으나 체계적인 공급은 미흡한 수준이다. 따라서 본 연구에서는 친수공간 조성 및 유지관리에 대한 측면과 친수공간에서의 쾌적한 친수활동을 위한 정보제공 목적으로 하천 친수공간에서의 복합모니터링을 이용한 친수활동 종합지수를 산정 방법을 개발하고자 하였다. 센서 기반의 시계열 데이터 구축을 위해 하천 수질, 수리인자의 복합모니터링을 진행하였다. 수리인자(수위, 유속, 수면폭 등)와 수질인자(탁도, Chl-a, pH 등), 기상학적 인자(자외선 지수, 미세먼지 등) 등급에 따른 허용기준을 설정하여 각 등급 별로 수리인자의 값을 0~1 사이 값인 소속도로 변환하여 소속도의 합성 및 친수활동 등급을 결정하였다. 최종적으로 수리, 수질, 기상 인자별 소속도 함수 산정을 통한 퍼지합성 이론 기반의 친수활동 종합지수를 산정하였다. 그리고 친수활동 종합지수를 예보하기 위한 모델 적용을 위한 방향성을 정립하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.436-440
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• 2006

하천에 대한 수질해석을 위해 범용적으로 사용되는 QUAL2E 모형은 대상구간에 유사한 수리 특성을 가지는 구간(reach)을 설정하여 주어진 유량에 대해 동일한 수심과 유속을 가지도록 구성되어 있다. 하지만 실제 자연하도에서는 여러 가지 수공구조물이나 지형변화로 인해 흐름변화가 매우 다양하게 발생하고 있다. 본 연구에서는 범용적으로 사용되고 있는 DWOPER 모형이나 HEC-RAS 모형과 같은 1차원 수리해석모형의 부등류 모의결과를 QUAL2E 모형에서 활용함으로써 실제 하천에서 발생하는 국부적인 흐름특성을 수질해석에 반영할 수 있는 수리연계모듈을 개발하였으며, 이를 한강의 팔당댐 하류구간에 대해 적용하였다.