• 한국환경보건학회:학술대회논문집
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• 한국환경보건학회 2005년도 가을학술대회
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• pp.175-178
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• 2005

본 연구는 물벼룩을 환경 중 UV-B와 유사한 강도에 노출시켜 8세대 이상 적응시킨 후 Daphnia magna의 UV-B 적응이 광독성 오염물질의 독성 민감도에 미치는 영향을 관찰하였다. UV-B에 적응된 D. magna는 UV-B와 Cu 동시 노출 시 자외선에 적응되지 않은 D. magna에 비해 높은 저항성을 보였다(p<0.1). 그 이유는 D. magna가 UV-B에 적응되는 과정에서 oxidative stress에 대한 방어/회복 능력이 증가하여 동일한 ROS를 생성하는 Cu에 노출되었을때 효과적으로 저항할 수 있었기 때문으로 해석된다. Pyrene, fluoranthene, anthracene, As, Cd, Ni은 독성이 증가하거나 동일하게 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.203-203
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• 2019

도시화로 인한 불투수면의 증가는 물순환 왜곡, 비점오염원 발생 및 수생태계 건상성 훼손 등을 야기시키며, 이를 해결하기 위하여 다양한 LID 기법을 적용하고 있다. 일반적으로 LID 내 적용 되는 여재들은 무기성여재로 중량이 크고 미세공극의 부재로 물리화학적 및 생물학적 저감기능이 제한적이다. 따라서 본 연구에서는 중량성이 낮은 생물폐자원을 선정하여 LID 시설 적용성평가를 수행하고자 한다. 생물폐자원은 발생량, 경량성 및 용이성을 고려하여 꼬막껍질(CS)과 호두껍질(WS)을 선정하였다. 생물폐자원의 산화부식을 고려하여 무기성 여재인 화산석과 혼합하여 Bioretention 시설에 적용하였으며, 여재 혼합비율에 따라 총 3가지의 Case 로 구성하였다. 식생은 구절초와 꽃댕강나무를 식재하였으며, 여재의 물리적 특성 분석을 위하여 적용 전과 후의 SEM(Scanning Electronic Microscope)을 수행하였다. 모니터링은 도로퇴적물 100g과 물 110L를 제조하여 인공강우유출수를 이용하여 수행하였으며, $0.0003{\sim}0.007m^3/sec$의 유속으로 주입하였다. 시설의 유입 및 유출부에서 유량 측정 및 수질 시료를 채취하였으며, 채취된 시료는 수질오염공정 시험법에 준하여 입자상 물질, 유기물, 영양물질 및 중금속 등을 분석하였다. Bioretention 시설의 모니터링 결과를 이용하여 물수지 및 TSS 저감 효율을 산정하였으며. 물수지 분석결과 시설의 저류율은 Case 1(soil) > Case 3(WS+RV) > Case 2(CS+RV) 순으로 나타났다. 시설 내 공극률이 가장 낮았던 Case 1에서 저류율이 약 55%로 가장 높게 것으로 분석되었다. Case 3(WS+RV)은 Case 2(WS+RV)와 시설 내 공극률이 유사함에도 불구하고 저류율이 약 10% 높은 것으로 분석되었다. 오염물질 저감효율 분석 결과, TSS와 TP의 제거효율은 모든 Case에서 약 75% 이상으로 높게 나타났으며, COD의 경우 모래를 적용한 Case 1에 비해 생물폐자원인 꼬막껍질과 호두껍질을 적용한 Case에서 약 1.3배 이상 높게 나타났다. 호두껍질과 꼬막껍질의 SEM 분석 결과 표면에 다공성이 형성되어 있는 것으로 조사되었다. 이는 여과 및 저류기작으로 인한 물순환 효과증대와 다공성과 돌기사이로 인한 입자상의 물질 여과 및 흡착으로 인하여 오염물질의 제거효율이 증대 된 것으로 평가된다. LID시설 내 생물폐자원과 무기성여재를 적절히 배합하여 복합여재로 조성할 경우 침하현상을 방지할 뿐만 아니라 저류 및 침투기능 향상과 미생물의 서식환경을 제공하기에 물순환 회복 및 비점오염물질 저감에 기여할 것으로 평가된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.283-283
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• 2021

혼합대는 지표수와 지하수의 수리적 교환이 일어나는 경계부로써 1) 수문학적 관점에서는 하도와 하상간의 물교환이 이루어지는 공간으로 다양한 물리적·화학적 작용이 발생, 2) 생지화학적인 관점에서는 하상 간극수 흐름에 의한 전이대(ecotone)를 형성하여 용존산소·영양물질·용존유기탄소의 이동뿐만이 아니라 지하수로부터 열에너지·무기염류의 공급을 유도하면서 높은 생지화학적 활동과 변환을 야기하는 산화·환원 반응구역, 3) 생태적인 관점에서는 저서생물과 지하 유기체종을 특징으로 하는 서식지이나 잠재적인 레퓨지움(refugium) 등의 관점에서 해석될 수 있다. 국내 하천환경의 생태학적 지속가능성을 위한 지표수-지하수 혼합대 관리에 대한 중요성이 점차 증대되고 있지만 우리나라는 여전히 지하수의 이용 및 보전과 지하수의 안정적인 수량·수질 확보를 목표로 관리를 추진하고 있다. 따라서, 실질적인 지표수-지하수 혼합대에서 발생하는 다양한 현상의 이해나 관리방안에 관한 연구는 아직 미비한 상황이다. 지표수-지하수 혼합대에 관한 보고서, 논문 등을 종합하여 혼합대의 영향인자를 살펴보면 1) 수리수문 특성에는 수리전도도·하천 수위·하천 유속·하천수 수온, 2) 수질 특성에는 유기오염물질·영양염류, 3) 수생태 특성에는 대형무척추동물 등으로 분류할 수 있다. 지금까지 단일 연구분야의 접근방법으로 다양한 현장측정기법 및 모델링을 통한 혼합대 연구가 수행되고 있지만, 혼합대가 가지는 환경적 중요성에 대한 이해와 인식이 부족하고, 혼합대 내부에서 발생하는 복합적인 프로세스로 인해 전문가들조차 연구에 어려움을 가질 것이다. 지표수-지하수 혼합대의 효율적인 관리를 위해서는 수리수문·수질·수생태 등 다양한 시각에서 접근하여 학제간 융합연구를 통해 기초 데이터를 상호교환하고, 기존의 혼합대 조사에 부족한 부분을 해결할 필요가 있다. 향후 하천 기저유출 및 혼합대 기초자료 구축, 혼합대 흐름 정량화, 하천복원사업에 의한 혼합대 영향 규명 등의 연구를 수행함으로써 혼합대를 체계적으로 관리할 수 있는 기술 방안을 제시할 필요가 있다.

• 대한토목학회논문집
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• 제31권6B호
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• pp.507-514
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• 2011

본 논문에서는 하천에 유입되는 열 오염물질의 혼합거동을 분석하기 위해 2차원 수심 평균된 이송-분산방정식에 유한요소법을 적용하여 수치 모형을 개발하였다. 유한요소법의 여러 수치기법 중 SUPG법을 적용하였으며, 복잡한 하천경계를 보다 정확히 재현할 수 있도록 삼각 및 사각 요소망의 혼용이 가능하도록 하였다. 열 오염물질의 거동을 표현하기 위해서 열 교환을 묘사하는 반응항을 평형온도와 수온과의 차이에 비례하는 식으로 나타내고, 열교환 계수 및 평형온도에 따라 수온의 변화가 적용되도록 방정식을 구성하였다. 모형의 검증을 위하여 직사각형 수로에 선원으로 연속주입하여 얻은 수치해와 1차원 정상상태의 해석해를 비교하였다. 비교결과 수치해와 해석해의 결과가 서로 일치하는 것으로 밝혀졌다. 모형의 현장적용을 위해 상수원 보호구역인 팔당댐 하류부터 잠실수중보까지 22.5 km 구간을 대상영역으로 하였다. 구리하수처리장 방류수에 의한 수온 변화를 모의한 결과 수질측정망 측정자료와 비교적 비슷한 경향이 나타났다. 본 연구에서 개발한 수치모형이 열 오염원 유입으로 인한 수온 변화를 잘 표현하는 것을 알 수 있었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제54권5호
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• pp.335-345
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• 2021

하천에서의 용존물질의 혼합거동을 신속하게 예측하기 해석하기 위하여 1차원 추적모형이 개발되어 왔다. 그 중 저장대모형(Transient Storage Model, TSM)은 자연하천의 복잡하고 불규칙한 수리·지형적인 특성을 단순하게 반영할 수 있다는 장점때문에 가장 많이 사용되는 1차원 추적모형이다. 하지만 TSM의 정확도는 본류대 및 저장대의 면적, 물질교환계수 등 모형의 매개변수에 의존하며 이들은 직접적으로 측정될 수 없다는 단점이 있다. 또한 TSM은 농도곡선의 꼬리에 나타나는 저장대특성의 형태를 지수함수형태로 반영하는데 이는 실제 추적자실험을 통해 관측되는 꼬리는 형태와 다르다는 평가가 제기되고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 1차원 확률론적 저장대모형에 대한 수치모형을 개발하여 자연하천에 적용하고 그 결과를 TSM의 모의결과와 비교하였다. 상기의 모형을 검증하기 위하여 낙동강의 1차 지류 중 하나인 감천의 4.85 km의 구간에서 추적자 실험을 실시하였다. 본 추적자 실험을 통해 측정한 농도곡선과 본 연구에서 제시된 확률론적 저장대모형의 모의 곡선의 꼬리부 멱함수 기울기를 비교해본 결과, 오차율은 평균 0.24으로 나타났는데, 이는 1차원 이송-분산 모형과 TSM로부터의 오차율인 14.03과 1.87에 비해 보다 정확한 값이다. 본 연구 결과, 감천에서의 저장대 특성을 나타내는 하상의 체류시간분포는 지수함수분포보다는 멱함수 분포에 가까운 것으로 밝혀졌다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제53권2호
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• pp.141-154
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• 2020

우리나라에서 일어나는 하천 내 유해화학물질 유입사고 발생건수는 매년 증가하는 추세를 보이고 있다. 이에 대응하기 위해 국가차원의 수질오염 사고대응체계를 구축하여 사고방재를 위한 체계적인 절차를 수립하였으나, 우리나라의 사고대응체계는 해외의 수질모형을 차용하고 있기 때문에 모형의 매개변수 입력 및 검보정에 어려움이 있다. 이에 따라 본 연구는 하천에 유출된 유해화학물질의 거동을 분석하기 위한 수심 평균 2차원 하천수질모형을 개발하고, 유해화학물질의 특성을 고려한 유의반응항 판별을 통해 효율적 모의수행을 위한 기법을 제시하였다. 수심 평균 2차원 하천수질모형인 CTM-2D에 흡·탈착, 휘발 반응을 재현할 수 있는 반응항을 추가하고, 이를 검증하기 위해 해석해와 수치해를 비교한 결과 0.1% 미만의 오차를 보여 모형의 타당성을 입증하였다. 또한 낙동강-금호강 합류부에 수질오염사고 가상시나리오를 구성하여 개발된 모형을 적용하였으며, 민감도 분석 기반 유의반응 판단을 통해 효율적 수질모의를 수행할 수 있었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권6B호
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• pp.731-741
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• 2008

기존의 한강 감조구간 수치모의에 대한 연구는 단면자료 획득의 어려움이나 유도의 조위자료가 없으므로 하류 경계단을 전류지점으로 하여 모의한 논문이 대부분이나 본 연구에서는 수치해도를 바탕으로 곡릉천 합류부 이후와 임진강 하구부의 단면을 가정하고 인천검조소의 조위자료를 유도지점으로 전이시켜 서해안 조위에 의한 한강하류부에서의 수리학적 거동을 해석하였다. 모형의 적용구간은 신곡수중보로부터 한강의 법적 하류단인 김포시 유도까지 총 36.8 km에 이르는 구간으로 흐름 및 혼합거동 해석은 RMA-2 모형과 서일원(2008)이 개발한 2차원 이송-분산 해석모형인 RAM4를 이용하였다. 전류지점에서의 수위 및 종횡방향 유속 실측자료와 수치모의 결과를 비교하여 흐름해석 결과를 검증하였다. 수위 관측소의 자료가 양호하고 인천검조소에서 높은 조차가 발생하는 2006년 6월 23일~25일 동안 모의한 결과 유도지점의 조위에 따라 총 5회의 역방향 흐름이 관찰되었고 최대 역류 길이는 장항 IC까지 총 32.9 km에 이르렀다. 최대 역방향 흐름의 발생 및 소멸 과정, 최고 유속선을 따른 수위 및 유속을 분석하였으며 이에 따른 비보존성 오염물질의 혼합거동을 해석하였다. 굴포천으로부터 유입된 오염물질은 하폭방향 퍼짐이 두드러지게 일어났지만 곡릉천에서 유입된 BOD는 곡릉천 합류부를 전후하여 중앙 및 좌안측 수심이 급격히 깊어지고 최대유속선이 곡릉천 방향인 우안에서 발생하고 있으므로 횡방향 혼합이 빠르게 완료되어 오염운의 반경이 상대적으로 좁은 것을 확인할 수 있었다. 또한 1차원 이송-분산방정식의 해석해를 적용해 유도지점의 염도 값을 인천검조소로부터 추산하여 한강 하류부에서의 수평 2차원 염수 혼합거동을 해석하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권6B호
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• pp.623-631
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• 2006

본 연구에서는 하상변화가 존재하는 자연하천에서의 물질거동을 해석하기 위한 주기적저장대모형을 개발하였다. 저장대 구조에 따른 저장효과를 살펴보기 위하여 자연하천의 특성을 고려한 4개의 주기적 여울-소 구조를 갖는 와 흐름에서 소금물과 염료를 이용하여 실험한 모형실험결과를 이용하였다. 염료실험 결과, 물질이동 및 혼합거동은 하상 및 하안의 구조에 영향을 받는 것으로 나타났다. 기존의 저장대분산모형이 주기적으로 변화하는 저장대 구조에 의한 이동 및 질량교환 효과를 정확히 재현하지 못하는 것에 비해서 경계변화에 따른 질량교환 효과를 보다 효과적으로 재현할 수 있는 주기적저장대모형은 모형 실험 결과를 잘 재현하는 것으로 나타났다. 새로운 저장대모형을 미국 텍사스주의 Sabin River에 적용하였으며, 그 결과는 실험을 통해서 수집된 농도분포를 잘 재현하는 것으로 나타났다.

• 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.

• 대한토목학회논문집
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• 제33권2호
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• pp.495-506
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• 2013

본 연구에서는 전단류 분산이 이송과 난류에 의한 확산의 결합에 의해 발생한다는 Taylor (1954)의 가정을 바탕으로 개념적 모형을 구성하고, 이를 3차원 개수로에 적용하여 오염물질의 혼합과정을 재현할 수 있는 시간분리 혼합모형(Time-split Mixing Model; TMM)을 개발하였다. 개발된 모형은 연산자 분리 기법(operator split method)과 유사하게 혼합과정을 종방향 혼합과 횡방향 혼합으로 분리하고, 유속 연직편차에 의한 농도분리과정과 난류확산에 의한 연직방향 혼합과정을 순차적으로 반복 계산함으로써 2차원 이송-분산을 재현한다. 수치모의 결과, 제안된 모형은 수로벽면에 의한 농도중첩 효과를 잘 반영하고 있으며, Taylor 구간 내에서 2차원 이송-분산 모형의 해석해와 거의 일치하고 있음을 확인하였다(Chatwin, 1970). 본 모형은 하상경사, 하폭 대 수심 비, 혼합시간 등의 변화에 따라 분산 정도를 달리 재현하고 있으며, 산정된 종분산계수는 Elder(1959)가 제안한 상수값과는 달리 혼합시간에 따라 변화하는 양상을 나타냈다. 횡분산계수의 경우, Sayre와 Chang(1968), Fischer 등(1979)이 실험을 통해 제시한 값과 유사한 범위를 나타냈다.