• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.494-494
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• 2022

임의의 지점에서 하천의 수질은 해당 하천으로 유입되는 모든 지역의 오염원에 대한 영향을 받으므로 상류 소유역에 전체에 대한 복합적인 평가가 동반되어야 한다. 본 연구에서는 배출부하량 자료를 활용하여 충주댐 호소의 수질에 대한 상류 유역의 영향성을 평가하여 우심하천을 결정하는 방법을 제안하고, 충주댐 유역의 우심하천을 결정하였다. 충주댐 유역을 Korean Reach File (Version 3)에서 제공하는 182개 세유역으로 구분하였으며, 각각의 소유역에 대한 Straem Total Load (STL)를 산정하였다. 여기서, STL은 세유역의 하천으로 유입하는 모든 상류 세유역을 포함하는 단위면적당 배출부하량으로 명명하였다. 충주댐 본체가 포함된 세유역 (충주댐2-3)을 목표지역으로, 대상 수질 항목은 총인(TP)으로 선정하였다. 충주댐2-3 세유역의 STL은 0.0029 kg/ha/day이며, 상류 세유역의 STL이 목표 지역보다 높으면 댐호소 수질에 대한 영향이 큰 세유역으로 구분할 수 있다. 각각의 세유역에 대한 STL을 산정하면 장평천4 0.0191 kg/ha/day로 가장 높았으며, 주천강시점3 0.0089 kg/ha/day, 주천강상류1 0.0088 kg/ha/day 등의 순으로 나타났다. 또한 충주댐2-3의 STL보다 높은 세유역은 68개, 주요 우심하천은 장평천과 제천천 그리고 주천강 등으로 분류되었다. 또한 STL을 활용하면 상류 세유역에서 하류 세유역까지 배출부하의 이동 경향이 나타나므로 (최상류에서 높은 오염부하를 배출하여도 하류로 이동하며 낮은 오염부하를 배출하는 세유역과 합쳐지면 댐 호소의 수질에 대한 영향이 적은 것 등) 세유역의 배출부하 또는 단위면적당 배출부하로 우심지역을 평가하는 방법과의 차별성을 가지고 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.265-265
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• 2023

유역모형을 통해 우심하천을 제시하는 방법은 많은 노력과 시간이 요구되는 경우가 많다. 본 연구에서는 국가배출부하량 자료를 사용하여 간단하게 오염원별/오염물질별 수질 관리가 요구되는 하천을 선정하는 방법을 제시하고, 우심하천을 선정하였다. 적용 유역은 한강 수계에서 가장 복합한 댐 유역인 충주댐 유역으로 결정하였다. 충주댐 유역의 소유역별 배출부하량을 활용해 하천 관점의 배출부하량을 산정하였다. 하천 관점의 배출부하량 (Stream Total Loads, STL로 명명)은 임의의 하천으로 유입되는 모든 소유역의 배출부하량 합계를 면적 합계로 나누어 산정하는 방법이며, 임의의 하천 지점에서 상류의 모든 소유역이 포함된 단위면적당 배출부하를 의미한다. 따라서 댐 유역 말단의 STL은 유역 전체의 단위면적당 배출부하로 표현되며, 유역 전체의 STL보다 높은 소유역이 연결된 하천을 댐 호소 관점에서 볼 때 관리가 필요한 하천이라 할 수 있다. 댐 유역 말단의 STL은 점오염원-BOD 0.617 kg/km²/day, 점오염원-TP 0.038 kg/km²/day, 비점오염원-BOD 2.909 kg/km²/day, 비점오염원-TP 0.237 kg/km²/day로 산정되었다. 점오염원에 대한 BOD 관리하천은 창리천, 장평천, 지장천하류 등 15개 소유역, TP 관리하천은 주천강시점, 창리천, 주천강상류 등 20개 소유역으로 나타났다. 비점오염에 대한 BOD 관리하천은 주천강시점, 장평천, 제천천하류 등 13개 소유역, TP 관리하천은 주천강시점, 장평천, 주천강상류 등 16개 소유역으로 나타났다. 또한 전체 배출부하에 대한 비점오염원의 배출부하비는 BOD 82.5%, TP 86.2%로 점오염원보다 높았다. 따라서 우선 관리 대상 하천은 TP 비점오염원, BOD 비점오염원, TP 점오염원, BOD 점오염원 순으로 계획될 필요가 있다. 향후 유역 모델링을 수행하고, STL 산정 결과와 비교하여 우심 하천 선정에 대한 적합성을 평가할 예정이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.318-318
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• 2018

충주댐 하류 남한강 본류에서는 매년 봄철 지속되는 가뭄으로 인한 유량감소와 과다한 영양염류 유입으로 인해 부영양화 현상이 빈번히 발생하고 있다. 이에 본 연구에서는 남한강 본류로 유입되는 주요 하천(섬강, 청미천, 양화천, 복하천)을 대상으로 중점관리가 필요한 우심하천 및 주요 오염원을 선별하고자 갈수기 오염부하 특성 및 남한강 본류에 대한 기여율을 분석하였다. 분석 결과, 갈수기 조건에서의 오염부하 및 기여율은 섬강에서 BOD5 852.0 kg/day(41.3%), T-P 59.0 kg/day(56.8%)로 가장 높게 나타났으며, 유량 및 수질 모니터링 기간 내 발생한 점 기저비점 오염부하가 남한강 본류에 미치는 기여율 BOD5 52.8%, COD 52.1%, TOC 53.0%, SS 41.3%, T-N 47.7%, T-P 30.0%, Chl-a 47.8%로 섬강에서 가장 높게 나타났다. 그리고 전국오염원조사 자료를 바탕으로 산정된 수질항목에 대한 오염원별 전체 배출부하 또한 섬강에서 가장 높게 나타났으며, 토지계, 생활계, 축산계 오염원 순으로 높은 비중을 차지하는 것으로 나타났다. 본 연구 결과를 통해 충주댐 하류 남한강 본류 갈수기 수질을 효율적으로 개선하기 위해서는 섬강을 중점적으로 점오염원 관리뿐만 아니라, 기저비점을 통합적으로 관리하기 위한 대책 마련이 필요할 것으로 판단된다. 향후 본 연구의 결과는 극한 가뭄이 지속되는 상황을 고려한다면, 충주댐 하류 남한강 본류 갈수기 수질오염 개선에 활용될 실효성 있는 대책 및 유역관리 정책 수립에 대한 기초 자료로 활용될 수 있을 것이라 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.251-251
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• 2020

원주시를 비롯한 남한강 지류인 섬강의 중·하류 지역에서의 물 부족 및 수해를 방지를 위하여 남한강 지류인 섬강 유역에 횡성댐이 건설되었다. 그러나 상수원으로 이용되는 타 댐에 비해 횡성댐의 최근 5년간 TOC와 BOD₅의 평균 농도가 높은 것으로 나타났다. 횡성댐 유역의 수질 오염은 원주시와 횡성군의 식수원인 횡성호의 수질에도 악영향을 미치게 되어 이에 대한 개선책이 필요하다. 이에 본 연구에서는 횡성댐 유역의 주요 유입하천을 대상으로 오염원 현황을 파악하고 홍수기 유량·수질 모니터링을 통한 오염원 특성 및 기여도를 분석하였다. 이를 바탕으로 SWAT 모형을 구축한 후 횡성댐 유역 내 주요 우심하천인 구사천과 횡성댐 말단 지역에 대해 적용 가능한 총 5가지의 수질개선 대책 시나리오를 구성하여 유역 모델링을 통한 전체유황, 홍·풍·평수기, 저·갈수기 수질 오염 저감 효과를 분석하였으며, 추가적인 수질개선 대책으로 지역적 특성을 반영하여 오염원별 다양한 관리대책을 제시하였다. 우심하천인 구사천의 경우 마을하수도 설치에 대한 오염부하 저감 효과와 벌목에 대한 오염부하 영향에 대한 시나리오를 모델 내 적용하여 분석하였다. 또한 횡성댐 유역 말단에 대해 비가림시설 및 유출방지턱 설치에 따른 오염부하 저감 효과, 표준시비량 적용 및 농업BMPs(물꼬관리, 완효성비료, 볏짚피복, 초생대)에 따른 오염부하 저감 효과를 분석하였다. 시나리오별 수질개선 효과를 분석한 결과, BOD₅는 최소 0.1 ~ 11.6%의 수질개선 효과가 있었으며, T-N은 0.1 ~ 22.3%, T-P는 0.1 ~ 31.8%, TOC는 0.1 ~ 3.8%의 수질개선 효과가 있는 것으로 나타났다. 각 수질항목별 시나리오를 분석한 결과, 비가림시설 및 유출방지턱과 축산분뇨 위탁처리 시나리오, 경작지 표준 시비량 시비 및 농업 최적관리 적용 시나리오의 오염원 저감 효율이 가장 높은 것으로 나타났다. 향후 본 연구에서 제시한 오염저감 시나리오와 수질개선 대책 등을 통해 도출된 결과는 횡성댐 유역의 수질 개선을 위한 대책 수립에 기여할 수 있을 것이라고 판단되나, 횡성호 상류유역의 수질개선만 고려했기 때문에 호소 내 수질관리에 대한 후속 연구가 추가적으로 필요할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.471-471
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• 2023

소양댐 상류 유역에 위치한 고랭지 밭에서 강우시 많은 양의 탁수가 유입되고 있어 상·하류지역사회에 갈등을 유발하고 하천 환경오염의 주범으로 지목되었다. 이에 환경부는 2007년부터 꾸준히 소양호 유역을 비점오염원 관리지역으로 지정하여 다양한 노력을 기울여왔으나 여전히 소양강 상류 수계의 강우시 흙탕물 발생이 지속적으로 문제가 되고 있다. 특히 고랭지 농업이 활발한 자운지구의 경우 고랭지 밭 경작 이외에도 나대지 상태로 방치되거나, 절삭지 보호가 제대로 이루어지지 않는 등 여러 가지 문제로 토사유출이 심각하게 발생하고 있어 흙탕물 관리가 필요한 실정이다. 이에 본 연구에서는 자운지구를 포함한 내린천 유역을 대상으로 강우유출수 모니터링을 수행하였으며, 모니터링 결과를 바탕으로 강우시 비점오염물질 유출 특성을 분석하였다. 강우유출수 모니터링은 2022년 3월부터 10월 중 총 5회를 수행하였으며, 내린천 유역 내 유량 측정망이 설치되어 있는 4개지점(양지교, 현리교, 하죽천교, 원대교)과 내린천 상류 2개지점(에코빌리지, 새터교) 총 6개 지점에서 강우유출수 모니터링을 실시하였다. 분석된 자료를 바탕으로 각 소유역별 EMC, 오염부하, 단위면적당 오염부하를 산정한 결과 하죽천교와 원대교의 단위면적 당 오염부하가 높게 나타났다. 이는 해당 소유역(내린천 하류)에서 발생한 강우강도가 상류에 비해 높았으며, 하죽천교는 유역내 농경지의 비율이 높고, 원대교는 가파른 경사도의 영향이 큰 것으로 판단된다. 또한, 하죽천교와 원대교 소유역에서 배출된느 흙탕물이 내린천 유역의 하천수질 오염에 상당한 기여를 하고 있는 것으로 나타났으며, 오염 우심 소유역에서 발생하는 흙탕물 저감을 위한 적절한 대책이 마련되어야 할 것으로 판단된다. 본 연구 결과와 같이 장기적인 모니터링을 통해 내린천 유역의 흙탕물 저감 대책 수립을 위한 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.303-303
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• 2021

소양호 유역의 만대가아자운지구는 2015년 비점오염원 관리지역으로 재지정 되면서 흙탕물 저감을 위해 중앙정부 차원에서 발생원 관리대책, 유출경로 관리정책 및 양한 비점오염 저감시설 등의 노력을 기울이고 있다. 하지만 상류 유역에서는 지속적으로 흙탕물이 발생되고 있으며, 뚜렷한 비점오염 저감효과가 나타나지 않고 있다. 본 연구에서는 정밀조사를 통해 흙탕물 발생 우심 소유역을 분석하고자 하였다. 정밀조사를 위해 관리지역별 하천 및 구거를 분석하였으며, 이를 통해 만대·가아·자운지구별 각 57지점, 31지점, 72지점에서 강우시 수질 모니터링을 수행하였다. 만대지구의 탁도는 167 NTU~7,970 NTU, SS농도는 164.3 mg/L~5,718.0 mg/L 로 관리지역 중 탁도 및 SS 농도가 높았으며, 시행계획상 구분된 소유역별 평균 탁도와 평균 SS농도는 만대천 상류구간이 가장 낮고, 상명천 소유역과 청룡안골, 방추골천, 방추골일천이 흐르는 소유역에서 높게 나타났다. 가아지구의 탁도는 17 NTU~962 NTU, SS농도는 17.8 mg/L~1,020.0 mg/L 로 조사되었으며, 평균 탁도와 평균 SS농도는 가아지구 말단 소유역에서 가장 낮고, 상류 소유역에서 높게 나타났다. 가아천 상류는 탁도 410 NTU와 SS농도 575.0 mg/L, 하류는 탁도 167 NTU, SS농도 197.3 mg/L로 나타나 상류에서 하류로 갈수록 탁도와 SS농도가 낮아졌으며, 상류 유역은 비점저감시설이 밀집해 있음에도 불구하고 다량의 흙탕물이 발생하는 것으로 나타났다. 그러나, 자운지구는 비점오염저감시설이 집중적으로 설치된 상류 유역에 비해 하류 소유역에서 탁도와 SS농도가 높은 것으로 조사되었다. 자운지구의 탁도는 7 NTU~761 NTU, SS농도는 10.8 mg/L~1,199.0 mg/L로 조사되었으며, 평균 탁도와 평균 SS농도는 자운지구의 하류 소한천 소유역이 가장 낮고, 조항천 말단 소유역에서 높게 나타났다. 정밀조사 결과 탁도 및 SS농도가 높게 나타나는 소유역은 공통적으로 고랭지밭의 비율이 높게 나타났기 때문에 고랭지밭에서 발생되는 흙탕물을 효과적으로 관리하기 위해서는 최근 환경부에서 시범 추진하고 있는 농경지 완화조성, 토지 매수사업, 식생완충대 조성 등의 발생원 관리대책 확대 추진이 필요할 것으로 판단된다. 또한 소양호 유역의 비점오염원관리지역은 2020년 비점오염원 관리대책 시행계획이 수립되어 향후 2026년 비점오염 저감 대책이 추진됨에 따라 지속적이고 정밀한 모니터링이 필요할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.448-448
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• 2021

최근 급격한 기후변화와 도시화 및 산업화로 인한 지류하천에서의 수량과 수질의 변동은 생물 다양성 감소와 수생태계 건강성 저하에 큰 영향을 미치고 있다. 효율적인 수생태 관리를 위해서는 지속적인 유량, 수질, 그리고 수생태 모니터링을 통한 데이터 축적과 더불어 면밀한 상관 분석을 통해 수생태계 건강성의 악화 원인을 규명해야 할 필요가 있다. 그러나 수많은 지류하천을 대상으로 한 지속적인 모니터링은 현실적으로 어려움이 있으며, 수생태계의 특성 상 단일 영향 인자만으로 수생태계의 건강성 변화와의 관계를 정확히 파악하는데 한계가 있다. 따라서 지류하천에서의 유량 및 수질의 시공간적인 변동성과 다양한 영향 인자를 고려하여 수생태계의 건강성을 효율적으로 예측할 수 있는 기술이 필요하다. 이에 본 연구에서는 경험적 데이터 기반의 머신러닝 모델 구축을 통해 미계측 하천에서의 수생태계 건강성 지수(BMI, TDI, FAI)의 등급(A to E)을 예측하고자 하였다. 머신러닝 모델은 학습 데이터셋의 양과 질에 따라 성능이 크게 달라질 수 있으며, 학습 데이터셋의 분포가 불균형적일 경우 과적합 또는 과소적합 문제가 발생할 수 있다. 이를 보완하고자 본 연구에서는 실제 측정망 데이터셋을 바탕으로 생성적 적대 신경망 GAN(Generative Adversarial Network) 알고리즘을 통해 머신러닝 모델 학습에 필요한 추가 데이터셋(유량, 수질, 기상, 수생태 등급)을 확보하였다. 머신러닝 모델의 성능은 5차 교차검증 과정을 통해 평가하였으며, GAN 데이터셋의 정확도는 실제 측정망 데이터셋의 정규분포와의 비교 분석을 통해 평가하였다. 최종적으로 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형을 통해 예측 된 미계측 하천에서의 데이터셋을 머신러닝 모델의 검증 자료로 사용하여 수생태계 건강성 등급 예측 정확도를 평가하였다. 본 연구에서의 GAN에 의해 강화된 머신러닝 모델은 수질 및 수생태 관리가 필요한 우심 지류하천 선정과 구조적/비구조적 최적관리기법에 따른 수생태계 건강성 개선 효과를 평가하는데 활용될 수 있을 것이다. 또한 이를 통해 예측된 미계측 하천에서의 수생태계 건강성 등급 자료는 수량-수질-수생태를 유기적으로 연계한 통합 물관리 정책을 수립하는데 기초자료로 활용될 수 있을 것이라 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.108-108
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• 2019

낙동강에는 2010-2012년 4대강 사업 완료 후 8개의 다기능 보가 설치되었다. 보 설치로 인해 물의 체류시간이 증가하고 보 상류에는 정체수역이 광범위하게 형성되었다. 이후 지속된 가뭄과 여름철 고온현상이 겹치면서 남조류의 과잉성장(녹조현상)이 빈번히 발생하여 수생태계 건강성에 문제를 초래하는 등 사회적 이슈로 자리잡게 되었다. 조류의 과잉성장을 해결하기 위해 정부에서는 총인(TP) 방류수 수질기준 강화, 펄스형 방류기법 운영 등 대책을 추진하였으며, 녹조 우심지역을 선정하고 지역 특성에 맞는 대응방안을 수립하여 추진하고 있으나, 그 효과가 국부적이고 일시적이어서 근원적 대책 마련이 필요한 실정이다. 일반적으로 남조류의 과잉성장에 영향을 미치는 요소는 높은 영양염류(질소, 인)와 유기물 농도, 고온과 안정적인 성층강도, 그리고 남조류의 생리적 특성 등으로 매우 다양하기 때문에 정확한 발생 원인의 분석이 어려운 경우가 많다. 그러나, 보에 의해 흐름이 조절되는 하천에서는 유량, 유속 및 수온성층 등이 남조류 성장과 천이특성에 가장 민감한 영향을 미친다. 선행 연구사례에서는 유량과 남조류 생체량이 서로 반비례 관계를 가진다는 점과 상 하층간의 온도차(수온성층)가 남조류 우점과 밀접한 관련이 있다는 것을 보였다(Sherman et al. 1998). 따라서 최근 국내에서도 보의 관리수위를 낮추어 유속을 증가시키고 체류시간을 감소시켜 녹조문제를 완화하려는 노력이 추진 중이다. 하지만 하천의 수질은 물리적, 화학적, 생물학적 요인들의 복잡한 상호작용의 결과이므로, 단기간의 측정 결과로 보 수위 저하의 효과를 평가하는데 어려움이 있다. 따라서 이를 과학적으로 평가하기 위해서 수리 수질 생태의 연동해석이 가능한 수치모델을 활용할 필요가 있다. 수치모델은 매개변수를 충분히 보정한다면, 다른 모든 요인은 동일한 조건에서 보 수위 저하만의 영향을 예측하는데 활용가능하다. 본 연구의 목적은 낙동강 수계 중류에 위치한 칠곡보-강정고령보 구간을 대상으로 3차원 수리 수질모델인 EFDC를 구축하고, 실측 자료를 이용하여 모델을 보정한 후 보 관리수위의 저하운영 시나리오에 따른 수질과 남조류의 시 공간적 변동 특성을 분석하는데 있다.

• 한국물환경학회지
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• 제34권5호
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• pp.494-502
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• 2018

The purpose of this study was to understand distribution characteristics of organic matters through concentration of $BOD_5$, $COD_{Mn}$ and TOC in 31 streams in Han River region, and to establish the relationship among organic matter concentration, and discharge load and flow rate. Concentration of $BOD_5$ and TOC in 22 streams were above IV grade except 9, and the average 80.9 % of total organic matter (by TOC) accounted for dissolved organic type. Correlation among organic matter parameters were higher ($r^2$ > 0.78) and the relationship between TOC and $COD_{Mn}$ concentration was higher than $BOD_5$. Ratio of biodegradable organic matter/total organic matter in the 31 streams was estimated at 41.4 % with $BOD_5$ oxidation rate, and 78.0 % with $BOD_5/COD_{Mn}$ concentration ratio. Ratio of $NBOD/BOD_5$ concentration in four sites with $BOD_5/COD_{Mn}$ concentration ratio exceeding 1 ranged from 54.5 % ~ 79.3 %. Among 979 flow rate data measured at 31 streams, 87 % of measured data was below 0.1 cms and increased water pollution under low flow conditions. Correlation between $BOD_5$ concentration and $BOD_5$ discharge load in the watershed was low, and it was revealed that several streams have more $BOD_5$ delivery load than $BOD_5$ discharge load. Results suggest that many biodegradable forms of organic matter are being introduced into the stream from pollutant sources in the watershed.

• 생태와환경
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• 제42권3호
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• pp.404-406
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• 2009

본 연구노트는 우리나라의 원천기술로서 개발된 녹조제거용 특수선박을 소개하고자 하였다. 녹조제거용 특수선박은 +자형으로서 크게 선박 본체와 탈부착 가능한 보조체로 구성되어 있다. 선박의 특징은 초경량 및 저홀수이다. 주요 세부장치는 흡입장치, 집수장치, 여과장치 및 수집장치의 4가지로 구성되어 있다. 이 중에서 여과장치는 스크린 필터(망목크기 30${\mu}m$)를 사용하였고 압축에어 분사작용에 의해 물과 녹조를 순수 분리 및 제거할 수 있다. 농축된 녹조입자의 함수율은 85%이었다. 최종적으로 녹조와 분리된 물은 하천과 저수지의 공공수역으로 배출된다. Chlorophyll-$\alpha$ 농도로 비교한 제거효율은 약 57% (유입수 83.2 ${\mu}g\;L^{-1}$, 배출수 35.8 ${\mu}g\;L^{-1}$)이었고, 향후 녹조제거장치의 효율성 제고와 기술적 향상을 위해 다양한 조건(조류 생물량, 유량 등)에서 효과분석을 수행할 필요가 있다. 다발성 녹조발생 우심지역을 효과적으로 관리하고, 저수지 하류수역으로 확산을 방지하는 녹조현상의 사전예방체제 구축에 기여하고자 하였다.