• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.517-517
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• 2023

현재 우리나라에서는 4대강 및 주요 호소 29지점을 대상으로 조류경보제가 시행되고 있으며 조류 경보 단계는 실시간 모니터링지점에서 측정되는 유해 조류의 셀농도를 기반으로 발령 단계가 결정된다. 상수원 구간은 관심, 경계, 조류 대발생, 해제 또는 미발생 총 4구간으로 구성되며, 친수 활동 구간의 경우 조류 대발생을 제외한 3구간으로 구성된다. 현재 시행되는 조류 경보제의 목적은 유해 조류 발생 시 사후 대응 방안 마련에 보다 초점이 맞춰져 있으며 특히, 모니터링 주기 확대 여부, 오염원 관리 방안 마련, 조류 제거 여부 등의 의사 결정 수단으로 사용되고 있다. 하지만 조류 경보 단계에 대한 사전 예측이 가능한 경우 유해 조류의 성장을 억제할 수 있으며 이를 통해 안전하고 깨끗한 수자원을 확보할 수 있다. 본 연구에서는 조류 경보 단계의 사전적 예측을 위해 국가 실시간 측정망에서 제공하는 전국 보 모니터링 종합 정보 자료, 기상측정망 자료, 실시간 보 현황 자료를 활용하여 예측 모델을 구축하였다. 또한, 단계 예측의 정확도를 개선하기 위해 변수 선택 기법을 활용하여 조류 경보 단계에 영향을 미치는 환경변수를 선정하였으며 자료의 불균형으로 인해 모델 학습 과정에서 발생하는 예측 오류를 최소화하기 위해 다양한 샘플링 기법을 적용하여 모델의 성능을 평가하였다. 변수 선택 및 샘플링 기법을 고려하지 않은 원자료를 사용하여 예측 모델을 구축한 결과 관심 단계(Level-1) 및 경보 단계(Level-2)에 대해 각각 50%, 62.5%의 예측 정확도를 보인 반면 비선형 변수 선택 기법 및 Synthetic Minority Over-sampling Technique-Edited Nearrest Neighbor(SMOTE-ENN) 샘플링 기법을 적용하여 구축한 모델에서는 Level-1은 85.7%, Level-2는 75.0%의 예측 정확도를 보였다.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.16 no.4
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• pp.2951-2957
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• 2015

The development of worldwide harmful algal blooms(HAB) is a serious problem for public health and fisheries industries. To evaluate the algicidal impact on the HAB species, algicide thiazolidinedione derivative (TD49) and yellow clay were examined, which is focus on assess the algicidal effects and inhibition to photosynthesis of HAB species. To obtain the detailed information, we analyzed the viability of target species related to activity Chl. a, photosynthetic efficiency($F_v/F_m$), and electron transport rate(ETR). Culture experiment was conducted to evaluate the algicidal effects of three harmful species(raphidophyceae Heterosigma akashiwo, Chattonella marina, and dinophyceae Heterocapsa circularisquama) and one non-harmful species (cryptophyceae Rhodomonas salina). Our experiments revealed that three HAB species were easily destroyed of the cell walls after TD49 dosing. Also, they had significantly reducing values of active Chl. a, $F_v/F_m$, and ETR, due to the damage of photosystem II by inter-cellular disturbance. As a result, the algicidal effect(%) for the three HABs were as follows, in the order of greatest to the least: H. circularisquama> C. marina> H. akashiwo. However, the algicidal effect for yellow clay remained to be <30% (p>0.01), implying that it may not have damaged the photosystem II. On the other hand, non-HAB R. salina was promoted at both TD49 and yellow clay treatments. Our results demonstrated that the TD49 is a good agent for the control of HABs H. akashiwo, C. marina, and H. circularisquama, whereas the yellow clay would not be suitable for the field application based on our experimental results.

• Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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• v.10 no.2
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• pp.91-102
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• 2007

To anticipate and respond to harmful algae produced in a big artificial lake like Daecheong reservoir, development of a regional analysis computer system using GIS or RS technique is needed in addition to biological and chemical research. The purpose of this study is to develop a cyanobacterial blooming prediction model to prevent harmful algae produced in Daecheong reservoir and construct an early forecasting system based on GIS. For this purpose this paper examines previous studies related to the relationship between cyanobacteria and environmental factors in Daecheong reservoir and selects precipitation and air temperature as two important environmental factors for the development of cyanobacterial blooming prediction model. Data used in this study are water quality and weather data for three water regions in Daecheong reservoir between 2000 and 2004. Based on qualitative correlation analysis between cyanobacteria and environmental factors, this paper presents a Rump model which enables us to predict cyanobacteria in water regions of Daecheong reservoir. Under this model the prediction of initial occurrence time and growth period of cyanobacteria are possible. The model is also applied to the GIS-based early forecasting system for cyanobacteria, and finally a GIS which can predict cyanobacteria produced in Daecheong reservoir and can manage the related data is developed.

• Korean Journal of Ecology and Environment
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• v.50 no.3
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• pp.337-354
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• 2017

Cyanobacteria Aphanizomenon population is widely distributed in the world, and well known as harmful algae by producing toxins and off-flavor materials, thus belonging to one of the taxa that became more interested in the field of limnoecology. In this study, the frequency, intensity, and duration of Aphanizomenon occurrence were increased with the abnormal drawdown of water level in the winter in Boryeong Reservoir, and the spatial and temporal characteristics of them are compared with each other in the perspective of hydrometeorology (1998 to 2017) and limnology (2010 to 2017). In Korea, Aphanizomenon flourished mainly in high temperature, and the appearance in the low temperature was rare in total five times. The harmful cyanobacteria Aphanizomenon was observed in the low temperature (December to February) in Boryeong Reservoir from 2014, and then reached a maximum value of $2,160cells\;mL^{-1}$ in January 2017. In addition, the period exceeding $1,000cells\;mL^{-1}$ at this time was more than 3 months. This was simultaneously associated with abnormal water level fluctuation in the low temperature ($<10^{\circ}C$). The large drawdown of water level in the winter season has the potential to promote or amplify the germination and development of harmful algae. Also, subsequent water quality and ecological impacts(e.g., algal toxins and off-flavor substances) need to be considered carefully.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.56 no.6
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• pp.373-380
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• 2023

Due to abnormal climate phenomena and climate change in Korea, overgrowth of algae in rivers and reservoirs occurs frequently. Algae in rivers are classified into green algae, blue-green algae, diatom, and other types, and some species of blue-green algae cause problems due to odor and the discharge of toxic substances. In Korea, an algae alert system is in place, and it is issued based on the number of harmful blue-green algae cells. Thus, measuring harmful blue-green algal blooms is very important, and currently, the analysis method of algae involves taking field samples and determining the cell count of green algae, blue-green algae, and diatoms through algal microscopy, which takes a lot of time. Recently, the analysis of algae concentration through Phycocyanin, an alternative indicator for the number of harmful algae cells, has been conducted through remote sensing. However, research on the analysis of the number of blue-green algae cells is currently insufficient. In this study, we water samples for algal analyses were collected from river and counted the number of blue-green algae cells using algae microscopy. We also obtained the Phycocyanin concentration using an optical sensor and acquired algae spectra through a hyperspectral sensor. Based on this, we calculated the equation for estimating blue-green algae cell counts and estimated the number of blue-green algae cells.

• Proceedings of the Korea Information Processing Society Conference
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• 2021.11a
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• pp.51-53
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• 2021

유해조수에 의한 농작물 피해규모는 2015 년 106 억원, 2017 년 126 억원에 이어 2019 년 137 억원으로 해마다 늘어나고 있다. 유해조수 중 조류에 의한 피해는 농작물 외에도 항공기, 전기/통신망, 양식장에 이르기 까지 다양한 산업분야에서 발생한다. ICT 기술은 유해조수에 의한 농작물 및 시설물의 피해를 줄이기 위한 효과적인 방안을 제시할 수 있다. 본 연구에서는 이미지 인식 및 분석 기술을 이용하여 유해조수 감지 및 피해방지를 위한 YOLO 기반의 감지 모델을 설계 후 유해조수 중 조류에 적용하여 테스트했다. 제안하는 모델은 여러 산업분야에서 유해조수 피해 방지를 위한 다양한 응용개발에 활용될 수 있다.

• Proceedings of the Korean Society of Computer Information Conference
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• 2023.07a
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• pp.593-594
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• 2023

본 논문에서는 지향성 스피커를 활용한 APP 기반의 보급형 조류 제어 시스템을 제안한다. 농가에서는 유해조류 퇴치를 위해 그물 설치, 소음 방출, 천적 모형 설치, 화학 약품 사용 등 다양한 방법으로 피해를 줄이고자 하는 노력을 하고 있지만 과다비용과 생활에 피해를 주는 소음 발생 등으로 인해 효과를 볼 수 없는 문제를 가진다. 또한, 무지향성 스피커의 파형특성상 음원 발생기 주변에 불필요한 소음을 농가에 방출하게 되어 소음공해의 피해를 주는 경향을 보인다. 본 연구에서는 지향성 스피커를 활용하여 필요한 구역에만 선택적으로 방출 가능하도록 구현하였으며, 음향을 다양한 패턴 방출를 통하여 패턴인지 저하로 인한 문제를 극복하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.449-449
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• 2018

최근 국내 하천과 호수에서 수온상승 및 기후변화로 인한 녹조발생이 빈번하게 나타남에 따라 녹조발생원인과 예측에 대한 중요성이 빠르게 인식되어가고 있다. 이에 본 연구에서는 보 구간의 연직 수온분포를 분석하고, 측정된 수온분포와 유해 남조류 세포수를 바탕으로 수체안정화도와 남조류의 발생을 비교하였다. 낙동강수계의 8개보를 선정하여 2015년 1월부터 2016년 12월까지 주 1회, 수심 1m 간격으로 측정한 수온을 분석했으며, 유해 남조류 세포수는 환경부 조류경보제 및 수질예보제에서 측정한 자료를 사용하였다. 수온 모니터링 분석 결과 2015년과 2016년 모두 5월 이후 수온성층이 형성되었고, 8월에 비교적 강한 수온성층이 형성되는 것으로 나타났다. 특히 칠곡보와 강정고령보에서 상대적으로 뚜렷하게 나타났는데 이는 수심이 깊고 체류시간이 긴 지형적 특성에 의한 것으로 판단된다. 형성된 수온성층은 안정된 상태로 지속되지 않고 주로 강우 시에 상 하층간의 수온구배가 줄어들어 혼합되는 전도현상이 관찰되었다. 수체안정화도 산정 결과 역시 2015년, 2016년 모두 수온성층 결과와 비슷하게 5월에 수체안정화도가 급증하다 9월 이후에 크게 감소하는 경향을 보였으며, index별로 Schmidt stability, Bouyancy Frequency 항목에서 이러한 경향이 뚜렷하게 나타났다. 또한 5월 이후 수체안정화도가 증가하는 시기에 남조류 세포수의 현존량도 증가하는 것으로 관찰되어 남조류의 발생과 수체안정화도의 증가는 시기적으로 일치하는 것으로 나타났다. 수체안정화도와 남조류 세포수와의 상관성은 2016년이 높았으며 그중 강정고령보에서 상관계수가 Schmidt stability는 0.78, Bouyancy frequency는 0.65로 높은 상관성을 나타내었다. 하지만 2015년의 경우 9월 이후 수체안정화도와 수온이 감소하였지만 남조류 세포수는 증가하여 경향이 일치하지 않는 것으로 나타났는데, 이는 저수온성의 남조류가 우점했기 때문인 것으로 판단된다. 향후 조류 발생 및 예측 등을 효과적으로 재현하는데 있어 자료로 활용하기 위해서는 지속적인 수질 모니터링 및 기상인자 모니터링이 필요할 것으로 판단된다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• v.3 no.1
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• pp.22-34
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• 2016

We developed a biologically-derived substance naphthoquinone (NQ) derivate for the eco-safe mitigation of harmful cyanobacteria blooms such as Microcystis and Dolichospermum. NQ was reacted with various substituents ($R_n$) to produce different NQ derivatives. We tested a total of 92 algicidal compounds based on the algicidal activity of Microcystis and Dolichospermum. 22 compounds of NQ were selected as candidates (algicidal activity >80% at $1{\mu}M$). Among them, NQ 40 compound showed the highest algicidal activity of 99.6% and 100% at the optimal concentration of $1{\mu}M$ on Microcystis and Dolichospermum, respectively. No algicidal effects of NQ 40 ($1{\mu}M$) were observed against non-target algae such as Stephanodiscus, Cyclotella and Peridinium. According to the results of acute eco-toxicity assessment, the $EC_{50}$ values of NQ 40 compound for Selenastrum capricornutum and Daphnia magna were 3.2 and $14.5{\mu}M$, respectively, and the $LC_{50}$ for Danio rerio was $15.7{\mu}M$. In addition, for D. magna chronic eco-toxicity assessment, no toxicity toward survival, growth and reproduction was observed. Therefore, we suggested the NQ 40 ($1{\mu}M$) compound as an alternative eco-safe algicidal substance to effectively mitigate harmful cyanobacteria blooms.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.20-20
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• 2022

최근 국내 기후변화와 산업화로 인한 오염물 배출량 증가로 인해 하천 및 호소에 남조류 과대 성장이 빈번히 발생한다. 과거에 비해 녹조현상의 빈도가 잦아졌으며, 지속기간이 증가하였다. 조류 발생 시 현장에서 채수한 샘플을 통해 검경 및 chlorophyll-a 분석을 진행하여 조류의 정성·정량적 평가를 진행한다. 이러한 분석결과는 녹조 발생에 대한 기초자료로 활용되고 있다. 하지만 현장 시료 샘플을 통한 조류 검경의 경우 단일지점에 대한 분석으로 인해 하천 및 호소의 전체적인 대표성을 나타내기엔 한계가 있고, 많은 인력과 시간이 소요된다. 또한 chlorophyll-a는 녹조류와 높은 관련성이 있어 유해남조류에 대한 집중 분석에는 한계가 발생한다. 이러한 한계점을 통해 국내·외로 조류 연구에 분광 스펙트럼을 활용한 원격탐사 기법 적용되고 있으며, 남조류 농도를 분석하기 위해 남조류의 보조 색소인 phycocyanin을 활용한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 분광스펙트럼을 활용한 phycocyanin 분석을 진행하였다. 분광 스펙트럼을 측정하기 위해 점(point) 단위의 고해상도 분광방사계를 활용하였으며, phycocyanin 측정을 위해서 형광 센서를 활용하였다. 현장에서 형광센서 및 분광방사계를 동시에 측정하여 데이터를 취득하였으며, 분광 스펙트럼 특성상 노이즈 및 이상치가 발생하기 때문에 전처리 과정을 통해 이를 보완하였다. phycocyanin 분석을 위해 다중 스펙트럼을 활용한 분광지수를 활용했으며, 이를 통해 phycocyanin 분석에 있어 최적의 분광지수를 제시하고자 한다. 본 연구 결과는 고해상도 점(point)단위 분석으로 향후 선단위, 면단위 하천 조류-스펙트럼 분석에 있어 기초자료로 활용될 것으로 판단된다.