• 대한환경공학회지
• /
• 제34권6호
• /
• pp.373-381
• /
• 2012

대전의 도시 소하천, 관평천 유역을 연구대상지역으로 강우시의 유량 및 수질 변화 특성을 파악하기 위한 원격 제어실시간 자동 모니터링 시스템을 설치하여 자료를 확보하고 이 시스템을 이용하여 확보된 강우시 연속측정 자료를 이용하여 도시유역 모델인 SWMM (Storm Water Management Model) 모델을 보정하는 데 사용하였다. 실시간 자동 모니터링 시스템은 강우량계, 초음파 수위계, 자동수질측정장치, 자동취수장치, 데이터 로거 및 전송장치 등으로 구성되었으며 원격으로 제어할 수 있도록 설계되었다. 강우시 유량은 초음파 수위계와 사각 위어 공식을 이용하여 지속적으로 측정이 가능하도록 설계되었으며 정확도는 수동측정을 병행하여 확인하였다. 수질센서로 측정할 수 없는 항목은 자동채수기에 의해 일정시간 간격으로 시료를 채취한 후 실험실로 이송하여 분석하여 자료를 확보하였다. 위에서 실측된 유량 및 수질 연속 자료를 이용하여 연구대상지역에 대해 SWMM 모델을 구축하였다. SWMM 모델의 보정과 검증 결과 유량은 매우 양호한 수준으로 예측하고 있으나 BOD, COD, SS, TN, TP 등의 예측은 강우 특성에 따라 차이가 있는 것으로 나타났다. 본 연구는 SWMM에 나타난 바와 같은 특정 유역에 고정된 형태의 오염물질 축적과 유출현상을 나타내는 경험식이 강우 및 선행강우 특성을 반영하여 수정될 필요가 있다는 것을 시사하고 있다. 본 연구에서 제안된 빗물 자동모니터링 및 모델링 시스템은 향후 강우에 따른 하천 수질관리를 위한 유역단위의 빗물 수량 수질 관리시설의 설계 및 운영에 중요한 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
• /
• pp.261-261
• /
• 2020

물관리의 기본이 되는 연속적인 유량 자료 확보를 위해서는 정확도 높은 수위-유량 관계 곡선식 개발이 필수적이다. 수위-유량 관계곡선식은 모든 수문시설 설계의 기초가 되며 홍수, 가뭄 등 물재해 대응을 위해서도 중요한 의미를 가지고 있다. 그러나 일반적으로 유량 측정은 많은 비용과 시간이 들고, 식생성장, 단면변화 등의 통제특성(control)이 변함에 따라 구간분리, 기간분리와 같은 비선형적인 양상이 나타나 자료 해석에 어려움이 존재한다. 특히, 국내 하천의 경우 자연적 및 인위적인 환경 변화가 다양하여 지점 및 기간에 따라 세밀한 분석이 요구된다. 머신러닝(Machine Learning)이란 데이터를 통해 컴퓨터가 스스로 학습하여 모델을 구축하고 성능을 향상시키는 일련의 과정을 뜻한다. 기존의 수위-유량 관계곡선식은 개발자의 판단에 의해 데이터의 종류와 기간 등을 설정하여 회귀식의 파라미터를 산출한다면, 머신러닝은 유효한 전체 데이터를 이용해 스스로 학습하여 자료 간 상관성을 찾아내 모델을 구축하고 성능을 지속적으로 향상 시킬 수 있다. 머신러닝은 충분한 수문자료가 확보되었다는 전제 하에 복잡하고 가변적인 수자원 환경을 반영하여 유량 추정의 정확도를 지속적으로 향상시킬 수 있다는 이점을 가지고 있다. 본 연구는 머신러닝의 대표적인 알고리즘들을 활용하여 유량을 추정하는 모델을 구축하고 성능을 비교·분석하였다. 대상지역은 안정적인 수량을 확보하고 있는 한강수계의 거운교 지점이며, 사용자료는 2010~2018년의 시간, 수위, 유량, 수면폭 등 이다. 프로그램은 파이썬을 기반으로 한 머신러닝 라이브러리인 사이킷런(sklearn)을 사용하였고 알고리즘은 랜덤포레스트 회귀, 의사결정트리, KNN(K-Nearest Neighbor), rgboost을 적용하였다. 학습(train) 데이터는 입력자료 종류별로 조합하여 6개의 세트로 구분하여 모델을 구축하였고, 이를 적용해 검증(test) 데이터를 RMSE(Roog Mean Square Error)로 평가하였다. 그 결과 모델 및 입력 자료의 조합에 따라 3.67~171.46로 다소 넓은 범위의 값이 도출되었다. 그 중 가장 우수한 유형은 수위, 연도, 수면폭 3개의 입력자료를 조합하여 랜덤포레스트 회귀 모델에 적용한 경우이다. 비교를 위해 동일한 검증 데이터를 한국수문조사연보(2018년) 내거운교 지점의 수위별 수위-유량 곡선식을 이용해 유량을 추정한 결과 RMSE가 3.76이 산출되어, 머신러닝이 세분화된 수위-유량 곡선식과 비슷한 수준까지 성능을 내는 것으로 확인되었다. 본 연구는 양질의 유량자료 생산을 위해 기 구축된 수문자료를 기반으로 머신러닝 기법의 적용 가능성을 검토한 기초 연구로써, 국내 효율적인 수문자료 측정 및 수위-유량 곡선 산출에 도움이 될 수 있을 것으로 판단된다. 향후 수자원 환경 및 통제특성에 영향을 미치는 다양한 영향변수를 파악하기 위해 기상자료, 취수량 등의 입력 자료를 적용할 필요가 있으며, 머신러닝 내 비지도학습인 딥러닝과 같은 보다 정교한 모델에 대한 추가적인 연구도 수행되어야 할 것이다.

• 생태와환경
• /
• 제54권4호
• /
• pp.272-279
• /
• 2021

필터의 손상 없이 포집할 수 있는 필터케이스를 적용하고, 전압 제어와 압력 제어를 각각 할 수 있는 펌프 방식의 eDNA 포집 및 채수 시스템을 개발하여 집수매거 취수원을 대상으로 종래의 진공압 방식의 포집 및 추출 실험과 eDNA 농도를 비교함으로써 개발 시스템의 필터링 성능을 평가하였다. 개발된 시스템은 전압제어(Manual pump system) 방식과 압력제어(Automatic pump system) 방식으로 구분하여 필터링 시 필터기 내부 압력을 측정하고 각 시스템의 압력 변화를 비교하였다. 전압제어 방식은 필터링 초기에 65 [KPa]로 시작하여 필터링 시간이 경과함에 따라 필터에 축적되는 여과물의 양이 증가하므로 압력이 점진적으로 증가하였다. 압력제어 방식은 설계된 알고리즘에 따라 일정 압력을 유지하도록 제어한 결과, 압력 센서의 피드백 시간에 따라 필터링 과정에서 압력 변동의 폭은 차이가 있으나 목표 압력에 수렴하는 것을 확인하였다. 개발된 시스템의 필터링 성능을 확인하기 위해 eDNA 농도를 측정하고 전압제어 방식과 압력제어 방식을 대조군과 비교하였다. 전압제어 방식은 대조군과 유사한 결과를 얻을 수 있었으나 압력제어 방식은 대조군에 비해 낮게 나타났다. 압력제어 방식의 경우 필터링 시 압력 편차가 크고, 필터링 과정에서 일정한 압력을 유지하기 때문에 나타난 결과로 사료된다. 따라서 필터링 시에는 일정한 압력을 유지하는 것보다 필터링 시간 경과와 함께 여과물의 증가에 따라 압력이 점진적으로 증가하는 전압제어 방식이 eDNA를 포집하는데 적합함을 확인하였다. 정수역과 유수역의 eDNA 평균농도를 대조군으로 비교한 결과, 각각 96.2 [ng µL^-1], 88.4 [ng µL^-1]로 나타났으며, 펌프 방식으로 eDNA 평균농도를 비교한 결과는 각각 90.7 [ng µL^-1], 74.8 [ng µL^-1]로 정수역에서 필터링한 시료에서 높게 나타났다. 정수역에서 eDNA 농도가 높게 나타난 것은 잔존하는 eDNA를 비롯한 미세 유기물의 영향으로 사료된다.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제36권6호
• /
• pp.1047-1058
• /
• 2003

겨울철에 금강하류에서는 암모니아성 질소(NH3-N) 농도가 주기적으로 높게 검출되어, 부여지점에서 취수하는 정수장의 수처리 공정에 큰 장애가 되고 있다. 질소농도 저하와 소독부산물 생성 억제를 위해 종종 대청댐의 추가 방류가 검토되고 있으나, 방류량과 직소농도 관계의 정량적 분석에 어려움이 있었다. 본 연구에서는 8년간의 일별 수질자료와 댐 방류량 자료를 이용하여 겨울철(12월∼3월) 동안 일별 NH3-N 농도를 예측할 수 있는 다중회귀모형을 개발하고, 최근 2년간의 자료를 이용하여 모형을 검증하였다. 모형 개발과정에서 모의값은 실측값과의 결정계수와 모형효율이 모두 0.95 이상으로 높게 나타났다. 검증과정에서는 각각 0.84∼0.94와 0.77∼0.93으로써 신뢰도가 약간 떨어졌지만, 방류량과 하류의 NH3-N 농도 관계를 분석하는데 충분히 활용가능 한 것으로 평가되었다. 모형은 갈수기 동안 댐 방류량이 NH3-N 농도 저감에 미친 효과를 분석하는데 사용되었다. 1∼3월 동안 방류량을 5 에서 50cms까지 증가시켜 파며 모의한 결과, NH3-N 농도는 평균 0.332∼0.583 mg/L 감소하였으며 2월에 가장 큰 저감효과가 나타났다. 개발된 다중회귀 수질모의기법은 충분한 실측자료가 확보된 경우에 수치모형이 요구하는 광범위한 경계조건 자료 없이도 댐 방류량과 하천수질의 인과관계를 분석하는데 유용하게 활용가능 할 것으로 기대된다

• 생태와환경
• /
• 제34권3호통권95호
• /
• pp.175-184
• /
• 2001

방류수내 남조류 세포의 밀포와 종조성 및 독소의 계절별, 일일 변화를 일본 중심에 위치하고 있는 Suwa호의 수문에서 1998년 5월부터 10월까지 조사하였다. Microcystis의 높은 세포밀도가 M. ichthyoblabe가 우점했던 7월과 M. viridis가 우점종으로 나타난 9월에 관찰되었다. Microcystis의 종조성과 총 세포밀도는 3종류의 microcystin의 정성${\cdot}$정량적인 변화와 관련이 있었다. M. ichthyoblabe가 우점했던 7월 동안에는 MC-RR과MC-LR만이 검출되었으나 M. aeruginosa의 개체수 증가와 함께 M. viridis가 우점종으로 나타난 8월부터 10월까지는 MC-YR을 포함한 3종류의 microcystin 모두 검출되었다. 방류수내 Microcystis의 세포밀포와 microcystin의 함량의 일 변화는 바람의 일 변화에 큰 영향을 받았다. 아침에 비해 오후에 바람이 강하게 부는 풍속주기의 조건에서 Microcystis의 세포밀도와 독소의 함량은 아침에 증가하고 오후에 감소하는 경향을 나타냈다. 본 연구의 결과들은 수문이나 취수탑에서 방류시기의 조절은 부영양 호수에서 물을 취수하여 이용함에 있어 원수내 조류의 생물량을 저감할 수 있는 유효한 방법임을 제시한다.

• 한국지구과학회지
• /
• 제28권7호
• /
• pp.925-935
• /
• 2007

제주도는 현무암과 조면암으로부터 기원한 투수성 높은 토양으로 인하여 지표수 유입에 따른 상시하천 발달이 어려워, 용수의 대부분을 지하수에 의존하고 있다. 이에 따른 무분별한 지하수 개발은 지하수위 강하로 이어져, 제주도내 많은 지역에서 지하수 오염과 해수침투 현상이 나타나고 있다. 제주특별자치도는 제주도의 항구적인 지하수자원 보전을 위하여 1994년 이래 일부 지역을 지하수 보전구역으로 지정하였으며, 이 지역내의 모든 지하수 개발은 허가를 받도록 지정한 바 있다. 또한 지하수 수문과 관련된 수리지질 정보 획득을 위하여, 2001년 이래로 제주도 내 해안지역 및 저지대 전체를 대상으로 지하수 관측망을 설치 운영 중이다. 본 연구에서 이러한 지하수 관측망으로부터 얻어진 지하수위, 수온, 전기전도도 등 장기 관측자료를 분석한 결과, 북부 해안지역의 경우 지하수위가 지속적으로 하강하는 것으로 나타났다. 또한 동부 해안지역의 경우는 최근 취수량의 급격한 증가에 따른 해수침투의 영향으로, 대부분의 관측정에서 전기전도도가 높게 나타나며 지속적으로 증가하고 있는 추세로 분석되었다. 이러한 문제점들은 지하수 개발과 관련하여 제주특별자치도의 강력한 통제로 인하여 최근들어 감소하는 추세이지만, 본 연구 결과에 의하면 해안지역의 경우에는 지하수위 하강 및 전기전도도 상승 현상이 지속될 것으로 판단된다.

• 지질공학
• /
• 제26권3호
• /
• pp.331-337
• /
• 2016

농업용 방사상 집수정은 한국농어촌공사에서 1983년 경북 상주시 이안면에 지하댐 건설과 함께 최초로 설치하였으며, 지금까지 총 98개소의 농업용 방사상 집수정을 관리하고 있다. 이중 20개소는 농업용으로 건설된 5개의 지하댐 상류지역에 설치되었으며, 나머지 78개소는 지하댐 설치와 관계없이 설치되었다. 농업용 방사상 집수정은 대부분 1980년~1990년대 개발되었으며, 83개소는 설치한지 20년 이상 경과된 시설이다. 방사상 집수정의 집수 우물통은 일반적으로 내경 3.5 m, 심도 10 m 이내이며, 수평집수관은 65 mm 구경으로 30 m까지 천공한 후 PVC 집수관을 설치하였으며, 집수정 별로 9~28개 설치되어 있다. 집수정설치지점과 하천과의 이격 거리는 10~1,200 m이며, 최대양수량은 2,000~10,000 m³/day 이다. 방사상 집수정은 개발후 물리·화학적 원인에 의한 공막힘 현상 등으로, 취수량이 감소하여 효율이 저하되는 문제점이 있다. 본 연구에서는 30년이상 경과된 방사상 집수정의 수평집수관에 대하여 서징과 고압세척을 실시하고, 양수시험 및 TV검층을 실시하여 우물세척에 의한 수평집수관 폐색제거 효과를 분석하였다. 우물세척후 비양수량은 67% 증가하였으며, TV검층결과 집수우물통에서 가까울수록 수평집수관 스트레너의 막힘(Clogging) 정도가 심한 것을 확인하였다. 본 연구결과를 활용하여 방사상 집수정에 대한 모니터링과 우물 효율 개선방안을 수립하고, 주기적인 사후관리를 통해 방사상 집수정의 지속가능한 이용을 도모 할 수 있을 것으로 사료된다.

• 생태와환경
• /
• 제39권2호통권116호
• /
• pp.257-264
• /
• 2006

호수내 엽록소를 상시적으로 측정하기 위한 자동측정기(AOA)를 적용하고 타당성을 평가하기 위하여 서울-경기지역 상수원수인 팔당호 현장수가 직접 유입되는 제2취수장에서 시료를 채취하였다. 분석은 조류 현존량 및 종 조성 분석, 흡광광도법과 자동측정기에 의한 엽록소측정 등을 동시에 실시하여 그 결과를 비교 조사하고 현장 적용 가능성을 평가하였다. 연구결과. 조류분류군별 엽록소 기여도는 규조류가 83.6%로 가장 높았으며, 녹조류, 남조류, 크립토조류의 순으로 나타났다. 자동측정법과 흡광광도법에 의한 엽록소 농도는 전체적으로 매우 유의한 상관성을 보였으나(.=0.87, n=302, p<0.001), 시기 또는 공 조성에 따라 차이를 보였다. 자동측정기의 민감포는 크립토조 (r=0.83, p=0.00154)와 규조 (r=0.73,p=0.010)가 높았으며 현존량이 낮은 녹조(r=-0.13)와 남조(r=-0.16)에 대해서는 상관성을 보이지 않았다. 결과적으로 엽록소 자동측정법은 고전적인 아세톤 추출 방법에 비해 신속성과 경제성은 매우 인정되지만 출현종의 밀도나 종 천이 등을 고려한 조류분석 및 엽록소 직접측정 등이 병행되어야 할 것으로 사료되었다.

• 생태와환경
• /
• 제49권4호
• /
• pp.354-374
• /
• 2016

본 연구는 2012년 5월부터 2015년 12월까지 북한강과 남한강의 유입부를 포함하는 팔당호의 5개 지점에서 시공간적 수질 변동성을 강우 수문학과 비교 고찰하였다. 조사기간 동안 기초 수질요인들의 변동은 계절적 영향이 컸다. 특히, 수온성층은 수심이 깊은 댐 부근에서 형성되었고, 연도에 따라 빈산소 장기화도 관찰되었다. 질소(N) 계열 영양염의 증가는 유량이 빈약할 때 나타났고, 이때 $NH_4$는 하수 처리수의 영향을 크게 받아 $NO_3$와 상반되는 경향을 나타내었다. 인(P)의 증가는 유량이 크거나 극심한 가뭄이 지속될 때이었고, P 영양염 결핍도 빈번하게 관찰되었다. Chl-a의 증감은 유량 변동과 역상관 관계를 보였고, 그 값이 높을 때 AGP 값은 낮았다. 팔당호의 수질 변동성은 유역으로부터 하수 처리수(총량: $472{\times}10^3m^3d^{-1}$)의 오염원을 기반으로 한 유입, 방류 및 취수의 패턴에서 직간접적 관련성과 그 영향을 찾을 수 있었다. 또한 수질의 시공간적 변동 과정에서 기상(장마, 태풍, 이상강우 및 폭염더위) 수문(유량과 수위)학적 인자는 펄스, 희석, 역류, 흡수, 농축 및 침전 등 형태로서 작용하였다. 하천형 저수지인 팔당호의 수질 변동은 매우 역동적이며, 국내 최대 상수원의 오염 수준을 경감하기 위한 실효 대책으로 기상 수문에 기초한 육수학적 조사연구와 P-free 하수 처리 정책 실현의 필요성을 제안한다.