• 한국산학기술학회논문지
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• 제12권6호
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• pp.2888-2897
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• 2011

본 연구에서 개발된 정상상태 사이클 모사 프로그램을 통해 이산화탄소를 사용하는 지열 히트펌프 시스템의 성능을 고찰하였다. 내부열교환기를 포함하지 않는 기본 히트펌프 사이클의 성능에 대한 다양한 운전변수들의 영향을 조사하기 위해 매개변수 연구를 수행하였다. 시뮬레이션 프로그램은 실내기, 실외기, 압축기, 팽창밸브를 모사하는 포트란 서브루틴과 비주얼 베이식을 사용해 프로그램된 입력을 위한 전처리, 출력을 위한 후처리 프로세서를 포함하는 그래픽 인터페이스로 구성되어 있다. Refprop V6.01을 사용하여 이산화탄소의 열역학적 물성치와 상평형 거동을 계산하였다. 모사결과들의 신뢰성은 사례연구를 통한 실험데이터와의 비교를 통해 검증하였다. 본 연구에서 개발된 사이클 모사 프로그램은 이산화탄소 지열 히트펌프 시스템의 경제적이면서도 효율적인 운전조건들을 결정하고 최적화하는 데 있어 유용한 도구가 될 수 있을 것이다.

• 한국습지학회지
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• 제25권2호
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• pp.99-110
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• 2023

농업지역에서 발생하는 비점오염물질은 타 지역에 비해 넓은 면적에서 배출되기 때문에 수질관리를 위해서는 발생원 제어와 배출수 관리와 같은 다양한 오염원 저감대책이 필요하며, 이를 위해서는 유역특성을 고려한 오염원별 배출량 및 최적관리방안에 따른 수질개선 효과를 정량적으로 파악할 필요가 있다. 이에 본 연구는 Hydrological Simulation Program-FORTRAN(HSPF)모델을 활용하여 유역내 오염원별 부하 및 주요 오염원저감방안에 대한 수질개선효과를 분석하여 농업지역의 비점오염관리대책 수립 지원을 목적으로 하였다. 연구지역은 경남 창녕군 계성천 유역으로 전체 면적대비 농업지역이 약 26.13%로 산림을 제외하고 지배적인 토지이용을 가지며, 주요 오염원은 농업활동에 기인하는 화학비료 및 액비살포와 축사에서 발생하여 야적 또는 농지에 살포되는 축분을 포함하고 있다. 계성천 유역에 대한 HSPF 모델 구축시 화학비료와 액비 사용량, 소규모 축사의 축분 발생량과 공공하수처리장, 분뇨처리장, 마을하수도 및 개인오수처리시설 등 점오염원 영향을 고려하였다. 특히 본 연구에서는 영양염류의 식생흡수, 침적, 흡탈착, 깊은침투에 의한 손실 등 상세 순환기작모의가 가능하도록 NITR 및 PHOS모듈을 활용하였다. 구축된 모델은 유역말단의 2015~2020년 측정값을 토대로 보·검정을 수행하였으며 모델이 유량 및 수질을 적절히 모의하는 것을 확인하였다. 오염저감시나리오는 농업비점관리(배수물꼬관리, 완효성비료와 사용), 축산비점관리(액비저감, 소규모 축사 축분관리), 생활계오염원제어(개인오수처리시설 관리) 등 세 부문으로 구분하고, 달성기간에 따라 단기, 중기, 및 장기로 구분하여 부문별로 단계별 저감대책을 구성하였다. 개별시나리오 모의 결과 수질개선에 효과는 완효성비료의 대체사용>배수물꼬관리>소규모축사 축분관리 순으로 나타났다. 유역 전반에 모든 관리방안을 적용하였을 때 장기적으로 TN, TP의 연간부하량은 각각 40.6%, 41.1%, 연평균 농도는 각각 35.1%, 29.2% 감소되는 효과를 보였다. 본 연구를 통하여 농업활동 우세 유역에서의 다양한 오염원 저감시나리오별 수질개선효과에 대한 예측 및 이에 기반한 오염관리대책 우선순위 도출을 위한 합리적인 방법론을 제시하고자 한다.

• 한국습지학회지
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• 제25권4호
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• pp.297-305
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• 2023

순환관개는 농업유역내 하천수를 상류의 농경지로 재투입시켜 관개용수로써 활용하고 기 사용된 용수는 직접유출 또는 기저유출의 형태로 하천으로 회귀되는 관개방식이다. 순환관개는 용수 및 양분 확보 측면에서 장점이 크지만 순환관개 후 발생하는 회귀수는 과투입된 양분을 함유하고 있어 하천 수질에 악영향을 미칠 것으로 예상된다. 따라서 순환관개에 따른 하천 수질변화에 대한 정량적 분석은 효율적인 농업용수 공급과 수질관리대책 수립을 위해 반드시 필요하다. 유역내 수문 및 오염물질의 순환, 그리고 하천수질에 대한 정량적 영향을 통합적으로 분석하기 위하여 유역모델이 주로 활용되고 있으나 대부분의 유역모델들은 순환관개에 의한 수질 영향을 모의할 수 있는 기능을 제공하고 있지 않다. 이에 본 연구에서는 HSPF(Hydrological Simulation Program-Fortran) 유역모델과 다중 저류지 모델(Multi-reservoir model)을 연계하여 순환관개 시스템 운영에 따른 하천수질 영향을 분석하고자 하였다. 연구 대상 지역은 경상남도 창녕군 계성천 유역내 순환관개를 시행하고 있는 관곡천 소유역으로 농업활동에 의한 오염물질 배출이 주된 지역이다. 먼저 계성천 및 관곡천을 대상으로 구축된 HSPF모델을 활용하여 관개지역에서의 배출수(직접유출 및 기저유출) 및 하천수에 대한 연간 유량 및 수질 변화 시계열 자료를 생성하고 이를 토대로 자체 구축한 다중저류조 모델을 보정한 후 순환관개 모의에 사용하였다. 다중 저류지 모델에서 관곡천 유역을 관개지역과 관곡천 등 두 개의 하위시스템으로 구성하고 순환관개에 따른 하위시스템내 반응(식물흡수, 흡탈착, 및 소멸) 및 하위시스템 간 물 및 물질(질소 및 인)전달 관계를 모의할 수 있도록 하였다. 최종적으로 순환관개 운영 유무에 따라 총 3개의 시나리오를 구성하여 연간 순환관개용수량 변화에 따른 관곡천 수질영향을 분석하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제42권12호
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• pp.1103-1111
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• 2009

본 연구에서는 도시화와 기후변화에 대한 미래시나리오를 구성하고 각각의 시나리오별로 수자원 관리 대안들에 대한 효과분석을 수행하였다. 기후변화 시나리오는 SDSM (Statiatical Downscaling Method) 모형을 이용하여 구축하였으며 도시화는 불투수면 모형(Impervious cover model, ICM)을 이용하였다. 안양천 유역에 대해 하수처리수 재이용, 저수지 재개발 대안들을 유황곡선(flow duration curve)과 BOD 농도지속곡선(concentration duration curve)의 변화측면에서 연속유출모형인 HSPF (Hydrological Simulation Program - Fortran) 모형을 이용하여 분석하였다. 그 결과, 시나리오별 하천 유출량에 대한 대안 효과의 차이가 고수량 ($Q_{10},\;Q_5,\;Q_1$)에 비해 저수량($Q_{99},\;Q_{95},\;Q_{90}$)과, 수질오염($C_{30},\;C_{10},\;C_1$) 측면에서 크게 나타남을 알 수 있다. 즉 도시화는 물 순환을 크게 악화시키나 대안의 적용이 이러한 현상을 크게 막아줌을 알 수 있다. 또한 목표 유지유량 및 목표 수질 만족일수는 도시화에 대해 매우 민감한 것으로 나타났다. 따라서 향후 수자원 관리 대안을 수립할 때 기후변화와 도시화에 대한 분석을 포함시키는 것이 바람직하다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제39권3호
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• pp.249-257
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• 2015

원자력 발전소의 반응로에는 핵분열 에너지를 생성하고 방사성 물질의 유출을 막는 핵연료 집합체가 있으며, 이러한 집합체는 핵연료와 피복관으로 구성되어 있는 핵 연료봉으로 구성되어 있다. 원자로에서 핵연료봉 거동의 안전성을 평가하기 위해 해석적인 방법을 적용하며 이러한 평가 코드를 핵 연료 성능 코드라 한다. 경수로 핵연료 해석에서는 간극의 두께에 따라 열전도도가 크게 영향을 받는 간극 열전도도가 주요 거동해석에 영향을 미친다. 본 연구에서는 간극 두께에 따라 열전도도가 변화하는 3 차원 간극 요소(Gap element)를 제안하였으며, 이를 적용하기 위해 3 차원 열탄성 모듈을 FORTRAN90을 이용하여 개발하였다. 제안된 3 차원 간극 요소를 이용하여 핵 연료봉에서 발생할 수 있는 비대칭적인 형상인 핵 연료 표면에 결함이 생긴 경우 MPS(Missing Pellet Surface)와 핵연료봉의 편심(Eccentricity of the nuclear fuel rod) 형상에 대하여 3 차원 해석을 진행하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제30권8호
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• pp.760-767
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• 2008

본 연구에서는 HSPF(Hydrological Simulation Program - Fortran)를 임하댐 유역을 대상으로 적용하여 유출량 및 부유물질 농도 변화를 모의할 수 있는 유역모델을 구축하였다. 먼저, 임하댐 전체 유역에 대하여 총 33개 소유역으로 구분하여 모델을 구성하였으며 현장에서 실측된 7년간의 유출량 및 부유물질 농도 자료로 모델의 보정 및 검증을 수행하였다. 모델의 유출량 재현성 평가를 위하여 그래프 비교를 통한 정성적인 분석과 R$_{eff}$, R$^2$의 통계항목을 이용한 정량적인 분석을 수행하였다. 다음으로, 부유 물질 농도 보정은 2006년 7월 탁수가 집중적으로 발생하는 시기의 3개 강우사상에 대하여 수행하였으며, 모델의 검증은 2007년도 8$\sim$9월에 발생한 2개 강우사상을 대상으로 수행하였다. 모델이 실측된 유출량 및 부유물질 농도를 비교적 잘 모의하는 것으로 나타났다. 본 연구에서 구축한 HSPF 유역모델을 이용하여 임하호 유입하천의 유출량 및 부유물질 농도를 모의함으로써 저수지로 유입되는 탁수 발생량을 예측할 수 있으며 유역별 탁수 관리방안 수립 및 저수지 모형과 연계를 통한 저수지의 탁수 관리에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국습지학회지
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• 제14권4호
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• pp.645-656
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• 2012

지난 반세기 동안 무분별한 산업 활동으로 인하여 유역환경은 심각하게 훼손되었다. 이를 관리하기 위한 요구는 증대되고 있으나 정량적으로 유역환경을 예측하여 판단하기 위한 시스템은 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 우리나라 유역 환경을 모의하기에 가장 적합한 HSPF(Hydrological Simulation Program-Fortran) 모델을 GIS기반 시스템에 적용하여 영산강 유역에 활용가능한 수질모의 시스템 개발에 관한 연구를 수행하였다. 이를 지원하기 위하여 HSPF 모델 모의에 필요한 입력 및 결과자료와 공간분석을 위한 GIS 공간자료를 수집하였다. 또한 GIS와 수질모델의 연계방안을 비교 분석 후, Loose coupling 연계방안을 적용하여 수질모의 시스템의 주요기능을 모듈단위별로 설계하였다. 최종적으로 설계단계에서 정의된 모듈단위 기능들을 Microsoft사의 VB.NET을 개발언어로 선정하고 ESRI사의 ArcObjects 컴포넌트를 이용하여 시스템을 개발하였다. 본 연구를 통해 개발된 GIS기반 영산강 유역 수질모의 시스템은 영산강 유역환경을 정량적으로 예측할 수 있으며, 문서형식의 모의 결과를 GIS 환경에 표출함으로써 사용자의 공간적 이해도를 높였다. 향후에는 HSPF 모의 결과를 통한 시나리오 수립이 진행되어야하며, 이는 의사결정지원시스템과 연계하여 의사결정자들로 하여금 미래 영산강유역 환경에 대한 진단 및 정책 수립에 지원할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제48권3호
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• pp.185-196
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• 2015

본 연구에서는 황룡강 유역에 유역모델 HSPF (Hydrological Simulation Program - Fortran)를 적용하여 기후변화에 따른 오염부하 유출 변화량을 분석하였다. 황룡강 유역을 7개 소유역으로 분할하고 2011년에 관측된 유량, SS, BOD, TN, TP 농도자료를 이용하여 모델 보정 및 검정을 실시하였다. 기후변화에 따른 황룡강 유역의 환경변화를 예측하기 위해 RCP 4.5와 8.5 시나리오를 이용하였으며, 과거 기간 동안의 강우와 기온에 대한 모의치와 관측치간 월별 평균을 비교하여 미래 기상 자료에 대한 편의 보정을 수행하였다. 기후변화 시나리오의 기상 자료 분석 결과, 21세기 전반기와 비교하여 중, 후반기에 상대적으로 많은 연강수량과 연평균기온을 보이는 것으로 분석되었다. 기후변화에 따른 황룡강 유역에서의 오염물질 유출량 분석 결과, RCP 4.5 시나리오에서는 2020년대 대비 2080년대에 평균 연간 강우, BOD, TN, TP 유출량이 각각 47%, 24%, 21%, 27% 증가율을 보여 21세기 후반기로 갈수록 연간 오염부하 유출량이 전반적으로 증가하는 것으로 분석되었다. RCP 8.5 시나리오에서는 2020년대 대비 2050년대에 평균 연간 강우, BOD, TN, TP 유출량이 각각 34%, 20%, 20%, 21% 증가율을 보이며 21세기 중반기에 연간 오염부하 유출량이 상대적으로 가장 많이 증가할 것으로 분석되었다. 이는 연강수량 변화와 동일한 패턴의 변화로서 기후변화에 따른 강우량 변화가 오염물질 유출량에 그대로 반영된 결과를 보여준다. 한편, 월별 오염물질 유출량은 RCP 4.5에서는 9월에, RCP 8.5에서는 2월에 상대적으로 크게 증가할 것으로 분석되었다.

• 한국습지학회지
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• 제16권1호
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• pp.73-83
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• 2014

최근 정부에서는 영산강 하구역 수질환경의 현재 상황 파악 및 미래 상황 예측을 위하여 모니터링 및 모델 연구를 진행 중에 있다. 그러나 모니터링 및 모델 자료는 대부분 수치 및 문자 형태로 이루어져 있어 사용자들의 이해도가 떨어지는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 하구역 수질환경의 현재 상황 파악 및 미래 상황 예측을 지원할 수 있는 GIS기반 통합정보시스템을 개발하였다. 시스템 개발을 지원하기 위하여 모니터링 및 모델 DB 수집, 모델 연계 방안 마련, 시스템 GUI 및 개발환경 정의, 시스템 구성 등을 수행하였다. 모니터링 자료는 2010 ~ 2012년 영산강 하구역을 대상으로 실시된 관측값을 사용하였으며, 모델 자료는 유역 지역을 모의하기 위한 HSPF(Hydrological Simulation Program-Fortran) 모델과 하천 및 하구 지역을 모의하기 위한 EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code) 모델 자료를 사용하였다. 최종적으로 모니터링 및 모델 자료를 시스템에 적용하여 관리 및 표출 방안에 대하여 제시하였다. 본 연구를 통해 개발된 시스템은 영산강 하구역 수질환경을 정량적으로 파악 및 예측하는데 지원할 수 있으며, 지도 기반 환경에 모니터링 및 모델 자료를 표출함으로써 사용자의 공간적 이해도를 높였다. 향후에는 영산강 하구역 수질환경 문제점에 대처 가능한 의사결정지원시스템으로 고도화하여 환경 평가 및 정책 수립에 지원할 수 있을 것으로 기대된다.

• 환경정책연구
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• 제9권1호
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• pp.83-107
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• 2010

본 연구의 목적은 빗물저류 및 흡수 등 우수관리를 위해 설치하는 최적관리기법(Best Management Practices: BMPs)의 효율적인 위치 및 분배 정도를 유역단위에서 살펴보는 것이다. 이를 위해 여러 개의 지류유역과 본류유역으로 이루어진 하나의 대유역을 구축한 후 Hydrological Simulation Program Fortran(HSPF)을 이용하여 도시유역 내다양한 규모와 위치의 BMPs 시나리오를 제작/모의하였다. 이때 대유역 내 전체 BMPs 면적은 일정하도록 하였으며, 유역하구의 첨두유량과 이와 관련된 회피비용을 효율성의 지표로 활용하였다. 모의 결과 BMPs가 상류지류 유역들에 분산 입지했을 때 가장 높은 효율을 보였으며, 본류유역을 포함하여 소유역 한 곳에 집중되었을 때 가장 낮은 효율을 보였다. 하지만 본 연구는 BMPs의 위치 및 분배 변수를 제외한 BMPs 설계 및 유지관리, 유역 내 다양한 토양특성등의 기타변수가 통제된 가상유역을 대상으로 진행되었다는 한계를 안고 있다. 따라서 본 연구는 유역관리에서 BMPs위치 및 분배가 유역관리에 중요한 정책변수일 수 있다는 가능성을 제시하는 데 그치고 있으며, 이러한 가능성은 향후 국내유역에 대한 실증적 모의연구를 통해 논의될 수 있을 것이다.