• Journal of Ecology and Environment
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• 제43권2호
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• pp.271-281
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• 2019

Background: The plant communities within reservoir drawdown zones are ecologically important as they provide a range of ecosystem services such as stabilizing the shoreline, improving water quality, enhancing biodiversity, and mitigating climate change. The aim of the study was therefore to identify the major environmental factors affecting these plant communities within the drawdown zone of the Soyangho Reservoir in South Korea, which experiences a monsoonal climate, and thereafter to (1) elucidate the plant species responses and (2) compare the soil seedbank composition along main environmental gradients. Results: Two main environmental gradients affecting the plant community structure were identified within the drawdown zone; these were a vertical and longitudinal gradient. On the vertical dimension, a hydrological gradient of flood/exposure, the annual-dominated plant community near the water edge changed to a perennial-dominated community at the highest elevation. On the longitudinal dimension from the dam to the upstream, plant species composition changed from an upland forest-edge community to a lowland riverine community, and this was correlated with slope degree, soil particle size, and soil moisture content. Simultaneously, the composition of the soil seedbank was separated along the vertical gradient of the drawdown zone, with mainly annuals near the water edge and some perennials at higher elevations. The species composition similarity between the seedbank and extant vegetation was greater in the annual communities at low elevation than in the perennial communities at higher elevation. Conclusions: The structures of plant community and soil seedbank in the drawdown zone of a monsoonal riverine reservoir were changed first along the vertical and secondly along the longitudinal gradients. The soil seedbank could play an important role on the vegetation regeneration after the disturbances of flood/exposure in the drawdown zone. These results indicate that it is important to understand the vertical and longitudinal environmental gradients affecting shoreline plant community structure and the role of soil seedbanks on the rapid vegetation regeneration for conserving and restoring the drawdown zone of a monsoonal reservoir.

• 생태와환경
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• 제49권4호
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• pp.354-374
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• 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.

• 대한원격탐사학회지
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• 제39권5_1호
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• pp.655-667
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• 2023

전 세계적으로 녹조 대발생은 빈번하게 보고되고 있으며, 국내에서도 매년 녹조로 인한 심각한 수질 오염 문제가 발생하고 있다. 지속적인 관리와 신속한 대응을 통한 수생태계 보호가 필요하다. 녹조 발생의 지표인 chlorophyll-a (Chl-a) 농도를 예측하기 위해 위성 영상을 이용한 연구가 많이 이루어지고 있다. 하지만 수계에 따라 변하는 분광특성과 대기 보정 오류로 인해 정확한 Chl-a 산출에 어려움이 있어 최근 머신러닝 모델을 활용하고 있다. 위성 분광지수 뿐만 아니라 녹조에 영향을 미치는 인자들에 대한 복합적인 고려가 필요하다. 따라서, 본 연구는 수질, 수문 및 기상 인자와 Sentinel-2 영상을 복합적으로 고려하여 데이터셋을 구축하였다. 최근 5년간 낙동강에 위치한 8개 보 구간의 Chl-a 농도 예측에 대표적인 앙상블 모델 random forest (RF)와 extreme gradient boosting (XGBoost)을 활용하였다. 모델 평가 지표로 r-squared score (R²), root mean square errors(RMSE), mean absolute errors (MAE)를 사용하였으며, XGBoost의 R²가 0.810, RMSE가 6.612, MAE가 4.457로 유의미한 결과를 얻은 것을 확인하였다. Shapley additive explanations (SHAP) 분석을 통해 두 모델 모두 수질 인자 suspended solids (SS), biochemical oxygen demand (BOD), dissolved oxygen (DO)과 red edge 밴드를 활용한 밴드비가 높은 중요도를 보인 것을 알 수 있었다. 다양한 입력 데이터는 모델 성능 향상에 도움을 주는 것을 확인할 수 있었으며, 국내외 녹조 탐지에 적용될 수 있을 것으로 보인다.

• 한국방재안전학회논문집
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• 제16권4호
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• pp.45-59
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• 2023

세계적으로 온실가스 감축을 위해 주로 이산화탄소 발생에 초점을 맞춰왔지만, 최근에는 메탄 발생에 대한 관심이 커지고 있다. 습지, 저수지, 호소 등 수중 환경을 포함한 자연은 온실 가스 중요한 발원지이다. 호수와 저수지 바닥에 쌓인 퇴적된 유기 오염물질은 산소가 부족한 상태에서 미생물 분해를 통해 메탄과 같은 온실 가스를 생성할 수 있다. 메탄 배출은 비점오염원의 증가와 하천에 설치되는 횡단 구조물에 의한 흐름변화에 의해 증가하고 있는 실정이다. 또한, 기후 변화로 인한 수온의 상승 등은 메탄 배출을 가속화하는 원인이다. 메탄은 다양한 경로를 통해 대기로 배출될 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 메탄발생의 주요인자가 미치는 영향을 정량화하기 위하여 BMP test을 수행하였다. 실험조건에 따라 메탄발생량을 직접 계측하였으며, 실험조건은 온도, 기질의 종류, 전단응력 및 퇴적물 특성으로 구분하였다. 또한, 바닥의 전단 응력은 실험적으로 측정하기가 어려워 수치모의를 수행하였다. 실험결과, 생화학적 요소는 메탄 생성에 영향을 미치지만, 전단 속도는 메탄 분리에 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 퇴적물 특성은 메탄 생성 및 분리에 영향을 미칠 수 있다. 메탄 생성과 주요인자들 간의 관계를 경험식으로 제시하였으며, 향후 전단응력 및 유기물에 대한 실험조건을 구체화하고 실험규모를 확대한다면 메탄발생과 생지화학 및 수환경인자간의 관계를 도출할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권10호
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• pp.761-774
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• 2022

가뭄과 홍수의 예측, 기후변화가 유역 유출량, 더 나아가 수질 및 생태계에 미치는 영향의 정확한 분석을 위해서는 수문 모의 과정의 불확실성을 정량화하고 최소화하기 위한 노력이 필요하다. 수문자료동화는 수문모형의 상태량이나 매개변수를 갱신(update)하여 모의 초기 조건의 가장 가능성 있는 추정치를 생성하는 기법으로, 실시간 관측 정보를 이용하여 예측 정확도를 향상시킬 수 있는 방법이다. 본 연구에서는 airGRdatassim 모형을 이용하여 앙상블 기반 순차 자료동화 기법인 앙상블 칼만 필터와 파티클 필터로 용담댐 유역에 대해 일 유출을 모의하고, 자료동화 기법별 특성을 비교 및 분석하였다. 모의 결과, Kling-Gupta efficiency (KGE) 지표가 자료동화 적용 전 0.799에서 앙상블 칼만 필터와 파티클 필터 적용시 각각 0.826, 0.933으로 향상되었다. 또한 기상 강제력 노이즈의 범위, 갱신 대상 상태량 설정, 앙상블 수 등 수문자료동화의 설정과 관련된 하이퍼-매개변수(hyper-parameter)의 불확실성이 모의 예측 성능에 미치는 영향을 분석하였다. 강수 및 잠재 증발산 강제력의 오차 범위에 대한 민감도 분석 결과, 모든 모의 범위에서 파티클 필터가 앙상블 칼만 필터보다 예측 성능이 우수하였다. 파티클 필터는 기상 강제력 오차 크기가 작을수록 모의 성능이 향상되었으며, 앙상블 칼만 필터는 상대적으로 오차가 큰 경우 최적 성능이 확인되었다. 한편, 자료동화시 갱신되는 상태량의 종류를 줄일수록 자료동화에 의한 모의 성능은 감소하였다. 본 연구의 모의 실험 결과는 앙상블 자료동화를 이용하여 일 유출 모의 정확도 향상이 가능하지만, 최적 성능을 발휘하기 위해서는 수문자료동화 기법별 하이퍼-매개변수의 적정한 조정이 필요함을 함의한다.

• Advances in environmental research
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• 제6권4호
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• pp.265-279
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• 2017

The climate change has made adverse effects on land surface temperature for many regions of the world. Several climatic studies focused on different downscaling techniques for climatological parameters of different regions. For statistical downscaling of any hydrological parameters, conventional Neural Network Models were used in common. However, it seems that in any modeling study, uncertainty is a vital aspect when making any predictions about the performance. In this paper, Gamma Test is performed to determine the data length selection for training to minimize the uncertainty in model development. Another measure to improve the data quality and model development are wavelet transforms. Hence, Gamma Test with Wavelet decomposed Feedforward Neural Network (GT-WNN) model is developed and tested for downscaled land surface temperature of Patna Urban, Bihar. The results of GT-WNN model are compared with GT-FFNN and conventional Feedforward Neural Network (FFNN) model. The effectiveness of the developed models is illustrated by Root Mean Square Error and Coefficient of Correlation. Results showed that GT-WNN outperformed the GT-FFNN and conventional FFNN in downscaling the land surface temperature. The land surface temperature is forecasted for a period of 2015-2044 with GT-WNN model for Patna Urban in Bihar. In addition, the significance of the probable changes in the land surface temperature is also found through Mann-Kendall (M-K) Test for Summer, Winter, Monsoon and Post Monsoon seasons. Results showed an increasing surface temperature trend for summer and winter seasons and no significant trend for monsoon and post monsoon season over the study area for the period between 2015 and 2044. Overall, the M-K test analysis for the annual data shows an increasing trend in the land surface temperature of Patna Urban.

• 생태와환경
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• 제46권1호
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• pp.94-102
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• 2013

본 연구는 단면변화를 고려한 수위-단면적 변화 및 평균 유속-단면적 간의 상관관계를 분석하여 유량 산정 및 하천관리에 활용하고자 하였다. 수위에 따른 단면적 변화는 SB-A 지점은 1.0 m, 1.9 m, SB-C 지점은 0.6 m, 1.8 m, CL-A 지점은 1.0 m, 1.8 m, OS-A 지점은 0.6 m, 2.0m에서 발생되었다. 이 중 첫 번째 변화는 평 저수기에 해당되고, 두 번째 변화는 홍수기 및 하천 좌 우 안에 인위적 자연적으로 형성된 둔치 등으로 판단된다. 수위-단면적 변화에 따른 관계식의 기울기는 지수형 0.5539~1.9013, 선형 9.040~52.544의 범위를 가진다. 기울기는 두 곡선 모두 고수위로 갈수록 증가하는 경향을 보인다. 평균유속-단면적 변화의 관계는 지수와 직선의 방정식으로 지수형 기울기와 상관계수는 각각 0.1182~0.8734, 0.22~0.86이며, 선형의 기울기와 상관계수는 0.0028~0.1032, 0.20~0.87로 분석되었다. SB-A, SB-C 지점의 저수위는 다른 수위보다 상관관계가 높게 산정되었는데, 이는 수위구간이 좁고, 하천 단면적의 변화가 크지 않기 때문으로 판단된다. CL-A, OS-A 지점은 월류보의 영향으로 저수위일 경우에 상관관계가 낮았다. 수위-단면적, 평균유속-단면적의 상관관계 및 곡선식 등을 이용하여 하천 정비계획 등의 수립에 활용할 수 있으며, 제외지의 단면적이 변하는 지점의 유량 변화 등의 예측에 활용할 수 있을 것이다.

• 생태와환경
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• 제51권4호
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• pp.268-286
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• 2018

조절하천의 낙동강에서 겪고 있는 부영양화와 조류 대발생(유해남조의 녹조현상 및 담수적조)은 국내외적으로 가장 급속하게 확대되고 있는 수질문제이며, 다양한 집단에서 지대한 관심을 가지게 한 분야 중 하나이다. 본 연구는 2013년 1월부터 2017년 7월까지 낙동강의 8개 보 pools에서 주요 수질 환경요인을 주 간격으로 조사하였고, 우점조류와 상호 관련성을 비교 분석하였다. 연강수량은 2016년(보 평균 940.7 mm)에 많았고, 2015년(672.8 mm)에 적었다. 장마 폭염기 (6~9월) 강우는 총강수량의 48.1%이었고, 상 하류간에 차이가 컸다. 총방류량 중 소수력발전, 월류 및 어도가 차지하는 비율은 각각 37.4%, 60.1%, 2.5%로서 홍수기를 제외하고 발전방류에 의한 비중이 매우 컸다. 방류량은 대부분 유입량에 비례하였으나, 취수량이 집중되는 보에서 다른 양상도 관찰되었다. 이것은 수위강하, 물 교환율과 연관되었고, 유해남조와 담수적조의 대발생에 심각한 영향을 초래하였다. 수온과 DO 농도의 변화는 기상 수문학적 영향이 지배적이었는데, 온도변화 뿐만 아니라 강우의 특성에 따라 변화 양상이 포착되었다. Chl-a의 평균 농도 (최대값)는 SAJ~GAJ와 DAS~HAA구간에서 각각 $17.6mg\;m^{-3}$ ($98.2mg\;m^{-3}$), $29.6mg\;m^{-3}$ ($193.6mg\;m^{-3}$)이었고, 하수의 영향이 절대적인 하류부에서 증가하는 경향이 현저하였다. 우점조류의 분류군 조성은 총 48속으로 규조 14속, 남조 8속, 녹조 18속 및 편모조 8속으로 각각 구성되었다. 유해 녹조현상과 담수적조의 주요 원인조류는 각각 남조 Microcystis와 규조 Stephanodiscus 개체군이었다.

• 한국환경생태학회지
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• 제38권2호
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• pp.178-188
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• 2024

산림유역의 부유토사 동태는 토지이용 변화, 산림사업, 산불, 산사태 등의 인위적 또는 자연적 교란에 따라서 다변화될 수 있다. 이러한 측면에서 산림유역의 부유토사 동태를 이해하는 것은 효과적인 수질 관리 대책을 수립하는 데에 중요하다. 이 연구는 부유토사 동태를 해석하기 위한 체계적인 조사 방법을 제안하고자 관측된 유출량-탁도 자료를 토대로 2가지의 이력현상 지수 산정 방법(Lawler의 방법과 Lloyd의 방법)과 5가지 추출 간격(50, 25, 10, 5, 1 퍼센타일)을 고려한 10개 산정기법의 적용성과 성능을 평가하였다. 그 결과, 1 퍼센타일의 추출 간격을 활용한 Lloyd의 방법이 분석 가능한 유출 사상이 가장 많았으며, 성능 역시 가장 뛰어난 것으로 확인되었다. 이 연구의 결과는 이력현상 지수를 활용함으로써 유출량과 부유토사의 이력현상을 정량화할 수 있을 뿐만 아니라 부유토사 동태를 해석하는 데에 유용한 정보를 제공할 수 있음을 시사한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권11호
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• pp.104-109
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• 2017

도시화와 기후변화로 인해 홍수피해의 증가, 수질의 악화 등의 피해가 커지고 있다. 이에 대응하기 위해 전세계적으로 도시유역의 수문학적 체계를 가능한 자연 상태로 복원하고자 하는 기술인 저영향개발(Low Impact Development, LID) 기법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 최근 정부에서 발표한 저탄소녹색성장기본법, 친수구역 특별법 등에서는 LID 기법과 같은 기술의 중요성을 명시하고 있다. 현재 저영향개발 요소기술은 다양하게 개발되고 있으나 요소기술의 효율성 검증에 대한 연구는 거의 전무한 실정이다. 본 연구에서는 초보 단계에 있는 저영향개발(LID)기법의 효율성 검증을 위해 K-LIDM 모형을 사용하여 주차장의 투수 불투수 포장 최적 공간 분포를 분석하였다. 8가지의 포장 시나리오와 3가지 강우강도 시나리오를 활용하였으며, 하부 40%의 투수포장이 전체 투수포장과 유사한 약 90%의 유출 저감 효과를 나타내는 것으로 나타났다. 이러한 분석과 실제 투수포장에 대한 실험의 연계를 통하여 향후 도시 계획, 단지 조성 등에 LID 시설을 배치하기 위한 근거 자료로 활용 될 것이다.