• Korean Journal of Remote Sensing
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• v.39 no.5_1
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• pp.655-667
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• 2023

Algal bloom outbreaks are frequently reported around the world, and serious water pollution problems arise every year in Korea. It is necessary to protect the aquatic ecosystem through continuous management and rapid response. Many studies using satellite images are being conducted to estimate the concentration of chlorophyll-a (Chl-a), an indicator of algal bloom occurrence. However, machine learning models have recently been used because it is difficult to accurately calculate Chl-a due to the spectral characteristics and atmospheric correction errors that change depending on the water system. It is necessary to consider the factors affecting algal bloom as well as the satellite spectral index. Therefore, this study constructed a dataset by considering water quality, hydrological and meteorological factors, and sentinel-2 images in combination. Representative ensemble models random forest and extreme gradient boosting (XGBoost) were used to predict the concentration of Chl-a in eight weirs located on the Nakdong river over the past five years. R-squared score (R²), root mean square errors (RMSE), and mean absolute errors (MAE) were used as model evaluation indicators, and it was confirmed that R² of XGBoost was 0.80, RMSE was 6.612, and MAE was 4.457. Shapley additive expansion analysis showed that water quality factors, suspended solids, biochemical oxygen demand, dissolved oxygen, and the band ratio using red edge bands were of high importance in both models. Various input data were confirmed to help improve model performance, and it seems that it can be applied to domestic and international algal bloom detection.

• Journal of Environmental Science International
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• v.22 no.12
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• pp.1643-1650
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• 2013

This study investigated water quality of effluents and stream from the sewage treatment plants located at Gumi Complex 4, Gumi, and Wonpyeong in Gumi. Downstream region was found to increase the concentration of nutrients for sewage treatment plant effluent. Both phosphorus and nitrogen were accounted most as soluble form. In particular, the high ratio of dissolved effluent of sewage treatment plants were investigated. In the streams, Phosphorus concentration was high during rainy season and nitrogen concentration was high in the dry season. Sewage treatment plant effluent was relatively less microbial activity and nutrient concentrations were higher in the winter. TN/TP ratio was the highest in the upstream region and the lowest in the sewage treatment plant effluent. The effect of the nutrient matter from a discharge of a sewage treatment plant on rivers varied depending on the size of the river and the treatment plant. However, the influence of the concentration was greater than that of flowrate. Sewage treatment plant effluent loads phosphorus, nitrogen accounted for 8% and 6% respectively at the point N3 of the Nakdong river.

• Journal of Environmental Health Sciences
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• v.25 no.3
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• pp.36-43
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• 1999

The present study was performed to investigate biodegradation rate of dichlorvos and methidathion. In the biodegradation test of two pesticides by the modified river die-away method from June 17 to August 22, 1998, the biodegradation rate constants and half-life were determined in Nakdong(A) and Kumho River(B). Biodegradation rate of dichlorvos was 4.51% in A sampling point, 6.88% in B sampling point after 7 days. Biodegradation rate constants and half-life of dichlorvos were 0.0066 and 105 days in A sampling point, 0.0102 and 67.9 days in B sampling point, respectively. Biodegradation rate of methidathion was 23% in A sampling point, 36% in B sampling point after 7 days. Biodegradation rate constants and half-life of methidathion were 0.0377 and 18.4 days in A sampling point, 0.0641 and 10.8 days in B sampling point, respectively. Biodegradation rate of methidathion was faster than that of dichlorvos. This suggested that the difference in biodegradation of pesticides was due to difference in the water quality and standard plate counts in the Nackdong and Kumho Rivers. The result of correlation analysis between biodegradation rate constants of the pesticides and water quality(DO, BOD, SS, ABS, NH$_3$-N, and NO$_3$-N) showed significant correlation with BOD, SS and NH$_3$-N at the 5% significant level. A significant linear equation was obtained from regression analysis at the 5% significant level, whereas, dependent variables were BOD, SS and NH$_3$-N, and the biodegradation rate constant was independent variable. It is suggested that dichlorvos will be mainly degraded by hydrolysis, and for methidathion was both hydrolysis and biodegradation. A significant QSAR equation was obtained from regression analysis at the 10% significant level, whereas, dependent variable is biodegradation rate constants of BPMC, chlorothalonil, dichlorvos and methidathion, vapor pressures, partition coefficients and water solubilities of the pesticides are independent variables. Also, a significant linear equation was obtained from regression analysis at the 1% significant level, whereas, dependent variable is biodegradation rate constants of BPMC, chlorothalonil, dichlorvos and methidathion, hydrolysis rate constants of the pesticides are independent variables. It is suggested that the pesticides will be degraded by main degradation factor when the pesticides was affected both hydrolysis and biodegradation.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.1094-1097
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• 2007

낙동강 유역의 가용한 최장기 수량 및 수질자료를 획득하여 자료의 적합성 및 QC과정을 통하여 분석 가능한 자료를 생산하고 자료의 분석에 적합한 통계기법을 선정 각 변수의 변동특성과 변동 상관성을 정밀 분석하였다. 본 연구에서는 낙동강 수질자료의 변동특성을 분석하고 수질개선 필요성을 파악하기 위하여 Mann-Kendall 검정을 사용하여 수질변화의 경향성을 분석하였다. 낙동강 수계의 수질변화 특성을 분석하기 위하여 수온$(^{\circ}C)$, $DO(mg/{\ell}),\;BOD(mg/{\ell}),\;COD(mg/{\ell}),\;SS(mg/{\ell}),\;TN(mg/{\ell}),\;TP(mg/{\ell})$ 이상 7가지의 가용자료를 선택하였다. 수질자료는 환경부에서 운영하는 물 환경 정보 시스템의 수질측정망 자료인 월 단위 자료를 대상으로 Mann-Kendall 검정을 수행하였다. 분석에 사용된 자료 기간은 강우량자료와 유출량자료의 동기간인 1989년${\sim}$2000년까지이다. BOD의 변화를 살펴보면 전반적으로 감소하는 것을 알 수 있다. 가장 큰 감소 경향을 보인 지점은 금호강6 지점으로 $-39.1mg/{\ell}/20yr$로 나타났다. 증가지점으로는 안동과, 구미, 달성, 반변천 등이고 증가량은 약 $1.1mg/{\ell}{\sim}0.03mg/{\ell}/20yr$ 정도이다. COD의 변화를 살펴보면 대부분 지점에서 증가하는 것을 알 수 있다. 감소하는 지역은 고령과 현동, 대암, 금호강3${\sim}$6등이다. 특이사항은 금호강6의 감소분이 $-30.2mg/{\ell}$로 타 지점에 비해 상당히 크다는 것이다. DO의 경우는 증가지점과 감소지점의 수가 비슷하였고 주로 상류쪽이 감소하고 하류로 오면서 증가함을 알 수 있다. DO 또한 금호강6 지점이 가장 큰 폭으로 증가하고 있는 것을 볼 수 있다. pH는 함양위천과 덕천강1을 제외한 모든 지역이 증가 하였다. SS 또한 금호강5, 6, 거창 위천2를 제외한 모든 지역에서 증가하였다. SS항목도 금호강6 지점이 가장 큰 폭으로 감소하였다. 샘플지점(금호강6)의 BOD/COD/DO/pH/SS/TEMP/TN/TP 시계열을 통해 자료분석기간 동안 수처리시설 등의 확장으로 인한 금호강유역의 급격한 수질개선을 알 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.91-91
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• 2020

IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) 5차 평가보고서에 의하면 최근 배출 온실가스의 양은 관측 이래 최고 수준이며 온실가스로 인한 기후변화는 인간계와 자연계에 광범위한 영향을 주고 있다고 보고하였다. 기후변화의 영향은 국제적으로 빙하 감소, 사막화, 해수면 상승 등 뚜렷하게 나타나고 있다. 이러한 기후변화에 대응하기 위해 온실가스 완화 정책과 동시에 새로운 기후변화 환경에 적응하는 것이 필요하다. 기후변화 적응이란 현재 나타나고 있거나 미래에 나타날 것으로 예상되는 기후변화의 파급효과와 영향에 대응할 수 있도록 하는 모든 행동이며 이를 위해서는 기후변화 영향분석이 수반되어야 한다. MOTIVE 연구단에서는 기후변화 적응대책 수립의 지원을 목표로 7개 부문(건강, 물관리, 농업, 산림, 생태, 해양, 수산)에서 "한국형 통합평가 모형"을 개발하고 있다. 각 부문에서 개발하는 프로세스 모델은 시스템에 대한 지식을 가진 상황에서 사용하면 신뢰할 수 있는 예측 결과를 얻을 수 있지만, 부문별 통합을 통한 영향 분석 시 타 분야에 대한 지식이 수반되어야 하는 어려움을 가진다. 이를 위해 본 연구에서는 시스템 내의 물리적 프로세스에 대한 요구 없이 입출력 데이터만을 이용하여 결과를 신속하게 추정하는 데이터 모델링(기계학습)을 이용하였다. 데이터 모델링을 위한 데이터는 다양한 자연 현상에 대한 BANPOL(수질 프로세스 모델) 분석을 통한 자료를 이용하여 학습 자료를 구축하였다. 즉, 데이터 모델링은 BANPOL 모델을 대리하는 메타모델이며, 낙동강 표준유역에 대한 유량 및 수질을 높은 상관성으로 추정하였다. 원 모델보다 정확도는 낮을 수 있으나 메타모델의 개발을 통한 웹 시스템을 개발하여 비전문가의 구동 및 신속한 기후 시나리오를 적용할 수 있는 환경을 개발하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.218-218
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• 2011

낙동강은 4대강 살리기 사업에 의해 8개의 보(상주보, 낙단보, 칠곡보, 강정보, 달성보, 합천보, 함안보)가 하천 내에 건설되고 약 4억톤의 준설이 실시되면서 지형적으로 막대한 변화를 맞이하게 된다. 낙동강은 상류의 안동댐 및 임하댐에서 방류수, 중류의 구미 및 대구 등의 오염원 그리고 하류의 남강에 의한 영향 및 낙동강 하구언에 의한 정체에 의한 영향으로 지역적으로 수질 및 수리 특성이 서로 다르게 나타나고 있다. 낙동강에 건설되는 수중보들 또한 이러한 유입 및 경계 조건에 따라 서로 다른 수질특성을 나타낼 것으로 판단되며 이에 대한 영향을 미리 예측하고 발생 가능한 악영향에 대한 대안을 수립하는 것이 중요하다고 본다. 본 연구에서는 낙동강의 4대강 사업에 의한 지점별 및 시기적 영향을 정확하게 분석하기 위해 3차원 수리동역학 모델 EFDC와 수질모델 WASP을 연계하여 사용하였다. 연구대상지역은 안동댐 방류지점에서 낙동강 하구역까지의 총 334km의 지역을 포함하였으며 하천의 폭 방향, 수심방향 및 흐름방향에 대하여 3차원으로 격자를 구성하여 하천을 표현하였다. 수리 및 수질 보정에 필요 한 입력자료는 국토해양부 및 환경부 등에서 발표 된 자료를 이용하였으며 2007년을 기준으로 모의를 실시하였다. 4대강 살리기 사업에 의한 8개의 보 건설 및 낙동강 전역의 준설의 영향을 예측하여 사업 전 및 사업 후로 각각 구분하여 비교하였으며 사업 후 체류시간의 증가와 준설로 인한 수심증가에 따른 복합적인 원인에 의해 수질에 영향이 미치는 것으로 나타났다. 사업 후 낙동강의 각 수중보 출구 부근 지점에서 예측된 수질 특성은 사업전에 비하여 $BOD_5$는 전반적으로 감소하나, TN 및 TP 는 유사한 특성을 나타내었다. 그러나 Chl-a 농도는 상류와 중류에서는 체류시간의 증가로 증가하는 경향을 나타내었으며 이는 수질이 양호한 상류 지역에서 특히 큰 차이를 나타내는 경향으로 분석되었다. 그러나 낙동강 하구언 지역은 Chl-a 농도가 사업에 의해 약간 감소되는 경향을 나타내어 여타 구간과 다른 경향을 나타내었다. 이는 낙동강 하류의 Chl-a 농도가 이미 매우 높은 상태에서 체류시간에 의한 성장 촉진 보다는 수심증가로 인한 광량제한 효과가 더욱 지배적으로 나타난 것에 의한 영향으로 추정된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.142-142
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• 2012

지금까지 국내 연구에서 EFDC 모형의 활용은 WASP 모형과 연계하여 저수지 수리해석에 주로 이용되었으며, 하천의 수리해석에서도 많이 활용되었다. 이에 본 연구에서는 EFDC 모형의 Full 버전을 이용하여 하천 수질모델링을 수행하고 적용성과 수질해석의 재현성을 검토하고자 한다. 국립환경과학원의 8일 간격 실측자료를 사용하기 위하여 대상구간을 낙동강 본류 C에서 낙동강 본류 K까지를 선정하였고, 2차원 수리해석과 수질해석을 수행하였다. 수리해석의 결과를 확인하기 위하여 유량을 실측자료와 비교하였으며, 수질인자는 수온, COD, TOC, DO, TN, TP에 대해 모의하였으며, 모형에서 직접 계산되지 않는 BOD는 COD와 환산을 통해 간접적인 방법으로 산정하여 실측자료와 비교하였다. EFDC 모형의 하천에서의 수질해석 적용성을 평가하기 위하여 모의 결과와 실측자료를 이용하여 통계분석을 수행하여 수리 수질해석의 재현성을 평가하였다. 본 연구에서 수행한 EFDC를 이용한 수리 및 수질 모델링의 모의의 예측결과는 우수한 것으로 판단되나, BOD의 경우 다른 인자들의 모의결과에 비해 다소 낮게 나타나고 있는데, 이는 COD나 TOC와 관련된 BOD의 환산에 대한 연구의 부족으로 인한 결과로 보이며, 향후 보다 향상된 기법을 이용한다면 이러한 문제는 개선될 것으로 판단된다. 검증을 위한 실측치로 8일 간격 실측치를 이용하였는데 이 자료의 경우 8일 간격이므로 실제로 결측치가 많이 발생을 하고, 또한 유량이 많이 발생하는 홍수기시에는 관측을 하지 않는 문제가 있어 실제로 자료의 변동이 큰 경우에는 모의 결과가 실측치의 경향을 잘 쫓아가지 못하는 문제가 발생하게 된다. 따라서 모의결과 신뢰도 향상을 위해 일간격의 실측치를 확보하거나 또는 결측치를 보완할 수 있는 기법에 대한 선행 연구가 필요할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.983-983
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• 2012

EFDC의 수질모형인 HEM3D는 국내 해양수질모델링에는 적용된 사례가 많지만 담수에 적용된 사례는 거의 없으며, 우리나라 환경부 수질측정항목과 수질 INPUT 자료가 달라서 모델의 적용이 힘들었다. 그러나 HEM3D는 EFDC 수리모델을 연계하는 WASP에 비해 자체 3차원 수리동역학 모델이 있어 셀 개수의 제한이 없고 계산속도 또한 WASP 보다 2~3배 빠른 것으로 알려져 있다. 그러나 현재 우리나라의 수질측정항목은 HEM3D의 수질모의항목과 다소 차이가 있다. 특히 Carbon계열에서 실측수질항목은 BOD, COD인 반면 HEM3D의 모의가능항목은 RPOC, LPOC, DOC, COD로 바로 적용을 하기는 어렵다고 판단하였다. 따라서 환경부 수질자료를 HEM3D에 적용하기위해 문헌자료를 참고한 수질항목간의 분율을 사용하여 필요한 자료를 산출하였고, 환경부 수질자료의 HEM3D적용 결과를 알아보고 현재 자료 사용 시의 문제점과 향후 개선방안을 알아보고자 하였다. HEM3D의 모의 결과 TN, TP 보정에는 큰 문제가 없었으나 $BOD_5$와 세부수질항목의 영향을 많이 받는 조류 등의 항목 보정결과는 성공적이지 못했다. 이것은 분율을 적용해 각 유입지천의 세부항목별 수질 자료를 산출할 때 낙동강 전체 평균을 사용했기 때문에 조류성장에 직접적으로 영향을 받는 세부 항목별 영양염에 대한 실제 값과 산출된 농도 값 사이의 오차가 가장 큰 원인으로 판단된다. 한편 전체 대상지역중 일부구간에 대하여 동일한 수질입력자료를 이용하여 HEM3D와 WASP을 동시 적용하였다. 자료의 변환과정에서의 오차와 입력형태 및 각 모델 변수형태의 차이 등의 한계로 결과값에 차이가 있는 것으로 나타났으며, 본 연구결과 현재 확보된 수질측정망의 수질자료를 이용하여 HEM3D를 구축하는 것은 Carbon 계열과 조류(부영양화)모의에서 문제가 발생할 것으로 판단되며 추가 자료 확보가 필요할 것으로 보인다. 또한 필요한 입력자료가 충분히 확보가 된다면 추가연구결과에서 볼 수 있듯이 미국공변단과 미국 환경부수질모델 모두 동시적용이 가능하다고 판단되며 목적과 편의에 따라 선택적 모의가 가능하다고 판단된다.

• Economic and Environmental Geology
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• v.39 no.6 s.181
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• pp.753-770
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• 2006

In urban areas, groundwater pollution is heavily affected by urbanization with land use types. This study aims to characterize groundwater quality and contamination in Sasang industrial area of Busan Metropolitan City where metalworking, machinery and footwear factories are located. Busan Metropolitan City is the highest in the utilization of groundwater resources among the metropolitan cities in Korea. $K^+,\;Na^+,\;Ca^{2+},\;Mg^{2+},\;Cl^-,\;SO_4^{2-}\;and\;HCO_3^-$ concentrations, and electrical conductivity (EC), total dissolved solids (TDS) and salinity are high in the areas near the Nakdong River. The results are attributed to the influence of salt water which intruded into the coastal sediments during sedimentation. In addition, the dominant chemical type of Ca-Cl indicates the influence of salt water in the geological formations as well as anthropogenic pollution. $SiO_2$ ion is interpreted to originate from both water-silicate mineral reactions and the decomposition of cement concretes. Trichloroethylene (TCE) was detected at 12 sites of total 18 sites. However, tetrachloroethylene (PCE) was detected at f sites and 1.1.1-trichloroethane (TCA) at 3 sites. According to the factor analysis, factor 1 was explained by 49.8%, factor 2 19.8%, and factor 3 11.0% with total 80.6% explanation. pH, TDS, salinity, $Ca^{2+},\;K^+,\;Mg^{2+},\;Na^+,\;Al^{3+},\;As^{3+},\;Cl^-\;and\;Fe^{2+}$ were positively highly loaded to factor 1. The chemical components loaded to factor 1 represent the chemical characteristics of both industrial pollution and influence by salt water. Based on the cluster analysis and distribution pattern of chemical components, the concentration of $Na^+,\;Ca^{2+},\;Cl^-,\;SO_4^{2-}\;K^+,\;and\;Mg^{2+}$ is high in the riverside area of the Nakdong River composed of coastal sediments that is influenced by salt water. The downstream area of the Hakjang Stream is judged to be affected by both salt water and artificial pollution. The other part of the study area is interpreted by anthropogenic pollution.

• Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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• v.10 no.1
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• pp.29-43
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• 2007

For effective management of water quality on the southern coast of korea, a three-dimensional eco-hydrodynamic model is used to predict water quality in summer and to estimate the reduction rate in pollutant loads that would be required to restore water quality. Under the current environmental conditions, in particular, pollutant loadings to the study area were very high, chemical oxygen demand (COD) exceeded seawater quality criteria to comply with current legislation, and water quality was in a eutrophic condition. Therefore, we estimated reduction rates of current pollutant loads by modeling. The model reproduced reasonably the flow field and water quality of the study area. If the terrestrial COD, inorganic nitrogen and phosphorus loads were reduced by 90%, the water quality criteria of Region A were still not satisfied. However, when the nutrient loads from polluted sediment and land were each reduced by 70% simultaneously, COD and $Chl-{\alpha}$ were restored. When we reduced the input COD and nutrient loads from the Nakdong River by 80%, $Chl-{\alpha}$ and COD of Region B decreased below $10\;{\mu}g\;1^{-1}$ and $2\;mg\;1^{-1}$, respectively. The water quality criteria of Region C were satisfied when we reduced the terrestrial COD and nutrient loads by 70%. Total allowable loadings of COD and inorganic nutrients in each region were determined by multiplying the reduction rates by current pollutant loads. Estimated high reduction rates, although difficult to achieve at the present time under the prevailing environmental conditions, suggest that water pollution is very severe in this study area, and pollutant loads must be reduced within total allowable loads by continuous and long-term management. To achieve the reduction in pollutant loads, sustainable countermeasures are necessary, including the expansion of sewage and wastewater facilities, polluted sediment control and limited land use.