• 환경생물
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• 제36권4호
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• pp.591-600
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• 2018

2010년 4월부터 2015년 12월까지 영산강 본류에 위치해 있는 죽산보의 상, 하류의 수질 및 식물플랑크톤 변화 양상을 파악하기 위해 연구를 수행하였다. 동일한 기간 동안에 두 지점 모두 평균 수온은 $17.3^{\circ}C$로 기록되었으며, 2011년부터 2014년까지는 약 $16.3^{\circ}C$를 유지하다가 2015년에 $17^{\circ}C$로 약 $0.7^{\circ}C$ 상승되었다. 조사기간 동안 식물플랑크톤의 종 조성은 총 288 분류군으로 남조류 17 분류군, 규조류 74 분류군, 녹조류 154 분류군 및 기타조류 15 분류군으로 조사되었다. 두 지점의 개체군 밀도는 $500{\sim}29,950cells{\cdot}mL^{-1}$으로 조사되었으며, Y1지점은 $850{\sim}29,725cells{\cdot}mL^{-1}$, Y2지점은 $500{\sim}29,950cells{\cdot}mL^{-1}$으로 조사되었다. 두 지점의 평균 개체군 밀도는 Y1지점이 $8,180cells{\cdot}mL^{-1}$, Y2지점이 $7,530cells{\cdot}mL^{-1}$으로 상류지점의 평균 밀도가 더 높게 조사되었다. 우점종은 규조류인 Stephanodiscus속, Aulacoseira속이 높게 나타났으며, Stephanodiscus의 우점 빈도는 59%였고, Aulaocseira 속의 우점빈도는 22%였다. 남조류의 전체속의 우점빈도는 17%였고, Y1지점이 19%로 Y2지점보다 2% 높게 나타났다. 그 중에 Microcystis속의 우점 빈도가 6%였고, Y1지점이 7%로 하류인 Y2지점보다 2% 높게 나타난 것을 확인할 수 있었다. Y1지점의 현존량 비율은 규조류가 전체의 52%, 녹조류가 24%, 남조류가 21%였고, Y2지점은 규조류 65%, 녹조류 18%, 남조류 13%로 상류 지점인 Y1지점의 남조류 현존량 비율이 더 높게 나타난 것을 볼 수 있었다. 본 연구는 식물플랑크톤의 천이 현상 및 수질요인들과의 변화에 따른 원인을 파악하고 영산강 죽산보의 특성에 대해 신뢰성 있는 데이터를 제공하기 위해 수행되었으며, 이후 수생태계 변화를 평가하는 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.

• 생태와환경
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• 제52권1호
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• pp.50-64
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• 2019

본 연구에서는 낙동강 5개 보의 상류 및 하류 총 6개 지점(상주보, 강정고령보, 달성보, 합천창녕보, 창녕함안보 상류와 합천창녕보 하류)에서 서식 생물의 탄소 및 질소 안정동위원소 비를 분석, 낙동강 생태계 구조를 정량적으로 파악하고자 하였다. 대상 생물은 식물플랑크톤을 포함하는 입자성유기물(부유 및 부착), 동물플랑크톤, 저서성 대형무척추동물 및 어류를 포함하며, 강우 전 갈수기(6월) 와 강우 직후(9월), 두 차례에 걸쳐 시료를 채집, 안정동위원소 비를 분석하였다. 채집된 생물의 탄소 안정동위원소 비의 범위를 비교하고 질소 안정동위원소 비를 이용하여 각 생물의 영양단계를 산출, 시공간 분포를 분석하였다. 동물플랑크톤과 저서성 대형무척추동물은 상류에 위치한 상주보에서 높은 값을 나타낸 후 점차 감소하여 하류의 창녕함안보에서 다시 증가하는 경향을 나타냈다. 이들 값은 홍수 전과 후, 상이한 값을 나타내어 하절기 홍수로 인한 육상 기원 유기물의 영향을 받는 것으로 조사되었으나, 그 반응은 생물군에 따라 상이한 것으로 분석되었다. 질소 안정동위원소 비를 이용해 계산된 각 생물들의 영양단계는 그 기준(baseline)으로 POM보다 동물플랑크톤을 이용하는 것이 보다 타당한 범위를 보이는 것으로 나타났다. 본 논문에서는 생태계 먹이망 구조 해석에 대한 정략적 접근에 요구되는 주요 생물군의 생태정보를 제공하여 향후 생태계 반응을 평가, 예측하는 다양한 연구분석에 활용될 수 있도록 하였다.

• 한국환경기술학회지
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• 제19권6호
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• pp.503-513
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• 2018

영산강 수계의 오염총량관리 이행사항 평가 및 원활한 제도 운영을 위해 단위유역 내 행정구역경계에 해당되는 소하천에 대해 지속적으로 시행하는 있는 모니터링 자료를 토대로 특성을 분석하였다. 모니터링 해당기간(2011~2016년) 내 모니터링은 1분기에 비해 2분기 측정 횟수가 많아 목표수질 설정 및 평가 시 측정횟수 등을 고려해야 하며, 일반적 하천처럼 상류지역 보다 하류지역의 하천이 수질이 악화되어 있는 것으로 분석되었다. 더불어 모니터링 지점의 오염부하량을 산정한 결과 풍영정천, 삼포천 등에서 수질이 매우 악화되어 있는 것으로 분석되었다. 이는 유량 및 BOD, T-P의 농도가 높아 영산강 본류의 수질에 미치는 영향이 크므로 수질개선을 위해서는 각종 오염원의 관리가 필요한 것으로 분석되었다. 또한, 목표수질 대상항목인 BOD 및 T-P의 측정항목간의 연관성을 평가하기 위해 지점별로 상관분석을 한 결과 BOD는 COD, TOC와 연관성이 높게 나타나 유기물과 관련된 오염원의 배출에 의한 영향을 받는 것으로, T-P는 SS, COD와의 연관성이 높게 나타나 강우에 의한 유입의 영향을 받는 것으로 나타났다. 본 연구에서의 장기간 모니터링을 수행하여 축적된 수질자료를 분석하고 특성을 파악함으로써 해당수계의 수질관리에 효율적이고 과학적인 방안을 설계함에 있어 기초자료 및 방향을 제시할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국농림기상학회:학술대회논문집
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• 한국농림기상학회 2013년도 추계 학술발표논문집
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• pp.23-24
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• 2013

Micrometeorological fluxes measured over a tall forest in a complex terrain are difficult to interpret. $CO_2$ storage often makes significant contributions to net ecosystem exchange of $CO_2$ (NEE) in early morning and during nighttime due to calm and stable conditions. We measured the above-canopy $CO_2$ flux along with its concentration profiles at eight levels within and above the canopy to evaluate $CO_2$ storage term. Our question is whether or not the $CO_2$ storage term can be estimated accurately from a single level measurement of $CO_2$ concentration in a complex terrain. Our objectives are (1) to document vertical profiles of $CO_2$ concentration and (2) to compare the diurnal and seasonal variations of $CO_2$ storages estimated from single and multi-level $CO_2$ concentration data. Seasonally averaged Diurnal variations of $CO_2$ concentration ranged from 398 to 455 ppm near the forest floor at 0.1 m whereas they ranged from 364 to 395 ppm at 40 m in the atmosphere. The diurnal variation of vertical profiles of $CO_2$ concentration shows very interesting features with season. At all eight levels, diurnal variation of $CO_2$ concentration showed little change in winter. In spring, the diurnal variations of $CO_2$ concentration at 8 levels showed three distinct groups of layers with height: the first layer: 0.1m (near surface), second layer: 1.0 m and 4.0m (below canopy) and the third layer: 7.4m to 40.7 m (near canopy and above). In summer, these three groups of layers were further separated with larger variations whereas such distinction became smaller in fall. The diurnal variation of $CO_2$ concentration in the first three layers near surface always showed higher concentration with larger variability. Typically, $CO_2$ concentration showed peaks in early morning and in the evening. After the evening peak, $CO_2$ concentration gradually increased except for those near the surface (i.e., 0.1, 1.0 and 4.0 m) where the concentrations actually decreased. We suspect that this could be attributed to the drainage flow of $CO_2$ along the hill slope from the headwater to downstream, which is not taken into account for net ecosystem $CO_2$ exchange. In comparison to the results of other studies, the distinct and different vertical structures of $CO_2$ concentrations observed at our site may be due to complex terrain and weak turbulent mixing under calm conditions at the site. The annual mean of diurnal variation of $CO_2$ storage flux from single level ranged from -0.6 to $0.9{\mu}mol\;m^{-2}s^{-1}$ and from multi-level from -1.2 to $1.0{\mu}\;{\mu}mol\;m^{-2}s^{-1}$. When compared against the results from the multi-level concentrations, the storage flux estimated from a single-level concentration was generally adequate except for specific hours near sunrise and sunset. Further details and their implication will be discussed in the presentation.

• 한국환경생태학회지
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• 제34권6호
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• pp.530-542
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• 2020

중부산악 DMZ 민통선이북지역의 담수어류 출현양상을 밝히기 위해 2018년 5월부터 10월까지 조사를 실시하였다. 조사기간동안 24개 지점에서 족대와 투망으로 12과 43종 7,744개체를 채집하였고, 우점종은 참갈겨니(30.3%), 아우점종은 피라미(18.5%)였으며, 그 다음으로 버들치(10.0%), 버들개(6.7%), 돌마자(5.9%), 묵납자루(4.5%), 돌고기(4.2%), 대륙종개(2.6%), 등의 순으로 우세하게 출현하였다. 출현종 중 법정보호종은 천연기념물 어름치 1종, 환경부지정 멸종위기야생생물 II급의 다묵장어, 묵납자루, 가는돌고기 3종 등 모두 4종이, 한국고유종은 20종(46.5%)이 채집되었다. 또한 기후변화민감종(냉수성어류)은 금강모치와 새미, 둑중개 3종이, 육봉형 어류는 다묵장어와 둑중개와 밀어 3종이, 외래종은 배스 1종이 출현하였다. 지점별 우점종은 참갈겨니(15개 지점), 피라미와 버들치(4개), 둑중개(1개)였으며, 우점도는 상류부에서 하류부(김화남 대천 본류)로 갈수록 낮아지고, 반대로 다양도와 종풍부도는 상류부에서 하류부로 갈수록 높아졌다. 군집구조는 크게 최상류, 상류, 한강, 임진강으로 구분되었다. 선행조사와 비교한 결과, 본 조사에서 가장 많은 종(43종)이 채집되었고, 새로 채집된 어류는 2종(참중고기, 배스), 채집되지 않은 종은 6종(쏘가리, 대농갱이, 열목어, 흰줄납줄개, 왜매치, 왜몰개)이었다. 김화남대천은 법정보호종(4종)을 비롯한 많은 종이 서식하고 다양도와 풍부도지수가 높아 생물학적 가치가 높았고, 끝으로 이 지역의 보전방안에 대해 논의하였다.

• 자원환경지질
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• 제54권3호
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• pp.373-387
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• 2021

본 연구에서는 자료기반 분석 기법을 이용하여 제주 대정-한경 유역의 군집형 지하수 이용 관정의 영향력을 평가하고 지하수 자원을 효율적으로 관리하기 위한 도구를 개발하였다. 분석을 위해 대정-한경 유역 내 총 19개 지하수위 관측공의 지하수위 자료, 총 3개 기상 관측소로부터 측정된 강수량 자료, 및 총 4개의 군집형 지하수 이용 관정(저지, 금악, 서광, 및 영어교육도시)으로부터 획득한 이용량 자료가 이용되었다. 먼저, 각 지하수위 관측공에 대하여 강수량 및 이용량 자료를 입력변수로 하는 자료 기반 지하수위 예측모델을 개발하였다. 이때, 과거의 장기적 변동특성을 효과적으로 학습에 이용하기 위하여 누적 장단기 메모리 모델을 이용하였다. 모든 관측 공에 대하여 지하수위 예측모델을 개발하고, 이용량 입력변수에 대한 섭동 민감도 분석을 수행하여 각 군집형 관정의 공간적 영향력을 분석하였다. 금악 수원은 해당 수원 중심으로 영향이 크고, 서광 수원은 하류 지역을 중심으로 영향이 큰 것으로 나타났으며, 영어교육도시는 수원의 상류 지역 중심, 저지 수원은 수원 상류 및 하류 중심으로 영향이 나타났다. 그리고 유역 내 군집형 수원의 영향력은 대략 5km인 것으로 나타났다. 추가적으로, 학습된 예측모델을 기반으로 군집형 이용 관정의 영향 범위에 포함되는 지하수위 관측공에 대해 강수량 대비 배경 지하수위 회복을 위한 적정 지하수 이용량을 산정하였다. 최근의 강수 패턴을 적용하였을 때, 현재 지하수 이용량을 기존의 80%로 제한할 필요성이 있는 것으로 나타났으며, 강수량이 100mm 증가하였을 때, 대략 1,500 m³에서 1,900 m³의 추가적인 취수가 가능할 것으로 평가되었다. 본 연구를 통해 도출된 대정-한경 유역 지하수 거동특성 평가 결과와 자료기반 분석 도구들은 대정-한경 유역의 지속 가능한 지하수 개발을 위한 유용한 정보로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제54권spc1호
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• pp.1095-1105
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• 2021

기후변화에 따른 집중호우, 태풍 등의 발생빈도의 증가로 인하여 댐 운영의 고도화가 요구되고 있다. 일반적으로 댐 운영의 경우 강우예측, 강우-유출, 홍수추적 등 다양한 수리수문학적 요소들을 반영하여 수행되나 기 계획된 특정 규칙에 기반한 댐 운영 모형의 경우, 때때로 개별 모듈들의 불확실성과 복합적인 인자들로 인하여 댐의 방류량을 능동적으로 제어하는데 제약이 있을 수 있다. 본 연구는 남강댐 직하류 홍수피해 예방을 위하여 댐의 방류량 결정 등 효율적인 댐 운영을 지원하기 위해 딥러닝 기반 LSTM (Long Short-Term Memory) 모형을 구축하고, 선행시간별 댐직하류 수위예측 정확도를 분석하는 것을 목적으로 한다. LSTM 모형의 입력자료는 댐 운영에 사용되는 기초자료 및 하류 장대동 수위관측소의 수위 자료를 시 단위로 2009년부터 2021년 7월까지 수집하였다. 2009년부터 2018년 자료는 모형의 학습과 검증 및 2019년부터 2021년 7월 자료는 선행시간을 7개(1 h, 3 h, 6 h, 9 h, 12 h, 18 h, 24 h)로 구분하여 관측 수위와 예측 수위를 비교·분석하였다. 그 결과, 선행시간 1시간의 예측결과는 평균적으로 MAE가 0.01 m, RMSE가 0.015 m, NSE가 0.99 로 관측 수위에 매우 근접한 예측 결과를 나타내었다. 또한, 선행시간이 길어질수록 예측 정확도는 근소하게 감소하였지만, 관측 수위의 시간적 패턴을 유사하게 안정적으로 예측하는 것으로 분석되었다. 따라서 수리수문학적 비선형의 복잡한 자료간의 특징을 자동으로 추출하여 예측 자료를 생산하는 LSTM 모형은 댐 방류량 의사결정에 있어 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국방재안전학회논문집
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• 제14권4호
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• pp.47-60
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• 2021

최근 기후변동성으로 인하여 집중호우의 발생빈도 및 강우강도 증가로 노후화된 여수로 바닥슬래브 표면에서의 손상이 발생하여 잦은 보수·보강이 필요한 실정이다. 이를 위해 현장조사, 수리모형 실험 및 수치모형 실험을 통하여 여수로 방류에 따른 손상발생 원인 검토에 관한 연구가 많이 진행되어 왔다. 그러나 대부분의 연구는 일반적으로 여수로의 흐름특성 및 압력분포에 대한 검토를 수행하였을 뿐 손상의 근본적인 발생원인 규명에 관한 연구는 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 여수로 바닥슬래브 손상발생 원인을 도출하기 위해 공동침식 및 수력잭킹(hydraulic jacking)으로 인한 콘크리트 탈락관점에서 3차원 수치모형인 FLOW-3D와 COMSOL Multiphysics를 사용하여 검토하였다. 또한 공동지수를 산정하고 압력분포로 인하여 구조물이 받는 응력과 콘크리트의 인장·굽힘강도를 비교하여 공동침식 및 수력잭킹으로 인한 콘크리트 탈락 발생 가능성을 확인하였다. 수문 완전개도 조건에서 여수로 방류에 따른 공동침식 및 수력잭킹에 대하여 수치모의를 수행한 결과, 여수로 하류부에서 공동지수가 0.3 미만으로 공동침식 발생 가능성을 확인하였고, 공동부 및 균열부에서 압력분포에 따라 콘크리트가 받는 응력은 4.6~5.0 MPa로 콘크리트 인장강도와 굽힘강도와 비교를 통하여 지속적인 압력변동으로 인한 콘크리트의 피로파괴 또는 휨파괴 가능성을 확인하였다. 따라서 여수로 고유속 흐름에 의한 공동 현상 및 수력잭킹이 여수로 바닥슬래브 손상발생의 다양한 원인 중 하나로 판단하였다. 그러나 본 연구는 다양한 형상 조건 및 방류 시나리오를 적용하고 유체-구조물 상호작용(Fluid-Structure Interaction, FSI)모의를 수행하지 못하였다는 한계점이 있다. 이에 향후에는 한계점을 보완하여 검토한다면 보다 효율적이고 효과적인 여수로 유지관리 방안 도출이 가능할 것으로 기대한다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권6호
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• pp.437-446
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• 2022

2020년 4월, 한강수계의 유효저수용량이 비교적 큰 발전용댐인 화천댐을 용수공급에 활용하기 위한 협약이 체결되었고 현재는 시범운영 중이다. 화천댐은 시범운영을 통해 우리나라 발전용댐 중 최초로 하류부 용수공급을 위해 지속적으로 일정한 유량을 공급하고 있다. 본 연구에서는 화천댐의 규모와 유입량 실적자료를 활용하여 화천댐의 용수공급량을 산정하고 용수공급능력을 평가하였다. 월단위 95% 이수안전도와 연단위 95% 이수안전도를 충족하는 용수공급량을 산정하기 위한 모의 모형과 화천댐 용수공급능력을 산정하기 위한 최적화 모형을 개발하였다. 또한, 모형의 입력자료로 사용되는 유입량 자료는 임남댐의 영향을 고려하여 두 가지 방법으로 보정하였다. 두 가지 보정 유입량을 활용하여 화천댐 용수공급량을 산정한 결과는 다음과 같다. 월단위 95% 이수안전도를 만족하는 용수공급량은 26.86 m³/sec, 24.12 m³/sec, 연단위 95% 이수안전도를 만족하는 용수공급량은 23.88 m³/sec, 22.22 m³/sec이다. 용수공급 실패 없이 화천댐에서 연간 최대 공급할 수 있는 용수공급량은 776.8 MCM이며 과거 월별 발전방류패턴을 고려하여 방류하는 경우에는 연간 704.3 MCM을 공급할 수 있다. 화천댐의 용수공급능력을 활용한 체계적인 운영이 수행된다면 한강수계 갈수기 용수공급 안정화에 기여할 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권11호
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• pp.931-939
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• 2022

우리나라의 경우 강수량의 2/3 정도가 하절기에 집중되는 강우특성상 해마다 여름철 홍수기의 탁수 문제가 다양하게 발생하고 있다. 이상강우와 기상이변에 의한 집중강우가 증가 추세이며, '02년 태풍 루사', '03년 태풍 매미', '06년 에위니아'부터 20년 마이삭, 하이선 까지 장마와 태풍에 의한 유입량이 급증하는 시기 탁수의 유입으로 수중 탁도가 급상승하며 댐 저수지 내 탁수 문제가 발생하였다. 특히 연 평균 물사용량의 대부분을 하천 및 댐 저수지를 이용하는 우리나라의 경우 탁수 문제가 장기화될 경우 댐 하류 해당 지역 농업, 공업, 수생태 등 사회적, 환경적으로 많은 문제를 발생시킨다. 이러한 탁수 예측을 통한 대응을 위해 탁수 모델링에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 탁수 현황을 모의하기 위해서는 유량, 수온, SS 데이터가 필요하다. 이를 위해 국가측정망에서 하천 및 댐 저수지 내 SS를 측정하여 탁수를 측정 하고 있으나 설비가 미흡하여 데이터 해상도가 낮다는 한계점이 있으며 주요 댐 저수지 내에서는 수자원공사에서 관리하는 자동 측정기기를 활용하여 높은 데이터 해상도를 유지 하고 있으나 댐 별, 기상 조건에 따라 미측정 기간이 존재한다. 탁도를 측정을 위한 센서로는 Optical Backscatter Sensor (OBS), YSI 등이 있으며 SS를 측정하기 위한 센서는 레이저부유사측정기(Laser In-Situ Scattering and Transmissometry, LISST) 등의 장비를 이용하고 있다. 하지만 이런 첨단 센서의 경우 또한 수중에 고정하여 측정하기에는 장비의 안정성 등의 이유로 한계가 있다. 따라서, 취득된 유량, 수온, SS, 탁도 데이터를 기반으로 분석을 통해 미측정 기간이 존재함으로 입력자료에 활용되는 SS를 산정하기 위해 관계식 개발을 필요로한다. 본 연구에서는 댐 방류구 인근 지점 측정 데이터를 기반으로 개발된 탁도-SS 관계식을 통해 수자원 공사 SURIAN 시스템에서 활용되고 있는 AEM3D 모델을 이용하여 탁수 발생 예측 정확도 개선을 하고자 하였다.