• Journal of the Korean Society of Environmental Restoration Technology
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• v.14 no.4
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• pp.11-23
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• 2011

Mountain streams, which are major components of an entire river network, play an important role as the source of water, sediment, coarse and fine organic matter, and nutrients for lowland rivers. Therefore, dynamics and downstream linkages of each compartment of the mountain stream can be essential for watershed management in catchment scale. The dynamics and downstream linkages are understood as a development of step-pool sequences along a river course. Recently, stream restoration after flooding event often employ the development of step-pool sequences in the world. In this paper, we 1) examined the geomorphic characteristics and the role of step-pool sequences in steep mountain streams by reviewing the results of past studies, and 2) introduced the case studies of stream restoration using step-pool sequences, and finally 3) addressed design methods considering geometry and stability of artificial step-pool sequences for stream restoration. Step-pool sequences play an important role not only as roughness with energy dissipation but also as heterogeneity of stream feature for aquatic habitat. Step-pool sequences, even if they are constructed artificially along a stream, may be effective for small stream restoration considering eco-friendly torrent controls. So far the artificial step-pool sequences were employed for mountainous streams, but those would be applied to urban stream.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.781-781
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• 2012

본 연구에서는 수문-수질 모의가 가능한 SWAT (Soil and Water Assessment Tool) 모형을 이용하여 경안천 상류의 별미천 유역($1.21km^2$)을 대상으로 최적관리기법(Best Management Practice, BMP) 적용에 따른 비점오염원 저감효과를 분석하고자 한다. 이를 위해, 별미천 유역내 논($0.049km^2$)과 밭($0.018km^2$) 지역에 대한 BMP 시나리오를 작성하였다. 먼저, 논에서는 계단식(Terrace) 재배 방법을 적용하였으며, 밭에서는 등고선(Contour farming) 재배 방법과 볏짚지표피복 시나리오를 적용하였다. 여기서, 볏짚지표피복 시나리오는 현재 $1276.6m^2$, 경사도 약 3.2%의 콩 재배가 이루어지고 있는 시험포장에서 수행된 결과를 이용하여 SWAT 모형의 지표유출관련 매개 변수를 조정하였다. SWAT 모형의 적용성 평가를 위해, 1:5,000 수치지도로부터 2m DEM(Digital Elevation Model) 및 QuickBird(2006.05.01) 위성영상으로부터 스크린 디지타이징기법(On-Screen Digitizing Method)을 이용하여 총 21개 토지이용항목의 1:5,000급 정밀토지이용도를 작성하고, 농촌진흥청에서 제공하는 1:25,000 정밀토양도를 구축하였다. 또한, 유역출구점에서 자동수위 및 강우량 계측기, 수질측정을 위한 오토샘플러를 설치하여 시간당 수위(유량), 강우 자료와 강우발생에 따른 수질자료(Sediment, Total Nitrogen, Total Phosphorus)를 이용하여 모형의 검보정(2011.06.08 ~ 2011.10.31)을 실시하였다. 모형의 검보정 후, 논에서의 Terrace 및 밭에서의 Contour farming, 밭 시험포장에서의 저감효과가 분석된 지표피복시나리오의 적용을 위한 SWAT 모형의 관련 매개변수를 정의하고, 각 BMP 시나리오별 비점오염원 저감효과를 분석하였다.

• Journal of Korean Society on Water Environment
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• v.32 no.2
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• pp.149-162
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• 2016

In recent years, there has been demand for precise estimations of pollutant loads on nationwide scale for the development of appropriate site specific (watershed specific) policies to reduce the negative impact of pollutant loads. River flow data and water quality data that were previously collected by various research institutes and universities for specific research purposes for a limited period was utilized in this study. However, only TMDL 8-day interval flow and water quality data were available in national scale. Three watersheds were selected and pollutant loads were calculated by two methods i.e., Numeric Integration (NI) method and Soil and Water Assessment Tool (SWAT). Subsequently, the results were compared to determine the appropriate method for monitoring nonpoint source networks nationwide. The SWAT model was calibrated and its estimated daily flow data were used in the NI method with estimated sediment data for 8-day monitoring data for three watersheds. The results indicated that the quantity of pollutant loads estimated with the NI and SWAT are different to some degrees especially during the summer season for all the three study watersheds. Thus, more frequent sampling of water quality is needed for nonpoint source pollutant estimation.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.200-200
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• 2017

강우에 의한 토양 침식 및 토사유츨량은 하천 및 유역환경관리 관점에서 가장 중요한 인자 중 하나로 보고되고 있으며, 다양한 분야에서 이에 대한 연구를 수행 중에 있다. 일반적으로 유역에서 발생한 토양침식 및 물의 이동에 의한 토사유출량을 해석하기 위해 SWAT 등과 같은 많은 모형이 적용되고 있지만, 대부분 농업지역에서 이용하는 수평형태의 수문학적 개념에 따른 overland flow 개념을 이용하고 있다. 하지만, 우리나라는 약 70% 이상이 산림으로 이루어진 지역으로 유역환경 해석에 있어 수평적인 개념과 함께 사면내에서 lateral flow와 같은 지표하 흐름의 이동에 관한 개념 역시 필요하지만, 이의 영향에 대한 관련 연구는 부족하다. 최근 수문학의 발달과 더불어 수평적인 개념을 탈피한 사면수문학 개념이 전 세계적으로 발달하고 있으며, 많은 발전을 이루고 있다. 이를 통해 GIS를 기반으로 물리학기반의 GeoWEPP 모형이 미국을 중심으로 개발되었고, 이에 대한 많은 적용 및 평가가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 전 세계적으로 평가받고 있는 process 기반의 SWAT 모형과 사면수문학 개념을 반영한 물리학기반의 GeoWEPP 모형을 이용하였다. 이 두 모형은 강우, 지형, 토양도, 토지피 복도 등 두 모형의 입력자료 역시 거의 동일하게 구성되어 있으며, 같은 FORTRAN CODE 및 ArcGIS에서 운영될 수 있도록 이루어져 있어 비교 분석하기 원활하다. 모형의 적용은 매년 심각한 조류가 발생하는 대청호 지류인 소옥천 유역내 중하류에 위치한 옥각교에서 관측된 모니터링 자료(토사유출량과 유출량)를 이용하여 모형의 정확성을 평가 후, 사면수문학 개념의 적용성에 대해 논하였다. 각각의 모형의 결과에 대한 정확성 평가는, Nash-Sutcliffee를 이용하여 실시하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.272-272
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• 2015

본 연구는 초생대 필지단위 모의프로그램인 VFSMOD-W(Vegetative Filter Strip MODel-W) 모형을 이용하여 새만금 유역의 밭경지 특성을 반영한 다양한 시나리오에 기반하여 초생대기법을 적용 하였을 경우의 유사저감효과에 대해 모의해 보았다. '새만금유역 농업비점오염 저감기법 개발'과제의 일환으로 초생대 현장실험을 위해 조성된 익산 밭경지 시험포의 실측치를 이용하여 모형의 보정이 이루어졌으며, 결과는 유출량의 경우 NSE=0.833와 $R^2=0.99$를, 유사량의 경우 NSE=0.794와 $R^2=0.99$로 각각 매우 높게 나타났다. 모의를 위한 시나리오는 새만금유역의 밭경지 특성을 고려하여 1ha, 5ha, 10ha의 밭규모에, 밭경사는 7%와 15%으로, 토성은 양토인 정방형 형태의 밭경지를 대상으로 하였다. 초생대 초종은 Grass mixture로 적용하였고, 규모는 밭경지 면적의 10%로 고정하여, 50mm, 100mm, 150mm, 200mm의 일강우량에 대해 초생대 유출 및 유사에 대한 모의를 실시하였다. 그 결과 새만금유역에 초생대 적용 시 유출저감효과는 밭경사 7%와 15%일 때 1.5~13.5%와 1.4~12.1%의 범위로 각각 나타났으며, 경사에 따른 차이는 미비하였으나 강우량과 밭경지 규모에 따른 유출저감효과의 차이가 크게 나타났다. 유사의 경우에는 밭경사 7%와 15%일 때 20.4~97.0%와 15.7~86.0%의 저감효과를 각각 보였으며, 유출에 비해 초생대 적용에 따른 유사저감효과가 월등히 높게 나타났다. 강우량의 차이에 따른 유사저감효과는 50mm일 때 58.4~97.0%, 200mm일 때 15.7~32.9%를 나타내어 강우인자의 영향이 밭규모와 경사 등의 밭경지 특성에 비해 유사 발생량 및 저감효과에 가장 크게 미침을 알 수 있었다. 본 모의 결과를 통해 새만금유역의 초생대기법 적용은 새만금호의 수질오염저감 및 개선에 기여할 수 있을 것으로 기대되며, 현장 실용화를 위해서는 다양한 현장인자들에 적합한 세부적인 설계기술 개발이 요구된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.320-320
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• 2016

본 연구에서는 자연환경, 수생태환경과 관련된 모니터링자료 및 수문/수질 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모델링 자료를 이용하여 유역건전성을 평가하기 위한 지수를 개발하고, 한강유역($34,148km^2$)을 대상으로 표준유역단위 유역건전성 평가를 수행하였다. 본 연구에서는 미국 EPA(Environmental Protection Agency)의 유역건전성 분석 사례를 개선하여 우리나라에 유역 특성에 맞는 통합 유역건전성 평가지수를 개발하였다. 본 연구에서 분석하고자 하는 유역건전성은 유역이 본래 가지고 있는 자연적인 건전성을 평가하고자 하는 것으로, 평가를 위한 지표로 자연토지피복, 하천환경, 수문, 수질, 서식지, 수생태 관련 요소를 각각 선정하였다. 자연토지피복 및 하천, 서식지 유역건전성 평가를 위해서 DEM, 토지이용도, 하천도, 저수지, 습지자료를 이용하였고, 수생태 유역건전성 평가를 위해서는 6년간(2008년~2013년) 모니터링 된 TDI, BMI, FAI 자료로 이용하였다. 수문/수질 유역건전성 평가를 위해서는 SWAT 모형의 장기모의 결과를 활용하였으며, 30년간(1985년-2014년) 모의된 강수량, 총유출, 지표유출, 침투, 토양수분, 중간유출, 침루, 지하수 충진, 기저유출, Sediment, T-N, T-P 결과를 이용하였다. 각 평가지표로부터 표준유역별 sub-index를 도출하였으며, 6가지 sub-index를 이용하여 통합 유역건전성 지수를 산정하였다. 산정된 지수는 0부터 1까지의 값으로 나타나며, 1에 가까울수록 유역건전성이 좋은 유역을 의미한다. 연구결과 한강유역의 통합 유역건전성은 상류에서 하류로 갈수록 건전성이 안 좋아지는 것으로 분석되었으며, 특정 표준유역에 대하여 자연환경, 수문, 수질, 수생태환경 각각의 유역건전성을 평가할 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.279-279
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• 2022

최근 이미지분석 기술은 하드웨어 및 소프트웨어 기술의 급격한 발전으로 인해 의학, 생물학, 지리학, 재료공학 등에서 수많은 연구 분야에서 광범위하게 활용되고 있으며, 이미지분석은 다량의 토사에 대하여 입경을 포함한 형상학적 특성을 간편하게 정량화 할 수 있기 때문에 매우 효과적인 분석 방법으로 판단된다. 현재 모래의 입도분석 방법으로는 신뢰성 있는 체가름 시험법(KSF2302) 등이 있으나, 번거로운 처리과정과 많은 시간이 소요된다. 또한 입자형상은 입경이 세립 할수록 직접 측정이 어렵기 때문에, 최근에는 이미지 분석을 이용하는 방법이 시도되고 있다. 본 연구에서는 75㎛ 이상의 조립질 하상 토사 이미지를 취득하여, 입자들의 장·축단 길이, 면적, 둘레, 공칭직경 및 종횡비 등의 형상학적 특성인자를 자동으로 측정하는 프로그램 개발을 수행하였다. 프로그램은 이미지 분석에 특화된 라이브러리인 OpenCV(Open Source Computer Vision)를 적용하였다. 이미지 분석 절차는 크게 이미지 취득, 기하보정, 노이즈제거, 객체추출 및 형상인자 측정 단계로 구성되며, 이미지 취득시 패널의 하단에 Back light를 부착해 시료에 의해 발생되는 음영을 제거하였다. 기하보정은 원근변환(perspective transform)을 적용했으며, 노이즈 제거는 모폴로지 연산과 입자간의 중첩으로 인한 뭉침을 제거하기 위해 watershed 알고리즘을 적용하였다. 최종적으로 객체의 외곽선 추출하여 입자들의 다양한 정보(장축, 단축, 둘레, 면적, 공칭직경, 종횡비)를 산출하고, 분포형으로 제시하였다. 본 연구에서 제안하는 이미지분석을 적용한 토사의 형상학적 특성 측정 방법은 시간과 비용의 측면에서 보다 효율적으로 하상 토사에 대한 다양한 정보를 획득 할 수 있을 것으로 기대한다.

• Korean Journal of Environment and Ecology
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• v.20 no.4
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• pp.415-424
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• 2006

This study was carried out to analyze the characteristics of forest watershed factors by using the quantification theory(I) for evaluation and prediction of the failure hazard area. Present $sediment(m^3/yr/ha)$ of erosion control dams were investigated in 95 sites of erosion control dam constructed during 1986 to 1999 in Gyeongnam province. The results obtained from this study were summarized as follows; General condition of class I(Very hazard area) were as follow; Igneous rock in parent rock, coniferous in forest type, below 20year in stand age, below 30cm in soil depth, SCL in soil texture, $31{\sim}40%$ in gravel contents, $S{\sim}E$ in aspect, $2,501{\sim}3,600m$ in length of main stream, $26{\sim}30$ in number of total streams, $6,601{\sim}10,000m$ in length of total streams, over 3 in stream order, over 16 in number of first streams order and over $31^{\circ}$ of slope gradient. General condition of class IIl(hazard area) were as follow; Metamorphic rock in parent rock, hardwood in forest type, over $21{\sim}24year$ in stand age, $31{\sim}40cm$ in soil depth, SiCL or SCL in soil texture, $11{\sim}20%$ in gravel contents, $S{\sim}W$ in aspect, $1,501{\sim}2,600m$ in length of main stream, $6{\sim}10$ in number of total streams, $3,501{\sim}5,500m$ in length of total streams, 2 in stream order, $6{\sim}10$ in number of first streams order and over $31^{\circ}$ of slope gradient. General condition of class III(Un hazard area) were as follow; Sedimentary rock in parent rock, mixed in forest type, over 25year in stand age, $41{\sim}50cm$ in soil depth, SiCL in soil texture, below 10% in gravel contents, $N{\sim}W$ in aspect, below 500m in length of main stream, below 5 in number of total streams, below 1,000m in length of total treams, below 1 in stream order, below 2 in number of first streams order and below $25^{\circ}$ of slope gradient. The prediction method of suitable for failure hazard area divided into class I, II, and III for the convenience of use. The score of class I evaluated as a very hazard area was over 4.8052. A score of class II was 4.8051 to 2.5602, it was evaluated as a hazard area, and class III was below 2.5601, it was evaluated as a un hazard area.

• Korean Journal of Ecology and Environment
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• v.37 no.2 s.107
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• pp.180-192
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• 2004

This study was carried out to assess the seasonal variation of water quality and the effect of pollutant loading from watershed in a shallow eutrophic reservoir (Shingu reservoir) from November 2002 to February 2004, Stable thermocline which was greater than $1^{\circ}C$ per meter of the water depth formed in May, and low DO concentration (< 2 mg $O_2\;L^{-1}$) was observed in the hypolimnion from May to September, 2003. The ratio of euphotic depth to mixing depth ($Z_{eu}/Z_{m}$) ranged 0.2 ${\sim}$ 1.1, and the depth of the mixed layer exceeded that of the photic layer during study period, except for May when $Z_{eu}$ and $Z_{m}$ were 4 and 4.3 m, respectively. Most of total nitrogen, ranged 1.1 ${\sim}$ 4.5 ${\mu}g\;N\;L^{-1}$, accounted for inorganic nitrogen (Avg, 58.7%), and sharp increase of $NH_3$-N Hand $NO_3$-N was evident during the spring season. TP concentration in the water column ranged 43.9 ${\sim}$ 126.5 ${\mu}g\;P\;L^{-1}$, and the most of TP in the water column accounted for POP (Avg. 80%). During the study period, DIP concentration in the water column was &;lt 10 ${\mu}g\;P\;L^{-1}$ except for July and August when DIP concentration in the hypolimnion was 22.3 and 56.7 ${\mu}g\;P\;L^{-1}$, respectively. Increase of Chl. a concentration observed in July (99 ${\mu}g\;L^{-1}$) and November 2003 (109 ${\mu}g\;L^{-1}$) when P loading through two inflows was high, and showed close relationship with TP concentration (r = 0.55, P< 0.008, n = 22). Mean Chl. a concentration ranged from 13.5 to 84.5 mg $L^{-1}$ in the water column, and the lowest and highest concentration was observed in February 2004 (13.5 ${\pm}$ 1.0 ${\mu}g\;L^{-1}$) and November 2003 (84.5 ${\pm}$29.0 ${\mu}g\;L^{-1}$), respectively. TP concentration in inflow water increased with discharge (r = 0.69, P< 0.001), 40.5% of annual total P loading introduced in 25 July when there was heavy rainfall. Annual total P loading from watershed was 159.0 kg P $yr^{-1}$, and that of DIP loading was 126.3 kg P $yr^{-1}$ (77.7% of TP loading. The loading of TN (5.0ton yr-1) was 30 times higher than that of TP loading (159.0 kg P yr-1), and the 78% of TN was in the form of non-organic nitrogen, 3.9 ton $yr^{-1}$ in mass. P loading in Shingu reservoir was 1.6 g ${\cdot}$ $m^{-2}$ ${\cdot}$ $yr^{-1}$, which passed the excessive critical loading of Vollenweider-OECD critical loading model. The results of this study indicated that P loading from watershed was the major factor to cause eutrophication and temporal variation of water quality in Shingu reservoir Decrease by 71% in TP loading (159 kg $yr^{-1}$) is necessary for the improvement of mesotrophic level. The management of sediment where tine anaerobic condition was evident in summer, thus, the possibility of P release that can be utilized by existing algae, may also be considered.

• Economic and Environmental Geology
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• v.41 no.4
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• pp.405-425
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• 2008

In order to investigate the amounts of trace elements flowing into reservoir, and to elucidate the relationship between trace element mobility and fraction size, the stream water and sediment samples were collected from thirty-two sites of the 3rd or 4th order stream within watershed surrounding the Juam reservoir. Chemical analyses of trace elements (As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb and Zn) for all samples were completed, and additionally cationi and anion for stream water samples. Considering the distribution of rocks and contamination sources in watershed, the eight stream sediments were selected from typical sites representing study areas, and we determined the concentrations of trace elements according to size fractions ($2\;mm{\sim}200\;{\mu}m$, $200{\sim}100\;{\mu}m$, $100{\sim}50\;{\mu}m$, $50{\sim}20\;{\mu}m$ and < $20\;{\mu}m$). The correlation relationships between concentrations and size fractions of stream sediments were important to identify the hydro-geochemical behavior of trace elements that flow into Juam reservoir. Stream waters showed four water types (Ca-Mg-$HCO_3$, Ca-Na-$HCO_3$-Cl, Ca-Na-$HCO_3-SO_4$, Ca-Na-$HCO_3$) depending on pollution sources such as coal mine, metal mine, farm-land and dwellings. Concentrations of trace elements increased clearly with the decrease in size fractions of stream sediments. Concentrations of Cu, Pb and Zn increased dramatically in silt size (< $20\;{\mu}m$) fraction, while As had high concentrations in sand size ($2\;mm{\sim}100\;{\mu}m$) fraction in downstream sediments of metal mines. These indicate that Cu, Zn, and Pb moved into Juam reservoir easily in the adsorbed form on silt size grain in sediments, and As was transported as As-bearing mineral facies, resulting in its less chance to reach into Juam reservoir.