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Review
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A review of estuary research over the past 20 years (2001-2023) and suggestions for future research
최근 20년간 하구 연구(2001-2023)와 향후 연구 방향
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Lee, Saem
이샘
- The purpose of this study is to review estuary-related research conducted in South Korea over the past 20 years and is to …
본 연구는 2001년부터 2023년까지 국내 주요 학술논문집에 수록된 하구 관련 연구를 분석하여, 낙동강, 한강, 금강, 영산강, 섬진강 하구를 중심으로 연구 동향을 파악하고 …
- The purpose of this study is to review estuary-related research conducted in South Korea over the past 20 years and is to suggest future research directions for the major rivers in South Korea. By analyzing studies published in domestic academic journals since 2001, we classified and organized research related to the estuaries of major rivers. Existing research has primarily focused on defining estuaries, assessing their physical conditions, and examining water resource conservation measures in terms of water flow, supply, and quality. Future research might need to explore legal, social, economic, and environmental approaches for integrated water management. This study highlights the importance of integrated estuary management and provides fundamental data for sustainable water management.
- COLLAPSE
본 연구는 2001년부터 2023년까지 국내 주요 학술논문집에 수록된 하구 관련 연구를 분석하여, 낙동강, 한강, 금강, 영산강, 섬진강 하구를 중심으로 연구 동향을 파악하고 향후 연구 방향을 제시하였다. 기존 연구는 하구의 물리적, 화학적, 생태학적 특성 변화와 관리, 생물학적 특성과 생태 모델, 하구 생태계와 철새 서식지, 하구역 환경 관리 및 개발, 지속 가능성, 하구 생태계서비스의 경제적 가치 평가, 하구 관리의 법·제도적 측면과 통합적 접근을 다루었다. 이를 바탕으로 균형잡힌 하구 관리를 위해 법적, 사회적, 경제적, 환경적, 기술적 접근에 대한 시사점을 도출하였다. 본 연구는 하구의 지속 가능한 관리와 균형 잡힌 개발을 위한 통합적 접근 방안 및 향후 연구 방향을 제시한 점에서 그 의의가 있다
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A review of estuary research over the past 20 years (2001-2023) and suggestions for future research
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Research Article
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Enhancing the simulation accuracy of long-term runoff models using digital filter methods
디지털 필터 기법을 활용한 장기유출모형 모의 정확도 향상
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Lim, Ye-JinㆍBae, Deg-HyoㆍKwon, Hyun-HanㆍShin, Hong-Joon
임예진, 배덕효, 권현한, 신홍준
- The objectives of this study propose a parameter estimation method that can consider both the total runoff and the runoff component by …
본 연구에서는 디지털 필터 기법과 장기유출모형(SWAT, TANK)을 연계하여 총유출량 및 유출성분을 모두 고려할 수 있는 매개변수 추정 방안을 제시하고, 적용기법의 적절성을 평가하고자 …
- The objectives of this study propose a parameter estimation method that can consider both the total runoff and the runoff component by integrating the digital filter method and the long-term runoff models (SWAT, TANK), and evaluate the appropriateness of the applied methods. The study area is the Soyang River Dam basin, and parameter calibration and validation are performed by dividing it into a parameter estimation method considering the total runoff and a parameter estimation method considering the runoff component. In both methods, the fit between the observation and simulation runoff was excellent, and the model performance was found to be good with a coefficient of determination (
R
2
) of 0.73~0.87, and NSE of 0.67~0.85. As a result of comparison with each method, it was confirmed that the simulation accuracy was improved when applying the method considering the runoff component in both the SWAT model and the TANK model. When comparing between the models, the SWAT model showed better statistics in both methods, but the effect of applying to the method was found to be insignificant. However, even though the TANK model did not specifically consider the physical characteristics of the methodology, the statistical value of NSE increased by 17% when integrating a method such as a digital filter. In other words, the applicability to the digital filter method was found to be better in the TANK model, and when a hydrograph separation method such as a digital filter is applied to a conceptual model such as this model, it is judged that more improved simulation results can be obtained than the physical model. Accordingly, it is judged that estimating the parameters by considering the runoff component will be more accurate than estimating the parameters by considering only the total runoff when simulating the hydrological model.
- COLLAPSE
본 연구에서는 디지털 필터 기법과 장기유출모형(SWAT, TANK)을 연계하여 총유출량 및 유출성분을 모두 고려할 수 있는 매개변수 추정 방안을 제시하고, 적용기법의 적절성을 평가하고자 한다. 적용 대상유역은 소양강댐 유역이며, 총유출량을 고려한 매개변수 추정 방안과 유출성분을 고려한 매개변수 추정 방안으로 구분하여 매개변수 검·보정을 수행하였다. 두 방안 모두 관측 및 모의유량 간의 적합도가 우수하게 나타났으며 결정계수( R 2 ) 0.73~0.87, NSE 0.67~0.85로 모형성능이 양호한 것으로 나타났다. 각 방안에 대한 비교 결과, SWAT 모형과 TANK 모형 모두 유출성분을 고려한 방안 적용 시 모의 정확도가 향상되는 것으로 확인되었다. 모형 간 비교 시, 두 방안 모두 SWAT 모형이 더 우수한 통계치를 보였으나 기법에 대한 적용 효과는 미미한 것으로 나타났다. 다만, TANK 모형은 방법론 상 물리적 특성을 구체적으로 고려하지 않고 있음에도 디지털 필터와 같은 방법 적용 시 NSE의 통계치가 17% 상승하는 결과를 보였다. 즉, 디지털 필터 기법에 대한 적용성은 TANK 모형이 더 우수한 것으로 나타났으며 본 모형과 같은 개념적 모형에 디지털 필터와 같은 수문곡선 분리 기법을 적용할 경우 물리적 모형보다 더 향상된 모의결과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다. 이에 따라 수문모형 모의 시 총유출량만 고려하여 매개변수를 추정하는 것 보다 유출성분을 고려하여 매개변수를 추정하는 것이 정확도 높은 유출모의를 할 것으로 판단된다.
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Enhancing the simulation accuracy of long-term runoff models using digital filter methods
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Research Article
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Impact of Baekrokdam precipitation observation data on improving groundwater level prediction in mid-mountainous region of Jeju Island
백록담 강수량 관측자료가 제주도 중산간지역 지하수위 예측 향상에 미치는 영향
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Shin, Mun-JuㆍKim, Jeong-HunㆍKang, Su-YeonㆍMoon, Soo-HyoungㆍHyun, Eun Hee
신문주, 김정훈, 강수연, 문수형, 현은희
- Groundwater is an important water resource used for various purposes along with surface water. Jeju Island relies on groundwater for most of …
지하수는 지표수와 함께 다양한 용수로 사용되는 중요한 수자원이며, 특히 제주도의 경우 대부분의 용수를 지하수에 의존하고 있기 때문에 지속가능한 지하수의 이용을 위해 지하수량의 …
- Groundwater is an important water resource used for various purposes along with surface water. Jeju Island relies on groundwater for most of its water use, so predicting and managing groundwater volume is very important for sustainable use of groundwater. In this study, precipitation data from the Baekrokdam Climate Change Observatory was additionally used to accurately predict groundwater levels. We compared and analyzed the improvement in monthly groundwater level prediction performance of the ANN and LSTM models for two observation wells located in the mid-mountainous area of the Pyoseon watershed in Jeju Island. As a result, when Baekrokdam precipitation data was not used, the NSE values of the two artificial intelligence models were over 0.871, showing very high groundwater level prediction performance. The LSTM model showed relatively higher prediction performance at high and low groundwater levels than the ANN model. We found that the prediction performance decreases as the variation characteristics of the groundwater level become more complex. When Baekrokdam precipitation data was additionally used, the NSE values of the two artificial intelligence models were above 0.907, indicating improved prediction performance, and the NSE value was improved by up to 0.036. This means that when additional rainfall in the upstream area is used, the artificial intelligence model can more appropriately interpret the fluctuating characteristics of the groundwater level. In addition, the additional use of Baekrokdam precipitation data further helped improve groundwater level prediction for observation well, where groundwater level prediction is relatively difficult, and artificial intelligence models, which have relatively low groundwater level prediction performance. In particular, when Baekrokdam precipitation data was additionally used for a specific observation well, the groundwater level prediction performance of the ANN model was improved to a level comparable to that of the LSTM model. The methods and results of this study can be useful in future research using artificial intelligence models.
- COLLAPSE
지하수는 지표수와 함께 다양한 용수로 사용되는 중요한 수자원이며, 특히 제주도의 경우 대부분의 용수를 지하수에 의존하고 있기 때문에 지속가능한 지하수의 이용을 위해 지하수량의 예측 및 관리는 매우 중요하다. 본 연구에서는 정확한 지하수위 예측을 위해 백록담 기후변화관측소의 강수량 데이터를 추가적으로 사용하여 제주도 표선유역 중산간 지역에 위치한 2개 관측정에 대해 ANN 모델과 LSTM 모델의 월 단위 지하수위 예측성능 개선효과를 비교분석 하였다. 그 결과, 백록담 강수량 데이터를 사용하지 않은 경우 두 인공지능 모델의 NSE 값은 0.871 이상을 보여 높은 지하수위 예측성능을 보였다. LSTM 모델은 ANN 모델보다 고수위 및 저수위에서 상대적으로 높은 예측성능을 나타내었으며, 관측지하수위의 변동폭이 커 변동특성이 복잡할수록 예측성능이 낮아짐을 확인하였다. 백록담 강수량 데이터를 추가적으로 사용한 경우 두 인공지능 모델의 NSE 값은 0.907 이상을 보여 개선된 예측성능을 나타내었으며, NSE 값은 최대 0.036만큼 개선되었다. 이것은 상류지역의 강수량을 추가적으로 사용 시 지하수위 해석에 도움이 되는 정보가 많아져 인공지능 모델은 지하수위의 변동특성을 더욱 적절히 해석할 수 있다는 것을 의미한다. 또한 관측지하수위 변동폭이 더 커 지하수위 예측이 상대적으로 어려운 관측정일수록 그리고 지하수위 예측성능이 상대적으로 낮은 인공지능 모델일수록 백록담 강수량 데이터의 추가사용 시 지하수위 예측 개선에 더욱 도움이 되었다. 특히, 특정 관측정에 대해 백록담 강수량 데이터를 추가적으로 사용 시 ANN 모델의 지하수위 예측성능은 LSTM 모델과 대등한 수준으로 개선되었다. 본 연구의 방법 및 결과는 향후 인공지능 모델을 활용한 연구에서 유용하게 사용될 수 있다.
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Impact of Baekrokdam precipitation observation data on improving groundwater level prediction in mid-mountainous region of Jeju Island
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Research Article
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Performance test of flow straightener with multiple parallel tubes
다중병렬관를 이용한 흐름 정류장치의 성능 평가
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Seonwoo, JaebinㆍShin, HongjoonㆍPaik, Joongcheol
선우재빈, 신홍준, 백중철
- Providing a uniform velocity distribution at the inlet of the experimental flume through removing eddies, air bubbles, swirling flow and excessive velocity …
실험 개수로의 유입단면에서 와, 공기방울, 소용돌이 흐름 및 과도한 유속 변동을 가능한 짧은 구간에서 효율적으로 제거하여 균일한 유속분포를 제공하는 것은 시험구간에서의 정확한 …
- Providing a uniform velocity distribution at the inlet of the experimental flume through removing eddies, air bubbles, swirling flow and excessive velocity fluctuations as quickly and efficiently as possible is very important for the accurate reproduction and measurement of both flow velocity and phenomenon in the test reach. In this study, the flow straightener (FS) using multiple parallel PC (ploycarbonate) tubes was developed to increase the accuracy of flow measurement by quickly eliminating excessive velocity fluctuations and air bubbles. It was confirmed through a series of hydraulic experiments that FS using PC tubes can reduce the turbulence intensity (TI) by nearly half under all experimental configurations. The FS of PC tubes with a diameter of 20 mm and a length of 0.3 m can reduce the TI by more than 60% and the value can be maintained at about 2.4% that is in common at the inlet cross-section of the experimental flume. When the tube length is 0.3 m, the magnitude of TI decreases linearly as the tube diameter decreases, and it is desirable to keep the tube diameter at 20 mm to provide a definite flow conditioning effect. Small air bubbles formed at high flow conditions are found to grow in size and quickly rise to the free surface at the rising velocity of about 0.24 m/s due to increased buoyancy as they pass through the tubes. The removal function of air bubbles was not sensitive to the diameter and length of the PC tubes.
- COLLAPSE
실험 개수로의 유입단면에서 와, 공기방울, 소용돌이 흐름 및 과도한 유속 변동을 가능한 짧은 구간에서 효율적으로 제거하여 균일한 유속분포를 제공하는 것은 시험구간에서의 정확한 유속 측정과 흐름 현상 재현에 매우 중요하다. 이 연구에서는 과도한 유속 변동과 공기방울을 빠르게 제어함으로써 흐름 측정의 정확도를 높이기 위해 다중병렬관을 이용한 정류장치를 개발하였다. 개발한 정류장치 장치의 흐름 안정화 성능을 수리 실험을 통해 확인하였다. 다중병렬관을 이용한 정류장치는 모든 실험 조건에서 유속 변동의 지표인 난류강도를 절반 가까이 줄일 수 있는 것으로 나타났다. 직경이 20 mm이고 길이가 0.3 m인 정류관을 사용할 때 난류강도를 약 60% 이상 감소시켜 일반적인 실험수로 유입단면에서의 난류강도인 약 2.4%의 값을 유지할 수 있는 것으로 나타났다. 관의 길이가 0.3 m인 경우 난류강도의 크기는 관의 직경을 감소시킴에 따라 선형적으로 분명하게 감소하였다. 일반적인 실험실 규모 조건에서 확실한 정류 효과를 확보하기 위해서는 정류관의 직경을 20 mm로 유지하는 것이 적합한 것으로 나타났다. 고유량 조건에서 발생하는 작은 공기방울은 다중병렬관을 통과하면서 크기가 커짐에 따라 증가한 부력에 의해 약 0.24 m/s의 속도로 빠르게 수면으로 상승하여 제거 되었다. 정류장치의 공기방울 제거 성능은 정류관의 직경과 길이에 민감하지 않은 것으로 나타났다.
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Performance test of flow straightener with multiple parallel tubes
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Research Article
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Evaluation of environmental drought index applicability for watershed-specific drought management
유역 맞춤형 가뭄 관리를 위한 환경가뭄지수 적용성 평가
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Lim, JaeyeonㆍLee, SangungㆍJo, BugeonㆍKim, Young DoㆍLee, Joo-Heon
임재연, 이상웅, 조부건, 김영도, 이주헌
- This study comprehensively evaluates the environmental impacts of droughts caused by abnormal climate change. Specifically, to quantitatively analyze the impact of droughts …
본 연구는 이상기후변화로 발생하는 가뭄의 환경적 영향을 종합적으로 평가하였다. 특히 가뭄이 하천 유역의 물환경에 미치는 영향을 정량적으로 분석하기 위해 기상, 수문, 수질 …
- This study comprehensively evaluates the environmental impacts of droughts caused by abnormal climate change. Specifically, to quantitatively analyze the impact of droughts on the water environment of river basins, an Environmental Drought Index (EDI) was developed using meteorological, hydrological, and water quality parameters. The study focuses on the Han River basin, categorizing the watersheds into urban, agricultural, and forest types to develop region-specific EDIs. Various data analysis techniques, such as multiple linear regression, principal component and random forest analysis, were employed to determine the weights of different parameters to assess the impact of droughts. The primary water quality parameter used in the assessment was BOD (Biochemical Oxygen Demand). The results showed that in urban areas, TOC (Total Organic Carbon) and flow were the primary parameters, with significant deterioration in water quality during droughts. In agricultural areas, TOC and EC (Electrical Conductivity) were the primary parameters driving changes in water quality during droughts. In forest areas, TOC, flow and cumulative precipitation were identified as the primary parameters, with relatively less impact compared to other regions.
- COLLAPSE
본 연구는 이상기후변화로 발생하는 가뭄의 환경적 영향을 종합적으로 평가하였다. 특히 가뭄이 하천 유역의 물환경에 미치는 영향을 정량적으로 분석하기 위해 기상, 수문, 수질 항목을 활용하여 환경가뭄지수를 개발하였다. 한강수계를 대상으로 유역 특성에 따라 도시 유형, 농업 유형, 산림 유형으로 구분하여 각 지역별 환경가뭄지수를 산정하였다. 가뭄의 영향을 평가하기 위해 다중선형회귀, 주성분분석, 랜덤포레스트 등의 다양한 데이터 분석 기법을 사용하여 가중치를 산정하였다. 주요 수질 항목으로는 BOD를 활용하여 평가를 진행하였다. 연구 결과, 도시 유형에서는 TOC와 유량이 주요 항목으로 나타나며, 가뭄 시 수질 악화가 두드러지게 나타났다. 농업 유형에서는 TOC와 EC가 주요 항목으로 작용하여 가뭄에 따른 수질 변화가 뚜렷하게 나타났고, 산림 유형에서는 TOC, 유량 및 누적강수량이 주요 항목으로 나타났으며, 다른 지역에 비해 가뭄의 영향이 상대적으로 적게 나타났다.
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Evaluation of environmental drought index applicability for watershed-specific drought management
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Research Article
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Development of Life Cycle Carbon Emission Analysis for optimal low-carbon design of water distribution system
상수관망 저탄소 최적 설계를 위한 Life Cycle Carbon Emission Analysis의 개발
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Ryu, Yong MinㆍLee, Eui Hoon
류용민, 이의훈
- Water distribution systems are important large-scale social infrastructure facilities for maintaining human society. Large-scale social infrastructure facilities are increasing due to urbanization …
상수관망은 대규모 사회기반시설물로 인간사회를 유지하기 위한 중요한 시설물이다. 도시화 및 산업화로 인해 대규모 사회기반시설물은 증가하고 있다. 그러나, 도시화 및 산업화의 진행으로 인해 …
- Water distribution systems are important large-scale social infrastructure facilities for maintaining human society. Large-scale social infrastructure facilities are increasing due to urbanization and industrialization. However, one of the problems caused by the progress of urbanization and industrialization is carbon dioxide (CO2) emissions. In this study, a Life Cycle Carbon Emission Analysis (LCCEA) model was proposed to analyze the amount of CO2 generated during the life cycle of water distribution systems, such as installation, maintenance, and repair. Based on the proposed LCCEA model, low-carbon optimal design was performed and compared with cost-optimal design. As a result of applying the LCCEA model to domestic and international water distribution systems, the low-carbon optimal design showed a decrease in total and annual CO2 emissions compared to the cost-optimal design. In addition, when CO2 emissions were converted to costs and compared, the low-carbon optimal design showed better results in terms of cost. The LCCEA model can be applied to various water distribution systems as well as domestic and international water supply networks used in this study, and it will show good results in the design and operation of water distribution systems.
- COLLAPSE
상수관망은 대규모 사회기반시설물로 인간사회를 유지하기 위한 중요한 시설물이다. 도시화 및 산업화로 인해 대규모 사회기반시설물은 증가하고 있다. 그러나, 도시화 및 산업화의 진행으로 인해 발생하는 문제 중 하나는 온실가스의 배출이다. 본 연구에서는 상수관망을 설치 및 유지ㆍ보수 등 상수관망의 생애주기동안 발생하는 이산화탄소(CO2)량을 분석하기 위해 Life Cycle Carbon Emission Analysis(LCCEA) 모델을 제안하였다. 제안된 LCCEA 모델을 기반으로 저탄소 최적설계를 진행하였으며, 이를 비용 최적설계와 비교하였다. 국내외 관망에 LCCEA 모델을 적용한 결과, 저탄소 최적설계안은 비용 최적설계안 대비 전체 및 연간 CO2 발생량이 감소하였다. 또한, CO2 배출량을 비용으로 환산하여 비교한 결과, 비용의 측면에서도 저탄소 최적설계안이 좋은 결과를 나타냈다. LCCEA 모델은 본 연구에서 적용한 국내외 관망뿐만이 아닌 다양한 관망에 적용할 경우, 상수관망 설계 및 운영에 좋은 결과를 나타낼 수 있을 것이다.
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Development of Life Cycle Carbon Emission Analysis for optimal low-carbon design of water distribution system
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Research Article
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Study on the improvement for envelopment curve of probable maximum precipitation
가능최대강수량 포락곡선 개선방안 연구
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Beck, YoohyunㆍAhn, JaehyunㆍCho, Hyonkook
백유현, 안재현, 조현국
- In Korea, the national PMP map is used to calculate the Probable Maximum Precipitation (PMP) but the intercept adjustments are necessary to …
국내에서는 PMP 산정시 전국 PMP도를 독치법을 이용하고 있으며, 임의 절편조정을 통해 균일한 포락결과를 얻고 있다. 기존 연구에서는 임의성 배제 및 균일하고 객관적인 …
- In Korea, the national PMP map is used to calculate the Probable Maximum Precipitation (PMP) but the intercept adjustments are necessary to obtain uniform PMP envelopment results. The Box-Cox and cubic Spline methods to get the PMP envelopment modeling were proposed by the past studies.. However there has been no significant progress in the study of PMP envelopment modeling since then. This study, which focused on the last step of PMP estimation process in Korea, used the Monotone Cubic Spline (MCS) and compared with existing methods. As a result, the intercept adjustments involving the engineer's subjectivity were necessary to obtain smooth envelopment curves in case of using the existing method such as the cubic spline. However, a smooth envelopment curves were obtained without intercept adjustment in case of using MCS method. Therefore, using the MCS method for dam-related new projects can get smooth and consistent envelopment results without intercept adjustment for PMP calculation in Korea.
- COLLAPSE
국내에서는 PMP 산정시 전국 PMP도를 독치법을 이용하고 있으며, 임의 절편조정을 통해 균일한 포락결과를 얻고 있다. 기존 연구에서는 임의성 배제 및 균일하고 객관적인 포락결과를 얻기 위한 방법으로 Box-Cox와 3차 Spline 방법을 제시했으나 이후 PMP 포락 모형화에 대한 연구에 큰 진전이 없었다. 본 연구에서는 국내 PMP 산정 과정 중 마지막 단계인 포락 모형화 방법으로 단조 3차 스플라인(Monotone Cubic Spline, MCS)을 적용했으며, 기존의 포락 모형화 방법과 비교·검토했다. 그 결과 기존 방법을 이용할 때는 균일한 포락결과를 얻기 위해 엔지니어의 주관성이 반영된 절편조정이 필요했으나, MCS 방법을 이용한 경우에는 별도의 절편조정 없이도 균일하고 객관성있는 결과를 얻을 수 있다. 따라서 향후 댐 관련 사업 시 MCS 방법을 이용한다면 절편조정 없이도 균일하고 객관성 있는 포락 결과를 얻을 수 있다고 판단된다.
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Study on the improvement for envelopment curve of probable maximum precipitation
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Research Article
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Analysis of water quality changes in the mainstream and major tributaries of the Youngsan River by AR6 climate change scenario with SWAT
SWAT을 이용한 AR6 기후변화 시나리오에 의한 영산강 및 주요 지천 수질 변화 분석
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Lee, SeungmoonㆍLee, EojinㆍLee, JihyungㆍSeo, Dongil
이승문, 이어진, 이지형, 서동일
- This study was conducted to predict and analyze water quality changes due to climate change using the SWAT (Soil and Water Assessment …
본 연구는 영산강 유역의 본류와 주요 지천을 대상으로, SWAT (Soil and Water Assessment Tool) 모델을 이용하여 기후변화에 따른 수질 변화를 예측하고 분석하는 …
- This study was conducted to predict and analyze water quality changes due to climate change using the SWAT (Soil and Water Assessment Tool) model for the main stream and major tributaries of the Yeongsan River Basin. To enhance the reliability of the model, input data was constructed using weather and flow data provided by the government from 2007 to 2021, and the model was calibrated. The mid-emission scenario (SSP2-4.5) and extreme emission scenario (SSP5-8.5), derived using the WRF climate change model from the 6th IPCC report, were applied to SWAT to predict flow and nutrient loads. The water quality changes under future climate change scenarios were analyzed by categorizing them into short-term (2021-2040), mid-term (2041-2060), and long-term (2081-2100) periods. Water quality assessments were conducted based on the Living Environment Standards and the Real-Time Water Quality Index (RTWQI). As a result, in most areas of the Yeongsan River Basin, the concentration of TN was found to be at or above the “Poor” level, with the “Very Poor” level being predominant, especially in the main stream and downstream areas. While the concentration of TP showed some variation depending on the scenario, it exhibited a trend of improvement over the long term. The RTWQI assessment generally showed higher water quality levels compared to the evaluation based on living environment standards, with a trend of water quality improvement over time. This suggests that the concentration of TN can act as a major problem as agricultural regions are the main areas in water quality management in the Yeongsan River basin. Therefore, in order to improve water quality according to future climate change, it is expected that it is necessary to further reduce point and non-point sources such as agricultural non-point source reduction management such as fertilizer management and conservation agriculture, and improvement of roof greening and sewage treatment plants in urban areas.
- COLLAPSE
본 연구는 영산강 유역의 본류와 주요 지천을 대상으로, SWAT (Soil and Water Assessment Tool) 모델을 이용하여 기후변화에 따른 수질 변화를 예측하고 분석하는 것을 목적으로 수행되었다. 모델의 신뢰성을 높이기 위해 2007년부터 2021년까지 정부가 제공하는 기상 및 유량 자료를 이용해 입력자료를 구축하고 모델 보정을 실시하였다. 제6차 IPCC 보고서에 대해 WRF 기후변화 모델을 이용하여 산정된 중간 배출 시나리오(SSP2-4.5)와 극한 배출 시나리오(SSP5-8.5)를 SWAT에 적용하여 유량, TN 및 TP 부하량을 예측하였다. 미래 기후변화 시나리오에 따른 수질 변화는 단기(2021~2040년), 중기(2041~2060년), 장기(2081~2100년)로 구분하여 분석하였으며, 수질 평가는 환경부의 하천 및 호소 생활환경기준(Living Environmental Standards)과 실시간수질지수(RTWQI)를 기준으로 수행하였다. 결과적으로, 영산강 유역 대부분의 지역에서 TN 농도는 “나쁨” 이상으로 나타났으며, 특히 본류 및 하류 지역에서 “매우 나쁨” 등급이 우세하였다. TP 농도는 시나리오에 따라 다소 차이를 보였으나, 장기적으로는 수질이 개선되는 경향을 보였다. RTWQI 평가에서는 생활환경기준에 따른 평가보다 전반적으로 더 높은 수질 등급이 나타났으며, 시간이 지남에 따라 수질이 개선되는 경향을 보였다. 이는 영산강 유역의 수질 관리에 있어 농업 지역이 주를 이루어 TN 농도가 주요 문제점으로 작용할 수 있음을 시사하는 것을 알 수 있다. 따라서, 미래 기후변화에 따른 수질의 개선을 위해 비료관리, 보존 농업 등과 같은 농업 비점오염원 저감 관리와 함께 도심지역을 중점으로 저영향개발, 침투 도랑, 지붕 녹화 및 하수처리장 개선 등 점·비점오염원 저감이 더욱 필요할 것으로 보인다.
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Analysis of water quality changes in the mainstream and major tributaries of the Youngsan River by AR6 climate change scenario with SWAT
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Research Article
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Reporting groundwater quality anomalies caused by grouting of wells
관정 그라우팅 시공에 의한 지하수 이상 수질 현상 보고
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Koh, Chang-SeongㆍHyun, Beom-SeokㆍKoh, Eun-Hee
고창성, 현범석, 고은희
- In the Hankyung-Daejeong watersheds of western Jeju Island, several groundwater wells showed abnormal measurements of high electrical conductivity (EC) and pH. To …
본 연구에서는 제주도 서부 한경-대정수역에서 높은 전기전도도(EC)와 pH가 관측된 10개의 지하수 관정을 대상으로 이상 수질 발생 원인을 파악하기 위해서 관정 시공 상태 …
- In the Hankyung-Daejeong watersheds of western Jeju Island, several groundwater wells showed abnormal measurements of high electrical conductivity (EC) and pH. To identify the causes of this abnormal water quality, we conducted borehole imaging, vertical EC logging, groundwater quality analysis, and SEM-EDS analysis of white suspended matter in the well. Most of the wells showing abnormal water quality had well-grouting below the water table, with borehole EC values ranging from 300 to 10,000 µS/cm. The wells exhibited higher ion concentrations compared to nearby wells and had a high pH range of 8.2 to 12.7, indicating a slightly to strong alkalinity. The primary components of the white-colored suspended matter were identified as oxygen and magnesium. These findings suggest that the abnormal water quality of the study wells is caused by the cement mortar used for grouting during well construction rather than by nitrate contamination or seawater intrusion. To prevent the influence of well-grouting on water quality during groundwater well development, an establishment of standards for groundwater development and utilization facilities is needed.
- COLLAPSE
본 연구에서는 제주도 서부 한경-대정수역에서 높은 전기전도도(EC)와 pH가 관측된 10개의 지하수 관정을 대상으로 이상 수질 발생 원인을 파악하기 위해서 관정 시공 상태 확인, 공내 영상 및 EC 수직 검층, 음·양이온 이온 분석, 지하수 내 백색 부유물에 대한 SEM-EDS 분석을 수행하였다. 이상 수질을 보인 대부분의 관정은 지하수면 하부 구간까지 오염방지 그라우팅이 이루어졌고, 공내 EC는 300~10,000 μS/cm 범위의 값을 나타냈다. 또한, 인근 지하수 관정보다 높은 음·양이온 농도를 갖는 점, pH가 8.2~12.7로 약염기~강염기성을 띄는 점, 백색 부유물의 주요 구성 성분이 산소와 마그네슘인 점을 근거로 연구대상 관정의 이상 수질 현상은 질소 오염원이나 해수의 영향에 의해 유발된 것이 아니라, 관정 시공 시 채움 그라우팅에 사용된 시멘트 몰탈로부터 비롯되었음을 국내 최초로 보고한다. 지하수 관정 개발 과정에서 이루어지는 오염방지 그라우팅이 수질에 영향을 미치지 않도록 하기 위해서는 향후 지하수 개발·이용시설기준 제정이 필요하다.
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Reporting groundwater quality anomalies caused by grouting of wells
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Research Article
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Evaluation of SWAT model and HSPF model predictions for water resource management in the Okjeong Lake watershed of the Seomjin River
섬진강 옥정호 유역의 수자원 관리를 위한 SWAT 모델과 HSPF 모델의 비교 분석
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Eojin Lee, Seungmoon Lee, Dongil Seo
이어진, 이승문, 서동일
- This study conducted a comparative analysis by simultaneously applying the widely used SWAT (Soil and Water Assessment Tool) and HSPF (Hydrological Simulation …
본 연구에서는 섬진강 상류 옥정호의 유역에서 유입하는 유량. 총인(TP), 총질소(TN) 및 총부유물질(TSS) 유입량을 산정하기 위해 널리 사용되는 SWAT (Soil and Water Assessment …
- This study conducted a comparative analysis by simultaneously applying the widely used SWAT (Soil and Water Assessment Tool) and HSPF (Hydrological Simulation Program–Fortran) models to estimate the inflow of discharge, total phosphorus (TP), total nitrogen (TN), and total suspended solids (TSS) into Okjeong Lake, located in the upper reaches of the Seomjin River. Data provided by the Ministry of Environment from 2012 to 2021 were used as input and calibration data for both models, and performance evaluation metrics such as the coefficient of determination (R2), Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE), and Percent Bias (PBIAS) were utilized to assess model accuracy. For flow calibration, the SWAT model showed slightly better performance, with an average R2 of 0.82 and NSE of 0.72 across all stations, compared to the HSPF model’s R2 of 0.76 and NSE of 0.67. However, for water quality calibration, the SWAT model had an average PBIAS of 13.2% for TN, 19.1% for TP, and 31.5% for TSS, while the HSPF model had an average PBIAS of 17.2% for TN, 23.2% for TP, and 25.9% for TSS. These results suggest that both models are limited in their ability to accurately simulate real world water quality. Based on the predicted results of the two models, this study analyzed the causes of the errors and provided useful examples for selecting an appropriate watershed model for water quality management of Okjeong Lake, including non-point source pollution load reduction.
- COLLAPSE
본 연구에서는 섬진강 상류 옥정호의 유역에서 유입하는 유량. 총인(TP), 총질소(TN) 및 총부유물질(TSS) 유입량을 산정하기 위해 널리 사용되는 SWAT (Soil and Water Assessment Tool) 모델 및 HSPF (Hydrological Simulation Program–Fortran)를 동시에 적용한 결과를 비교 분석하였다. 환경부에서 제공하는 2012년부터 2021년까지의 현장의 각종 자료를 위 두 가지 모델의 입력자료와 보정자료로 사용하였으며 결정계수(R2), Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE) 및 Percent Bias (PBIAS)등을 정확도의 평가지표로 이용하였다. 유량 의 경우 SWAT 모델은 본 연구의 실측자료에 대해 평균 R2 0.82 및 NSE 0.72로, HSPF 모델의 R2 0.76 및 NSE 0.67의 경우보다 약간 더 정확하거나 유사한 성능을 보였다. 그러나 수질 모의의 경우 SWAT 모델은 TN 13.2%, TP 19.1%, TSS 31.5%의 평균 PBIAS를 보인 반면, HSPF 모델은 TN 17.2%, TP 23.2%, TSS 25.9%의 평균 PBIAS를 나타냈다. 이러한 결과는 두 모델 모두 실측 수질을 정확하게 모의하는 데에는 한계가 있음을 시사한다. 본 연구에서는 두 가지 모델의 예측 결과를 토대로 오차의 원인을 분석하고 비점오염 부하 저감 등 옥정호의 수질관리를 위해 적절한 유역모델을 선택하는 데에 유용한 사례를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.
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Evaluation of SWAT model and HSPF model predictions for water resource management in the Okjeong Lake watershed of the Seomjin River
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Research Article
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Analysis of water quality characteristics of the Miho River basin using multivariate statistical analysis
다변량 통계분석을 이용한 미호강 유역 수질 특성 분석
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Yu, NayoungㆍChoi, ByeoulㆍSeo, Dongil
유나영, 최별, 서동일
- In this study, the Seasonal and Trend Composition Using Loess (STL) technique, which enables time series analysis, was applied to indirectly identify …
본 연구에서는 인근 수질측정지점 간의 수질의 기여도를 간접적으로 파악하고 본류와 지류하천 간의 영향력을 해석하기 위해 시계열 분석이 가능한 STL (Seasonal and Trend …
- In this study, the Seasonal and Trend Composition Using Loess (STL) technique, which enables time series analysis, was applied to indirectly identify the contribution of water quality between nearby water quality measurement points and to interpret the influence between the main stream and tributary streams in the Miho River basin. This technique can identify and remove outliers in the time series data of the water system and analyze water quality change trends and seasonal characteristics. In addition, in order to analyze the correlation and similarity between water quality data at adjacent measurement points, a correlation analysis was conducted, and the points where common factors affect the water quality of the mainstream and inflow tributaries were classified. As a result of factor analysis between points judged to have high correlations in Miho River, it was found that the influence of the mainstream was absolute over tributaries, and it was analyzed that water quality management for the mainstream including the upstream of the Miho River should be given priority. As the degree of water quality influence between points can be analyzed by the method used in this study, it is judged that it can be effectively applied to the development of alternatives for water quality management of rivers in the future.
- COLLAPSE
본 연구에서는 인근 수질측정지점 간의 수질의 기여도를 간접적으로 파악하고 본류와 지류하천 간의 영향력을 해석하기 위해 시계열 분석이 가능한 STL (Seasonal and Trend decomposition using Loess) 기법을 수질자료에 적용한 결과를 보고하고 있다. STL 기법은 수계 시계열 자료의 이상치를 판별하고 제거할 수 있게 하며 해당 자료의 수질 변화 추세와 계절적 특성을 분석하는 방법이다. 또한, 인접하게 위치한 수질측정지점자료 간의 수질 상관도 및 유사도를 분석하기 위해 지점간 상관분석을 실시하였으며 요인분석을 통해 본류와 유입 지류 측정 자료 간의 수질 자료에서 공통요인이 영향을 미치는 지점을 분류하였다. 미호강의 경우 상관도가 높다고 판단된 지점 간의 요인분석 결과 지류하천 보다 본류의 영향이 절대적인 것으로 파악됨에 따라 미호강 상류를 포함한 본류지점에 대한 수질관리가 우선시되어야 할 것으로 분석되었다. 본 연구에서 사용된 방법으로 우리나라 주요 하천 본류의 상·하류 지점과 유입지점 간의 수질 영향력 정도를 분석할 수 있음에 따라 향후 하천의 수질관리 대안 개발에 효과적으로 적용할 수 있을 것으로 판단된다.
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Analysis of water quality characteristics of the Miho River basin using multivariate statistical analysis
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Research Article
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A study on the causal analysis and reduction measures of blue-green algae using the EFDC model
EFDC 모델을 이용한 남조류 발생 원인 분석 및 저감 방안 연구
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Yu, NayoungㆍKim, SegeunㆍYun, JinhyukㆍSeo, DongilㆍHwang, Hyundong
유나영, 김세근, 윤진혁, 서동일, 황현동
- In this study, a comprehensive review of hydraulics and water quality was conducted to analyze the cause of algal bloom in the …
본 연구에서는 용수공급량의 부족을 해결하기 위해 타 수계(섬진강 본류)에서 도수로(섬진강→수어댐)를 연결하여 운영 중인 수어댐을 대상으로 2021년 조류경보제의 경계단계가 발생함에 따라 조류 발생의 …
- In this study, a comprehensive review of hydraulics and water quality was conducted to analyze the cause of algal bloom in the Sueo Dam, which is currently operating by connecting a waterway tunnel from another water system(Seomjin River→Sueo Dam) in order to resolve the problem of water supply shortage, after the 2021 algae warning level was issued. It was analyzed that the period when the number of blue-green algae cells increased rapidly in the Sueo Dam was when the water temperature was above 26°C, and it was closely related to the increase in the concentration of T-P in Sueo Dam when the inflow through the waterway tunnel increased rather than the inflow into the watershed itself. The analysis using the EFDC+ lake model identified water temperature as the primary growth-limiting factor for blue-green algae from November to April(when temperatures are below 20°C), while phosphorus was determined to be the limiting factor during the months of June to October, when algal cell counts increase. In addition, as a result of a comparative analysis of the period of increase in the number of blue-green algae cells in 2021 and 2022, it was analyzed that blue-green algae can grow rapidly when the water age is more than 30 days and the T-P concentration is more than 0.025 mg/L. The application of the EFDC+ model confirmed that reducing surface water age through changes in the dam's water intake levels contributes to decreased blue-green algae growth. Based on these findings, it is expected that developing operational strategies tailored to the specific characteristics and purposes of the dam will help mitigate algae occurrences and improve water quality management.
- COLLAPSE
본 연구에서는 용수공급량의 부족을 해결하기 위해 타 수계(섬진강 본류)에서 도수로(섬진강→수어댐)를 연결하여 운영 중인 수어댐을 대상으로 2021년 조류경보제의 경계단계가 발생함에 따라 조류 발생의 원인을 분석하기위해 수리 및 수질에 대한 복합적인 검토를 수행하였다. 수어댐의 남조류 세포수는 수온이 26°C 이상일 때 급증하였으며, 자체 유역 유입보다 도수로를 통한 다압(취)의 유입량 증가시 호내 총 인의 농도가 증가한 것과 밀접한 관계가 있는 것으로 분석되었다. 호소모델(EFDC+)을 활용한 분석에서는 남조류의 성장제한 인자(수온, 질소, 인, 광량) 중 수온이 20 °C 이하인 11~4월에서 가장 큰 성장 제한 인자임을 확인하였고, 남조류 세포수가 증가하는 6~10월은 인이 제한 인자인 것으로 분석되었다. 또한 2021년과 2022년의 남조류 세포수 증가 시기를 비교 분석한 결과, water Age가 30일 이상이고, 총 인 농도가 0.025 mg/L 이상인 시기에 표층에서 남조류가 급성장할 수 있는 것으로 분석되었다. 호소모델(EFDC+)을 적용하여 댐 취수위 변경에 따른 표층의 water age 감소가 남조류 성장을 감소시키는데 기여한다는 사실을 확인하였으며, 이를 바탕으로 댐의 특성과 목적에 맞춘 운영 방안을 마련함으로써 호내 녹조발생을 저감하고 수질 관리에 도움이 될 것으로 기대된다.
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A study on the causal analysis and reduction measures of blue-green algae using the EFDC model