통계분석을 이용한 간척담수호의 이화학적 수질 특성 분석

강의태 ( Eue-tae Kang ),이규상 ( Gyu-sang Lee ),주진철 ( Jin-chul Joo ),송성호 ( Sung-ho Song ) 한국환경농학회 2023 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2023 No.0

농업용수 공급을 위해 만들어진 500만톤 이상의 간척 담수호 15개소의 수질 특성 파악을 위해 환경부 ‘물환경정보시스템’ 자료를 분석하였다. 자료의 통계분석 프로그램은 SPSS ver. 22 (IL, USA)를 활용하였으며, 각 담수호별 기본통계분석과 상관분석, 요인분석 등의 다변량 통계분석을 진행하였다. 기본통계분석을 통해 평균값, 중간값, 표준편차, 사분위수 등 빈도분석과 히스토그램 등의 그래프 분석을 진행하였으며, 수질자료 표준화(standardization) 후 Shapiro-wilk 검정기준으로 정규성 검증(normality test)을 실시하여 p>0.05이면 정규성 분포로 판정하였다. 유기 오염물질 분석 결과, 담수호별 COD, TOC 항목간 평균 농도 차이는 통계학적으로 유의(p<0.05)하고, 변동계수(coefficient of variation)도 큰 차이를 보였다. 이는 급격한 도시화 및 산업화로 인한 유기성 오염물질의 지속적 유입 때문으로 판단되며, 난분해성 유기 오염물질의 호내 축적은 내부 발생량 증가 등 담수호의 수질 관리에 어려움을 초래하고 있다. 또한 Chl-a 농도 분석 결과, 여름철 높은 변동계수를 보였으며 계절별 편차 역시 매우 큰 경향을 보였다. 이는 넓은 유역으로부터 다량의 비점오염물질이 유입되어 풍부한 먹이원(유기물 및 영양염류)이 존재하고, 정체수역 확대 등으로 인하여 여름철 과도한 조류 성장에 따른 영향으로 보인다. 상류유역으로부터 유입되는 외부기원 오염물질(BOD, COD)과 내부생성 유기물인 식물 플랑크톤 현존량 간에는 Pearson 상관계수가 높게 나타났다. 이는 두 인자가 높은 상관성을 의미하지만, 담수호 수질은 다양한 인자(수질 항목간, 온도 등 환경인자 등)와 시공간에 따른 복합적인 상호작용의 결과이기 때문에 보다 정밀한 조사 및 연구가 필요하다.

간척담수호 저층퇴적물의 오염물질 용출특성 분석

강의태 ( Eue-tae Kang ),이진경 ( Jin-kyung Lee ),김동억 ( Dong-oug Kim ),이규상 ( Gyu-sang Lee ) 한국환경농학회 2023 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2023 No.0

담수호의 퇴적물 내에 포함된 영양염류는 용출을 통해 수체로 재유입 되어 내부부하를 가중시킬 우려가 있으며, 담수호의 수질관리 측면에서 퇴적물로부터 용출될 수 있는 영양염류의 양과 용출 조건을 파악하는 것이 필요하다. 간척담수호 2개 지점에서 퇴적물 샘플러를 이용하여 10 cm 이내의 퇴적토를 채취하였으며, 혐기 및 호기성 반응조에서 20일 동안 용출실험을 실시하였다. TP, DTP의 경우 호기 조건 대비 무산소 조건에서 용출량이 높게 나타났으며, 10일 이후부터 인의 용출이 활발한 것으로 나타났다. TP의 경우 용출량의 42.1~63.1%가 DTP의 형태, -68.4~13.6% 정도가 인산염(PO₄-P)의 형태로 용출되었다. 퇴적토내 TP와 용출된 TP 구성 성분의 합을 비교하면, 일부 오차가 발생하였다. 이러한 결과는 퇴적토 내 TP의 일부가 입자성 인으로 존재하여 상등액으로 용출되지 않기 때문으로 판단된다. TN 용출량의 경우 용출량의 94.0~128.2%가 암모니아성 질소의 형태로 용출되는 것으로 나타났으며, 비교적 다량의 용출량이 상등액으로 확산되는 것으로 조사되었다. 또한 채취된 퇴적토 내 오염물질 함량이 높을수록 상등수로의 용출량이 높으며, 무산소 및 호기 조건과 무관하게 용출되는 것으로 나타났다. 용출과정을 통해 수체로 재방출되는 성분은 그 형태에 따라 1차 생산자 성장에 필요한 영양분으로 활용될 개연성이 높다. 따라서 담수호의 녹조 발생 억제 등 수질관리를 위해서는 퇴적토 내 오염물질 제거 또는 용출 억제 방안 등에 대한 대책 마련이 필요할 것으로 사료된다.

DESAL 및 EFDC 모형을 이용한 간척담수호 염분변화 모의

강의태 ( Euetae Kang ),이승헌 ( Seungheon Lee ),장규상 ( Kyusang Jang ),함종화 ( Jonghwa Ham ),정광욱 ( Kwangwook Jung ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

우리나라 농업용 간척은 70년대부터 현재까지 약 1,600지구 95,000ha가 완공되었으며, 현재는 5개 지구 40,199ha의 간척공사가 시행 중이다. 그리고 간척농지에 필용한 수자원 공급을 위해 조성된 하구 및 간척지 담수호의 총 저수량은 약 27억톤으로, 우리나라 전체 저수량의 약 21%에 해당된다. 하지만 우리나라의 하구담수호는 조성 연도가 짧을 뿐만 아니라 바다와 인접한 지형, 지질학적 영향 등으로 염분농도가 높아 농작물의 성장에 영향을 미칠 수 있어, 그 활용이 제한적이다. 본 연구에서는 DESAL 및 EFDC 모형을 이용하여 해수 유입 차단 후 담수화 과정에서 염분이 어떻게 변화하는지를 규명하고자 하였다. 현재 사업이 진행중인 H 간척지의 담수호를 대상으로 배수갑문 운영조건, 기상변화 등 다양한 담수화 추진 방안별 염분 변화를 분석하였다. 그리고 제염기간 산정 및 최적의 담수화 개시시기를 결정하고자 하였다. 제염기간 산정을 위해 농업용수 취수가능 기준을 염분농도 2 dS/m(1,280 ppm) 이하로 설정하였으며, 염분모의 결과 외부 기상조건에 따라 염분의 증감이 반복될 것으로 예상되지만 제염예상 기간은 30개월이 소요될 것으로 분석되었다. 그리고 평수년과 저수년의 경우, 여름철 큰 강우 이전에 담수호의 염분을 최대한 배제 한 후 상류 유입수를 채우는 방안이 가장 적합한 것으로 판단되었고, 풍수년의 경우 큰 강우 이후의 가을철에 담수화를 시작하는 것이 가장 적합한 것으로 분석되었다. 그러나 담수화 개시 직후 해수유입이 차단되면서 염도가 일시에 낮아지면, 기존 해수역에 서식하던 생물들의 집단 폐사 및 분해로 담수호의 환경피해가 예상된다. 따라서 담수화에 따른 환경피해 최소화를 위한 대응방안 수립 등의 연구가 병행되어야 할 것이다.

남양호와 백제보의 Chlorophyll-a 산정을 위한 초분광 영상기반 수체분광특성 비교 분석

장원진,김진욱,김진휘,남귀숙,강의태,박용은,김성준 한국수자원학회 2023 한국수자원학회논문집 Vol.56 No.2

In this study, we estimated the concentration of chlorophyll-a (Chl-a) using hyperspectral water surface reflectance in an inland weir (Baekjae weir) and estuarine reservoir (Namyang Reservoir) for monitoring the occurrence of algae in freshwater in South Korea. The hyperspectral reflectance was measured by aircraft in Baekjae Weir (BJW) from 2016 to 2017, and a drone in Namyang Reservoir (NYR) from 2020 to 2021. The 30 reflectance bands (BJW: 400-530, 620-680, 710-730, 760-790 nm, NYR: 400-430, 655-680, 740-800 nm) that were highly related to Chl-a concentration were selected using permutation importance. Artificial neural network based Chl-a estimation model was developed using the selected reflectance in both water bodies. And the performance of the model was evaluated with the coefficient of determination (R2), the root mean square error (RMSE), and the mean absolute error (MAE). The performance evaluation results of the Chl-a estimation model for each watershed was R2: 0.63, 0.82, RMSE: 9.67, 6.99, and MAE: 11.25, 8.48, respectively. The developed Chl-a model of this study may be used as foundation tool for the optimal management of freshwater algal blooms in the future. 본 연구에서는 담수를 대상으로 녹조의 발생을 모니터링하기 위해 내륙에 위치한 백제보와 남양호의 초분광영상을 이용하여 클로로필-a (Chl-a)의 농도를 추정하였다. 각 유역의 초분광이미지는 2016년부터 2017년까지 백재보에서 항공기로, 2020년부터 2021년까지 남양호에서 드론으로 촬영하였다. 이후, 순열 특성 중요도를 이용하여 Chl-a 농도와 관련성이 높은 30개의 반사 대역을 선택하였으며, 백제보는 400-530, 620-680, 710-730, 760-790 nm, 남양호는 400-430, 655-680, 740-800 nm 구간의 반사도가 선택되었다. 선택된 반사율을 입력자료로 하는 인공 신경망기반의 Chl-a 산정 모델을 개발하였으며 모형의 성능은 결정계수(R2), 평균제곱근오차(RMSE), 평균절대오차(MAE)로 평가하였다. 유역별 산정모델의 성능은 각각 R2: 0.63, 0.82, RMSE: 9.67, 6.99, MAE: 11.25, 8.48로 나타났다. 본 연구에서 개발된 Chl-a 모델은 향후 담수호 녹조의 최적 관리를 위한 기초 도구로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

광학특성을 가진 수질변수를 활용한 하구 담수호 내 TOC 농도 추정

김진욱,장원진,신재기,강의태,김진휘,박용은,김성준 한국물환경학회 2021 한국물환경학회지 Vol.37 No.6

In this study, the TOC in six estuarine reservoirs in the West Sea (Ganwol, Namyang, Daeho, Bunam, Sapkyo, and Asan) was estimated using optically-active water quality factors by the water environment monitoring network. First, specification data and land use maps of each estuarine reservoir were collected. Subsequently, water quality data from 2013 to 2020 were collected. The data comprised of 11 parameters: pH, dissolved oxygen, BOD, COD, suspended solids (SS), total nitrogen, total phosphorus, water temperature, electrical conductivity, total coliforms, and chlorophyll-a (Chl-a). The TOC in the estuarine reservoirs was 4.9~7.0 mg/L, with the highest TOC of 7.0 mg/L observed at the Namyang reservoir, which has a low shape coefficient and high drainage density. The correlation of TOC with water quality factors was also analyzed, and the correlation coefficients of Chl-a and SS were 0.28 and 0.19, respectively, while the correlation coefficients of these factors in the Namyang reservoir were 0.42 and 0.27, respectively. To improve the estimation of TOC using Chl-a and SS, the TOC was averaged in 5 mg/L units, and Chl-a and SS were averaged. Correlation analysis was then performed and the R2 of Chl-a-TOC was 0.73. The R2 of SS-TOC was 0.73 with a non-linear relationship. TOC had a significant non-linear relationship with Chl-a and SS. However, the relationship should be assessed in terms of the spatial and temporal variations to construct a reliable remote sensing system.

외래종 배스가 저수지 어류군집에 미치는 영향: 중초산과 북초산 저수지를 대상으로

박철우,유수향,조윤정,김종욱,강의태,김재구,김수환 한국하천호수학회 2021 생태와 환경 Vol.54 No.2

In this study, we wanted to obtain the information of the ecological impact of alien species on native fish communities. The Ichthyofauna and fish community in Joongchosan Reservoir and Bukchosan Reservoir in Gunsan-si Korea were investigated over the period from March to October 2020. During the survey period, a total of 1,895 individuals representing eight species, five families, and four orders were caught in the Joongchosan Reservoir. In the Bukchosan Reservoir, a total of 171 individuals were caught, representing seven species, five families, and three orders. The dominant species and subdominant species of Joongchosan Reservoir were Pseudorasvora parva (661 individuals, RA: 34.7%), and Rhodeus ocellatus (660 individuals, RA: 34.7%). Conversely, Micropterus salmoides (77 individuals, RA: 45.0%), and Carassius auratus (60 individuals, RA: 35.1%), were the two most common species in the Bukchosan Reservoir. The community indices showed a dominance of 0.697, diversity of 1.483, evenness of 0.713, and species richness of 0.928 in the Joongchosan Reservoir. In comparison, the community indices in the Bukchosan Reservoir showed a dominance of 0.801, diversity of 1.304, evenness of 0.670, and species richness of 1.167. This study confirms that the number of native fishes and the associated community diversity have decreased due to the influence of Micropterus salmoides. This highlights the need for removal of alien species from reservoirs, while simultaneously preventing future introductions.

다변량 통계분석을 이용한 국내 15개 대규모 담수호의 수질 분석 및 Chl-a 예측

이동휘(Dong Hwi Lee),강의태(Eue Tae Kang),주진철(Jin Chul Joo),고현우(Hyeon Woo Go),안채민(Chae Min Ahn),배용현(Yong Hyeon Bae),송광덕(Kwang Duck Song) 대한환경공학회 2022 대한환경공학회지 Vol.44 No.12

새만금호 성층구조 발달특성 분석

배요섭 ( Yosop Pae ),최선희 ( Sunhee Choi ),강의태 ( Euetae Kang ),김상현 ( Sanghyun Kim ),강창현 ( Changhyun Kang ) 한국농공학회 2009 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2009 No.-

우리나라는 4계절의 변화가 뚜렷하여 내륙에 있는 호소들은 계절별로 성층현상이 나타나는 것으로 알려져 있다. 성층현상(Stratification)은 수심이 깊고 유속이 늦으며 물의 체류시간이 긴 정체된 호소에서 일반적으로 나타나는 현상이며, 온대성 기후지역에 속한 호소에서는 여름과 겨울 2차례 반복적으로 나타나는 것으로 알려져 있다. 반면 수심이 얕고, 체류시간이 짧은 호소는 열전달이 상대적으로 용이하여 성층이 뚜렷하지 발달하지 않는 것에 비해 1년에 수회 반복되어 나타나는 특징을 보인다. 새만금호는 2006년 끝막이 공사 이후 홍수 조절을 위해 수위관리를 해오고 있으며, 수질개선을 위해 해수를 이용해 혼합ㆍ희석시키는 대규모 수질관리정책을 시행해 오고 있다. 이에 따라 일반적인 호소와는 다소 다른 성층구조를 형성하고 있다. 즉 계절별 온도경사에 따른 밀도차이의 층 구분이 생기는 일반적인 호소와는 달리 새만금호의 성층구조에 큰 영향을 주는 요인은 하천수(담수) 유입, 해수유통에 의한 해수유입이다. 즉 수량적인 변화와 염분농도가 성층구조 형성에 영향을 주고 있으며, 내외측의 수온차가 클 경우 매우 복잡한 형태로 나타난다. 장기간 모니터링 자료들은 새만금호의 성층구조는 해수유통량에 의해 영향 받고 있으며, 특히 내측과 외측의 수온차이로 인해 성층이 변화되는 것을 보여주고 있다. 이와 같은 관측결과는 내측의 적조발생 원인분석, 저층수배제시설의 최적운전조건을 결정하는데 많은 도움이 될것이다.

해수유통 중인 간척담수호 화성호에서 식물플랑크톤의 군집과 적응전략에 대한 수문학적 영향

송태윤 ( Tae Yoon Song ),유만호 ( Man Ho Yoo ),이인호 ( In Ho Lee ),강의태 ( Eue Tae Kang ),김미옥 ( Mi Ok Kim ),최중기 ( Joong Ki Choi ) 한국하천호수학회 2014 생태와 환경 Vol.47 No.2

A survey was carried out to understand the influence of hydrology on the composition, abundance and adaptive strategies of phytoplankton in artificial Lake Hwaseong, an estuarine reservoir with seawater exchange through a sluice. Samples were collected seven times from May to October 2012. Hydrological events (seawater exchange, rainfall) resulted in a wide variation in salinity along with nutrients and turbidity. Shifts in the dominant phytoplankton composition occurred on every survey. Chlorophyll-a ranged from 9.7 to 104.1 μg L-1. Multivariate analysis allowed us to identify the four phases on phytoplankton community change. Phase I (May~June) was characterized by small-sized Gymnodinium sp. and Heterosigma akashiwo dominated in warm temperature and high salinity derived from seawater exchange, and followed by Cylindrotheca closterium blooms due to rainfall and winds during phase II (July and September). During phase III (August), the dominance of Oscillatoria spp. was correlated with high temperature and low salinity. Abundant cryptomonads were associated with lower temperature during phase IV (October). Adaptive strategies were identified in the phytoplankton as morphological and physiological characteristics. These strategies identified small-sized flagellates as CR-strategists, fast-growing opportunistic species, which might favor the weak stratification of lake due to the seawater exchange during phase I and IV. Dominant species during phase II and III were characterized with R-strategists, medium-sized stress-tolerant species, which might favor turbulence by river flow. The results indicate that stronger stratification following the termination of seawater exchange for the freshening might intensify the predominance of smaller flagellates. In conclusion, this study suggests that hydrology may drive phytoplankton community change and blooms through the controls of salinity, turbulence and nutrients.

다변량 통계분석기법을 활용한 서해권역 15개 호소의 수질평가 및 분류

이동휘(Donghwi Lee),주진철(Jincul Joo),안채민(Chaemin Ahn),고현우(Hyeonwoo Go),강의태(Kang Uitae),배용현(Bae Yonghyeon) 대한환경공학회 2021 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2021 No.11