시화호 배수갑문 개폐에 따른 탁도와 부유물질의 분포와 특성

최정훈,홍대벽,임종완,Choi Jung-Hoon,Hong Dae-Byuk,Lim Jong-Wan 한국관개배수위원회 2002 한국관개배수논문집 Vol.9 No.1

The Lake Sihwa gradually changes from freshwater lake to saline lake due to inflow of seawater by sluice gates . The changes of lake water are closely related to characteristic and distribution of turbidity and suspended matter. During the period April-Ma

간척지를 활용한 자원순환형 축산단지조성방안 경제성 분석

최선화 ( Sun Hwa Choi ),홍대벽 ( Dae Byuk Hong ),박구성 ( Ku Seong Park ) 한국물환경학회 ( 구 한국수질보전학회 ) 2010 공동 추계학술발표회 Vol.2010 No.-

2차원 수질모델(CE-QUAL-W2)을 이용한 횡계댐 수질 모의

김동환 ( Dong Hwan Kim ),함종화 ( Jong Hwa Haam ),홍대벽 ( Dae Byuk Hong ) 한국물환경학회(구 한국수질보전학회) 2011 공동 추계학술발표회 Vol.2011 No.-

배수갑문 운용에 따른 시화호의 수온과 염분 변화

최정훈,김계영,홍대벽,Choi, Jung-Hoon,Kim, Kye-Young,Hong, Dae-Byuk 한국지구과학회 2000 한국지구과학회지 Vol.21 No.5

1997년 2월부터 1998년 7월까지 총 33회에 걸쳐 시화호내 11개 정점에서 장기간 관측한 수온, 염분 자료를 이용하여 배수갑문운용에 따른 시화호의 물성변화를 파악하였다. 배수갑문을 통한 해수유통이 없었던 1997년 3월부터 1997년 6월까지 시화호내의 염분은 15psu 이하로 나타났으며, 약 11m 수심을 경계로 염분에 의한 강한 성층이 관측되었다. 배수갑문을 통한 해수유입이 시작된 1997년 7월에는 태양복사열의 증가로 표층수온이 급격히 상승하여 표층과 저층의 수온차가 약 10^{\circ}C$ 이상으로 나타났으며, 1997년 10월{\sim}$12월에는 표층에 비해 저층 수온이 상대적으로 높은 수온역전현상이 발생하였다. 1997년7월 배수갑문 개폐시기를 전 ${\cdot}$ 후로 배수갑문 내측에 위치한 정점에서 장기간 수온, 염분, 유속 및 유향을 조사한 결과, 해수유입시 수온과 염분이 대칭적인 분포를 나타내었으며, 이는 외해로부터 해수 유입시마다 저온, 고염의 해수가 시화호 내로 유입되었기 때문인 것으로 판단된다. 1998년 1월 이후에는 지속적인 배수갑문 개폐의 영향으로 시화호의 염분이 30psu 이상으로 해수화되었으며, 배수갑문 개폐 이전에 비해 성층이 크게 약화된 것으로 나타났다. The variations of physical properties due to inflow of seawater by sluice gates operation were observed in Shihwa Lake. The distributions of salinity and temperature were investigated at 11 stations during February, 1997 to July, 1998. The salinity of water mass in Shihwa Lake before gate operation was ranged below 15psu and strong stratification due to inflow of seawater was observed at the depth of 11 m. In July 1997, temperature difference of 10^{\circ}C$ was occurred between the surface and bottom water due to strong solar radiation. During October 1997 to February 1998, inversion of temperature distribution, which the temperature of bottom water was higher than that of surface water, was observed. In July 1997, temperature, salinity, current speed and current direction were investigated by RCM-7 at St.3 for 56 days. When sea water was intruded in Shihwa Lake, the symmetric distribution of temperature and salinity was observed and it seems to be resulted from inflow of seawater with low temperature and high salinity. After January 1998, salinity of Shihwa Lake was increased over 30psu due to continuous gate operation and the stratification was weakened.

농업용저수지 수질예측모델 개발 및 적용

함종화 ( Jonghwa Haam ),김동환 ( Dong-hwan Kim ),김형중 ( Hyung-joong Kim ),홍대벽 ( Dae-byuk Hong ) 한국농공학회 2010 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2010 No.-

농업용저수지의 수질을 관리할 목적으로 많은 종류의 저수지 수질모델이 개발 및 이용되고 있으나, 대부분의 저수지 수질모델은 각각 서로 다른 특징을 갖고 있고, 입력변수가 다양하고 많기 때문에 전문적인 지식을 충분히 갖추고 있지 않는 일선 실무자들은 모델 구동에 많은 어려움을 겪고 있다. 이전 연구에서 경험이 적은 일선 실무자들도 저수지 수질관리 방안별 예상되는 개략적인 농도를 예측할 수 있는 간단한 수질모델ARSIM)을 개발하였다. 본 연구에서는 개발된 농업용저수지 수질모델의 적용성을 분석하고자 한다. 개발된 모델의 적용성을 분석하기위해 수질 농도가 낮은 용덕저수지와 수질 농도가 높은 만수저수지를 선정하여 월1회 비강우시 유입하천 유량 및 수질과 저수지 수질을 실측하였다. 용덕저수지와 만수저수지의 COD, TN, TP의 농도는 각각 4.9mg/L, 1.9mg/L, 0.029mg/L와 17.0mg/L, 1.9mg/L, 0.235mg/L인 것으로 나타났다. 실측한 유입하천 유량 및 수질을 이용해 모델 입력자료 생성 후 모델결과를 실측 저수지 수질과 비교한 결과 수질농도가 낮은 용덕저수지는 실측값과 모의값이 비슷하게 나타난 반면, 수질농도가 높은 만수저수지는 실측값과 모의값이 여름철에 큰 차이를 나타냈다. 이는 비점오염원의 영향이 적은 용덕저수지는 평상시 유입하천의 유량 및 수질만으로도 저수지의 수질이 잘 예측된 반면, 비점오염원의 영향이 큰 만수저수지는 강우시 저수지로 유입되는 유량 및 수질이 반영되지 않은 상태에서 모델의 입력자료가 생성되고 모델이 구동되었기 때문이라 생각된다. 강우 유출수의 영향을 고려하기 위해 저수지 유역에 유역모델을 적용한 후 유역모델의 결과를 개발된 저수지 수질모델의 입력자료로 이용하여 모델을 구동한 결과 만수저수지에서 전체적으로 실측값과 모의값이 잘 일치하였다. 개발된 저수지 수질모델을 동일하게 부족한 자료가 제공되는 조건하에서 대표적인 2차원 저수지 모델인 WASP, CE-QUAL-W2와 비교하였다. 3가지 모델 모두 저수지의 수표면적, 총유효저수량, 저수율변화 및 유역모델을 이용한 유입하천의 유량 및 수질자료만을 이용해 모델을 입력자료를 구성하였다. 하지만, 각 모델의 구획분할에 있어서 WASP은 수평방향으로 3개, CE-QUAL-W2는 수평방향 3개, 수직방향 4개 총 12개로 분할한 반면, 개발된 저수지모델은 저수지전체를 하나의 구획으로만 분할하여 모델을 구동하였다. 그 결과 농도가 낮은 용덕저수지의 경우 대부분 모델에서 실측값과 비슷하게 모의된 반면, 만수저수지는 개발된 모델이 다른 모델들과 비슷하거나 일부 더 잘 실측값과 일치하기도 하였다. 이는 새로 개발된 모델이 뛰어나기 때문이라기보다는 2차원 모델인 WASP 및 CE-QUAL-W2 모델이 필요로 하는 충분한 입력자료가 제공되지 못했기 때문이라 생각되며, WASP과 CE-QUAL-W2에 필요로 하는 충분한 자료가 제공될 경우 개발된 모델보다 훨씬 좋은 모의 결과를 나타낼 것으로 생각된다. 이상에서와 같이 농업용저수지의 수질예측에서 자료가 부족한 경우 복잡한 모델과 간단한 모델 사이의 결과가 크지 않은 것으로 나타났으며, 자료가 부족한 농업용저수지의 수질예측 시 간단한 저수지모델로도 원하는 정도의 충분한 결과를 얻을 수 있음을 알 수 있었다.

장기운영 인공습지의 수질정화특성

김형중 ( Hyung Joong Kim ),함종화 ( Jong Hwa Haam ),홍대벽 ( Dae Byuk Hong ) 한국농공학회 2010 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2010 No.-

수질정화를 위해 설치하는 인공습지의 장기운영에 따른 수질정화특성을 분석하기 위하여 충남 당진군 석문수질개선연구단지에 인공습지를 조성하고 2005년부터 2009년까지 정화효율을 분석하였다. 인공습지에는 갈대, 애기부들을 식재하였고, 식재를 하지 않은 것을 대조구로 하여 수질정화효율을 비교·분석하였다. SS는 식생이 있는 애기부들구와 갈대구에서 2005년부터 2007년까지 정화효율이 점차적으로 증가하고 있으며, 2007년 이후에는 78% 이상의 비교적 높은 정화효율이 유지되고 있다. COD의 경우 미식재구와 애기부들구에서 유입수보다 유출수의 COD 농도가 높게 나타나는 마이너스 정화효율을 보였다. 습지가 장기간 운영됨으로서 식물 및 조류 고사체의 퇴적 및 분해 작용으로 수층부가 혐기화됨에 따라 유기물이 산화·제거될 수 없고, 고사체로부터 분해 용출되어 유출수의 COD농도가 증가되는 것으로 판단된다. TN의 경우 갈대구와 애기부들구는 2005년부터 정화효율이 증가되나, 2007년도 이후에는 정화효율이 큰 변화없이 유지되고 있다. 식물체별 TN정화효율은 갈대구와 애기부들구가 각각 평균 51.4%, 51.9%로서 큰 차이가 없었다. TP정화효율은 갈대의 경우는 2005년부터 2008년도까지 정화효율이 높아지다가 2009년도에 다소 감소하고, 애기부들구에서는 2005년부터 2007년까지 낮아지다가 그 이후에는 다시 증가되어 일정한 경향을 보이지는 않았으나, 갈대구가 평균 25%, 애기부들구가 평균 40%의 정화효율을 보였다. TP정화효율은 용존산소농도에 영향을 받는데 식재구간의 경우 미식재구간에 비해 용존산소농도가 낮다. 용존산소 농도가 낮으면 호기성미생물 활동이 억제되고 인의 용출이 촉진되어 처리효율이 낮아지게 되므로 습지 전체에 식재하는 것 보다는 부분적으로 개방구간을 확보하는 것이 유리하다.

현장적용이 용이한 농업용저수지 수질예측모델 개발

함종화 ( Jonghwa Haam ),김형중 ( Hyung-joong Kim ),김동환 ( Dong-hwan Kim ),홍대벽 ( Dae-byuk Hong ) 한국농공학회 2010 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2010 No.-

한국농어촌공사에서는 전국 17,600여개의 농업용저수지 중 19%인 3,300여개의 저수지를 관리하고 있으며, 이는 전국 총유효저수량(27.76×10⁹톤)의 89%(2.46×10⁹톤)에 해당된다. 농업용저수지의 수질관리를 목적으로 많은 종류의 수질모델이 사용되고 있는데, 농업용저수지 수질개선사업 실시설계와 같이 수질개선 공법별 예상되는 수질을 정확히 예측하여 공사비를 산출해야 하는 경우, WASP, CE-QUAL-W2, GEMSS와 같은 복잡한 모델을 사용하여 수질을 정확히 예측할 필요가 있다. 반면에 약 3,300여개의 농업용저수지 관리하는 실무부서에서는, 각 농업용저수지의 관리방법별 예상되는 저수지수질을 예측해야 하는 경우가 많은데, 기존 모델은 모델 구축 및 구동을 위해 너무 많은 입력자료, 시간 및 전문적인 지식을 필요로 하기 때문에 수질예측모델 적용에 많은 어려움이 있다. 그러므로 본 연구에서는 농업용저수지 관리를 위해 수질모델에 대한 전문적인 지식이 부족한 일선 실무자들도 쉽고 빠르게 구축 및 구동이 가능한 모델을 개발하고자 한다. 수평 및 수직방향의 수질차이를 조사하기 위해 한국농어촌공사에서 관리하고 있는 저수지를 비지도학습법 인공신경회로망인 self-organizing map(SOM)을 이용해 3가지 유형으로 분류하였으며, 각 유형별 1~2개의 저수지를 선정하여 각 저수지별 수평방향으로 3지점, 수직방향으로 3지점, 총 9지점에 대해 수질을 조사하였다. 그 결과 저수지 면적(평균 12.2ha)이 작고 수심(평균 4.0m)이 깊지 않아 일부지점 및 시기를 제외하고는 대부분 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았으며, 이상의 결과를 바탕으로 간단한 저수지 수질모델개발을 위해 0차원모델(완전혼합모델)형태의 모델을 개발하였다. 개발된 농업용저수지 수질모델(ARSIM, Agricultural Reservoir Simulation Model)은 DO, COD, T-N, NH₄-N, NO₃-N, T-P, PO₄-P, Chl-a를 모의할 수 있으며, 수질 항목 간 상호관계 및 반응식은 대부분 WASP 것을 이용하였으며, Runge Kutta 4차 방법으로 미분방정식을 계산하였다. 입력자료로 저수지 제원(수표면적, 유효저수량), 일별 기상자료, 유입하천의 유량 및 수질, 초기 저수지 수질자료가 필요하다. 기상자료는 기상 DB와 연결하여 관측소와 년도만 선택하면 자동 입력되도록 하였고, 수질 항목별 모델결과는 그래프 및 표를 이용해 쉽게 확인할 수 있도록 하였다. 사용되는 모델 파라메타의 의미와 평균값 및 범위를 마우스 이동을 통해 쉽게 확인할 수 있도록 하였으며, 쉽고 빠른 모델 보정을 위해 유전자 알고리즘(Genetic Algorithm)을 이용한 자동 보정기능을 추가하였다. 개발된 농업용저수지 모델의 적용성을 분석하기 위해 농업용저수지 유형별로 1개의 저수지를 선정하여 총 3개의 저수지에 대해 실측한 유입하천 및 저수지 유량 및 수질자료를 이용해 모델을 구동한 결과 짧은 시간 내에 수질모델 구축 및 구동이 가능하였으며, COD, T-N, T-P에 대해 실측값과 모의값을 비교한 결과 비슷한 경향을 나타내었다. 농도가 높아 연중 저수지 수질변화가 큰 3그룹의 저수지보다 농도가 낮고 연중수질변화가 적은 1그룹의 저수지에서 실측값과 모의값이 더 잘 일치하였다.

휴경지의 수질정화공간 및 Biotope으로의 활용방안

김형중 ( Kim Hyung Joong ),최선화 ( Choi Sun Hwa ),홍대벽 ( Hong Dae Byuk ) 한국농공학회 2007 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2007 No.-

This study was investigated an effectiveness of water quality improvement in the increasing fallow paddy. Water quality was improved with a filtration and uptake by plants in initial fallow, but it was not occurred owing to the drying and decaying of plants in the fallow paddy. When a water depth of fallow paddy was managed with from 10 ㎝ to 20 ㎝, although a organic matter was not reduced, TP and TN, which are the mainly cause of eutrophication in agricultural water, were reduced.

합리적인 농업용저수지 유역내 공장설립 제한에 관한 연구

함종화 ( Jonghwa Haam ),김형중 ( Hyung-joong Kim ),홍대벽 ( Dae-byuk Hong ) 한국농공학회 2010 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2010 No.-

농업용저수지는 유역의 도시화와 산업화로 인해 생활하수 및 공장폐수 배출량의 증가, 축산시설 및 각종위락시설의 증가, 환경기초시설의 부족 등에 의하여 지속적으로 수질이 악화되고 있다. 농업용저수지의 수질을 보전할 목적으로 2005년 12월부터 「산업입지 관리에 관한 통합지침」에 의해 저수지로부터 상류방향으로 일정한 거리까지는 공장 및 산업단지가 설립할 수 없도록 하였으나, 법적 구속력이 미약하여 2009년 4월동일한 내용의 규제를 「농어촌정비법」에 추가하였다. 하지만, 공장 및 산업단지 규제 방법이 합리적이지 못하여 많은 민원이 제기되고 있는 실정이다. 그러므로 본 연구에서는 농업용저수지 수질을 보호할 목적으로 유역내 공장 및 산업단지 입지를 제한할 수 있는 합리적인 방법을 제시하고자 한다. 새로 개정된 「농어촌정비법」과 동법 시행령은 모든 농업용저수지 상류 지역에서 유하거리 2km이내에 공장을 설립할 수 없으며, 도시지역·계획관리지역 이외의 지역, 농어촌용수구역 외의 지역, 그리고 수질오염방지시설 등 환경상 안전한 대책을 수립하여 관할 환경관리청장과 협의한 지역에서는 폐수배출시설이 아닌 공장 및 산업단지를 2km~5km 이내의 위치에 설립할 수 있도록 하였으며, 유하거리 5km 초과하는 지역에는 모든 공장 및 산업단지가 설립될 수 있도록 하였다. 하지만, 「농어촌정비법」과 동법 시행령은 농업용저수지 유입하천의 수질 및 유량과 공장 및 산업단지에서 배출하는 오염물질 배출량을 고려하지 않고 유역의 토지이용 및 폐수배출여부만을 이용해 공장 및 산업단지 설립을 규제하고 있어, 오염물질을 매우 적게 배출하는 공장과 이보다 훨씬 많은 오염물질을 배출하는 큰 공장이 동일한 입지제한 거리를 적용받는 등 불합리한 부분이 있어 잦은 민원이 제기되고 있다. 보다 합리적으로 농업용저수지 유역내 공장 및 산업단지 설립을 제한하기 위해 반듯이 산업단지에서 배출하는 오염물질량과 저수지 유입하천의 수질 및 유량을 고려해야 한다. 합리적으로 공장 및 산업단지 입지를 제한하기 위해 갈수기 유입하천의 평균 유속 및 오염물질 반응상수를 도출하였다. 현장에서 실측한 유입하천유속과 GIS를 이용해 실측지점의 하천경사 및 전국 농업용저수지 유입하천의 평균경사를 산정하여 이들 사이의 관계로부터 전국 농업용저수지 유입하천의 평균 유속(0.18m/s)을 도출하였다. 유입하천의 오염물질(COD) 반응상수는 14개의 유입하천 구간에서 실측한 값을 유속 0.18m/s일 때의 반응상수로 환산하여 도출한 결과 1.61로 나타났다. 위에서 도출한 반응상수(1.61), 평균유속(0.18m/s) 및 일차반응식 등을 이용해 공장 및 산업단지 입지제한 거리를 산정할 수 있는 식을 도출하였다. 도출한 식을 이용할 경우 유입하천 말단부의 목표수질 농도, 공장방류수 유입지점의 하천 유량 및 농도, 설립 예정 공장의 방류수 유량 및 농도에 따라 합리적으로 입지제한거리 산정이 가능하였다. 도출된 식에 의하면, 목표농도가 낮을수록, 하천수의 농도가 높을수록, 유량비(방류수유량/갈수기 하천수유량)가 클수록 입지제한거리가 길게 계산되어, 농업용저수지 만수위로부터 더 먼 거리까지 공장이 설립될 수 없도록 된다.

해사채취에 따른 지형 및 생태복원의 추이분석

김재옥 ( Jae Ok Kim ),권효근 ( Hyo Keun Kwon ),홍대벽 ( Dae Byuk Hong ),최진용 ( Jin Yong Choi ) 한국물환경학회 ( 구 한국수질보전학회 ) 2008 공동 추계학술발표회 Vol.2008 No.-