경사도와 토성, 작물 구분에 따른 강우유출수 특성 분석

유나영 ( Nayeong Yu ),신민환 ( Minhwan Shin ),강태성 ( Taesung Kang ),김종건 ( Jonggun Kim ),임경재 ( Kyoungjae Lim ),( Donghyuk Kum ),( Jungha Lim ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

비점오염원은 강우시 지표유출수와 함께 유출되는 오염물질로서, 국내에서 발생되는 비점오염물질의 약 90% 이상이 토지계(농경지) 및 축산계에서 발생하고 있다. 농경지에서 발생하는 비점오염물질의 발생량은 경사도와 토성, 작물 등에 따라 발생량의 차이가 크기 때문에 농경지에서 발생하는 강우유출수 특성을 파악하는 것은 비점오염원 관리 측면에서 중요하다. 따라서, 본 연구에서는 경사도와 토성, 작물이 구분된 8개의 시험포를 조성하여 강우시 발생하는 강우유출수 특성을 분석하고자 하였다. 시험포 1개의 면적은 88 m² (폭 4 m, 경사장 22 m)이며, 경사도는 3% 4개와 9% 4개, 토성은 경사도 3%와 9% 각 2개씩 양토 4개와 사양토 4개로 조성하였다. 영농방법은 각 토성의 경사도별로 무경운 시험포 1개와 경운 시험포 1개로 조성하였으며, 경운 시험포의 작물은 감자를 파종하고 무경운 시험포의 경우 나지 상태로 조성하였다. 시험포에는 수위계와 집수플럼부, 침사지통을 설치하여 유출량 및 수질농도(SS, T-N, T-P)를 측정하였다. 강우유출수 조사는 2020년 5월부터 8월까지 25.8 mm∼288.2 mm의 강수량 범위에서 총 11회 조사하였다. 연구결과 양토 시험포의 총 11회 조사를 통한 유출량은 3% 경운 35.4 m³, 3% 무경운 29.7 m³, 9% 경운 42.1 m³, 9% 무경운 34.1 m³으로 나타났으며, 사양토 시험포의 총 유출량은 3% 경운 15.9 m³, 3% 무경운 22.9 m³, 9% 경운 33.9 m³, 9% 무경운 30.3 m³으로 나타났다. 양토 시험포의 SS 오염부하량은 3% 경운 55,264.8 g, 3% 무경운 33,149.3 g, 9% 경운 55,606.6 g, 9% 무경운 56,849.5 g으로 나타났으며, 사양토 시험포의 SS 오염부하량은 3% 경운 5,992.0 g, 3% 무경운 19,881.2 g, 9% 경운 32,555.1 g, 9% 무경운 42,715.9 g으로 나타났다. 양토의 SS 오염부하 비교 결과 3% 무경운에서 오염부하는 9% 무경운대비 41.7%로 나타났으며, 3% 경운에서 오염부하는 9% 경운 대비 SS 0.6%로 나타났다. 사양토의 SS 오염부하 비교 결과 3% 무경운에서 오염부하는 9% 무경운 대비 53.5%로 나타났으며, 3% 경운에서 오염부하는 9% 경운 대비 SS 81.6%로 나타났다. 연구결과와 같이 경사도가 클수록 유출량이 크게 발생하였으며, 양토에 비해 사양토에서 유출량이 적은 것으로 나타났다. 양토의 경우 경운보다 무경운에서 경사도 대비 저감효율이 높은 것으로 나타났으며, 사양토의 경우 무경운보다 경운에서의 경사도 대비 저감효율이 높은 것으로 나타났다. 하지만 강우유출수 특성은 경사도와 토성, 작물, 경운방법에 따라 다른 결과가 나타나, 추가적으로 다양한 토성과 작물에 따른 강우유출수 특성 분석이 필요할 것으로 판단된다. 또한, 당해연도의 경우 집중호우와 태풍 등 평년에 비해 강우가 너무 과하게 발생하여 선행강우일수의 변화 등 평년의 강우특성을 반영하기 어려울 것으로 보여진다. 그러나, 기후변화에 따른 집중호우가 증가할 경우 발생할 수 있는 농경지의 유출특성을 예측할 수 있을 것으로 보여진다.

영주댐 유사조절지의 영양염류 및 유기물 용출 특성 분석

유나영 ( Nayeong Yu ),신민환 ( Minhwan Shin ),금동혁 ( Donghyuk Kum ),우수민 ( Sumin Woo ),김종건 ( Jonggun Kim ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-

영주댐은 낙동강 갈수기 하천유지용수 확보, 낙동강 본류와 내성천 연안지역의 홍수재해방어, 경상북도 북부지역의 안정적인 용수공급을 위해 건설되었으며, 특히, 낙동강 본류의 수질 개선을 위한 하천유지용수 공급이 주요목적이다. 그 중 유사조절지는 영주댐 상류에 건설된 인공구조물로 내성천 특성상 모래 침식의 우려가 있기 떄문에 모래 차단댐의 역할을 수행하여 하상변화 등을 최소화하여 내성천의 수질을 유지하는 것을 목적으로 설치되었다. 그러나, 댐 건설로 인한 하류로의 모래 이동량 감소로 인해 내성천의 특징인 모래 하상이 파괴되고 하류의 수질이 오염되고 있다는 우려가 높다. 따라서, 유사조절지 내 퇴적토와 현장수를 통해 퇴적토에서 용출될 수 있는 영양염류 및 유기물의 용출특성을 분석하고자 하였다. 용출실험은 유사조절지를 대상으로 홍수기 전과 후 퇴적토와 현장수를 채취하여 호기성과 혐기성 실험을 실시하였으며. 분석 항목은 COD_Mn과 T-N, T-P, TOC 4개 항목에 대하여 분석하였다. 홍수기 전실험 결과 용출특성은 호기조건에서 T-N 항목만 (-)음의 값으로 나타났으며, 혐기조건에서는 모두 (+)양의 값을 나타냈다. 홍수기 후 실험결과 용출특성은 호기조건에서 TOC를 제외하고 모두 (-)음의 값으로 나타났으며, 혐기조건에서는 T-N 항목만 (-)음의 값으로 나타났다. 분석결과와 같이 COD_Mn, T-P, TOC 항목은 홍수기 전·후 혐기조건에서 용출이 발생하는 것으로 나타났으며, T-N 항목은 홍수기 전 혐기상태에서 용출이 발생하는 것으로 나타났다. 또한, 유사조절지 퇴적토의 영양염류 변화를 분석하기 위해 홍수기 전·후 토양을 채취하여 농도를 분석한 결과 T-N과 COD_Mn, T-P 항목은 홍수기 전 대비 농도가 감소되지 않는 것으로 나타났으며, TOC 항목은 감소하는 것으로 분석되었다. 분석결과를 통해 얻은 유사조절지의 현장수 용출특성과 홍수기 전·후 퇴적토 농도변화는 유사조절지의 효율적인 수질관리를 위한 기초자료로 활용 가능할 것으로 판단된다. 그러나, 유사조절지 후 영주댐 호내에서도 오염물질의 내부기작으로 인한 수질변화가 일어나기 때문에 영주댐의 효율적인 수질관리를 위해서는 유사조절지 외 영주댐 호내의 용출특성 분석 등 영주댐 전 구간에 대한 수질변화 특성을 파악할 필요가 있을 것으로 사료된다.

고랭지 흙탕물 발생지역의 모니터링 결과를 이용한 시공간 변화분석

유나영 ( Nayeong Yu ),신민환 ( Minhwan Shin ),금동혁 ( Donghyuk Kum ),임정하 ( Jungha Lim ),김종건 ( Jonggun Kim ),( Sumin Woo ),( Kyoungjae Lim ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

고랭지밭에서 강우시 배출되는 비점오염물질은 하류 수계의 수질 및 수생태계에 다양한 악영향을 미치기 때문에 비 점오염물질의 관리 필요성이 증대되고 있다. 특히 강원도 내 고랭지밭은 급경사지에 분포해 있어 토양유실이 지속되고 있으며, 하류수계에 탁수관리에 대한 문제가 제기되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 고랭지 흙탕물 발생지역의 모니터링 결과를 이용하여 강우량과 강우강도의 특성에 따른 시공간 변화를 분석하고자 하였다. 비점오염원관리지역 중 토사유 출 저감을 목적으로 선정된 골지천 유역과 인북천 유역 만대지구, 인북천 유역 가아지구, 내린천 유역 자운지구를 대상으로 모니터링을 실시하였다. 모니터링은 2017년부터 2019년까지 10개 모니터링 지점에 대하여 총 173개의 강우사상을 조사하였으며, 모니터링 결과를 10 mm 이하, 10∼30 mm, 30∼50 mm, 50 mm 이상의 강우계급으로 구분하였다. 조사된 강우계급별 횟수는 10 mm 이하 2회, 10∼30 mm 40회, 30∼50 mm 27회, 50 mm 이상 104회이다. 선행무강우일수는 0.04∼15.0일(평균 3.5일)이며, 강우량 8.0∼396.5 mm(평균 71.0 mm), 평균강우강도 0.3∼12.8 mm/hr(평균 2.7 mm/hr), 최대강우강도 1.5∼68.5 mm/hr(평균 15.1 mm/hr)로 다양한 범위의 강우특성을 조사하였다. 강우계급별 평균 유출량은 10 mm 이하 615,703 m³, 10∼30 mm 1,846,017 m³, 30∼50 mm 2,328,027 m³, 50 mm 이상 7,944,362 m³로 나타났으며, 토양유실과 관련된 SS 항목의 강우계급별 평균 EMC 농도는 10 mm 이하 58.6 mg/L, 10∼30 mm 229.2 mg/L, 30∼50 mm 326.8 mg/L, 50 mm 이상 592.9 mg/L로 나타났다. 강우계급별 유출량과 SS EMC 농도를 결과를 보면 강우량이 증가할수록 유출량은 증가하고, SS 항목의 EMC 농도도 높아지는 것으로 나타났다. 그러나, 면적이 비슷한 골지천 유역과 내린천 유역의 유사 강우량의 SS 항목의 EMC 농도를 비교한 결과 EMC 농도가 1.8∼3,605.8%까지 차이가 나는 것으로 나타났다. 이는 총 강우량이 유사하게 발생하더라도 선행무강우일수나 최대강우강도가 상이하며, 상류유역의 영농활동이나 토양특성 등에 의한 차이인 것으로 보여진다. 연구결과와 같이 고랭지 흙탕물 발생지역의 강우에 의한 시공간 변화는 강우량과의 상관성은 있으나, 선행무강우일수와 강우강도에 큰 영향을 받으며, 강우특성에 따라 다양한 결과를 보이고 있어 신뢰성 있는 자료를 얻기 위해서는 장기간의 모니터링이 필요한 것으로 판단된다.

저수구역 경작지 토양의 유기물 및 영양염류 용출특성 분석

유나영 ( Yu Nayeong ),신민환 ( Shin Minhwan ),임정하 ( Lim Jungha ),금동혁 ( Kum Donghyuk ),남창동 ( Nam Changdong ),임경재 ( Lim Kyoungjae ),김종건 ( Kim Jonggun ) 한국농공학회 2021 한국농공학회논문집 Vol.63 No.1

Soils in agricultural lands contain large amount of organic matter and nutrients due to the injected fertilizers and manure. During heavy rain, surface water and base runoff pollutants flows into a nearby stream or lake with eroded soil from agricultural lands. On the other hands, agricultural lands near the lake are inundated due to the increase of the water level in the lake, leading to organic matter and nutrient release from the inundated soil. In this study, releasing rates of nutrient salts and organic substances were analyzed for the soil in the agricultural land, where cultivation activities has been carried out and periodically flooded, to account for the possibility of contamination from the inundated agricultural land in reservoir areas The experiment results have shown that COD was released from the soil in anaerobic conditions, and T-P was released in both anaerobic and aerobic conditions. However, in the case of T-N, it was found that the runoff by soil was not made before the rainfall occurred, and when the soil was impound due to rainfall, the elution occurred under the aerobic conditions. Through the results of this study, it was possible to account for the effect of flooded agricultural lands on the water quality in the lake, and this could be reflected in an efficient agricultural non-point pollution management policy. In order to determine the precise releasing rate for each agricultural land, it is believed that the leaching experiment for paddy fields and grasslands are needed.

영주댐 유사조절지의 영양염류 및 유기물 용출 특성 분석

유나영 ( Nayeong Yu ),신민환 ( Minhwan Shin ),금동혁 ( Donghyuk Kum ),우수민 ( Sumin Woo ),김종건 ( Jonggun Kim ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-

영주댐은 낙동강 갈수기 하천유지용수 확보, 낙동강 본류와 내성천 연안지역의 홍수재해방어, 경상북도 북부지역의 안정적인 용수공급을 위해 건설되었으며, 특히, 낙동강 본류의 수질 개선을 위한 하천유지용수 공급이 주요목적이다. 그 중 유사조절지는 영주댐 상류에 건설된 인공구조물로 내성천 특성상 모래 침식의 우려가 있기 떄문에 모래 차단댐의 역할을 수행하여 하상변화 등을 최소화하여 내성천의 수질을 유지하는 것을 목적으로 설치되었다. 그러나, 댐 건설로 인한 하류로의 모래 이동량 감소로 인해 내성천의 특징인 모래 하상이 파괴되고 하류의 수질이 오염되고 있다는 우려가 높다. 따라서, 유사조절지 내 퇴적토와 현장수를 통해 퇴적토에서 용출될 수 있는 영양염류 및 유기물의 용출특성을 분석하고자 하였다. 용출실험은 유사조절지를 대상으로 홍수기 전과 후 퇴적토와 현장수를 채취하여 호기성과 혐기성 실험을 실시하였으며. 분석 항목은 COD_Mn과 T-N, T-P, TOC 4개 항목에 대하여 분석하였다. 홍수기 전실험 결과 용출특성은 호기조건에서 T-N 항목만 (-)음의 값으로 나타났으며, 혐기조건에서는 모두 (+)양의 값을 나타냈다. 홍수기 후 실험결과 용출특성은 호기조건에서 TOC를 제외하고 모두 (-)음의 값으로 나타났으며, 혐기조건에서는 T-N 항목만 (-)음의 값으로 나타났다. 분석결과와 같이 COD_Mn, T-P, TOC 항목은 홍수기 전·후 혐기조건에서 용출이 발생하는 것으로 나타났으며, T-N 항목은 홍수기 전 혐기상태에서 용출이 발생하는 것으로 나타났다. 또한, 유사조절지 퇴적토의 영양염류 변화를 분석하기 위해 홍수기 전·후 토양을 채취하여 농도를 분석한 결과 T-N과 COD_Mn, T-P 항목은 홍수기 전 대비 농도가 감소되지 않는 것으로 나타났으며, TOC 항목은 감소하는 것으로 분석되었다. 분석결과를 통해 얻은 유사조절지의 현장수 용출특성과 홍수기 전·후 퇴적토 농도변화는 유사조절지의 효율적인 수질관리를 위한 기초자료로 활용 가능할 것으로 판단된다. 그러나, 유사조절지 후 영주댐 호내에서도 오염물질의 내부기작으로 인한 수질변화가 일어나기 때문에 영주댐의 효율적인 수질관리를 위해서는 유사조절지 외 영주댐 호내의 용출특성 분석 등 영주댐 전 구간에 대한 수질변화 특성을 파악할 필요가 있을 것으로 사료된다.

영주댐 호내 수질변화 및 수질항목간 상관관계 분석

유나영 ( Nayeong Yu ),신민환 ( Minhwan Shin ),금동혁 ( Donghyuk Kum ),임정하 ( Jungha Lim ),김종건 ( Jonggun Kim ) 한국농공학회 2021 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2021 No.-

머신러닝 기법을 활용한 수질 예측 가능성 연구

유나영 ( Nayeong Yu ),신민환 ( Minhwan Shin ),박상준 ( Sangjoon Bak ),임정하 ( Jungha Lim ),금동혁 ( Donghyuk Kum ),김종건 ( Jonggun Kim ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-

최근 과거와 다른 강우패턴으로 인해 발생하는 비점오염물질로 인한 수질악화는 사회적 ·경제적 문제로 야기되고 있다. 비점오염물질은 강우에 의해 유출되며 오염원이 광범위하게 분포하고 있어 오염물질 발생량의 정량화가 쉽지 않다. 수질오염 문제의 해결을 위해서는 강우시 발생하는 오염물질의 발생 패턴과 정량화가 우선되어야 한다. 이를위해 환경부에서는 홍수통제소, 수질측정망, 총량측정망, 비점오염물질측정망, 자동측정망 등을 운영하여 지속적인 하천의 수질을 측정하고 있다. 수질측정망과 총량측정망의 경우 월 1회 또는 연 36회 이상으로 수질을 측정하고 있으나, 강우시 수질 데이터의 부족으로 인해 비점오염물질이 심한 지역의 하천오염 대응이 어려운 실정이며, 자동측정망은 1시간 간격으로 데이터를 축적하고 있으나 하천의 수질오염을 대표할 수 있는 수질분석 항목의 부재 등 오염원의 현황을 파악하기 어렵다. BOD와 T-P, SS 등을 측정하고 있는 비점오염물질측정망은 강우시 수질측정이 이루어지고 있으나, 2022년 8월 현재 36개 지점으로 전국의 하천의 수질오염 현황을 파악하기에는 어려움이 있다. 본 연구에서는 강우시 수질분석 자료가 중요시 되는 비점오염원관리지역 중 골지천 유역의 수질자료와 기상자료 등의 실측자료를 기반으로 머신러닝을 통해 미계측 지역의 수질항목별 농도와 결측자료 예측이 가능한지 검토하고자 하였다. 머신러닝 기법은 의사결정 나무(Decision T ree, D T), 신경망(Multi Layer Perceptron, MLP), XG-부스트(Extream Gradient Boost, XGB), 서포트 벡터 머신(Support Vector Machine, SVM), 랜덤 포레스트(Random Forest, RF), 그래디언트 부스팅(Gradient Boosting, GB)와 같이 6가지 기법을 사용하였다. 수질분석 자료는 2017년부터 2019년까지 골지천 유역 내 5개 지점에서 지점별 196회~228회의 모니터링 결과(유량, EC, 탁도, BOD5, SS, T-N, T-P, TOC)를 이용하였으며, 기상자료는 기상청의 온도와 풍속, 습도 등의 자료를 확보하였다. 머신러닝의 입력변수는 홍수통제소와 수질측정망에서 측정하는 유량과 EC, 탁도, 기상자료(온도, 풍속, 습도) 등을 활용하였으며, 입력변수를 통해 5개 지점의 수질항목별 농도(BOD5, SS, T-N, T-P, TOC)를 예측하였다. 머신러닝 기법 적용 결과 5개 지점에서 랜덤 포레스트(RF) 기법이 평균 0.71로 수질항목별 농도예측이 가장 잘 되는 것으로 나타났다. 그러나 5개 지점 중 유역면적이 가장 작은 관말교 지점과 유역면적이 가장 큰 제1여량교 지점의 경우 항목간 예측 편차가 큰 것으로 나타나 전국의 하천수질을 예측하기 위해서는 유역면적 혹은 유역특성과 관련한 기초자료를 추가로 적용하여 머신러닝 기법을 고도화 해야할 것으로 보여진다. 또한, 본 연구에서 예측한 수질항목 이외에 기타 항목은 다른 머신러닝 기법의 예측 효율이 높을 수 있으므로 추가 입력변수 확보를 통한 검토가 필요할 것으로 보여진다.

저수구역 내 경작지의 영양염류 및 유기물 용출 특성 분석

유나영 ( Nayeong Yu ),최유진 ( Yujin Choi ),임정하 ( Jungha Lim ),금동혁 ( Donghyuk Kum ),신민환 ( Minhwan Shin ) 한국농공학회 2019 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2019 No.-

호소 농경지의 비료살포 및 영농활동과 초지 등의 토양에 포함된 영양염류는 용출을 통하여 호내로 유입되어 내부부하를 가중시킬 수 있다. 따라서, 저수구역 내 경작지에서 용출될 수 있는 영양염류의 양과 용출조건을 파악하는 것은 호소의 수질관리 측면에서 중요하다. 본 연구에서는 저수구역 내 경작지로부터 발생하는 오염가능성을 예측하기 위하여 저수구역 내에서 영농활동이 이루어지는 지역을 대상으로 영양염류 및 유기물의 용출속도를 분석하고자 하였다. 용출실험은 저수구역 내 강우 발생 전 경작지 시료(A, B)를 채취하여 호기성과 혐기성 실험을 실시하였다. 농경지 침수에 의한 토양의 용출속도를 재현하기 위하여 1차 실험에서는 강우 전 현장수, 2차 실험에서는 강우 후 현장수를 이용하여 실험하였으며, 3차 실험에서는 현장수와 증류수에 따른 용출반응 속도를 분석하고자 하였다. 1차 실험 결과 A-1 경작지의 COD와 T-P 항목의 용출속도는 호기성과 혐기성 모두 (+)양의 값, T-N 항목의 용출속도는 호기성과 혐기성 모두 (-)음의 값을 나타냈다. B-1 경작지의 COD 항목의 용출속도는 호기성에서 (-)음의 값, 혐기성에서 (+)양의 값을 나타냈으며, T-P와 T-N 항목의 경우 A경작지와 동일한 결과가 나타났다. 2차 실험 결과 A-2 경작지의 COD와 T-P 항목의 용출속도는 A-1과 동일하게 호기성과 혐기성 모두 (+)양의 값을 나타냈으며, T-N 항목의 용출속도는 호기성에서 (+)양의 값, 혐기성에서 (-)음의 값을 나타냈다. 3차 실험 결과 현장수의 혐기성에서 T-N 항목의 용출속도가 (-)음의 값을 나타냈으며, 그 외 현장수의 T-N 항목의 호기성과 COD와 T-P 항목의 호기성과 혐기성, 증류수의 COD와 T-P, T-N 항목의 호기성과 혐기성 모두 (+)양의 값을 나타냈다. 또한, 토양시료의 영양염류 변화를 분석하기 위해 3차 용출실험 전·후 토양을 채취하여 분석한 결과 현장수와 증류수 그리고 호기와 혐기 조건에서 질소와 인의 함유량이 감소하여 토양의 용출이 이루어진 것으로 나타났다. 저수구역 내 경작지와 현장수를 이용한 용출특성 분석 결과 COD 항목의 경우 혐기조건에서 모두 농경지 토양의 용출이 발생하는 것으로 나타났으며, T-P의 경우도 혐기와 호기조건에서 모두 용출이 되는 것으로 나타났다. 그러나 질소계열의 경우 강우가 발생하기 전(1차 실험)에는 토양에 의한 용출이 되지 않는 것으로 나타났으며, 강우가 발생(2차 실험)하여 토양이 저류되면 호기성 조건에서 용출이 발생되는 것으로 나타났다. 실험결과를 통해 얻은 용출특성은 침수된 경작지가 저수구역 내 수질에 미치는 영향을 파악하여 효율적 농업비점오염 관리정책에 반영 가능할 것으로 생각되며, 경작지별 용출속도를 산정하기 위해 농경지 외에 추가적으로 논과 초지를 대상으로 한 용출실험이 필요할 것으로 판단된다.

머신러닝 기법을 활용한 수질 예측 가능성 연구

유나영 ( Nayeong Yu ),신민환 ( Minhwan Shin ),박상준 ( Sangjoon Bak ),임정하 ( Jungha Lim ),금동혁 ( Donghyuk Kum ),김종건 ( Jonggun Kim ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-

최근 과거와 다른 강우패턴으로 인해 발생하는 비점오염물질로 인한 수질악화는 사회적 ·경제적 문제로 야기되고 있다. 비점오염물질은 강우에 의해 유출되며 오염원이 광범위하게 분포하고 있어 오염물질 발생량의 정량화가 쉽지 않다. 수질오염 문제의 해결을 위해서는 강우시 발생하는 오염물질의 발생 패턴과 정량화가 우선되어야 한다. 이를위해 환경부에서는 홍수통제소, 수질측정망, 총량측정망, 비점오염물질측정망, 자동측정망 등을 운영하여 지속적인 하천의 수질을 측정하고 있다. 수질측정망과 총량측정망의 경우 월 1회 또는 연 36회 이상으로 수질을 측정하고 있으나, 강우시 수질 데이터의 부족으로 인해 비점오염물질이 심한 지역의 하천오염 대응이 어려운 실정이며, 자동측정망은 1시간 간격으로 데이터를 축적하고 있으나 하천의 수질오염을 대표할 수 있는 수질분석 항목의 부재 등 오염원의 현황을 파악하기 어렵다. BOD와 T-P, SS 등을 측정하고 있는 비점오염물질측정망은 강우시 수질측정이 이루어지고 있으나, 2022년 8월 현재 36개 지점으로 전국의 하천의 수질오염 현황을 파악하기에는 어려움이 있다. 본 연구에서는 강우시 수질분석 자료가 중요시 되는 비점오염원관리지역 중 골지천 유역의 수질자료와 기상자료 등의 실측자료를 기반으로 머신러닝을 통해 미계측 지역의 수질항목별 농도와 결측자료 예측이 가능한지 검토하고자 하였다. 머신러닝 기법은 의사결정 나무(Decision T ree, D T), 신경망(Multi Layer Perceptron, MLP), XG-부스트(Extream Gradient Boost, XGB), 서포트 벡터 머신(Support Vector Machine, SVM), 랜덤 포레스트(Random Forest, RF), 그래디언트 부스팅(Gradient Boosting, GB)와 같이 6가지 기법을 사용하였다. 수질분석 자료는 2017년부터 2019년까지 골지천 유역 내 5개 지점에서 지점별 196회~228회의 모니터링 결과(유량, EC, 탁도, BOD5, SS, T-N, T-P, TOC)를 이용하였으며, 기상자료는 기상청의 온도와 풍속, 습도 등의 자료를 확보하였다. 머신러닝의 입력변수는 홍수통제소와 수질측정망에서 측정하는 유량과 EC, 탁도, 기상자료(온도, 풍속, 습도) 등을 활용하였으며, 입력변수를 통해 5개 지점의 수질항목별 농도(BOD5, SS, T-N, T-P, TOC)를 예측하였다. 머신러닝 기법 적용 결과 5개 지점에서 랜덤 포레스트(RF) 기법이 평균 0.71로 수질항목별 농도예측이 가장 잘 되는 것으로 나타났다. 그러나 5개 지점 중 유역면적이 가장 작은 관말교 지점과 유역면적이 가장 큰 제1여량교 지점의 경우 항목간 예측 편차가 큰 것으로 나타나 전국의 하천수질을 예측하기 위해서는 유역면적 혹은 유역특성과 관련한 기초자료를 추가로 적용하여 머신러닝 기법을 고도화 해야할 것으로 보여진다. 또한, 본 연구에서 예측한 수질항목 이외에 기타 항목은 다른 머신러닝 기법의 예측 효율이 높을 수 있으므로 추가 입력변수 확보를 통한 검토가 필요할 것으로 보여진다.

강원도 비점오염원 관리지역의 비점오염 저감시설 현황분석

임정하 ( Jungha Lim ),유나영 ( Nayeong Yu ),금동혁 ( Donghyuk Kum ),신민환 ( Minhwan Shin ),홍은미 ( Eunmi Hong ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

강우시 강원도 내 고랭지 밭에서 배출되는 비점오염물질은 하류 수계의 수질 및 수생태계에 악영향을 미친다. 이에 따라 환경부는 강원도 내 만대·가아·자운·도암지구를 비점오염원관리지역으로 지정하고 토양유실 및 탁수 개선 등의 목표 달성을 위해 식생배수 및 식생도랑, 겨울피복 작물재배 및 양분관리, 재배작물 작목전환, 경운방법 개선, 객토관리 등의 발생원 관리정책, 유출경로 관리정책 및 다양한 비점오염저감시설 등의 노력을 기울이고 있다. 본 연구는 비점오염원 관리지역의 비점오염 저감시설 현황에 대한 기초자료를 수집하고, 저감시설의 현황분석을 통한 관리대책과 유지관리의 실태를 분석하고자 하였다. 2019년 기준 만대지구는 227개 지점, 가아지구는 147개 지점, 자운지구는 314개지점, 도암호는 530개 지점에 저감시설이 설치되어있으며, 수로형시설(우회수로, 도수로, 벤치플륨관, 유공관, 침투맨홀, 건널목수로관, 배수관, 파형강관, 식생수로, 집수정), 사면보호시설(사면매트, 석축, 전석쌓기, 찰쌓기, 견치석, 식생매트, 식생토낭, 옹벽, 돌망태, 사면안정화 구조물, 코이어롤, 씨드스프레이), 침전시설(침사구, 인공습지, 침사지), 작목전환(피복작물, 과수전환), 식생여과대(밭두렁, 식생대) 등의 저감시설이 설치·운영되는 것으로 조사되었다. 또한, 만대지구의 227개 개별저감시설 조사 결과 손망실 시설은 22개 시설로 9.7%, 정비필요는 39개 시설로 17.2%를 차지하는 것으로 나타났다. 가아지구의 147개 개별저감시설 조사 결과 손망실 시설은 5개 시설로 3.4%, 정비필요는 13개 시설로 8.8%를 차지하는 것으로 나타났으며, 자운지구의 314개 개별저감시설 조사 결과 손망실 시설은 16개 시설로 5.1%, 정비필요는 94개 시설로 29.9%를 차지하는 것으로 나타났다. 도암호는 530개 개별저감시설 조사 결과 손망실 시설은 95개 시설로 17.9%, 정비필요는 192개 시설로 36.2%를 차지하는 것으로 나타났다. 기존에 구축되어 있던 데이터베이스와 현장 조사결과가 불일치하여 저감시설을 확인하지 못한 비율이 높았기 때문에 시설관리를 위한 지속적인 데이터베이스 보완 작업이 필요할 것으로 판단된다.