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SWAT 모델과 디지털 트윈을 활용한 물관리 의사 결정 지원 시스템 개발
정예찬 ( Yechan Jeong ),이관재 ( Gwanjae Lee ),이서로 ( Seoro Lee ),최용훈 ( Yonghun Choi ),박상준 ( Sangjoon Bak ),정연지 ( Yeonji Jeong ),임경재 ( Kyoung Jae Lim ) 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0
Soil and Water Assessment Tool (SWAT) 모델은 국내·외로 유역 단위에서 유출 및 수질을 예측하는데 활용되고 있다. 하지만 SWAT 모델의 결과물은 데이터 테이블 형식으로 제공된다. 따라서 유역 내 하천별 수문 모의 결과를 직관적으로 확인하기 어렵다는 단점이 있다. 최근 다양한 분야에서 디지털 트윈 기술을 활용한 3D 가상환경 구축 사례가 증가하고 있다. 디지털 트윈 기술은 현실의 공간을 가상환경으로 구축해 실시간 현실의 상황을 파악하여, 의사 결정 지원을 제공한다는 장점이 있다. 본 연구에서는 SWAT 모델의 결과값을 시각화하기 위해 가상환경 3D 지도인 CESIUM을 사용한 디지털 트윈 기반의 물관리 의사결정 지원을 위한 시스템을 개발하였다. 이 시스템은 3D 지형에 SWAT 모델을 통해 모의 된 하천의 유량 및 수질에 대한 표출이 가능할 뿐만 아니라 기후나 유역환경에 따른 유역내 수문 변화를 시·공간적으로 파악할 수 있는 장점이 있다. 향후 본 연구에서 개발된 디지털 트윈 기반 물관리 의사 결정 지원 시스템은 오염지역 선정뿐만 아니라 유량 확보 및 수질 개선 시나리오 결과를 시각화하여 유역 관리 방안을 효율적으로 수립하는데 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
최용훈 ( Yonghun Choi ),박상준 ( Sangjoon Bak ),정연지 ( Yeonji Jeong ),이관재 ( Gwanjae Lee ),남내현 ( Naehyeon Nam ),임경재 ( Kyeongjae Lim ) 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0
유역모형은 점오염원과 비점오염원을 예측하고, 합리적인 대책 수립 등에 활용하기 위해 사용된다. 모델의 주요 점오염원 입력자료는 하수처리장과 같은 수질오염물질 배출시설의 방류수 자료가 활용된다. 그러나 방류량 및 수질 자료가 없거나, 자료가 불충분한 경우에는 유역의 점오염원을 평가는 한계가 있다. 본 연구에서는 하수도 보급이 낮은 농촌지역에서 점오염원을 평가하는 방안으로 국가 배출부하량 자료를 활용하였고, 적용 전과 후의 오염부하를 비교하여 하수도 보급이 낮은 유역의 점오염 기여도를 SWAT 모형을 통해 평가하였다. 연구지역은 하수도 보급률이 29.4%로 낮은 횡성댐 유역으로 선정하였고, 평가항목은 수질오염총량제에서 사용하고 있는 BOD와 TP로 결정하였다. SWAT 모형의 입력자료 구축을 통해 점오염원을 입력하지 않은 시나리오 (S0)와 소규모 하수처리시설의 방류량과 수질을 적용한 시나리오 (S1), 그리고 국가 점오염원 배출부하량 자료를 활용한 시나리오 (S2)로 구분하였다. 2012년부터 2021년까지 평균 부하량은 BOD 항목에서 S0 287.6 ton/year, S1 287.9 ton/year, S3 299.3 ton/year, TP 항목에서 S0 10.8 ton/year, S1 10.9 ton/year, S3 11.4 ton/year으로 평가되었다. S0에 비해 S1에서는 BOD +0.3 ton/year, TP +0.1 ton/year, S2에서는 BOD +11.6 ton/year, TP +0.6 ton/year, S1에 비해 S2에서는 BOD + 11.3 ton/year, TP +0.5 ton/year의 차이가 발생하였다. S1의 점오염원 기여도는 BOD 0.1%, TP 1.2%로 매우 낮게 나타났으나, S2에서는 3.9%, 5.3%로 상승하였다. 유역의 주요 오염원이 비점오염으로 점오염원이 차지하는 비중은 크지 않았으나, 시나리오에 따라 점오염원의 편차가 상대적으로 크게 나타났다. 2021년 기준 국가 배출부하량 자료에서 횡성댐 유역의 BOD와 TP 점 배출부하는 전체 배출부하의 6.4%와 2.7%를 차지하는 것으로 조사되었다. 모형의 보정 수준 및 하천 유달율 등 다양한 원인으로 2021년 기준 국가 배출부하량 자료의 점오염원 기여율과 S2로 모의된 기여율 사이에서 차이가 나타났으나, 농촌지역의 점오염원 평가에 국가 배출부하량 자료가 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 다만 국가 점오염원 배출부하량은 모든 일자에 동일한 값으로 입력되므로, 향후 국가 점오염원 배출부하량을 월별 또는 일별로 구성할 수 있는 통계적인 접근 방안이 필요하다.
SS 원단위 배출부하의 불확실성을 고려한 내린천 유역의 유사 거동 특성 분석
최용훈 ( Yonghun Choi ),박상준 ( Sangjoon Bak ),정연지 ( Yeonji Jeong ),임경재 ( Kyeongjae Lim ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-
소양호 유역의 최상류인 홍천군 자운리(소양강-내린천-자운천)는 2015년부터 비점오염원 관리지역으로 지정되어, 소양호로 유입되는 SS 농도를 저감하기 위하여 비점오염저감시설 등을 설치하는 등 다양한 관리 대책들이 적용되고 있다. 내린천 유역의 자운리에서 발생한 토양유실의 거동 특성 분석은 지표면에서 발생하는 토양유실량의 불확실성을 고려하였다. 이를 위해 환경부에서 제시한 SS 원단위 배출부하를 1배, 2배, 3배로 증가시키는 시나리오로 구성하여 SWAT 모형의 모의 결과를 비교하였다. 2021년 비점오염측정망 자료를 활용하여 SWAT 모형을 보정하였으며, 유량모의 적합성은 R<sup>2</sup> 0.770, NSE 0.718, Pbias 13.0으로 “GOOD”등급에 해당하는 것으로 나타났다. 환경부 원단위 SS 배출부하를 2배, 3배를 증가시켜도 SS 적합성 평가(R<sup>2</sup>, NSE)는 “GOOD” 등급으로 나타났다. 간헐적인 실측 모니터링 결과를 활용한 연중 SS 배출량 평가에 유역 모형을 사용할 때 주의가 필요한 부분으로 이야기할 수 있다. 내린천 말단의 SS 모의 부하량은 시나리오에 따라 37,860 ton/year, 78,056 ton/year, 84,346 ton/year으로 나타났다. 이때 자운천에서 하천을 통해 이동하는 SS 모의 부하량은 시나리에 따라 3,846 ton/year, 7,136 ton/year, 10,703 ton/year으로 나타났다. 배출 시나리오에 따른 자운천의 SS 배출 기여율은 10.2%, 9.1%, 12.7%로 시나리오에 따라 차이가 나타났다. 따라서 상류에서 하류로 오염 물질이 이동하는 것과 같은 거동 특성 등을 분석하는 연구에서는 지표면 발생하는 오염물질의 배출량에 대한 불확실성을 고려하여 모의 결과를 제시할 필요도 있을 것으로 판단된다.
SWAT 모형의 일 강우량 산정 기준에 따른 유량 모의
최용훈 ( Yonghun Choi ),정예찬 ( Yechan Jeong ),양동석 ( Dongsuk Yang ),임경재 ( Kyeongjae Lim ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-
SWAT 모형의 하천 유량 모의에서 강우량은 매우 중요한 변수로 작용하는데, 일강우량은 Skewed normal 또는 Mixed exponential 등으로 분해(disaggregate)한다. 우리나라의 일 강우량 산정은 보통 0시부터 다음날 0시 전까지 발생한 강우량으로 산정되며, SWAT 모형에서도 보통 이 기준의 강우량이 입력자료로 활용되고 있다. SWAT 모형에서 직접 유출의 지연은 Surlag 변수를 활용할 수 있으나, 모든 강우사상에 동일하게 적용되는 문제점이 있다. 또한 일강우량의 시간적 분포는 Subdaily 방법을 사용해 적용할 수 있으나, SWAT 모형의 장점인 CSC runoff equation을 사용하지 않으며, 모의 과정이 복잡해 잘 사용하지 않는다. 본 연구는 강우 발생일의 23시 혹은 22시 등 다음날의 일강우량 산정 기준과 가까운 시간에 발생한 강우량이 SWAT 모형의 유량 모의에서 불리하게 적용될 수 있다고 가정하였으며, 일 강우량의 산정 시간의 변경에 따라 유량 모의의 정확성이 개선되는지를 평가하였다. 일 강우량 산정 기준은 전일 23시~당일 23시, 전일 22시~당일 22시 등 1시간 간격으로 차감하여 시나리오를 구성하였다. 시나리오에 따라 9시간 기준까지 모의 결과가 좋아지는 것으로 나타났다. 0시 기준 시나리오와 비교하면 약 4시간 이내의 시나리오에서 가장 좋은 결과를 보인 것으로 판단되었다. 이러한 결과는 유역의 크기와 특성에 따라 전일 20시에서 24시 사이에 발생한 강우량이 유출 지연에 따라 해당일이 아니라 다음날 발생하는 유량에 영향을 주는 것으로 판단된다. 따라서 효과적인 하천 유량 모의를 위해서는 강우관측소의 위치와 유역의 크기 등을 고려하여 적절한 일 강우량 산정 기준을 적용할 필요가 있을 것으로 판단된다.
이형기,옥영길,최용훈,정호,Lee, Hyung-Kee,Ok, Young-Kil,Choi, Yong-Hun,Kim, Jung-Ho 대한한방안이비인후피부과학회 2015 한방안이비인후피부과학회지 Vol.28 No.2
Objective : To investigate how general characteristics and life habits of patients affect severity of acne which was determined by Korean Acne Grading system(KAGS). To adress correlation between the severity of acne and subjective stresses from which patients suffer. Methods : 86 patients answered to questionaire sheet on their general characteristics and life habits and rated their level of stresses as a number in the range between 0 and 10. Then an oriental medical doctor evaluated subject's acne grades, based of KAGS, through observations on papules, nodules, and scars before (medical) treatments. All data (collected) were analyzed using SPSS 22 (software for windows). To clearly demonstrate association of subjects general characteristics, life habits with KAGS grades, Chi-square tests were performed. The correlation between the KAGS grades and the level of stresses was determined using one-way ANOVA followed by Scheffe's post-hoc analysis. Results & Conclusion : Majority of subjects were women, students between 15 and 25 years old, and patients with normal range of Body Mass Index(BMI). Dysmenorrhea presence and premenstrual exacerbation of acne had statistically significant relationship, suggesting their potential influences on KAGS grades as major factors.
점, 선, 면 관점에서의 SWAT 모델을 통한 토양유실 및 유사 발생 예측
박상준 ( Sangjoon Bak ),최용훈 ( Yonghun Choi ),이서로 ( Seoro Lee ),이관재 ( Gwanjea Lee ),정연지 ( Yeonji Jeong ),임경재 ( Kyeongjae Lim ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-
유사의 발생 및 거동을 파악하기 위해서 전세계적으로 여러 유역단위 수문모형이 이용되고 있습니다. 그 중 Soil and Water Assessment Tool (SWAT) 모형은 장기간 유역 모의가 가능하며 다양한 토양이용과 토지특성을 고려할 수 있고 토양유실, 유사 발생 및 거동을 시간적/공간적으로 분석 가능하여 국내뿐만 아니라 국외에서도 많은 연구에 사용되고 있다. 그러나 SWAT 모형에서 하도 추적 과정에서 무한하게 침식되어 유사의 거동을 모의할 때 문제가 있다. 이는 하천 라우팅 관련 매개변수 조정만을 통해서 모델의 점 단위인 최종 유출구에서 유사를 평가를 할 수 있다는 것을 의미한다. 따라서 SWAT 모형을 통해 정확한 토양유실, 유사 발생 및 거동을 평가하기 위해서는 점, 선, 면 단위 관점에서의 모델링이 필요하다. 이에 본 연구에서는 면 단위 관점에서 모델링을 위하여 MUSLE식을 국내 토지이용별 원단위 기반으로 개선한 선행 연구를 활용하였다. 또한, 선 단위 모델링을 위하여 SWAT 모형의 하도 추적 과정에서 강우시 수문곡선의 상승부와 하강부에 대한 유사 패턴의 특성을 파악하여 하천 sediment routing 매개변수가 상승부와 하강부에 각각 다르게 적용될 수 있도록 개선하였다. 본 연구에서 개선된 모형은 비점오염관리지역 중 하나인 자운천 유역에서의 토양 유실, 유사의 거동을 잘 반영하는 것으로 확인되었다. 향후 모델 매개변수 불확실성과 모델 결과를 해석하는데 어려움을 감소시키기 위해서는 이러한 점, 선, 면 관점에서의 수문 모델링이 필요할 것으로 판단된다