Occurrence of process environment changes, such as influent load variances and process condition changes, can reduce treatment efficiency, increasing effluent water quality. In order to prevent exceeding effluent standards, it is necessary to manage effluent water quality based on process operation data including influent and process condition before exceeding occur. Accordingly, the development of the effluent water quality prediction system and the application of technology to wastewater treatment processes are getting attention. Therefore, in this study, through the multi-channel measuring instruments in the bio-reactor and smart multi-item water quality sensors (location in bio-reactor influent/effluent) were installed in The Seonam water recycling center #2 treatment plant series 3, it was collected water quality data centering around COD, T-N. Using the collected data, the artificial intelligence-based effluent quality prediction model was developed, and relative errors were compared with effluent TMS measurement data. Through relative error comparison, the applicability of the artificial intelligence-based effluent water quality prediction model in wastewater treatment process was reviewed.

급격한 산업화와 도시화로 인해 해양 오염이 심각해지고 있으며, 이러한 해양 오염을 실효적으로 관리하기 위해 수질평가 지수(Water Quality Index, WQI)를 마련하여 활용하고 있다. 하지만 수질평가지수는 다소 복잡한 계산과정으로 인한 정보의 손실, 기준값 변동, 실무자의 계산오류, 통계적 오류 등의 불확실성(uncertainty)을 내포하고 있다. 이에 따라 국내ㆍ외에서 인공지능 기법을 활용하여 수질평가지수를 예측하기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 연구에서는 해양환경측정망 자료(2000 ~ 2020년)를 활용하여 우리나 라 전 해역 즉, 5개의 생태구에 대한 WQI를 추정할 수 있는 가장 적합한 인공지능기법을 도출하기 위해 총 6가지의 기법(RF, XGBoost, KNN, Ext, SVM, LR)을 실험하였다. 그 결과, Random Forest 기법이 다른 기법에 비해 가장 우수한 성능을 보였다. Random Forest 기법의 WQI 점수 예측값과 실제값의 잔차 분석 결과, 모든 생태구에서 시간적 및 공간적 예측 성능이 우수한 것으로 나타났다. 이를 통해 본 연구에서 개발한 Random Forest 기법은 높은 정확도를 바탕으로 우리나라 전해역에 대한 WQI를 예측 가능할 것으로 사료된다.

In this study, we performed algorithms to predict algae of Chlorophyll-a (Chl-a). Water quality and quantity data of the middle Nakdong River area were used. At first, the correlation analysis between Chl-a and water quality and quantity data was studied. We extracted ten factors of high importance for water quality and quantity data about the two weirs. Algorithms predicted how ten factors affected Chl-a occurrence. We performed algorithms about decision tree, random forest, elastic net, gradient boosting with Python. The root mean square error (RMSE) value was used to evaluate excellent algorithms. The gradient boosting showed 10.55 of RMSE value for the Gangjeonggoryeong (GG) site and 11.43 of RMSE value for the Dalsung (DS) site. The gradient boosting algorithm showed excellent results for GG and DS sites. Prediction value for the four algorithms was also evaluated through the Receiver operating characteristic (ROC) curve and Area under curve (AUC). As a result of the evaluation, the AUC value was 0.877 at GG site and the AUC value was 0.951 at DS site. So the algorithm‘s ability to interpret seemed to be excellent.

본 연구는 생태계 모델을 이용하여 부산연안으로 유입되는 부하량 삭감에 따른 해역의 수질개선 정도를 예측하였다. 모델링 결과에 의하면 COD, T-N, T-P 모두 수영만 연안과 낙동강 하구에서 뚜렷한 개선을 나타냈으며, 수영만을 제외한 만 중부에서 만 동쪽까지 는 수질개선이 거의 나타나지 않았다. 이는, 부산연안이 남해에 위치한 다른 해역에 비해 개방형경계를 가지고 있어서, 물질교환이 빠르 기 때문으로 판단된다. 수질개선을 위한 본 해역의 삭감 COD 부하량은 타 해역에 비해 적었고, 총 유입부하량에 대한 삭감비율 또한 작게 나타났다. 본 연구에 적용한 부하삭감량을 적용하면 수영만, 낙동강 하구부근에서 뚜렷한 수질개선효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.

Pulp and paper industry produces large volumes of wastewater and residual sludge waste, resulting in many issues in relation to wastewater treatment and sludge disposal. Contaminants in pulp and paper wastewater include effluent solids, sediments, chemical oxygen demand (COD), and biological oxygen demand (BOD), which should be treated by wastewater treatment processes such as coagulation and biological treatment. However, few works have been attempted to predict the treatment efficiency of pulp and paper wastewater. Accordingly, this study presented empirical models based on experimental data in laboratory-scale coagulation tests and compared them with statistical models such as artificial neural network (ANN). Results showed that the water quality parameters such as turbidity, suspended solids, COD, and UVA can be predicted using either linear or expoential regression models. Nevertheless, the accuracies for turbidity and UVA predictions were relatively lower than those for SS and COD. On the other hand, ANN showed higher accuracies than the emprical models for all water parameters. However, it seems that two kinds of models should be used together to provide more accurate information on the treatment efficiency of pulp and paper wastewater.

아산만 해역으로 방류수가 배출될 경우, 생태-유체역학모델을 이용하여 아산만 해역의 장기 수질변화를 예측하였다. 생태-유체역학 모델은 해수유동 시뮬레이션을 위한 다층모델과 수질시뮬레이션을 위한 생태계모델로 구성되어 있다. 생태-유체역학모델을 이용하여 아산만해역의 장기 수질을 예측한 결과, 5개 정점에서 화학적산소요구량, 용존무기질소 및 용존무기인의 농도분포는 현재 계산결과에서 6개월 동안 증가하였다. 수치실험 수행시간 1년에서 2년 사이에서는 화학적 산소요구랑, 용존무기질소, 용존무기인의 농도분포는 6개월 동안 증가한 농도분포가 차츰 감소하는 경향을 보였으며, 3년에서 10년 사이에서는 일정한 농도분포를 보였다. 화학적 산소요구량, 용존무기질소 및 용존무기인의 농도는 11~67%, 10~67% 및 0.57%의 범위로 증가하였다. 10년 동안의 수치 실험 결과 화학적산소요구량과 용존무기질소의 변화 폭이 크게 나타났으며 이는 하수처리장의 방류수 중 이 두 오염부하량이 많은 양을 차지하고 있기 때문이다. 아산만 연안해역에서 화학적산소요구량, 총질소, 총인의 농도는 해역수질환경기준 II등급으로 조사되었으나, 하수처리장의 방류수가 배출될 경우 사업지구 인근의 아산만 방조제 부근에서는 해역수질환경기준 III등급으로 나타났다.

The propriety of the numerical model application was examined on Paldang resevoir and its inflow tributaries located in the center of the Korean peninsula and the long term water quality forecast of the oxygen profile was carried out in this syduy. The input data of the model was the capacity of the reservoir, catchment area, percolation, diffusion rate, vertical mixing rate, dissolution rate from the bottom of the reservoir, outflow of the resevoir, water quality measurement and meteorology data of the drainage basin, and the output result was the annual estimation value of the dissolved oxygen concentration and the biochemical oxygen demand. The modeling method is based on the measured or calculated boundary condition dividing the water area into several blocks from the macorscopic aspect and considering the mass balance in these blocks. As the result of the water quality forecast, it was expected that the water quality in Northern Han River and Paldang reservoir would maintain the recent level, but that the water quality in the Southern Han River and its inflow tributary would worsen below the grade 4 of the life environmental standard from around 2000 owing to the decrease of DO concentration and the increase of BOD concentration.

본 연구에서는 IPCC가 발간한 AR5 의 시나리오 중 임의로 선택된 RCP 4.5와 RCP 8.5 기후변화 시나리오가 용담댐 유역과 호내의 유량과 수질변화에 미치는 영향을 분석 및 그 방법론을 수립하기 위해서 SWAT 모델과 CE-QUAL-W2 모델을 차례로 사용하였다. 기후변화 시나리오는 용담댐 유역에 대해 상세화 된 자료 를 사용하였으며 2016~2095년의 기간을 2016~2035년, 2036~2065년 그리고 2066~2095년의 세 가지의 기간으로 구분하고 또한 각 연도별로 5월과 10 월 사이의 우기(Wet Season)와 11월과 4월 사이의 건기(Dry Season)로 또한 구분하여 분석하였다. 전체 모의 기간에 대해 산술평균한 용담댐 유역의 유량과 TSS 및 TP는 RCP 4.5가 RCP 8.5 보다 큰 것으로 나타나고 TN의 경우 다른 경향을 나타내었다. 반면, 모델의 예측결과를 기간별 또는 연중 강우특성별로 구별하여 분석한 경우에는 각 경우마다 서로 다른 결과를 나타내고 있다. 기후변화 시나리오가 진행됨에 따라 전반적으로 강우일수는 감소하고 강우강도는 증가하여 갈수기에는 오염물질의 유출이 감소하고, 홍수기에는 오염물질의 유출이 증가하여 연간 오염물질 유출량이 홍수기에 집중되는 특성을 나타내었다. 상기와 동일 한 기간에 대해 SWAT 모델에서 생성된 유역의 자료를 CE-QUAL-W2 모델의 경계조건으로 사용하여 용담댐의 수질변화특성을 모의하였다. TSS와 TP농도는 하절기 강우량의 증가에 따라 특히, 높은 값을 나타내는 것으로 분석되었으나, 고형물질에 잘 흡착되지 않는 TN은 다른 경향이 나타났다. 따라서 기후변화에 의한 장래의 유량 및 수질 변화는 전반적인 경향과 더불어 지역적, 시기적 특성을 또한 반영하여 분석하는 것이 바람직하다고 판단되며 이에 따라 갈수 및 홍수에 의한 시기별, 지역별 유량 및 수질 관리 대책이 별도로 필요할 것으로 판단된다.

본 연구에서는 새만금유역과 호 내의 복잡한 수체 형상, 유입 및 유출 구조를 반영하는데 적합한 모델을 적용하고 재현성이 검토된 모델 결과를 이용하여 호 내 수질을 모의하였다. 또한 구성한 모형의 결과를 바탕으로 만경강, 동진강의 상류에 위치하고 있는 제수문에서의 방류조건을 가정하 여 모의를 수행하였다. 방류조건별 모의 결과, 만경강을 통해 유하하는 호 상류부인 M3, 동진강을 통해 유하하는 호 하류부인 D5지점에서 목표수 질을 초과하는 것으로 나타났고 새만금호 상류부인 M3, D3지점은 방류조건에 따른 수질개선효과가 큰 것으로 예측되어 만경강과 동진강의 유입 수의 영향이 지배적인 것으로 평가되었다. 전량방류시 영향범위를 거리로 살펴보면 만경강대교에서 새만금호 하류방향으로 약 22 km지점, 동진 강대교에서 새만금호 하류방향으로 약 15 km지점까지로 나타났다. 농도변화와 방류조건별 영향범위를 살펴보면, 하류측으로 갈수록 수질개선에 영향을 적게 미치지만, 증가된 방류량에 의해 수질이 개선되어 제수문에서의 방류량 증가는 호 내 수질개선에 기여하는 것으로 판단된다.

저수지는 생물서식공간 및 우수 저류공간, 비상용수 확보 등 여러 기능을 하고 있다. 그러나 하천에 비하여 유속이 느리고 체류시간이 긴 저수지에서는 쉽게 유입되는 유입물이 퇴적되기 싶다. 또한 퇴적물에서의 오염물질에 따라서 쉽게 수질이 악화되며 부영양화 현상이 빈번히 나타나고 있다. 따라서 본 연구에서는 충남 아산시 탕정면 명암리에 위치한 가락바위 소류지를 대상으로 수질분석을 수행하였다. 수질분석은 국립환경과학원(2006)에서 개발한 한국형 부영양화 평가방법을 이용하여 부영양화 분석을 수행하였으며 분석결과 빈번히 과영양상태가 발생하였다. 과영양상태가 발생되는 이유는 과거 저수지 주변이 농경지로 유기물질인 비료 사용으로 인해 저수지 바닥에 퇴적된 저질이 상당히 오염되어 있어 수질이 악화 되는 것으로 판단된다. 본 연구에서는 완전혼합모형 이론을 바탕으로 2013년 수질자료를 구축하였으며 구축한 결과 TN의 경우 평균 약 32.5%, TP의 경우 평균 약 32.8%의 저감능력을 보였다. 또한 2013년 수질을 예측하기 위하여 국내외 호소의 수질모의에 광범위하게 적용되고 있는 3차원 수질모델인 WASP모형에 적용하여 2013년 수질을 예측하였으며 예측결과 TN의 경우 평균 약 42.4%, TP의 경우 약 32.5%의 수질 저감능력을 보였다. 준설을 통한 수질을 저감하여 유지관리 되어 진다면 도시 내 친수공간 확보에도 큰 영향이 있을 것으로 판단된다.

Milyanggang mid-watershed is located in downstream of Nakdong river basin. The pollutants from that watershed have an direct effect on Nakdong river water quality and it's control is important to manage a water quality of Nakdong river. A target year of Milyanggang mid-watershed water environment management plan is 2013. To predict a water quality at downstream of Milyang river, we have investigated and forecasted the pollutant source and it's loading. There are some plan to construction the sewage treatment plants to improve the water quality of Milyang river. Those are considered on predicting water quality. As results, it is shown that the population of Milyanggang mid-watershed is 131,857 and sewerage supply rate is 62.2% and the livestock is 1,775.300 in 2006. It is estimated that the population is 123,921, the sewerage supply rate is 75.5% in 2013. The generated loading of BOD and TP is 40,735 kg/day and 2,872 kg/day in 2006 and discharged loading is 11,818 kg/day and 722 kg/day in 2006 respectively. Discharged loadings were forecasted upward 1.0% of BOD and downward 2.7% of TP by 2013. The results of water quality prediction of Milyanggang 3 site were 1.6 mg/L of BOD and 0.120 mg/L of TP in 2013. It is over the target water quality at that site in 2015 about 6.7% and 20.0% respectively. Consequently, there need another counterplan to reduce the pollutants in that mid-watershed by 2015.

An objective of this study is as follows: 1) performing sensitivity analysis and parameter estimation of RMA2 and RMA4 models for the West-Nakdong River, 2) drawing up alternatives of gates-operation for water-quality enhancement, and 3) quantitative evaluation of methodology of 'flow-restoration by gates-operation' among 'Comprehensive Plan Improving Water-Quality in the West-Nakdong River(WNR)' with the target water-quality(BOD at Nakbon-N point: below 4.3 mg/L). The parameters for the RMA2 (depth-averaged two-dimensional flow model) and RMA4 (depth-averaged two-dimensional water-quality model) were determined by sensitivity analysis. Result of parameter estimation for RMA2 and RMA4 models is 1,000 Pa․s of the eddy viscosity, 20 of the Peclet number, 0.025 of the Manning coefficient, and 1.0 m2/s of the diffusion coefficient. We have evaluated the effects of water-quality enhancement of the selected alternatives by numerical simulation technique with the models under the steady-state flow condition and the time-variant transport condition. Because of no-resuspension from river bottom and considering BOD as conservative matter, these simulation results slightly differ from real phenomena. In the case of 50 m3/s of Daejeo-gate inflow, two-dimensional flow pn results result represents that small velocity occurs in the Pyungkang Stream and no flow in the Maekdo River. In the WNR, there occurs the most rapid flow near timhae-bridge. In the WNR, changes of water-quality for the four selected simulation cases(6, 10, 30, 50 m3/s of the Daejeo-gate inflow) were predicted. Since the Daejeo-Gate and the Noksan-Gate can be opened up to 7 days, it would be found that sustainable inflow of 30 m3/s at the Daejeo-gate makes BOD in the WNR to be under the target of water-quality.

The water quality of reservoir can be controled by water quality prediction model because it can not only grasping the present water state but also predicting the water quality in future. In this study, WASP model is used to predict the water quality of Chungju reguration reservoir. This model has some special option which predicts the pollutant outflow phenomenon caused by the contamination sources. So this model is widely used because that can present the scientific basis in this field. This model can help the managers make the right choice of water quality policy. Environmental grade of Chungju reguration reservoir is in Ⅲ,Ⅳgrade which is in bad condition comparatively. The water contamination will be in poor as the year passes. When considering T-N, T-P which are the nutrient to control eutrophication, the concentrated administration about contamination sources is in urgent.

This study intends to provide the necessary basic data needed for predicting the water quality and examining changes in water quality on the basis of the hydrological changes: an outflow or the character of a flow by investigating the interaction of the parameters through the estimation of optimal parameters need for predicting the water quality of the dam basin and the sensitivity among those estimated parameters. Im-Ha Dam in the upstream area of the Nakdong River was selected for analysis, and the water quality survey data necessary for parameter estimation was based on the monthly water quality data (water temperature, BOD, T-N and T-P) between December 1, 2005~November 31, 2006. K1C(the saturated growth rate of plant plankton), K1RC (endogenous respiratory quotient of plankton), KDC(deoxidized ratio), K71C(minealized ratio of dissolved organic phosphorus), K83C(mineralized ratio of dissolved organic nitrogen) have been considered as the factors of the water quality performed in this water quality simulation, that is, the most effective parameters on BOD, T-N and T-P. In the result of the analysis of the sensitivity, KDC(deoxidized ratio) was the most sensitively reacted parameter on BOD and it was K71C(mineralized ratio of dissolved organic phosphorus) and K83C(mineralized ratio of dissolved organic nitrogen) on T-N and T-P. It is considered that it will be possible to apply the most optimal parameter to an analysis of the water quality simulation at Im-Ha Ho basin in the goal year by examining the interaction of the parameters through the parameters sampling which are able to applicable to prediction of the water quality and the analysis of the its sensitivity, in the future, also the analysis on the basis of the hydrological conditions: an outflow or the character of a flow will be needed.

The objective of this study is analysis of Andong-Dam lake water quality with water quality model. Model parameters of the WASP applied to Lake Andong-Dam were estimated. The methodology is based on grouping water quality constituents and relevant parameters and successively estimating parameters by a trial-and-error procedure. Water quality system for modeling consisted of BOD, DO, T-N, T-P. The results of water quality modelling using WASP. T-N was maximum affected by K71C(Organic nitrogen mineralization rate) parameter. T-P was maximum affected by K83C(Dissolved organic phosphorus mineralization) parameter, and It did not show a difference almost from the parameter of others and it omitted. BOD was maximum affected by Temperature parameter, it was visible of the reaction due to the KDC(Deoxygenation rate) in afterwords, and It did not show a difference from the parameter of others and it omitted. DO was maximum affect by Temperature parameter, and It did not show a difference almost from the parameter of others and it omitted. The parameter which it presumes from the this study uses a water quality modeling and Actual value and the result with which it compares, error rate the parameter presumption which is appropriate with 1% interior and exterior is investigated, It will reach and it uses and it will be able to apply to the suitable parameter in water quality modelling of the objective area which can be feeded by it becomes.

As an effort to clarify the ecosystem of Osaka Bay, a semi-enclosed coastal area under the influence of stratification, a three-dimensional water quality model with combination of the baroclinic flow model and primitive eco-system model was constructed. The proposed model succeeded in simulating the time-depending flow and density structure and the baroclinic residual currents in Osaka Bay. In present study, we tried to improve the model by taking account of the benthic-pelagic interaction and exchange of nutrients between sea bottom sediments and overlaying water. On vertical structure, the model consists of 13 layers of water and eight layers of sediments. Long-term prediction of water quality was conducted from 1964 to 1985. This period is characterized by rapid water pollution and its decrease by the cutoff reduction of COD and P flowed into Osaka Bay. By combining the sediment model into original model, the numerical model was confirmed to shows more reasonable results in simulating the water quality in Osaka Bay.

도시하천 하류부에서의 하상퇴적토 준설에 따른 수직개선효과를 검토하기 위해 유한차분법을 사용하여 목표년도 하수의 차집율에 따라 목표수질 달성에 대한 기여정도를 분석하였다. 도시를 관류하고 있는 11.2km의 하천구간내에 21개 지점을 선정하여 시추를 실시하였으며, 용출시험을 통한 하상퇴적토의 오염정도을 조사하였다. 하상퇴적토 준석에 따른 주요지점별 COD 변화를 갈수량, 저수량 및 평수량에 대해서 검토하였고, 그 결과 오염된 하상퇴적토의 준설이 수질개선에