선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 또한 탁도는 유사량과 높은 상관관계를 가지며, 유량-유사량의 관계보다 유사량-탁도 관계가 상대적으로 더 높은 상관관계를 보이는 것을 검증한 연구결과도 있다(Ellison, 2010). 따라서 본 연구에서는 원수 탁도와 수문자료간의 주성분분석을 수행하고, 탁도와 같은 그룹으로 분류되는 수문자료를 대상으로 상관관계를 분석하였다. 충주정수장 원수탁도의 통계분석을 위해서 사용된 수문자료는 충주댐의 유입량과 방류량, 강우량, 수온, pH, 수위, 알카리도, 전기전도도를 이용하였다.
- 본 연구에서는 장래의 원활한 용수공급과 정수장의 효율적이고 경제적인 설계·유지·관리를 위해서 수원의 탁도와 수문자료간의 상관관계를 분석하였다.
- 그 중에서 팔당댐의 경우에는 총 8개의 정수장으로 도수되어 정수한다. 본 연구에서는 충주댐을 취수원으로 하는 충주정수장과 팔당댐을 취수원으로 하는 와부정수장을 중심으로 분석을 수행하였다. 한강유역에 설치되어 운영 중인 204개 강우관측소의 티센망(Thiessen network)을 구축한결과, 취수원인 충주댐과 팔당댐은 충주 강우관측소와 팔당댐 강우관측소 구역에 포함되는 것으로 나타났다(Fig.
- (2008)은 탁도에 영향을 주는 인자 중 강우강도와 강우지속시간을 대상으로 상관분석 및 회귀분석 등 통계학적 기법을 적용하는 연구를 수행했다. 이 연구에서는 강우특성에 따른 하천의 탁도예측을 위한 회귀식을 도출하였고 강우에 따른 하천의 탁도와의 유의미한 상관성이 있음을 제안하였다.
제안 방법
- 따라서 본 연구에서는 한강에 위치한 광역정수장 두 곳의 10년치 원수탁도 및 강우, 댐의 유입·유출 유량 시계열자료를 이용하여 상관분석과 주성분분석을 수행하여 상관관계를 분석하고, 회귀분석을 이용하여 강우 및 유입·유출 유량의 변화에 따른 원수탁도 변화를 예측할 수 있는 회귀식을 도출하였다.
- 정수장의 원수탁도와 수문자료간의 상관관계를 분석하기 위하여, 상관분석과 주성분분석을 수행하였다. 또한 상관관계 분석결과를 바탕으로 회귀분석을 수행하여, 원수탁도를 예측할 수 있는 회귀식을 제안하였다. 총 10년간의 원수탁도와 수문 시계열자료 중에서 2003년부터 2010년까지인 8년간의 자료는 주성분분석 및 상관분석, 회귀분석을 수행하는데 이용하였으며, 그 후 2011년부터 2012년까지 2년간의 자료는 제안한 회귀식의 검증을 위해서 사용하였다.
- 충주정수장 원수탁도의 통계분석을 위해서 사용된 수문자료는 충주댐의 유입량과 방류량, 강우량, 수온, pH, 수위, 알카리도, 전기전도도를 이용하였다. 와부정수장 원수탁도의 통계분석을 위해서는 충주정수장 원수탁도 통계분석을 위해 사용한 동일 수문자료 항목과 색도, 냄새를 추가로 사용하였다. 강우자료는 수원인 충주댐과 팔당댐이 포함되어있는 티센망의 충주 강우관측소와 팔당댐 강우관측소 자료를 이용하였다.
- 0%를 설명하는 대표성분으로 나타났다. 주성분분석 결과를 도식화하면 충주정수장의 원수탁도와 8개의 수문자료를 2개의 그룹으로 구분할 수 있는데, 그 중에서 원수탁도와 상관관계가 가장 큰 강우량과 충주댐의 유출량과 방류량에 대해서 상관분석을 수행하였다(Fig. 4(a)).
- 따라서 본 연구에서는 원수 탁도와 수문자료간의 주성분분석을 수행하고, 탁도와 같은 그룹으로 분류되는 수문자료를 대상으로 상관관계를 분석하였다. 충주정수장 원수탁도의 통계분석을 위해서 사용된 수문자료는 충주댐의 유입량과 방류량, 강우량, 수온, pH, 수위, 알카리도, 전기전도도를 이용하였다. 와부정수장 원수탁도의 통계분석을 위해서는 충주정수장 원수탁도 통계분석을 위해 사용한 동일 수문자료 항목과 색도, 냄새를 추가로 사용하였다.
대상 데이터
- 와부정수장 원수탁도의 통계분석을 위해서는 충주정수장 원수탁도 통계분석을 위해 사용한 동일 수문자료 항목과 색도, 냄새를 추가로 사용하였다. 강우자료는 수원인 충주댐과 팔당댐이 포함되어있는 티센망의 충주 강우관측소와 팔당댐 강우관측소 자료를 이용하였다. Fig.
- 원수탁도와 강우, 댐 유입유량 간의 상관관계 분석을 수행하기 위해서 충주정수장과 와부정수장의 원수탁도 자료를 2003년부터 2012년까지 총 10년 동안 시계열자료로 구축하였다(Fig. 2). 10년의 시계열자료에서 두 정수장 모두 2006년도에 최고 탁도가 발생한 것으로 나타났으며, 정수장별 최고 탁도는 충주정수장이 543.
- 일례로 소양호 저수지는 2005년까지 30 NTU (Nephelo-metric Turbidity Unit)이상의 방류가 연중 1∼2개월 정도였고, 최고 탁도도 79 NTU 정도였으나, 태풍 에위니아의 영향으로 방류수 최고 탁도가 328 NTU를 기록하였으며, 고탁수 조기배제중심의 댐 운영에도 불구하고 2006년 7월에서 2007년 2월까지 약 8개월간 탁수가 지속된 바 있다.
- 또한 상관관계 분석결과를 바탕으로 회귀분석을 수행하여, 원수탁도를 예측할 수 있는 회귀식을 제안하였다. 총 10년간의 원수탁도와 수문 시계열자료 중에서 2003년부터 2010년까지인 8년간의 자료는 주성분분석 및 상관분석, 회귀분석을 수행하는데 이용하였으며, 그 후 2011년부터 2012년까지 2년간의 자료는 제안한 회귀식의 검증을 위해서 사용하였다.
데이터처리
- 회귀분석은 독립변수의 개수와 독립변수와 종속변수의 관계에 따라서 단순회귀(simple regression), 곡선회귀(curvilinear regression), 중회귀(multiple regression), 다항회귀(polynomial regression), 비선형회귀(nonlinear regression)로 분류된다. 본 연구에서는 독립변수와 종속변수가 선형관계일 때 주로 사용되는 단순 회귀분석과 중회귀분석을 이용하여 분석을 수행하였다. 단순회귀분석과 중회귀분석의 일반적인 형태는 Eq.
- 본 연구에서는 장래의 원활한 용수공급과 정수장의 효율적이고 경제적인 설계·유지·관리를 위해서 수원의 탁도와 수문자료간의 상관관계를 분석하였다. 상관관계 분석을 위해서 상관분석과 주성분분석 기법을 이용하였으며, 회귀분석을 통해 제안된 회귀식을 이용하여 탁도 변화 예측을 수행하였다. 본 연구를 통하여 최종적으로 아래와 같은 결론에 도달할 수 있었다.
- 정수장의 원수탁도 시계열자료와 상관성이 높은 것으로 확인된 시계열자료를 이용하여 회귀분석을 수행하고, 원수탁도 예측을 위한 회귀식을 제안하였다. 충주정수장과 와부정수장의 원수탁도 자료가 각각 가장 큰 상관성을 나타낸 충주댐 방류량과 팔당댐 유입량 자료를 이용하여 회귀분석을 수행한 결과는 Table 3과 같다.
- 정수장의 원수탁도와 수문자료간의 상관관계를 분석하기 위하여, 상관분석과 주성분분석을 수행하였다. 또한 상관관계 분석결과를 바탕으로 회귀분석을 수행하여, 원수탁도를 예측할 수 있는 회귀식을 제안하였다.
- 4(b)). 주성분분석을 통해서 같은 그룹으로 분류된 수문자료에 대해서 상관분석을 수행하였다. 그 결과, 와부정수장의 원수탁도와 팔당댐 유입량이 가장 큰 상관성을 나타내는 것으로 나타났다(Table 2).
- 5). 회귀식을 이용한 예측치와 실측치를 비교하기 위하여 평균제곱근오차(RMSE; Root Means Square Error), 절대최대오차(MAE; Maximum Absolute Error), 상대최대오차(MRE; Maximum Relative Error)를 이용하였으며, 그 결과는 Table 4와 같다. 상대최대오차와 절대최대오차는 제안한 회귀모형이 원수탁도를 과대추정하면서 발생하는 것으로 나타났다.
성능/효과
- 1) 상수도시설기준(KWWA, 2010)에서 정수장설계를 위해 원수탁도가 입력값으로 사용되며, 원수탁도를 계산하기 위해서 제시되고 있는 두 가지 경험식은 연구대상지역에서 최대 약 1.7배까지 차이가 나는 것을 알 수 있었다. 이것은 경험식의 선택에 따라서 정수장의 비효율적인 설계 및 유지·관리의 우려가 있음을 의미한다.
- 2). 10년의 시계열자료에서 두 정수장 모두 2006년도에 최고 탁도가 발생한 것으로 나타났으며, 정수장별 최고 탁도는 충주정수장이 543.3 NTU, 와부정수장이 480.2 NTU인 것으로 나타났다. 반면에 평균 탁도는 충주정수장이 8.
- 2) 원수탁도와 수문자료간의 상관관계를 분석한 결과, 유량자료와 큰 상관성을 보였으나 충주정수장은 방류량과 와 부정수장은 유입량과 가장 큰 상관성을 보였다. 충주정수장은 충주댐 취수장, 와부정수장은 팔당2 취수장에서 취수되는 원수를 이용하고 있다.
- 3) 회귀식을 이용하여 탁도 예측을 수행한 결과, 95% 확률탁도가 상수도시설기준(KWWA, 2010)에서 제시하고 있는 경험식과 실측치를 이용하여 계산한 탁도 중에서 연평균 4배 탁도의 범위 내에 존재하면서, 95% 확률탁도와 최대 32.90 NTU 차이가 나는 것으로 나타났다. 따라서 탁도를 예측하여 정수장의 설계 및 유지·관리에 활용하는 것은 정수장 설계를 위한 원수탁도 산정에 있어서 검토 방안으로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
- 주성분분석을 통해서 같은 그룹으로 분류된 수문자료에 대해서 상관분석을 수행하였다. 그 결과, 와부정수장의 원수탁도와 팔당댐 유입량이 가장 큰 상관성을 나타내는 것으로 나타났다(Table 2).
- 05보다 작으므로, 회귀모형이 유의함을 알 수 있다. 다중공선성 검증을 위하여 VIF (Variance inflation factor)를 확인한 결과, 두 경우 모두 10 미만임에 따라 다중공선성에는 문제가 없는 것으로 나타났다. 따라서 두 경우의 회귀분석은 모두 유의한 수준에서 이루어졌으며, 각각의 R2가 0.
- 따라서 95% 확률탁도를 중심으로 연평균 4배 탁도가 0.50∼2.28배까지 차이가 나는 것으로 나타났다.
- 이러한 가정의 성립으로 인해서 충주정수장과 와부정수장의 원수탁도가 강우량보다는 유량에 큰 상관성을 나타낸 주된 이유라고 판단된다. 반면에 충주정수장은 방류량, 와부정수장은 유입량이 상관관계가 가장 크게 산정되었다. 일반적으로 저수지의 탁도는 저수지로 유입되는 유량과 가장 큰 상관성을 보일 것이라고 추측할 수 있지만, 본 연구대상 지역인 충주정수장의 경우, 충주댐 취수장에서 취수된 원수를 정수하고 있으며, 충주댐 취수장의 위치가 충주댐 하류 4 km 좌안에 위치하고 있다.
- 4(a)). 상관분석 수행결과, 모든 상관계수의 유의확률이 0.01보다 작게 산정되어 통계적으로 유의하며, 충주정수장의 원수탁도는 충주댐의 방류량과 가장 큰 상관관계를 가지는 것으로 나타났다(Table 1).
- 회귀식을 이용한 예측치와 실측치를 비교하기 위하여 평균제곱근오차(RMSE; Root Means Square Error), 절대최대오차(MAE; Maximum Absolute Error), 상대최대오차(MRE; Maximum Relative Error)를 이용하였으며, 그 결과는 Table 4와 같다. 상대최대오차와 절대최대오차는 제안한 회귀모형이 원수탁도를 과대추정하면서 발생하는 것으로 나타났다.
- 상수도시설 기준(KWWA, 2010)에서 경험식으로서 제시한 연평균 탁도의 4배는 충주정수장은 18.663∼61.645 NTU, 와부정수장은 17.180∼78.957 NTU 범위 내에서 분포하였으며, 95% 확률 탁도는 충주정수장이 27.12 NTU, 와부정수장이 34.63 NTU였다.
- 393 NTU였다. 실측값을 이용해 계산한 95% 확률탁도는 충주정수장이 1.12 NTU, 와부정수장이 32.90 NTU 차이가 있었으며, 연평균 탁도의 4배 계산 결과는 충주 정수장이 32.73%, 와부정수장이 9.45% 감소된 범위를 제시였다. 정수장 설계를 위한 기존의 원수탁도 경험식이 가지는 확실성 여부를 배제한다면, 이러한 결과는 기존 경험식이 제시하는 원수탁도 범위 내에 분포하므로 정수장 설계시 설계인자로 사용되는 원수탁도를 검토하는 방안으로 사용할 수 있을 것으로 사료된다.
- 와부정수장의 원수탁도와 10개 항목의 수문자료를 이용하여 주성분분석을 수행한 결과, 2개의 주성분이 전체자료의 약 54.6%를 설명하는 대표성분으로 나타났다. 주성분분석 결과를 도식화하면 와부정수장의 원수탁도는 강우량 및 팔당댐의 유입량, 방류량과 상관관계가 높아 하나의 그룹으로 구분할 수 있다(Fig.
- 6%를 설명하는 대표성분으로 나타났다. 주성분분석 결과를 도식화하면 와부정수장의 원수탁도는 강우량 및 팔당댐의 유입량, 방류량과 상관관계가 높아 하나의 그룹으로 구분할 수 있다(Fig. 4(b)).
- 충주정수장의 원수탁도와 8개 항목의 수문자료를 주성분 분석을 한 결과, 2개의 주성분이 전체자료의 약 59.0%를 설명하는 대표성분으로 나타났다. 주성분분석 결과를 도식화하면 충주정수장의 원수탁도와 8개의 수문자료를 2개의 그룹으로 구분할 수 있는데, 그 중에서 원수탁도와 상관관계가 가장 큰 강우량과 충주댐의 유출량과 방류량에 대해서 상관분석을 수행하였다(Fig.
- 본 연구에서는 충주댐을 취수원으로 하는 충주정수장과 팔당댐을 취수원으로 하는 와부정수장을 중심으로 분석을 수행하였다. 한강유역에 설치되어 운영 중인 204개 강우관측소의 티센망(Thiessen network)을 구축한결과, 취수원인 충주댐과 팔당댐은 충주 강우관측소와 팔당댐 강우관측소 구역에 포함되는 것으로 나타났다(Fig. 1).
- 회귀분석을 이용하여 산정된 원수탁도 시계열자료에 대한각 정수장 원수의 95% 확률탁도는 충주정수장이 28.24 NTU, 와부정수장이 67.53 NTU였으며, 연평균 탁도의 4배는 충주 정수장의 경우에는 15.650∼44.583 NTU, 와부정수장은 38.454∼94.393 NTU였다.
- 회귀분석을 통하여 도출된 회귀식을 이용하여 원수탁도 예측을 수행한 결과, 원수탁도 변화추세를 잘 반영하는 것으로 나타난 반면에 정수장 설계 및 운영을 위한 최대 원수탁도는 과소 추정하는 경향을 나타내었다(Fig. 5). 회귀식을 이용한 예측치와 실측치를 비교하기 위하여 평균제곱근오차(RMSE; Root Means Square Error), 절대최대오차(MAE; Maximum Absolute Error), 상대최대오차(MRE; Maximum Relative Error)를 이용하였으며, 그 결과는 Table 4와 같다.
후속연구
- 그러므로 용수공급량의 증가를 위해서는 정수장의 추가 건설이 이루어질 필요가 있으며, 추가로 건설할 정수장의 설계·유지·관리를 위해서 상기에서 제시한 확률론적 방법의 원수탁도 변화에 대한 연구가 필요하다.
- 따라서 탁도를 예측하여 정수장의 설계 및 유지·관리에 활용하는 것은 정수장 설계를 위한 원수탁도 산정에 있어서 검토 방안으로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
- 이를 통해, 탁도 모니터링을 전혀 수행되지 않은 미계측 유역에서 정수장을 건설하고자할 때 사용되는 입력값인 원수탁도를 추정하여 적용할 수 있을 것으로 예상된다. 본 연구는 이를 위한 초기연구로써 장래의 원수탁도를 예측하여 추가적인 정수장 건설 및 기존 정수장의 효율적인 유지·관리를 위한 기초 자료를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.
- 충주댐 취수장은 충주댐을 기준으로 하류에 위치하고 있으며, 팔당2 취수장은 팔당댐 저수지 내에 위치하고 있다. 이러한 취수장의 위치적 차이가 상관관계에 영향을 주는 것으로 추측되며 추후, 이러한 요소들까지 고려하여 원수탁도와 수문자료간의 상관관계를 수행할 필요가 있을 것으로 판단된다.
- 이를 통해, 장래의 원수탁도를 예측하여 추가적인 정수장 건설 및 기존 정수장의 효율적인 유지·관리를 위한 기초 자료를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.
- 추후 연구에서는 수문인자 외에도 다양한 유역특성 인자를 활용한 통계분석을 수행하고, 하천의 탁도 변화에 지배적인 영향인자를 추정하고자 한다. 이를 통해, 탁도 모니터링을 전혀 수행되지 않은 미계측 유역에서 정수장을 건설하고자할 때 사용되는 입력값인 원수탁도를 추정하여 적용할 수 있을 것으로 예상된다. 본 연구는 이를 위한 초기연구로써 장래의 원수탁도를 예측하여 추가적인 정수장 건설 및 기존 정수장의 효율적인 유지·관리를 위한 기초 자료를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.
- 45% 감소된 범위를 제시였다. 정수장 설계를 위한 기존의 원수탁도 경험식이 가지는 확실성 여부를 배제한다면, 이러한 결과는 기존 경험식이 제시하는 원수탁도 범위 내에 분포하므로 정수장 설계시 설계인자로 사용되는 원수탁도를 검토하는 방안으로 사용할 수 있을 것으로 사료된다.
- 추후 연구에서는 수문인자 외에도 다양한 유역특성 인자를 활용한 통계분석을 수행하고, 하천의 탁도 변화에 지배적인 영향인자를 추정하고자 한다. 이를 통해, 탁도 모니터링을 전혀 수행되지 않은 미계측 유역에서 정수장을 건설하고자할 때 사용되는 입력값인 원수탁도를 추정하여 적용할 수 있을 것으로 예상된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.