R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201616TBIP-C094404-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술사업화지원 | |||||
| 연구과제명 | 자연형하천 조성을 위한 수량수질 의사결정·관리기술 실용화 | |||||
| 총 연구기간 | 2015-04-27 ~ 2017-04-26 | |||||
| 연구책임자 | 한상훈 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
6명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
13명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 369,000,000 원 기업 : 246,000,000 원 계 : 615,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 741,000,000 원 기업 : 606,000,000 원 계 : 1,347,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 플러스파운틴 (주) | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
본 연구는 자연형하천의 수질·수량 의사결정을 최적으로 관리하기 위하여 양질의 풍부한 하천유지용수를 확보·개선·공급·관리함에 있어, 우수, 지하수, 하천수 및 하수처리수 등 확보 가능한 다양한 유지용수원을 선택적으로 취수, 수질개선, 조합하여 목표 생태어종(깃대종)에 적합한 수질 및 수량을 생태하천에 공급하도록 서식조건을 고려한 수량·수질 의사결정·관리기술의 실용화 과제임 본연구의 목표는 자연형하천 조성에 있어 하천유지용수의 수량/수질 결정에 대한 의사결정 지원시스템의 현장적용 및 상용화이며, 기존 개발기술의 성능개선, 서식조건을 고려한 로직 및 알고리즘 개선, 실체 하천 대상지에 적용을 통한 시스템검증 및 완성, 개발제품의 구매대상 선정, 마케팅 전략 수립 등을 수행할 예정임 1) 기술의 우수성 ？ 본 기술은 깃대종(생태어류) 데이터베이스를 구축해 대표 생태어종에 적합한 수량·수질에 대한 서식조건과 최적조건을 제시해 하천 조성 및 복원사업의 논리와 정당성을 획기적으로 향상시키는 기능을 갖췄음 ？ 지금까지는 하천을 복원할 때 생태 현황분석과 대표 생태어종을 선정한 이후 선정 대표 생태어종과 별개로 목표 수량 및 수질을 설정한 뒤 가용 생태용수원을 조합 한 후 생태용수를 공급하는 절차를 수행하였음 ？ 하지만 이와 같이 기존 하천 복원 의사결정 과정에서 선정 대표 생태어종과 목표 수량·수질을 직접 연계하는 과정이 누락돼 사업 후 대표 생태어종의 서식조건 또는 최적조건이 무시된 채 사업이 종료되는 문제가 발생하고 있음 ？ 즉, 자연형하천 복원시 기존에는 대표 생태종을 선정하였으나, 목표 생태종에 적합한 수질·수량의 연계가 이루어지지 못한 채 복원사업이 진행되었음. 본 기술은 목표 생태종에 적합한 서식조건을 제공함으로써 자연형하천 복원사업에서 논리적인 접근을 가능하도록 개발하였음 2) 기술의 독창성 ？ 본 기술은 하천을 자연적으로 복원할 때 수량과 수질의 의사결정 과정을 C#언어 기반의 소프트웨어로 구동화해 시스템화했으며 목표로 한 수량과 수질에 적합한 조건을 통계 처리해 데이터베이스화한 점이 특징임 ？ 생태어종 서식조건의 데이터베이스는 생태어류 총 개체수와 크기 등 개체군 특성, 하천치수와 서식지, 하상재료, 수심, 유속 등 물리적 서식조건, pH, 수온, 용존산소(DO), 부유물질량(SS), 전기전도도(Conductivity), 생물화학적산소요구량(BOD), 화학적산소요구량(COD), 총질소(TN), 총인(TP), 암모니아성질소(NH3-N) 등 이화학적 서식조건 등이 포함되었으며, 이는 다시 말하면 목표 어종에 대한 물리적, 이화학적 서식조건의 정량적인 통계 자료를 제공하는 것임 ？ 본 기술은 목표로 한 생태어종이나 수량, 수질에 적합한 서식조건 데이터베이스를 프로그램에 탑재해 별도의 실험이나 자료검색을 하지 않고도 자연형하천의 수량 및 수질에 대한 의사결정 지원이 가능토록 했다. 또 지속적인 추가 보완이 이뤄지도록 개방형 데이터베이스를 구축하였음 ？ 이 시스템은 자연형하천 조성이나 생태하천 복원의 설계단계에 적용할 수 있고 하천 조성 및 복원이 완료된 후에도 사후 유지관리 단계에서도 모니터링 시스템과 연계해 활용이 가능함 ？ 시스템의 기본 로직은 총 7단계의 절차를 거쳐 수행하게 되는데, 대상하천의 정보 구축, 대상하천에 대한 입력자료 구축 및 모식화, 목표값 설정, 모니터링 자료 수집 및 입력, QUAL2K 연계 수행, 하천용수 수량 수질 적정성 평가, 결과 분석 및 목표 수량 수질 결정 등임 3) 기술의 활용성 ？ 본 기술의 활용성은 크게 환경적인 측면과 경제산업적인 측면으로 나눠 기대해 볼 수 있다. 우선 환경적인 측면에서 살펴보면 하천 조성 또는 복원사업이 끝나고 장기간 의무화된 하천 모니터링을 위한 기본 체계를 제공하였음 ？ 점차 황폐해져가는 하천의 수량 및 수질을 개선하고 수생태계 건전성을 확보하는 부분에서도 유용함 ？ 하천 복원용수의 적정 유지용수량 결정기법에 의한 하천의 건천화를 방지할 뿐더러 수질모델링 기법 개발에 의한 생태하천 공원화에도 기여할 수 있음 ？ 이와 더불어 생태적 건전성 확보에 의한 생물 서식처도 제공하는 기능을 가지며, 경제산업적 측면으로는 본 기술의 실용화 및 상품화가 완료되면 향후 외국 선진업체와의 사업 경쟁력을 강화할 수 있을 것으로 전망됨 ？ 또 아시아 등 신흥시장에 대한 수출효과도 기대할 수도 있음. 통합수질관리기법 개발에 따라 하천의 건천화 방지사업, 하수 재이용 및 빗물 재이용 등 여러 비점오염저감사업에 적용이 가능할 것으로 기대돼 국내시장 및 해외시장에서의 기술 수출 전망도 밝음 ？ 선진국의 하천복원기술에 대한 기술 경쟁력 확보 차원에서도 [최종목표] 1) 최종목표 ？ 본 연구는 자연형하천 조성에 있어 하천유지용수의 수량/수질 결정에 대한 의사결정 지원시스템의 현장적용 및 상용화를 최종목표로 하며, 설계용 의사결정지원 소프트웨어인 EcoR3DSS와 유지관리용 시스템인 자연헝하천 모니터링시스템에 대한 기술개선 및 Testbed적용을 통한 현장검증 그리고 서식조건을 고려한 로직 및 알고리즘 개선이 주된 목표이며 사업화 목표로서는 자연형하천 조성사업 내 대상지 Testbed구축 및 사업화 추진임 2) 사업화 목표 ？ 본 기술의 사업화를 위해서는 마케팅 부문에서의 선택과 집중이 필수적인 것으로 판단됨 ？ 이에 따라 우선 특허등록과 녹색기술 인증 완료를 앞세운 기술 개발 관련 대언론 홍보활동에 주력할 필요가 있음 ？ 수요처가 사실상 중앙, 지방정부로 집중된 만큼 전국 244개 지자체를 대상으로 권역별 기술홍보 및 기술설명회 참여를 유도할 예정 ？ 조달청 나라장터의 공급물품으로 등록해 하천 관리주체들이 손쉽게 구매할 수 있도록 기반을 마련 ？ Test bed 대상지의 설치 모델을 우수사례로 알려 벤치마킹 대상으로 전략 육성하고 기존 용역비 대비 가격 경쟁력을 내세워 ‘제2의 청계천’ 조성을 목적으로 하는 기관을 대상으로 판촉활동을 집중공략할 예정임 3) 최종목표의 성격 및 설정근거 ？ 본 연구는 소프트웨어적 기술적 개선분야의 경우 C#을 이용한 소프트웨어 개선과 Qual2K를 이용한 하천 수량 수질 모의분석 기술간의 연결 그리고 MySQL을 활용한 모니터링 DB 및 모의분석자료 DB구축이 주된 과제의 내용임 ？ 하드웨어 개선분야의 경우 하천 내 모니터링을 위한 펌프 등 설비시설 구축, 수질/수량 모니터링용 하드웨어 개발 및 설치, 제어를 위한 기계실 설치, HMI/SCADA를 이용한 자연형하천 유지관리시스템 제작 및 적용이 주된 내용임 ？ 현장적용분야의 경우 서울시 서초구청과의 MOU체결 및 ‘양재천 서초구간’의 생태용수 의사결정기술적용을 중심으로 한 현장조사, 자료보정을 위한 수량/수질 실측 및 기존자료 분석을 통한 양재천 생태하천 유지용수에 대한 의사결정 지원자료 구축 등임 4) 하천구역 내 물질순환을 고려한 자연정화기술 개발 ？ “Eco River21연구단”에서는 하천공간을 활용하여 하천과 수변공간을 연계한 수질정화 및 수생태계 복원기술 관련 연구는 미시행함 ？ 본 과제는 단기적 수질개선 효과를 지양하고 하천공간의 종적·횡적 구조를 연계하여 하도 내 자정기능 회복을 위한 친환경적 기술이 적용된 선진화된 하천관리기술 개발이 주요 목표임 ？ 하천 고유의 형태, 수생식물, 미생물 등을 활용하여 융복합기술과 접목하여 친환경 수질정화 기술을 개발하는 것이 본 과제의 주요 목적이므로, 기존에 개발된 기술을 일부 활용/연계 가능함 ？ 본 과제는 하도 내 물질순환 및 자연정화 기작 규명 후 구조물 개선 기술을 제시하고 이를 IT 기반으로 유지관리하는 기법 제안이 주요 목표임 5) 수변공간을 활용한 오염부하 저감 및 차단 융복합기술 개발 ？ 국토해양부 과제인 “자연식생을 이용한 하천 및 하수정화기술 실용화(건설기술연구원, 2003)”는 간접적으로 호소나 처리장에 인공습지를 도입하여 하천 내 유입되는 오염물질의 총량을 줄이고자 하여 본 연구와 유사성을 보였음 ？ 국토해양부 과제인 “수자원 보호를 위한 폐광 지역 환경복원 기술 개발(한국건설기술연구원, 2003)”은 하천 상류에 위치한 폐광산에서 유출되는 중금속을 포함한 광산 폐수를 국내 실정에 적합하게 처리할 수 있는 기술에 대한 연구를 실시하였음 ？ 환경부 과제인 “하천 생태 기능 복원을 위한 핵심 기술 개발(한국건설기술연구원, 2004)”은 자연형 저수로 호안 공법, 자연형 수제공법, 수충부 호안공법 등과 같은 다양한 공법들을 개발 및 적용하는 연구를 실시하여 일부 유사성을 보였음 ？ 환경부 과제인 “국내 환경에 적합한 소택형 대체습지 조성기술 개발(서울대학교, 2003)”은 소택형 대체습지 조성기술을 개발하여 국내 습지 총량을 증가시켜 생물다양성의 증진, 수질정화, 홍수예방, 기후조절 등의 효과를 얻을 수 있는 연구로서, 본 연구와 일부 유사성을 보였음 ？ 환경부 과제인 “낙동강 하구역 습지 생태계 훼손지역 복원 및 관리 기술(부산대학교, 2007)”은 낙동강 자체의 특성을 분석하여 생태계 복원 및 수리적으로 안정시킬 수 있는 인공습지를 개발하는 연구를 실시하여 유사성을 보였음 [연구내용 및 범위] 1) 생태어류 서식조건DB ？ 어류 분포, 어류 종류(고유종, 보호대상종, 경제성 어류, 외래도입종), 어류 특성(전장 등) 및 특징(정성적)에 대한 데이터베이스를 구축하였으나 수질 및 수량에 대한 정량적 데이터베이스 최적화 ？ 70종의 생태어류(담수어류)에 대한 서식조건을 데이터베이스화 · 개체군 특성: 총개체수, 크기 · 물리적 서식조건: 하천차수, 서식지, 하상재료, 수심, 유속 · 이화학적 서식조건: pH, 수온, DO, SS, 전기전도도, BOD, COD, TN, TP, NH3-N 2)의사결정 방법 ？ 생태하천복원 시 목표 생태어종(깃대종)에 적합한 수질·수량 의사결정은 자료를 수집하여 설계자가 직접 판단 ？ 의사결정 과정을 아래 절차를 기준으로 시스템(프로그램)화 하여 설계 담당자 변경 시에도 동일한 결과 도출 ① 대상하천의 정보를 구축 ② 대상하천에 대한 입력자료 구축 및 모식화 ③ 목표값 설정 ④ 모니터링 자료 수집 및 입력 ⑤ QUAL2K 연계 수행 ⑥ 생태복원용수 수질·수량 적정성 평가 ⑦ 결과 분석 및 목표 수질·수량 결정 3) 생태하천 복원사업 후 사후 관리 ？ 목표 생태어종(깃대종)에 적합한 수질·수량에 대한 범위 혹은 가이드라인 없이 BOD, TN 및 TP 등으로 사업목표인 수질 확보 여부 사후 관리 ？ 유지관리용 의사결정지원시스템(EcoR3-DSS ver.2.0) ① 실시간 모니터링시스템 연계 가능 ② 매뉴얼 모니터링 데이터 연계 가능 ③ 수질뿐만 아니라 목표 생태어종의 물리적 서식조건(유속 및 수위)에 대한 사후 목표값 설정 4) 대상하천의 특성에 따른 EcoR3-DSS MMI 최적화 ？ Testbed 대상으로 최적화된 MMI제공 5) EcoR3-DSS 수량·수질 다중평가기법 성능개선 및 최적화 ？ 버그검토 및 수정(패치파일 제작), 다중평가기법 변수 및 가중치별 성능개선 ？ 서식처조건을 고려한 평가알고리즘 개발 및 적용 6) 수량·수질 모니터링시스템 연계 자연형 하천 수량수질 결정시스템 현장 적용성 평가 ？ Testbed 선정 및 관리기관 MOU체결 ？ Testbed현장 내 모니터링시스템 HW, SW(MMI/HMI)설치 ？ 현장적용성 평가 및 운전인자도출 8) 서식조건을 고려한 수량수질 결정시스템 연계 고도화 ？ 서식조건 알고리즘개발 ？ EcoR3DSS내 서식조건 알고리즘 이식 ？ 서식조건 알고리즘 연개모의 및 개선 9) 자연형하천 실시간 모니터링 시스템의 현장 적용성 검증 및 개선 ？ 실제 하천 현장 내 시스템 적용 ？ 매출발생 ？ 실용화/상용화 완성 ？ 홍보자료 제작 및 모니터링메뉴얼 작성 ？ 신기술 신청 |
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