표제지
목차
요약문 4
제Ⅰ장 서론 39
제1절 연구배경 및 목표 39
1. 연구 배경 39
2. 연구추진 목적 39
제2절 연구의 필요성 40
제3절 국내ㆍ외 연구현황 42
1. 가축 전염병 발생현황 42
2. 관련 연구 현황 44
제Ⅱ장 연구내용 및 방법 59
제1절 과업의 범위 및 연구과제 추진체계 59
1. 과업의 범위 59
2. 연구 추진체계 60
3. 연차별 주요 연구 내용 61
제2절 실시간 모니터링 기법 현장 확대 적용 및 최적화 63
1. 침출수 유출 감시 모델을 활용한 유출 감시시스템 운영 63
2. 현장 조기 적응을 위한 모델 훈련 기법 개발 92
3. 센서 설치 관측정 및 주변 지하수 수질실태조사 101
제3절 이화학지표 및 최적센서를 이용한 침출수 평가방법 적용 107
1. 침출수 특성 평가를 위한 이화학지표 및 침출수 분류식 개발 107
2. 최적센서를 이용한 침출수 평가방법 적용성 평가 112
제4절 이동식 수질 모니터링 방법 마련 및 수질조사 추진 114
1. 암모니아성질소, 질산성질소, 염소이온 등 4개 항목 조사 매뉴얼 마련 114
2. 지하수 관정 수질모니터링 추진 117
제Ⅲ장 연구결과 및 고찰 121
제1절 실시간 모니터링 기법 현장 확대 적용 및 최적화 121
1. 침출수 유출 감시 모델을 활용한 유출 감시시스템 운영 121
2. 현장 조기 적응을 위한 모델 훈련 기법 개발 135
3. 센서 설치 관측정 및 주변 지하수 수질실태조사 156
제2절 이화학지표 및 최적센서를 이용한 침출수 평가방법 적용 168
1. 침출수 특성 평가를 위한 이화학지표 및 침출수 분류식 개발 168
2. 최적센서를 이용한 침출수 평가방법 적용성 평가 175
제3절 이동식 수질 모니터링 방법 마련 및 수질조사 추진 179
1. 암모니아성질소, 질산성질소, 염소이온 등 4개 항목 조사 매뉴얼 마련 179
2. 지하수 관정 수질모니터링 추진 188
제Ⅳ장 결론 197
제Ⅴ장 기대성과 및 활용방안 202
제Ⅵ장 참고문헌 204
제Ⅶ장 부록 208
1. 자동관측(In-situ) 장비 및 자재 사양 208
2. 이동식 수질 모니터링 운영매뉴얼 211
Table 1.3-1. 국내 아프리카돼지열병(ASF) 발생 및 농장 현황 42
Table 1.3-2. 2019년 구제역 발생 및 양성농장 현황 43
Table 1.3-3. 국내 고병원성 조류인플루엔자(AI) 발생 현황 43
Table 1.3-4. Average mortality leachate concentrations per species and total 52
Table 1.3-5. K-water 이동수질분석 시스템 장비 및 항목 55
Table 1.3-6. 이동형 수질모니터링 시스템 구성 56
Table 1.3-7. 모니터링 분석기기의 정도관리 기준 57
Table 1.3-8. 성내천 수질오염도 비교분석 결과 57
Table 2.1-1. 연차별 주요 연구 결과 61
Table 2.2-1. 매몰지별 자동관측 운영현황 63
Table 2.2-2. 관측정 현황 63
Table 2.2-3. 데이터 전송 주파수대역, 전송속도, 전송거리 현황 70
Table 2.2-4. 측정항목별 보정 주기 72
Table 2.2-5. 센서보정방법 및 장단점 비교 73
Table 2.2-6. 관측장비별 세부사항 94
Table 2.2-7. 단계별 운영방안(2021~2022) 95
Table 2.2-8. 실험조건 96
Table 2.2-9. 국내ㆍ외 침출수성상 연구결과 비료(평균값) 98
Table 2.2-10. 실험주입용액 목표 농도값 99
Table 2.2-11. 실험주입용액 농도분석결과 99
Table 2.2-12. 현장수질측정항목 안정화 요건(환경부, 2020) 102
Table 2.2-13. 지하수 수질 분석항목 및 분석기기 103
Table 2.2-14. 지하수 수질 분석방법 104
Table 2.3-1. 이화학지표 산정방법별 특성 108
Table 2.3-2. 지하수질 실태조사 통계 요약(Site A: 서운) 111
Table 2.3-3. 지하수질 실태조사 통계 요약(Site B: 일죽) 111
Table 2.3-4. 지하수질 실태조사 통계 요약(Site C: 능국) 112
Table 2.4-1. 조사대상 가축매몰지 현황 118
Table 2.4-2. 조사대상 이용관정 현황 119
Table 2.4-3. 기본통계분석 120
Table 3.1-1. 서운-02 시기별/항목별 자동관측결과 121
Table 3.1-2. 일죽-02 시기별/항목별 자동관측결과 122
Table 3.1-3. 능국-01 시기별/항목별 자동관측결과 123
Table 3.1-4. 인천01 시험구 EC 분석결과 138
Table 3.1-5. 인천02 시험구 EC 분석결과 142
Table 3.1-6. 인천01 시험구 NH₄-N 분석결과 145
Table 3.1-7. 인천02 시험구 NH₄-N 분석결과 146
Table 3.1-8. 인천01 시험구 Cl⁻ 분석결과 148
Table 3.1-9. 인천02 시험구 Cl⁻ 분석결과 149
Table 3.1-10. 선형회귀를 이용한 NH₄-N 및 Cl 이온 농도 추정 오차 및 상관계수 152
Table 3.1-11. 인공신경망을 이용한 NH₄-N 및 Cl 이온 농도 추정 오차 및 상관계수 153
Table 3.1-12. Site 1(서운 매몰지) 관측정 및 이용관정 수질분석 결과 157
Table 3.1-13. Site 2(일죽 매몰지) 관측정 및 이용관정 수질분석 결과 159
Table 3.1-14. Site 3(능국 매몰지) 이용관정 수질분석 결과 161
Table 3.1-15. 금속류 항목별 정도관리 목표 162
Table 3.1-16. 금속류 항목별 내부정도관리 결과 162
Table 3.1-17. 양이온류 항목별 정도관리 목표 162
Table 3.1-18. 양이온류 항목별 내부정도관리 결과 163
Table 3.1-19. 음이온류 항목별 정도관리 목표 163
Table 3.1-20. 음이온류 항목별 내부정도관리 결과 163
Table 3.1-21. 총유기탄소 정도관리 목표 163
Table 3.1-22. 총유기탄소 내부정도관리 결과 164
Table 3.1-23. 탁도 정도관리 목표 164
Table 3.1-24. 탁도 내부정도관리 결과 164
Table 3.1-25. 암모니아성질소 정도관리 목표 164
Table 3.1-26. 암모니아성질소 내부정도관리 결과 164
Table 3.1-27. 총인 정도관리 목표 165
Table 3.1-28. 총인 내부정도관리 결과 165
Table 3.2-1. 이화학지표 판별식 산정에 필요한 통계적 모수 174
Table 3.2-2. 전기전도도(EC) 급간별 지하수질 조사항목별 통계량 176
Table 3.2-3. 산화환원전위(ORP) 급간별 지하수질 조사항목별 통계량 177
Table 3.3-1. 현장수질측정항목 안정화 요건(환경부, 2020) 179
Table 3.3-2. 암모니아성질소(NH₄-N) 정도관리 목표값 및 결과값 181
Table 3.3-3. 질산성질소(NO₃-N) 정도관리 목표값 및 결과값 181
Table 3.3-4. 염소이온(Cl⁻) 정도관리 목표값 및 결과값 181
Table 3.3-5. Analytical conditions for AutoAnalyzer 182
Table 3.3-6. 음이온 분석항목과 표준물질의 종류 184
Table 3.3-7. Analytical conditions for Ion chromatography 184
Table 3.3-8. 시기별 이동식 및 실험실 분석결과 비교 188
Table 3.3-9. 관정별 이동식 및 실험실 분석결과 비교(총 8회) 189
Table 3.3-10. 관정별/시기별 지하수 이용관정 수질분석 결과 191
Fig. 1.1-1. 연구의 목적 39
Fig. 1.2-1. 가축 전염병 발생 현황(국가가축방역통합시스템(2022.11.17.)) 40
Fig. 1.3-1. Three methods of ground water level monitoring: (a) pressure transducers that remain deployed in a monitoring well and send continuous data via telemetry... 44
Fig. 1.3-2. Scheme of a BHE equipped with two temperature sensor modules 45
Fig. 1.3-3. A state-wide real-time ground monitoring network 46
Fig. 1.3-4. The internal and external view of the an on-site GOES access point deployment 46
Fig. 1.3-5. Comparison between the WQI observed and predicted by ANNs with Bayesian regularization for the test(left) and training(right) data sets 47
Fig. 1.3-6. Graphical representation the results of ANN, CFN and ANFIS(Gaussian and generalized bell MFs) model which is compared between computed and measured data 48
Fig. 1.3-7. Study area and schematic structure of AI models 49
Fig. 1.3-8. Improvements obtained through using SVM-FFA model by the second scenario in terms of SI reduction and NS increase 49
Fig. 1.3-9. Pilot burial site layout 50
Fig. 1.3-10. The type of the compound observed in the leachate 50
Fig. 1.3-11. 실험실 규모 모형 매몰지 반응조 51
Fig. 1.3-12. 모형 매몰지 내 침출수 특성 51
Fig. 1.3-13. Burial Site Construction 52
Fig. 1.3-14. 잔존사체 처리시스템 개략도 53
Fig. 1.3-15. K-water 이동수질분석 시스템 내부도면 54
Fig. 1.3-16. K-water 이동수질분석 차량사진 55
Fig. 1.3-17. 이동형 수질모니터링 차량 외부 및 내부 전경 56
Fig. 1.3-18. Mobile water testing laboratory van in Haryana 58
Fig. 2.1-1. 주요 연구내용 59
Fig. 2.1-2. 연구과제 추진 체계 60
Fig. 2.2-1. 연구지역 매몰지 3개소 위치도 63
Fig. 2.2-2. Site 1(서운) 현황도 및 지하수 흐름방향 64
Fig. 2.2-3. Site 2(일죽) 현황도 및 지하수 흐름방향 64
Fig. 2.2-4. Site 3(능국) 현황도 및 지하수 흐름방향 65
Fig. 2.2-5. 실시간 자동관측(In-situ) 모식도 66
Fig. 2.2-6. 실시간 자동관측 시스템 설치절차 66
Fig. 2.2-7. 지하수 관측정 설치 절차 67
Fig. 2.2-8. 지주대 설치형 68
Fig. 2.2-9. 전신주 이용 설치형 68
Fig. 2.2-10. 데이터 전송기술 체계 70
Fig. 2.2-11. 데이터 조회 메인 화면 71
Fig. 2.2-12. 데이터 조회(그래프) 71
Fig. 2.2-13. AT600 메뉴사용 방법 72
Fig. 2.2-14. 센서보정 방법 73
Fig. 2.2-15. 표준 용액을 이용한 보정 절차 73
Fig. 2.2-16. 솔루션 교체 및 채우기 절차 74
Fig. 2.2-17. In-situ 센서를 이용한 실시간 매몰지 감시체계 개념도 75
Fig. 2.2-18. In-situ 센서 관측 및 심층신경망을 이용한 매몰지 관리 단계 76
Fig. 2.2-19. 추정의 불확실성 평가를 위한 리샘플링 및 앙상블 추정 도출 프로세스 77
Fig. 2.2-20. In-situ 센서 및 심층신경망을 이용한 매몰지 침출수 누출 감시체계 정착을 위한 단계별 프로세스 78
Fig. 2.2-21. 매몰지 침출수 자동ㆍ연속 감시체계 개념도 79
Fig. 2.2-22. 매몰지 침출수 누출/비누출 판정에 이용된 심층신경망 구조도 80
Fig. 2.2-23. 과학원 제공 300여개 매몰지 지화학 자료에 의해 훈련된 판별 심층신경망의 민감도 분석 결과 81
Fig. 2.2-24. 심층신경망을 이용한 in-situ 센서 관측과 실험실 수분석의 연계학습 개념도 82
Fig. 2.2-25. In-situ 센서 관측자료를 기반으로 실험실 수분석 결과 얻어진 Cl 및 NH₄-N 이온농도 추정을 위해 구성된 심층신경망 구조도 83
Fig. 2.2-26. 개발된 심층신경망에 의한 서운-01 감시정 지하수 NH₄-N 및 Cl 이온농도 추정 결과 83
Fig. 2.2-27. 개발된 심층신경망에 의한 서운-02 감시정 지하수 NH₄-N 및 Cl 이온농도 추정 결과 84
Fig. 2.2-28. 개발된 심층신경망에 의한 일죽-02 감시정 지하수 NH₄-N 및 Cl 이온농도 추정 결과 84
Fig. 2.2-29. Cl 및 NH₄-N 이온 농도값 추정을 위하여 이용된 심층신경망 구조도 86
Fig. 2.2-30. 본 연구에서 이용된 bagging의 개념도 90
Fig. 2.2-31. 국립환경과학원 매립ㆍ매몰 연구동 92
Fig. 2.2-32. 연구지역 파일럿 시험구 도면 93
Fig. 2.2-33. 파일럿 시험구 현장사진 94
Fig. 2.2-34. 파일럿 시험구 현장사진 95
Fig. 2.2-35. 파일럿 실증실험 시나리오 97
Fig. 2.2-36. 실험용액 주입 100
Fig. 2.2-37. 시료 채취 100
Fig. 2.2-38. 수질실태조사 지점 위치도 101
Fig. 2.2-39. 시료채취 방법 및 절차(예시) 102
Fig. 2.2-40. 매몰지 인근 이용관정 수질실태조사 절차 106
Fig. 2.4-1. 이동식 수질 모니터링 추진 절차 114
Fig. 2.4-2. 이동식 수질조사 매몰지 위치도 117
Fig. 3.1-1. 서운-02 시기별 자동관측결과 121
Fig. 3.1-2. 일죽-02 시기별 자동관측결과 122
Fig. 3.1-3. 능국-01 시기별 자동관측결과 123
Fig. 3.1-4. 센서보정 123
Fig. 3.1-5. 리샘플링에 근거한 다중의 심층신경망 추정을 이용한 안성 서운-02의 농도 앙상블 추정 결과(빨간색 사각형은 학습자료 그리고 파란색 사각형은 검증자료를 의미함) 126
Fig. 3.1-6. 리샘플링에 근거한 다중의 심층신경망 추정을 이용한 안성 일죽-02의 농도 앙상블 추정 결과(빨간색 사각형은 학습자료 그리고 파란색 사각형은 검증자료를 의미함) 128
Fig. 3.1-7. 리샘플링에 근거한 다중의 심층신경망 추정을 이용한 안성 능국-01의 농도 앙상블 추정 결과(빨간색 사각형은 학습자료 그리고 파란색 사각형은 검증자료를 의미함) 131
Fig. 3.1-8. 리샘플링에 근거한 다중의 심층신경망 추정을 이용한 안성 능국-01의 질산성질소(NO₃-N) 이온 농도 앙상블 추정 결과(빨간색 사각형은 학습자료, 파란색 사각형은 검증자료를 의미함) 133
Fig. 3.1-9. 인천01 시험구 1차실험 EC 관측결과 136
Fig. 3.1-10. 인천01 시험구 2차실험 EC 관측결과 136
Fig. 3.1-11. 인천01 시험구 3차실험 EC 관측결과 137
Fig. 3.1-12. 인천02 시험구 1차실험 EC 관측결과 140
Fig. 3.1-13. 인천02 시험구 2차실험 EC 관측결과 140
Fig. 3.1-14. 인천02 시험구 3차실험 EC 관측결과 141
Fig. 3.1-15. 인천01 시험구의 침출수 누출 실시간 감시 관정 위치 143
Fig. 3.1-16. 파일럿 실험의 NH₄-N 수분석 농도 그래프 144
Fig. 3.1-17. 파일럿 실험의 Cl⁻ 수분석 결과 147
Fig. 3.1-18. 염소이온 자료의 훈련, 검증 및 테스트 세트 분할 및 전기전도도와의 비교 150
Fig. 3.1-19. 선형회귀를 이용한 NH₄-N 및 Cl 이온 농도 추정 결과 152
Fig. 3.1-20. 인공신경망을 이용한 NH₄-N 및 Cl 이온 농도 추정 결과 154
Fig. 3.1-21. Site 1(서운 매몰지) 지하수 이용관정 시료채취 위치 156
Fig. 3.1-22. Site 2(일죽 매몰지) 지하수 이용관정 시료채취 위치 158
Fig. 3.1-23. Site 3(능국 매몰지) 지하수 관측정 및 이용관정 위치도 160
Fig. 3.1-24. 수분석 결과의 이온균형오차 165
Fig. 3.1-25. 양이온합 대 음이온합 그래프 166
Fig. 3.2-1. 가축 매몰지 인근 지하수의 이화학 특성: EC 변동에 따른 주요 산화환원 이온의 변화 168
Fig. 3.2-2. 이화학지표 산정을 위한 로그농도 기반 주성분분석 결과: 주성분 적제값 및 점수 170
Fig. 3.2-3. 이화학지표 산정을 위한 clr-로그비 기반 주성분분석 결과: 주성분 적제값 및 점수 171
Fig. 3.2-4. 침출수 누출을 지시하는 이화학지표로서 지하수질 항목 3요인(NH₄, Cl⁻, NO₃)의 상대적인 농도변화 및 3개소 매몰지의 관측정 및 지하수 관정간의 ilr(NH₄/Cl, NO₃) 로그비 차이 172
Fig. 3.2-5. 매몰지별 관측정(MW) 및 지하수 관정(GW)간 clr-로그비의 차이; 관측정(MW) 및 지하수 관정(GW)의 이화학지표 판별식을 통해 획득한 사후확률 173
Fig. 3.2-6. 최적센서 전기전도도 및 산화환원전위 관계(EC-ORP diagram) 및 현장측정항목과 이화학지표간의 상관계수 175
Fig. 3.2-7. 최적센서(EC-ORP diagram) 기반 침출수 누출 평가를 위한 로지스틱 모델 178
Fig. 3.3-1. 지하수 시료채취 절차 179
Fig. 3.3-2. Plate Count Agar 배지의 조성 186
Fig. 3.3-3. 관정별 이동식 및 실험실 분석결과 그래프 190
Table 1. Aqua TROLL600 세부사양 208
Table 2. 데이터 전송 시스템 적용방안 209
Table 3. CDMA 통신모뎀 사양 210
Table 4. 수질모니터링 시스템 하드웨어 사양 210
2. 이동식 수질 모니터링 운영매뉴얼 212
Table 1. 현장수질측정항목 안정화 요건(환경부, 2020) 212
Table 2. 분석항목별 기준 및 전처리 방법 213
Table 3. 정도관리 목표값 215
Table 4. 정도관리 목표값 217
Table 5. 분석항목별 시료채취 및 관리방법 217
Fig. 1. Aqua TROLL600 구성요소 208
Fig. 2. 통신 시스템 209
Fig. 1. 지하수 시료채취 절차 211
Fig. 2. 시료채취 펌프 211
Fig. 3. 현장수질측정 방안 212
Fig. 4. Plate Count Agar 배지의 조성 218
Fig. 5. SYSTEM 설정화면 220
Fig. 6. Gain값 설정 221
Fig. 7. Set up-Analysis 화면 221
Fig. 8. System 안정 확인 222
Fig. 9. Sequence File 만들기-1 223
Fig. 10. Sequence File 만들기-2 223
Fig. 11. Sequence File 만들기-3 223
Fig. 12. Sequence File 만들기-4 224
Fig. 13. Sequence File 만들기-5 224
Fig. 14. Sequence File 만들기-6 224
Fig. 15. Ready Check 클릭 225
Fig. 16. 분석시작 화면 225
Fig. 17. 접종 절차 227
Fig. 18. 결과 판정 227