1. Title & Journal

 

Title: Estimating water quality using linear mixed models with stream discharge and turbidity

 

Journal: Journal of Hydrology, 498, (2013), 13-22

 

Authors: J.S. Lessels, T.F.A. Bishop

 

2. Author's Background

 

J.S. Lessels

 

-      Faculty of Agriculture and Environment, C81 ? Biomedical Building, The University of Sydney, NSW 2006, Australia

 

3. Summary

 

대부분의 수질 모니터링 체계는 지속적으로 수질 특성을 모니터링 하기에는 너무 비용이 높은 측정법에 의존하고 있다. 하지만, 대부분의 수질 측정은 수질 관리 전략을 평가하기 위한 장기 모니터링에 이용되고 있다. 더욱이, 수질 평가 방안은 정확한 측정값 뿐만 아니라 측정 과정에 따른 불확실성에 대한 정확한 정보까지 제공할 수 있어야 한다. 또, 현재 대부분의 수질 평가 방안은 합리적인 샘플링 체계에 근거하여 측정값이 취합된다고 가정하고 있으나, 이러한 가정을 만족할 수 없는 경우도 발생한다. 본 연구는 비확률적 샘플링 체계를 이용한 관측값에 근거하여 수질 농도를 평가할 수 있는 선형 복합 모델의 성능을 평가하고자 한다. 이를 위한 선형 복합 모델은 오스트레일리아 남동부 지역에 위치한 2개의 소유역으로부터 측정된 총인 및 총질소를 예측하기 위해 이용되었다. 예측 인자로서의 하천 유량 및 탁도 간의 비교는 수질을 평가하기 위한 탁도의 효용성을 평가하기 위해 이뤄졌다. 하천 유량 및 탁도와 더불어, 수리학적 과정을 모의하기 위한 몇 가지 공통 변인을 하천 유량으로부터 유도하였다. 모델값과 샘플링 케이스로부터 유도된 공통 변인값을 비교하기 위한 검정도 진행하였다. 이러한 사상별 검정은 유량이 높은 시기 동안의 예측값을 평가하기 위함이다. 시간별 자기상관적 요인들을 포함할 때 총인과 총질소에 대한 모델의 결과가 전반적으로 정확한 것으로 나타났다. 연구대상지역인 2개의 소유역에 대해, 하천 유량 대신 탁도를 사용할 경우 총인과 총질소의 예측의 정확도가 최소 15% 이상 향상되는 것으로 나타났다. 그러나 사상별 검정 결과, 탁도와 하천 유량을 변수로써 복합적으로 활용할 경우 총인은 18%, 총질소는 24% 정도 RMSE가 감소하는 등 더 정확한 예측 결과를 보이는 것으로 나타났다. 이를 통해 기저 유량이 장기간 지속되면서 짧은 기간 동안의 강우 사상이 진행되는 소유역의 경우, 탁도 측정값의 활용을 통해 기저 유량 및 강우 사상 동안의 모델 예측이 더 정확해지는 것을 알 수 있다.

  

4. Originality and Creativity

 

일반적인 수질 평가 방안인 평균, 비율 및 회귀 분석 등은 유기적으로 체계적인 샘플링이 이뤄질 경우 합리적인 결과를 도출할 수 있다. 본 연구에서의 방법론은 일상적이고 정기적인 모니터링 프로그램에서 발생할 수 있는 비확률적 샘플링으로부터 발생할 수 있는 문제들을 해결하는데 기여할 수 있을 것으로 보이며, 지역 특성을 반영한 모니터링 체계의 수립에도 기여할 수 있을 것으로 보인다.

 

5. Reviewer contact: 이승원 (swonlee@gist.ac.kr)