과학기술부와 한국과학재단은 수도권 2천 2백만명의 식수원인 팔당호의 수리 및 수질 특성을 3차원 시변화 컴퓨터 모델로 최초로 규명한 이화여대 환경공학과 박석순(朴錫淳, 49세) 교수를 이달의 과학기술자상 1월 수상자로 선정하였다.

박 교수는 BK21환경공학 핵심사업(지표수 환경관리 시스템 연구) 책임자로써 지난 수년간 하천과 호수의 수질 변화를 수학적 원리와 컴퓨터 모델로 시뮬레이션하는 연구를 수행하고 있다.

팔당호의 수질개선을 위해 지난 몇 년간 수조원에 달하는 국가예산이 투입되었으나 효과는 나타나지 않고 있다. 그 이유는 팔당호가 갖는 독특한 수리 및 수질 특성을 과학적으로 규명하지 못한 상태에서 개선 대책이 추진되어 왔기 때문이다.

박 교수는 팔당호에서 일어나고 있는 남한강과 북한강, 경안천 등과 같은 유입 하천의 계절별 변이에 따른 수리 및 수질 특성을 3차원 시변화 모델로 규명하였다.

모델 결과를 바탕으로 식물성 플랑크톤 과대 성장에 대한 근본 원인과 계절별 제한인자를 밝혔으며 녹조현상 제어를 위한 영양물질 저감 순위를 결정 하였다. 아울러 상수원 취수 지점에 따른 유입 지류의 혼합 비율과 수질 변이를 예측하고 취수 위치가 상수 원수의 수질에 미치는 영향을 규명하였으며, 양질의 상수원을 확보할 수 있는 최적의 대안을 제시하였다.

동 연구로부터 도출된 녹조현상 및 관련 수질 모델 결과와 수리현상 및 취수 위치 선정 모델 결과를 각각 환경모델과 수자원 활용 분야에서 최우수 국제 SCI 학술지인 Ecological Modelling(2006년 12월호)과 Journal of American Water Resources Association(2005년 12월호)에 게재되었다. 그 외, 습지 식물이 퇴적물과 수질에 미치는 영향, 유전자 알고리즘을 이용한 수질측정망 설계, 오염 퇴적물 정화제 개발 등 수질관리 분야의 주요 업적들이 해당 분야 최우수 국제 SCI 학술지에 게재되어 세계적인 주목을 받고 있다.

박 교수의 연구 결과는 팔당호의 수질을 효과적으로 개선하고 최소의 경비로 최적의 상수원 수질을 확보하는데 기여하고, 향후 우리나라 상수원 수질개선을 위해 보다 과학적인 정책을 추진하는데 커다란 파급효과를 가져올 것으로 기대된다.

1. 수질 모델: 생물화학적 산소요구량, 용존산소, 영양물질, 식물성 플랑크톤 등이 변화하는 기작을 수학적 원리에 기초하여 정량적으로 재현하는 것을 일컫는다.

2. 3차원 시변화 컴퓨터 모델: 3차원 공간과 시간에 따른 변화를 시뮬레이션하는 컴퓨터 프로그램을 일컫는다. 프로그램 내에는 물의 흐름과 수질반응 등이 미분방정식으로 표현되고 현장 측정 자료로 타당성이 검증된다.

3. 수리현상: 수체 내 시·공간적 유속 분포, 체류시간 분포, 물의 흐름 경로, 수체 형상, 유입 및 유출 구조, 유입 지류의 유량 등과 같은 물의 흐름과 혼합 과정을 일컫는다.

4. 녹조현상: 식물성 플랑크톤이 인과 질소와 같은 영양염류, 빛, 온도 등에 의해 급격히 성장하는 현상으로 호수의 수질 악화를 유발하고 수돗물 생산에 악영향을 미친다.

5. 제한인자: 식물성 플랑크톤 성장에 필요한 영양물질이나 환경 조건 중에서 가장 결정적인 요인이 되는 것을 말한다.

6. 상수 원수: 수돗물을 생산하는 원료가 되는 물을 일컫는다.

7. 최적 취수 지점: 공간적으로 수질 변화가 심한 팔당호는 어느 지점에서 물을 뽑는가에 따라 수질이 달라진다. 가장 수질이 우수한 물을 뽑아 낼 수 있는 지점을 말한다.

수 상 업 적

□ 수상업적 : 팔당호 수리 및 수질 특성 규명을 위한 모델 연구

□ 업적요지

박석순 교수는 3차원 시변화 컴퓨터 모델을 이용하여 팔당호의 수리 및 수질 특성을 규명하고 이를 바탕으로 식물성 플랑크톤 과대성장의 근본 원인과 계절별 제한 인자를 밝혔으며, 효과적인 수질개선 및 양질의 상수 원수 확보 방안을 제시하였다.

□ 업적내용

팔당호의 시·공간적 수온 및 유속 분포, 체류시간 분포 그리고 남, 북한강 그리고 경안천의 주요 흐름 경로를 규명하였으며, 수체 형상, 강우 분포, 유입 및 유출 구조 그리고 유입 지류의 유량 및 수온 차이와 같은 내·외부 조건이 수리적 특성에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 영양물질, 클로로필, 생물화학적 산소요구량, 용존 산소, 대장균군수 등과 같은 주요 수질 항목의 시·공간적 분포를 모델하였으며, 유입수의 수리적 특성이 수질 분포에 미치는 영향을 규명하였다. 모델 결과를 바탕으로 팔당호의 식물성 플랑크톤 과대 성장에 대한 근본 원인과 계절별 제한인자를 밝혔으며 녹조제어를 위한 영양물질 저감 순위를 결정하였다. 아울러 상수원 취수 지점에 따른 유입지류의 혼합 비율과 수질 변이를 예측하고 취수 위치가 상수 원수의 수질에 미치는 영향을 규명하였으며, 양질의 상수원을 확보할 수 있는 최적 대안을 제시하였다.

□ 파급효과

지금까지 팔당호 수질개선을 위해 수조원에 달하는 국가 예산을 투입하였으나 호수 수질은 여전히 악화 일로에 있다. 본 연구 결과는 지금까지 잘못된 팔당호 수질정책을 바로 잡는데 중요한 역할을 하고 있다.

팔당호의 수질을 효과적으로 개선하고 최소의 경비로 최적의 상수원 수질을 확보하는데 기여하고, 향후 우리나라 상수원 수질개선을 위해 보다 과학적인 정책을 추진하는데 커다란 파급효과를 가져올 것으로 기대된다.

□ 기타사항

박석순 교수는 수질모델 연구를 국내 최초로 도입하여 우리나라 하천과 호수 수질관리를 위한 과학적 토대를 제공해오고 있다. 지금까지 120여 편의 연구 논문을 국내외 학술지에 출판하였으며 BK21사업 1단계와 2단계 모두 환경공학분야에서 유일하게 하천과 호수의 수질관리를 연구하는 “지표수 환경관리 시스템 연구” 사업을 총괄하고 있다.

박 교수는 연구 활동뿐만 아니라 국가 주요 사업의 환경관리 총괄 또는 전문가 자문 역할을 담당하고 있으며, 신문이나 방송, 역서 및 저서 등을 통하여 환경의 중요성을 알리고 있다. 2001년부터 지금까지 국무총리실 새만금 사업 환경실무대책 위원으로 활동하면서 수질개선대책을 수립하는데 기여하였으며, 2002년부터 지난해까지 서울시 청계천복원 시민위원회 자연환경분과 위원장으로 활동하면서 청계천 수질과 생태계 관리를 자문해 왔다. 또한, 2000년 이후 시작된 환경부의 수질오염총량관리제 도입 및 정착에 크게 기여하였으며, 현재 건설교통부의 중앙하천관리위원, 해양수산부의 설계자문위원, 한국수자원공사의 경영혁신위원 등으로 활동하면서 국가사업의 환경자문을 담당하고 있다. 최근에는 경기도 선진화 위원회 팔당수질개선분과 위원장으로 임명되어 팔당호 수질정책에 새로운 변화를 시도하고 있다. 최근 3년간 신문과 잡지에 20여 편의 환경 칼럼을 기고하고, 주요 방송에 환경정책관련 패널로 출연하는 등 과학기술자로써의 언론 활동도 활발하다.