• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.77-81
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• 2019

식생전이에 따른 기간분리는 해외 및 국내 논문에서 식생영향을 받지 않는 곡선식과의 차이를 검토하고, 측정성과별 분류를 통해 곡선식을 개발하는 방법이 제시하고 있으나 적용기간 설정에 대한 구체적인 방법이 없다. 또한 상하류 비교를 통해 기간분리의 적정성을 검토할 수 있다고 명시되어 있으나 비교 관측소가 없는 경우 검토에 어려움이 있다. 본 연구는 2017년 수위-유량관계곡선식의 적용시간 결정에서 현장 식생모니터링 자료와 함께 연간 수온변화를 참고 자료로 활용하였다. 연간 수온자료를 산정하기 위해 측정된 수온과 해당 기온에 대한 상관관계식을 개발하였다. 또한 산포가 발생하는 측정성과는 생성된 연간 수온자료를 참고하여 전이여부를 판단하였다. 2018년은 2017년의 계절별 수온변화 자료 및 수집된 주요 수중식생의 생활사를 참고하여 연간 측정계획에 활용하였으며, 수위-유량관계곡선식 개발 시 동일한 방법을 사용하였다. 2017년은 가뭄으로 인해 수중식생에 의한 전이가 활발했던 기간으로 측정성과에 대해 식생영향 최고 기간과 최대 기간의 동일수위에 대해서 유량을 비교한 결과 $0.003m^3/s{\sim}1.099m^3/s$의 범위를 보였다. 유출량 비교의 경우 기간분리를 적용하지 않았을 경우 약 40.1% 과대 산정되었다. 2018년은 잦은 강우로 인해 수중식생의 이탈 및 전이 영향수위의 발생빈도가 비교적 적어 동 수위 유량을 비교한 결과 $0.19m^3/s{\sim}0.49m^3/s$의 범위를 보였다. 연 유출량을 비교한 결과, 기간분리를 고려하지 않은 경우가 약 39.6%로 과소 산정되었다. 따라서 본 연구사례를 통해 식생에 의한 기간분리가 발생하는 지점에 대해서 비교적 합리적인 측정주기 계획을 위한 확립 근거와 기간분리 적용기간에 대한 합리적인 자료로 활용 될 수 있을 것이다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.54 no.7
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• pp.535-544
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• 2021

Agricultural water occupies 48% of water demand, and management of agricultural reservoirs is essential for water resources management within agricultural basins. For more efficient use of agricultural water, monitoring the distribution of water resources in agricultural reservoirs and agricultural basins is required. Therefore, in this study, three threshold determination methods (i.e., fixed threshold, Otsu threshold, Kittler-Illingworth (KI) threshold) were compared to detect terrestrial water bodies using Sentinel-1 images for 3 years from 2018 to 2020. The purpose of this study was to evaluate methods for determining threshold values to more accurately estimate the reservoir area. In addition, by analyzing the relationship between the water surface and water storage at the Edong, Gosam, and Giheung reservoirs, water storage based on the SAR image was estimated and validated with observations. The thresholding method for detecting a waterbody was found to be the most accurate in the case of the KI threshold, and the water storage estimated by the KI threshold indicated a very high agreement (r = 0.9235, KGE' = 0.8691). Although the seasonal error characteristics were not observed, the problem of underestimation at high water levels may occur; the relationship between the water surface and the water storage could change rapidly. Therefore, it is necessary to understand the relationship between the water surface area and water storage through ground observation data for a more accurate estimation of water storage. If the use of SAR data through water resources satellites becomes possible in the future, based on the results of this study, it is judged that it will be beneficial for monitoring water storage and managing drought.

• Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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• v.23 no.3
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• pp.120-131
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• 2020

Water body detection using remote sensing based on machine interpretation of satellite image is efficient for managing water resource, drought and flood monitoring. In this study, water body detection with SAR satellite image based on machine learning was performed. However, non water body area can be misclassified to water body because of shadow effect or objects that have similar scattering characteristic comparing to water body, such as roads. To decrease misclassifying, 8 combination of morphology open filtered band, DEM band, curvature band and Cosmo-SkyMed SAR satellite image band about Mokpo region were trained to semantic segmentation machine learning models, respectively. For 8 case of machine learning models, global accuracy that is final test result was computed. Furthermore, concordance rate between landcover data of Mokpo region was calculated. In conclusion, combination of SAR satellite image, morphology open filtered band, DEM band and curvature band showed best result in global accuracy and concordance rate with landcover data. In that case, global accuracy was 95.07% and concordance rate with landcover data was 89.93%.

• Journal of Wetlands Research
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• v.17 no.4
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• pp.348-358
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• 2015

Impacts of climate change are being observed in the globe as well as the Korean peninsula. In the past 100 years, the average temperature of the earth rose about 0.75 degree in celsius, while that of Korean peninsula rose about 1.5 degree in celsius. The fifth Assessment Report of IPCC(Intergovermental Panel on Climate Change) predicts that the water pollution will be aggravated by change of hydrologic extremes such as floods and droughts and increase of water temperature (KMA and MOLIT, 2009). In this study, future runoff was calculated by applying climate change scenario to analyze the future water quality for each targe period (Obs : 2001 ~ 2010, Target I : 2011 ~ 2040, Target II : 2041 ~ 2070, Target III : 2071 ~ 2100) in Hongcheon river basin, Korea. In addition, The future water quality was analyzed by using multiple linear regression analysis and artificial neural networks after flow-duration curve analysis. As the results of future water quality prediction in Hongcheon river basin, we have known that BOD, COD and SS will be increased at the end of 21 century. Therefore, we need consider long-term water and water quality management planning and monitoring for the improvement of water quality in the future. For the prediction of more reliable future water quality, we may need consider various social factors with climate components.

• Korean Journal of Remote Sensing
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• v.38 no.5_3
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• pp.901-912
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• 2022

The frequency of disasters is increasing due to global climate change, and unusual heavy rains and rainy seasons are occurring in Korea. Periodic monitoring and rapid detection are important because these weather conditions can lead to drought and flooding, causing secondary damage. Although research using optical images is continuously being conducted to determine the waterbody, there is a limitation in that it is difficult to detect due to the influence of clouds in order to detect floods that accompany heavy rain. Therefore, there is a need for research using synthetic aperture radar (SAR) that can be observed regardless of day or night in all weather. In this study, using Sentinel-1 SAR images that can be collected in near-real time as open data, the UNet model among deep learning algorithms that have recently been used in various fields was applied. In previous studies, waterbody detection studies using SAR images and deep learning algorithms are being conducted, but only a small number of studies have been conducted in Korea. In this study, to determine the applicability of deep learning of SAR images, UNet and the existing algorithm thresholding method were compared, and five indices and Sentinel-2 normalized difference water index (NDWI) were evaluated. As a result of evaluating the accuracy with intersect of union (IoU), it was confirmed that UNet has high accuracy with 0.894 for UNet and 0.699 for threshold method. Through this study, the applicability of deep learning-based SAR images was confirmed, and if high-resolution SAR images and deep learning algorithms are applied, it is expected that periodic and accurate waterbody change detection will be possible in Korea.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.14-14
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• 2023

산업발전에 따른 인구증가, 기후위기에 따른 가뭄 및 물 부족심화, 그리고 수질오염 등은 2015년 제79차 UN총회의 물 안보측면에서 국제사회의 물 분야 위기관리를 위해 2030년을 지속가능한 발전 목표(Sustainable Development Goals)로 하였다. 또한, 현재 물 산업은 빠르게 성장하고 있으며, 2016년 세계경제포럼(World Economic Forum) 의장 클라우스 슈밥(Klaus Schwab)부터 주창된 제4차 산업혁명로 인해 현재 물 산업의 패러다임 또한 급속히 변화하고 있다. 이는 컴퓨터를 기반으로 하는 CPS(Cyber Physical System) 및 DT(Digital Twin) 연계 분석방식의 혁신을 일컫는다. 2002년경에 DT의 기본개념이 제시되었고, 2006년경에는 Embedded System에서의 DT와 같은 개념으로 CPS의 용어가 등장했다. DT는 현실세계에 존재하는 사물, 시스템, 환경 등을 S/W시스템의 가상공간에 동일하게 모사(Virtualization) 및 모의(Simulation)할 수 있도록 하고, 모의결과를 가상시스템으로 현실세계를 최적화 체계 구현 기술을 말한다. DT의 6가지 기능은 ① 실제 데이터(Live Data), ② 모사, ③ 분석정보(Analytics), ④ 모의, ⑤ 예측(Predictions), ⑥ 자동화(Automation) 이다. 또한, CPS는 대규모 센서 및 액추에이터(Actuator)를 가지는 물리적 요소와 이를 실시간으로 제어하는 컴퓨팅 요소가 결합된 복합시스템을 말한다. CPS는 물리세계에서 발생하는 변화를 감지할 수 있는 다양한 센서를 통해 환경인지 기능을 수행한다. 센서로부터 수집된 정보와 물리세계를 재현 및 투영하는 고도화된 시스템 모델들을 기반으로 사이버 물리공간을 인지·분석·예측할 수 있다. CPS의 6가지 구성요소는 ① 상호 운용성(Interoperability), ② 가상화(Virtualization), ③ 분산화(Decentralization), ④ 실시간(Real-time Capability), ⑤ 서비스 오리엔테이션(Service Orientation), ⑥ 모듈화(Modularity)이다. DT와 CPS는 본질적으로 같은 목적, 내용, 그리고 결과를 만들어내고자 하는 같은 종류의 기술이라고 할 수 있다. CPS 및 DT는 물리세계에서 발생하는 변화를 감지할 수 있으며, 토양-지하수 센서를 포함한 관측기술을 통해 환경인지 기능을 수행한다. 지하수 관측기술로부터 수집된 정보와 물리세계를 재현 및 투영하는 고도화된 시스템 모델들을 기반으로 사이버 물리공간 및 디지털 트윈 공간을 인지·분석·예측할 수 있다. CPS 및 DT의 기본 요소들을 실현시키는 것은 양질의 데이터를 모니터링할 수 있는 정확하고 정밀한 1차원 연직 프로파일링 관측기술이며, 이를 토대로 한 수자원 관련 빅데이터의 증가, 빅데이터의 저장과 분석을 가능하게 하는 플랫폼의 개발이다. 본 연구는 CPS 및 DT 기반 토양수분-지하수 관측기술을 이용한 지표수-지하수 연계, 지하수 순환 및 관리, 정수 운영 및 진단프로그램 개발을 위한 토양수분-지하수 관측장치를 지하수 플랫폼 동시성과 디지털 트윈 시뮬레이터 시스템 개발 방향으로 제시하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.13-13
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• 2023

디지털 기술은 오늘날 플랫폼과 디지털 트윈의 기술도입을 통해 현실 세계를 네트워크와 가상세계와의 연결이 통합되어진 가상 현실 세계의 입문 도약이다. 현실에서 가상현실의 사이의 디지털 전환(digital transformation)에는 디지털 기술과 솔루션을 비즈니스의 모든 영역에 통합하는 것이 포함된다. 이러한 디지털 전환의 핵심은 데이터에 관한 것이며, 데이터를 활용하여 가치를 창출하고 고객경험과 비즈니스 영역을 극대화하는 방식을 제공한다. 최적의 데이터를 제공하기 위한 플랫폼과 가상 현실세계 구현을 위한 디지털 트윈의 상호연계 관한 기본 개념은 데이터 수집, 데이터 분석, 데이터 시각화 및 데이터 보고와 같은 데이터 비즈니스이다. 현장 데이터는 디지털 양식을 통해 수집, 기록, 저장된다. 현장 IoT 기반 데이터(사진 및 비디오 매체 등)는 지속적으로 수집되고 종종 다른 데이터베이스에 저장되지만 지리 공간적 위치에 연결되지 않는다. 모든 디지털 발전을 조화시키고 지하수 데이터에서 더 빠른 이해를 도출하기 위해서는 디지털 트윈이 시작되어야 한다. 단일 지하수플랫폼에서 현장 조건을 시각화하고 실시간 데이터를 스트리밍하며, 과거 3D 데이터와 상호작용하여지질 또는 지화학 데이터를 선택적 사용을 위해 지하수 플랫폼과 디지털 트윈이 연계되어야 한다. 데이터를 디지털 정보모델과 연결하면 디지털 트윈에 생명을 불어넣을 수 있지만 디지털 트윈의 가치를 극대화하려면 여전히 데이터 플랫폼 서비스와 전달 방식을 선택해야 한다. 지하수 플랫폼동시성을 갖는 디지털 트윈은 정적 및 동적 데이터를 저장하는 데이터베이스 또는 크라우드 서비스에서 데이터를 가져오는 API(애플리케이션 프로그래밍 인터레이스), 디지털 트윈을 위한 호스팅 공간, 디지털 대상을 구축하는 소프트웨어, 구성 요소 간 읽기/쓰기를 위한 스크립트, chatGPT 및 API를 활용할 수 있다. 이를 통해 수집된 데이터의 실시간 양방향 통신기술인 지하수 플랫폼 기술을 활용하여 디지털 트윈을 적용하고 완성할 수 있고, 이를 지하수 분야에도 그대로 적용할 수 있다. 지하수 분야의 디지털 트윈 기술의 근간은 지하수 모니터링을 위한 관측장치와 이를 활용한 지하수 플랫폼의 구축 및 양방향 자료전송을 통한 분석 및 예측기술이다. 특히 낙동강과 같이 유역면적이 넓고 유역 내 지자체가 많아 이해관계가 다양하며, 가뭄과 홍수/태풍 등 기후위기에 따른 극한 기상이변가 자주 발생하고, 또한 보 및 하굿둑 개방 등 정부정책 이행에 따른 민원이 다수 발생하는 지역의 경우 하천과 유역에 대한 지하수 플랫폼과 디지털 트윈의 동시성 기술적용 시 지하수 데이터에 대한 고려가 반드시 수반되어야 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.468-468
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• 2023

최근 급격한 기후변화에 의한 이상가뭄 발생 등을 대비하기 위한 비상용수 또는 대체 수자원으로서의 지하수 개발수요가 증가함에 따라 기저유량 확보 및 수질개선 방안을 수립하는 것은 지속가능한 수자원 이용 관리 측면에 있어서 매우 중요하다. 국내 지하수 사용에 따른 하천유량의 변동에 관한 연구는 활발히 진행되었으나, 실질적으로 적용가능한 지하수 저감 방안 및 지하 수질개선방안에 대한 연구는 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 바이오차를 이용하여 시험포를 설계 및 시공하였으며, 실내 인공강우 실험을 통해 지하 침투수 확보 능력 및 수질개선 효과를 평가하였다. 대조구는 폭 1 m × 길이 1 m × 깊이 0.60 m로 시공하였으며, 바이오차 시험포는 폭 1 m × 길이 1 m, 시험포 상단과 하단 각 0.10 m씩 대조구와 동일한 흙으로 채웠으며, 그 사이 0.40 m만큼은 바이오차를 채워서 시공하였다. 시험의 정밀도를 높이기 위해 동일한 조건으로 대조구와 바이오차 시험포 각 2개씩, 총 4개의 시험포를 시공하여 실내 인공강우 실험을 진행하였으며, 시험포에서 발생한 직접유출수와 기저유출수를 이용하여 바이오차의 지하 침투량 확보 및 수질개선효과를 분석하였다. 시험포 완공 후 총 2번의 실내인공강우 실험 결과 대조구에서 발생한 직접유출량은 총 0.214 m³, 바이오차 시험포에서는 총 0.194 m³로 대조구 대비 총 직접유출량 저감효과는 9.4%로 나타났다. 기저유출의 경우 바이오차 시험포(0.036 m³)에서 대조구(0.003 m³) 대비 약13배 많은 양의 기저유출수가 발생한 것으로 나타났다. 각 시험포에서 발생한 유출수의 오염부하를 산정해 대조구 시험포 대비 바이오차 시험포에서 발생한 직접유출수의 오염부하 저감효과를 분석한 결과 BOD₅ 항목과 COD_Mn 항목, 그리고 TOC 항목의 경우 26.3%과 22.0%, 그리고 27.6%로 저감 된 것으로 나타났으나, SS 항목과 T-N 항목, 그리고 T-P 항목의 경우 저감효과가 없는 것으로 나타났다. 이와 같이 바이오차는 지하 침투수 확보 능력은 효과적인 것으로 나타났으나, 직접유출수의 수질개선 효과는 미비한 것으로 나타났다. 그러나 바이오차의 지하 침투량 및 수질개선 효과는 바이오차 생산 시 사용된 열분해 방식, 사용된 바이오차의 양 등에 따라 편차가 클것으로 판단되며, 바이오차의 생산 방법, 토양 흡착 기간, 바이오차의 양 등 다양한 조건에서의 모니터링을 통해 정량화 되어야 할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.121-121
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• 2022

한국과 미국은 2018년 8월에 발표한 메콩우호국(Friends of the Lower Mekong, FLM) "메콩지역 수자원 데이터 관리 및 정보공유 강화에 관한 공동성명"을 계기로 메콩유역의 실시간 수자원 변동 모니터링 및 분석과 수자원 데이터 공동활용 역량을 강화하여 효율적이고 과학적인 수자원관리 지원과 함께 한국의 신남방정책과 미국의 인도-태평양 전략 시너지효과를 극대화하고자 메콩 주변국 재해경감 및 수자원 데이터 활용 역량강화를 위한 글로벌 위성기반 수문자료의 생산·활용 및 홍수·가뭄 등의 수재해 분석기술을 개발하고 있다. 여기에는 한국 K-water의 물관리 기술과 미국 NASA, USACE의 위성활용 및 수자원분석 기술을 접목하여 메콩지역의 체계적인 물관리 및 재해로부터 안전성 확보 기여에 목표를 두고 연구를 진행 중에 있다. 본 연구에서는 전 세계적으로 광범위하게 활용되고 있는 미공병단(USACE, U.S. Army Corps of Engineers)의 HEC software 프로그램을 메콩 시범지역(pilot area)에 적용하여 수리/수문모델 구축을 진행하고 있다. 구축되는 모형은 유역 상류 댐의 연계 모의운영 및 하류 홍수분석이 동시 가능한 HEC-RTS(Real-Time Simulation)로 이는 HEC-HMS, -ResSim, -RAS와 -FIA 모형이 순차적으로 결합된 수리/수문 모델링 시스템이다. 모형의 시범적용 지역은 현지 메콩위원회(MRC, Mekong River Comission)의 의견 등을 반영, 메콩강 하류지역(Lower Mekong) 본류 유역에 위성자료 활용 및 준실시간(near real-time)으로 댐 모의운영 등을 고려할 수 있는 JingHong댐(중국 란창강 최하류)에서 라오스 Xayaburi댐(메콩강 최상류)까지의 구간을 선정하였으며, 전년도에는HEC-RTS 중 HMS(Hydrologic Modeling System) 모형 적용을 중심으로 가용한 위성자료(GPM IMERG)를 활용하여 과거 홍수사상에 대한 모의를 고려한 강우-유출모형의 구축을 완료하였다. 이에 연속하여 금년도에는 동일유역 내 하천 단면 등이 확보된 Chiang Saen 지점에서 Xayaburi 댐까지의 구간에 대해 RAS(River Analysis System)을 구축할 예정으로 구축된 RAS 모형은 HEC-RTS에 포함되어 메콩 시범지역의 종합적 수리/수문분석에 적용될 예정이다.

• Journal of Bio-Environment Control
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• v.19 no.4
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• pp.266-274
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• 2010

This study aim to investigate fundamentally the growth and physiological responses of tomato plants in responses to two different levels of water deficit, a weak drought stress (-25 kPa) and a severe drought stress (-100 kPa) in soil. The two levels of water deficit were maintained using a micro-irrigation system consisted of soil sensors for the real-time monitoring of soil water content and irrigation modules in a greenhouse experiment. Soil water contents were fluctuated throughout the 30 days treatment period but differed between the two treatments with the average -47 kPa in -25 kPa set treatment and the -119 kPa in -100 kPa set treatment. There were significant differences in plant height between the two different soil water statuses in plant height without differences of the number of nodes. The plants grown in the severe water-deficit treatment had greater accumulation of biomass than the plants in the weak water-deficit treatment. The severe water-deficit treatment (-119 kPa) also induced greater leaf area and leaf dry weight of the plants than the weak water-deficit treatment did, even though there was no difference in leaf area per unit dry weight. These results of growth parameters tested in this study indicate that the severe drought could cause an adaptation of tomato plants to the drought stress with the enhancement of biomass and leaf expansion without changes of leaf thickness. Greater relative water content of leaves and lower osmotic potential of sap expressed from turgid leaves were recorded in the severe water deficit treatment than in the weak water deficit treatment. This finding also postulated physiological adaptation to be better water status under drought stress. The drought imposition affected significantly on photosynthesis, water use efficiency and stomatal conductance of tomato plants. The severe water-deficit treatment increased PSII activities and water use efficiency, but decreased stomatal conductance than the weak water-deficit treatment. However, there were no differences between the two treatments in total photosynthetic capacity. Finally, there were no differences in the number and biomass of fruits. These results suggested that tomato plants have an ability to make adaptation to water deficit conditions through changes in leaf morphology, osmotic potentials, and water use efficiency as well as PSII activity. These adaptation responses should be considered in the screening of drought tolerance of tomato plants.