• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.427-427
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• 2023

일반적으로 수자원가용량이라 하면 지표·지하·토양 등에 있는 모든 수자원의 양이라 할 수 있다. 정확한 수자원가용량의 평가를 위해서는 강수, 기온 등의 기상 예측의 정확도 확보가 우선되어야 하며, 지표 하에 보이지 않는 수자원의 양을 정확히 평가할 수 있어야 한다. 한국건설기술연구원은 2012년부터 세계기상기구(WMO, World Meteorological Organization)에서 수자원평가 부문 리더 역할을 수행하면서 회원국들에게 수자원가용량평가를 위한 '동적수자원평가시스템'의 개발을 제안하여 추진하였다. 그 결과, 동적수자원평가시스템(Dynamic Water resources Assessment Tool, DWAT)이 2017년 12월에 개발되었고, 2019년 5월에는 WMO 웹사이트 (https://public.wmo.int/en/water/dynamic-water-resources-assessment-tool)를 통해 193개 회원국에 보급되기 시작하였다. DWAT은 전 세계가 무료로 이용할 수 있는 수자원평가 도구로, 지하수, 용수이용 뿐만 아니라 지표수를 고려한 수자원계획 및 관리를 위해 중⋅소규모 하천 유역에 적용될 수 있다. 특히, 논 지역의 유출특성을 모의할 수 있는 모듈을 탑재하였으며, 고위도 및 고산지대의 수문학적 특성을 반영할 수 있는 융설 모듈이 포함되었고, 매개변수 최적화 기능도 포함되었다. WMO는 수자원분야 주요사업 중 하나인 "전지구 수문현황 및 전망 시스템(HYDROSOS, global HYDROlogical Status and Outlook System)" 사업을 추진하고 있다. 본 사업은 전지구 기상예보를 활용하여 주요 지점의 자연 유출량에 대한 현황과 예보를 수행하는 것을 목표로 한다. 2019년 6월 제18차 WMO 총회에서는 수자원분야 주요 사업인 HYDROSOS의 시범사업을 DWAT이 지원하는 것으로 의결되었다. 따라서 이러한 DWAT의 활용을 통해 대한민국의 수자원 평가 실무와 관련된 기술이 WMO 회원국에 지속적으로 보급될 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.21-21
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• 2016

인천 영종도는 물부족 위험평가 분석을 위해 Smart Water Grid연구단에서 선정한 데모플랜트로섬으로 고립된 지역이다. 영종도는 공촌정수장으로부터 상수도를 공급받고 있으며 관로 파손 등의 사고가 발생할 경우 외부 수자원으로부터 수도를 공급 받기 어려운 실정이다. 따라서 상수도 공급의 어려움이 발생할 경우 대체 수자원을 활용한 가용수량 산정과 이를 적용하기 위한 물수급평가 프로그램이 영종도에 적용 될 예정이다. 본 연구에서는 물수급평가를 위해 수문분석의 기초자료인 장래 예측 강수량을 제공하는 프로그램을 개발하였다. 장래 강수예측자료는 기상청 기상예보와 기후변화시나리오를 활용하였으며 Visual Studio2013을 통해 강수제공 프로그램을 개발하였고, 데이터의 저장과 DB서버 연동을 위해 Oracle 프로그램이 이용되었다. 기상청에서는 3일, 10일, 1달, 3달로 기간을 구분하여 강수확률 예보를 제공하고 있기 때문에 3개월 이내의 중 단기 예측은 기상청에서 제공되는 기상확률예보를 사용하였고, 3개월 이후의 장기 예측은 RCP 8.5시나리오에 의한 일단위 강수량이 활용될 수 있도록 하였다. 기상청 확률예보의 경우 퍼센트 확률을 정량적 수치로 환산하여 일단위 강수량으로 변환하여 제공하였다. 연구를 통해 개발된 강수제공 프로그램에서는 영종도 지역 내 행정구역 별 면적평균강수량이 제공되며, 기후변화시나리오에 의한 강수데이터 취득 시 고해상도(1km 격자단위)로 추출이 가능하도록 하였다. 사용자는 위 경도 좌표에 따라 일 및 월 단위의 강수데이터를 텍스트 파일 형태로 취득할 수 있고, 프로그램 화면 내 표출되는 그래프를 통해 현재대비 장래 강수량 변화를 확인할 수 있도록 하였다. 향후 Smart Water Grid 연구성과로 개발된 물부족위험평가프로그램과 연동하여 물수급평가, 가용수량 산정 등에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.306-306
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• 2023

인공강우 실험은 일반적으로 호우 기간 중 수행한다. 과거 연구(국립기상과학원, 2020)에서 설정된 인공강우 실험 기준은 "일 강우량 20 mm를 초과하는 경우"로, 이는 경험적으로 결정된 기준이다. 이에 본 연구에서는 가용한 장기간 관측자료를 수집하고 자료를 분석하여 인공강우 실험을 위한 댐 유역의 기상학적 조건과 수문학적 조건을 평가하였다. 인공강우 실험 조건 평가를 위한 대상 유역으로 한반도 남부지방에 위치한 보령댐, 용담댐, 남강댐, 안동댐, 임하댐 유역을 고려하였다. 기상학적 조건은 인공강우 발생 조건과 밀접한 연관이 있다. 기상학적 조건을 평가하기 위한 자료로 장기간 자료가 가용하며 수집이 용이한 일 강우량, 상대습도, 운량 등의 자료를 수집하였다. 강우량과 운량의 경우 상위 10%, 20%, 30%에 대응하는 기준치를 산정하고, 이를 초과하는 연 횟수를 비교하여 유역의 조건을 평가하는데 반영하였다. 상대습도의 경우 연중 80%, 85%, 90%를초과하는 횟수를 비교하고 추가로 이 기준치를 초과함에도 강우는 발생하지 않은 횟수도 고려하였다. 수문학적 조건은 인공강우의 필요성, 즉 수자원 공급량 차원에서 고려한 조건으로 볼 수 있다. 수문학적 조건을 평가하기 위한 자료로는 댐의 일 및 월 단위 저수용량을 수집하고, 댐의 총 저수용량과 유효저수용량에 대한 비를 산정하여 평가에 고려하였다. 댐 유역의 인공강우 실험 조건을 평가한 결과는 다음과 같이 요약된다. 기상조건을 고려한다면 보령댐과 용담댐이 적절한 것으로 판단되었다. 특히 보령댐의 경우, 상대습도가 90% 이상으로 매우 높음에도 대기중의 수증기가 응결되지 못하여 강우량이 발상하지 않는 경우가 있어 Seeding의효과가 극대화될 여지가 높은 것으로 판단된다. 수문학적 조건을 고려하는 경우, 보령댐 유역, 안동댐 유역, 임하댐 유역이 유효 저수율이 낮은 것으로 나타나 인공강우를 활용한 수자원 확보의 필요성이 높은 유역으로 평가된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.232-232
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• 2020

하천기본계획 수립이나 생태하천 조성사업 등 다양한 하천사업에서 하천측량은 대상 하천의 지형 현황과 과거 사업이후의 변화량을 확인할 수 있는 중요한 요소이다. 국내 측량 기준인 공공측량작업규정(국토지리정보원)에서 하천 측량은 육지부에서는 횡단측량을 수부에서는 수심측량을 실시하고 수심측량은 음향측심기 사용을 원칙으로 한다. 국내 대부분의 수심측량은 단빔 음향측심기를 사용하고 있는 실정이며 일부 수심 확보 구간 또는 연구목적으로 멀티빔 음향측심기를 적용한 사례가 일부 보고된 바가 있다. 최근 수심측정이 가능한 항공수심측량(Airbone LiDAR Bathymetry) 장비 중 핵심계측기기인 Green LiDAR 센서 국산화 및 경량화에 관한 연구가 진행중이다. 이에 본 연구는 국내 하천 여건에서 개발 센서가 어느 정도의 활용성을 확보할 수 있는지를 검토하였다. 우선 환경부가 운영중인 수질자동측정망 71개 지점의 정기측정성과 중 탁도에 관한 일자료를 확보가 가능한 45개 지점을 대상으로 G-LiDAR 센서의 SD(Secchi Depth)를 기준으로 가용계측일을 산정해 보았다. 분석기간은 '12. 7.부터 '19.12.까지이며 분석기간중 SD 1.5m(1.94 NTU 추정) 기준을 만족하는 기간은 한강 2.07년, 낙동강 0.64년, 금강 2.21년, 영산강 2.71년으로 나타났다. 또한 지점별 가용기간 분석결과 분석기간인 7.33년 동안 탁도 기준이하인 운영 가능 기간은 연중 평균 80여일(2.74개월)로 나타나 제한적이나마 활용이 가능할 것으로 확인되었다. 향후 현장조사를 통해 공공측량 성과와 대상수계의 탁도 실측자료와의 연계분석을 통해 정확한 활용성 검토를 수행할 예정이다. 향후 적용 센서의 개발 성능목표를 달성한다면 하천내의 다양한 분야에서 활용이 가능할 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.15-15
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• 2020

기후변화로 인하여 가뭄은 그 위험성이 점차 높아질 것으로 예상되고 있다. 잠재적 대규모 가뭄피해를 사전에 예방하기 위해서는 가뭄에 보다 효과적으로 대응하기 위한 방안을 마련하는 것이 필요하며, 국가적 수자원 관리를 넘어선 국민 전반이 가뭄 심각성을 인지하고 적합한 대응을 하도록 유도하는 것이 중요하다. 기상, 수문, 농업 등 가뭄 발생의 다양한 측면들을 표현한 여러 가뭄지수 및 정보가 이미 생산되고 있으므로, 이러한 정보를 국민에게 제공한다면 국민이 가뭄의 심각성을 인지하고 물 절약 등의 행동에 동참하도록 하거나 농민의 경우 사전에 대처 방안을 마련하도록 하는 등, 공급측면에서의 수자원 관리 뿐만 아니라 수요 측면에서의 대응도 가능하게 될 것이다. 하지만 현재 제공되는 가뭄지수 및 정보는 전문적 지식이 있는 의사결정자 및 연구자 등을 위한 것으로, 일반 시민이 이러한 정보를 통해 가뭄의 상황을 이해하고 해석하여 그에 따른 행동을 하기란 어려운 것이 사실이다. 따라서, 본 연구에서는 국내 가용한 가뭄지수 및 정보로부터 국민이 체감할 수 있으며, 적절한 행동을 하도록 설득할 수 있는 가뭄정보 생산 방안을 도출하고자 한다. 사회과학적 이론, 포커스그룹 인터뷰 및 설문조사를 통하여 국민의 가뭄정보에 대한 인지 및 이해 특성을 파악하고, 시민자문단을 통하여 직접적으로 국민에게 현재 가용한 가뭄정보를 제공하고 어떻게 바라보는지 분석함으로써, 국민이 체감 가능한 가뭄정보의 방향을 제안하였다. 또한 현재 가뭄에 대한 뉴스 등이 어떠한 방식으로 생산되고 유통되는지를 분석하여 이로부터 사회과학적 측면에서 국민을 설득하기 위한 보다 효과적 방안을 제시하였다. 결과적으로 국민이 가뭄의 상황을 인지하고, 국가적 차원의 가뭄 대응의 필요성을 이해하며, 물 절약 등의 행동을 하도록 설득하는 것이 가능하게 되어, 점차 심각해져가는 가뭄에 효과적으로 대응할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.3-3
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• 2019

최근 기후변화로 인한 집중호우, 가뭄 등 예측하기 어려운 사태가 발생하면서 깨끗하고 안정적인 용수공급 기술의 필요성이 대두되고 있다. 이에 IoT와 기존 물관리시스템을 결합한 스마트워터그리드 출범은 실시간으로 수요와 공급량의 정보를 취득하여 물 관리 효율성을 제고 할 수 있게 되었다. 실시간 수요량 자료를 이용하여 물 수요량 예측을 통한 최적의 물 공급량을 결정할 수 있다. 이 때 스마트워터그리드의 핵심 기술은 실시간으로 취득한 자료의 품질관리라 할 수 있다. 본 연구 대상지역인 영종도 112 블록에는 528개 AMI 스마트 미터를 이용하여 1시간 단위의 물 수요량 자료를 원격 검침하고 있다. 각 수용가에 설치된 AMI 센서를 통해 수집된 자료에는 오류를 포함할 수 있는데 통신 장애, 미터기 고장 및 교체 등으로 발생된다. 결측된 수요량 자료는 상수관망 수리해석에 사용되는 기본자료로서 비표본오차를 증가시켜 검정력과 정확성을 결여시키는 문제가 있다. 이에 본 연구에서는 수집된 자료를 가용할 수 있는 자료로 정제하고 대체하기 위해 완전히 관찰된 자료(complete data)만을 이용하여 각 시간에 따른 관경별, 용도별 그리고 요일별 수요패턴을 추정한다. 결측된 자료는 기존에 사용되는 평균대체법과 핫덱 대체(hot deck imputation) 등과 비교 검증한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.146-146
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• 2023

우리나라의 하천은 도시의 급격한 산업화와 공업화로 인해 이수, 치수 목적을 중심으로 관리되어왔다. 그러나 최근 기후변화의 가속화와 댐과 같은 인공 구조물로 인해 하천의 수질 및 흐름이 위협받으면서 하천 환경개선에 대한 문제가 사회적으로 대두되고 있다. 하천의 생태기능은 하천에서 살아가는 각종 생물의 서식 조건을 유지함으로써 하천이 환경적으로 건강한 상태를 유지하도록 하는데 중요한 역할을 한다. 따라서 하천 환경개선을 위해서는 하천 생태기능 유지를 위한 최적 유량을 확보해야 한다. 일반적으로 하천의 생태기능을 보존하는데 필요한 최적 유량에 대한 평가에는 USGS(United States Geological Survey)에서 개발한 어류에 대한 유량과 서식지 가용성사이의 관계를 바탕으로 하는 물리적 서식처 모형 (Pysical HABitat SIMulation, PHABSIM)이 널리 사용되고 있다. PHABSIM은 가중가용면적(Weighted Useable Area, WUA)과 유량의 관계곡선을 산출하여 생태유량을 산정할 수 있게 한다. 본 연구에서는 최근 10년 동안 어류 건강성 평가에서 낮은 등급을 받은 탄천 대왕교 지점을 대상으로 PHABSIM을 이용한 어류의 계절별 최적 생태유량을 산정했다. 연구에 사용된 유량자료는 2012부터 2021년까지의 데이터가 사용되었다. 탄천의 대표 어종으로는 각 하천에서 우점종으로 선정된 Zacco platypus가 사용되었다. 각 연도별 그리고 계절별 하천 유량의 변화에 따른 환경생태유량 분석을 통해 제시된 각 하천의 최적 환경유지유량에 대한 결과는 한강권역 환경생태유량 산정 및 하천 관리를 위한 기초자료로 활용할 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.366-366
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• 2022

유역의 하천유량과 같은 수문 시계열을 모의 또는 예측하기 위한 수문 모델링에서 최근 기계 학습 방법을 활용한 연구가 활발하게 적용되고 있는 추세이다. 이러한 데이터 기반 모델링 접근법은 입출력 자료에서 관찰된 패턴을 학습하며, 특히, 장단기기억(Long Short-Term Memory, LSTM) 네트워크는 많은 연구에서 수문 시계열 예측에 대한 적용성이 검증되었으나, 장기간의 고품질 관측자료를 활용할 때 더 나은 예측성능을 보인다. 그러나 우리나라의 경우 장기간 관측된 고품질의 하천유량 자료를 확보하기 어려운 실정이다. 따라서 본 연구에서는 LSTM 네트워크의 학습 시 가용한 모든 유역의 자료를 통합하여 학습시켰을 때 하천유량 예측성능을 개선할 수 있는지 판단해보고자 하였다. 이를 위해, 우리나라 13개 댐 유역을 대상으로 대상 유역의 자료만을 학습한 모델의 예측성능과 모든 유역의 자료를 학습한 모델의 예측성능을 비교해 보았다. 학습은 2001년부터 2010년까지 기상자료(강우, 최저·최고·평균기온, 상대습도, 이슬점, 풍속, 잠재증발산)를 이용하였으며, 2011년부터 2020년에 대해 테스트 되었다. 다지점 통합학습을 통해 테스트 기간에 대해 예측된 각 유역의 일 하천유량의 KGE 중앙값이 0.74로 단일지점 학습을 통해 예측된 KGE(0.72)보다 다소 개선된 결과를 보여주었다. 다지점 통합학습이 하천유량 예측에 큰 개선을 달성하지는 못하였으며, 추가적인 가용 자료 확보와 LSTM 구성의 개선을 통해 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.781-784
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• 2008

현재 한강수계에서는 북한강 상류에 건설된 임남댐(저수용량 26억$m^3$)으로 인하여 화천댐 상류 유역계의 변화가 발생하였다. 화천댐의 경우, 기존의 발전용량을 포함한 안정적 방류계획에 변화가 발생하여 기존 저수지 용량의 효율적인 관리기술의 실증이 필요한 시점이다. 또한, 향후 기후변화 및 용수이용 증가에 대비한 안정적인 물공급을 위해 하천유출량의 시 공간적인 평가 및 가용수자원의 평가는 보다 합리적이고 정확하게 이루어져야 하며, 이를 위해 준분포형 유역유출-저수지 운영 결합해석 모형이 필수적으로 도입되어야 할 시점이다. 따라서, 본 연구에서는 SWAT-K(과학기술부, 2007)를 이용하여 기존댐의 최적 운영룰을 도출한 후, 팔당호에서의 유황개선 효과를 정량적으로 분석하여 수자원 확보량을 평가하고자 하였다. 화천댐의 경우, 방류시나리오로 기존 운영실적을 기준으로 홍수기 중 9월 방류량을 50% 감소, 비홍수기 중 $11{\sim}3$월 방류량을 50% 증가시켜 적용하였을 때 최적 운영룰이 도출되었으며, 이때 갈수량 이하의 10일간 유황개선을 통하여 분석기간에 대하여 0.12억$m^3$의 수자원 확보가 이루어질 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.445-445
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• 2012

농업 수자원 시스템은 유역의 유출량으로부터 용수를 생산하고 농작물 재배를 위하여 용수를 공급하는 일련의 체계로서, 여름철 집중되는 강우를 저류하여 가용 용수를 확보하고 적절한 시기에 필요한 용수량의 공급을 목적으로 한다. 농업용 저수지, 용 배수로 및 평야부 수리시설물과 같은 구성 요소들은 오랜 기간에 걸쳐서 축조되어 지속 가능하고 안정적인 농업용수 공급을 수행하고 있다. 농업 수자원 시스템을 운영하는 과정에서 물 수요량에 대한 실시간 관리가 불가능하여, 수요와 공급의 불균형으로 인한 용수 공급 효율 저하 및 수리시설물의 노후화 및 누수 등으로 인한 관리 손실량 발생과 같은 문제점이 제기되었다. 스마트 물관리는 농업 수자원 환경의 급격한 변화에 대응하기 위하여 첨단 정보통신 기술을 도입하는 차세대 물관리 시스템으로 실시간 모니터링, 수자원의 분석/모의/운영 및 정보 관리 등 전 분야에서 정보화와 지능화를 구현하기 위한 기술 총화로 정의된다. 본 연구에서는 스마트 물관리를 구현하기 위한 구체적 방안으로써, 통합적인 농업용수의 실시간 운영 및 정보 관리를 위하여 첨단 정보통신기술을 이용한 모니터링 기술, 수집된 정보 분석 및 제공을 위한 웹 기반의 정보관리 기술, 정보교환을 위한 네트워크 기술 등을 통합 운영할 수 있는 체계를 구성하였다.