• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.460-460
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• 2023

최근 범 지구적인 기후변화로 인해 집중호우가 빈번히 발생하고 침수피해가 증가하고 있다. 이에 따른 침수 피해 위험이 큰 지하상가, 지하 주차장, 반지하 주택 등의 침수 발생이 잦아지며 인명 및 재산 피해 발생이 커지고 있다. 이러한 지역은 인근 하수관로의 수위에 따라 침수 영향을 크게 받게 된다. 이에 따른 강우·유출 관계는 침수피해에 대해 대처하기 위해 시공간적 강우 특성이 반영된 하수관로 수위 예측이 중요하다고 판단된다. 이에 본 연구에서 수위 자료는 서울시 하수관로 수위 현황 자료를 활용하였으며, 강수량 자료는 서울 내 서초구 일대의 강수량 자료를 활용하여 연구를 진행하였다. 대상 지역은 저지대에 위치해 침수가 잦은 서초구 서초동으로 선정하였으며, 분석에 사용된 기간은 2012년부터 2021년까지의 수위 자료를 화용하여 이를 바탕으로 순환 신경망인 RNN의 일종이며, 다른 모델의 구조와 비교하여 더욱 간단하고 효율적인 ESN(Echo State Network) 알고리즘을 사용하여 수위 예측을 진행하였다. 분석을 위해 대상 지역의 강수 사상이 발생하여 하수관로의 수위의 변동이 큰 기간을 선정하여 분석을 실시하였다. 2012년부터 2018년까지의 자료를 학습(training) 자료로 활용하였으며, 모형의 검증 위해 통계분석을 실시하여 검증하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.63-63
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• 2023

하천수위는 상류에 위치한 유역의 유출상황에 따라서 지속적으로 변화하게 되며, 특히 홍수시에 급격하게 상승하고 홍수피해를 야기하게 된다. 이 때문에 하천의 수위변화를 모의·예측하기 위한 많은 이론이 제안되고 적용되어 왔으며, 일반적으로 강수와 유역특성을 시공간적으로 고려할 수 있는 수리·수문모형을 이용하여 모의되어 왔으나 숙련된 전문가가 필요하다는 단점이 있다. 이에 본 연구의 목적은 각종 수방활동에 종사하는 관련자가 특정 지점의 홍수시 수위상승 특성을 간편하게 확인하고 활용할 수 있는 방법론을 제시하는 데 있다. 이를 위하여 한강수계에 위치한 홍수취약지구에 홍수정보를 제공하는 45개 수위관측소의 2010년부터 2022년 사이의 10분 단위 수위자료를 수집 하였으며, 각 지점별로 수위자료에 홍수 사상에서 발생하는 시간적인 상승량을 단위시간을 통하여 수위 상승값을 분위화하는 수위상승거동곡선(Water-level Rising Behavior Curve) 개념을 적용하여 분석하였다. 적용결과에 따라, 일반적인 유역은 유역특성에 따라서 홍수위가 상승하다가 일정시간이 경과한 후에 평형상태에 도달하는 것으로 나타났으며, 이러한 특성을 현장 종사자가 정량적으로 판단하기 위한 보조자료 및 각종 수방계획 수립을 위한 기초자료로서 활용할 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.330-330
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• 2021

본 연구에서는 새롭게 개발 중인 SSP 시나리오의 일단위 강수량과 온도 자료를 활용하여 청미천 유역의 미래 가뭄의 예측 및 분석을 실시하였다. SSP1-2.6, SSP2-4.5, SSP3-7.0, SSP5-8.5에 따른 새롭게 개발 중인 CMIP6 (Coupled Model Intercomparison Project) GCM (General Circulation Models) 중 ACCESS-ESM1.5(Australian Community Climate and Earth System Simulator model)를 이용하였다. GCM 자료는 Quantile Mapping 방법을 사용하여 편이보정 되었고, 유출분석은 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형을 사용하여 청미천 유역에 대해 수행하였다. 청미천 유역의 가뭄분석을 위해 기상학적 가뭄지수인 SPI(Standardized Precipitation Index)와 SPEI(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index), 수문학적 가뭄지수인 SDI(Standardized Streamflow Index)를 산정하였다. 그 후, 시간에 따른 가뭄의 특성을 분석하기 위해 가까운 미래 (2025-2064)와 먼 미래 (2065-2100) 로 구분하여 분석을 진행하였다. 그 결과, 청미천 유역의 가뭄 발생은 SSP시나리오, 가뭄지수에 따라 차이점을 확인할 수 있었다. SSP 시나리오의 경우 SSP5-8.5에서 가장 심각한 가뭄이 발생하였다. 가뭄지수의 경우 강수만을 고려한 SPI는 먼 미래에 비해 가까운 미래에서 더욱 심각한 가뭄이 발생하였다. SDI의 경우 강수량의 변동이 일반적으로 하천의 흐름에 영향을 미치기에 SPI와 비슷한 양상을 나타내었다. SPEI의 경우 시간에 따른 기온상승으로 먼 미래에 심각한 가뭄이 발생하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.57-57
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• 2022

국내의 댐·하천 설계기준은 다양한 수자원 시설물 설계 시에 활용되고 있으나, 강우사상에 대한 분석은 과거의 강우 사상에 대한 통계분석에 따라 수행되어 기후변화의 영향을 고려하지 않고 있다. 또한, 하천 설계기준에서는 홍수량 산정에 대한 방안을 명시한 바에 따르면, 홍수량 산정 표준지침에서 활용하는 빈도해석을 활용하는 방안 또는 강우-유출모형을 활용한 방안을 제시하고 있으나, 홍수량 산정 표준지침 역시 미래 강수 변화에 대한 구체적인 방안을 반영하지 않고 있는 실정이다. 전 세계적인 기후변화는 국내의 기후변동성을 증가시켜 극한강우사상의 빈도와 강도를 증대시키므로 이를 고려한 미래강우에 대한 분석이 필요한 시점이다. 일반적으로 기후 전망에 활용되는 전지구 모델(Global Climate Model; GCM)은 한반도의 복잡한 지형을 고려하기 어려우므로 지역적인 강제력을 보다 효과적으로 고려하기 위하여 지역기후모델(Regional Climate Model; RCM)을 사용하고 있다. 역학적으로 상세화 된 RCM은 비교적 고해상도의 자료를 제공하고 있으나, 강수량을 전반적으로 과소 추정하는 것으로 알려지고 있다. 본 연구에서는 지속시간 1-24시간 연최대 강우량(annual maximum rainfalls; AMRs)과 역학적 상세화 된 SSP 시나리오 일 자료를 활용하며, Copula 함수 기반의 상세화 모형을 통해 Sub-Daily 정보를 시간적으로 상세화 하였다. 최종적으로 이를 활용하여 미래 IDF 곡선을 유도하였다. 산정된 IDF 곡선 결과를 활용하여 기후변화의 영향을 고려한 설계강수량 변화량을 정량적으로 제시하고자 한다.

• The Korean Journal of Ecology
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• 제25권3호
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• pp.189-195
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• 2002

생태계의 필수원소이고 대기오염의 주물질인 질소와 황의 유입량, 유출량과 연물질 수지를 밝히기 위하여 집수역의 특성이 알려지고, 수문학 연구시설이 구비된 산림청 임업연구원 중부시험장내 광릉시험림의 침엽수림과 활엽수림 소유역 생태계에서 강수량과 유출수량을 측정하고, 이 속에 있는 두 물질의 함량을 분석하고 이를 수문학적 자료와 통합하였다. 광릉의 연평균 강수량은 $12,916\;ton{\cdot}ha^{-1}{\cdot}yr^{-1}$이었고, 연평균 유출량은 각각 5,094(39%)와 $7,467\;ton{\cdot}ha^{-1}{\cdot}yr^{-1}$(59%)로서 침염수림이 활엽수림보다 더 낮았다. 강수에 의한 $N({NO_3}^-+{NH_4}^+)$와 ${SO_4}^{2-}$의 연 평균 유입량은 각각 12.50과 $81.72\;kg{\cdot}ha^{-1}{\cdot}yr^{-1}$ 이었다. 유출수를 통하여 생태계로부터 유출되는 $N({NO_3}^-+{NH_4}^+)$와 ${SO_4}^{2-}$의 유출량은 침엽수림소유역에서 각각 0.06과 $39.23\;kg{\cdot}ha^{-1}{\cdot}yr^{-1}$이었고, 활엽수림소유역에서 각각 0.15, $55.46\;kg{\cdot}ha^{-1}{\cdot}yr^{-1}$로서 질소와 황은 생산성이 높은 천이초기 단계에 있는 침엽수림이 극상단계에 있는 활엽수림 소유역보다 적었는데 이는 물질생산에 의하여 이들 물질이 생물체의 조직에 축적되었음을 시사하였다. 이 결과로부터 계산한 $N({NO_3}^-+{NH_4}^+)$와 ${SO_4}^{2-}$의 연수지는 침엽수림소유역 에서 각각 +12.46, $+42.49\;kg{\cdot}ha^{-1}{\cdot}yr^{-1}$ 활엽수림소유역에서 각각 +11.35, $+26.26\;kg{\cdot}ha^{-1}{\cdot}yr^{-1}$로서 두 생태계에 축적되었다.

• 대한환경공학회지
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• 제31권9호
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• pp.765-774
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• 2009

섬유염색 및 가공산업은 용수요구량이 매우 높은 편이며 다양한 난분해성 염료의 사용으로 인해 폐수발생량의 기여도가 높은 전형적인 오염 유발 산업이다. 본 연구는 낙동강 수계에서 산업폐수 발생업체 중 섬유염색 및 가공 산업시설을 중심으로 SS, $BOD_5,\;COD_{Mn},\;COD_{Cr}$, TN 그리고 TP와 같은 수질 항목에 대해서 발생원 단위 오염물질 배출 특성을 파악하고 발생원단위 부하량을 산출하기 위해 수행되었다. 각 산업을 대표하는 오염원 발생원단위의 산정을 위해 낙동강 수계에 산재한 섬유염색 및 가공업체 중 세 개 업체를 선정하였다. BOD 기준 유입수와 유출수에서의 원단위 값은 90%이상 감소하였지만 원수에서의 높은 유기물 부하량으로 인해 원단위값 자체는 섬유제조시설에서 얻어진 값과 유사하였다. 유수의 생분해도는 유출수에 비해 세배 가량 높게 나타났다. 건평, 제품생산량 및 원료사용량을 기준으로 한 주요 수질 항목 (SS, $BOD_5$, COD, TN and TP)에서 단위공정(본 연구에서 산정한 값)의 오염원 발생원단위 결과값이 통합공정(국립환 경과학원에서 산정한 값)의 오염원 발생원단위 결과 값과 유사하였지만 다른 인자를 기준으로 한 경우에는 커다란 차이를 보여주었다. 섬유염색 및 가공업체에서 도출된 오염원 발생원단위 인자는 낙동강 수질 오염총량제 도입과 함께 수질오염 부하량 처리비용을 산정 할 때 유용한 자료로 활용될 수 있으리라 기대된다. 이러한 오염원 발생부하량 도출과 함께 낙동강 수계에서의 효과적인 수질오염제어와 관리를 위해서는 각 산업별 폐수처리시설의 유출수로부터 다양한 형태의 수질오염항목을 특성화시킬 필요가 있다.

• 한국지리정보학회지
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• 제11권3호
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• pp.13-22
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• 2008

본 연구의 목적은 용담댐 유역을 대상으로 유역특성자료 분석시스템 (KGIS-Hydrology)을 이용하여 PRMS 모형의 입력매개변수를 추출하고 유출모의를 수행함으로서 개발된 유역특성자료 분석시스템 및 추출된 매개변수를 이용한 PRMS 모형의 국내 유역에 대한 적용성을 검토하는데 있다. 용담댐 유역을 대상으로 DEM, 토양도, 임상도 등을 구축하여 유역특성자료 분석시스템에 적용하여 PRMS 모형의 입력 매개변수를 추출하였다. 강수자료 및 기상자료는 기상청의 장수기상관측소의 시계열 자료를 사용하였으며 모의 결과를 검증할 수 있는 하천유출량 자료로서 용담댐 지점(용담댐 유역)과 동향수위관측소(구량천 유역)의 자료를 사용하였다. 장기유출모의 목적에 맞는 PRMS 모형을 구성하고 유역특성자료 분석시스템을 이용하여 추출된 매개변수로서 1966년부터 2001년까지 용담댐 유역에 적용하여 매개변수를 최적화하였다. 최적화된 매개변수를 이용하여 용담댐 유역(2002-2006)에 대하여 검토한 결과 0.49~0.83, 구량천 유역(2001-2004)은 0.57~0.75의 모형효율을 나타내어 모의결과가 실측치에 대하여 높은 모형효율을 나타내었다.

• 한국지리정보학회지
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• 제10권3호
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• pp.13-21
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• 2007

최근 기상이변에 따른 국지성 돌발 홍수의 빈번한 발생으로 인해 레이더 등을 이용한 초단기 강수예보의 필요성이 대두되고 있다. 본 연구는 시공간 분포를 적절하게 표현할 수 있는 레이더 강우시계열자료와 GIS기반의 분포형모형을 연계하여 국내 댐유역에 적용해 봄으로써, 분포형모형의 홍수유출시 실무에서의 적용가능성을 검증해 본 것이다. 본 연구에서 사용한 물리적기반의 분포형모형으로는 미국 오클라호마 대학에서 개발한 Vflo모형을 이용하였으며, 낙동강권역의 남강댐유역($2,293km^2$)을 시험유역으로 적용하였다. 입력강우로는 진도레이더로 부터 레이더강우 전처리프로그램인 K-RainVieux를 이용하여 모형의 격자해상도에 맞는 분포형 강우를 생성하였다. 또한, GIS수문매개변수를 DEM, 토지피복도, 토양도 등의 기본 GIS자료들로 부터 추출, 물리적기반의 분포형모형(Vflo)의 입력인자로 사용하여 모형의 초기설정을 향상시켰다. 본 연구의 성과는 향후 돌발홍수에 대응한 실시간 단기 강우유출예측시스템을 구축하기 위한 기반이 될 것으로 사료된다.

• 한국지리정보학회지
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• 제21권3호
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• pp.104-118
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• 2018

본 연구에서는 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형과 다지점 수문관측 자료를 이용하여 모형의 정확도 향상성을 평가하고자 한다. 대상유역은 한국수자원공사 용담시험유역의 수위자료를 측정하고 있는 용담댐($930.4km^2$), 동향($165.5km^2$), 천천($290.9km^2$), 주천($57.8km^2$), 석정($80.5km^2$) 유역으로 70%이상이 산림유역이다. 모형의 정확도를 향상시키기 위해 강수자료는 기상관측소 2개(장수, 금산)관측소와 기상청, 국토부, 수자원공사에서 관리하는 AWS 16개의 2003~2011년 일 강수량 자료를 이용하였다. 2003~2011년의 용담시험유역의 신뢰할만한 실측자료를 바탕으로 5지점의 일 유출량을 이용하여 단일지점(용담댐)과 다지점(동향, 천천, 주천, 석정)의 유출량을 검 보정하여 비교하였다. 모의 결과 단일지점의 소유역(동향, 천천, 주천, 석정)의 $R^2$는 0.84, 다지점은 0.88, 단일지점의 Nash-Sutcliffe의 모형효율계수 0.45, 다지점은 0.70으로 보다 향상된 모의 결과로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.48-48
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• 2011

본 연구에서는 미래 기후변화가 하천 및 호소수질에 미치는 영향을 평가하고자 유역 수문-수질 모의가 가능한 SWAT(Soil and water assessment tool) 모형과 호소수질 모의가 가능한 WASP(Water Quality Simulation Program) 모형을 연계운영하여 충주호를 포함하는 충주댐 유역($6,642.0km^2$)에 적용하였다. 이를 위해 IPCC(Intergovernmental panel on climate change)에서 제공하는 A1B 배출시나리오를 포함하는 MIROC3.2 hires 모형의 결과로부터 충주댐 유역의 총 6개 기상관측소에 대한 과거 30년(1997~2006) 실측자료를 바탕으로 미래 온도와 강수에 대한 편이보정(Bias correction) 및 Change Factor Method로 상세화(Downscaling)하여 미래 기후자료(2020s, 2050s, 2080s)를 생산하였다. 미래 연평균 온도는 기준년도인 2000년에 비해 최대 $+4.8^{\circ}C$(2080s)의 온도증가를 보였으며, 강수량의 경우 여름과 가을 강수량이 다소 감소하였으나 연평균 강수량은 최대 +34.4%(2080s) 증가하는 것으로 전망되었다. 먼저, SWAT 모형을 이용한 기후변화에 따른 댐 유입량은 39.8%(2080s) 증가는 것으로 분석되었으며 유역의 유출특성 변화로 인한 유사량은 지표유출변화에 기인하여 봄과 겨울에 증가하는 경향과 함께 -14.5%(2020s) ~ +27.3%(2080s)의 변화를 보이는 것으로 분석되었다. 영양물질에 대한 오염부하량은 2080s에서 T-N이 증가추세를 보이며 최대 87.3% 까지 증가하는 반면, T-P는 유사량과 유사한 변화패턴을 보이며 최대 48.4%까지 감소하는 것으로 분석되었다. 호소수질 모델링을 위한 충주호의 Segment 구성은 충주댐1 지점에서부터 충주댐4 지점까지 전체 수표면적 $65.7km^2$에 대하여 상층과 하층 총 760개로 구성하였으며, SWAT 모형에 의한 충주호 유입하천 소유역에서의 미래 유출 및 영양물질 자료를 WASP 모형의 초기값으로 입력하여 수체 내의 BOD, Chl-a, T-N, T-P 변화 분석을 실시하였다. 이와 같이 지구 온난화에 의한 기후변화는 강우특성 변화에 따른 가뭄과 홍수 등 극한 기상현상의 발생, 유역 물순환 체계 변화를 야기 시키므로서 수자원 부존량 변화에 영향을 미칠 뿐만 아니라 기온상승에 따른 수온변화, 비점오염물질의 거동에도 변화를 초래하여 하천 및 호소 수질에 큰 영향을 미칠 것으로 판단된다.