• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.365-365
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• 2022

강우에 따른 유역 내 유출량은 수문순환에서 중요한 요소 중 하나이며, 과거부터 강우-유출 모델링을 위한 여러 물리적 수문모형들이 개발되어왔다. 또한 최근 딥러닝 기술을 기반으로한 강우-유출 모델링 접근 방식이 유효함을 입증하는 여러 연구가 수행됨에 따라 딥러닝을 기반으로한 유출량 모의 연구도 활발히 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 물리적 수문모형인 SWAT(Soil Water Assessment Tool)과 딥러닝 기법 중 하나인 LSTM(Long Short-Term Memory)을 사용하여 연구대상지 유출량을 모의했으며, 두 모형에 의해 모의 된 유출량의 극값을 비교 분석했다. 연구대상지로는 영산강 유역을 선정했으며, 영산강 유역의 과거 기간의 기후 변수 모의를 위해 CMIP(Coupled Model Intercomparison Project)6 GCM(General Circulation Model)을 사용했다. GCM을 사용하여 모의 된 기후 변수들은 영산강 유역 내 기상관측소의 과거 기간 관측 값을 기반으로 분위사상법을 사용하여 편이보정 됐다. GCM에 의해 모의 된 기후 변수 및 SWAT, LSTM에 의해 모의 된 유출량은 각각 영산강 유역 내 기상관측소 및 수위관측소의 관측 값을 기반으로 재현성을 평가했다. SWAT 및 LSTM을 사용하여 모의 된 유출량의 극값은 GEV(General Extreme Value) 분포를 사용하여 추정하였다. 결과적으로 GCM의 기후 변수 모의 성능은 과거 기간 관측 값과 비교했을 때 편이보정 후에서 상당히 향상되었다. 유출량 모의 결과의 경우 과거 기간 유출량의 관측 값과 비교했을 때 LSTM의 모의 유출량이 SWAT보다 과거 기간 유출량을 보다 근접하게 모의했으며, 극값 모의 성능의 경우 또한 LSTM이 SWAT보다 높은 성능을 보였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.2-2
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• 2022

연안지역은 강우, 조위, 월파 등 다양한 재해 요소에 의해 침수될 수 있다. 또한, 이러한 재해 요소는 동시에 발생하여 큰 침수 피해를 유발하기도 한다. 하지만 각각의 재해 요소를 대상으로 하는 기술 분야가 상이하기 때문에 물리 모형 기반의 과학적 방법으로 복합적인 재해 요소를 고려한 침수 분석에 관한 연구는 제약되었다. 이 연구는 강우-유출 및 2차원 지표면 흐름 해석의 수공학적 분석 기술과 조석, 파랑, 월파 등의 해양공학적 기술을 연계하여 연안지역에 대한 복합 외력을 고려한 침수 분석 기술을 제시하는데 목적이 있다. 우선, 먼 바다로부터 예상되는 파랑, 조위 분석에는 ADCIRC와 UnSWAN 모형을 연계한 ADCSWAN이 사용되었다. 연안 주변의 복잡한 흐름 해석과 해안 구조물을 범람하여 발생하는 월파량 산정에는 FLOW-3D 모형을 이용하였다. 그리고 강우-유출 분석과 바다의 조위 및 월파량을 고려할 수 있을 뿐만 아니라 2차원 지표면 침수 해석이 가능한 XP-SWMM을 이용하여 연안지역의 침수 모의를 수행하였다. 모형 간 연계에 의한침수 해석의 적절성을 검토하기 위해 2016년 10월의 태풍 차바 시 대대적인 침수가 발생한 부산 마린시티 지역에 대하여 적용하였다. 침수 모의 결과는 당시의 현장 사진, 침수흔적도와 비교하여 검토되었고, 실제 침수 현상과 유사한 결과가 도출되었다. 이 연구는 연안지역의 복합적인 재해요인에 대한 침수 해석에 수문 분야와 해양공학 분야의 기술 연계를 통해 실제 현상의 재현성을 높인 것에 의의가 있다. 또한, 이 연구에서 제시한 해석 방법은 다양한 연안지역의 침수 원인 분석과 적절한 재해 방지 대책 수립에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.1021-1026
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• 2009

본 연구에서는 물리적 기반의 완전분포 모형인 $Vflo^{TM}$ 모형을 이용하여 강원도 인제군에 위치한 내린천 유역을 대상으로 광덕산 레이더 자료와 지상강우 자료를 이용하여 분포형 홍수유출모의를 실시하였다. $Vflo^{TM}$모형을 구성하기 위해서 GIS 지형공간 자료가 사용하였다. 유역의 하천 배수망과 각 격자에서의 경사를 구하기 위하여 250m 격자 크기의 DEM을 사용하였다. 본 연구에서는 2006년 7월 14일부터 2006년 7월 17일까지의 관측 레이더 강우자료(Quantitative Precipitation Estimation, QPE), 보정된 레이더 강우자료, 지상 강우량자료를 동일한 조건의 $Vflo^{TM}$모형에 입력하여 관측 유출량과 비교함으로써 기상청레이더 자료와 조건부합성기법으로 보정된 레이더 자료의 수문모형의 입력 자료로써의 타당성을 비교하고자 하였다. 광덕산 레이더 강우의 경우 관측치보다 상당히 과소 추정되는 모습을 보여주었고, 지상강우와 조건부합성기법으로 보정된 레이더 강우의 경우 실제 관측치와 비슷한 유출을 나타내었지만, 조건부 합성기법(Kim, 2008)을 이용하여 레이더강우와 지상강우를 합성한 보정 레이더 강우자료가 가장 좋은 결과를 보여주었다. 이를 통해 기상레이더 강우자료와 지상강우자료를 합성할 경우 충분히 레이더 강우를 이용하여 홍수모형의 입력자료로써 수문학적 활용성이 있음을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.684-688
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• 2008

레이더 강우와 관련한 대부분의 연구나 실무적용이 제한을 받는 이유는 레이더 반사도 등의 원시자료를 획득하기가 어려울 뿐만 아니라 이를 처리하여 수문해석에 적용하는 과정이 간단하지 않기 때문이다. 이를 해결하기 위하여 다음과 같은 내용을 연구하였다. (1) 레이더 영상자료를 실용적으로 활용하기 위한 '레이더 영상 디지털 변환법(RAIDOM)'을 연구 개발하였다. 또한 오프라인상에서도 기상청 레이더 합성 CAPPI 이미지 자료를 디지털 강우자료로 직접 변환할 수 있는 방법을 제시하였다. 이러한 기술은 앞으로 레이더 강우 연구와 레이더 강우의 활용성을 넓히는데 크게 기여할 것으로 기대된다. (2) RAIDOM 레이더 강우와 연계한 분포형 강우유출모형을 구축하였다. 본 연구에서는 DEM, 토지피복도, 토양도로부터 분포형 강우-유출모형의 매개변수를 산정하는 방법을 상세히 연구하여 제시하였다. 이러한 연구결과는 앞으로 분포형 강우유출모형에 대한 연구와 활용성을 넓히는데 기여할 것으로 기대된다. (3) 주요 관측 레이더 호우사상을 이용하여 RAIDOM 강우와 구축된 분포형 모형의 적용성을 검증하였다. 이를 위하여 먼저 강우유출자료가 체계적으로 관리되고 있는 평창강 국제수문개발계획(IHP) 시범유역의 자료를 이용하여 모형의 매개변수 보정을 수행하였다. 강우 전 하천의 기저유량과 유역의 초기함수조건을 제외한 나머지 매개변수는 유역특성을 나타내는 인자들이므로 모든 강우사상에 대하여 일정한 것으로 가정하여 매개변수 보정을 수행하였다. 6개 주요 호우사상에 대하여 보정한 결과 4개의 호우사상에 대하여 강우-유출과정을 거의 완벽하게 재현하였으며, 2개의 호우사상에 대해서는 수문곡선의 상승과 하강은 비교적 일치하나 첨두부에서 다소차이가 발생하였다. (4) 보정된 분포형 모형을 2006년 7월에 발생한 국지성 집중호우와 한강유역 중상류지역에 걸쳐 큰 홍수량을 발생시킨 2개의 호우사상에 대하여 레이더 강우자료를 적용하여 검토하였다. 검토결과 임진강유역 3개 수위관측소와 우이천수위관측소 및 중랑교수위관측소에서 모의된 홍수수문곡선은 실측치와 잘 일치하는 것으로 나타나 본 연구에서 제시한 RAIDOM과 이를 적용한 분포형 모형이 강우유출 모의를 위하여 활용될 수 있음을 보여주었다. 앞으로 태풍에 수반된 강우와 장마전선 등을 포함한 다양한 유형의 여러 가지 강우에 대한 적용을 통하여 모형의 검증과 보완을 수행하여 RAIDOM 레이더 강우와 분포형 강우유출모형을 연계한 홍수 예보 시스템으로 발전시켜 나갈 예정이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.356-356
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• 2023

충청북도 청주시 상당구 월오동 251-7번지와 251-15번지 2곳에 각각 50m³ 규모의 빗물저류조를 대상으로 2017년 7월 16일 호우사상을 적용하여 설치 전·후의 침수저감 효과를 분석하였다. 침수분석을 위해 지형자료는 국토정보플랫폼에 있는 1:25,000 자료를 활용하였으며, 모의 전 대상지역의 관망구축에 따른 지형자료를 구축하였고 관망은 노드 40개와 링크 39개로 구성하였다. SWMM 모형을 구동하여 유역내 유출량을 분석하기 위해 유역과 관련한 입력자료와 이외 유역간의 연결부인 관거 하도 입력자료 구축 및 하도와 하도를 연결하는 모델상의 Junction인 실제 맨홀과 관련한 입력자료를 구축하였다. 관거 입력자료로는 관거의 제원, 길이, 깊이 등의 자료를 수집하여 사용하였다. 빗물저류조 설치전·후의 침수저감효과를 분석하기 위해 빗물저류조 설치전의 침수양상을 모의 하였으며 각각 강우발생 후 30분, 50분, 70분, 90분, 110분, 130분 및 150분으로 구분하여 분석하였다. 강우발생 후 150분의 모의분석 결과, 침수심은 0.2<깊이<0.4의 면적이 600m²로 가장 넓은 침수분포를 나타내었으며, 총 침수면적은 2,225m²로 모의되었다. 이는 강우발생 후130분 보다 125m² 더 침수되었으며, 0.8<깊이<1.0의 면적은 150m²로 모의되었다. 전체적인 침수심도 커진 것으로 분석되었다. 빗물저류조 설치 후의 침수양상을 모의하였으며 각각 강우발생 후 30분, 50분, 70분, 90분, 110분, 130분 및 150분으로 분석하였다. 강우발생 후 150분의 모의분석 결과, 침수심은 0.2<깊이<0.4의 면적이 250m²로 가장 많은 침수분포가 나타났으며, 총 침수면적은 550m²으로 모의 되었다. 이는 강우발생 후 110분과 침수면적은 동일하게 모의 되었으며, 침수심 0.2<깊이<0.4의 면적은 250m²로 모의 되었다. 따라서 해당 지역에 50m³ 규모의 빗물저류조 2개를설치 할 경우 침수피해가 저감되는 것으로 분석되었다. 이러한 분석 결과를 바탕으로 향후 도시내 상습침수구역에 빗물저류조를 설치하여 기후변화에 따른 극한 강우에 대비할 수 있도록 해야 할 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.351-351
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• 2023

강우 자료는 수문 모델링에서 중요한 입력 요소 중 하나이다. 강우의 공간적 가변성은 모델링 불확실성의 중요한 원인으로 알려져 있다. 강우 관측자료는 많은 경우 유역을 대표하는 평균 면적강수량 (Mean Areal Precipitation, MAP)을 계산하여 수문모형에 입력된다. 선행 연구에서는MAP 예측 결과의 신뢰도를 개선하기 위하여 다양한 보간 방법이 개발되었다. 하지만, 강우특성의 동질성를 고려한 대표 기상 관측소 선정이 MAP 예측과 유출량 모의 결과에 미치는 연구는 아직 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 유역의 MAP 예측에 있어 강우특성의 동실성을 고려한 강우 관측소 선정이 수문 모델링 성능 개선에 미치는 영향을 평가하고자 한다. 본 연구에서는 종관 기상관측(ASOS) 74개 지점과 방재기상관측(AWS) 400여개 지점에서 2003~2022년 기간에 대한 일강수량 자료를 수집하였고 강우특성이 동질한 지역을 구분하였다. 또한, 강우특성 동질성의 고려 유무에 따른 MAP를 계산하였다. 이후, 5개의 매개변수로 이루어진 개념적 강우-유출 모형FPHM을 사용하여 우리나라 전역 41개 유역을 대상으로 MAP 계산 결과가 모형 성능에 미치는 민감도를 조사하였다. 분석 결과, 강우특성의 동질성을 고려한 강우 관측소의 선택은 MAP 보간 방법 이상으로 중요한 요소임을 확인할 수 있었다.

• 한국습지학회지
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• 제13권1호
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• pp.105-116
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• 2011

최근 몇 년간 기후변화에 의해 기상이변이 발생하고 있으며 이에 따른 집중호우로 인한 홍수피해가 심각하게 증가하고 있다. 이러한 피해를 저감하기 위한 수문기상학적 요소와 특성인자들의 정확한 상호 연관성 규명과 공간적 변동성 해석은 강우-유출 모형에서 발생하는 불확실성을 감소시키는데 중요한 요소로 작용하게 된다. 이에 본 연구에서는 레이더강우 격자 해상도와 지형인자 격자 해상도에 따라 강우-유출모형이 어떻게 반응하는지 분석하였으며, 가-분포 강우-유출 모형인 ModClark 모형을 이용하여 강원도 인제군의 내린천 유역을 대상으로 광덕산 레이더자료를 이용하였다. ModClark 모형 구성을 위한 GIS 지형공간 자료는 30m, 150m, 250m, 350m 격자크기의 DEM을 사용하였으며, 2006년 7월 14일부터 7월 17일까지의 관측레이더 강우자료를 500m, 1km, 2km, 5km, 10km 사용하여 유출모의를 실시하고, 각각의 격자해상도에 따른 모의 결과를 비교하기 위해 유출 수문곡선을 작성하고 유출량 변화를 모의하였다. 분석 결과 첨두유량 및 유출체적에 대해서는 DEM 30m~150m, 레이더강우 500m~2km 크기의 격자일 때 가장 최적의 유출 모의를 한 것으로 분석되었으며, 통계적 분석에 의한 분석결과에서는 모든 DEM 격자는 레이더강우 격자가 500m인 경우, 모든 레이더강우 격자는 DEM 30m인 경우에 모형의 적합성이 높은 것으로 나타났고, 민감도 산정 결과 지수 등급이 높은 DEM이 분포형 모형의 결과 값에 큰 영향을 주는 것으로 분석되었다. 최근 집중형 모형에서 분포형 모형을 이용한 강우-유출해석이 이루어지고 있기에 모델링 구성을 위한 효율적인 의사결정의 기준으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제48권7호
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• pp.595-604
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• 2015

강우에 의한 세류간 토양침식은 운동에너지를 갖는 빗방울이 지표면을 타격하여 발생하는 빗물튀김의 박리현상과 지표유출수의 면상흐름에 의한 토사입자의 운반으로 구분할 수 있다. 강우운동에너지는 토양입자를 토양체로부터 분리시키기 위한 강우의 잠재적인 능력의 지표로 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 강우운동에너지가 세류간 토양침식에 미치는 영향을 파악하기 위해 강우의 충돌을 제어하는 스트립 커버를 이용한 토양침식 강우모의 실험을 수행하였다. 강우모의에 의한 강우운동에너지는 자연강우에 비해 0.58배 규모로 재현되었다. 강우강도가 증가함에 따라 지표유출량은 증가하고 지표하유출량은 상대적으로 감소하였다. 지표커버가 없는 사면으로부터 발생한 지표유출량이 지표커버가 있는 경우에 비해 평균 1.82배 증가하였다. 강우운동에너지는 지표유출 및 지표하유출 발생시간에도 영향을 끼쳤다. 빗물튀김과 면상흐름의 상호작용으로 토사유출량이 3.6~5.9배 증가하였으며 그 증가폭은 강우강도의 증가에 따라 감소하였다. 단위수류력과 토사유출량의 관계분석 결과 강우운동에너지는 빗물튀김에 의한 토양입자의 분리침식을 증가시킬 뿐만 아니라 지표유출수 증가에 따른 토사이송능력을 가중시켜 토사유출량을 크게 증가시키는 것으로 확인되었다.

• 한국습지학회지
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• 제12권3호
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• pp.155-163
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• 2010

돌발홍수는 짧은 지속기간, 급격한 경사와 불투수층에 대해 강한 강우로 인하여 피해를 유발하는 홍수를 말한다. 돌발홍수는 강우가 돌발홍수기준(Flash Flood Guidance)을 초과하는 경우에 발생하게 되며, 따라서 돌발홍수기준을 정확히 산정하는 것이 돌발홍수예보의 정확성에 크게 기여한다. 즉, 강우-유출관계가 갖고 있는 불확실성(uncertainty)을 최소화 할수록 돌발홍수기준을 정확하게 산정할 수 있으며, 강우-유출 모형은 각각 고유의 매개변수와 특성을 갖고 있으므로 어떠한 강우-유출 모형을 사용하여 강우-유출관계를 도출하느냐에 따라 불확실성의 정도가 크게 좌우된다. 본 연구에서는 4개의 강우-유출모형(HEC-HMS 모형, 저류함수모형, SSARR 모형, TANK 모형)의 모의값에 Monte Carlo 모의 방법을 적용하여 95%신뢰수준에 대한 신뢰한계를 추정하여 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.774-778
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• 2008

최근 국내외적으로 기후변화와 도시화와 관련하여 기후특성의 변화에 대한 다양한 연구들이 진행되고 있다. 다양한 연구에 의해 기후변화와 도시화의 영향으로 강우특성이 변화한다고 하였으며, 강우특성의 변화는 필연적으로 유출의 특성에도 영향을 미치게 된다. 이는 도시유역의 수공구조물의 안전성과 CSO 처리 시설 등의 용량산정 등에 있어서 필히 검토되어야 하는 문제이다. 이에 따라 본 연구에서는 현재 서울 기상청에 구축되어 있는 장기간의 시강우자료(1961년-2006년 4-10월)를 이용하여 전기간 자료(Data 1)와 특성변화가 진행되었다고 판단되는 1990년 이후의 강우자료(Data 2)를 이용하여 각 100년치의 모의 강우를 발생시켜 원자료의 차이에 따른 강우의 변화 정도에 대해 비교하여 보았다. 비교결과 연평균 123.7mm 더 크게 산정되었으며, 강우발생범위는 Data 1은 411.5-2564.9mm, Data 2는 382.0-2754.7mm의 범위를 보였다.