• Korean Journal of Environment and Ecology
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• v.16 no.3
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• pp.239-248
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• 2002

This study was conducted to investigate the hydrological characteristics of groundwater level change and rainfall-runoff processes at the Moojechi Bog located in Mt. Jeungjok, Ulsan. The average runoff rate of bog was 0.58 which is similar to that of general mountainous watershed. In the short term hydrograph, runoff was increased slowly and It took a long time to arrive peak flow. After that time, the decreasing pattern of runoff was slower than that of general mountainous watershed. In case of the long term water budget, the Moojechi Bog had a abundant base flow and runoff was continued in spite of non rainfall period. The groundwater level was arrived peak flow immediately after rain stop but was decreased very slowly until the next rain. The change pattern of long term groundwater level was very similar to that of the amount of rain and discharge. The higher rainfall intensity was, the lower slope of recession curve on the groundwater level was and the longer rainfall duration was, the longer peak flow was. Judging from these results, Moojechi bog could be evaluated to have a constant groundwater level.

• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2007.11a
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• pp.390-392
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• 2007

강우시 발생되는 강우유출수는 배수구역내 지표오염물질로부터 기인한 다양한 오염물질을 포함하고 있으며 전세계적으로 이에 대한 많은 연구가 진행중에 있다. 초기강우시 산업공단에서 발생되는 지표유출수내 오염물질의 특성은 아직도 완벽하게 이해되고 있지 못하고 있다. 본 연구는 산업공단을 대상으로 강우시 지표유출수의 수질과 특성을 분석 평가하였고 시료채취는 공단을 배수구역별 4개 구역으로 구획 후 해당 배수구역에 대해 grab sampling 방법을 적용하였다. 석유 화학산업과 일반 야적장 등에서는 BOD, COD, SS, TN 등의 일반오염물 항목들이 주로 검출된 반면, 기계 금속산업, 고철야적장 지역에서는 중금속 항목의 오염물이 고농도로 측정되었다. 산업공단에서 발생하는 지표유출수내 오염물질들은 대부분 업종과 연관성을 나타내었고, 각 지점별 발생 오염물질의 농도는 오염물질의 노출정도 및 강우사상의 특성에 따라 결정되어지는 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.94-94
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• 2023

유역에서의 홍수를 예측하기 위한 다양한 강우-유출 모형들이 개발되어 사용되고 있다. 개념적 강우-유출 모형들은 신뢰성과 적용성이 높아 실무에서 널리 활용되어왔으나, 강우-유출 과정을 단순화하여 고려하므로 유출예측의 정확도에 한계가 있다. 또한 모형의 매개변수에 여러 불확실성이 존재하므로 충분한 양의 관측자료를 사용한 보정 작업이 필요하다. 물리적 강우-유출 모형들은 유출예측 결과가 비교적 물리적으로 정확하다는 장점이 있지만, 높은 계산 비용 및 수치적 불안정성으로 인하여 실무에의 적용이 힘들다. 본 연구에서는 홍수 예측의 정확도와 효율성을 모두 확보할 수 있는 하이브리드 기법을 개발하였다. 본 연구에서 개발한 기법은 물리적 모형인 동역학파 모형과 개념적 모형인 순간단위도 모형, 그리고 딥러닝 모형을 결합하여 사용하는 기법이다. 유역의 조도계수 및 지형을 활용한 동역학파 시뮬레이션을 수행하였으며, 동역학파 시뮬레이션 결과 및 멱함수로 나타내어지는 비선형적 강우-유출 관계를 이용하여 유역의 순간단위도를 유도였다. 또한, 딥러닝 모형인 LSTM 모형을 활용하여 강우손실 매개변수를 추정하였으며, 이를 이용하여 강우손실을 계산한 후 유효강우주상도를 산정하였다. 그리고 유역 출구에서의 홍수수문곡선은 유효강우주상도와 순간단위도를 활용한 회선적분을 통해 예측되었다. 본 연구에서 개발한 기법을 시험유역 및 자연유역에서의 홍수 예측에 적용해보았으며, 예측 결과는 NSE=0.55-0.90, R²=0.67-0.95의 높은 정확도를 보였다. 본 연구에서 유도하는 순간단위도는 한 유역에서 유일하지 않으며, 유효 강우강도의 함수이므로 홍수 예측에 비선형적 강우-유출 관계를 고려할 수 있으며, 수많은 유효 강우강도에 대한 순간단위도들은 멱함수를 이용하여 순간적으로 유도될 수 있다. 또한, 유역의 강우 특성이나 지표면의 토양수분, 식생과 같은 특성을 딥러닝 모형을 통해 고려함으로써 강우 손실 산정의 불확실성을 줄일 수 있다. 또한, 순간단위도 유도를 위한 기초작업인 동역학파 시뮬레이션은 유역의 지형과 조도계수만을 필요로 하므로 미계측 유역에의 적용이 유리하다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.256-256
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• 2020

하천의 유출률은 하천의 경사, 연장, 강우특성 및 규모 등에 따라 크게 영향을 받으므로, 제주도의 지역별 고도별 토양 및 강우 특성과 독특한 지형에 따른 간헐하천의 유출특성을 고려할 때 관측에 의해 유출특성을 파악하는 것은 현실적으로 어렵다. 특히나 홍수시 관측되는 유량의 불확실성과 지역별·고도별 강우량의 편차를 고려한다면 강수대비 정확한 관측유출률의 산정 자체가 쉽지 않다. 이는 기존 관측된 유출률이 하천유역별로 대상기간별로 차이가 크게 나타나는 것을 통해서도 알 수 있다. 따라서 특정 지점에서의 몇 개의 강우사상에 대한 유출률이 아닌 다양한 사상과 지역적 특성을 고려한 유출특성을 파악하기 위해서는 모델링에 의한 접근법이 필요하다. 본 연구에서는 제주도 하천유역에서의 건천화 현상과 간헐적 유출특성을 모의하는데 최적화된 제주형 SWAT-K 모형을 기반으로 제주도 11개 하천유역(유역면적 30 ㎢ 이상)에 대한 유출특성을 분석하였다. 유출률을 중심으로 계절별, 지역별, 하천유역별 차이를 비교 분석함으로써 강우규모에 따른 유출 특성과 시·공간적 유출률 변화를 평가하였다. 1992~2013년 기간에 대해 분석한 결과 제주도 전역에 대한 연간 유출률은 13.3%~30.5% (평균 21.8%)로 나타났다. 하천유역별로는 천미천(31.6%), 가시천(31.1%), 화북천(29.3%), 창고천(27.4%), 의귀천(27.1%)의 유출률이 상대적으로 크게 나타났으며, 효돈천(18.9%)와 도순천(19.0%)은 상대적으로 낮은 것으로 분석되었다. 11개 하천유역에 대한 월별 평균 유출률은 강수량이 많은 8월에 가장 높은 유출률(26.1%)을 보였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.943-943
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• 2012

태백산맥의 중심부인 중앙산맥을 경계로 하여 동쪽에 위치하고 있는 영동지방은 서쪽으로 태백산맥이, 동쪽으로는 동해바다와 바로 인접해 있는 지리적인 특성으로 인해 지역적 특성이 매우 강하며, 이에 따라 국지적 기상현상이 계절적 변화와 함께 빈번히 발생하는 지역이다. 2002년 태풍 루사가 영동지방을 강타했을 때 영동지방의 대표도시인 강릉지방에서는 기록적인 폭우(일최다 강수량 870.5mm)가 내렸으며, 그 다음해인 2003년 매미 뿐 아니라 최근발생하고 있는 국지적인 호우로 인한 영동지방의 피해가 지속적으로 발생하고 있다. 이러한 상황에서도 수문학적 관점에서의 홍수유출 및 강우특성에 대한 분석 및 연구가 거의 전무한 실정이다. 이것은 대상지역인 영동지방 특히 삼척오십천 유역내의 강우 및 수위 관측소가 간헐적으로 분포되어 있으며, 강우 및 수위(유량)자료의 확보가 용이하지 않기 때문으로 사료된다. 본 연구에서는 동해 강릉 기상레이더(2010.5 동해기상레이더 교체 이전)의 레이더강우자료와 지상강우 및 수위(유량)자료를 활용하고, 집중형 모형에 비해 더 정확한 강우-유출 현상 모의가 가능한 것으로 분석되고 있는 분포형 모형(Vflo$^{TM}$)을 이용하여 분석하였다. 먼저 영동지역 중 첫번째로 삼척오십천유역에 대한 유출분석을 하였으며, 과거 큰 홍수피해를 준 태풍 루사 매미 및 최근의 호우사상을 대상으로 하였다. 본 논문에서 연구된 삼척오십천유역에 대한 유출특성 분석을 시작으로, 양양남대천 강릉남대천에 대한 유출특성에 대한 연구를 추가로 수행된다면, 영동지방의 국지적 기상현상(집중호우 및 태풍)으로 인한 홍수피해를 최소화 할 수 있는 방재측면에서의 홍수대응방안을 마련하는데 본 연구내용을 충분히 활용할 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.137-137
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• 2017

우리나라는 산지가 64%를 차지하고 있기 때문에 토양침식 위험성이 큰 급경사지가 많다. 산지사면 토양은 대부분 사질토와 사양토로 이루어졌다. 급경사면에서의 토양침식이 많이 발생함에도 이에 대한 연구결과는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 사양토로 구성된 나지사면에 대한 토양침식 특성을 파악하고자 강우모의 실험을 수행하였다. 강우모의 실험의 강우강도는 전국의 확률강우분포 3~200년 빈도의 30분 강우강도인 60mm/hr~130mm/hr의 범위였다. 사면경사는 급경사지 범위을 대표하는 $24^{\circ}$와 $28^{\circ}$에서 실험을 하였다. 실험은 발생하는 지표유출과 지표하유출를 수집하여 측정하였으며, 지표표면에 잉크를 뿌린 다음 실험을 동영상 촬영하여 속도를 측정하였다. 지표유출량을 건조로에 넣고 건조시켜 토양침식량을 측정하였다. 그리고 강우운동에너지는 광학디스트로메터(Pasivel)을 이용하여 측정하였다. 강우운동에너지를 측정한 결과 $800J/m^2{\sim}1700J/m^2$ 범위였다. 강우강도가 클수록 지표유출량과 토사유출량은 증가하였다. 경사가 증가함에 따라 지표유출량은 큰 변화가 없으나, 토양침식량은 크게 증가하였다. 지표하유출량은 강우강도와 경사가 증가하여도 큰 변화가 없었으며, 강우 발생이 멈추면 즉시 감소하였다. 사양토의 점토성분이 강우의 침투를 저해하고, 모래보다 많은 양의 물을 함유하는 있는 것으로 파악 되었다. 그러나 사질토보다 토양입자가 작은 사양토에서 상대적으로 많은 토양침식이 발생하였다. 강우에너지가 증가하면 유사농도는 감소하는 경향을 보였다. 이는 강우에너지가 증가함에 따라 지표유출량의 증가율에 비해 토양침식량의 증가율이 작기 때문인 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.216-216
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• 2019

최근 이상 기후로 인하여 홍수피해가 많이 발생 하고 있다. 특히 도시유역의 도시화로 인해 불투수면적이 증가하여 내수 침수도 증가하였다. 이로 인하여 재산피해와 인명피해가 증가하면서 전 세계적으로 홍수 저감 연구가 진행 되고 있다. 강우의 시 공간적인 특성을 파악 하여 강우 사상을 정의 한다면 도시홍수 저감 에 있어 도움이 될 것이라 판단된다. 우리나라 서울 지역의 설계 강우량을 산정하기 위해 서울기상청에서 제공하고 있는 ASOS(Automated Surface Observing System) 를 사용해 왔다. 하지만 ASOS을 사용하게 되면 강수량의 공간 특성을 고려하기 어렵지만 AWS(Automatic Weather Stations) 는 세밀한 관측망을 가지고 있어 공간적 특성을 고려할 수 있다. 본 연구에서는 서울 기상청에서 제공하고 있는 강우 자료의 20개년 연속된 강우자료를 통해 강우자료를 구축 하였다. 서울지역의 유역을 선정하였으며 도시유역 강우-유출 해석에 많이 사용되는 EPA-SWMM 모형에 ASOS 와 AWS 강우자료를 적용하여 유출 분석을 하였다. 이러한 자료를 바탕으로 공간 특성 분석을 실시하여 더욱 세밀한 설계 강우량 산정에 도움을 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.365-365
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• 2012

이수 및 치수를 위한 수공구조물 설계 및 하천기본계획 수립의 요점은 설계홍수량의 산정에 있으며, 통계적으로 유의성을 가지는 설계홍수량을 산정하기 위해서는 일반적으로 30년 이상 관측된 홍수자료가 요구된다. 우리나라의 경우 대부분의 유역이 미계측 유역이거나 관측년수가 비교적 작은 경우가 많으므로, 상대적으로 자료 연한이 긴 강우자료를 빈도분석한 후 이를 강우-유출 모형에 입력하여 확률홍수량을 추정하는 간접적인 방법이 주로 이용되며 사용된 강우의 빈도가 홍수의 빈도와 동일하다는 가정을 기본으로 한다. 그러나 동일한 강우량이 발생하더라도 강우의 강도, 지속시간, 유역의 선행함수조건 등과 같은 유역 특성에 따라 유출의 특성은 현저히 다르게 나타나며 결국 이러한 특성은 입력자료, 강우-유출 모형, 기후변동성 등과 같은 불확실성 요소로 인식될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 불확실성을 고려할 수 있는 강우-유출 모의기법을 개발하여 이를 통해 홍수빈도곡선을 유도할 수 있는 방법론을 제시하고자 한다. 불확실성 분석을 위해 기존 HEC-1 강우-유출 모형에서 Bayesian MCMC 기법을 적용하여 매개변수들의 사후분포를 추정하여 매개변수들의 최적화 및 불확실성 분석을 수행하였다. 마지막으로 기후변화 영향을 통합한 홍수빈도곡선을 유도하기 위해서 극치강수를 모의하는 것이 필요하며, 본 연구에서는 극치값 재현에 있어서 우수한 성능을 발휘하는 Kernel-Pareto Piecewise분포 기반의 강우모의발생 기법을 적용하여 HEC-1모형과 연동되도록 모형을 개발하였다. 본 연구에서 제안하는 방법론은 기존 홍수빈도곡선 유도 방법에서 불확실성을 분석하기 위해 모든 변수들을 독립사상으로 간주하고 Monte Carlo Simulation을 수행함으로서 매개변수들간의 상호연관성, 상관성, 조건부 확률들을 고려할 수 없었던 점을 Bayesian 모형을 통해 매개변수들간의 조건부 확률을 고려한 매개변수의 사후분포 도출을 가능하게 하여 보다 현실적인 강우-유출 관계 도출이 가능하고 불확실성 구간이 자연적으로 도출됨으로서 향후, 신뢰성 있는 수자원 계획수립에 유용한 자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.311-316
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• 2017

기후변화는 물 관리 측면에서 많은 변화를 일으키는 것으로 보고되고 있다. 주로 강우의 패턴을 변화시키며, 가용수자원의 지역적 편중을 심화시킨다. 기후변화에 적응하며 안정적이고 균등한 용수확보를 위해서는 홍수와 가뭄을 고려한 연속적인 물 순환 해석기술이 필요하다. 강우유출분석은 강우사상에 대한 수문순환과정을 통해 유출량을 산출하는 것으로, 주로 직접유출과 중간유출이 이에 해당된다. 강우발생 이후 무강우기간에 대해서는 기저시간 이후에 발생되는 유출량의 정량적 산출이 필요하다. 기저유출은 강우 발생 시점에 급격히 발생하기보다는 선행강우에 따른 유역 내 지하수위 분포와 대수층의 특성, 하천수위에 따라 다양한 패턴으로 나타나기 때문에 지하수대의 수리학적 성분들을 반영할 수 있어야 한다. 이를 위해서는 강우유출모의 시 지표유출량 산정과 지하수유동해석을 통한 기저유출량 산정이 동시에 이루어져야 한다. 최근 국내외에서는 다양한 형태의 수문모형과 MODFLOW를 연계한 장기유출분석에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 본 연구에서 활용한 K-DRUM(K-water Distribution Runoff Model)은 K-water에서 자체 개발한 물리적 기반의 분포형 강우유출모형으로 강우유출, 유사, 기초수질항목에 대한 3차원 분석이 가능하다. 본 모형의 A층(표층)은 지표유출을 고려한 운동파법이 적용되었고, B층과 C층(중간층), D층(지하수층)은 선형저류법이 적용되었다. MODFLOW(A Modular Three-Dimensional Finite-Difference Ground Water Flow Model)는 1980년대 USGS(United State Geolog ical Survey)에서 개발된 가장 범용적으로 사용되는 지하수유동모형이며, 모듈화 된 구조를 갖고 있어 다양한 패키지 중 필요로 하는 기능을 독립적으로 모의할 수 있는 장점이 있다. 본 연구에서는 향후 기후변화에 따른 강우의 불확실성에 대비한 유역의 장기 물순환 해석을 위해 강우유출모형인 K-DRUM과 지하수유동모형인 MODFLOW를 연계하고자한다. 연계방법은 K-DRUM에서 계산된 D층으로 침루되는 양을 MODFLOW의 함양량으로 적용하고, MODFLOW에서 산출된 기저유량을 K-DRUM의 하천유출에 적용하는 것이다. 본 연구의 성과를 갈수기 유출해석에 적용하면 정확성을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.1229-1233
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• 2005

본 연구는 도시지역의 강우-유출로 인한 비점오염물질의 유출특성 및 배출부하량을 조사하기 위하여 영산강권역의 풍영정천을 대상으로 조사하였다. 대상 유역의 토지이용별 구분은 논지역, 하류공단 및 논$\cdot$산지 복합 토지 이용특성, 공단 지역, 도시 분류식 지역, 소유역 출구지역으로 구분하였다. 시료의 채취는 강우시 4회에 걸쳐 조사하였으며, 매회 시료 채취 주기는 강우유출이 발생하기 전부터 시작하여 첨두유출량이 발생때까지 $1\~2$시간 간격으로 채취한 후 강우 종료 후 유출량 변화가 없을 때까지 $9\~12$단계로 세분하여 유출량과 pH, DO, BOD, COD, SS, T-N, T-P의 농도를 측정 하였다. 토지이용별 비점오염물질의 유량가중평균농도(EMC : Event Mean Concentration)를 살펴보면, BOD의 EMC는 $4.43\~14.22mg/{\ell}$의 분포를 보였으며, 도시 합류식 토지이용 특성을 지닌 P-4지점에서 가장 큰 농도를 보였을 뿐만 아니라 타 토지이용 특성에 비하여 두드러지게 초기 오염물질 유출 현상을 나타내었다. COD의 EMC는 $8.27\~18.81mg/{\ell}$의 분포를 보였으며, BOD 수질농도와 같이 P-4 지점에서 가장 큰 농도를 갖는 것으로 나타났다. SS의 EMC는 $35.76\~358.86mg/{\ell}$의 분포를 보였으며, 소유역의 중간지점이면서 논$\cdot$산지$\cdot$공단지역의 토지이용 특성을 지닌 P-2 지점에서 가장 큰 농도를 나타내었다. 이는 조사기간(Event 1, Event2) 동안 상류의 자연형하천 제방공사로 인한 토사유출로 인하여 다소 높게 나타난 것으로 판단된다. 또한, 대상유역 전반적으로 초기 오염물질 유출 현상을 보였으며, BOD와 COD 수질농도의 분포양상과는 다르게 강우량 및 강우강도에 많은 영향을 받는 것으로 나타났다. T-N의 EMC는 $1.61\~7.13mg/{\ell}$의 분포를 보였으며, T-P는 $0.03\~0.46mg/{\ell}$의 분포를 갖는 것으로 나타났다.