• 한국수자원학회논문집
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• 제55권11호
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• pp.969-977
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• 2022

기후변화와 도시화로 인한 수재해의 증가에 대응하기 위해 저영향개발(Low Impact Development, LID) 기법에 관한 연구와 도시 적용이 확대되고 있다. LID 기법은 도시 내 우수유출수를 저감시키며 돌발 홍수등 다양한 수재해 문제를 친환경적으로 제어하고, 도시 물순환 체계를 자연 물순환 체계로 회복시키는 기술이다. 하지만 LID 기법을 통한 우수유출수 저감의 정량적 분석이 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 투수성 포장을 활용하여 구도심의 불투수 유역면적에 대하여 강우(25 mm/hr, 50 mm/hr, 100 mm/hr)의 지표유출 저감시 필요한 투수면적의 비율을 분석하였다. 분석 결과 25 mm/hr에 대하여 전체면적대비 7.14~12.63%의 투수면적이 필요하며, 50 mm/hr에 대하여 15.79~26.97%, 100 mm/hr에 대해 30~55.81%의 투수면적비가 필요한 것으로 나타났다.

• 지질공학
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• 제33권1호
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• pp.69-83
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• 2023

산불 피해지는 수목 및 식생 전소, 산지토양 황폐화 등으로 인해 산사태주의보 기준에 미치지 못하는 강우조건에서도 토사 세굴 및 유출로 인한 산사태와 토석류 등의 2차 피해 위험을 증가시킨다. 산불은 지표 식생과 토양 특성의 변화를 발생시켜 산불 피해지 내에서 유출량 변화에 큰 영향을 주기 때문이다. 즉, 산불은 토양의 중요한 물리, 화학적 특성 변화로 인해 토양조성 변화, 구성광물의 변화, 토양수의 반발성, 토양 덩어리의 안정성이나 토양 조직의 변화를 발생시킨다. 특히, 산불 발생 및 확산 과정에서는 토층의 유기물과 수목의 연소 외에도 지표면 또는 지표면 아래까지 열기가 전파되어 토층을 구성하고 있는 토양 광물에 영향을 주게 된다. 이에 본 연구에서는 산불 발생지와 미발생지에서 채취된 토양시료(Topsoil, Subsoil)에 대해 XRD 회절분석 및 토양 물성분석을 통해 토양 내 점토광물의 분포와 함양 특성을 파악하였다. 그 결과, 산불 발생지의 토양시료에서 뮬라이트, 아날사이트, 적철석 등이 소량 산출되었으며, 버미큘라이트, 일라이트/버미큘라이트 혼합층상 구조광물(I/V)은 특히 표토에서 특징적으로 산출되었다. 특히, 산불 발생지에서는 일라이트/버미큘라이트 혼합층상 구조 광물(I/V)이 특징적으로 확인되었으나, 산불 미발생지에서는 일라이트/버미큘라이트(I/S) 혼합층상 구조 광물은 산출되지 않아 산불 발생지의 토양과는 큰 차이를 보인다. 이와 같이 점토광물의 생성은 외적요인인 산불의 영향으로 인해 토양 내 광물 조성의 변화를 파악할 수 있었다. 팽창성 점토광물은 우기 시에 토층 내에서 흙의 체적을 팽창시키기 때문에 장기적으로 사면 지반의 구조적 안정성에 영향을 줄 수 있어, 산불 발생지의 토층에서 점토광물의 생성은 장기적으로 산지사면 안정성에 영향을 줄 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국ITS학회 논문지
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• 제22권4호
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• pp.194-210
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• 2023

자율주행차량에서 핵심적인 역할을 수행하는 LiDAR는 운전자의 눈을 대신하여 주변 환경을 검지하는 데 활용되며, 그 역할이 점차 확대되고 있다. 이에 따라 최근에는 자율주행차량에 장착된 LiDAR의 성능을 시험하는 요구가 높아지고 있다. 많은 LiDAR 성능 시험은 시뮬레이션 및 실내환경에서 수행되고 있어, 실외환경 및 실도로 환경에서의 시험은 미미한 상황이다. 이에 본 연구는 LiDAR 성능을 실내와 실외에서 동일한 조건으로 비교하여, 실내외 시험 간의 관계를 확인하고, 각각의 특징과 역할을 정립하고자 하였다. 실험결과 조광환경(직사광선, 실내) 및 검지물체에 따라 LiDAR 검지성능이 달라지는 것을 확인하였다. 특히, 거리증가와 강우량 증가에 따른 Intensity 감소 영향은 실외에서 보다 크게 나타남에 따라 물체에 대한 LiDAR 검지 성능 시험 시 실내외 실험이 모두 필요함을 제시하였다. 본 연구의 결과는 LiDAR 센서활용 연구 수행 기관 및 LiDAR 대응 시설물 연구 기관에서 유용하게 활용될 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.371-371
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• 2023

담양 및 화순 홍수조절지는 홍수 시 본류에 계획방류량만 흘러가도록 제수문을 운영하고, 계획방류량을 초과하는 홍수량은 하도 및 조절지 내에 저류하여 홍수를 지체시킨 후 저류된 홍수량은 첨두홍수가 지나간 이후 방류하는 방법으로 영산강 유역의 홍수를 방어하기 위해 '12년 건설되었다. 그러나 홍수조절지는 200년 빈도의 홍수량을 저감 시키도록 설계됨에 따라 준공 이후 10년간 '20년 8월 홍수 등 3회만 홍수방어용으로 활용되었다. 영산강은 오염부하량 대비 유출량 부족 등으로 수질관리에 취약하고 하천유지용수를 공급하는 다목적댐이 없는 등 수자원 확보가 어려우므로, 비홍수기 홍수조절지에 환경대응용수를 담수 및 방류하여 영산강의 유량확보 및 수질개선 등 활용 다변화 방안을 모색하고자 한다. 이와 관련하여 '16년 및 '19년에 시범담수를 실시하였으나, 담수 수질 관리의 어려움, 방류 전후 강우 등 제한적 여건으로 인해 하류 유량증가 및 수질 개선 효과의 확인은 어려웠으며, 제방 물비침 등을 발견하여 시설 안정성 확보가 필요한 것으로 확인되었다. '21년 안정성 확보를 위한 보강 그라우팅을 시행했으며, '19년부터 '21년 2월까지 「홍수조절지를 활용한 영산강 수질개선 방안」연구용역을 실시하여, 비홍수기 활용방안을 수립하였다. '21년 4/4분기 댐과 보 등의 연계운영협의회에 '시범담수 계획' 안건 상정 및 의결을 거쳤고, '22년 3월 25~26일까지 담양 74mm, 화순 61mm 비가 내려 담양 63만m³, 화순 151만m³를 담수하고 18~19일간 저류 후 담양은 평균 3.0m³/초로 25시간 동안, 화순은 평균 5.0m³/초로 32시간 동안 하류로 방류하였다. 방류 후 담양·화순 모두 가까운 하류 수위국 수위 상승을 확인했으며, 화순의 경우 하류 수질에 일부 영향이 있음을 확인하였다. 다만, 초기유출수 배제 등을 고려하지 않아 담수의 수질이 본류보다 좋지 않았으며, 이에 따라 수질 영향의 인과관계 확인이 어려웠다. 기존 연구용역에서 제시한 비홍수기 활용방안의 검증·보완을 위한 연구용역이 '22.5월부터 '23.12월까지 진행될 예정이며, 초기유출수 배제를 위한 조건 재수립, 수질 모니터링지점 확대 등 보완된 '시범담수 계획'을 '23.3월 댐과 보 등의 연계운영협의회에 보고하였다. 연말까지 연구용역과 연계한 시범담수·방류 시행 및 모니터링·효과분석을 통해 비홍수기 홍수조절지 최적운영방안을 마련할 계획이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.67-67
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• 2020

일반적으로 농업용수 이용량은 기후, 토양, 지역별 재배 특성 등에 따라 다양하게 나타날 수 있으며, 용수공급 계획을 위해 수요량 추정방법을 이용하고 있다. 농업용수 수요량은 논과 밭 등에서 작물 재배에 필요한 용수량이라 정의할 수 있으며, 구체적으로는 작물 재배에 소요되는 전체 용수량에서 강우에 의해 공급되는 양을 제외한 수량으로 볼 수 있다. 현재 농업용수 수요량의 추정 방법은 현장에서 직접 실측하는 방법, 대표 작물을 대상으로 계측한 후 일반화 하는 방법, 증발산 이론에 의하여 추정하는 방법 등으로 구분 되며, 최근 광역적인 분석으로 증발산 이론에 의한 추정 방법을 주로 사용하고 있다. 농업용 지하수 이용은 국내 지하수 이용량의 51%를 차지하고 있어 보다 적확한 농업용 지하수 사용량조사는 지하수의 효율적 정책 추진을 위하여 중요하다. 본 연구의 목적은 현장조사로 수집한 자료를 이용해 각 조사지역의 사용량을 추정하고 월별사용량 및 단위면적당 사용량을 분석하는 것이다. 조사지역은 창녕함안보(오천리, 성산리), 합천창녕보(율지리), 달성보(좌학리, 위천리), 구미보(궁기리)이고, 지하수사용량을 분석하기 위해 유량계(계량기) 검침, 전력사용량 검침, 수중모터펌프 가동시간을 이용하였으며, 조사기간은 2018년 12월 부터 2020년 02월 까지 이다. 농업용관정 조사시 실제 지하수를 사용하는 면적(ha)도 같이 조사해, 월별 지하수사용량에 실제사용면적(ha)을 나누어 면적당 지하수사용량으로 분석하였다. 조사결과 창녕함안보 오천리는 20,956㎥/mon/ha, 창녕함안보 성산리는 19,911㎥/mon/ha, 합천창녕보 율지리는 3,648㎥/mon/ha, 달성보 좌학리는 2,417㎥/mon/ha, 달성보 위천리는 3,546㎥/mon/ha, 구미보 궁기리는 619㎥/mon/ha로 분석되었다. 수막재배가 많은 창녕함안보가 지하수사용량이 가장 많았으며, 구미보의 경우 지하수사용량이 가장 적은 것으로 분석되었다. 월별 지하수 사용량을 살펴보면 2019년 01월 ~ 02월 보다 2020년 01월 ~ 02월의 평균 지하수 사용량이 793㎥/mon/ha 적게 분석되었고, 평균기온은 2019년 01월에 0.3℃, 2020년 1월은 2.6℃로 2.3℃ 높다. 이는 겨울철 지하수 사용량에 영향을 주었다고 판단된다. 겨울철 지하수 사용량차이는 재배작물과 겨울철 기온차이가 원인으로 판단되며, 다년간 지하수사용량과 기온을 조사할 필요가 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.303-303
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• 2021

소양호 유역의 만대가아자운지구는 2015년 비점오염원 관리지역으로 재지정 되면서 흙탕물 저감을 위해 중앙정부 차원에서 발생원 관리대책, 유출경로 관리정책 및 양한 비점오염 저감시설 등의 노력을 기울이고 있다. 하지만 상류 유역에서는 지속적으로 흙탕물이 발생되고 있으며, 뚜렷한 비점오염 저감효과가 나타나지 않고 있다. 본 연구에서는 정밀조사를 통해 흙탕물 발생 우심 소유역을 분석하고자 하였다. 정밀조사를 위해 관리지역별 하천 및 구거를 분석하였으며, 이를 통해 만대·가아·자운지구별 각 57지점, 31지점, 72지점에서 강우시 수질 모니터링을 수행하였다. 만대지구의 탁도는 167 NTU~7,970 NTU, SS농도는 164.3 mg/L~5,718.0 mg/L 로 관리지역 중 탁도 및 SS 농도가 높았으며, 시행계획상 구분된 소유역별 평균 탁도와 평균 SS농도는 만대천 상류구간이 가장 낮고, 상명천 소유역과 청룡안골, 방추골천, 방추골일천이 흐르는 소유역에서 높게 나타났다. 가아지구의 탁도는 17 NTU~962 NTU, SS농도는 17.8 mg/L~1,020.0 mg/L 로 조사되었으며, 평균 탁도와 평균 SS농도는 가아지구 말단 소유역에서 가장 낮고, 상류 소유역에서 높게 나타났다. 가아천 상류는 탁도 410 NTU와 SS농도 575.0 mg/L, 하류는 탁도 167 NTU, SS농도 197.3 mg/L로 나타나 상류에서 하류로 갈수록 탁도와 SS농도가 낮아졌으며, 상류 유역은 비점저감시설이 밀집해 있음에도 불구하고 다량의 흙탕물이 발생하는 것으로 나타났다. 그러나, 자운지구는 비점오염저감시설이 집중적으로 설치된 상류 유역에 비해 하류 소유역에서 탁도와 SS농도가 높은 것으로 조사되었다. 자운지구의 탁도는 7 NTU~761 NTU, SS농도는 10.8 mg/L~1,199.0 mg/L로 조사되었으며, 평균 탁도와 평균 SS농도는 자운지구의 하류 소한천 소유역이 가장 낮고, 조항천 말단 소유역에서 높게 나타났다. 정밀조사 결과 탁도 및 SS농도가 높게 나타나는 소유역은 공통적으로 고랭지밭의 비율이 높게 나타났기 때문에 고랭지밭에서 발생되는 흙탕물을 효과적으로 관리하기 위해서는 최근 환경부에서 시범 추진하고 있는 농경지 완화조성, 토지 매수사업, 식생완충대 조성 등의 발생원 관리대책 확대 추진이 필요할 것으로 판단된다. 또한 소양호 유역의 비점오염원관리지역은 2020년 비점오염원 관리대책 시행계획이 수립되어 향후 2026년 비점오염 저감 대책이 추진됨에 따라 지속적이고 정밀한 모니터링이 필요할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.444-444
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• 2021

하천의 오염부하량 관리 계획은 지속적인 모니터링을 통한 자료 구축과 모형을 이용한 예측결과를 기반으로 수립된다. 하천의 모니터링과 예측 분석은 많은 예산과 인력 등이 필요하나, 정부의 담당 공무원 수는 극히 부족한 상황이 일반적이다. 이에 정부는 전문가에게 관련 용역을 의뢰하지만, 한국과 같이 지형이 복잡한 지역에서의 오염부하량 배출 특성은 각각 다르게 나타나기 때문에 많은 예산 소모가 발생 된다. 이를 개선하고자, 본 연구는 합성곱 신경망 (convolution neural network)과 수문학적 이미지 (hydrological image)를 이용하여 강우 발생시 BOD 및 총인의 부하량 예측 모형을 개발하였다. 합성곱 신경망의 입력자료는 일반적으로 RGB (red, green, bule) 사진을 이용하는데, 이를 그래도 오염부하량 예측에 활용하는 것은 경험적 모형의 전제(독립변수와 종속변수의 관계)를 무너뜨리는 결과를 초래할 수 있다. 이에, 본 연구에서는 오염부하량이 수문학적 조건과 토지이용 등의 변수에 의해 결정된다는 인과관계를 만족시키고자 수문학적 속성이 내재된 수문학적 이미지를 합성곱 신경망의 훈련자료로 사용하였다. 수문학적 이미지는 임의의 유역에 대해 2차원 공간에서 무차원의 수문학적 속성을 갖는 grid의 집합으로 정의되는데, 여기서 각 grid의 수문학적 속성은 SCS 토양보존국(soil conservation service, SCS)에서 발표한 수문학적 토양피복형수 (curve number, CN)를 이용하여 산출한다. 합성곱 신경망의 구조는 2개의 Convolution Layer와 1개의 Pulling Layer가 5회 반복하는 구조로 설정하고, 1개의 Flatten Layer, 3개의 Dense Layer, 1개의 Batch Normalization Layer를 배열하고, 마지막으로 1개의 Dense Layer가 연결되는 구조로 설계하였다. 이와 함께, 각 층의 활성화 함수는 정규화 선형함수 (ReLu)로, 마지막 Dense Layer의 활성화 함수는 연속변수가 도출될 수 있도록 회귀모형에서 자주 사용되는 Linear 함수로 설정하였다. 연구의 대상지역은 경기도 가평군 조종천 유역으로 선정하였고, 연구기간은 2010년 1월 1일부터 2019년 12월 31일까지로, 2010년부터 2016년까지의 자료는 모형의 학습에, 2017년부터 2019년까지의 자료는 모형의 성능평가에 활용하였다. 모형의 예측 성능은 모형효율계수 (NSE), 평균제곱근오차(RMSE) 및 평균절대백분율오차(MAPE)를 이용하여 평가하였다. 그 결과, BOD 부하량에 대한 NSE는 0.9, RMSE는 1031.1 kg/day, MAPE는 11.5%로 나타났으며, 총인 부하량에 대한 NSE는 0.9, RMSE는 53.6 kg/day, MAPE는 17.9%로 나타나 본 연구의 모형은 우수(good)한 것으로 판단하였다. 이에, 본 연구의 모형은 일반 ANN 모형을 이용한 선행연구와는 달리 2차원 공간정보를 반영하여 오염부하량 모의가 가능했으며, 제한적인 입력자료를 이용하여 간편한 모델링이 가능하다는 장점을 나타냈다. 이를 통해 정부의 물관리 정책을 위한 의사결정 및 부족한 물관리 분야의 행정력에 도움이 될 것으로 생각된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제56권1호
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• pp.35-43
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• 2023

미래 유량분석은 기후변화 시나리오와 수문모형의 매개변수에 영향을 받고 이에 따른 불확실성이 존재한다. 본 연구에서는 Shared Socioeconomic Pathway (SSP) 시나리오와 수문모형 매개변수에 따른 미래 유량 분석의 불확실성을 분석하고자 하였다. SSP 시나리오 중, 대표적으로 사용되는 SSP2-4.5와 SSP5-8.5시나리오를 사용하였으며, 수문모형으로는 Soil and Water Assessment Tool (SWAT) 모형을 사용하였다. SWAT 모형의 매개변수는 SWAT-CUP을 이용해 관측된 유량 데이터에 따라 총 11개의 기간에 대해 매개변수 최적화를 각각 수행하였다. 그 후 분포의 차이를 계산 할 수 있는 Jensen-Shannon Divergence (JS-D)를 이용해 과거 유량 대비 미래 추정된 유량의 불확실성 분석을 수행하였다. 분석결과 미래 유량의 불확실성은 SSP5-8.5에서 SSP2-4.5보다 더 크게 분석되었으며, 가까운 미래(2021-2060년) 보다 먼 미래(2061-2100년)에서 더 크게 분석되었다. 강우-유출 분석은 수문모형 매개변수에 따라 88.5%-108.5%까지 차이가 발생하였으며, 이에 따라 미래 유량을 추정하는데 불확실성이 발생하였다. 본 연구에서의 수문 모형의 매개변수에 따른 미래 유량 추정의 불확실성은 평년 대비 유량이 적은 연도의 관측 유량 데이터를 이용한 매개변수를 이용할 시 불확실성이 크게 분석되었다. 또한 평년 대비 유량 변화가 큰 기간의 매개 변수일수록 미래 유량 추정의 불확실성이 크게 분석되었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권1B호
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• pp.105-109
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• 2009

강우유출수의 기저유출(base flow)이 지표수 수질에 영향을 미치는 것은 잘 알려져 있다. 이 논문에서는 기저유출로 발생하는 질산성 질소가 수질에 미치는 영향을 USGS의 PULSE 소프트웨어를 사용하여 월별 지하수 유출량을 수문 분리하였다. 2005년도 금강유역의 갑천2 지점의 지표수 수질 및 유량자료를 사용하였으며, 지하수 수질자료는 정부기관 측정자료를 사용 하였다. 갑천2 지점의 상류는 농지 및 임야가 대부분이다. 수문분리 결과, 봄과 가을에는 하천유량의 85~95%가 기저유출 기여량이며 여름과 겨울에는 25~38%가 기저유출 기여량으로 나타났다. 갑천2 지점에서 질산성 질소의 월별 기저유출 부하량은 유역내 지하수의 평균 질산성질소 농도를 이용하여 산정하였다. 갑천2 지점에서 기저유출되는 질산성질소 부하량은 5.4 ton of $NO_{3}{^-}-N/km^{2}$로 추정되었는데, 이는 갑천2 지점의 지표수 질산성 질소 부하량인 9.2 ton of $NO_{3}{^-}-N/km^{2}$의 59%에 해당하는 값이다. 기저유출되는 질산성질소의 계절변화는 월별 질산성질소 부하량을 월별기저유출량으로 나누어 구하였는데, 우기시 질산성 질소의 기저유출농도가 높은 것으로 나타났다. 이 연구를 통하여 지하수 수질 모니터링이 지표수 수질 관리에 필요함을 알 수 있다.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권5B호
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• pp.487-495
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• 2010

토양수분은 강우-유출, 에너지 수지, 증발 및 대기의 기후와 기상에 큰 영향을 미치고, 수문학적 거동에 중요한 역할을 한다. 미국의 NASA와 USDA는 전 지구 토양수분 관측을 위해 2002년부터 2005년까지 매년 Soil Moisture Experiment(SMEX)의 실험 실측, 항공기, 원격탐사를 이용한 토양수분 자료를 평가하여 지표와 대기의 수문학적 연구를 위해 기초가 되는 자료를 제공하고 있다. 본 연구의 목적은 SMEX02에 따른 항공기 원격탐사를 이용한 토양수분 데이터와 In-situ를 이용한 토양수분 데이터와의 상관관계를 분석하고, 항공기를 이용한 데이터의 활용성에 대해서 분석하는 것이다. 미국의 Iowa 주 Walnut Creek 유역을 대상으로 항공기를 이용한 Polarimetric Scanning Radiometer(PSR)의 C-band와 In-situ에 의한 데이터의 시공간적 스케일을 조합하여 4개 지점(WC15, WC16, WC23, WC24)에서 관측된 10일간의 토양수분 자료를 비교, 분석하였다. PSR의 C-band와 4개의 지점에 대한 7개 깊이의 In-situ 토양수분 데이터와의 상관성을 분석한 결과, 2-10 cm 깊이에서 상호 상관성이 가장 유의함을 보여 주었다. Rank Sum test와 t-test의 결과, 유의수준 10%에 대해 4개 지점 모두 10 cm에서 평균이 같고, 7 cm와 10 cm에서 중앙값이 같았다. 또한 확률분포의 적합도 검정을 위해 PPCC test를 실시한 결과, PSR에 의한 토양수분 데이터는 대체적으로 정규분포, 대수분포, Gumbel 분포 모두 성립하였고, 대상 지역별 깊이에 따라 토양수분의 분포형은 10 cm 깊이에서 정규분포보다 대수정규분포와 Gumbel 분포가 더 유의하였다. 본 연구를 통하여 PSR 토양수분은 7 cm와 10 cm 깊이의 관측 토양수분 자료로 대체될 수 있을 것으로 판단된다. 향후 우리나라에서도 항공기 및 인공위성을 이용한 토양수분 자료를 활용하여 수문학적 연구에 기초가 되는 자료로서 활용이 가능하며, PSR의 C-band를 이용하여 토양수분 관측 시 약 7-10 cm에 대한 토양수분을 증명할 수 있을 것으로 판단된다.