• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.100-100
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• 2018

본 연구에서는 집중호우에 대한 레이더기반 초단기 강우예측 시스템의 정확도를 향상시키기 위해 초기장 개선 연구를 수행하였다. 집중호우에 적합한 강우를 추정하기 위해 층운형, 대류형, 열대형의 Z-R관계식과 반사도 조건에 따라 층운형과 적운형을 구분하여 Z-R 관계식을 적용하였으며, 이를 초단기 강우예측 시스템의 초기장으로 활용하였다. 또한 2016년 10월 5일 태풍 차바(Chaba)에 의한 집중호우 사례에 대해 지상관측 강우자료와 레이더 추정 및 예측 강우자료와의 비교를 통해 정확도를 정성적 정량적으로 평가하였다. 레이더 강우추정에 대한 분석 결과, 복합형 타입의 Z-R 관계식의 상관계수와 평균제곱근오차가 비슬산레이더의 경우 각각 0.8207, 9.22 mm/hr, 면봉산 레이더의 경우 각각 0.8001, 10.53 mm/hr로 가장 좋은 성능을 보였다. 강우 예측에 대한 분석 결과, 집중호우 사례에 대해 강우강도 공간분포 및 이동 패턴은 평균적으로 잘 모의하였으며, 초단기 강우예측 결과의 평균적으로 POD는 0.97이상, FAR는 0.21 이하로 다소 정확하게 예측하는 것으로 분석되었다. 정량적 평가 결과, 비슬산 레이더의 경우 상관계수가 예측시간 60분까지 0.545이상, 면봉산 레이더의 경우 0.379 이상으로 비교적 좋은 상관성을 보였으며, Z-R관계식 유형에 따른 차이는 작은 것으로 확인되었다. 평균제곱근오차의 경우 열대형과 복합형의 Z-R관계식이 높은 정확도를 가지는 것으로 확인되었다. 본 연구 결과, 초기장 정확도의 개선을 통한 레이더 기반 초단기 강우예측 모형의 정확도 개선 가능성을 확인할 수 있었으며, 향후 지속적인 사례연구 및 검증을 통하여 강우추정 및 강우예측 알고리즘 개선의 노력이 필요하다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제45권8호
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• pp.795-804
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• 2012

최근 강우강도 및 패턴이 변화함에 따라 전세계적으로 토양유실이 증가하고 있다. 그 결과, 수생태계 건전성이 악화되고, 농업작물이 피해를 입어 수확량이 감소된다. 그동안 유출 및 토양유실을 예측하거나 비점오염원을 감소시키는 연구가 많이 수행되어 왔다. USLE는 수년간 토양유실을 산정하는데 사용되어왔으나, 강우강도나 패턴변화를 적용하기에는 적절하지 못했다. 물리적 기반인 WEPP 모형은 다양한 강우강도 및 패턴변화를 적용하는데 적절하다. 본 연구에서는 WEPP 모형을 이용하여 Huff의 4분위, 다양한 강우간격, 설계강우에 따른 토양유실, 유출, 첨두유출을 산정하였다. 5분간격 강우 데이터와 60분 간격 강우 데이터를 비교한 결과 토양유실은 24%, 유출은19%, 첨두유출은 16%가 차이나는 것으로 나타났다. 유출 및 토양유실이 5분 간격 강우량에서 실측치와 가장 유사한 것으로 나타나 강우데이터의 간격이 짧을수록 더 정확하게 모의할 수 있는 것으로 나타났다. Huff의 4분위를 이용하여 토양유실량, 유출량, 첨두유출량을 산정한 결과 토양유실량, 유출량, 첨두유출량 모두 3분위에서 가장 높게 발생하는 것으로 나타났다. 강원도 홍천지역 빈도별 확률강우를 이용하여 토양유실량, 유출량, 첨두유출량의 변화를 모의하였다. 2년 빈도와 300년 빈도에서 강우량은 167% 증가하였다. 유사량과 유출량, 첨두유출량은 각각 906.2%, 249.4%, 183.9% 증가하여 유사량의 증가율이 가장 큰 것으로 나타났다. 본 연구의 결과에서 보이는 바와 같이 WEPP 모형을 이용하여 향후 기후변화에 따른 유출 및 토양유실의 예측이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.98-98
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• 2018

최근 기후변화로 인해 대류성 집중호우가 빈번하게 발생하고 있으며 이러한 강우 특성은 산지 지역에 위치한 소하천유역에 상당한 피해를 야기한다. 통상 대류성 집중호우는 규모가 작고 속도가 빠르기 때문에 중규모 이상의 유역에서 부분적으로 상이한 강우특성을 보인다. 아울러 이러한 호우 패턴의 변화는 일시적인 현상이 아닌 하나의 기상 특성으로 자리를 잡아가고 있기 때문에 이에 대한 대책마련이 더욱 필요한 실정이다. 초단기예보 모형은 돌발홍수 예경보시스템의 입력 값인 예측강우 자료를 생산한다. 시스템에 입력되는 예측강우 자료는 두 가지의 문제점을 가지게 된다. 첫 번째는 예측강우 자료 자체가 가지는 정확도의 문제이다. 이를 해결하기 위해 우리나라에서는 G/R비 개념을 도입하여 예측강우의 품질을 개선하고 있다. 두 번째 문제는 호우사상의 크기에 대한 것이다. 현재 돌발홍수 예경보시스템의 예측강우 보정기법은 호우의 거동 특성을 고려하지 않으며, 이로 인해 예측강우의 편의보정계수인 G/R비가 적절하지 않게 결정되는 문제가 발생한다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 극복하기 위해 현재의 예측강우 보정기법과는 달리 호우의 이동경로를 고려하여 G/R비를 결정하고 이를 예측강우에 적용하는 방법을 제시하였다. 현재 호우가 위치하는 지역에 대해 G/R비를 산정하고 몇 시간 내에 대상지역에 도달하게 될 호우에 대한 예측 강우에 적용하였다. 본 연구에서는 2016년에 발생한 주요 호우사상을 선정하고, 우리나라 전역에 걸쳐 개선된 보정기법 방법론을 적용하였다. 그 결과 현재의 보정방법을 적용하는 경우 비정상적으로 과대하게 보정된 결과를 주는 데 반해, 호우의 이동경로를 고려한 보정방법을 적용한 경우에서는 실제 관측된 강우와 매우 유사한 합리적인 보정치를 제공해 주는 것으로 확인되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.226-226
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• 2016

최근 이상기상현상과 기후변화로 인하여 국지적인 집중호우의 빈도 및 규모가 증가하고 있으며, 이로 인한 돌발 홍수피해가 증가하고 있다. 이러한 홍수 피해를 줄이기 위해서는 정확도가 우수한 초단시간(1~2시간 이내) 예측 강우량 정보가 필요하다. 본 연구에서는 집중호우에 대한 초단시간예보 및 실황 예측을 위해 시공간적으로 고해상도 자료를 제공할 수 있는 기상레이더 강우자료와 위성영상 자료를 결합하여 초단기 강수 예측기법 개발 연구를 수행하였다. 또한 기상레이더 강우량은 지상강우관측에 비해 정확성이 낮고, 많은 불확실성을 포함하고 있으므로, 위성영상에서 산출되는 강우자료와 결합하여 강우추정의 정확도를 개선하고자 하였다. 레이더 볼륨자료에서 반사도 자료를 추출하여, 1.5km CAPPI(Constant Altitude Plan Position Indicator) 자료를 생성하고, 반사도 CAPPI 자료의 패턴 상관분석을 통하여 강우시스템의 최적 이동벡터를 산출하였다. 또한 이동벡터를 고려하여 시공간적으로 외삽하여 강우이동 예측 모델을 개발하고, 초기자료로 레이더와 천리안 위성(Communication, Ocean and Meteorological Satellite, COMS) 영상자료에서 생성되는 강우자료를 결합한 강수장 자료를 이용하여 강수 예측장을 생성하였다. 레이더-위성 결합 초단기 강우예측 모델의 정확성 검증을 위하여 2014년 8월 25일 부산 및 영남 지역에 발생한 집중호우 사례에 대하여 지상기상자동관측시스템(Automatic Weather System, AWS) 강우 측정 결과를 비교 분석 하였으며, 그 적용 가능성을 검증하였다. 초단기 강우예측 분석 결과 지상강우자료와의 오차가 발생하나, 추후 여러 통계적 후처리 과정을 통하여 그 성능이 개선될 것으로 보이며, 보다 정확한 강우량 예측을 위해서는 지속적인 알고리즘 개선 및 모형의 검 보정이 필요할 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.400-400
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• 2015

기후변화로 인해 예측하기 어려운 강우패턴의 변화와 도시화로 인한 불투수면의 증가로 도심지는 매년 침수위험에 노출되어 있다. 배수시설의 개선은 인구밀도가 높고 유동인구가 많은 도심지에서 이루어지기 쉽지 않은 상황이며, 강우패턴의 변화는 예측과 대처가 어려운 상황이다. 이러한 이유로, 침투증진을 통해 직접유출수를 줄이는 연구 중 LID(Low Impact Development)에 대한 관심이 높아지고 있다. LID기법은 도시화로 증가된 불투수면을 투수면으로 대체하여 저류, 침투, 여과, 증발산을 유도하여 물 순환 회복에 기여할 수 있는 방법으로 옥상녹화, 투수성포장, 침투 트렌치 등의 기술요소가 있다. LID 기술요소에 대해 국외의 경우 설치방안과 평균적인 저감효과를 메뉴얼로 제시하고 있지만, 강우 및 토지의 지역적 편차가 큰 국내에 적용하기에는 어려운 상황이다. 또한, LID 모델링의 경우 유역 내 적용 면적에 따른 유출저감효과를 제시하는 연구결과는 다수 제시되고 있지만, 적용 면적과 지점에 따라 효율성을 제시하는 점에서는 다소 미흡한 상황이다. 따라서 LID 기술요소 별 설계 사례와 GIS를 바탕으로 유역 내 적용 지점과 면적을 산출하고, 적용 지점 및 면적에 따른 저감 효율을 분석하는 것이 필요하다. 본 연구는 SWMM모형을 이용하여 LID 기술요소 중 옥상녹화를 적용하여, 강우 강도와 적용지점 및 면적에 따른 유출저감 효율을 분석하고자 한다. 연구지역은 청계천 유역으로 총 면적의 75% 이상이 주거지, 상업지, 교통시설 등을 포함한 불투수면으로 이루어져있는 도시 지역이다. 강우자료는 10년, 30년, 80년 빈도 확률강우량을 적용하였으며, 옥상녹화를 적용하기 위한 지점과 면적은 GIS를 기반으로 산정하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제48권12호
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• pp.995-1009
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• 2015

초단기 홍수예보를 위한 주요자료로서 최근 기상레이더의 중요성이 크게 부각되고 있다. 기상레이더는 넓은 지역에 걸쳐 실시간으로 강우현상 감시가 가능하며 지상우량계로는 파악이 불가능한 미계측유역을 통과하는 강우장의 이동 및 변화 파악이 가능한 장점이 있다. 본 연구는 강우장의 공간적 분포와 레이더 강우세포를 추적하는 강우장 예측 해석방안을 수립하였다. 이를 위해 강우장의 공간적인 이동을 고려하기 위해 강우장의 바람장 이류(advection) 패턴을 추출하여 각 강우세포가 가지는 이동방향 및 속도를 고려한 강우장 추적기법을 통하여 강우장을 예측하였다. 본 연구를 통하여 개발된 기상레이더 강우장 상관분석 기법을 활용한 초단기강우예측 결과는 집중호우시 홍수 예 경보를 위한 수문모형의 입력자료로 활용이 가능할 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.1420-1424
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• 2006

제주도는 연 평균 강우량이 전국 평균의 1.5배에 해당하는 다우지역이다. 그러나 화산섬으로서의 특수한 지형 및 지질구조 때문에 지표수가 거의 발달하지 않았으며, 이러한 수문지질여건으로 인하여 수자원의 대부분을 지하수 개발에 의존할 수 밖에 없어 용수 수요량의 증가를 충족시키기 위한 지하수 개발이 가속화되어 왔다. 그러나 지하수의 과다개발 등으로 지하수의 부존량은 점차 감소할 수 밖에 없는 실정이며, 제주도의 투수성이 높은 지질과 토양으로 지하수 오염에 취약해 최근 수질기준을 초과하는 지역이 늘어나고 있는 실정이다. 이에 제주 당국은 국제자유도시특별법 규정에 권장대상 빗물이용시설에 대한 시설비 보조에 관한 사항 등을 정하여 우수이용을 권장하고 있다. 본 연구에서는 제주도지역의 강우패턴과 세대별 생활용수량 자료를 조사 분석하여 효율적인 가정용 우수 이용 시스템으로서 갈수기에도 안정적으로 용수를 공급받을 수 있는 저류탱크의 크기 및 우수배관의 관경결정 기법을 개발하고 수질의 안정화를 위한 우수수질 안정화 기법을 제시하였다. 우수이용 시스템의 설계를 위하여 개발한 모형인 DDP, DOS 모형을 이용하여 강우 및 용수의 기초자료가 비교적 풍부한 제주도 지역에 적용함으로써 국내의 다른 산간지역과 도서지역에서도 본 시스템의 적용이 용이하게 될 수 있을 것으로 판단되며, 본 시스템 및 시스템 모형화에 대한 지속적인 연구를 통하여 보다 경제적이고 안정적인 시스템 설계가 가능한 범용적인 모형의 개발을 할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1144-1148
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• 2010

오염원이 집중되는 도시지역에서의 비점오염원에 대한 관리대책은 점오염원에 비하여 미비한 실정이다. 따라서 도시 지역의 비점오염원 부하량의 합리적인 조사, 비점오염물질 저감을 위한 관리기술 개발과 아울러 정책의 개발 등이 필요하며, 도시지역에서의 장기적인 비점오염물질 유출에 관한 모니터링을 통한 비점오염물질 원단위 조사가 절실히 요구되고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 상업 및 위락시설지역의 비점오염원 유출특성을 분석하기 위해 2008년 4월부터 2009년 10월까지 실측에 의해 측정된 강우량과 유출량 자료를 이용하여 비점오염원 유출특성을 분석하였다. 또한 본 연구에서는 자기 조직화 특성지도(Self-Organizing Feature Map: SOFM) 이론을 적용하여 측정된 유출 및 수질자료에 대해 패턴분류를 수행하여 분할구역별 자료의 특성분석을 통해 초기강우 특성이 구분되어짐을 확인 할 수 있었다. 그러나 현재 축적된 자료에 대한 양적인 한계로 인해 명확한 구분이 이루어지지 않는 항목도 있었으나, 향후 지속적인 모니터링을 통해 충분한 자료가 축적될 경우 초기강우 기준을 위한 새로운 접근방법으로 제시될 수 있을 것으로 기대된다.

• 지질공학
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• 제28권1호
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• pp.11-24
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• 2018

사면 안정해석의 목적은 강우, 지형 및 토질 특성 등을 고려하여 발생 위치와 발생 시간을 예측하는 것이다. 본 연구에서는 수치지형 모델, 지하수위 변화를 반영하는 집수모델, 무한사면 안정해석 모델을 결합한 모델을 이용하여 울릉도 산지를 대상으로 Huff 4분위법의 강우패턴에 따라 시간대별로 변화하는 지하수위를 고려한 사면 안정해석을 실시하고, 그 결과를 정량적으로 분석하였다. 해석 결과 사면의 경사가 $20{\sim}50^{\circ}$ 범위일 때 안전율 1.0 이하의 셀이 전체의 69.1~70.0%로 가장 넓게 분포하였으며, 강우 지속시간이 1분위($Q_1$)의 경우 2시간, 2분위($Q_2$) 5시간, 3분위($Q_3$) 7시간, 4분위($Q_4$) 6시간부터 안전율 1.0이하의 셀이 나타나기 시작한다. 또한, 안전율 1.0 이하의 셀이 최대로 나타나는 강우 지속시간은 1분위의 경우 6시간, 2분위 12시간, 3분위 16시간, 4분위 20시간으로 나타났으며, 분위별 안전율 1.0 이하 면적은 각각 14.3%, 15.0%, 15.6%, 16.3%로 나타났다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제41권10호
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• pp.995-1007
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• 2008

인공신경망 이론을 이용하여 강한 비선형성의 경향을 보이고 있는 강우-유출간의 관계를 모형화하기 위한 연구들은 예측뿐만이 아니라 대상자료들의 양상을 분류하여 그 특성을 분석하는 데에도 이용되고 있다. 이와 같은 패턴분류를 위한 SOM(Self-Organizing Map: SOM)의 연구 결과를 검토해보면 SOM 훈련을 위한 지도크기 및 배열의 결정은 SOM 성능에 큰 영향을 미치는 것으로 보고되고 있으나 지도크기 결정시 지도의 종방향 크기와 횡방향 크기를 결정할 수 있는 확정론적인 방법이나 이론식이 없고, 지도배열은 주로 육각형 배열(hexagonal array)을 이용하여 적용하고 있다. 따라서 본 연구에서는 영산강 나주지점을 대상으로 강우-유출관계의 분할특성을 나타내는 지도크기와 배열을 복합적으로 검토하여 나주지점의 강우-유출 해석을 위한 적절한 지도구조를 결정하였다. 그 결과 8개의 패턴으로 구분된 지도크기 20$\times$16의 육각형배열 구조가 나주지점의 강우-유출해석을 위한 적절한 지도구조로 결정되었다.