• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.349-349
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• 2022

기후변화가 고착화되면서 강우와 기온 변동으로 인한 가뭄 및 홍수 발생이 점차 증가하고 있다. 유역 단위의 유출량 예측은 기후변화로 인한 자연재해에 대비하기 위한 수자원 관리의 시작이라 할 수 있다. 하지만, 기후변화와 유출모형의 불확실성은 정확한 유출 분석을 어렵게 한다. 본 연구에서는 위에 제시된 불확실성을 완화하기 위하여 기후 스트레스 시나리오에 따른 두 개의 집중형 수문모형, 즉 airGR과 IHACRES를 이용하여 강우 및 온도 변화에 따른 유출량 변화를 비교, 분석하였다. 연구 대상 지역은 합천댐과 섬진강댐 유역이며, 각 모형을 NSE(Nash-Sutcliffe Efficiency) 및 KGE(Kling Gupta Effieicncy)를 목적함수로 하여 매개변수를 최적화를 하였다. 모형의 보정과 검정은 20년(1995년~2014년)의 유출 자료를 활용하였으며, 보정 및 검정 기간은 각각 6:4 비율로 설정하였다. 두 모형 모두 보정과 검정 기간에 비교적 높은 신뢰도(NSE>0.7, KGE>0.8)를 보여, 모형이 과거 사상을 재현하기에 적합하고, 모의 결과가 비교적 유사함을 확인하였다. 다음으로, 기후 스트레스 시나리오를 구축하기 위해 위 20년 입력 자료를 바탕으로, 강우는 -50%에서 +50%의 범위를 1%씩 구분하였으며, 기온은 0℃에서 8℃까지 0.1℃ 범위로 하여 총 8,181개의 시나리오를 구축하였다. 이후, 기후 스트레스 시나리오에 따른 두 모형의 풍수량, 최대 유량, 평수량을 비교, 분석하였다. 기후 스트레스 영향을 반영한 풍수량과 연최대유량의 경우, 강우 증가에 따른 유출 증가 등의 패턴은 두 모형에서 비슷하였으나, 강우와 기온의 변화가 커질수록 더욱 상이한 결과를 얻었다. 이와 반대로, 평수량의 경우 강우와 온도의 변화가 증가함에 따라 더욱 유사한 결과를 얻었다. 즉, 유역의 탄력적 기후변화 대응을 위해서는 모형의 불확실성에 대한 정량적 평가가 필요하다는 것을 시사한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.331-331
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• 2020

급격한 산업화와 도시화로 인한 도시유역의 불투수면의 증가와 이에 따른 배수능력의 저하로 인해 도시 물순환의 왜곡이 발생하였다. 따라서 과거 도시 물관리 기법의 한계가 나타났으며 이를 위해 저영향개발 기법 등과 같은 도시 물관리 기법의 패러다임이 변화하였다. 본 연구에서는 저영향개발 기법에서 도시유역 내 활용이 유용한 침투형 시설 중 투수블럭에 대한 물순환 성능평가를 실외실험을 통해 분석하였다. 성능평가 실험은 부산대학교 양산캠퍼스 한국 GI&LID 센터 내 투수블록 뿐만 아니라 블록 하부 골재층까지 설치가 가능하도록 되어있어 실제 현장과 유사한 환경을 구축이 가능한 2.4×10.9×0.4 (m) 규모의 주차장형 LID 실증시험시설을 활용하였다. 인공강우 분사를 위한 실외 인공강우모사 장치 크기는 2×2(m)으로 본 시험을 위하여 5개의 인공강우모사 장치를 연결하여 활용하였으며, 본 시험장치는 강우를 공급하기 위한 수조와 펌프, 일정한 유량을 유입하기 위한 유량계, 강우를 분사하기 위한 노즐, 인공강우가 실제 강우와 같이 자유낙하 하도록 구현하기 위한 오실레이터 등으로 구성되었다. 시험대상인 틈새투수블록은 석재블록 규격 400×600×100 mm이며 재질은 받침안정층(흙), 투수블록(화강석)으로 구성되어 있다. 실험의 시나리오는 시험체에 강우강도 30mm/hr, 50mm/hr, 100mm/hr에 해당하는 양을 1시간 동안 유입하여 시험 시작 후, 강우지속시간, 표면유출지속시간, 표면유출량을 1분 단위로 측정. 시험체에 유공관이 설치된 경우에는 침투유출지속시간, 침투유출량도 함께 1분 단위로 측정하였으며 각 강우강도별로 측정하고, 1회 측정 후, 각 시험별 시험 대상체의 조건을 같게 하기 위한(하부 지반의 건조) 약 3일 이후(상황에 따라 변동 가능) 시험하였다. 본 실험의 결과, 강우강도가 30 mm/hr와 50 mm/hr인 경우에는 화강석 틈새투수블록포장에서 지표 유출이 발생하지 않았으며, 강우강도 100 mm/hr의 경우 260 L의 지표 유출이 발생하여, 불투수표면 대비 84%의 지표유출 저감률을 보여줌으로서 투수블럭에 물순환 성능에 대한 효과를 분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.402-402
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• 2015

본 연구에서는 사과재배지에서 발생하는 비점오염물질 유출 및 수질특성을 살펴보고자 2014년 5월부터 9월까지의 총 15회의 강우사상에 대해 유출특성을 분석하고 오염물질별 유량가중평균농도(Event Mean Concentration, EMC) 및 오염부하를 산정하였다. 모니터링 기간동안 3.2~80.3 mm의 강우가 발생하였으며, 조사된 총 15회의 event 중 3회 유출이 발생하였다. 강우강도는 0.39~4.46 mm/hr의 범위로 나타났으며, 선행무강우일수는 0.3~20.1일, 총 유출량은 $2.7{\sim}100.8m^3$, 유출율은 0.02~0.3의 범위로 나타났다. 강우모니터링 결과, EMC는 TOC 7.1~18.7 mg/L(평균 12.0 mg/L), BOD 4.3~7.8 mg/L(평균 5.9 mg/L), COD 16.9~30.2 mg/L(평균 22.3 mg/L), SS 35.6~738.1 mg/L(평균 293.1 mg/L), T-N 2.342~11.043 mg/L(평균 6.563 mg/L) 그리고 T-P 1.563~2.563 mg/L(평균 1.961 mg/L)의 범위로 나타났으며, 각 강우사상에 대한 단위면적당 오염부하는 TOC 0.12~2.4 kg/ha, $BOD_5$ 0.03~1.0kg/ha, $COD_{Mn}$ 0.12~7.1 kg/ha, SS 0.34~173 kg/ha, T-N 0.068~1.478 kg/ha, T-P 0.011~0.601 kg/ha의 범위로 산정되었다. 사과재배지의 경우 대부분 투수지역으로 강우 초기에 지하로 침투하는 양이 많기 때문에 초기세척효과는 크게 발생하지 않는 것으로 나타났으며, 대체적으로 30 mm 이하의 강우에서는 유출이 발생하지 않는 것으로 분석되었다. 하지만, 사과재배지에서 발생하는 비점오염물질의 유출특성은 기상조건 및 영농활동 조건등에 따라 상이하게 나타나기 때문에 강우시 비점오염원 유출특성을 보다 정량적으로 파악하기 위해서는 체계적이고 지속적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.957-961
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• 2009

본 연구에서는 강우시 발생되는 비점오염원의 모니터링시 측정되는 강우자료와 유출자료, 수질 자료에 대한 효율적이고 신뢰성 있는 자료관리시스템을 제안하고자 한다. 비점오염 모니터링 자료관리시스템(NP-DAQ, Nonpoint-Data Quality Assessment)의 구성요소는 크게 다음과 같은 세가지로 이루어진다. 비점오염원 분석이 요구되는 유역에서의 모니터링 유무 및 실시간 측정 장치의 유무를 확인하는 전처리단계, 선행무강우시간 및 강우지속시간, 강우강도를 평가하고 수질 측정 간격과 유출 수문곡선을 평가하는 품질관리 단계, 측정된 자료의 이상치 분석과 유출모형의 입력자료를 생성하는 후 처리 단계로 나눌수 있다. 본 연구의 적용 대상 자료는 낙동강수계 환경기초조사사업으로 수집된 비점오염원 모니터링에 대한 자료를 사용하였으며 측정된 자료는 지목별 지역별 특성에 따라 분류하여 자료관리시스템에 적용하여 분석하였다. 따라서 비점오염원 모니터링 결과 얻어진 강우 및 유출, 수질 자료를 대상으로 하여 자료의 신뢰성 평가 및 불확실성을 평가하여 보다 정확한 오염물질 유출 특성을 분석하는데 기초가 되는 시스템을 구축하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.338-338
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• 2020

강우-유출 모형에 의한 유출해석은 하천의 기후변화 및 재난대응, 수자원확보, 유역개발 등의 정책수립을 위한 가장 기본적인 과정이다. 이를 위해 다양한 물리적 강우-유출모형이 개발되었으며 많은 연구들에 의해 유용성이 증명되었다. 그러나 메콩강 유역과 같이 물리적 데이터의 양적, 질적 신뢰도가 부족한 지역을 대상으로 하는 경우 모형의 기본적인 불확실성 외에 다양한 기초자료 및 매개변수의 결정 또는 추정에 의한 추가적인 불확실성이 포함된다. 본 연구에서는 물리적 강우-유출모형에 대한 대안으로 데이터 기반의 black-box 모형인 LSTM 모형을 이용하여 메콩강 본류 Kratie지점을 대상으로 강우-유출해석시스템을 구축하였다. 이후 기후변화시나리오를 적용하여 미래유출변화를 모의를 수행하였다. 도출된 결과는 물리적 강우-유출모형인 SWAT 모형의 유출해석결과의 비교를 수행하고 이를 통해 LSTM 모형의 적용성을 판단하였다. 관측유량 및 기온자료를 제외한 모형에서 요구되는 기초자료는 범용 입력자료를 이용하고 미래기간의 예측을 위해 편의보정 된 RCP 4.5 및 8.5 기후변화시나리오가 적용되었다. 두 모형의 Kratie 지점에 대한 미래 유출예측결과는 경향성 분석결과 두 모형 모두 시나리오 별 통계적으로 유의한 수준의 경향은 도출되지 않았으나 RCP 4.5 시나리오에 대비 RCP 8.5 시나리오에서 연평균 유량의 변동성이 크게 나타나는 것으로 분석되는 등 결과의 유사성을 보이고 있는 것으로 분석되었다. 이를 통해 LSTM 모형에 의한 유출예측결과가 단순 시계열 변화에 따른 유출변화 모의에 있어서 SWAT의 결과에 비해 높은 재현성을 보이는 것을 확인하였다. 본 연구와 같이 유출량의 시 계열 변화만을 필요로 하는 경우 적은 데이터만으로 비교적 정확한 결과를 도출하는 LSTM 모형은 매우 효과적으로 사용될 수 있다고 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.166-166
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• 2018

수자원 분야의 기후변화 연구에서 유출분석을 위한 장기유출모형의 입력자료로 일단위의 기상자료가 요구된다. 이러한 일자료의 생성을 위해 통계학적 다운스케일링 기법 중 추계학적 기상모의모형이 가장 널리 적용되고 있다. 또한, 유역단위의 합리적 유출분석을 위해서는 기상모의모형을 이용한 일자료 발생시 기상관측지점 간의 공간상관성 확보가 선행되어야 한다. 이러한 문제점을 극복하기 위한 다지점 추계학적 기상모형의 개발 및 적용에 앞서 기존모형의 강우 발생과 크기와 관련된 주요요소들의 공간적인 특성을 분석하고자 하였다. 따라서, 본 연구에서는 국내 기상청 지점의 관측자료를 중심으로 모형의 강우발생과 관련된 강우/무강우 발생확률, 강우크기와 관련된 월강우량의 평균값, 월평균 강우량의 표준편차, 왜곡도를 산정하였다. 이를 중심으로 전국에 걸친 공간특성 분석을 통하여 다지점 추계학적 기상모의모형의 개발 및 적용시 고려해야 될 사항을 도출하고자 하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.201-201
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• 2022

본 연구에서는 강우량이 여름에 집중되어있는 우리나라의 강우 특성을 잘 나타낼 수 있는 최적의 확률분포형을 선정하고 해석적 확률모델 (Analytical Probabilistic Model, APM)을 개발하여 유출량을 예측하고자 하였다. 국내 10개 지역인 부산, 춘천, 대구, 대전, 전주, 진주, 서울, 속초, 태백, 원주를 연구 지역으로 설정하였고, 30년 시 단위 강우자료를 지역별 interevent time definition(IETD)을 적용하여 강우 사상으로 그룹화하였다. APM 연구에 일반적으로 사용되는 일변수 지수 분포 이외의 이변수 지수, 감마, 이변수 로그정규 확률밀도함수 (Probability Density Function, PDF)를 강우사상의 특성인 강우량, 강우 지속시간, 무강우 시간의 히스토그램에 적용한 결과, 이 변수 로그정규분포가 우리나라의 강우 특성을 가장 잘 대표하였다. 로그정규분포를 이용하여 APM을 유도하고 유출량을 예측하였다. 예측한 유출량에 대한 빈도분석을 수행하여 Storm Water Management Model (SWMM)의 결과와 비교함으로써 유도한 APM의 적합성을 확인하였다. SWMM의 입력 매개변수 보정을 위해서는 서울 군자 지역에서 관측한 실제 강우량 및 유출량 자료를 사용하였다. 로그정규분포로 유도한 APM과 SWMM의 빈도분석 결과를 비교하였을 때 초과 확률과 재현주기 모두 매우 유사한 결과를 나타내었음을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.471-471
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• 2023

소양댐 상류 유역에 위치한 고랭지 밭에서 강우시 많은 양의 탁수가 유입되고 있어 상·하류지역사회에 갈등을 유발하고 하천 환경오염의 주범으로 지목되었다. 이에 환경부는 2007년부터 꾸준히 소양호 유역을 비점오염원 관리지역으로 지정하여 다양한 노력을 기울여왔으나 여전히 소양강 상류 수계의 강우시 흙탕물 발생이 지속적으로 문제가 되고 있다. 특히 고랭지 농업이 활발한 자운지구의 경우 고랭지 밭 경작 이외에도 나대지 상태로 방치되거나, 절삭지 보호가 제대로 이루어지지 않는 등 여러 가지 문제로 토사유출이 심각하게 발생하고 있어 흙탕물 관리가 필요한 실정이다. 이에 본 연구에서는 자운지구를 포함한 내린천 유역을 대상으로 강우유출수 모니터링을 수행하였으며, 모니터링 결과를 바탕으로 강우시 비점오염물질 유출 특성을 분석하였다. 강우유출수 모니터링은 2022년 3월부터 10월 중 총 5회를 수행하였으며, 내린천 유역 내 유량 측정망이 설치되어 있는 4개지점(양지교, 현리교, 하죽천교, 원대교)과 내린천 상류 2개지점(에코빌리지, 새터교) 총 6개 지점에서 강우유출수 모니터링을 실시하였다. 분석된 자료를 바탕으로 각 소유역별 EMC, 오염부하, 단위면적당 오염부하를 산정한 결과 하죽천교와 원대교의 단위면적 당 오염부하가 높게 나타났다. 이는 해당 소유역(내린천 하류)에서 발생한 강우강도가 상류에 비해 높았으며, 하죽천교는 유역내 농경지의 비율이 높고, 원대교는 가파른 경사도의 영향이 큰 것으로 판단된다. 또한, 하죽천교와 원대교 소유역에서 배출된느 흙탕물이 내린천 유역의 하천수질 오염에 상당한 기여를 하고 있는 것으로 나타났으며, 오염 우심 소유역에서 발생하는 흙탕물 저감을 위한 적절한 대책이 마련되어야 할 것으로 판단된다. 본 연구 결과와 같이 장기적인 모니터링을 통해 내린천 유역의 흙탕물 저감 대책 수립을 위한 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.2061-2065
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• 2008

본 연구는 강우-유출 및 TOC의 패턴 분류를 위하여 광주 광산 강우관측소의 강우량자료와 나주지점의 유출량 그리고 기존의 BOD 및 COD 수질농도 측정값에 비하여 적은 오차요인과 빠른 시간에 결과 값을 얻을 수 있으며 유출량과 난분해성 물질에 대한 해석이 가능하고 재현성이 탁월한 TOC자료를 사용하였다. SOM을 적용하기 위해 먼저 Map의 크기는 Garcia가 제시한 $M=5{\sqrt{N}}$을 이용하여 결정한다. 이러한 비선형적인 다변량 자료를 분석하기 위해서 Map에 의해 구분된 자료 위치를 추출하여 원자료를 재구축하고 이를 통해 원자료를 패턴별로 분류 할 수 있었다. 이러한 패턴별 분류를 통해 유출량에 따른 TOC자료를 2차원의 Map 상에 시각적으로 가시화하여 비선형적인 경향이 강한자료의 분포적 양상을 이해하는데 큰 도움이 되며, 향후 이를 통해 예측을 위한 모형화 과정에도 크게 도움을 줄 것으로 기대된다. 또한, 강우자료 또는 유출량 자료만을 이용한 단일변량의 패턴분류를 위해 SOM의 적용이 가능할 것으로 판단되며, 이는 각 변량의 본질적인 특성을 파악할 수 있을 것으로 기대된다.