• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.584-588
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• 2016

기후변화와 불투수지역의 증가로 인하여 하천 유량의 변동성은 점차 커지고 있다. 이에 따라 유량에 영향을 받는 하천환경과 다양한 생태계는 큰 영향을 받고 있음에 유량 관리가 매우 중요시 되어지고 있다. 하천 유량은 빗물이 지표면에 떨어져 직접하천으로 흐르는 지표유출과 지표면하의 암반층으로 침투되어 지하수가 되고 시간의 흐름에 따라 지표로 흘러나오는 기저유출로 구성되어 있다. 기저유출은 땅속에서 흐르기 때문에 흐름이 느리다. 이에 따라 강우가 발생하지 않을 시에 하천유량의 대부분을 차지하고 있다. 따라서 기저유출의 관리는 수자원의 관리에 매우 중요할 것이다. 국내외에서도 기저유출의 관리를 위한 연구가 필요하며 지표수-지하수의 연계관리를 위한 명확한 조명이 필요한 시기이다. 본 연구에서는 국내 기저유출의 분포와 지하수 의존형 수생태계가 미치는 영향에 대해서 분석하였다. 기저유출의 분리는 최근 많은 연구가 수행되어져 왔고 다양한 방법이 개발되었다. 일반적으로 시계열 유량자료를 통해 기저유출을 산정한다. 기저유출의 산정을 위해 두 가지 유량 데이터를 이용하였다. 검보정된 수문모형을 통한 데이터와 국내에 존재하는 관측데이터를 이용하여 지표유출과 기저유출을 분리하여 유역의 기저유출지표를 산정하였다. 기저유출지표는 총 유출량과 기저유출과의 비로 산정되는 유역의 특성을 나타내는 지표이다. 기저유출과 수생태계의 관계를 분석하기 위해 환경부에서 수행하는 네 가지 수생태건강성지수와 기저유출지표와의 상관성을 분석하였다. 수생태건강성지수는 부착돌말류, 저서성 대형무척추동물, 어류, 서식 및 수변환경으로 구성되었다. 기저유출 산정과 수생태계와의 분석은 낙동강유역을 대상으로 수행하였다. 낙동강유역의 기저유출을 산정하여 기저유출지표를 산정한 결과 0.4이상의 값을 나타냈다. 이는 하천의 유량 중 약 40%가 기저유출에 의존한다는 의미이다. 또한 월별 기저유출지표를 산정한 결과 강수가 적은 봄과 겨울철의 경우 0.7이상을 나타냈다. 특히 1월달의 경우 0.9이상을 나타내 겨울철 대부분의 하천 유량은 기저유출에 의존한다. 산정된 기저유출지표와 네 가지 수생태건강성지수의 상관성 분석을 수행하였다. 분석결과 저서성 대형무척추동물과의 상관성을 나타냈고 나머지에서는 상관성을 나타내고 있지 않았다. 하지만 이는 아직 국내에서 수생태계의 건강성 조사와 평가가 이루어진지 얼마 되지 않았기 때문으로 판단된다. 본 연구결과를 바탕으로 기저유출관리 방안의 정책적인 도입과 연구의 시발점이 될 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.435-435
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• 2022

디지털 필터 기반의 기저유출 분리 기법은 하천유량으로부터 기저유량을 분리하는 기법으로서 적절한 분석을 위해서는 필터 매개변수에 대한 추정이 요구된다. 이 연구에서는 비교적 간단한 방법으로 기저유출을 분리할 수 있는 단일 매개변수를 가진 디지털 필터 기반의 기저유출 분리 기법에 대하여 민감도 분석을 수행하였으며, 민감도 분석 결과를 바탕으로 적정 매개변수 범위를 결정하였다. 적용된 디지털 필터 기반의 기저유출 분리 기법은 Lyne-Hollick(LH), Chapman, Chapman-Maxwell(CM), EWMA 기법이다. 분석 대상 지점은 낙동강 지류 하천 중 8년이상 연속된 유량측정 기록이 존재하는 25개 수위관측소이다. 민감도 분석을 위한 기저유출 분리 기법별 매개변수 범위는 과거 연구 사례에 근거하여 LH, Chapman, CM 기법의 경우 0.9 ~ 0.99, EWMA 기법은 0.003 ~ 0.015로 선정하였다. 기저유출 분리 기법별 민감도 분석 결과, EWMA 기법이 매개변수 변화에 따른 기저유출 지표의 변화가 가장 적은 것으로 분석되었으며, LH 기법이 민감도가 가장 큰 것으로 분석되었다. 또한, LH 기법과 EWMA 기법은 수위관측소에 따라 산정된 기저유출 지수가 큰 차이를 보였으며, 이는 각 수위관측소의 유황곡선에서 10%와 90%에 해당하는 유량의 무차원 변동량에 기인한 것으로 분석되었다. 각 기저유출 분리 기법별 적용성 검토 결과, Chapman과 CM 기법은 기저유출만 존재하는 비 강우 기간에서 기저유출을 분리하는 오류가 확인됨에 따라, 비교적 유량 변동이 큰 우리나라의 유출 특성상 Chapman과 CM 기법의 적용은 부적절한 것으로 판단된다. LH 기법과 EWMA 기법은 홍수 수문곡선 상승부에 대한 기저유출의 비율, 비 강우 기간에 대한 기저유출 분리 오류 등을 검토하여, EWMA 기법은 0.012 ~ 0.015, LH 기법은 0.950 ~ 0.975로 선정하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.146-146
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• 2015

하천관리는 직접유출과 기저유출로 구성된 하천유량의 특성을 이해하는 것으로부터 시작된다. 따라서 직접유출과 기저유출의 특성은 직접적으로 하천유량의 변동성으로 전달된다. 이러한 점을 고려했을 때 전략적인 하천관리를 위해서는 직접유출/기저유출과 하천유량의 관계를 분석하는 것이 필요하다. 이를 대해 본 연구의 목적은 하천유량의 변동성과 기저유출비(Baseflow Index, BFI)의 관계를 분석하고, 이러한 관계를 일관성 있게 나타낼 수 있는 하천유량 변동성 지표(Streamflow Variability Index, SVI)를 제시하는 것이다. 본 목적을 달성하기 위해 국내 총 91개 유량관측소를 대상으로 유황계수, R-B Index(Richards-Baker Flashiness Index), 변동계수(Coefficient of Variation), Q5:Q95 ratio 등의 SVI를 적용하였다. 이와 더불어, BFI를 산정하기 위하여 기저유출 분리 모형인 WHAT, PART, HYSEP, BFLOW를 사용하였다. 연구결과는 BFI값이 증가 할수록 SVI의 값은 감소하는 경향을 나타냈다. 다양한 SVI 가운데 BFI에 대한 R-B Index의 평균 결정계수가 0.66로 가장 큰 값을 나타냈으며, 특히 WHAT 모델의 Local Minimum Method(LMM)과의 결정계수가 0.82로 가장 밀접한 관계를 나타냈다. 변동계수 또한 평균 결정계수 값이 0.60으로 높은 값을 보였다. 그 외 유황계수와 Q5:Q95의 평균 결정계수는 각각 0.04와 0.07로 매우 낮은 값을 보였다. 결론적으로 다양한 SVI 가운데 R-B Index가 여러 기저유출 방법으로 산정된 BFI 값들에 대하여 가장 일관성 있는 결과를 보였다. 본 연구의 결과는 하천의 생태적 기능 유지와 치수안정성을 확보를 고려한 하천관리에 기여할 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.316-316
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• 2018

전 세계적으로 다양한 기후변화로 인해 홍수나 가뭄이 자주 발생하고 있다. 이러한 변화에 대응하기 위해 하천관리가 필요하며 효율적인 하천관리를 위해서는 직접유출뿐만 아니라 기저유출에 대한 관리가 필요하다. 건기 및 청천시의 하천유량의 대부분을 구성하는 기저유출은 하천의 건천화와 가뭄 등을 해결하는데 중요한 역할을 한다. 그러나 땅 속을 이동하는 기저유출의 특성상 정확한 측정이 어려워 직접유출에 비해 제한적으로 연구가 수행되어왔다. 특히 유역의 토지이용변화와 기후변화에 따른 기저유출 변화 특성에 대한 연구는 더욱 미비하다. 따라서 본 연구에서는 토지이용변화를 평가한 후 기후변화 시나리오를 이용하여 기후변화와 토지이용 변화에 따른 기저유출 특성을 분석하고자 한다. 우선적으로 갑천 유역에서의 유출량 모의를 위해 장기간 유역단위 유출 및 수질 모의가 가능한 SWAT모델을 사용하였다. 모의된 유출량은 자동보정모듈인 SWAT-CUP을 통해 검 보정을 수행하였다. 그리고 토지이용과 토지이용변화 요소간의 관계를 정량화하여 토지이용변화를 모의할 수 있는 CLUE-S모델을 통해 미래 토지이용변화 자료를 구축하여 SWAT모델의 입력자료로 사용하였다. 또한 기후변화 시나리오인 RCP 시나리오를 SWAT모델 내 기상 입력자료로 사용하였다. 최종적으로 모의 된 미래 유출량은 직접유출과 기저유출 분리가 가능한 WHAT 시스템의 입력자료로 사용하여 미래 토지이용변화와 기후변화를 고려한 기저유출량을 분석하였다. CLUE-S모델을 이용하여 미래 토지이용변화를 예측한 결과 Kappa 값이 0.5 이상으로 미래의 토지이용을 잘 예측하는 것으로 나타났다. 또한 SWAT모델을 통해 모의된 유출량 검 보정 결과 $R^2$와 NSE가 0.7 이상이므로 모델이 자연현상을 잘 모의하는 것으로 판단된다. 미래 토지이용변화와 기후변화가 적용된 SWAT모델을 통해 모의된 유출량을 WHAT 시스템에 적용하여 미래 기저유출을 분석한 결과 도시의 증가, 농지의 감소 그리고 미래 극한사상에 따른 첨두유출량의 증가로 인해 전반적으로 직접유출은 증가하고 기저유출은 감소하는 경향을 보였다. 본 연구의 결과는 향후 다양한 토지이용변화와 기후변화를 고려한 갑천 유역에서의 기저유출 특성을 파악하는 연구의 기초자료로 활용될 수 있을 것이며 향후 도시화 및 가뭄이나 건기 시 효율적인 하천관리 방안을 수립하는데 방향을 제시 할 수 있을 것이라 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.381-381
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• 2011

본 연구는 고랭지 밭 지역에서 발생하는 강우유출수의 특성을 알아보기 위하여 2009년 7월부터 10월까지 유량과 수질농도를 분석하였다. 모니터링 지점은 소양강 댐 상류 지점인 홍천군 자운지구의 3개 소유역이며, 하천 주변에 농경지가 집중적으로 발달하여 강우시 농경지로부터 발생하는 비점오염의 영향이 클 것으로 판단하였다. 모니터링 결과는 기저유출 부하를 산정하기 위해 N-Day법을 이용하여 직접/기저 유출수로 분리하고, 각 유출수의 오염부하를 산정하여 비교하였다. 기저오염 부하를 산정하기 위해 평시모니터링을 실시하였으며, 3개 소유역에서 조사된 평시 수질항목의 농도는 큰 차이를 보이지는 않았다. 1차와 2차 강우사상에서는 3개의 소유역에서 수질항목의 직접유출 부하가 80% 이상을 차지하는 것으로 나타났다. 또한, 전체 강우사상에서 SS와 TP의 직접 오염부하가 다른 수질항목에 비해 크게 나타났으며, TN의 경우 다른 항목에 비해 기저유출 부하가 큰 것으로 조사되었다. 또한, 100 mm 이상의 강우시에는 대부분의 항목이 직접유출 부하가 더 큰 것으로 조사되었으나, 6차와 7차의 적은 강우시에는 SS와 TP를 제외한 항목에서 기저유출 부하가 큰 것으로 조사되었다. SS는 탁도를 유발시키는 주요 원인이 되며, TN과 TP는 부영양화의 원인이 된다. 또한, 강우시 오염부하는 직접유출 뿐만 아니라 기저유출의 영향도 큰 것으로 나타났으며, 기저유출의 관리가 어렵기 때문에 하천으로 유입되는 직접유출을 우선적으로 관리할 필요가 있다. 따라서 연구 지역과 유사한 지역의 수질 관리를 위해서는 직접유출 형태로 발생하는 SS와 TP를 줄이기 위한 비점오염저감시설 또는 최적관리방법의 도입이 필요한 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korean Society of Soil and Groundwater Environment Conference
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• 2001.09a
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• pp.143-147
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• 2001

금강 용담, 공주, 규암의 수문 자료를 활용한 최저 기저 유출 분리를 통해 금강권역 에 대한 지하수 개발 가능량을 예비적으로 산정하였다. 수문 자료 분석 결과, 전형적인 감수현상은 봄에 비해 가을에 나타나며, 본 연구에서 활용한 최저 기저 유출량은, HYSEP의 지역적 최소 방식(local minimal method)을 활용한 기저 유출량에 비해 절반 내외의 값을 보이는 것으로 나타났다. 지하수 개발 가능량은, 수 십년 간의 전형적 감수 곡선 중, 최소 값을 통해 선정된 최소 기저 유출량을, 특별한 안전율의 적용 없이 대비 시켰으며, 이 결과 금강 유역에서의 지하수 개발 가능량은 하천 유출량 대비 최소 12%에서 최대 25% 인 것으로 평가되었다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.48 no.4
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• pp.309-319
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• 2015

River characteristics in South Korea has been affected by seasonal climatic variability due to climate change and by remarkable land cover change due to rapid economic growth. In this regard, the roles of river management is getting more important to eco-system and human community in watersheds of South Korea. Understanding river characteristics including direct runoff and baseflow, the first step of river management, can give a significant contribution to sustainable river environment. Therefore, the objective of this study is to quantify the contributions of the direct runoff and baseflow to river streamflow. For this, we used the BFLOW and WHAT programs to conduct baseflow separation for 71 streamflow gauge stations in Han River system, South Korea. The results showed that baseflow index for 71 stations ranges from 0.42 to 0.78. Also, gauge stations which have baseflow index more than 0.5 occupied 76% of a total stations. However, baseflow index can be overestimated due to human impacts such as discharge from dams, reservoirs, and lakes. This study will be used as fundamental information to understand river characteristics in river management at the national level.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.440-440
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• 2015

최근 급증하는 기후변화 영향으로 인한 자연재해의 위험이 증대되고 있다. 이러한 자연재해 중 가뭄은 그 빈도수나 피해의 규모가 홍수보다 작아 관련된 연구가 제한적이므로 유역의 특성을 반영한 장 단기 유출특성의 면밀한 검토가 요구되며, 향후 이를 반영한 홍수유출모형의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 유역 수자원산정의 기초연구로서 낙동강 내성천 유역을 대상으로 유역의 유출수문자료를 구축하고 장기기저흐름지수(BFI: Base Flow Index), 표면유출지수(1-Base Flow Index)를 산정하여 유역의 유출특성을 분석하였다. 내성천유역은 낙동강 상류유역으로 본류길이는 110.69km, 유역면적은 $1,815.28km^2$이며, 분수계의 능선부가 대체로 1,000m이상의 고도를 나타내고, 유역분지의 평균 해발고도는 318.2m이다. 또한 영주댐이 검설 중에 있으며, 향후 댐 건설이 수자원에 끼치는 영향등을 분석 할 수 있는 유역이다. 본 연구에서는 내성천 유역을 분석하기 위해서 8개의 수위관측지점을 선정한 후, 2001년부터 2012년 기간의 일 유량자료를 바탕으로 유출비를 산정하였다. 내성천 8개 소유역의 유역 장기유출비를 분석한 결과 기저흐름지수는 0.24~0.47, 표면유출지수는 0.53~0.76의 분포를 나타내었다. 표면유출비는 미호(0.76), 월호(0.53), 점촌(0.71)유역을 제외한 5개 유역에서 0.62~0.65의 분포를 나타내었으므로 낙동강 상류인 내성천유역의 표면유출비로 0.63을 제시할 수 있을 것으로 판단된다. 향후 다수의 낙동강유역을 추가분석하여, 낙동강유역의 고유 유출특성을 제시 할 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.1292-1295
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• 2009

일반적으로 유역의 기저유출 산정에는 적용의 간편성을 이유로 수평직선분리법, N-day법등을 주로 사용해 왔으며 이를 단기호우사상에 대한 모의에 적용해 왔다. 그러나 수평직선분리법이나 N-day에의한 기저유량의 산출은 연구자의 주관성이 반영될 수 있는 가능성이 다분하며 총 유출에 대한 기저 유출의 기여가 상대적으로 크게 되는 장기유출모의에 이용하기에는 효율적이지 못할 뿐 아니라 분석을 수행하는 사람에 따라서 그 결과에 많은 차이가 있을 수 있다. 그래서 최근에는 이러한 문제를 해결하기 위해서 다양한 'Digital Filtering' 방법이 수문곡선 분리에 많이 사용되고 있다. Eckhardt 필터는 출력의 신호대 잡음비가 최소화를 목적함수로 사용하는 최적선형필터의 형태를 갖고 있으며, BFImax 변수 값을 이용하여 수문분석 시 대수층별 특성을 반영할 수 있는 장점을 지니고 있다. 따라서 BFImax 변수 값에 따라서 분리된 직접유출과 기저유출 값에는 상당한 차이가 발생할 수 있는데, 정확한 수문분석을 위해서는 연구대상 유역 내 대수층의 특성에 가장 부합되는 BFImax 변수 값을 구하여야 하는 어려움이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 감수곡선 분석방법과 최적화 기법을 이용하여 BFImax 변수 값을 결정해 주는 모듈을 사용하고 있다. 금강유역의 수문곡선분리를 위해 먼저 금강 유역 내 관측소의 강우 및 수위 일 자료를 수집하고 수위자료는 동향, 옥천, 천천, 청성, 호탄지점의 자료를 이용하였다. 관측단위는 일 단위를 사용하였다. 분리된 수문곡선에 대한 검증은 지하수관측이나 중간유출에 대한 관측에 한계가 있기 때문에 정량적인 검증은 쉽지 않은 상황이고 수문곡선에 대한 시각적 판단에 의지하고 있다. 하지만 효과적인 기저유출분리가 가능해진다면 하천 건천화에 대한 정확한 진단과 함께 기후변화에 따른 지하수 및 지표수 영향에 대한 보다 신뢰도 있는 전망이 가능해지므로 매우 중요한 연구 분야라 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.2069-2073
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• 2007

효과적인 저수지 수질관리 대책을 수립하기 위해서는 상류 유역으로부터 오염원의 유출특성에 대한 정확한 이해가 필요하다. 강우시 대부분 유입하는 비점오염원은 실측에 많은 비용과 시간이 소요되어 부하량 산정에 어려움이 있어 전체 부하량에서 차지하는 기여도를 파악하는데 어려움이 있었다. 본 연구의 목적은 Digital Filter 기법을 이용하여 댐 유입량 수문곡선으로부터 유출성분을 분리하고, 강우시 유출하는 비점오염부하량을 산정하는 방법을 개발하는데 있다. 연구대상지역은 대청호를 선택하였다. 유출성분별 오염부하량을 정량화하기 위해 댐 유입량을 각각 지표유출, 중간유출 및 기저유출 성분으로 분리하고, 강우시 지표유출과 중간유출을 합하여 비점오염원 부하량(직접유출)으로 산정하였다. 유출성분별 일별 부하량은 실측된 유량 및 수질자료로부터 유도된 유량-부하량의 상관관계식을 적용하였다. 연구결과 대청호 유입량의 유출성분비는 각각 지표유출 49.2%, 중간유출 25.5% 및 기저유출 25.4%로 산정되었다. 2001년 옥천지점에서 유출성분분리 결과, 총 유출량 중 기저유출, 지표유출, 중간유출의 비가 각각 35.1%, 39.5%, 25.5%로 산정되었고, 청성지점은 각각 39.7%, 36.1%, 24.2%로 나타났다. $2001{\sim}2005$년까지 유출 성분별 비점오염원 부하량을 산정한 결과, 대청호에 비점오염원 부하량 기여율의 범위(평균값)는 각각 BOD $65.2{\sim}88.0%$(평균 83.5%), COD $68.1{\sim}$ 89.3%(평균 86.8%), T-N $60.4{\sim}88.6%$(평균 84.2%), 그리고 T-P $77.7{\sim}96.6%$(평균 94.3%)로 산정되었다. 이러한 결과는 대청호로 유입하는 유기물과 영양염류 연간 부하량의 80% 이상이 강우-유출과 함께 유입하는 것을 의미하며, 저수지 수질관리를 위해서는 유역차원의 비점오염원 관리가 시급함을 시사한다.