• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.123-123
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• 2018

가뭄은 홍수와 달리 진행속도가 비교적 느리기 때문에 초기에 감지한다면 피해를 최소화 할 수 있다. 국내에서는 가뭄전망을 위해 물리적 기반의 기상-수문연계해석 시스템을 구축하여 월 내지 계절전망을 수행하고 있다. 물리적 기반의 가뭄전망은 수치예보모델의 불확실성을 가지고 있으므로 예보 정확도 개선의 측면에서는 통계적 모델을 같이 활용하는 것이 바람직하다. 최근 국외에서는 통계적 방법인 AI (Artificial Intelligence) 기술을 사용하여 가뭄을 전망하는 연구가 활발히 진행 중이나, 아직까지 국내에서는 관련연구가 미흡한 실정이다. 이에 본 연구에서는 ANFIS (Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System) 기반의 댐 유입량 예측 모델을 구축하고 SRI (Standardized Runoff Index)를 활용하여 수문학적 가뭄전망을 수행하였다. 대상유역은 국내 주요 다목적댐이 위치한 충주댐 유역과 소양강댐 유역을 선정하였다. 수문 및 기상자료는 국토 교통부 및 기상청의 관측 댐 유입량, 관측 강수량, 관측 기온 및 장기기상예보 자료를 사용하였다. ANFIS 모델 구축을 위한 훈련 및 보정기간과 검정기간은 각각 1987~2010년과 2011~2016년을 선정하였다. 수문학적 가뭄전망은 지속기간 3개월의 1개월 전망 SRI3를 활용하였으며, SRI3는 관측유입량과 예측유입량을 결합하여 산정하였다. 댐 예측유입량 및 수문학적 가뭄전망의 정확도 평가를 위해 상관계수, 평균제곱근오차를 활용하였다. 댐 예측유입량 평가 결과 예측값과 관측값의 상관계수가 높게 나타났으며, 평균제곱근오차는 낮아 예측성이 뛰어났다. SRI3의 경우 관측값과 예측값의 가뭄발생시기가 유사하여 가뭄을 적절하게 반영하는 것으로 나타났다. 본 연구의 결과는 통계적 기반의 수문학적 가뭄전망기법을 개발하였다는 측면에서 의의가 있으며, 향후 물리적 기반의 가뭄전망정보와 결합한다면 보다 실효성이 향상될 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.325-325
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• 2019

본 연구에서는 안동댐 유역을 대상으로 Soil and Water Assessment Tool(SWAT) 모형을 이용해 하천단면 특성을 고려하여 유량 및 수질(SS, TN, DO)을 모의하였다. 안동댐 유역 내 위치한 도산 및 안동댐 관측소의 실측 유량 자료를 이용하였으며, 낙본B 관측소의 수질 측정 자료를 이용하였다. 본 연구에서는 항공사진을 통해서 안동댐 유역 내 각각의 소유역에 대하여 평균 하천폭과 홍수터폭 자료를 구축하였으며, 이를 실측 자료로 가정하였다. 또한 하천단면 실측 자료를 기반으로 상류 유역 면적에 대한 하천폭 및 홍수터폭 회귀식을 개발하였다. 이렇게 개발된 회귀식을 통해 산정된 하천폭과 홍수터폭을 SWAT 모형에 적용하여 유량 및 수질 모의를 모의하였으며, 하천단면 특성을 고려하기 이전(Scenario 1, S1)과 이후(Scenario 2, S2)의 모의 결과를 비교하여 하천단면 특성 고려에 따른 모의 결과의 차이에 대하여 분석하였다. S1와 S2의 하천폭과 홍수터폭을 비교한 결과 S1이 하천폭과 홍수터폭을 과대 산정하는 것으로 나타났으며, S1의 유속은 S2보다 작게 나타났다. 유량 모의 결과와 실측 자료에 대한 $R^2$와 NSE를 산정한 결과 S1과 S2의 결과는 큰 차이를 나타내지 않았으나, S2가 S1에 비해 상대적으로 첨두유량을 높게 모의하는 경향이 나타났다. 유량 모의 결과와 달리 수질 모의 결과에서는 S1과 S2의 차이가 뚜렷하게 나타났다. SS, TN, DO 모의 결과 모두에서 S2가 S1보다 높은 모의 정확도를 나타내었다. 결론적으로 하천단면 특성이 유량 및 수질 모의 정확도에 영향을 주는 것으로 나타났으며, 특히 하천단면과 관련한 변수들은 수질 모의에 있어서 민감하게 영향을 주는 것으로 판단되었다. 하지만 본 연구는 단일 유역에 대해서만 진행되었기 때문에 연구 결과의 신뢰성을 확보하기 위해서는 본 연구의 연구대상 유역과 다른 유역 특성을 가진 유역들을 대상으로 본 연구의 결과에 대한 재검토가 필요하다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.34-34
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• 2021

본 연구에서는 격자기반 분포형 수문모델링을 통해 하천갈수량을 추정하고자 한다. 분포형 수문모형은 단방향흐름 알고리즘에 의한 토양 물수지식을 기반으로 개발되었으며 운동파(kinematic wave) 이론을 적용하여 지표 및 지표하 유출을 모의한다. 또한, 격자별로 수문학적 물수지요소인 차단량, 증발산량, 침투 및 침루량, 지하수충전량 등을 계산하며, 댐·보 방류량을 해당 지점 격자의 물수지에 적용할 수 있도록 개발하였다. 본 모형은 2개의 다목적댐과 3개의 다기능보가 위치한 금강유역(9,645.5 km²)에 적용하였으며, 유역 면적과 하천 유속을 고려하여 1 km × 1 km 격자를 구성하고 10분 간격으로 2013년부터 2020년까지 수문모의를 진행하였다. 모형의 입력자료로 유역 인근의 12개 기상관측소로부터 시단위 기상자료를 구축하였으며, 모형의 검보정은 일단위 관측유량(Q), 플럭스 타워 증발산량, 실측 토양수분 및 지하수위 자료를 구축하여 활용하였다. 댐 및 보 지점에 대해 Q와 1/Q로 검보정을 수행한 결과, 평균 결정계수(R²)는 댐 지점에서 0.53~0.65, 보 지점에서 0.46~0.69의 값을 나타냈으며, Nash-Shtcliffe efficiency(NSE)는 댐 지점에서 0.46~0.55, 보 지점에서 0.31~0.65의 값을 나타냈다. 공간 보정을 위해 증발산량, 토양수분, 지하수위에 대한 검보정을 수행할 예정이며, 유황곡선을 활용하여 하천차수, 토양속성 및 토지이용에 따른 하천갈수량을 분석할 예정이다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제40권5호
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• pp.383-396
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• 2007

기존의 댐 계획이나 운영에서는 댐의 홍수조절 효과분석을 위해 댐 홍수조절 기여도 평가, 유황변화, 환경생태학적 변화 및 댐 하류의 수위저감효과를 사용하고 있다. 그러나 이와 같은 분석방법은 댐의 홍수조절에 의한 경제석 효과를 명확하게 제시할 수 없기 때문에, 댐의 치수역할과 필요성에 대한 국민적 공감대 형성이나 댐 사업의 타당성을 정확하게 평가하고 알리기에는 한계가 있다고 판단된다. 따라서 본 연구에서는 댐의 홍수조절에 의한 효과를 보다 분명하고 정확하게 산정하기 위하여 기존의 수위저감효과와 더불어 홍수피해 절감량이 얼마나 발생하였는지를 정량화할 수 있는 방법론을 개발하였다. 제안된 방법론에서는 홍수위 조건에 따라 위험상태기준을 잠재안전, 상대위험, 절대위험의 세 가지 상태로 정의하여 이에 따라 홍수피해 절감량을 제시한다. 구축된 방법을 남한강 유역의 2006년 7월 집중호우를 대상으로 충주댐의 홍수조절에 의한 여주지점에서의 수위차감효과와 이에 따른 경제적 효과를 분석하였다. 적용결과 피해경감량은 4조 1,890억원으로 산정되었다. 본 연구에서 제시한 댐의 홍수조절에 대한 경제적 효과분석은 댐의 홍수조절 효과나 증요성을 이해하는데 큰 기여가 될 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제56권1호
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• pp.11-21
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• 2023

최근 발생하는 극한가뭄에 대비하고자 본 연구는 실제 운영에서 수자원 시설물의 가뭄 취약도 및 가뭄대책별 우선순위를 파악할 수 있는 가뭄대응력 지표로 S-day를 제안하였다. 여기서 가뭄대책이란 용수공급 조정, 시설간 연계운영, 비상용량 고려 등이 대표적이며, 각 댐별로 그 구성에 차이가 있다. 본 연구에서는 국내 15개 다목적댐 및 용수댐에 대하여 가뭄대응력을 산정하였으며, 그 결과 20년 빈도의 가뭄이 지속될 시 15개 댐 모두 전반적으로 용수공급 조정이라는 가뭄대책을 통해 안정적인 가뭄대응력을 보였다. 하지만 다른 대책에서는 2년 이상 지속되는 다년 가뭄을 대비하지 못하였으며, 횡성댐과 안동·임하댐은 100년 빈도 가뭄 발생 시 대부분의 대책에서 S-day가 1년을 넘기지 못하였다. 특히, 횡성댐, 안동·임하댐, 군위댐, 운문댐, 대청댐, 주암댐은 20년 빈도 가뭄 발생 시, 가뭄대책을 적용하지 않으면 1년 내로 정상적인 용수공급이 불가능할 것으로 나타났다. 이에 본 연구에서는 S-day를 통해 가뭄대책별 최적 공급 용량을 제안하고 대책별 가뭄단계에 따른 가동시기를 변경해 가뭄대응 효과를 평가하였다. 마지막으로 미래 사회·경제적 변동에 따른 수요변화를 반영하고자 현행 공급 계약량에 대해 10%씩 증감하여 전체 15개 댐의 가뭄대응력을 재평가하였다. 그 결과 공급계약량이 10% 감소할 경우, 대부분의 댐에서 용수공급 조정만으로도 심각한 가뭄에 대한 대비가 가능할 것으로 분석되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.841-845
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• 2012

최근 중국과 인도는 공유하천인 야루짱부(중국명: 아로장포(雅魯藏布), 인도명:Brahmaputra)강 유역 내 수력발전용 댐 건설을 놓고 갈등 중이다. 발단은 중국이 2010년 9월에 정식으로 착공한 짱무수력발전댐(장목수전참(藏木水電站))의 건설이다. 총길이 3,848km, 유역면적 71만여 $km^2$인 야루짱부강은 중국과 인도, 방글라데시, 부탄 4개국이 공유하고 있다. 야루짱부강의 발원지는 히말라야 산맥 북쪽 기슭의 지에마양쫑 빙하(걸마앙종(杰馬央宗) 빙천(冰川))이고 중국내 길이가 2,057km에 달한다. 강은 중국의 씨짱(서장(西藏))지역, 인도의 아루나찰 프라데시(Arunachal Pradesh)주와 아쌈(Assam)주를 경유하여 부탄, 방글라데시로 흐른다. 야루짱부강은 티베트로 잘 알려진 시짱자치구에서 발원하여 중국과 인도의 영토 분쟁지역인 아루나찰 프라데시주를 관통함으로 인해 지정학적으로 중요한 의미를 갖고 있다. 짱무수력발전댐은 시짱 지역 최대 수력개발댐으로, 인도와 방글라데시는 중국의 댐 건설로 인해 자국의 수자원의 감소와 생태계 파괴가 발생할 것을 우려하고 있다. 그러나 최근 중국과 인도의 관방은 이 같은 우려를 부인하며 인도의 아루나찰 연방당국 또한 5개 주요 지류에 1,750MW 규모의 수력발전댐을 건설할 계획을 발표하였다. 이와 같이 수력발전댐 건설과 수자원확보를 놓고 중국과 인도가 팽팽하게 경쟁하게 된 데는 중국과 인도 간의 역내 힘겨루기와 자국 내 정치적 이해, 영토분쟁지역의 존재 등이 원인으로 작용하고 있다. 본 연구는 중국의 짱무수력발전댐(장목수전참(藏木水電站)) 건설원인을 중국정부가 가진 시짱지역관리 및 개발의 필요성에서 찾고 짱무수력발전댐(장목수전참(藏木水電站)) 건설에 드러난 중국의 표면적, 내재적 의도의 분석을 통해 중국의 공유하천 접근 방식의 특징과 원인을 규명하였다. 발원지에 위치한 중국이 수자원확보경쟁에서 유리한 입장을 점하고 있는 가운데 중국에 비해 상대적으로 정치적, 경제적 열세에 놓인 하류국가들은 공유하천의 동등하게 이용할 권리를 쟁취하기 위해 필요한 협상력을 갖고 있지 못하다. 따라서 하류국가들은 중국의 의도를 파악하여 이를 토대로 적절한 대안을 마련해야 할 필요성이 있다. 중국의 공유하천접근방식의 원인과 특징에 대한 분석은 남북통일 후 중국과 하천을 공유하게 될 우리나라에 시사하는 바가 클 것이라 생각된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.224-224
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• 2011

5대 주요 수계의 소수력자원에 대하여 연구를 수행하였고, 하천의 유량지속특성을 예측할 수 있는 모델이 개발되었으며, 이를 이용하면 강우사상으로 야기되는 유입량의 변화에 대한 분석이 가능하다. 또한 소수력발전소의 성능을 예측할 수 있는 모델도 개발되었다. 안동댐에서 측정된 월유입량 자료를 분석하였으며,. 본 연구를 통해 개발된 모델을 이용하여 예측한 결과는 안동댐에서 오랜기간 동안 측정된 결과와 거의 일치되는 것으로 나타났다. 이는 개발된 모델들이 소수력발전입지의 이용가능한 잠재량과 기술적 잠재량을 예측하는데 효과적인 것으로 밝혀졌다. 본 모델들을 이용하여 수계별로 소수력발전입지에 대한 수문학적 성능을 분석하였다. 분석결과 소수력발전 입지의 수문학적 성능특성은 수계별로 차이가 있는 것으로 나타났다. 특히 북한강과 낙동강수계에 위치한 소수력발전입지의 비설계유량과 비출력량은 다른 수계들 보다 차이가 큰 것으로 나타났다. 그림 1은 수계별 비설계유량에 따른 비출력량의 변화를 나타낸다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.147-147
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• 2012

댐 및 제방 등의 수공구조물 붕괴에 의한 극한홍수 전파를 해석하기 위한 2차원 홍수 해석기법에는 현재까지 다양한 기법들이 개발되어 왔고 다양한 모형들이 상용화 또는 범용화 되고 있다. 그 중 흐름의 전파양상을 정확하게 반영할 수 있는 상류이송기법인 Godunov형태의 유한체적기법은 충격파와 같은 불연속적인 해를 가지는 문제를 정확히 해석할 수 있고, 비구조적 격자 사용의 용이성 등의 장점 때문에 2차원 홍수파 전파 해석에 있어서 최근 십수년간 가장 활발하게 연구되어왔다. 하지만 이러한 기법은 양해법을 근간으로 하는 해석 기법으로써, 계산거리의 간격이나 계산시간의 간격, 격자망의 구성 등 엄격한 제한이 필요하다. 특히 방대한 계산시간을 요구하는 기법의 약점은 홍수예 경보 등을 위한 실시간 모형의 구동에 있어서 큰 제약이 되어 왔다. CPU의 성능이 지속적으로 발전하면서 이러한 문제는 점차 극복되어 왔으나, 발열 등의 문제와 이를 극복하기 위한 멀티코어의 등장으로 인해 단일 코어의 성능개발은 매우 더딘 것이 사실이다. 현재까지 연구되고 개발되어 온 모형들은 특별한 처리 없이는 단일 코어만을 사용하여 계산할 수 밖에 없기 때문에 멀티코어의 장점을 전혀 이용할 수 없다. 이러한 점을 극복하기 위해 프로그램을 병렬화하여 단일 문제에 대해 멀티코어를 사용할 수 있다면 계산시간 단축에 큰 효과를 거둘 수 있을 것이다. 현재까지 IT분야에서 다양한 병렬프로그래밍 기법들이 개발되고 소개되어 왔다. 본 연구에서는 병렬프로그래밍 기법중 가장 널리 사용되고 있는 MPI(Message Passing Interface)기법을 적용함으로써 기 개발된 고정확도 유한체적모형을 병렬화 하여 계산시간을 단축하고자 하였다. 개발된 모형을 장애물이 존재하는 실험하도의 댐 붕괴 문제와 2002년 태풍 루사 시 큰 피해를 입은 강릉시 일원의 섬석천 유역에 위치한 장현저수지와 동막저수지의 붕괴사례에 대해 적용하였다. 모형을 코어 개수별로 다양하게 모의함으로써 기존모형과의 결과에 대한 일치성을 확인하였고, 기존 모형 대비 계산시간 단축의 효과를 입증할 수 있었다. 개발된 본 모형을 실시간 홍수범람해석을 위한 시스템으로 구축할 수 있다면, 실시간 홍수예 경보에 있어 주요지점에서의 수위해석 뿐만이 아닌 제내지 범람 예보 분야까지 확대 적용할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2007년도 추계학술발표논문집
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• pp.109-112
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• 2007

본 연구에서는 댐 하류지역의 물관리를 위한 기초자료를 제공하기 위해 금강수계의 댐 하류지역인 논산지점을 대상으로 기 개발된 수위-유량 곡선식에 의해 추정된 유출량과 RRFS에 의해 추정된 유출량을 실제 분석하고자하는 시점에서 도보측정에 의해 측정된 유출량과 비교하였다. 이러한 유출분석을 위해 유출분석의 기초자료인 논산유역의 면적강우량을 산정하고자 8개의 강우관측지점을 선정하고 티센계수를 구하였다. 각 방법별 유출량의 비교를 위해 도보측정에 의한 유출량은 2005년부터 2006년까지 각각 39회와 40회에 걸쳐 추정되었고 기 개발된 수위-유량곡선식에 의한 유출량은 국가수자원관리 종합시스템에서 제공하는 수위-유량곡선식을 사용하여 추정되었으며 RRFS에 의한 유출량은 매개변수의 민감도분석과 보정에 의해 추정되었다. 이들 방법에 의한 유출량 중에서 도보측정에 의한 유출량을 참값으로 가정하고 수위-유량곡선식에 의한 유출량과 RRFS에 의한 유출량, 각각에 대한 상대평균제곱근오차와 상대절대오차를 구하였다. 이러한 오차분석 결과에서 2005년과 2006년 모두 RRFS에 의한 유출량이 기 개발된 수위-유량 곡선식에 의한 유출량보다 도보 측정에 의한 유출량에 더 근접하는 좋은 결과를 나타내었다. 따라서 향후 댐 하류 주요지점을 대상으로 유출분석을 실시할 경우 본 연구와 같은 분석 절차를 거쳐야 할 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.1176-1181
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• 2006

본 연구에서는 병렬구조를 가진 안동댐과 임하댐에 대하여 할당법칙(Allocation rule, AR)을 이용하여 용수공급해석과 신뢰도지표를 산정하였다. 할당계수의 분석결과로는 안동댐이 용수공급의 기여도가 임하댐과 비교해서 Rule(A), Rule(B)에서는 66%이상으로 분석되었으며, Rule(C)의 경우 거의 대등한 기여를 하는 것으로 분석되었다. Rule(C)의 경우는 안동댐과 임하댐의 각각의 저류상태와 공급능력 상태에 따라 저류량과 유입량의 합을 댐의 평균저류량으로 나눈 비에 의해 공급량이 할당되어서 우수한 결과를 나타내었다. 병렬저수지 시스템의 용수공급의 분석기준에 있어 월별로 일정한 양을 기준으로 분석하는 것보다는 월별 용수변화량을 고려한 경우가 용수공급분석에 있어 우수한 결과를 나타나는 것으로 분석되었다. 본 연구를 기초로 하여 용수공급해석을 위한 새로운 기법이 개발되어 병렬저수지에 적용되었으며, 이 운영규칙은 여러 종류의 병렬저수지 시스템의 적용에 있어 효율적인 운영방안을 수립할 수 있을 것이다.