• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.204-204
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• 2019

국지성 호우의 증가로 인해 도시 지역의 내수침수피해가 빈번하게 발생하고 있다. 특히 배수의 흐름이 집중되는 저지대 지역과 노후화된 하수관거가 설치된 지역에서 특히 피해가 집중되고 있으며, 이는 도로 측면에 설치된 빗물받이와 같은 하수시설에서 원활하게 배수가 되지 않기 때문에 강우 발생시 도로표면에 노면수가 정체되어 피해가 발생하고 있다. 과거 도로 노면의 형상과 강우의 임계 지속시간을 고려한 적정 우수 유출량 산정에 관한 연구가 진행된 바 있으나, 현재 발생하는 국지성 호우의 형태나 강우강도의 변화에 따른 유출량의 변화가 발생하였으며, 도달시간 산정식에 따른 매개변수의 차이와 새로운 도달시간 산정식의 개발로 도달시간의 결과가 크게 차이가 날 수 있다. 따라서 도로의 침수피해를 막고 교통 안정을 유지하기 위해서는 도로 조건을 고려한 도로 입구 및 하수관의 적절한 설계 등 다양한 연구가 주기적으로 이루어져야 한다. 본 연구에서는 강우 유출 모델인 SWMM 모형과 계산식을 이용하여 도로 표면의 폭과 길이, 도로 종횡단의 변화량, 재 산정한 강우강도에 따른 유출량을 계산하였다. 도로 표면의 폭과 길이, 경사를 다양하게 입력하였으며, 또한 각 Case에 따라 최대 유출량을 생성하는 임계지속기간을 결정하고 다양한 도달시간 산정식의 결과와 비교하여 상관관계를 분석하였다. 분석결과 도달시간은 산정식의 매개변수에 따라 차이가 발생하였으며, 도로표면의 길이와 횡단경사에 크게 영향을 받는 것으로 분석되었으며, 횡단경사보다 종단경사가 클 경우 도달시간이 길어져 유량의 집중을 막는 효과가 있는 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.140-140
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• 2020

도암호 유역 위치한 강원도 평창군 대관령면 일대는 고랭지 농업이 주로 이루어지는 곳으로 강우시 토양 유실로 인한 하천의 수질오염이 빈번하게 발생하고 있다. 비점오염원은 강우시 호수와 하천으로 유입되는 특징을 가지고 있으며 불특정 발생원에서 불특정 기상조건과 경로에 의해 발생하여 지속적인 모니터링에는 어려움이 따른다. 이러한 비점오염원 중에서도 농촌지역에서 발생되는 비점오염원은 정확한 기작이 분석되지 않고 있어 수질오염에 큰 문제가 되고 있다. 본 연구는 도암호 유역 송천에서 2019년 7월부터 10월까지 6회 모니터링을 실시하였다. 이후 각 강우사상에서 비점오염물질의 유출에 미치는 강우요인(선행무강우일수, 강우지속시간, 총 강우량, 최대강우량, 평균강우량)을 분석하였다. 또한 강우유출수 분석을 통해 유량가중평균농도(EMC, Event Mean Concentration)을 산정하여 각 강우사상에서 유출된 오염원의 농도를 정량화하였으며, 초기세척비율(MFFn, Mass First Flush ratio)를 산정하여 강우초기에 유출된 오염원의 농도를 알아보았다. 분석결과 강우의 특성과 모니터링 시기별 영농단계에 의해 강우사상별 오염원의 농도와 초기세척비율의 차이를 보인 것으로 판단된다. 추후 지속적인 모니터링과 분석을 통한 강우강도에 따른 효율적인 비점오염원 저감대책과 관리 방안이 필요할 것으로 보인다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.419-419
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• 2015

강우로 인해 발생하는 하천의 홍수량 결정은 수공구조물의 최적설계 및 효율적 관리를 위해 매우 중요하다. 우리나라에서는 주로 강우-유출 해석을 동해 홍수량을 결정하고 있다. 강우-유출 해석을 위해서는 단위도가 필요하고, 단위도를 유도하기 위해서는 장기간의 과거 강우기록 및 유량의 실측자료가 필요하다. 하지만, 그간 우리나라에서는 과거 수문자료의 부족 및 수위관측소의 부재 등의 이유로 미계측 유역에서 사용하는 방법인 Snyder 합성단위도법, SCS 무차원 합성단위도법, Clark 단위도 방법을 주로 사용하였다. 그러나 이와 같은 방법들은 외국에서 유도된 공식이기 때문에 국내 적용에 어려움이 많으며, 유역 특성에 따라서도 차이를 보이고 있다. 최근 양질의 강우-유출사상 측정 자료가 많아져서 단위도를 직접 유도할 수 있는 여건이 구축되었다. 이에 본 연구에서는 국내 유출특성을 적용할 수 있도록 42개 지점의 강우-유출 실측자료를 이용하여 각 유역별 단위도를 작성하고 무차원단위도의 유도를 통해 평균값을 도출하였다. 평균 무차원단위도의 유도 결과를 국내 유역의 실측치와 비교를 통해 적용성을 확인하였으며, 국내 유역의 강우-유출관계를 반영하는 성과를 얻을 수 있다. 본 연구를 통해 유도된 무차원단위도는 추후 우리나라 각종 유역에 대한 검증을 통해 대표적인 무차원단위도로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.619-622
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• 2005

적용대상 유역은 낙동강수계로 하였으며 소유역 분할은 총 25개로 하였으며, 강우관측소의 선정과 Thiessen 계수의 산정은 최근에 한국수자원공사에서 새로 추가한 강우관측소를 위주로 대상 연도별로 달리하여 강우관측소를 선정하였다. 강우자료의 결측치는 RDS 방법을 사용하여 보완하였다. 대상연도별 소유역별로 일간 유역 평균 강우량을 산정하였다. 적용 모형의 선정은 한국수자원공사 실무부서에서의 적용사례가 빈번한 SSARR 모형을 최종적으로 선정하였다. SSARR 모형의 입력자료를 물리적 매개변수, 수문기상 매개변수 및 내부처리 매개변수로 구분하여 구축하였고 매개변수의 민감도분석과 함께 모형의 보정을 실시하였다. 민감도 분석 결과, 유역유출과 관련된 매개변수에서는 고수시와 저수시의 경우 지표수와 복류수의 분리하는 매개변수에서 민감도가 크게 나타났다. 저수시의 경우 지하수 중 회귀지하수가 차지하는 비율이 크게 나타났고, 지표수, 복류수, 지하수 및 회귀지하수의 저류시간에서 비교적 큰 민감도를 나타내었다. 1983년부터 2003년까지 21개년에 걸쳐 25개 소유역별로 일평균 자연유출량을 산정하여 이를 이용한 반순, 순, 월 및 연평균 자연유출량을 산정하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.232-232
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• 2023

고속도로 및 편의시설 건설로 불투수층의 면적이 증가하여 강우 시 고속도로 및 편의시설에서 발생하는 오염원에 의한 하천의 수질 영향도 커지고 있다. 특히 휴게소에서는 자동차의 급가속, 급감속으로 더욱 많은 분진과 오염물질이 발생할 수 있으며 타이어 마모 입자, 자동차 배기가스, 중금속 및 오일류 등이 휴게소나 도로 지표에 집적되어 있다. 이렇게 발생한 오염물질은 우기에 강우와 함께 불투수면을 침투하지 못하고 배수로를 통해 유출되어 인근 하천의 수생태 및 토양의 주요 오염원으로 작용하고 있다. 이에 따라 고속도로 및 인근 휴게소의 비점오염 저감대책이 필요하며 효율적인 비점오염원 저감을 위해 장기적인 모니터링, 지속적인 자료 수집 및 분석이 필요하다. 본 연구에서는 강원지역 고속도로 및 인근 휴게소에서 강우 시 강우유출수 모니터링을 통해 강우유출수 유량가중평균농도 (Event Mean Concentration) 산정하고 강우유출수 수문곡선 (hydrograph)을 작성하였다. 또한 강우사상에 따른 분석항목별 초기세척효과(First Flush Effects)와 오염부하량을 산정하였다. 추가적으로 차량 기인 입자를 확인하기 위해 μ-FT-IR 현미경 분석 실험을 하였다. 모니터링 장소는 휴게소 및 고속도로 일원이며, 모니터링은 선행무강우일수 2일 이상, 강우량 10mm 이상일 때 실시하였으며 2022년 6월부터 10월까지 총 4회 실시하였다. 모니터링 결과 타이어 및 브레이크 패드 마모와 관련된 중금속인 Zn, Cu, Pb 등의 중금속이 높게 분석되었으며 이러한 중금속의 오염부하량 역시 높게 산정되었다. 강우유출수 수문곡선에서 강우 초기 오염물질의 세척효과가 나타났다. MFFn 산정 결과 강우 30% 구간에서 초기세척효과를 보였다. μ-FT-IR 현미경 분석 결과 PE (Polyethylene)가 가장 많이 검출되었고 PP (Polypropylene), PS (Polystyrene) 순으로 검출되었다. 이러한 강우유출수 모니터링 데이터는 향후 고속도로 휴게소 및 고속도로 주변 오염저감 시설 설치 및 사회적 동참을 위한 타당한 근거 확보를 위한 기초자료로서 제공될 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.448-448
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• 2015

급경사면의 세류간 토양침식은 지표면과의 강우입자 충돌에 의한 튀김현상과 면상흐름에 의한 토사이송 능력의 상호작용에 의해 영향을 받는다. 강우운동에너지와 면상흐름이 세류간 토양침식 및 토사유출 발생에 있어서 상대적인 기여도에 대한 연구는 국내뿐만 아니라 전 세계적으로도 미흡하다. 본 연구에서는 강우현상을 재현할 수 있는 강우모의 실험장비와 사면 토양침식 실험을 위한 소규모 토양플롯을 제작하여 실험에 사용하였다. 강우모의에 의한 강우운동에너지는 자연강우의 운동에너지 산정식의 계산결과와 비교했을 때, 약 0.58배의 규모를 재현했다. 강우입자의 충돌을 제어하기 위한 스트립을 토양플롯에 올려놓은 경우와 커버가 없는 나지상태에서 강우모의 실험을 한 경우 사면에서 발생한 지표유출수, 지표하유출수 및 토사유출 자료를 측정하고 분석하였다. 강우강도가 증가함에 따라 지표유출량은 증가하고, 지표하유출량은 상대적으로 감소했다. 지표커버는 지표유출의 첨두유량 발생시간을 지연시켰으며, 지표유출량과 지하수량의 변화를 초래했다. 지표커버에 의해 지표유출량은 평균 1.82배 감소하지만, 토사유출량은 평균 4.93배로 상대적으로 크게 감소하였다. 단위수류력과 토사유출량과 관계를 분석한 결과 강우운동에너지는 토양입자의 튀김현상에 의한 침식을 증가시킬 뿐만 아니라 지표유출수의 유속을 증가시켜 토사이송능력을 가중시키는 것을 확인하였다.

• International Journal of Highway Engineering
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• v.11 no.3
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• pp.141-149
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• 2009

Objective of this study was to characterize the particle size distribution(PSD) and quantify the pollutant concentration in highway runoff. Runoff samples during two rainfall events at four road sites in Gyunggi-Do were collected and PSD and associated pollutant distribution was quantified. Also, rainfall amount, flow rate, and other pollutants in samples were analyzed. PSDs in each sample were analyzed and compared with temporal trends of other pollutants. High partial event mean concentrations(PEMC) of particulates were observed at the beginning of runoff and rapid decrease thereafter. Other pollution parameters such as turbidity, TSS, BOD, TN, and TP also have similar temporal runoff trend with the PEMC. Especially PEMC was well correlated with total suspended solids(TSS) and turbidity. Cu, Pb, Zn had high concentration both runoff and sediment. Heavy metals in sediment were strongly bound to fine particles that have the large surface area-to-volume ratios.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.94-94
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• 2023

유역에서의 홍수를 예측하기 위한 다양한 강우-유출 모형들이 개발되어 사용되고 있다. 개념적 강우-유출 모형들은 신뢰성과 적용성이 높아 실무에서 널리 활용되어왔으나, 강우-유출 과정을 단순화하여 고려하므로 유출예측의 정확도에 한계가 있다. 또한 모형의 매개변수에 여러 불확실성이 존재하므로 충분한 양의 관측자료를 사용한 보정 작업이 필요하다. 물리적 강우-유출 모형들은 유출예측 결과가 비교적 물리적으로 정확하다는 장점이 있지만, 높은 계산 비용 및 수치적 불안정성으로 인하여 실무에의 적용이 힘들다. 본 연구에서는 홍수 예측의 정확도와 효율성을 모두 확보할 수 있는 하이브리드 기법을 개발하였다. 본 연구에서 개발한 기법은 물리적 모형인 동역학파 모형과 개념적 모형인 순간단위도 모형, 그리고 딥러닝 모형을 결합하여 사용하는 기법이다. 유역의 조도계수 및 지형을 활용한 동역학파 시뮬레이션을 수행하였으며, 동역학파 시뮬레이션 결과 및 멱함수로 나타내어지는 비선형적 강우-유출 관계를 이용하여 유역의 순간단위도를 유도였다. 또한, 딥러닝 모형인 LSTM 모형을 활용하여 강우손실 매개변수를 추정하였으며, 이를 이용하여 강우손실을 계산한 후 유효강우주상도를 산정하였다. 그리고 유역 출구에서의 홍수수문곡선은 유효강우주상도와 순간단위도를 활용한 회선적분을 통해 예측되었다. 본 연구에서 개발한 기법을 시험유역 및 자연유역에서의 홍수 예측에 적용해보았으며, 예측 결과는 NSE=0.55-0.90, R²=0.67-0.95의 높은 정확도를 보였다. 본 연구에서 유도하는 순간단위도는 한 유역에서 유일하지 않으며, 유효 강우강도의 함수이므로 홍수 예측에 비선형적 강우-유출 관계를 고려할 수 있으며, 수많은 유효 강우강도에 대한 순간단위도들은 멱함수를 이용하여 순간적으로 유도될 수 있다. 또한, 유역의 강우 특성이나 지표면의 토양수분, 식생과 같은 특성을 딥러닝 모형을 통해 고려함으로써 강우 손실 산정의 불확실성을 줄일 수 있다. 또한, 순간단위도 유도를 위한 기초작업인 동역학파 시뮬레이션은 유역의 지형과 조도계수만을 필요로 하므로 미계측 유역에의 적용이 유리하다.

• Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.57 no.3
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• pp.41-54
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• 2015

시간-면적 기법을 이용해 유역의 수문과정을 묘사하는 분산형 (distributed) 연속 (continuous) 강우유출모형인 HYSTAR의 거동특성과 주요 매개변수에 대한 민감도를 분석하였다. 유역의 수문조건에 따른 모형거동의 변화를 분석하기 위해 연속되는 4개의 개별 강우사상에 대한 민감도를 조사하고 비교하였다. 또한, 매개변수의 상호작용이 민감도 분석결과에 미치는 영향을 파악하기 위해 두 가지 서로 다른 기법 (one-factor-at-a-time 과 all-factor-at-a-time 방법)을 이용하여 산정된 민감도를 비교하였다. 분석결과, 모형의 직접유출량, 첨두유량 및 도달시간 모의결과는 유출곡선번호 (curve number)에 가장 민감하게 반응하는 것으로 나타났으며, 토양의 깊이, van Genuchten 식의 매개변수, 작물계수에 큰 영향을 받았다. 한편, 모의된 기저유출량은 토양의 깊이를 비롯하여 van Genuchten 식의 매개변수, 작물계수 (crop coefficient), 이방성계수 (anisotropic coefficient), 유출곡선번호의 변화에 민감하였다. 매개변수에 대한 민감도는 분석에 이용된 강우사상에 따라 다르게 나타났으며, 유역의 토양수분조건에 따라 다르게 거동하는 모형의 중요한 특성을 잘 반영하였다. 두 가지 서로 다른 기법을 이용한 민감도 분석결과는 모의된 직접유출량 및 기저유출량의 변화가 매개변수의 상호작용에 의해 제한될 수 있음을 보여 주었다. 본 연구는 HYSTAR 모형의 매개변수에 대한 민감도 분석을 통해서 해당 모형의 거동을 정량적으로 보여주었고, 이를 통해 모형의 건전성 (soundness)을 입증할 수 있는 하나의 근거를 제시하였다. 본 연구결과는 향후 HYSTAR 모형을 이용한 수문분석 시 보정을 위한 매개변수 선정에 활용될 수 있을 것으로 사료된다. 또한, 본 연구결과에서 나타난 민감도의 수문조건 (또는 선정된 강우사상)에 대한 의존성은 연속유출 모형의 민감도 분석을 위한 강우 사상 선정 및 민감도 분석결과의 해석에 유용한 정보를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.79-79
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• 2011

도시지역에서 강우발생 시 우수는 대부분 도로를 통해 이동하고 배수된다. 도로의 배수시설은 도로면의 안전을 확보하기 위한 목적뿐만 아니라 도로 이외의 지역에 흐르는 유출수를 배수시키는 기능도 포함하고 있다. 현재 우리나라의 도로배수는 빗물받이와 횡유입부를 통해 대부분 이루어지고 있다. 이러한 배수시설이 제 기능을 충분히 발휘하지 못하면 노면수가 정체되고, 노면수가 인근 주택가로 유입되어 침수피해를 가중시키는 경우도 있고, 교통의 원활한 흐름을 저해하게 된다. 도로배수시설의 설계 시 설계빈도에 상위하도록 충분한 여유를 두고 설치하더라도 부유잡물 등에 의해 그 효율이 저하될 수도 있다. 또한 배수시설을 통해 배수되는 초기 유출수는 많은 비점오염원을 포함하고 있고, 이러한 오염원이 하천으로 유입되어 하천수 및 저수지를 오염시킬 수도 있다. 본 연구에서는 배수시설 중 빗물받이의 효율개선과 비점오염원을 처리할 수 있는 비노출배수로에 대하여 수리실험을 실시하고 효과를 검토하였다. 이를 위해 폭 2.4 m, 길이 10.0 m의 실험도로를 제작하였고, 유입유량을 증가시켜가며 배수효율을 확인하였다. 또한 흙탕물을 유입시켜 비노출 배수로를 통해 배수시킨 후 유입수와 유출수의 부유물질, BOD, $COD_{Mn}$, TN, TP의 량을 측정하고 변화를 확인하였다. 이때 비점오염원처리를 위한 여과재료로는 제오라이트를 이용하였다. 실험결과 실험도로의 측면에 비노출 배수로를 설치하였을 경우 도로위에 수심이 거의 발생하지 않으면서 배출할 수 있는 최대 유량은 2.29 l/s였고, 서울시를 기준으로 설계빈도 10년에 대하여 본 연구의 실험도로 규격에서의 유출량이 1.09 l/s임을 고려할 때 10년 빈도 강우강도 발생 시 비노출 배수로가 충분한 여유를 가지고 배수 시킬 수 있을 것으로 판단된다. 본 실험도로의 규격에서 2.29 l/s의 유출량이 발생하기 위한 강우강도는 서울시를 기준으로 100년 빈도에 상위하는 강우강도로 비노출 배수로에 막힘이 없는 경우 100년 빈도의 강우시에도 노면수 배출이 가능하였다. 쓰레기와 모래와 같은 부유잡물이 배수로를 막고 있다 하더라고 배수효율 저하는 크게 발생하지 않았다. 또한 BOD와 $COD_{Mn}$의 농도는 유입수와 비교하여 30%이상의 제거 효율을 보였다. 특히 부유물질의 경우 제거효율이 50 %인 것으로 검토되어 본 연구의 비노출 배수로가 초기우수의 오염원제거에 효과가 있을 것으로 판단된다.