• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.248-248
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• 2020

토양수분은 증발산, 유출, 침투 등 물수지 요소들과 밀접한 연관이 있는 주요한 변수 중에 하나이다. 토양수분의 정도는 토양의 특성, 토지이용 형태, 기상 상태 등에 따라 공간적으로 상이하며, 특히 기상 상태에 따라 시간적 변동성을 보이고 있다. 기존 토양수분 측정은 토양시료 채취를 통한 실내 실험 측정과 측정 장비를 통한 현장 조사 방법이 있으나 시간적, 경제적 한계점이 있으며, 원격탐사 기법은 공간적으로 넓은 범위를 포함하지만 시간 해상도가 낮은 단점이 있다. 또한, 모델링을 통한 토양수분 예측 기술은 전문적인 지식이 요구되며, 복잡한 입력자료의 구축이 요구된다. 최근 머신러닝 기법은 수많은 자료 학습을 통해 사용자가 원하는 출력값을 도출하는데 널리 활용되고 있다. 이에 본 연구에서는 토양수분과 연관된 다양한 기상 인자들(강수량, 풍속, 습도 등)을 활용하여 머신러닝기법의 반복학습을 통한 토양수분의 예측 가능성을 분석하고자 한다. 이를 위해 시공간적으로 토양수분 실측 자료가 잘 구축되어 있는 청미천과 설마천 유역을 대상으로 머신러닝 기법을 적용하였다. 두 대상지에서 2008년~2012년 수문자료를 확보하였으며, 기상자료는 기상자료개방포털과 WAMIS를 통해 자료를 확보하였다. 토양수분 자료와 기상자료를 머신러닝 알고리즘을 통해 학습하고 2012년 기상 자료를 바탕으로 토양수분을 예측하였다. 사용되는 머신러닝 기법은 의사결정 나무(Decision Tree), 신경망(Multi Layer Perceptron, MLP), K-최근접 이웃(K-Nearest Neighbors, KNN), 서포트 벡터 머신(Support Vector Machine, SVM), 랜덤 포레스트(Random Forest), 그래디언트 부스팅 (Gradient Boosting)이다. 토양수분과 기상인자 간의 상관관계를 분석하기 위해 히트맵(Heat Map)을 이용하였다. 히트맵 분석 결과 토양수분의 시간적 변동은 다양한 기상 자료 중 강수량과 상대습도가 가장 큰 영향력을 보여주었다. 또한 다양한 기상 인자 기반 머신러닝 기법 적용 결과에서는 두 지역 모두 신경망(MLP) 기법을 제외한 모든 기법이 전반적으로 실측값과 유사한 형태를 보였으며 비교 그래프에서도 실측값과 예측 값이 유사한 추세를 나타냈다. 따라서 상관관계있는 과거 기상자료를 통해 머신러닝 기법 기반 토양수분의 시간적 변동 예측이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.383-383
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• 2021

강수는 수자원 분석 및 지리학적 연구에 가장 핵심적으로 쓰이는 수문인자이며, 최근 기후변화와 방재 관련한 다양한 연구에서 정확한 강수자료의 중요성이 부각되고 있다. 특히, 강수는 지표에서의 유출, 침투, 증발 등 다양한 수문현상으로 이어지므로, 수문순환, 물수지 분석에 있어 강우강도 등 강수 발생 양상과 유형에 대한 정확한 자료는 필수불가결하다. 강수량은 Automatic Weather Station (AWS)을 통해 비교적 정확하게 측정되고 있으나, 이러한 계측자료는 기상학적, 지형적 영향을 크게 받으며 대표성이 좁다는 단점을 가지고 있어 유출 및 기후 등 공간적 범위를 대상으로 한 연구에 활용하기에 한계점을 가지고 있다. 이러한 한계점을 극복하기 위해 지상강우레이더를 통한 국지적 강수자료 및 인공위성 기반 전 지구적 강수 관측 자료가 활용되고 있다. 특히 인공위성을 활용한 강우 측정방법은 미계측 유역에서 수자원 측정 및 관리 계획을 세우거나 전 지구적으로 장기적 변화를 분석하는데 있어 가장 활용도가 높다. National Aeronautics and Space Administration (NASA)의 Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM)을 포함한 기존 강수측정 보조 위성에 더하여 2014년 Global Precipitation Measurement (GPM) 핵심 위성이 발사된 이후 다양한 기관에서 여러 인공위성을 결합한 강수 산출물들을 제공하고 있다(NASA-IMERG, JAXA-GSMAP, NOAA-CMORPH). 본 연구에서는 세 가지 위성 기반 강수 자료의 산출 알고리즘을 비교□분석하고, 강우강도에 따른 산출물들의 정확도를 평가하였다. 본 연구결과는 높은 강우강도 발생 시 나타나는 위성 강수자료의 불확실성을 개선하는 데 기여할 수 있을 것으로 판단되며, 이후 신뢰도 높은 다중 위성 융합 강수 산출물을 구현하기 위한 바탕이 될 것으로 기대된다.

• 한국농림기상학회지
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• 제11권1호
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• pp.39-47
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• 2009

물 부족으로 인해 수자원의 확보와 효율적인 관리의 중요성이 커지고 있음에도 불구하고, 물 수지 분석에서 증발산은 다른 성분에 비해 직접 관측이 어려워 물수지 방정식으로부터 어림되거나 단순한 가정이나 경험식으로부터 추정된다. 그러나 이러한 방법들은 오차가 커서 증발산의 신뢰도를 높이려면 직접 관측이 필요하다. 이 연구에서는 설마천 유역의 혼효림의 증발산을 정량화하기위해 2007년 9월부터 2008년 12월까지 에디 공분산 방법을 사용하여 증발산을 직접 측정하였다. 혼효림의 증발산은 성장기(5-7월)에는 평균 $2.2mm\;d^{-1}$, 비성장기인 겨울에는 $0.5mm\;d^{-1}$였다. 2008년 한 해동안의 총 증발산량은 $581mm\;y^{-1}$로 연 강수량(1997mm)의 약 1/3을 차지하였다. 2007년과 2008년에 관측이 겹치는 기간(9-12월)동안 적산된 증발산 총량은 2008년 가을의 강수량과 강수빈도가 2007년의 같은 기간에 비해 적었음에도 불구하고 두 기간 모두${\sim}110mm$로 다르지 않았다. 산림과 대기간의 분리(decoupling) 정도를 나타내는 오메가 인자는 평균 0.5로서 평형증발산과 부과증발산이 전체 증발산에 기여하는 정도가 크게 다르지 않았다. 이는 증발산이 순복사, 포차, 기공전도도 등에 의해 골고루 영향을 받고 있음을 의미한다. 본 연구에서는 실측에 근거한 증발산 자료를 토대로 설마천 유역의 혼효림에서 증발산이 물수지에서 차지하는 기여도를 조사하였고, 향후 유출량과 함께 사용될때 설마천 산림유역의 물수지 분석의 신뢰도을 향상시킬 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제38권7호
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• pp.517-526
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• 2005

현재 우리나라에서 주로 사용되는 지하수 함양량 추정방법은 지하수 감수곡선에 의한 기저유출분리법과 관측공의 자료를 이용한 지하수위 변동법으로 대별된다. 기저유출분리법은 연단위기반의 집중형 개념의 접근법을 사용하며, 지하수위변동곡선해석법은 유역단위의 물수지 개념보다는 국지적인 지하수 관측정의 변화에 주로 의존하고 있다. 한편 지하수 함양량은 기후조건, 토지이용, 관개와 수리지질학적 비균질성에 의해 현저한 시공간적 변동성을 나타내고 있어서 위의 두 가지 방법으로는 이같은 특성을 고려하는데 여러 가지 한계를 보인다. 이에 본 연구에서는 준분포형 강우-유출모형인 SWAT모형을 이용하여 공간적변동성을 고려한 일단위 함양량 산정기법을 제시하였다. 이 방법을 이용하면 기존의 유역 대표 함양량 대신 각 소유역의 비균질한 특성을 반영한 함양량의 분포를 산정할 수 있다. 산정된 일단위 함양량은 기후조건 토지이용 및 수리지질학적 비균질성과 토양층에서의 지체등 물리적인 거동까지 반영된 것이어서 기존의 간접적 추정방식에 의한 연단위 함양률을 크게 개선할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제41권4호
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• pp.433-444
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• 2008

최근의 유역통합관리는 용수공급, 수력발전, 그리고 유지용수 등과 같은 기존의 운영방안과 더불어 수량, 수질, 생태계 보호를 함께 고려해야만 하는 등 운영목적이 복잡해지고 시스템 또한 대규모화 되고 있다. 더불어 용수이용 혹은 유역간 서로 상충되는 이해관계가 발생함에 따라 물이용의 효율성을 극대화할 수 있는 범 유역 단위의 수자원 계획 및 운영이 필요하게 되었다. 최적화 모형의 현실 활용 기회를 높이고, 수자원관리의 다양한 운영목적을 수자원 운영에 반영하기 위하여 본 연구에서는 저수지 운영률을 개발하고 이를 적용하기 위한 KModSim의 수문학적상태방법에 대한 적용성을 검토하였다. 본 연구에서 개발된 운영률은 전체적으로 용담댐과 대청댐의 실적저류량을 잘 재현하는 것으로 나타났으며, 이를 최적화 모형에 활용한다면 관행적으로 적용해온 물수지 분석 방법을 개선할 뿐만 아니라 유역통합수자원관리가 가능할 것으로 기대된다.

• 자원환경지질
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• 제41권4호
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• pp.427-442
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• 2008

지하수 함양량 산정은 지하수자원의 효율적인 관리 측면에서 매우 중요하다. 본 연구에서는 물수지분석법과 연구지역의 지질과 토양의 수리지질학적 특성을 이용하여 울산광역시 중괘천-보은천 지역의 지하수 함양량을 산정하였다. 증발산량은 Thornthwaite 방법으로 계산하였으며, 직접유출량은 SCS-CN 방법으로 산정하였다. 지하수 함양량은 266 mm/년로 30년 평균 강수량 1296 mm/년의 20.6%에 해당하며, 증발산량은 779 mm/년 (60.1%), 직접유출량은 119 mm/년 (9.2%)로 산정되었다. 강수량과 지하수 함양량 간에는 강수량과 증발산량, 강수량과 직접유출량에 비해 상관성이 높게 나타난다. 이는 증발산량 및 직접유출량 보다 지하수 함양량이 강수량에 대해서 더 민감하게 반응한다는 것을 지시한다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제11권5호
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• pp.9-19
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• 2006

지하수 함양량을 정확하게 산정하는 것은 지하수계의 적절한 관리를 위해서 매우 중요하다. 국내에서 주로 사용되는 지하수 함양량 추정방법은 지하수위 변동법, 기저유출 분리법, 연단위 물수지 분석법 등이 있다. 그러나, 이들 방법은 집중형 개념을 기반으로 하거나 국지적인 규모로 다뤄지기 때문에 기후조건, 토지이용, 토양조건, 수리지질학적 비균질성에 의한 함양량의 시공간적 변동성을 반영할 수 없다. 따라서 본 연구에서는 유역내의 토양 및 토지이용에 따른 비균질성을 반영할 수 있는 SWAT 모형을 이용하여 시공간적 변동성을 고려한 지하수 함양량을 산정하는 방법을 제시하였다. SWAT 모형은 유역내 일단위 지표면 유출량, 증발산량, 토양저류량, 함양량, 지하수유출량 등의 수문성분을 계산할 수 있는 모형이다. 본 연구에서는 SWAT 모형을 미호천 유역의 최상류인 무심천 유역에 적용하였다. 2001년-2004년까지의 기간동안 지하수 함양량을 포함한 유역의 일단위 수문성분들을 모의하였으며, 유역출구점에서의 실측 일유춘자료와 모의 일유출자료의 비교를 통해서 모의결과의 유효성을 검토하였다. 지하수 함양량의 시공간적 변화를 분석한 결과, 지하수 함양량의 변동성은 토지이용도 뿐만 아니라, 유역경사와 같은 지형인자에도 큰 영향을 받는 것으로 분석되었다.

• 한국습지학회지
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• 제13권3호
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• pp.633-641
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• 2011

필리핀의 연평균강수량은 약 965mm ~ 4,100mm로 수자원이 비교적 풍부하다. 필리핀의 최근 급증하는 도시화로 인해, 필리핀의 마닐라 지역에서는 용수의 수요량이 매년 증가하는 추세이다. 용수의 부족을 해소시키기 위해 필리핀의 풍부한 수자원을 적절하게 사용하여야 하며, 이를 위한 방법 중의 하나로 강우의 유출수를 이용하는 우수저류시설이 가용하다고 판단된다. 따라서 본 연구에서는 마닐라 주거지역에서의 우수저류시설에 대한 잠재가용성을 분석하였으며, 그 방법으로는 일별강우, 유역면적, 유출계수, 인구밀도 그리고 용수수요량 등을 매개변수로 사용하는 물수지방정식을 이용하였다. 세 가지 강우조건(연평균 강우중 최소, 중간, 최대값)과 세 가지 화장실종류(저효율식, 재래식, 절수식)에 따른 가정용수탱크 사용에 대하여 분석하였다. 그리고 대상지역에서의 최적의 강우 저장 면적을 결정하기 위해 월류용적을 사용하였다. 연구결과 세 가지 강우조건에서, 재래식과 절수식 화장실이 우수저류시설에 가장 부합되며, $60m^3$저류용량의 탱크는 3개월간 90가구의 용수수요를 충분히 공급 가능 하다고 나타났다. 본 연구를 통해 주거지역의 장기간 용수수요를 충족시키기 위해서는 저류탱크 용량은 $1,100m^3{\sim}2,500m^3$이 적당하다고 판단된다.

• 자원환경지질
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• 제42권4호
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• pp.343-356
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• 2009

제주도의 토지이용 변화에 대한 직접유출량의 변화를 알아보기 위하여 SCS 방법에 의한 직접유출량을 산정하였다. 토지이용자료는 국토해양부에서 운영하는 국가수자원관리종합정보시스템(WAMIS)에서 제공하는 1975년부터 2000년까지 5년 주기의 위성 영상으로부터 추출 분류된 자료들을 이용하였으며, 토양도, 투수성 지질구조 분포를 토대로 수문학적 토양군을 분류하였다. 제주도의 1975년부터 2000년까지 토지이용은 도시화 및 지역 개발 등에 의한 산림지역의 감소와 시가화 지역과 농지 증가가 뚜렷하게 나타나고 있다. 그에 따라 제주도의 평균 유출곡선지수는 1975년에 65.3이었던 것이 2000년에는 69.6으로 지속적으로 증가되었다. 유출곡선지수의 증가로 인하여, 년간 직접유출량은 1995년도의 강우량을 적용했을 때 299.0 mm에서 351.6 mm로, 직접유출률은 15.1%에서 17.7%로 증가된 것으로 산정되며, 2000년도의 강우량을 적용했을 때에는 직접유출량이 년간 136.9 mm에서 161.5 mm로, 직접유출률은 9.7%에서 11.5%로 증가된 것으로 평가되었다. 이러한 직접유출량의 변화는 지하수 함양량과 지하수 개발 가능량의 변화로 이어지기 때문에, 합리적인 물관리에 있어서 토지이용변화, 지역개발에 의한 물수지 변화 등을 면밀하게 검토할 필요가 있다.

• 지질공학
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• 제12권2호
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• pp.215-234
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• 2002

지하수댐은 대용량의 지하수를 효과적으로 확보할 수 있는 시설로서 저류수는 유역조건과 대수층조건, 상류부 오염원 분포와 수질에 따라 상수도용, 중수도용, 농업용 또는 공업용 등으로 다양하게 이용할 수 있으므로 적절한 지하수범 설치 방법은 용수부족을 해결할 수 있는 주요 기술의 하나이다. 지하수법을 활성화시키기 위해서는 대수층 위치 및 지층에 맞는 적절한 차수공법의 선택과 정밀한 물막이벽 시공, 대수층 구조·수문·물수지 등의 정확한 분석, 장기적인 지하수 이용계획과 저류역내 수질보전대책 수립, 수위·수질에 대한 장기 모니터링 실시로 지속적인 유지관리, 지속가능한 대용량 취수기술에 대한 조속한 연구, 지하수댐 개발로 인한 주변환경에 미치는 영향에 대한 철저한 분석 및 대책 수립 등이 필요하다. 그리고 해안지역 지하수법에서 발생하는 염수침입 현상을 방지하는 방안으로 물막이벽을 이중으로 설치하는 방법이 있다.