• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.158-158
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• 2021

도시에 불투수면적이 증가하고, 기후변화가 극심해져감에 따라 홍수 및 열섬현상과 같은 도시의 물 문제가 발생하고 있다. 이를 해결하기 위한 정책의 일환으로 우리나라의 녹색건축인증제도(Green Standard for Energy and Environmental Design, G-SEED)에서는 물순환 관리를 평가하고 있다. 하지만, 현재 G-SEED의 평가방법을 살펴보면 빗물관리시설의 설치 정도로 평가하고 있고, 강우 특성 또한 고려되고 있지 않다. 그러므로 본 연구에서는 G-SEED의 빗물관리 및 이용 항목에 대해 수문 모델을 통해 효과를 정량화함으로써 성능에 따라 평가할 수 있는 방법을 제안하였다. 빗물관리 항목에서는 유출저감률을, 빗물이용 항목에서는 빗물이용률을 평가지표로 선정하였고, 각 평가인자를 산출하기 위하여 개념모델을 적용하였다. 빗물이용시설의 경우 초기우수배제장치 용량과 필터 효율에 따른 빗물유입량의 변화와 급수인원에 따른 수요량 변화를 고려한 수문모델을 개발하였고, 수요량과 빗물저장조 용량에 따른 유출저감률과 빗물이용률을 알아보기 위해 MATLAB을 이용하여 모의해보았다. 또한, 옥상녹화의 경우에는 강우, 저류, 증발산, 유출을 고려한 수문흐름모델을 적용하였고, 토층의 두께와 배수(저장) 층의 용량에 따라 모의하여 평가기준을 선정하였다. 제안된 수문모델의 검증을 위하여 서울대학교 기숙사와 35동 옥상녹화의 실측데이터를 비교하였고, 적용성 평가를 위해 RMSE(Root Mean Square Error)와 NSE(Nash-Sutcliffe Efficiency)를 이용하였다. 본 연구에서 제안된 방법을 통해 빗물관리시설의 수문학적 성능에 따른 평가가 가능해질 것이며 설계자와 건축가들로 하여금 실질적인 효과를 내는 시설을 설치하게끔 유도할 수 있을 것이다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제8권2호
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• pp.59-63
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• 2008

지표수 흐름은 육지 물수지 계산에 중요한 요소중에 하나이다. 그러나, 기상변화의 예측과 그로 인한 방재대책수립을 위한 대규모의 기상모형과 연계되는 육지수문모형(Land Surface Model, LSM)들은 지표수 흐름을 토양수분수지로부터 간단하게 산정하고 있다. 침투계산에서 지표수 흐름깊이를 무시하는 것은 지표면 및 지표하 물흐름 모두에 계산상 오류를 초래할 수 있다. 그러므로, 육지수문모형에서 종합적인 물과 에너지 순환 예측을 하기 위해, 지표수 흐름을 위한 1차원 확산모형과 지표하 물흐름을 위한 계산망 체적평균 토양수분이송(Volume Averaged Soil-moisture Transport Model, VAST)모형을 연계하는 대규모 지표면 및 지표하 연계 물흐름 모형이 개발되었다. 이 논문에서는, 최첨단 육지수문모형중 하나인 CLM(Common Land Model)내의 지표수리수문 모의를 위한 주요부분을 비롯하여, 지형특성에 따른 지표수 흐름과 공간적 토양수분 분포의 예측개선을 위한 새로운 지표면 및 지표하 연계 물흐름 모형에 대해 기술하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.2007-2010
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• 2010

제주도는 연평균 강우량이 1,975mm에 달하는 우리나라 최대의 다우지역이며, 투수성이 높은 화산성 지질의 특성으로 인해 상시 하천이나 강이 존재하지 않으며, 하천의 유출은 수백 mm이상의 호우 시에만 짧게 발생하며, 나머지 기간은 건천상태를 유지하고 있다. 이러한 제주의 수문지질 환경은 모든 용수를 지하수에 의존하게 했다. 본 연구에서는 제주도의 하천특성을 적절히 고려할 수 있고, 모든 물순환 성분이 물리적 기반하에서 해석되고 비교적 입력자료의 구축이 용이하며, 장기적인 모의가 가능한 SWAT 모형을 이용하여 제주도 서귀포 유역에 포함된 예레천, 궁산천, 보목천의 실제증발산량 및 직접유출량을 산정하고 이를 다시 물수지 방법을 이용하여 지하수 함양량을 추정하였다(2002~2008). 각 소유역별 평균 지하수 함양율은 예례천 유역은 40.75%, 궁산천 유역은 39.15%, 보목천 유역은 42.87%로 나타났다. 위의 결과는 제주도 수문지질 및 지하수자원 조사(III)를 이용하여 비교 검정하였으며, 비교 검정 결과, 서귀포 유역의 평균 함양량 및 평균 함양율과 비슷한 값을 보였다. 향후 정확한 자료의 확보와 다년간의 자료를 이용하여 정확하고 신뢰성 있는 결과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.381-381
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• 2022

본 연구에서는 실시간적으로 계측, 수집된 자료를 이용하여 도시지역 물순환 전 과정에 대한 개별 물리모델 구동을 실시하고, 수자원의 양적인 흐름을 연계하여 표출하는 도시 수자원 사이버 물리시스템(CPS) 시뮬레이터에 활용되는 입력인자 변동성 분석을 실시하였다. 도시 수자원 실시간 CPS 시뮬레이터의 시나리오 분석을 위한 변동입력인자는 취수량, 타 배수지 구역 공급량, 대상지역 수용가 사용량 변화, 오수전환률 및 오수배출 지연시간 등으로 설정하였으며, 변동입력인자 변화모의를 위한 발현가능한 시나리오를 구축하고, 분석결과를 정량화하여 제시하였다. 본 연구에서 활용된 발현가능한 시나리오는 가뭄 등 취수제한상황에 따른 양적인 공급 흐름모의, 수용가 물 사용 패턴 변화(예, 코로나로 인한 비대면 재택 근무 증가 등)에 의한 상수, 오수변화량 모의 등으로 설정되었다. 분석 결과 다양한 입력인자의 변화에 따른 도시수자원 흐름변화에 영향을 주는 구성요소의 파악과 정성, 정량적 영향을 직관적, 정량적으로 평가할 수 있음을 확인하였다. 도출된 변동성 평가 결과는 설정된 시나리오가 현실화될 경우 효과성 높은 대응책을 마련하는데 활용이 가능하다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.290-290
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• 2011

수문모형은 여러 가지 기준에 따라 분류될 수 있으며 공간적 분포에 따라 집중형 모형과 분포형 모형으로 나뉜다. 한국건설기술연구원에서 개발한 CAT(Catchment hydrologic cycle Analysis Tool) 모형은 수문학적으로 균일하게 판단되는 범위를 소유역으로 분할하여 토지이용, 하도특성에 따라 집중형인 링크-노드 구성을 통해 침투, 증발, 지하수 흐름 등의 모의가 가능하며, 개발전후의 유출특성을 평가할 수 있도록 구성되어 있다. CAT은 다양한 물순환 개선 시설을 평가하고 사용자 편의 시스템을 제공하고 있으며 입력자료가 적고 지표수와 지하수의 상호작용 해석이 가능하다는 장점이 있다. 그러나 CAT은 개발 초기 단계로서 현재도 모형의 보정이 이루어지고 있기 때문에 다양한 검증이 요구되고 있다. 본 연구의 목적은 소유역에서의 강우-유출 특성을 평가하기 위하여, 대상유역을 선정하여 유역수문특성을 조사 분석하고, CAT 모형을 적용하여 장기 유출량을 추정하여, 그 적용성을 평가하는 데 있다. 대상지구는 경기도에 위치한 CAT 모형을 이용하여 소유역의 장기 유출을 모의하여 실측자료와 비교함으로서 모형의 적용성을 평가하는 데 있다. 대상지구는 경기도에 위치하고 있는 발안저수지 유역의 HP#6 ($3.84km^2$) 소유역을 선정하였다. 발안 저수지 유역은 경기도 화성시에 위치하고 있으며, 1996년부터 서울대학교 지역시스템공학과에서 수문/수질 모니터링을 실시해오고 있다. 대상유역의 기상자료 및 유역 특성자료를 바탕으로 모형의 입력자료를 구축하였고, 모형의 적용성을 평가하기 위하여 1997년과 1999년의 일 유출량 실측 자료와 CAT을 통해 모의된 값을 비교하여 보정하였고, 2000년 자료를 이용하여 검정을 수행하였다. 모형의 적용성은 모형의 보정과 검정에 대한 결과에 대한 통계적 변량을 이용하여 평가하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.50-50
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• 2023

농업용수는 우리나라 수자원 사용량 중 약 61%를 차지하고 있으며, 효율적인 수자원 관리를 위한 핵심적인 관리목표 중 하나이다. 논으로 공급되는 관개용수는 필지에서의 증발산량 및 침투량과 용배수로를 통한 자연적 및 인위적인 배수량으로 소비된다. 관개회귀수량 (irrigation return flow)은 관개를 통해 농경지에 공급된 수량 중 증발산에 의해 소비되지 않고 침투 또는 배수 등을 통해 하천으로 회귀되는 수량이다. 관개회귀수량 및 회귀율은 농업용수 물순환 관리에 중요한 역할을 하며, 관개용수 사용량 결정, 합리적인 용수의 공급과 수요 관리계획 및 수질 관리계획 등에 중요한 요소로 작용한다. 하지만, 기상, 작물, 토양 등의 물리적 요소와 농업용수 공급량, 물꼬 조절, 담수심 관리 방식 등 인위적 요소의 영향을 동시에 받기 때문에 그 기작이 복잡한 특징을 갖는다. 따라서, 합리적인 수자원 개발 계획 및 관리를 위해 정확한 관개회귀수량 추정 연구가 필수적이다. 본 연구에서는 전국 4대강 (한강, 금강, 낙동강, 영산강·섬진강) 권역 중심의 9개 대상지구를 선정하였으며, EPA-SWMM (Environmental Protection Agency-Storm Water Management Model) 모델 기반 수로 네트워크 모의를 활용한 수원공 단위 관개회귀수량을 산정하고자 한다. EPA-SWMM 모의 시 공급량은 농업기반시설관리시스템 (Rural Infrastructure Management System, RIMS) 저수율 자료와 수원공 단위용수량을 활용하였으며, 모의결과 시점부 공급량 및 배수량과 강수량, 증발산량 및 침투량을 활용하여 신속회귀수량과 지연회귀수량을 추정하였다. 본 연구 결과는 최적 농업용수 공급방안에 대한 기초자료 구축에 활용 가능할 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.285-285
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• 2022

기후변화가 현실화되면서 수자원평가 (Water Resources Assessment)에 대한 관심과 중요성이 높아지고 있다. 본 연구에서는 '주민공감 문제기획리빙랩' 대상지인 순천은 동천을 중심으로 홍수량을 정량적으로 분석하였다. 순천시의 가장 시급한 사안 중 하나인 범람 및 침수 문제로, 최근 3년(2018~2020)간의 집중호우로 인한 내수배제로 주택 및 도로침수, 산사태 등의 피해를 겪었다. 시기마다 고질적으로 반복되는 동천 인근 지역의 침수문제를 사전에 예방하고 피해의 빈도나 규모를 줄이기 위하여 분석을 수행하였다. 이에 본 연구에서는 환경부의 지원을 받아 한강홍수통제소와 한국건설기술연구원이 공동으로 개발한 동적수자원평가모형(DWAT, Dynamic Water Resources Assessment Tool)을 이용하여 정량적으로 홍수량 산정을 하고자 한다. 본 모형은 전 세계가 무료로 이용할 수 있는 수자원평가도구로 사용자의 편의를 위해 GIS전처리 기능을 포함하고 있어, 자동으로 유역 매개변수 및 면적 평균강우량을 Thiessen method를 사용하여 산정할 수 있다. 또한, 물의 순환과정을 투수 및 불투수지역으로 구분되며, 투수지역은 1개의 토양층과 1개의 불압대수층으로 구성되고, 유출기여역과 함양역으로 유역을 분할하여 적용할 수 있으며, 대수층을 통하여 지하수의 흐름을 산정할 수 있다. 기상청에서 제공하는 기상자료를 분석하여 과거 관측 강우사상 3개를 선정하여 검·보정을 수행하였으며, 그 결과 모형 효율계수(Nash-Sutcliffe efficiency) 및 결정계수(Coefficient of Determination)가 0.78~0.94, 0.82~0.94로 우수한 모의 결과를 산정할 수 있었다. 빈도별 확률강우량을 Huff 4분위법을 사용하여 확률홍수량을 산정하였다. 미래 홍수량 증감량 산정을 위하여 RCP(Representative Concentration Pathways) 기후변화 시나리오를 사용하였다. 관측값과 모의값의 누적확률분포 이용하여 모의값의 확률분포를 관측값의 확률분포에 사상시키는 방법인 분위사상법(Quantile Mapping)을 사용하여 시나리오자료를 보정하였다. 본 연구에서 산정한 홍수량을 바탕으로 침수피해를 막기 위한 구조적 및 비구조적 방안을 위한 기초자료로 사용될 것으로 판단된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제55권6호
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• pp.745-753
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• 2017

본 연구에서는 도시 개발에 따라 왜곡된 도시 물 순환을 LID 시설을 통하여 자연적인 물 순환으로 되돌리고자 하는 설계전략이 제안된다. 이는 도시 개발 전과 후의 유황곡선이 동일하게 유지되는 최적의 LID 시설 설계용량을 결정함으로서 구현된다. 부산 녹산 국가산업단지의 일부지역이 연구대상지역으로 선정되었으며, 다양한 토지이용시나리오 및 LID 시설 설계용량에 대한 강우유출수 모의를 위하여 EPA SWMM이 구축되었다. 연구대상지역이 개발이전에 임야지역 또는 농경지역이라 가정하였을 경우, 도시 개발 이후에도 유황곡선이 도시 개발 전과 동일하게 유지되기 위해서는 불투수지역의 7.3% 또는 5.5%를 생태저류지의 면적으로 할당해야 함을 확인하였다. 또한 지역별 강우특성에 따른 생태저류지 설계용량의 민감도 분석을 수행한 결과, 농경지역의 개발 시에는 불투수지역의 3.8~5.5% 정도의 설계용량이 필요한 것으로 나타남에 따라 지역별 강우특성에 따라 생태저류지의 최적용량이 유의하게 달라질 수 있음을 살펴볼 수 있었다. 반면에, 생태저류지 각 층별 깊이의 변화에 따른 설계용량의 민감도 및 처리대상구역의 크기에 따른 민감도를 분석한 결과, 생태저류지의 설계 제원 및 처리대상구역의 크기에 따른 최적설계용량의 민감도는 크지 않은 것으로 나타났다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권4호
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• pp.545-553
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• 2021

기후변화와 도시화로 인해 도시 내 수재해의 발생 빈도가 지속적으로 증가하고 있다. 이로 인한 수재해 피해를 감소하기 위해, 대처방안에 대한 연구가 수행되고 있다. 도시유역의 정량적인 유출량 예측과 홍수량 저감 연구를 위해 유출량에 영향을 미치는 매개변수 중 하나인 침투성을 기준으로한 분석이 필요하다. 본 연구에서는 부산의 대표적 도시하천인 온천천 유역을 대상으로 SWAT 모형을 모의하여 수문학적반응단위별로 CN 값을 산정하여 침투성 맵을 작성하였다. 작성한 침투성 맵을 바탕으로 EPA SWMM을 이용해 단기 강우사상에 대해 LID 기술 적용이 유역의 물순환에 미치는 영향을 분석하였다. 대상유역에 적용된 LID 요소기술로는 주거단지지에 옥상녹화, 도로에 투수성포장을 설치하였다. 침투성 맵을 기준으로 선정된 소유역의 토지피복 상태와 LID 기술 적용에 따라 유출량, 첨두유량, 유출율은 감소하였고 침투량은 증가한 것으로 나타나 LID 기술이 도시유역의 물순환에 긍정적인 효과를 내는 것으로 확인하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권2호
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• pp.412-424
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• 2019

본 연구에서는 물리적 매개변수 기반의 물 순환 해석 모형인 CAT(Catchment hydrologic cycle Assessment Tool)의 침투해석 방법별 유역 유출 특성의 변화를 분석하였다. 연구대상 유역은 충남지역에 위치한 보령댐 유역으로 최근 몇 년간 심각한 가뭄으로 인해 피해를 입은 바 있으며 금강 하류에서 보령댐 상류를 잇는 도수로를 설치하는 등의 노력을 통하여 현재는 안정을 찾은 상태이다. 이상 기후로 인해 발생하는 잦은 가뭄에 대응하기 위해서 는 유역 내 수문 환경 특성 인자들의 상호작용 규명을 통한 정도 높은 물 순환 해석이 필수적이다. 본 연구에서는 토양 침투 관련 매개변수가 유역 유출 특성에 미치는 영향을 CAT에서 제공하는 Rainfall Excess, Green&Ampt 및 Horton 등의 침투 해석 방법별로 분석하였으며 각 침투해석 방법별 토양 관련 주요 매개변수들의 연도별 변동을 비교하기 위해 CAT과 연계된 매개변수 최적화 및 불확실성 분석 패키지인 PEST(Model-Independent Parameter ESTimation) 내의 전역최적화기법(SCEUA-P)을 이용하여 매개변수 보정을 실시하였다. 또한 매개변수 최적화 수행 시에 각 연도별로 최적화한 결과를 매년 적용하는 경우와 전체 모의기간에 대해 최적화한 결과를 전 기간에 적용하는 경우, 그리고 각 연도별 최적화한 결과의 평균값을 전체 모의기간에 적용하는 세 가지 경우에 대한 유출 특성의 변화를 침투 해석 방법별로 비교 및 분석하였다.