• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.715-719
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• 2006

청계천 유역에 침투 트렌치 설치시 영향을 분포형 모형인 WEP 모형을 통하여 평가하였다. 침투 트렌치는 홍수 저감 보다는 물순환 개선에 효과가 있으나, 갈수량 증가량이 대부분 합류식 하수관에 의해 배제되는 것으로 모의되었다. 물순환 개선을 위해서는 침투 트렌치 설치에 앞서 합류식 하수관 시설의 재정비 등 유역내 저류량이 하천으로 이어질 수 있도록 하는 노력이 필요할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제38권6호
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• pp.449-460
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• 2005

본 연구에서는 전형적인 도시하천으로 왜곡된 물순환을 보이는 도림천 유역에 대해서 WEP(Water and Energy transfer Processes) 모형을 이용하여 물순환 모의를 수행하였다. 과거(l975년)와 현재(2000년)의 토지이용도를 이용한 모의를 통해 도시화에 의한 불투수율 증가가 유출특성에 미치는 영향을 분석하였으며, 모의결과 도시의 개발로 인해 과거보다 첨두 도달시간은 감소하고, 첨두 및 총유출량이 증가한 것으로 나타났으며, 침투량과 기저유출량이 감소한 것을 확인할 수 있었다. 또한 왜곡된 물순환을 회복하기 위한 대안으로 침투트랜치와 투수성 포장재의 설치 효과에 대한 모의를 수행하였으며, 모의결과 두 가지 대안을 함께 적용했을 경우에 도시개발 이전의 유출특성에 근접하는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.75-79
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• 2005

GSSHA(Gridded Surface Subsurface Hydrologic Analysis) 모형은 미 공병단 연구개발센터(USACE ERDC; US Army Corps of Engineers Engineering Research and Development Center)체서 개발된 물리적인 개념의 공간 분포형(PBSD; Physically Based Spatially Distributed) 수문모형으로, CASC2D 모형(Ogden 와 Julien, 2002; Downer 등, 2002)을 개선, 확장한 모형이다. GSSHA 모형의 실행에는 Brigham Young 대학의 컴퓨터그래픽공학연구실에 의해 개발된 미 국방성 WMS(Watershed Modeling System) 인터페이스를 사용하며, 이를 통해 많은 입력과 출력조건을 가지는 분포형 모형의 복잡한 모의 과정을 효과적으로 처리할 수 있다. 본 연구에서는 GSSHA 모형을 이용하여 경안천 유역의 물순환 양상을 분석하였다. GSSHA 모형은 유역을 균일한 유한 차분 격자로 나누어 각각의 격자를 기본 단위로 모의한다. 모형의 주요 모의 모듈은 강우 분포, 융설, 차단, 침투, 증발산, 지표면 저류, 2차원 표면류 추적, 1차원 하도 추적, 불포화 층 모의, 2차원 포화 지하 대수층 흐름, 지표면 유사 침식, 하천 유사 추적 등이 포함된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.159-163
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• 2009

CAT(Catchment hydrologic cycle Analysis Tool)은 기존 개념적 매개변수 기반의 집중형 수문모형과 물리적 매개변수 기반의 분포형 수문모형의 장점을 최대한 집약하여, 도시유역 개발 전 후의 장 단기적인 물순환 변화 특성을 정량적으로 평가하고 물순환개선시설의 효과적인 설계를 지원하기 위한 물순환 해석 모형이다. CAT은 수문학적으로 균일하게 판단되는 범위를 소유역으로 분할하여 지형학적 요인에 의한 유출 특성을 객관적으로 반영할 수 있으며, 개발 공간 단위별로 침투, 증발, 지하수 흐름 등의 모의가 가능하도록 하는 Link-Node 형식으로 개발되었다. 모형의 UI(User Interface)는 사용자가 손쉽게 모형을 적용 관리하고, 여러 시나리오를 동시에 효과적으로 모의하여 분석할 수 있도록 설계되었다. 또한 모든 입력 출력 자료를 Excel이나 텍스트 형식과 연동되도록 하여 프로젝트별 매개변수 관리가 용이하도록 개발하였다. CAT의 수문해석모듈로 증발산, 침투, 유역 유출, 지하수 유거, 하도추적 등의 모듈을 개발하였다. 증발산은 기준 증발산을 외부에서 직접 입력하거나, Penman-Monteith 방법을 선택할 수 있으며, 침투는 토양의 수리전도도에 따른 연직방향 침투 및 사면방향 복귀류를 고려할 수 있다. 노드의 지하수 유거를 고려하여 기존 노드-링크 방식 모형의 장기 유출 해석시 제한점을 보완하였으며, 하도추적을 위해 Muskingum, Muskingum-Cunge, Kinematic wave 방법 등의 해석법을 제공하였다. CAT의 수문모듈을 이용하여 설마천 유역을 단일노드 및 멀티노드로 개념화하여 모의하였으며, 모의결과를 관측유량과 비교한 결과, 두 경우 적절한 범위내의 결과임을 확인할 수 있었다. CAT의 안정적인 수문해석 기능을 바탕으로 향후 물순환개선시설 모듈과의 결합을 통해 장기 물순환 해석에 광범위하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1315-1319
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• 2008

본 연구에서는 WEP 모형을 통해 판교신도시 개발 전의 물순환을 해석하였다. 정밀한 해석을 위해 대상유역을 30m 크기의 정방형 격자로 구분하고 기상 조건, 지표면 조건, 하천, 토양, 지하대수층, 농업용수 이용 등 물순환에 관련된 광범위한 입력자료를 기존 측정 자료 및 관련 문헌, 현장 조사를 통해 각각 구축하였다. 물순환 해석 결과는 개발 전 모의에 대해 하천유출, 유황곡선 및 물수지, 수문요소 공간분포 분석을 통해 수행하였다. 모의 결과의 전 후처리는 WEP+(Water and Energy transfer Process model Plus)를 통해 수행되었으며, WEP+는 WEP 모형의 방대한 양의 입력자료를 효과적으로 구축하고, 다양한 시계열 및 공간분포 출력자료를 효과적으로 분석할 수 있는 인터페이스를 지닌 전 후처리 프로그램이다(한국건설기술연구원, 2007). 향후 판교신도시 개발후의 물순환 특성 변화를 평가하여 개발전후의 수문요소의 변화를 정량적으로 비교분석 함으로써 효율적인 저감 대책의 수립에 활용할 계획이다. 즉 도시개발로 인해 변화되는 지형, 토지이용, 토양, 지하대수층, 용수이용 등의 각 요소들을 모형에 적용하여 각 매개변수들이 수문순환 요소에 미치는 영향을 분석할 계획이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.100-100
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• 2021

IPCC 5차 보고서에 따르면 지구 평균 기온상승은 저위도 보다 극지방에서 더욱 뚜렷하게 나타나며 이러한 기후변화는 극지 생태계의 변화를 초래한다. 이러한 기후변화에 따른 극지 생태계의 변화를 분석 및 예측하기 위하여 지면-생태계 모형을 구축하고 극지방 생태계, 수문 및 탄소 순환 등을 모의하는 연구들이 많이 진행되고 있다. 최근 극지 지역에서는 기후변화로 인하여 화재 발생 빈도가 증가하고 있으며, 이로 인하여 극지 생태계뿐 아니라 물순환에 많은 영향을 미치고 있다. 하지만 지면-생태계 모형안의 화재 시뮬레이션은 화재의 원인 파악의 부족, 입력자료의 부족, 화재 역학 이해의 부족 등의 한계가 존재한다. 본 연구에서는 2001~2012년 동안 위성에서 관측된 화재면적 자료인 Global Fire Emissions Database (GFED) v4 자료와 지면-생태계 모형인 NCAR Community Land Model (CLM)-biogeochemistry (BGC) 와의 실시간 융합을 통하여 기존 화재 시뮬레이션의 한계점을 보완하고자 하였다. 기존 CLM-BGC 모형을 통한 증발산량, 화재 자료-모형의 융합을 통한 증발산량 결과와 Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) 증발산량 자료와의 비교를 통하여 증발산량 모의에 화재의 중요성을 분석하고자 한다. 또한, 유출량 뿐만 아니라 토양수분의 변화를 시·공간적 변화를 분석함으로써 화재가 극지방 물순환에 미치는 영향을 나타내었다. 또한, 본 연구를 통하여 미래 기후변화에 따른 극지방의 생태계 및 물순환을 모의하기 위하여 화재 시스템 구축의 중요성을 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.258-262
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• 2007

분포형 수문모형인 WEP(Water and Energy transfer Processes)는 일본토목연구소의 물순환 해석 모형으로써, 짧은 구동시간에도 불구하고 물과 열에너지의 순환을 파악하는 데 효과적인 것으로 알려져 있다, 그러나 모의에 필요한 자료입력 과정이 매우 복잡하고 불편할 뿐 아니라 획득된 결과를 효율적으로 표현하지 못한다는 약점을 가지고 있어 활용도가 높지 않았다, WEP 사용성 향상에 관한 요구가 높아짐에 따라, WEP 전 후처리 프로그램인 WEP+가 개발되었다. WEP+의 개발은 WEP 모형에 대한 방대한 양의 입력 자료를 효과적으로 구축하고, 다양한 기능을 통해 모의 결과에 대한 분석을 용이하게 할 수 있도록 하여 사용자가 직관적으로 모형을 적용할 수 있도록 하는데 그 목적을 두고 있다. WEP+는 기존 WEP의 복잡한 입력과정을 체계화 하여, 사용자가 쉽게 접근할 수 있도록 설계되었으며, 입력 자료의 편집기능을 도입하였다. 또한 복잡하게 연관된 매개변수들의 적합성 여부를 사전에 점검 할 수 있는 기능을 부여하여 모의 도중 오류가 발생하거나 잘못된 모의 결과를 생산할 가능성을 최소화 하고자 하였다. 모의 결과에 대해서는 하천 유출, 지표면 유출, 지하수 유출, 토양수분, 지하수위, 증발산 등 세부 수문요소에 대한 모의 결과를 지점별 시계열과 전체 유역에대한 분포형 자료로 확인할 수 있다. 본 연구에서는 새로 개발된 WEP+ 각 모듈의 기능과 인터페이스를 살펴보고 적용사례를 중심으로 결과분석과 활용방법에 대해 고찰해 보도록 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.345-345
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• 2023

기후변화에 대응하기 위한 가뭄과 홍수 등의 수재해 관리체계 수립의 필요성이 높아지고 있어, 기후예측모형과 연계하여 수문 및 에너지 순환과정에서 하천유출에 대한 기후변화 영향예측이 가능한 지표수문모형(Land Surface Model, LSM)의 개발과 적용이 요구되고 있다. 또한, LSM은 연속적이고 장기적인 유출을 모의할 수 있어 수재해에 관한 예측과 정보 제공에 유용하므로, 최근 수재해 예측시스템 구축을 위한 주요한 도구로 관심을 받고 있다. 이에 따라, 본 연구에서는 기후모형 CWRF(Climate-Weather Research and Forecasting Model)와 연계되어 물-에너지 순환모의가 가능한 최신 LSM 중 하나인 Common Land Model(CoLM)을 우리나라 유역의 장기하천유출모의에 적용하고자 한다. 대부분의 LSM은 지상의 물과 에너지 순환과정이 각 단일 격자의 수직적인 모의과정으로 제한되고 있었지만, 현재 지속적인 개선을 통해 많은 LSM에서 보다 현실적인 물과 에너지 변화를 모의하고자 노력하고 있다. 그러나, 지속적인 모형의 개선에도 불구하고(또는 그로 인해) 정교한 수학적 프로세스를 통합하여 개선된 최신 LSM은 오히려 복잡한 매개변수 체계, 매개변수 추정, 입력자료, 초기 및 경계조건 등에서 비롯된 불확실성이 존재하고 있다. 따라서, 모형의 주요 매개변수값의 추정은 모의결과의 성능과 안정성을 확보하기 위한 LSM의 모의에서 필수적인 과정 중 하나이다. 유역의 특성에 따라 결정되는 모형 매개변수는 관련자료의 부재 또는 관측의 부정확성으로 인해 검보정 과정을 통해 결정되어야 하므로, 유역의 수문특성을 최대한 반영하고 모형의 성능과 안정성을 확보하기 위해 모의목적에 따라 적절한 검보정 목적함수의 선정도 요구된다. CoLM과 같이 다양한 매개변수가 사용되는 LSM에서는 모의결과에 대한 불확실성을 줄이고, 모의목적에 따른 모형의 예측도 향상을 위해서 모의결과에 민감한 주요 매개변수의 검보정이 과정이 중요하다. 따라서, 본 연구에서는 격자기반 지표수문모형인 CoLM을 이용하여 우리나라 유역의 장기하천유출을 모의하는 과정에서 CoLM의 주요 매개변수 검보정에 필요한 적절한 목적함수의 적용을 통해 CoLM 장기하천유출 모의결과의 예측성능을 개선하고자 한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제13권7호
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• pp.3275-3284
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• 2012

본 논문은 국내 농업용저수지의 성층현상을 방지하고자 물순환장치를 설치하였을 때, 3차원 수리해석모델인 EFDC를 이용하여 부유물질 이송확산모의를 하였다. 이를 통해 물순환장치의 이송확산범위를 예측하고, 다양한 운전인자를 조절함으로써 최적의 운전인자를 도출하여 물순환으로 인한 내부변화의 영향을 최소화하고자 하였다. 3차원 이송확산모의 결과에 의하면, 30일 이후에 전 수층에 걸쳐 물순환이 시작되며, 100일 이후 저수지의 전체순환이 가능한 것으로 모의되었다. 또한, 연속운전보다 간헐운전이 저수지 전 구간에서 이송확산농도가 낮게 나타났으며, 안정적으로 전체순환이 일어났다. 물순환장치의 표층과 저층 혼합비율은 표층 혼합율이 높을수록 저수지 영향을 감소시킬 수 있으며, 3:1 동일조건일 경우, Case 8(50일운전:50일정지) 조건이 저수지의 내부영향을 최소화할 수 있을 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1459-1463
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• 2007

도시 유역의 하수관거는 대부분 합류식 하수관거로 되어 있기 때문에 도시하천의 물순환을 모의하기 위해 수량적인 측면이나 수질적인 측면에서 강우시의 합류식 하수관거 월류수 즉, CSOs를 고려한다면 보다 정확한 모의가 가능할 것이다. 목감천 유역은 중 상류 지역의 대부분은 농경 또는 임야로 이용되고 있지만, 하구부에는 밀집된 시가지가 전체유역 면적의 약 35.2 %인 $18.66\;km^2$를 형성하고 있고, 이중 대부분이 합류식 하수관거로 되어 있다. 따라서 목감천 유역을 PCSWMM의 TRANSPORT 블럭내의 flow divider를 이용하여 모형을 구성하여 1996년부터 2005년까지 10년 동안의 연속유출모의를 실시하여 물순환 분석을 하였다. 결과를 보면 10년 평균 강수량은 1537.9 mm이며, 직접유출량 비율은 1,263.0 mm, 침투량은 335.7 mm, 증발량은 415.7 mm이다. 또한 10년 평균 상수량은 909.10 mm, 하수량은 736.3 mm(CSOs 355.0 mm), 하천유입하수량은 170.3 mm, 서남 및 역곡하수처리장 이송량은 211.0 mm이다. 부하량 결과를 살펴보면 발생부하량은 10,108,554 kg/year이며 배출부하량은 834,533 kg/year으로, 이는 곧 점오염원을 의미한다. 유역 총 배출량은 1,575,200 kg/year, 비점오염원은 740,667 kg/year, 하수처리장 이송부하량은 1,220,000 kg/year, 목감천 출구지점에서는 355,200 kg/year(CSOs 62,531 kg/year)임을 알 수 있었다.