• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.465-465
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• 2021

2019년 도시계획현황 통계에 따르면 우리나라 국민의 90% 이상이 도시에 거주하고 있는 것으로 나타났다. 도시의 인구증가는 불투수면적 증가, 표면유출 증가, 침투량감소 등 도시 물순환의 왜곡을 발생시키며 건전한 물순환을 저해시키는 원인이 되고 있다. 본 연구에서는 이러한 도시 물순환을 저해시키는 요인을 평가할 수 있는 지표를 개발하기 위하여 물순환 관련법, 물순환 및 물관리를 위한 조례, 국내외 연구 사례를 조사하였으며 국내에서 수행된 다양한 지표 연구결과물을 분석하였다. 물순환 지표를 특정할 수 있는 6개의 키워드를 선정하여 105건의 논문 및 보고서를 검토하였으며, 최종적으로 49건을 선정하였다. 선정된 문헌별 지표를 수요·공급, 이수·치수, 수질·생태로 구분하여 정보를 분리화 한 후 분리된 정보를 유사한 지표별로 통합하여 세부지표를 도출하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.500-500
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• 2022

「물환경보전법」은 2007년의 「수질 및 수생태계 보전에 관한 법률」에서 개정된 법률로 그 목적이 수질과 수생태계로 국한되어 왔다. 하지만 통합물관리 도입으로 인하여 제정된 「물관리기본법」에서는 "국가와 지방자치단체가 물과 관련된 정책을 수립, 시행할 때에는 물순환 과정의 전주기를 고려하여야 한다"고 명시되어 있으며 「물환경보전법」의 물순환관리지표는 수량이 제외되어 물순환 왜곡으로 인한 문제점이 충분히 포함되지 않은 실정이다. 따라서 본 연구에서는 국민들의 안전을 도모하기 위하여 물순환관리지표에 도시유역의 물순환 왜곡으로 인한 수재해 현황을 추가적으로 고려하고자 한다. 수재해 현황은 행정안전부의 자연재해로 인한 최근 10년간 인명피해와 피해액 조사를 바탕으로 가장 심각한 피해를 불러일으킨 폭염과 태풍 및 호우를 고려대상으로 선정하였다. 그 중 도시유역에서의 폭염피해란 불투수면적률이 증가함에 따라 증발산량이 감소하며 발생하는 도심의 열섬현상과 깊은 관계가 있고, 태풍 및 호우피해는 첨두유량의 증가와 도시배수의 연결성에 의하여 발생하는 침수와 깊은 관계가 있기에 이를 본 연구에서의 수량의 대표인자로 결정하였다. 수계 단위의 물순환관리지표와 행정구역 단위의 수재해 현황을 공간적으로 비교하기 위해 면적가중평균법을 이용하여 물순환율과 불투수면적률을 행정구역별로 재척도화를 하였다. 그리고 고려할 요소를 판단하기 위해 행정구역 별 물순환관리지표와 열섬현상, 도시침수를 측정하는 지표의 순위를 매겨 등위상관계수를 계산하였다. 도시침수와 열섬현상을 대표하는 지표 중 물순환율과 상관계수가 낮은 지표부터 물순환관리지표에 포함시켜야 할 요소라고 판단하였으며, 이를 바탕으로 보다 개선된 물순환관리지표를 제안하였다. 기후변화에 따라 현재 수재해 위험성이 더욱 커지고 그의 패턴도 달라지고 있기에 본 연구의 결과를 바탕으로 물순환관리지표가 좀 더 국민들에게 실효성이 있는 평가지표로 개선되기를 기대한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.47-47
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• 2022

최근 물순환 관리를 위하여 물순환 선도도시, 물순환 기본계획 등 물순환 연구가 진행되어지고 있다. 물순환 연구는 수문학적 물순환 개념에서 수량, 수질, 수생태, 농업, 지하수, 불투수 면적 등 수환경의 전반적인 부분에 걸쳐 개념이 확장되어지고 있다. 국내외에서는 이와같은 연구가 진행되어지고 있으며 기후변화에 대응하여 홍수, 가뭄등을 고려한 연구도 진행되어 지고 있다. 물순환의 범위가 넓어짐에 따라 수질, 수량, 수생태 등 수환경을 종합적으로 연계하여 연구할 필요가있다. 따라서 다양한 관점에서의 연구가 필요한 분야이다. 물순환은 기존의 수량적인 부분과 함께 수질, 수생태등 많은 분야 및 방대한 양의 자료가 적용되어 진다. 이는 빅데이터의 적용이 필수적이라고 할 수 있으며 통합물관리를 위한 빅데이터의 구축이 필수적이라고 판단된다. 빅데이터의 구축을 통해서 현재 수환경에 활용되어 지고 있는 평가지표를 수집하고 활용성을 분석하고자 한다. 지표 및 산정자료의 수집을 통해 통합물관리 빅데이터를 구축하고 선정된 지표를 적용하여 각 유역의 특성을 파악하고 문제점을 도출할 수 있는 통합물관리 지표의 적용성을 판단하고자한다. 기존에 활용되는 지수들은 각각의 분야만 산정이 가능하며 이를 통합적으로 산정할 필요가 있다. 본 연구에서는 통합물관리에서의 빅데이터의 적용성을 판단하고 선정된 통합관리지표가 유역의 물관리 상태를 판단하고 분석이 가능한 물환경 평가지표를 도출하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.236-236
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• 2023

수문순환의 대표적인 이점으로는 지하수, 미기후조절 그리고 자연경관 및 친수성을 활용한 이용가치가 있다. 이렇듯 수문순환은 우리의 삶과 밀접한 관계를 맺고 있다. 인구증가에 따라 도시개발이 이루어지며 이로 인한 토지변화는 유역의 수문순환체계를 변화시킨다. 또한 산업활동의 증가로 기후변화에 따른 지구온난화가 심해지고 있어 정상범위를 벗어난 이상기후 현상이 빈번하게 발생하고 있다. 이러한 고도산업화에 의해 물에 대한 수요가 매해 증가하고 있는 상황에서 이상기후 현상과 무분별한 개발이 지속적으로 이루어진다면 물 수요량에 대한 대응이 어려워져 올바른 수문순환 건전성을 기대하기 어렵다. 최근 강남에서 빗물 처리 제반 시설 부족과 불투수면의 증가를 원인으로 도시홍수가 발생했다. 강우사상의 급격한 변화와 밀도 높은 도시화·산업화로 인한 불투수면의 증가는 각종 물순환 문제를 발생시키는 문제의 중심에 있다. 이에 본 연구에서는 도시 내에서의 자연계·인공계로 구분되는 물순환을 평가지표를 활용하여 종합적으로 평가하고자 한다. 도시 물순환 왜곡 현상을 최소화하기 위해 유량, 수위의 상관성 분석 및 지수, 지표를 적용하여 수문순환 건전성을 평가하려 한다. 기존의 수문순환 변동 양상 및 대책 마련 연구들과 함께 본 연구에서 제시된 평가지표를 이용해 수문순환 불균형에 대응할 수 있는 결과 도출로 효율적이고 안정적인 수자원 관리에 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.462-462
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• 2021

최근 도시화 및 불투수면의 증가와 지하수의 과다한 사용으로 직접유출이 증가하고, 침투량이 감소하며, 하천의 건천화가 발생하고 있다. 이에 환경부에서는 이러한 물순환의 왜곡을 막기위해 물환경보전법상의 물순환율을 정의하고 물순환 관리목표를 설정하였다. 하지만 지역 별 물순환 특성을 반영한 관리계획이 부족하고, 현재 제한된 재원의 효율적 활용을 위해서는 물순환 관리지역에 대한 우선순위 결정도 필요하다. 본 연구에서는 PSR framework를 통해 유역 물순환 평가방법론을 만들고 이를 활용한 지역별 관리계획 및 우선순위를 결정하고자하였다. PSR framework는 지속가능성을 위해 OECD가 개발한 개념 모형이며, Pressure, State, Response 세 가지 요소로 구분해 평가하게된다. PSR framework의 기본 개념은 인간의 활동들이 환경에 압력 (P)를 주고, 이로 인해 자연의 질과 영향 (S)을 미치며, 이에대한 회복을 위해 인식과 행동을 통해 정책과 제도 등을 통해 반응 (R)한다는 것이다. 유역 물순환을 4가지 그룹 (기후, 수문학적, 사회경제학적, 환경적)으로 구분하고 각 그룹 별 평가요소에 대하여 도출하였다. 기후그룹은 강우, 수문학적 그룹은 증발산, 토지이용, 유출특성을, 사회경제학적 그룹은 재정, 사회구조, 기반시설, 정책을, 환경적 그룹은 수질, 수생태계를 선정하였다. 이후 각 요소 별 평가를 위해 다양한 지표를 고려하여 선정하였으며, 각 지표를 PSR framework에 맞춰 재분류하였다. 각 지표를 하나의 점수로 통합하기 위해 지표 별 가중치를 산정하였으며, 이때 연구자의 주관이 반영되지않는 엔트로피 기법을 이용하여 산정하였다. 구한 식을 통해 우리나라 소유역구분을 기준으로 모든 지표를 계산하였으며, 각 지표에 가중치를 적용해 유역 종합점수를 산정하고 유역 별 취약지역 및 취약요소를 평가하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.436-436
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• 2022

셀룰러 오토마타(Cellular Automata; CA)는 격자(cell)에 대해 사전 정의된 규칙을 바탕으로 이웃 격자 간 상호작용을 해석하여 복잡한 동력학적 현상을 효과적으로 재현할 수 있는 이산형(discrete) 모의 기법이다. CA 기법은 격자 구조에 수치표고 자료 및 토양수분 정보 등을 직접 매칭 후 상호관계를 해석하기 때문에 공간정보를 최대한 활용하여 불균질성을 나타내는 것이 가능하다. 따라서, 도시 유출해석에 있어서 높은 정확도와 빠른 계산속도를 기대할 수 있다. 본 연구에서는 CA 기반 고해상도 물순환·침수 연계 해석 framework 개발 방향 및 CA 기반 prototype 모형의 사면유출 적용 사례를 소개한다. 개발 중인 CA 모형에서는 격자별 침수 깊이, 침투, 토양수분 저류, 지표 유출 등의 물순환 요소를 모의할 수 있다. 기존의 집중형(lumped) 모형은 지표-지표하 유출에 대한 routing algorithm이 없고 각 셀의 물수지 모형 내 파라미터가 많은 단점이 있다. 따라서 개발 중인 CA 모형에서는 cell state 내 fast reservoir와 slow reservoir를 통해 지표-지표하 상태를 구현하고 단순화된 물수지 모형 및 흐름 방향 알고리즘을 적용함으로써 실제 현장에서 발생하는 다중 피크 형태의 지표 유출을 모사한다. 최적의 지표수 흐름 방향 알고리즘 선정을 위해 3개의 다중 흐름 방향 알고리즘(D4, D8, 4+4N)을 정량적으로 비교·분석한다. 이번 발표에서는 CA 모형을 소규모 산지 사면과 도심지 등 다양한 규모의 테스트베드에 적용하여 모형의 장단점을 평가한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.23-27
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• 2010

인공수로 내 효율적인 물 순환 시스템 운영을 위해서는 지속적인 유량공급을 통해 순환흐름을 유도하는 것이 매우 중요하다. 따라서 수로 내 적절한 유입부 위치를 결정하고 계획 유입유량에 따른 수질개선효과 및 물 순환주기를 분석하는 연구가 대두되고 있어, 모형을 통한 이론적인 예측 및 모형실험을 통한 검증이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 농도-pH 지표곡선을 이용하여 시간에 따른 수로 내 농도변화로 물 순환주기를 분석하였다. 수로 내 설치된 유입부에 평면상 위치변화를 주어 순환흐름에 적합한 유입부 위치를 제시할 수 있었으며, 농도변화가 없어지는 시점을 통해 최소 물 순환주기를 산정할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.476-476
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• 2021

도시화로 인한 불투수율 증가는 자연 물순환을 왜곡시켜 표면 유출량 증가, 침투량 감소, 증발량 감소 등을 야기한다. 뿐만 아니라 도시화로 인한 인구밀도 집중은 배출오염물질의 평균 농도와 물 사용량을 증가시켜 인공 물순환의 왜곡을 초래한다. 왜곡된 물순환의 회복을 위해 건전한 도시 물순환의 정의를 정립하는 것은 필수적이다. 본 연구는 물순환과 관련된 문헌조사와 평가 분석 방법을 검토하여, 건전한 도시 물순환을 지속가능성, 공평성, 안전성, 효율성 측면에서 시간, 공간, 이해관계자들이 균형을 이루는 것에 초점을 맞추고자 한다. 과거와 현재 상태, 그리고 미래 기후변화시나리오 적용 시 어떤 변화가 있으며, 이에 따른 물순환 관리체계가 확보될 수 있는 모습, 공간적 측면에서 물의 수평적·수직적 이동이 치우침이 없는 모습, 수요자 입장에서 가뭄이나 홍수로 인한 재산·인명 피해가 최소화된 모습, 공급자 입장에서 수량·수질 관리체계가 확보된 모습을 각각 지속가능성, 공평성, 안전성, 효율성으로 정의 내렸다. 도시 물순환의 적절한 상태를 제안하기 위해서 도시 물순환의 지표로 증발산율, 지표수유출률, 지하수유출률, 침투율로 선정하였다. 앞서 언급한 네 가지 측면(지속가능성, 안전성, 공평성, 효율성)에서의 모습과 네 개의 지표 상태를 비교하여 균형 잡힌 도시 물순환의 상태를 제안하고자 한다. 정의에 제시된 네 가지 측면에 대한 하위 항목은 WAMIS, KOSTAT 등을 통해 조사하고 국내 주요 도시와 서울대학교 관악캠퍼스 내에서 분석하고자 한다. 본 연구를 통해 도시 정책 설립 및 이해관계자들에게 수문학적 관점에서 건전한 도시화의 방향을 줄 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.282-282
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• 2023

도시침수와 도시열섬 등 도시화 및 기후변화로 인한 물 및 환경문제에 대비하기 위해서는 고해상도 물순환 및 열순환 해석 기술이 필수적이다. 도심지의 고밀도 건축물 및 식생 등 다양한 토지피복의 조합은 물/열 순환에 직접적인 영향을 미치는 요인이며, 물리과정에 대한 이해를 높이기 위해서는 고해상도 모의 및 관측이 필요하다. WRF-Hydro는 침투 및 증발산, 열 순환, 지표와 하천 및 저수지 추적 등 여러 물/열 순환 요소 해석 모듈을 연동할 수 있는 공간분포형 수문 해석 시스템이다. 본 연구에서는 WRF-Hydro를 기반으로 낙동강 지류인 금호강 유역에 대한 고해상도 물순환 및 열순환 모형을 구축하여, 토양수분, 하천 유량, 지표온도, 증발산 등 수문 요소 해석 결과를 분석한다. WRF-Hydro 모형의 입력자료 구축 시 고해상도 토지피복 및 토양도를 적용하고, 기상자료에는 국내 지상관측자료와 국외 재분석자료를 비교, 분석하여 자료의 신뢰성을 분석한다. 또한, ECOSTRESS 등 고해상도 원격탐사자료로부터의 열, 증발산 관련 추정 자료를 모의 결과와 비교하여, 열순환 해석의 불확실성을 평가한다. 물순환과 열순환의 해석의 신뢰도를 동시에 향상하기 위한 분포형 모형의 구축 및 매개변수 보정 방안에 대해 토의한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.58-58
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• 2021

물은 비, 눈의 형태로 지표면에 공급되며, 빗물이 땅속으로 침투, 저류되고 지표 및 지하흐름을 통해 강이나 바다로 유입되고 다시 증발산을 통해 순환 시스템을 이룬다. 또한, 물은 생명체의 생존에 필수적이며, 건강한 문순환 체계의 균형을 이루는 것이 안정적으로 물을 공급하는 것과 밀접한 관계가 있다. 최근 범지구적으로 기후변화 현상이 나타나고 있으며, 우리나라는 지난 50년간 도시화를 통해 수계와 임야를 제외한 전 국토에서 불투수면적이 22.4%를 차지한다(ME, 2016). 이와 같은 경향은 도시지역의 물순환 및 인프라에서 침수, 가뭄, 비점오염, 침투량 감소 등과 같은 수재해 문제의 우려가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 물관리 일원화와 관련하여 다양한 정책들이 마련되고 있으며, 또한 도시개발 이전의 상태로 회복하기 위한 저영향개발 기술 및 도시지역의 현재 상태를 평가하기 위해 각 분야에 따른 지표 선정에 관한 다양한 연구가 진행되고 있다. 기존 연구사례에서는 대상 도시 내 물순환 체계 회복을 중점적으로 연구가 진행되었다. 물순환 체계는 수계별로 상·중·하류에 따라 인구밀도, 급경사에 따른 돌발홍수, 내수침수, 우수배제 등과 같은 문제가 도시별로 상이하게 발생하며, 추후 이와 관련된 연구가 필요하다. 본 연구에서는 우리 나라 수계에서 대표적인 한강, 낙동강, 금강, 영산강을 대상으로 각 도시에서는 입지특성에 따른 대응방법을 마련하기 위한 기초자료로써 4개의 수계로 구분하여 상·중·하류별로 위치한 도시지역의 물순환 및 인프라에 대해 분석하였다.