• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.322-322
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• 2011

지표에서의 토양수분은 작은 구성비를 가짐에도 불구하고 여러 수문 현상을 연계하는 매우 중요한 인자로써 최근 연구가 활발하게 진행되고 있다. 토양수분은 침투나 침루를 통하여 강우와 지하수를 연결하는 기능을 함과 동시에 강우사상에 따른 유출특성에 직접적인 영향을 미치며 증발산을 통하여 에너지 순환을 연결하는 기능을 하는 인자로 기후변화와 인간의 활동에 의해 영향을 받는다. 지난 수십 년간 산림개간과 도시화는 토지이용의 변화를 초래하여 토지피복의 변화를 초래하였다. 도시화는 불투수층을 증가시켰고, 산림개간으로 산림이 농장으로 변하여 침투율을 감소시켜 유출률의 증가를 초래하였다. 이처럼 토지피복의 변화는 토양수분의 변화에 직접적인 영향을 미친다. 본 연구에서는 토지피복 분류를 위해 구름의 영향이 적은 Landsat TM 영상을 사용하여 청미천 유역의 토지피복을 분류하여 토지피복도를 작성하였다. 청미천 유역은 현재 국제수문관측사업(IHP)의 일환으로 체계적인 수문관측이 진행되고 있는 지점으로, 추후 인공위성 영상을 통해 산정한 토양수분 자료를 비교할 수 있는 유역이다. Landsat TM 영상은 2009년 5월 23일에 관측된 115-34(path row) 영상으로 구름이 거의 없는 날의 자료를 사용하였다. 다중 스펙트럴 위성영상인 Landsat TM 영상은 30m 공간해상도로써 토지피복분류와 식생 등의 정보를 추출하는데 적합한 것으로 알려져 있다. 청미천 유역의 위성영상에 대하여 영상의 전처리 과정을 거쳐 무감독분류와 감독분류기법을 적용하여 토지피복을 분류하였다. 분류한 토지피복도는 국토해양부에서 국가수자원관리 종합정보시스템(WAMIS) 을 통하여 제공되는 토지피복도와 비교하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.217-217
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• 2017

물 순환이란 물이 지표면으로부터 증발하거나 바다로부터 증발하여 습한 공기가 기단을 형성한 후 적합한 조건이 형성되면 강수를 초래하는 과정이라고 볼 수 있다. 여기서 강수는 여러 경로 즉, 증발산, 지표흐름, 침투, 침루 등을 통해 다시 순환과정을 거친다. 최근 도시화로 인한 불투수면적의 증가로 기후변화, 홍수지체시간 감소, 첨두 및 유출총량의 증가, 침투능 및 증발산량의 감소 등 자연하천의 유출특성과는 다른 유출특성이 나타나며, 물 순환 체계가 왜곡되어 지하수위는 낮아지고, 하천의 유량은 감소되는 등 하천의 정상적인 기능이 저하되고 있다. 이에 우리나라에서는 환경부 및 국토교통부 등 정부기관과 지방자치단체에서 법과 조례를 제정하여 저영향개발기법 (LID, Low Impact Development)을 적용하도록 권고하고 있으며 신도시 개발사업 시 왜곡된 도시의 물 순환체계를 개선하기 위하여 저영향개발기법을 적용하고 있다. 저영향개발 기법의 정량적인 효과를 검증하기 위해서는 미환경청 (U.S. EPA., United States Environmental Protection Agency)에서 개발한 SWMM모델을 이용하여야 한다. 본 연구에서는 도시화로 인해 왜곡된 물순환체계 개선을 위하여 다양하게 설계된 저영향개발기법의 정량적인 효율을 SWMM 모델을 통해 산정하고, 장기적인 측면에서 물순환 회복에 적합한 저영향개발기법의 배치 최적화를 제안하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.305-305
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• 2018

저수지 상류부 환경변화 분석을 위해 환경변화 시나리오 적용 분석할 수 있는 수문모형(SWAT)을 선정하여 수양(함동)호 유역을 포함하는 송산관측소를 유역출구로 하여 유출량 자료가 있는 2015~2016년을 대상으로 모형을 검?보정하였다. 수양(함동)호는 댐 높이 13.5m에서 15.1m로 증고 되었으며 총저수량은 7,472 천$m^3$에서 11,926 천$m^3$로 증가하였다. 모형 검증결과 모형효율이 0.9로 모형 적용가능성을 확인하였으며 둑높이기 사업 전(2001-2010)과 사업 후(2015-2016)을 모의하여 사업 전?후의 수문요소(강우, 유출, 침투, 증발산, 침루, 토양수분, 지하수 증발, 지하수함양) 모의결과를 정리하였다. 사업 전(2001-2010) 평균 강수량 1549.8 mm, 유출량 907.9 mm, 침투량 615.4 mm, 증발산량 624.2 mm, 침루량 241.1 mm, 토양수분 355.7 mm, 지하수 함양량 222.5 mm로 모의 되었다. 사업 후(2015-2016) 평균 강우량 1100.1 mm, 유출량 370.4 mm으로 극심한 가뭄으로 나타났다. 사업 전 비슷한 강우량을 나타낸 2006년 지하수 함양량은 186.9 mm이고 2016년은 222.9 mm로 지하수 함양량이 사업 후 증가한 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.24-24
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• 2017

홍수와 가뭄 등 수문기상재해 분석 및 사전 예측하기 위해서는 강수뿐만 아니라 토양수분, 증발산, 유량, 등과 같이 지표?하의 수문기상정보를 고려하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 National Center for Atmospheric Research (NCAR)에서 개발된 고해상도 수문기상정보 모의가 가능한 WRF-Hydro를 활용하여 남강댐 유역에서 발생되는 돌발홍수 예측 적용성 평가를 수행하였다. 모델의 시공간 해상도는 1 hr, 150 m 이며, 기상 관측자료(Automatic Weather System, Automated Synoptic Observing System)를 사용하여 매개변수 민감도 실험을 실시하여 최적 모델 설정을 제시하였다. 고려된 매개변수는 격자 침투량을 결정하는 변수, 초기 저류 깊이, 표면 저항계수, 조도계수와 초기 토양수분 정보이며, 검증에 사용된 정보는 국가수자원관리종합정보시스템에서 1시간 단위로 제공되는 유입량 정보를 사용하였다. 그 결과 유출량은 격자 침투량을 결정하는 변수와 조도계수에 따라 민감하게 반응하였으며, 초기 토양수분량의 변화에 따라 시간에 따른 유출량의 변화가 강수에 민감하게 반응하는 것을 확인 할 수 있었다. 보정된 매개변수를 적용하여 돌발홍수 신고 지점의 유출량 변화를 살펴본 결과 강수의 발생과 동시에 매우 빠르게 유출량이 발생한 것을 볼 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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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.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.39 no.7
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• pp.426-439
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• 2017

This review summarizes advantage and limitation in infrared spectroscopy and computational chemistry to understand rhizospheric interaction among organic acids, oxyanions and metal oxides. Since organic acids and metal oxides determine dynamics of oxyanions in the soil environment, knowledge of fundamental mechanisms is a prerequisite for understanding the interactions at soil-water interface. Attenuated total reflectance-fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR) is a powerful tool to measure the interfacial reactions. However, the ATR-FTIR measurements are abstruse, because the optical characteristics for measurements are variable depending on the experimental setup. In addition, spectral overlapping is a primary obstacle to the analysis of the interfacial reaction; thus, it is essential to detect and to deconvolute bands for signal interpretation. In this review, we expained the fundamental principle for spectrum processing, and four band identification methods, such as derivative spectroscopy, two-dimension correlation spectroscopy, multivariate curve resolution, and computational chemistry with example of aqueous phosphate speciation. As a result, spectrum processing and computational chemistry improved interpretation and spectral deconvolution of overlapped spectra in relatively simple systems, but it was still unsatisfactory for the problems in more complexed system like nature. Nevertheless, we believed that our challenge would contribute practically to develop adequate analytical procedure, signal processing and protocols that could help to improve interpretation and to understand the interfacial interactions of oxyanions in natural systems.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.55 no.12
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• pp.1077-1089
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• 2022

With the construction of Seoul National University (SNU), the Mt. Gwanak watershed has undergone some urbanization. As with other campus catchments, data related to the water cycle is extremely limited. Therefore, this study began by collecting hydrological and meteorological data using Atmos-41, a complex meteorological observation instrument. The observation results of Atmos-41 were validated by analyzing the statistical characteristics and confidence intervals based on the monthly variability of data from the Korea Meteorological Administration. Results of the previous research were used to validate the simulated surface runoff and infiltration using the Storm Water Management Model (SWMM). The potential evapotranspiration (PET) simulated by the SWMM was rectified by comparing it to the Atmos-41 observation data. Multiple regression analysis was employed to adjust for the fluctuations in precipitation, relative humidity, and wind speed because the calculated SWMM PET tends to be underestimated during periods of low temperatures. R² increased from 0.54 to 0.80 when compared to the Atmos-41 PET. The rate of change in the water cycle as a consequence of the SNU's construction resulted in a 15.7% increase in surface runoff, a 14.2% decrease in infiltration rate, and a 1.6% decrease in evaporation.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.400-400
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• 2015

기후변화로 인해 예측하기 어려운 강우패턴의 변화와 도시화로 인한 불투수면의 증가로 도심지는 매년 침수위험에 노출되어 있다. 배수시설의 개선은 인구밀도가 높고 유동인구가 많은 도심지에서 이루어지기 쉽지 않은 상황이며, 강우패턴의 변화는 예측과 대처가 어려운 상황이다. 이러한 이유로, 침투증진을 통해 직접유출수를 줄이는 연구 중 LID(Low Impact Development)에 대한 관심이 높아지고 있다. LID기법은 도시화로 증가된 불투수면을 투수면으로 대체하여 저류, 침투, 여과, 증발산을 유도하여 물 순환 회복에 기여할 수 있는 방법으로 옥상녹화, 투수성포장, 침투 트렌치 등의 기술요소가 있다. LID 기술요소에 대해 국외의 경우 설치방안과 평균적인 저감효과를 메뉴얼로 제시하고 있지만, 강우 및 토지의 지역적 편차가 큰 국내에 적용하기에는 어려운 상황이다. 또한, LID 모델링의 경우 유역 내 적용 면적에 따른 유출저감효과를 제시하는 연구결과는 다수 제시되고 있지만, 적용 면적과 지점에 따라 효율성을 제시하는 점에서는 다소 미흡한 상황이다. 따라서 LID 기술요소 별 설계 사례와 GIS를 바탕으로 유역 내 적용 지점과 면적을 산출하고, 적용 지점 및 면적에 따른 저감 효율을 분석하는 것이 필요하다. 본 연구는 SWMM모형을 이용하여 LID 기술요소 중 옥상녹화를 적용하여, 강우 강도와 적용지점 및 면적에 따른 유출저감 효율을 분석하고자 한다. 연구지역은 청계천 유역으로 총 면적의 75% 이상이 주거지, 상업지, 교통시설 등을 포함한 불투수면으로 이루어져있는 도시 지역이다. 강우자료는 10년, 30년, 80년 빈도 확률강우량을 적용하였으며, 옥상녹화를 적용하기 위한 지점과 면적은 GIS를 기반으로 산정하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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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.