• 대한토목학회논문집
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• 제30권5B호
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• pp.437-444
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• 2010

토양수분은 물 에너지 순환에서 지표면과 대기 사이의 복잡한 관계를 이해하기 위한 중요한 수문인자 중 하나이다. 일반적으로, 토양수분은 온도, 바람, 토성에 의한 증발과 식생에 의한 증산에 의하여 결정이 되는 것으로 알려져 있다. 하지만, 각 인자와 토양수분과의 관계에 대한 심도 있는 연구는 아직 부족한 실정이다. 본 연구에서는 Flux tower(설마천 타워)에서 생성되는 측정인자인 대기온도, 비습, 풍속을 고려하여 토양수분 예측치를 산정하였으며 이를 실측치와 비교하고 상관분석을 실시하였다. 토양수분은 특히 겨울에는 지중온도와 매우 강한 양의 상관계수를 가졌으나 이외의 항인 대기온도, 비습, 풍속과는 상관성이 낮게 산정되었다. 봄부터 가을까지의 자료에서는 지중온도가 토양수분과 매우 강한 음의 상관계수를 가지며 대기온도와 비습의 경우 상당한 음의 상관계수를 가지며 풍속은 식생의 영향으로 상관성이 매우 낮은 것으로 판단되었다. 중회귀분석을 통하여 계절별 토양수분을 추정하여 이를 측정값과 비교하였으며 결정계수($R^2$)는 봄의 경우 0.82, 여름의 경우 0.81, 가을의 경우 0.82, 겨울의 경우 0.96로 대체로 양호한 결과를 나타내었다. 본 연구에서 토양수분에 대한 지표상의 수문기상인자들과의 밀접한 상관관계는 공간해상도가 비교적 큰 원격탐사 토양수분의 downscaling에 유용한 정보를 제공할 수 있으며, 지표상의 물 에너지 순환에 대한 보다 나은 이해를 줄 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1142-1146
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• 2008

토양수분은 지표수의 유출과정을 설명하는 과정에서 중요인자이며, 생태수문학의 핵심변수이자 기상모형의 결정적인 입력변수이다. 또한 토양수분의 공간적 시간적 특징들은 강우 및 지하수와 토양수분간의 순환 구조를 규명하는데 매우 중요하다. 본 연구에서는 산지사면의 토양수분을 체계적으로 측정하는데 필요한 시스템의 구축을 위한 기초조사 및 사전분석에 대한 연구를 수행하였다. 우수한 토양 수분 측정 장비인 TDR 장비 매설에 앞서 대상유역 선정에 대한 여러 가지 고려사항을 검토하고 수치지형 분석 등을 통한 사전분석을 실시하였다. 대상유역을 선정하기 위해서는 대상유역의 자료획득의 용이함, 지정학적, 시스템 운영적 측면에서의 가용성, 그리고 정밀측량 및 부수적요인 등 여러 요소의 고려가 요구된다. 본 연구에서는 경기도 파주시 적성면 설마리의 설마천 유역내 감악산 범륜사 우측 산지 사면을 측정대상 사면으로, 지정학적 위치, 식생분포, 지질구조 및 심도 등의 토양특성의 고려를 통해서 선정하였다. 또한 대상 사면에 흐름 발생 및 분포를 계산하기 위해서 대상사면의 지표 및 기반암 표고를 정밀 측량하였으며, 기반암 또는 풍화대까지의 깊이를 실측하여 지표면 및 지하면의 수치지형 모형을 구축하였다. 이를 대상사면 및 지하면에 대하여 표고수치지형모형(Digital Elevation Model:DEM)으로 도식한 후 흐름 발생 공간 분포를 계산하였다. 흐름발생공간분포예측은 단방향 알고리즘, 다방향 알고리즘, 흐름 분배 알고리즘 그리고 다중무한방향 알고리즘을 사용하여 지형인자인 기여사면적과 지형습윤지수를 계산하였다. 각 분배알고리즘의 의해 도출된 지형인자들로 인한 흐름발생 공간적 분포특성을 비교하였다. 이는 합리적인 토양수분 측정시스템을 구축하는데 중요한 의사결정 수단으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.437-441
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• 2017

우리나라는 전 국토의 70%가 산지이고 하천경사가 다른 나라에 비해 상대적으로 급하여 홍수 관리에 매우 불리한 조건을 가지고 있으며, 특히 홍수기간의 집중호우 및 돌발홍수는 인명과 재산의 막대한 피해를 입히고 있다. 최근은 기후변화로 인하여 극심한 홍수, 가뭄 등 재해의 발생빈도가 증가하는 추세로 기후변화의 영향을 최소화할 수 있는 수재해 방재관리가 필요한 상황이다. 중 대하천의 경우에는 비교적 수재해 방재관리가 잘 이루어지고 있으나, 소하천(일부 중하천 포함)의 경우에는 취약한 구조를 보이고 있다. 특히 홍수기간(7월~9월)의 인명과 재산의 피해는 주로 소하천 위주로 발생하고 있으며, 사전 사후의 체계적인 대응이 이루어지지 못하고 있다. 수재해 방재관리를 위해서는 일차적으로 수문자료의 획득에 있으며, 그 이후 해당유역에 적합한 수재해 대응을 위한 체계적인 방법론과 방재시스템 개발 운영이 수반되어야 안전한 방재관리를 할 수 있다. 따라서 수재해 방재관리 체계를 구축하기 위해서는 중 소규모 유역 단위를 대상으로 지속적이고 신뢰성 있는 자료의 획득과 축적이 중요하므로 중 소규모 유역 단위의 대표성 있는 시험유역의 운영은 매우 의미가 있다고 볼 수 있다. 본 논문에서는 한국건설기술연구원에서 운영하는 차탄천 유역(유역면적 $190.64km^2$, 유로경사 0.96%, 경기도 연천군 소재)의 신뢰성 높은 2016년 관측자료를 이용하여 강우특성, 유출특성, 증발산량 등 수문특성을 분석하였으며, 과거 관측결과와 비교하였다. 강우특성 분석으로는 호우사상 분리, 주요 호우사상 분석, 지속기간별 최대강우량, 시간분포 등이 있다. 2016년은 2015년보다 최대 강우지속기간은 적게, 평균 강우지속기간은 크게, 최대 강우강도와 평균 강우강도는 모두 적게 나타나는 호우의 특징을 보이나, 설마천 유역과 같이 50mm 이상의 호우사상수의 증가에 기인하여 연 총강우량 증가로 유출률이 증가하는 유출특성을 보인다. 2016년의 하천유출률은 강우량 대비 39.6%(장진교, 유역출구)와 58.9%(보막교, 중간 소유역)로 과거 2012년~2015년의 평균 유출률 48.9%와는 다소 차이를 보인다. 2015년의 장진교 38.2%는 차이를 보이지 않으나, 보막교의 38.3%는 많은 차이를 보인다. 강우-유출특성 분석결과 강우량의 증가에 기인하여 2016년의 연간 하천유출량은 2015년보다 크게 증가 하였다. 그리고 2016년의 증발산량은 강우량 대비 장진교 50.1%, 보막교 35.4%로 2015년의 장진교 49.9%와 비슷한 값을 보이나, 2015년의 보막교는 54.9%로 약 19.5% 정도의 적은값을 보인다. 온도, 습도, 풍속, 일조시간에 영향을 받는 증발산량은 2015년보다 일평균 습도는 변화가 거의 없었으나, 일평균 풍속의 증가, 일평균 기온과 일조시간의 감소에 기인하여 적은 증발산량을 보이는 것으로 분석되었다. 이와 같이 산정된 수문자료는 수재해 방재를 위한 기초자료로 매우 유용하게 활용되므로 지속적인 시험유역의 운영은 매우 필요하다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.583-583
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• 2015

근래 게릴라성 호우, 국지성 호우, 짧은 시간에 걸친 집중 호우 등 예측하기 힘든 강우로 인하여 발생하는 피해를 방지하기 위한 방재 사업의 일환으로 각종 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 원주천 유역, 설마천 유역 등 집중호우로 인해 산사태로 인한 피해가 빈번히 발생, 서울시를 비롯한 전국 도시의 내 외수로 인한 수해피해도 상습적으로 발생하고 있음에도 불구하고 지역 유형별 특성을 반영한 호우피해 대책은 미비한 실정이다. 수재해 사례별 강우특성을 분석하고 유역별 피해저감 대책을 분석하였다. 도시지역의 경우 내 외수로 인한 침수피해가 주로 발생하였고 하천준설, 제방공사, 관로 용량확장, 펌프장 증설 또는 확장을 하는 방법으로 피해를 복구하였다. 농경지의 경우 침수피해나 유실피해가 큰 편이며 2차적으로 오염피해를 유발한다. 우리나라에서는 논으로부터의 영양물질 유출 부하량에 관한 연구는 이미 수행되었으나, 직접적으로 토사유출을 저감하는 적극적인 방법에 대한 연구는 더 수행되어야 할 필요성이 있다고 사료된다. 산지유역의 경우 토석류, 유목등에 의한 피해가 심각하였으며 지금까지의 복구대책으로는 하천의 준설, 사방댐의 설치, 사방댐을 설치한 후 조림(造林)을 설치하여 유사저감 효과를 증대시키는 방법을 포함하여 링네트공법 등 국외에서 개발된 신기술 등이 적용되었다. 대표적 피해유역 유형은 도시, 농경지, 해안, 산지유역으로 분류할 수 있었으며 각 유역별 피해유형을 정리하였다. 앞으로의 연구에서는 기존의 유역별 피해사례 및 강우규모를 바탕으로 최근 강우특성에 적합한 설계기준을 제시하고 특히 유역특성을 반영한 지역 유형별 홍수피해 저감기법에 대해 연구하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.17-22
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• 2009

계절에 따른 토양공극의 수리학적 변화를 파악하기 위해서 설마천 유역의 범륜사 독립사면과 광릉 원두부 소유역의 독립사면을 대상으로 장력침투실험을 실시하였다. 토양수분 확보에 신뢰를 받기위해서 TDR(Time Domain Reflectometry)및 현장에서 토양의 불포화 투수계수 측정이 가능한 장력침투계(Tension infiltrometer)를 이용하였다. 계절에 따른 자료수집을 위해서 2008년 3월 20일 부터 약 6주간격으로 10월 29일까지 5회에서 6회 토양수분 자료 및 토양장력침투 자료를 획득하였다. 획득한 자료를 이용하여 포화 및 불포화 수리전도도, 대공극 유효흐름분율(macropore flow), 대공극 유효부피분율을(effective macroporosity) 나타내었다. 분기별로 자료분석 결과 계절별 특성이 나타남을 알 수 있다. 수리전도도는 3월, 5월, 10월은 유사한 반면 6월과 7월 그리고 9월은 상대적으로 높았다. 이는 여름철에 공극 발달이 활발하다는 것을 의미한다. 선행토양수분은 수리전도도에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 대공극의 발달은 삼림과 같은 복잡 경관에서는 강우사상에 따른 토양수분의 공간 분포 및 이송, 유출과정이 물순환에 영향을 미친다. 지형분석을 통한 공극의 흐름특성과 토양수분 유의성에 대하여 논의하였고, 대공극 변화에 밀접한 관계가 있는 식생과 그밖에 계절적으로 발달을 일으키는 요인을 모색 하였다. 본 연구는 계절에 따라 변하는 수리전도도를 기초로 하여 불포화대에서 토양공극의 수리학적 변화와 시공간적으로 침투흐름에 얼마나 영향을 주는가를 보여준다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.169-169
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• 2011

토양수분의 시공간적 분포는 수문 및 침식 모형 등에 중요한 근거를 제공하는 동시에 사면에서의 증발과 강우형성, 강우로 내려온 물이 침투나 하천 유입 등으로 인해 다시 해수로 들어가는물 순환 과정을 이해하기 위한 수문과정의 중요한 요소이다. 최근 들어 토양수분에 대한 많은 연구가 진행이 되고 있지만, 토양수분을 직접 측정하는 과정이 매우 어렵기에 통계적인 방법을 통해 예측을 하는 경우가 많다. 그렇기에 이번 연구에서는 설마천과 청미천 유역의 토양수분 자료를 이용하여 통계적 방법 중에 하나인 시간안정도 분석을 실시하여 시공간적 변동성에 대해 해석하였다. 토양수분 자료의 유의성을 검토해 본 결과, 연구지역에서의 토양수분의 공간적 분포는 Gumbel 분포가 적합하다는 결과가 나왔고, 이로 인해 연구지역의 토양이 비 균질함을 알 수 있었으며, 시간 안정도 분석을 통해 유역을 대표하는 지점을 찾을 수 있었다. 각 유역의 대표성을 띄는 지점을 찾음으로써, 모든 측정 지점에서 측정해보지 않더라도, 유역의 전체적인 토양수분 값의 분포를 예측해 볼 수 있다. 이는 토양수분 자료를 이용하는 향후 연구에 많은 경제성과 효율성을 제시할 수 있다. 외부적인 환경요인이 토양수분의 변동성에 어느 정도의 영향을 미치는지에 대한 분석을 분산 분석과 Tukey's 분석으로 실시하였고, 점토질의 토양과 경사도가 토양수분 변동성에 영향을 미친다는 결과를 얻을 수 있었다. 경사도가 토양수분의 변동성에 영향을 미친다는 결과를 통해, 산지 지형이 많은 우리나라의 대표적인 지표 특성상 향후 연구에 기반이 될 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1137-1141
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• 2008

본 연구에서는 경기도 설마천 지역에 위치한 독립사면에서 토양수분을 연속측정한 결과를 분석하였다. 관측망의 설계를 통하여 선정한 위치에 탐침을 매설하고 공간적인 분포를 가진 시계열 형태의 데이터를 10cm 깊이에서 수집하였다. 전이함수 모형을 사면에서의 토양수분 전이과정에 대응하고, 이를 실제 측정한 데이터에 의해서 분석한 결과와 비교해 보았다. 전이 함수 모형은 강우 데이터를 입력변수로 하고 토양수분 시계열 데이터를 반응 변수로 하여 전개하였고, 시계열 모형의 전개는 크게 자료전처리, 모형구조의 규명, 모수추정, 모형진단 등의 과정을 통해서 적합한 모형을 도출하였다. 산지 사면에서의 토양수분을 전이함수에 의하여 전개한 모형은 토양수분의 깊이별 변화와 지형적 분포 양상에 따라 특색을 나타내었다. 또한 2003년 가을과 2004년 봄의 전이함수 모형 추정을 통하여 계절별 특성이 나타남을 알 수 있는데, 봄의 토양수분의 분포는 가을의 토양수분에 비하여 큰 변동성과 고차항의 반응양상을 보인다. 본 연구는 전이함수를 이용한 토양수분의 시계열 분석이 사면에서의 토양수분 변동특성을 지형적, 계절적 특성과 연계하여 이해하고 특성화하는 과정의 적절한 도구가 될 수 있음을 보여주고 있다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제34권4호
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• pp.403-411
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• 2001

본 연구에서는 지표하층과 암반층 사이의 지표하흐름을 기존 TOPMODEL의 구조에 연계시킨 수정 TOPMODEL의 국내 유역 적용성을 검증하였다. 지표하층에 존재하고 있는 대공극은 신속한 유출발생을 위한 수문경로를 제공하고 있으며, 수문감쇠곡선 분석을 위한 이중저류체계의 필요성을 의미한다. 설마천 유역을 대상으로 2개월간의 연속적인 유역수문거동을 모의한 결과 수정 TOPMODEL은 기존 TOPMODEL에 비해 유출발생과정을 모다 포괄적이고, 현실적으로 재현할 수 있는 것으로 밝혀졌다. Monte-Carlo 방법을 도입한 매개변수 산정결과도 수정 TOPMODEL의 경우가 물리적으로 타당한 것으로 밝혀졌다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2004년도 학술발표회
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• pp.209-214
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• 2004

국내산지사면에서의 토양수분의 시공간적 분포를 파악하기 위하여 TDR(Time Domain Reflectometry)을 이용한 토양수분 장기 모니터링을 실시하였다. 대상사면을 측량하여 DEM(Digital Elevation Model)을 구축하고 흐름분배알고리즘에 적용하여 측정지점을 선정, 역 측량하여 효율적인 측정 체계를 구축하였다. DEM을 통하여 대상산지사면의 지형을 파악, 활용하여 정적 습윤지수(steady-state wetness index), 반동력학적 습윤지수(quasi-dynamic wetness index)를 구하였다. 장기 모니터링을 통한 토양수분 자료를 시공간적으로 분석하고 각각의 습윤 지수의 특징을 분석하고 습윤 지수와 토양수분 실측치와의 유의성과 제한점을 비교 분석하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제39권11호
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• pp.977-984
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• 2006

최적화 방법을 이용하여 대표적 침투 모형으로 잘 알려진 Horton모형의 최적 매개변수를 결정하였다. Horton침투 모형내 초기 침투능은 10일 단위 선행 강수량과 선형 조합의 관계를 갖는다고 가정하였다. 그리고 종기 침투능과 감쇄지수 값은 유역내 하나의 대표치로 결정하였다. 이렇게 하여 유역을 대표하는 모형의 매개변수 최적치를 얻었고 호우 사상별로 Horton의 침투식을 결정하였다. 본 연구에서 적용한 10개의 호우 자료는 임진강 내에 있고 배수 면적이 $8.5km^2$되는 설마천 시험 유역내 전적비교 지점에서 관측된 것이다.