• Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.57 no.3
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• pp.21-39
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• 2015

유역 내부의 수문과정에 대한 관측치를 이용한 모형의 보정은 분산형 수문수질 모형의 적용성을 높이는 방법으로 권장되지만, 관측치가 충분하지 않은 경우가 많아 적용사례가 드문 실정이다. 본 연구는 경지에서 유역의 출구까지 여러 단계의 수문과정을 고려하여 분산형 수문수질모형을 보정하는 방법을 제시하고, 이와 같은 방법으로 보정된 모형의 적용성을 검토하고자 하였다. 이를 위해 본 연구는 SWAT 모형을 이용하여 미국 조지아의 South Atlantic Coastal Plain에 있는 한 농업유역의 수문과정을 모의하였다. 또한, 유사와 영양물질의 구체적인 하천운송과정을 모의하기 위해 SWAT모형의 QUAL2E 모듈을 이용하였다. 모형보정은 유역의 유출량 및 유사와 영양물질의 양 뿐만 아니라 경지에서 관측된 바이오매스, 토양 침식량 및 영양물질 발생량, 수변지역 (riparian buffer)에서 발생하는 유사와 영양물질 감소, 하천운송과정 등을 고려하여 수행되었다. 모형의 보정 및 검증기간은 자료기간과 토양보전농법의 시행기간을 고려하여 선정되었으며, 보정된 모형의 적용성은 복수의 통계치 (NSE, RE, RSR 등)를 이용하여 분석되었다. 보정된 모형은 유역의 출구에서 하천유량과 총질소량을 각각 NSE 0.93 및 0.59의 정확도로 모의하였다. 그러나 유사 (NSE: 0.40)와 총인량 (NSE: 0.45)모의에서는 상대적으로 낮은 정확도를 보였다. SWAT의 QUAL2E 모듈을 이용하여 하천에서의 유사 및 영양물질 운송과정을 고려하는 것은 총인과 총질소 모의결과의 정확도를 향상시킬 수 있는 것으로 나타났다. 본 연구에서 다단계 수문과정을 고려하여 보정된 SWAT모형은 유역 내부에서 발생하는 수문과정을 모의하는데 적용성이 있는 것으로 나타났다. 하지만, 계측방법 및 계측된 자료의 분석방법의 변화에 따른 오차와 토지이용의 시공간적 변화를 모의에서 고려하지 못해서 발생한 오차를 감안하더라도, 보정된 모형은 유역출구에서 관측되는 유사와 영양물질 양을 정확하게 모의하는데 실패 (NSE < 0.5)하였다고 평가할 수 있으며, 이는 SWAT 모형의 보정에서 다단계 또는 유역내부의 수문과정을 고려하는 것이 유역출구에서 높은 모의 정확도를 얻는데 기여하지 못할 수도 있음을 보여주었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.933-936
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• 2005

본 연구에서는, 수문해석모형과 국산 GIS 엔진인 HyGIS와 직접연계를 통해 자료수집 분석, 모의수행 및 결과도시를 일괄적으로 수행될 수 있도록 GIS-수문통합모형을 개발하였다. GIS 기반 수문모형의 자동화를 위해 유역 추출, 하도망 생성, 유출 매개변수의 산정 및 수문모형 진행을 필요한 모든 과정들에 대해서 사용자 인터페이스를 구축하고, 강우자료, 레이다/위성자료, 설계강우 조건으로부터 NGIS를 활용한 수문분석을 위한 NGIS자료의 표준화 과정을 제시하였다. 수문해석을 위한 유역추적방법에는 Clark, SCS, Snyder 방법, 하도추적방법에는 Muskingum, Muskingum-Cunge 방법 등과 같은 실제 실무분야에서 많이 이용되는 방법들이 이용 가능하도록 구성하였다. 수문모형과 NGIS DB와의 Interface 기능을 활용하여 국내 실무분야에 적용함에 있어 편의성과 실용성을 갖춘 모형을 개발을 통해, 수문모형 구축 시 NGIS 자료 및 지형 DB의 표준화 과정을 제시하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.949-949
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• 2012

유출수문곡선은 강우량, 강우강도, 강우지속시간, 강우이동방향 및 이동속도와 같은 강우발생특성과 강수대의 공간적 이류방향과 유역형상과의 상호작용에 의하여 영향을 받으며, 특히 강우의 이류과정에서 나타나는 시간적, 공간적인 분포는 유출에 영향을 미치는 중요한 인자이다. 일반적으로 유출해석 기본이론은 연속방정식과 운동방정식으로서 운동파가정(kinematic wave analogy)을 기반으로 한 집중수문모형(lumped hydrologic model)에 의하여 수행되고 있지만 집중형 모형은 한 매개변수에 여러 가지의 물리적 과정을 개념화하여 담고 있기 때문에 유출과정에 대한 섬세한 모형화의 제약으로 인하여 강우의 이류과정에 따른 유출변화특성을 모의하기가 어렵다. 본 연구에서는 완전 분포형 수문동력학적 강우-유출 모형을 사용하여 강우의 이류특성을 반영할 수 있는 유출 모델을 구성하고, 강우의 이류특성에 따른 유역 출구에서의 유출수문곡선의 변화과정을 살펴보고 상관관계를 분석하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.311-315
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• 2011

산지하천 유역의 물순환 과정은 도시하천 유역보다는 매우 단순한 과정을 묘사하고 있다. 아무리 단순한 물순환 과정을 묘사한다 할지라도 물순환 요소별 정량적인 관측과 측정, 즉 수문자료의 부재, 수문자료가 있다 하더라도 일부분(홍수기 중심 및 단기간 자료)에 불과 하다면 불가능한 일이다. 한국건설기술연구원에서 16년간 운영해 온 설마천 시험유역은 장기간의 신뢰성 있는 수문자료를 축적하고 있으므로, 정량적인 물순환 과정을 규명할 수 있는 여건을 충족한다고 볼 수 있다. 설마천 시험유역의 물순환 구조는 자연계의 유입과 유출이 지배적이며, 이들의 수문성분을 규명하기 위해서는 각각의 수문성분들의 관측 및 해석이 필요하며, 각 수문성분들의 물수지 분석을 통하여 정량적인 합의 결과를 가시적으로 확보함이 매우 중요하다. 신뢰도와 정확성에 근거한 관측자료를 이용한 물수지 분석결과는 수문성분들의 총체적 표현이라 할 수 있는 모형(model)의 중요한 입력자료이며, 모형의 분석결과를 검증할 수 있는 중요한 기준이 된다. 모형의 결과와의 비교 검토를 통해 산지 소하천 유역의 물순환 관계를 규명하는 기반을 확보하게 될 것이다. 본 연구에서는 신뢰성 있는 수문자료를 이용하여 물수지 분석을 하였다. 설마천 시험유역의 신뢰할 만한 관측자료에는 강우, 하천수위, 지하수위, 기상 등이 있으며, 이들 자료를 이용하여 강우량, 유출량, 지하수 함양량, 증발산량을 산정하였으며, 현지조사 자료로는 지하수이용량이 있다. 이상의 분석결과로 산지하천 유역인 설마천 시험유역의 각 수문요소의 물 이동간의 정량적인 값을 알 수 있었으며, 앞으로 추가적이고 지속적인 수문모니터링이 운영되고 산지하천 유역에 적합한 물순환 해석 모형에 의한 검증이 수행된다면 정량적인 물순환 관계를 규명할 수 있을 뿐만 아니라 이와 관련된 수문요소 기술을 확보할 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.683-687
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• 2006

본 연구의 목적은 경기도 파주시 적성면 설마리에 위치한 설마천 시험유역을 대상으로 신뢰성 있는 수문자료를 지속적으로 수집하여 정확한 물순환 과정을 파악하는데 있다. 따라서 강우량, 수위, 유속, 유량, 수질, 부유사량, 기상 등의 기본적인 수문관측 자료를 축적하는 것이 일차적인 목적이고 최종적으로 수집된 자료를 이용하여 산지 소하천 유역의 수문특성을 규명하는데 있다. 2005년 설마천 시험유역 수문관측은 더욱 향상된 결과를 보였다. 노후화된 관측기기의 교체 및 추가 설치, 실시간 전송장비의 보완 및 운영, 각 관측소당 2기 이상의 동시 관측자료 확보 등을 통해 자료의 결측을 최소화하였고, 정확도를 개선하여 양질의 자료를 생성할 수 있었다. 관측된 우량과 수위 자료에 대해 일상적인 자료 검토 및 처리 과정을 보다 구체적으로 체계화하여 자료의 질이 향상될 수 있도록 하였다. 특히 유량측정 및 산정 방법을 국제 기준에 준하여 수행하고, 현장에서 실시간으로 측정 자료의 분석 및 검증이 가능한 유량측정용 PDA 시스템을 사용함으로써 보다 정도 높은 유량측정성과를 확보할 수 있었다. 이렇게 다각적인 방법으로 안정적인 관측 자료를 확보한 결과, 동절기를 제외한다면 전적비교와 사방교 지점에서 무결측의 유역평균우량과 유량자료를 구축할 수 있었다. 그리고, 본 연구에서는 실시간 전송장비와 설마천 시험유역 홈페이지(http://kict.datapcs.co.kr)를 통해 실시간으로 우량과 수위 자료를 인터넷과 PCS로 확인할 수 있도록 시스템을 운영하였으며, 이로 인해 언제 어디서나 설마천 시험유역의 현장상황을 신속하게 파악할 수 있도록 하여 자료의 질을 향상시킬 수 있는 기반을 구축하여 운영 중에 있다.본 시험유역의 주요연구 내용으로는 관측시설물의 유지관리, 수문기상관측, 수문기상자료 정리 검토, 기본수문특성 분석, 수문관측방법의 비교 검토, 유량측정 정확도 제고를 위한 현장적용평가, 동절기 수위-유량자료 고찰 등을 수행하였으며, 기본 수문특성 분석 내용으로는 호우사상 현황 분석, 지속기간별 최대 강우량분석, 두 우량계간의 강우량 비교, 6개 지점간 강우량 비교, 주요 호우사상의 시 공간적 분포 특성, 연간, 월별, 주요 호우사상별 유출률 분석과 부유사량 및 수질분석 등을 수행하였으며, 이로써 산지 소하천 유역의 물순환 과정을 보다 명확히 규명하고자 노력하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.36-36
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• 2022

2010년대 후반에 딥 러닝 관련 기술이 발전하고 복잡한 강우-유출 현상을 모의하는데 적합하다는 점이 알려지면서 많은 수문관련 연구에서 딥러닝 기법을 통하여 수문모델링을 대체 가능함을 제시하여 왔다. 그러나, 이러한 가능성은 단순 모의효율을 통한 분석이므로 실제 수문관리 현장에 대한 적용을 위한 고찰이 필요한 시점이다. 이에 본 연구에서는 딥러닝 기법을 통하여 수문모의의 가능성을 고찰하고 개선점을 고찰하고자 한다. 이를 위하여 수문자료에 많이 적용되는 LSTM 기법과 수문모형인 TANK모형을 이용하여 경상남도의 형산강 유역을 대상으로 2013년부터 2020년까지의 유출량을 모의하고 그 결과를 비교 분석하였다. 형산강 유역에 대한 수문모의를 수행한 결과, LSTM 기법을 이용한 수문모의가 TANK모형에 비하여 높은 모의효율을 보여주었다. 그러나, 높은 모의효율에도 불구하고 유역의 물리적인 강우-유출과정을 모사하는 수문모형과 달리 LSTM 기법은 인간이 이해할 수 없는 과정을 통하여 학습하고 구조화되므로 기존과 다른 경향의 입력자료로 인한 예측오류가 발생할 가능성과 그에 따른 인간의 판단불가에 따른 문제를 내포하고 있음을 고찰하였다. 따라서, 딥러닝을 이용하여 수문모델링 분야에 수문모형을 전면적으로 대체하기에는 어려움이 있을 것이다. 본 연구에서는 현재까지의 딥러닝을 이용하여 수문모형을 대체하기 위해서는 ① 국민의 생활에 직접적으로 영향을 미치는 분야가 아닌 단순 연구목적이나 위험성 분석 등에 적용하거나, ② 딥러닝의 모의결과에 대해 사용자가 검토하거나 판단할 수 있는 의사결정 체계를 구축하거나, ③ 도출된 결과에 대한 윤리적 검토나 책임소재에 대한 사회적 합의 등이 선결되어야 할 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.413-413
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• 2021

한강유역은 수도권 대부분을 포함하는 공간규모를 가지고 있으며, 사회·경제적 영향력으로 가장 중요하게 관리되고 있는 유역이다. 지속가능한 물환경관리를 위해서 통합물관리가 필요하며, 통합 물관리를 가능하게 하는 사회수문학적 프레임워크를 한강유역을 대상으로 구축할 필요가 있다. 사회수문학적 프레임워크는 역사사회수문학적 접근 방법에서 먼저 이해되어야 하며, 이를 위해 한강유역 물환경시스템의 역사사회수문학적 공진화 과정을 조사 및 분석할 필요가 있다. 이를 위해 본 연구에서는 한강유역 주요지점에 대한 수질측정망 자료를 활용하여 주요 수질인자(BOD, DO, T-N, T-P 등)들의 장기 변동 특성을 분석하고, 수질변화와 인간활동의 상호작용과 공진화 과정을 고찰하였다. 본 연구 결과는 과정사회수문학에 근거한 사회수문모형 구축을 위한 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.83-83
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• 2016

가뭄은 발생과정과 피해영향에 따라서 기상학적, 농업적, 수문학적, 사회경제적 가뭄으로 구분되고 있다. 강수의 부족은 기상학적 가뭄을 발생시키고, 기상학적 가뭄이 지속되면 토양수분 부족으로 농작물의 피해를 가져오는 농업적 가뭄이 나타난다. 이어서, 지표 및 지표 아래의 수자원량이 평년수준 이하로 감소하면서 수문학적 가뭄이 발생한다. 이와 같이 다른 종류의 가뭄으로 가뭄이 변화하는 현상을 가뭄 전이(Drought Propagation)라고 한다. 강수량의 부족만으로 판단되는 기상학적 가뭄은 가뭄 상황의 판단은 간단지만, 체감으로 느끼는 가뭄과 차이가 존재한다. 수문학적 가뭄은 실제 물이용과 관련이 높아 효율적인 물 관리를 위해서는 수문학적 가뭄에 대한 정보가 필요하다. 하지만 수문학적 가뭄은 기상학적 인자들뿐만 아니라 수문순환과정의 영향을 받아 가뭄의 발생과정이 복잡하기 때문에 판단 및 예측이 어렵다. 본 연구에서는 가뭄의 전이관계를 도출함으로써, 기상학적 가뭄에서 수문학적 가뭄으로 발전되는 가뭄의 크기를 파악하고자 한다. 가뭄은 판단기준에 따라서 다양하게 정의될 수 있다. 본 연구에서는 기상학적 가뭄은 강우량으로, 수문학적 가뭄은 유역별 댐의 저수율, 유입량 및 지하수위를 활용하여 가뭄을 정의하며, 가뭄사상은 임계수준방법(threshold level approach)과 풀링기법(pooling method)을 수문기상 변수들에 적용하여 추출하였다. 수문학적 가뭄은 기상학적 가뭄이 발생한 이후, 가뭄 상황이 일정기간 지속되는 상황에 발생하는 결과가 확인되었다. 기상학적 가뭄에서 수문학적 가뭄이 전이되는 현상을 바탕으로 기상학적 가뭄의 상황에 따라서 미래의 수문학적 가뭄의 변화 양상에 대하여 예측가능하며, 가뭄의 전이관계는 수문학적 가뭄의 예측을 위한 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.860-864
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• 2007

본 연구의 목적은 한국건설기술연구원에서 운영하는 설마천 시험유역을 대상으로 신뢰성 있는 수문자료를 지속적으로 수집하여 정확한 물 순환 과정을 규명하는데 있다. 강우량, 수위, 유속, 유량, 수질, 부유사량, 기상 등의 기본적인 수문관측 자료를 축적하는 것과 수집된 자료를 이용하여 유역의 유출특성 분석, 수문관측 기술개발과 각종 관측기기의 적합성 검증과 측정방법을 개선하는데 있다. 설마천 시험유역 수문관측은 해마다 노후화된 관측기기의 교체 및 추가 설치, 실시간 전송장비의 보완 및 운영, 각 관측소당 2종 이상의 동시 관측자료 확보 등을 통해 자료의 결측을 최소화하였으며, 정확도를 개선하여 양질의 자료를 생성할 수 있었다. 관측된 우량과 수위 자료에 대하여 일상적인 자료 검토 및 처리 과정을 보다 구체적으로 체계화하여 자료의 질이 향상될 수 있도록 하였으며, 특히 유량 측정 및 산정 방법을 국제 기준에 준하여 수행하여 보다 정도 높은 유량측정성과를 확보할 수 있었다. 이렇게 다각적인 방법으로 안정적인 관측 자료를 확보한 결과, 동절기를 제외한 전적비교와 사방교에서 무결측의 유역평균우량과 유량자료를 구축할 수 있었다. 그리고, 본 연구에서는 실시간 전송장비와 설마천 시험유역 홈페이지(http://kict.datapcs.co.kr)를 통해 실시간으로 우량과 수위 자료를 인터넷과 PCS로 확인할 수 있도록 시스템을 운영하였으며, 이로 인해 언제 어디서나 설마천 시험유역의 현장상황을 신속하게 파악할 수 있도록 하여 자료의 질을 향상시킬 수 있는 기반을 구축하여 운영 중에 있다. 본 시험유역의 주요 연구 내용으로는 수문 기상관측, 수문 기상자료 정리 검토, 기본 수문특성 분석, 수문관측방법의 비교 검토 등을 수행하였으며, 기본 수문특성 분석 내용으로는 호우사상 현황 분석, 지속기간별 최대 강우량 분석, 2종 우량계간의 강우량 비교, 6개 지점간 강우량 비교, 주요 호우사상의 시 공간적 분포 특성, 연간, 월별, 주요 호우사상별 유출률 분석과 부유사량 및 수질분석 등을 수행하였으며, 이로써 산지 소하천 유역의 물 순환 과정을 보다 명확히 규명하고자 노력하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.288-288
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• 2021

수문 모델링을 이용하여 미계측 유역의 유출을 예측하고 나아가 수문 현상을 이해하기 위해서는 기존과는 다른 새로운 모형 보정 전략과 평가 방법이 필요하다. 위성 관측자료의 가용성 증가는 미계측 유역에서 수문 모형의 예측 성능을 확보할 기회를 제공한다. 유역 내 증발산 과정은 물 순환 과정을 설명하는 주요한 부분 중 하나이다. 또한 식생에 대한 정보는 증발산 과정과 밀접한 연관을 가지기 때문에 간접적으로 유역의 증발산 과정을 이해할 수 있는 중요한 정보이다. 본 연구는 미계측 유역의 하천유량을 예측하기 위해 위성 관측 기반의 식생 정보만을 이용하여 보정된 생태 수문 모형의 잠재력을 조사한다. 이러한 보정 방법은 관측된 하천유량 자료가 있어야 하지 않기에 미계측 유역의 하천유량 예측에 특히 유용할 것이다. 모델링 실험은 관측 하천유량 자료가 존재하는 5개의 댐 유역(남강댐, 안동댐, 합천댐, 임하댐)에 대해 수행되었다. 본 연구에서는 식생동역학이 결합 된 집체형 수문 모델을 이용하였으며, MODIS 잎면적지수(Leaf Area Index, LAI) 자료를 이용하여 모형을 보정하였다. 보정된 모형으로부터 생산된 일 유량 결과는 관측 유량 자료와 비교된다. 또한, 전통적인 관측 유량 기반의 모형 보정 방법과 비교된다. 그 결과 LAI 시계열을 이용한 모형의 보정으로 획득한 유량의 적합도는 남강댐, 안동댐, 합천댐 유역에서 KGE가 임계치 이상으로 나타나 만족스러운 결과를 보여주지만, 임하댐 유역은 KGE가 임계치 이하로 계산되었다. 그러나 해당 유역에 대해 관측 유량을 기반으로 모형 보정 결과 또한 좋지 않은 적합도를 보여주기에 이는 LAI 자료 기반 접근법의 문제가 아닌 입력정보 또는 모형 자체에 포함된 오차로 인해 해당 유역의 특성을 반영하기에 어려운 것으로 판단된다. 이러한 결과는 증발산 과정에 주요한 식생 정보의 제약만으로도 비교적 만족스럽게 유역의 수문 순환을 재현할 수 있다는 가능성을 보여준다.