• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.397-397
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• 2020

가뭄을 전망하는 방법으로는 통계적 방법과 물리적 방법으로 구분할 수 있다. 통계적 방법은 과거의 기상 및 수문현상이 미래에도 재현될 수 있다는 전제하에 미래 가뭄상황을 전망하는 방법이다. 그러나 이 방법은 예측된 결과들이 모두 과거의 경향에 국한됨에 따라 최근에 급변하는 수문기상의 특성을 고려하는데 한계가 있다(Trenberth, 1994). 물리적 방법은 주어진 초기 수문기상조건으로부터 역학적 알고리즘이 탑재된 기상 및 수문모형의 연계모의를 통하여 미래 가뭄을 전망하는 방법으로 모형에 따른 불확실성이 발생할 수 있으나 최근 수문순환의 변화를 예측가능하다는 장점이 있어 활용도가 높다. 본 연구에서는 기상예보자료와 지표수문모형을 연계한 물리적 기반의 수문학적 가뭄전망정보를 산정하고, 활용성을 평가하였다. 기상예보자료는 기상청 현업예보 모델인 GloSea5로부터 생산된 자료를 이용하였으며, 수문학적 가뭄전망을 위해 MSWSI (Modified Surface Water Supply Index)를 활용하였다. 수문학적 가뭄전망정보는 현재의 수문조건이 지속된다는 가정하에 예보선행시간 3개월까지 산정하였다. 2015~16년 기간에 중권역별 가뭄전망정보를 산정하였으며, 전망정보의 예측성은 통계분석을 이용하여 정량적으로 평가하였다. 금회 제시한 연구방법은 현재의 수문조건이 지속될 시 기상예보에 따른 중권역별 수문학적 가뭄을 예측할 수 있다는 점에서 활용성이 높을 것으로 판단된다.

• 한국지리정보학회지
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• 제17권3호
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• pp.160-174
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• 2014

본 연구의 목적은 광역의 일단위 수문순환을 모의할 수 있는 격자기반의 분포형 모델을 구축한 후, 이를 미래 기후변화에 따른 광역적 수문영향을 평가하는데 있다. 격자별로 지표 유출층, 지표하 불포화 및 포화 토양층의 3단으로 구성하여 일별 물수지를 계산하며, 증발산량은 Penman-Monteith방법을 사용하였고, 지표 및 지표하유출은 지체계수(lag coefficient)와 감수곡선 계수(recession curve slope)를 적용하였다. 모델의 검보정을 위하여 한강유역의 충주댐과 소양강댐을 대상으로 9개년(2001-2009)의 댐유입량 자료를 이용하여 모델의 6개 주요매개변수를 보정하였으며, Nash-Sutcliffe 모델효율 (NSE)은 각각 0.57, 0.71의 값을 보였으며, 결정계수($R^2$)는 각각 0.65, 0.72의 값을 보였다. 5개의 IPCC SRES A1B 기후변화 시나리오자료(CSIRO MK3, GFDL CM2_1, CONS ECHO-G, MRI CGCM2_3_2, UKMO HADGEMI)를 적용한 결과, 미래 유출량의 변화는 강수량과 비슷한 경향을 보이면서 전체적으로 7.0%~27.1% 증가하였고, 증발산량도 미래 기온의 증가경향으로 일부 경우를 제외하고 증가하는 경향을 나타내었으며, 이들의 공간적 변화를 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.369-369
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• 2011

전 세계적으로 이상기후와 기후변화와 관련된 연구가 활발히 진행되고 있다. 국내에서도 기후변화가 수문환경에 미치는 영향에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 한편 도시지역에서의 기후변화에 관한 연구는 비교적 미비한 편이다. 따라서 본 연구에서는 기후변화에 의한 도시지역의 수문 변동성을 평가하고자 고해상도 미래 기후 시나리오와 장기유출 모형을 이용하여 분석을 수행하였다. 기후 시나리오는 IPCC SRES-A2 시나리오와 전구기후모델인 ECHO-G/S로 생산되었고, RegCM3모델로 상세화된 5Km격자의 고해상도 시나리오를 이용하였다. 도시지역의 피복과 도시화의 정도를 고려할 수 있는 수문 모형으로 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)을 이용하여 기후시나리오의 적용을 통해 유출량을 모의하였다. 대상 유역으로는 서울시의 대표적인 도시하천인 중랑천으로 선정하였고 분석기간은 2010년부터 2099년까지 대상으로 하여 분석을 수행 하였다. 분석 결과 전체적으로 증가 경향을 보이며 특히 미래 2070년부터 2099년 기간에는 다른 기간보다 하천의 유량이 크게 증가하는 것으로 나타났다. 본 연구의 결과를 통해서 지자체의 도시하천에 대한 계획 및 관리하는 측면에서 유용하게 사용 될 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.131-131
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• 2022

기후변화의 영향으로 극치강우의 변동성이 커지고 있으며 계획빈도를 초과하는 폭우로 피해가 증가하고 있다. 기존의 물리기반의 홍수예측모델은 개념적 및 구조적 제약과 함께 다양한 유역조건 및 수문기상 조건에 기인한 강우-유출 관계의 불확실성을 고려하는 데 한계가 있다. 특히 한정된 홍수 사상을 통해 구축된 관측 자료로 인해 새로운 홍수 사상 예측 능력이 저조할 수밖에 없다. 따라서 기존 물리모형 기반의 홍수예측과 함께, 딥러닝(deep learning) 모형을 고려한 홍수예측 모델 개발과 개선이 필요하다. 본 연구에서는 다양한 분야에서 활용되는 인공지능(artificial intelligence, AI) 기술을 종합적으로 검토하고, 홍수 예측 측면에서의 활용 가능성 및 신뢰성을 고려하여 AI 기법을 채택하였다. 한강수계에 존재하는 댐 중 일부를 선정하여 대상 댐의 수문·기상학적 자료를 전처리한 후, 인공지능 기반의 홍수예측모형을 구축 및 최적화하였다. 다양한 예측인자와 모델 구성으로 홍수예측력에 대한 평가를 다각적으로 수행함으로써 홍수예측모델의 신뢰성을 제고하였다. 전반적으로 우수한 결과를 도출하였고, 유역면적이 작을수록 결과가 좋았다. 이는 넓은 유역일수록 복잡한 강우-유출 과정이 내재되어 있기 때문으로 판단되며, 넓은 유역에는 본 연구에서 활용한 자료에 추가적인 자료를 도입하여 모형 개선이 이루어져야 할 것으로 판단하였다. 수문 예측 연구에 통계모형이나 기계학습모형의 적용은 많이 있었지만, 딥러닝 기법 활용은 새로운 시도라는 점에서 의미가 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.150-150
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• 2015

최근 하천의 수위조절 기능을 수행하는 보 건설이 증대되고 있다. 보는 원활한 용수공급을 위해 필수적인 구조물이지만, 하천 횡단 구조물의 특성상 유사퇴적에 의한 통수단면적 감소, 홍수위험도 증가, 수질악화 등의 문제를 내포하고 있다. 이를 해결하기 위해 유사시 유사배출이 가능하고 수문개도를 통한 통수단면적 조절로 홍수위험도를 감소시킬 수 있는 가동보를 고정보와 병용해서 적용하는 추세이다. 가동보는 수문 운영 방식에 따라 하류의 흐름상태가 다양하게 나타나며, 흐름 상태에 따라 하도 및 구조물에 미치는 영향도 달라진다. 그러나 기존 가동보 및 보 하류 구조물의 설계 시 일반적으로 수문 운영조건을 고려하지 않고, 홍수위 조건을 최악조건으로 고려하는 한계가 있다. 본 연구에서는 3차원 수치모델(FLOW-3D)을 활용하여 가동보의 운영에 따라 발생하는 다양한 흐름조건이 보 하류에 미치는 영향을 검토하고자 한다. 수치모델의 검증을 위해 기존 수행된 수리실험과의 비교를 수행하였고, 홍수위 조건(수문 전문개도) 및 관리수위 조건(수문 일부개도)에서 수치모의를 수행하였다. 보 상류, 직하류, 도수종점에서 발생하는 단면최대유속, 바닥전단 응력, Froude 수 등의 수리특성을 분석하였고, 상하류간 수심차와 수문개도높이의 비와 접근유속과 보 직하류에서 유출되는 유속의 비로 무차원화하여 관계를 분석하였다. 또한 홍수위 조건과 관리수위 조건에서 발생하는 수리특성을 비교함으로써, 보 하류부 구조물 설계 시 반영할 최악조건을 예측하고, 수문운영이 하류부에 미칠 수 있는 영향을 가시적으로 확인할 수 있었다. 향후 상류의 유량조건 및 상하류 수위차에 따른 가동보의 운영조건이 보 하류의 안정성 지표산정에 활용될 수 있기 위해 보다 심도있는 연구 수행이 필요하다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.328-328
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• 2019

효울적인 수자원 관리를 위해 홍수, 가뭄예측을 비롯한 수문분석이 필수적이나 입력자료 구축시스템의 한계로 인해 다양한 수문 데이터를 활용한 연구가 부족한 실정이다. 입력자료의 안정적인 구축뿐 아니라 입력자료의 다양화 및 최적화를 통해서 수문분석의 정확성을 향상시킬 수 있으며 이를 위한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 지표면과 지표아래의 토양 수분 상태를 개념화한 분포형 수문 모델을 이용하여 대표적인 기상-수문 인자인 강우, 토양수분 및 증발산 데이터를 적용함으로써 입력자료를 최적화하기 위한 방법을 연구하였다. 연구결과 강우-유출모형의 회귀분석에서 결정계수 값이 0.8 이상으로 신뢰할 만한 수준을 보였으며, 연구지역의 유출특성이에 입력자료의 최적화 정도에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이를 통해 강우-유출모형 입력자료의 다각화 및 최적화 연구를 통해 수문 자료 활용 가능성을 확대하고, 모형의 정확도 개선을 기대할 수 있으며, 분석 결과로부터 개념적 강우-유출 모형의 안정성을 검증할 계획이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1344-1348
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• 2008

HMS(Hydrological Modelling system)는 유역의 지형자료와 강우와 같은 기상관련 시계열 자료 등 수문 유출과 관련되는 많은 매개변수를 포함하고 있으며, 모형의 구동을 위해서는 다양한 공간 비공간 자료 및 시계열 자료가 요구된다. 특히 다양한 비공간 정보의 경우 이를 모형에 적용하기 위해서는 비공간 정보에 대한 열람, 선택, 편집, 적용 시나리오의 설정, 입력변수의 적절성 평가, 모형 구동결과의 검 보정 등 복잡한 절차가 필요하다. 최근 들어 공간자료의 효율적 처리를 위해서 지리정보시스템과 수리 수문모델들 간의 연계를 통한 자료 생성과 입력 및 분석과정을 일괄적으로 처리하고자 하는 연구들이 발표되고 있다. 본 연구에서는 한국형 수자원지리정보시스템인 HyGIS와 HMS 모형의 연계 시스템인 HyGIS-HMS의 개t선과 적용성 평가를 목표로 하고 있다. 이를 위하여 HyGIS-HMS 데이터 모델을 기반으로 하는 시스템의 운영 프로세스를 재정립하였다. HyGIS에서 구축된 공간 DB를 이용하여 HMS 모형의 입력 지형인자를 계산하고 있으며, 수문시계열 자료는 HyGIS의 시계열 DB를 이용하고 있다. HMS에서는 공간 자료와 시계열 자료 외에도 다양한 비공간 자료를 이용하고 있다. 이러한 비공간 정보를 DB기반 시스템에 맞추어 효과적으로 관리 및 사용하기 위하여 HyGIS-HMS에서는 Static DB를 이용하고 있으며, Static DB에서 모형의 입력자료로 직접 이용되는 자료와 모형의 수행결과는 Dynamic DB를 이용하고 있다. 또한 개발된 시스템을 경안천 유역에 적용하여 2006년과 2007년의 유출특성을 분석하였다. 이러한 개발환경의 적용을 통해 HyGIS 데이터모델과 HyGIS-Model의 운영환경이 HyGIS-HMS개발에 효과적으로 이용될 수 있는 것으로 나타났다.

• 물과 미래
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• 제18권2호
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• pp.143-152
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• 1985

Horton의 지형법칙을 수문응답의 직접변수로 결합시켜 유출수문곡선을 재현하는 방법을 제시하였다 Itrube 등의 지형학적 순간단위도(Geomorphologic IUH) 이론과 Bras 등의 지형기후학적 순간단위도(Georphoclimatic IUH) 이론을 Sukekawa가 제시한 홍수유출모델에 적용시켜, 지형인자 및 기후특성이 고려된 수문응답함수를 재구성하였다. 분석결과 본 이론의 실제 유역에 대한 적용이 우수하였으며, 유역을 m(1∼4)개의 저수지로 모델화할 때, 유역면적의 대소에 관계없이 유역을 2개의 저수지로 가정한 m=2인 모델이 가장 적합한 것으로 나타났다. 또한 하천 차수법을 이용 유역을 모델화함으로서 본 이론의 확대해석이나 일반화가 이루어질 수 있을 것으로 판단되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.362-362
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• 2019

제주도는 화산섬의 지질특성상 지표수의 개발이용여건이 취약한 관계로 용수의 대부분을 지하수에 의존하고 있다. 따라서 제주도는 정책 및 연구적으로 오랜 기간 동안 지하수의 보전관리에 많은 노력을 기울여 오고 있다. 하지만 최근 기후변화로 인한 지하수위의 하강 및 해수면 상승으로 인한 해수침투의 문제가 꾸준히 제기되고 있으며, 제주도 일부지역에서는 축산폐수 등으로 인해 지하수의 수질오염문제가 발생하고 있다. 따라서 제주도 지하수의 수량 및 수질에 대한 체계적인 관리의 필요성이 증대되고 있다. 지하수에 절대적으로 의존하고 있는 제주도의 수자원의 개발 및 이용 여건을 고려할 때, 지하수의 수량 및 수질에 대한 학술적 토대가 확고히 구축되어야 할 뿐만 아니라 기후변화에 대응한 최적 물관리기법의 개발이 필요한 실정이다. 하지만 제주도의 수자원에 대한 기존의 연구들은 제주도 전역에 대해 최신의 분석방법을 사용한 종합적인 연구가 아닌 일부지역을 대상으로 한 지하지질분석, 지구물리탐사 및 대수성시험 위주의 단편적 분석, 개념적 수문모델의 적용에 의한 대략적인 분석, 또는 일부지역을 대상으로 한 지하수 흐름분석 및 해수침투 분석 위주로 수행되었다. 이러한 기존의 연구들은 여러 가지 문제점을 내포하고 있는데 첫째, 일부지역의 지하지질이 제주도의 복잡한 지하지질특성을 대표할 수 없다는 점과 둘째, 개념적 수문모델은 제주도와 같이 강우의 큰 시공간적 변동성을 고려할 수 없으며 지하지질 특성의 공간적 변동성 또한 적절히 반영할 수 없다는 점 및 셋째, 지하수의 이동은 유역경계와 일치하지 않으므로 독립된 소유역을 대상으로 산정한 지하수 부존량은 소유역내 실제 지하수 부존량과 다를 수 있다는 점 그리고 마지막으로 개별적으로 수행된 지표수, 지하수 및 수질 분석들은 서로 연결성이 없어 이들 간의 상호작용을 고려하지 않아 그 결과의 신뢰성이 떨어진다는 점 등이다. 이러한 제주도에 대한 기존 연구들의 한계점을 극복하기 위해서는 제주도 전역에 대한 종합적인 연구가 필요하다. 이를 위한 방안으로서 제주도 전체를 대상으로 한 최신의 분포형 수문모델의 구축이 필요하며 이 수문모델은 지표수 및 지하수의 상호작용과 해수침투 및 수질 또한 모의할 수 있어야 할 것이다. 그리고 이 개발된 모형과 기후변화 시나리오를 사용하여 미래 수자원변화에 대한 대응이 필요하다. 이에 대한 해외연구사례로서 미국지질조사국이 하와이 섬들 및 괌 등에 대해 수행했던 연구들을 참고할 수 있다. 제주도 전체에 대한 신뢰할만한 종합적인 분석결과는 제주도 수자원의 정책수립에 기초로 활용할 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.126-126
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• 2019

과거부터 수자원분야는 공학적인 측면을 주로 강조하였으며, 따라서 인문사회학적 요소(예, 토지이용, 인구, 생태 환경, 경제발전 등)가 종종 배제된 채 시설물 계획이 이루어졌다. 그러나, 경제가 발전하고 사회의 모습이 복잡해짐에 따라, 수자원 관련 시설물의 계획에 있어 다양한 인문사회학적 요소를 고려할 필요성이 높아지고 있다. 본 연구에서는 사회-수문 모델링 기법을 이용하여 사회-수문 상호 간 순환적 관계를 파악하고, 특히 다목적댐이 인문사회에 미치는 영향을 정략적으로 파악하고자 하였다. 우리나라는 기후변화에 의한 극한가뭄과 홍수발생 빈도가 증가하고 있다. 이에 대한 대책으로, 다목적댐을 건설하여 효율적인 수자원 관리를 하고 있다. 본 연구에서는 대상지역으로 국내 강원도의 횡성댐을 선정하였다. 횡성댐은 하류에 위치한 횡성군과 원주시에 생 공 농업용수를 공급하는 용수원의 역할과 섬강 하류지역에 발생하는 홍수를 방어하는 역할을 하고 있다. 횡성댐 유역의 사회-수문학적 관계를 이해하기 위해 인과지도를 이용한 시스템 요소간의 상호연관성을 파악하였고, 이를 바탕으로 수문학적 요소와 인문사회학적 요소 사이의 관계식을 구성하였다. 수자원 분야에 해당하는 요소로는 생 공 농업용수 이용량 및 댐 저수량과 방류량을 선정하였으며, 인문사회학적 요소는 인구, 공업지역 농경지 주거지역의 면적 및 지역 내 총생산액을 선정하였다. 이와 같은 사회-수문학 요소를 바탕으로 해당 지역의 사회-수문 전체의 동태적 변화를 이해하기 위해 시스템 동적모의(System Dynamics) 모형을 이용한 모델링을 진행하였다. 다목적댐 건설 전 후로 대상지역의 용수 이용량과 인구 및 지역 총생산액 등의 데이터를 수집하여 모델을 검증하였다. 나아가 구현한 모형을 활용하여 향후 기후변화 발생 시 다목적댐이 대상지역의 용수이용 및 인구변화, 지역경제에 미치는 영향을 정량적으로 분석하였다. 본 연구는 인문사회분야와 수자원분야 사이의 영향관계를 이해하고, 모델을 이용한 정량적인 분석을 통해 향후 수자원 시설물 계획 및 정책마련을 위한 의사결정도구로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.