• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.2179-2183
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• 2008

지금까지 분포형 모형 개발에 대한 많은 노력이 있음에도 불구하고 여러 제약사항들에 의해 잠재력을 보여주는 정도로 활용되어 왔으나, 최근 급속도로 발전하는 컴퓨터의 계산능력, DEM 등 디지털정보의 구축이 진행되어 오고 있고, GIS 및 인공위성 영상기법의 발달로 공간적인 비균질성을 고려하여 유출과정에서 운동역학적인 이론을 기반으로 물의 흐름을 수리학적으로 추적해 나가는 물리적기반의 분포형 유출모형의 활용도가 높아지고 있다. 본 모형개발에 있어 이론적 배경이 된 모형은 1998년부터 일본 교토대학 방재연구소 코지리 연구실에서 개발 중인 Hydro-BEAM으로 유역 물순환의 건전성을 평가하기 위하여 장기간의 유역 내 유량, 수질을 시계열 및 공간적으로 파악하여 유역의 영향평가를 위해 개발된 물리적 기반의 격자구조를 가진 분포형 장기유출 모형이다. 유출량 계산은 유역내 수평 유출량산정 모듈로서 평면 분포형의 격자형을, 연직 분포형으로는 $A{\sim}B$층의 수평유출량은 하천으로 유입하고, C층은 하천유량에 영향을 미치지 않는 지하수층으로 가정하는 다층모형을 이용해서 A층, 지표 및 하도흐름은 운동파 법(kinematic wave)으로, $B{\sim}C$층의 유출량은 선형저류법으로 계산하는 모형이다. 본 연구에서는 격자흐름방향을 4방향에서 8방향으로 개선하였고, 모형의 각종 수문매개변수들을 GIS와 연계하여 직접 입력할 수 있도록 하였으며, 물리적기반의 침투과정을 모의할 수 있도록 Green & Ampt모듈을 추가하고, 향후 레이더 강우 및 수치예보강우의 홍수유출예측을 염두에 두고 격자강우량을 활용할 수 있도록 하는 등 홍수유출해석을 위한 분포형 강우-유출모형으로 개선 하였고, 이를 남강댐유역에 적용해 봄으로써 모형의 적용성을 검토해 보고자 하였다. 홍수기동안의 지표흐름과 지표하 흐름의 시간적 변화와 공간적 분포를 모의할 수 있었으며, 전처리과정으로서 ArcGIS 혹은 ArcView등의 GIS 프로그램을 이용하여 모형에 필요한 ASCII형태의 입력 매개 변수 자료들을 가공하였다. 또한 후처리과정으로서 모형의 수행결과인 유역내의 유출량 분포 등을 GIS상에서 나타낼 수 있도록 ASCII형태로 출력하도록 구성하였다. 남강댐유역을 대상으로 유역을 500m의 정방형 격자로 분할하고 수계망을 통하여 유역 출구까지 운동파이론에 의해 추적 계산하였으며, 수문곡선 비교결과 재현성 높은 결과를 보여주었다. 모형의 정확성 및 실용성에 대한 보다 정확한 평가를 위해서는 향후 다양한 강우 사상 혹은 다양한 크기의 유역에 대한 유출량의 재현성 및 매개변수 등에 검증이 이루어져야 할 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.310-310
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• 2017

홍수추적 모형의 적절성을 결정하는 중요한 요소 중 하나는 모형의 매개변수이다. 특히 자연하천에 관한 부정류 계산모형의 매개변수인 조도계수는 하상재료의 특성에 따라 좌우되는 표피마찰뿐만 아니라 하상의 굴곡 등 단면형의 변화에 따른 형상손실 및 하천의 사행에 따른 손실 효과 등을 포괄적으로 내포하고 있기 때문에 모든 하천구간에 대하여 일반적으로 적용할 수 있는 조도계수의 값을 하나로 결정하기는 어렵다. 또한 조도계수는 흐름조건, 즉 유량 또는 수위의 변화에 따른 가변성을 갖고 있기 때문에, 흐름이 시간 및 공간적으로 변화하는 부정류 계산모형에 있어서는 더욱 그러하다. 그러므로 본 연구에서는 조도계수의 가변성과 다수 지점의 관측치를 고려한 모형보정의 결과로부터 얻은 파레토 최적화와 최소최대 후회도 방법(Minimax regret approach, MRA)을 결합하여 부정류 계산모형의 안정적인 매개변수를 선정할 수 있는 방법을 제안하였다. 여러 지점의 관측치를 고려한 모형의 보정은 다목적 최적화 문제로서, 여러 지점에 대한 가중치를 결합하여 얻은 하나의 목적함수에 대하여 여러 번의 개별 최적화를 수행함으로써 다수의 파레토 최적해들을 구할 수 있는 통합접근법을 적용하였다. 이때 유량에 따른 조도계수의 가변성을 나타내는 두 개의 매개변수로 구성된 관계식을 이용하여 두 구간에 대한 매개변수들을 모형의 추정 대상 매개변수로서 최적화하였다. 이 후 각기 다른 홍수사상에 대해 보정과 검증을 수행하였으며 각각에 대한 평가지표의 후회도를 정량화하였고 최종 안정적인 매개변수를 추정하기 위해 MRA를 이용하여 종합적인 순위를 도출하였다. MRA는 완전히 불확실한 의사결정 상황에서 유용한 방법으로 알려져 있는데 가장 나쁜 순위가 가장 좋은 것을 선택할 수 있게 하는 보수적인 의사결정기법이다. 계산결과 추정된 모형의 가변조도계수와 그로부터 얻은 두 개 지점에서의 평가지표인 RMSE는 두 지점에 대한 가중치의 조합에 따라 선택되는 매개변수 값에 따라 달라짐을 알 수 있었다. 본 연구에서 제시한 방법은 수문 및 수리모형의 다수의 관측지점의 자료를 이용한 매개변수 산정문제에 있어서 안정적인 해를 도출할 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.243-243
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• 2017

산업화에 따른 온실가스 배출량 증가는 심각한 기후변화의 원인으로 작용하여 우리나라를 포함한 전세계는 이에 대응하고자 노력하고 있다. 지구온난화 및 엘리뇨 현상 등으로 인하여 가뭄, 홍수, 한파, 혹서 등의 재해와 기상이변이 속출하고, 최근 들어서는 우리나라의 경우 매년 가뭄이 발생하고 있어 이에 대한 대책이 시급한 실정이다. IPCC 제5차 평가보고서에 의하면 최근 10년간 전세계 온실가스 배출량은 이전보다 급격이 증가하였고, 우리나라 온실가스 총배출량도 1990년대에 비해 약 100% 이상 증가하는 것으로 보고되었다. 또한, 농촌지역에서의 주요 기후변화 영향은 농업용수의 가용성과 적정 공급, 식량 안보, 농업 소득 등에 영향을 미치게 되며 농업이나 물, 산림, 생물 다양성 등을 위한 추가적인 적응 대책을 농촌지역의 발전을 위한 의사결정 차원의 정책으로 실행할 필요가 있다고 제언하고 있다. 미국, 영국, 일본 등 주요 선진국에서는 기후변화 관련 법적, 제도적 근거를 마련하여 자국의 기후변화 적응 프로그램을 이미 시행하고 있으며, 우리나라도 기후변화에 대비하기 위하여 체계적인 현실적인 적응 전략 도출을 위한 필요기술을 개발함으로서 농업용수 뿐만 아니라 수자원 관리 기술 및 시설물의 적응 역량을 강화하는 것이 절실한 실정이다. 농업분야에 있어서는 "농업 농촌 및 식품산업 기본법"의 제47조의2, 시행령 제19조의2 제1항, 시행규칙 제5조에 의하여 "기후변화가 농업에 미치는 영향과 기후변화에 따른 취약성 조사 평가"에 관한 기준을 제정하였다. 이러한 법적 근거를 바탕으로 농촌진흥청에서는 작물, 병해충, 가축 등을 대상으로 실태조사를 실시하고 있으며, 기후변화 영향 및 취약성 평가 결과보고서를 5년마다 제출하도록 고시하였다. 농업생산기반시설물 역시 기후변화에 따른 취약성을 평가하고 이를 위한 실태조사를 실시하도록 법적 근거가 마련되었는 바, 본 연구에서는 농업용 저수지의 재해 취약성 평가지표를 개발하고, 기후변화 시나리오에 의한 미래 농업용수 수문량을 산정하여 농업용 저수지의 재해 취약성 변화를 분석하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.452-452
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• 2022

수문순환의 측면에서 지하수는 지속적인 하천의 흐름을 유지하고, 국내 물 이용의 측면에서 가용수량을 만족할 수 있는 취수량을 확보하기가 어려운 중·소규모 하천 유역에서 필요한 농업 및 생활용수 등 각종 용수를 확보할 수 있는 중요한 수원으로써의 역할을 하고 있다. 기존의 수자원 정책은 하천에서의 취수량 확보를 위한 수공 구조물의 설치 및 운영을 통한 용수 확보의 형태로 입안되었으나, 최근 2012~2018 한반도 가뭄 사태로 대표되는 강수 패턴의 변화로 인하여 하천에서의 취수량 부족 사태에 대응하기 위하여 지표수-지하수 연계를 고려한 수원 확보에 대한 정책적·공학적 관심과 요구가 증가하고 있다. 지하수의 효율적 운영과 안정적 관리를 위해서 지하수 이용에 대한 관리도 중요하나, 강수 사상의 발생 시 지하수 함양량을 정량적으로 평가하는 것 또한 매우 중요하다. 지하수 함양량은 강수량이나 하천유량 및 수위 등과 같이 정확한 양을 관측하기 어렵기 때문에 지하수 함양량을 산정하는 방법은 매우 다양하게 제시되어 있다. 본 연구에서는 지하수 함양량 산정 방법 중 비교적 간단한 방식의 지하수위 변동법(Water Table Fluctuation Method, WTF Method)를 이용하여 전국 행정구역 별 지하수 함양량을 분석하였다. 지하수위 변동법의 경우 신뢰도 있는 지하수위 관측 자료의 확보가 매우 중요한 단계이기 때문에 국가지하수관측망 및 농촌지하수 관측망, 해수침투관측망 등 공공기관에서 제공하고 있는 지하수위 관측 자료를 수집하여 적용하였다. 수집된 자료를 바탕으로 지하수 함양량을 산정하고, 최근 국내의 강수패턴의 변화와의 비교 분석을 통해 강수와 지하수 함양 간의 관계를 정량적으로 제시하였다. 본 연구의 연구 결과는 안정적인 지하수 개발 및 관리를 위한 기초적인 정책적 판단 근거로써 제시될 수 있고, 추후 연구에서 지하수위 회복 및 지하수자원 관리 방안 적용에 따른 효과 분석 연구에 활용 될 수 있을 것으로 기대된다.

• Journal of Korean Society for Geospatial Information Science
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• v.17 no.2
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• pp.71-79
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• 2009

In this study, a distributed rainfall-runoff model, K-DRUM, based on physical kinematic wave was developed to simulate temporal and spatial distribution of flood discharge considering grid rainfall and grid based GIS hydrological parameters. The developed model can simulate temporal and spatial distribution of surface flow and sub-surface flow during flood period, and input parameters of ASCII format as pre-process can be extracted using ArcView. Output results of ASCII format as post-process can be created to express distribution of discharge in the watershed using GIS and express discharge as animation using TecPlot. an auto calibration method for initial soil moisture conditions that have an effect on discharge in the physics based K-DRUM was additionally developed. The baseflow for Namgang Dam Watershed was analysed to review the applicability of the developed auto calibration method. The accuracy of discharge analysis for application of the method was evaluated using RMSE and NRMSE. Problems in running time and inaccuracy setting using the existing trial and error method were solved by applying an auto calibration method in setting initial soil moisture conditions of K-DRUM.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.281-281
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• 2016

기후변화로 인한 기상학적 자연재해로부터 대비하고 안정적인 용수공급을 위해 유역의 다양한 수문 요소들에 대한 분석 필요성이 증가하고 있다. 계절적 강수량의 편차가 큰 우리나라는 유역 통합 물관리가 중요하며, 효율적 수자원 관리와 물안보 확보를 위해 유역내 물순환을 이해하는 것이 중요하다. 유역의 유출을 결정하는 요소들에는 강우, 증발산량, 토양 수분 및 지하수 등이 있으며, 시간적으로는 홍수와 같이 단기에 발생하는 유출과 장기적으로 발생하는 유출이 있다. 장기 유출은 단기 유출에 비해 토양내 수분량이 무시할 수 없을 정도로 영향을 미치게 되므로, 1년 이상의 장기 유출 해석을 위해서는 강우가 발생하지 않는 기간 동안의 토양 수분량 변화와 증발산 영향을 고려할 필요가 있다. K-water에서 자체 개발된 분포형 장단기유출 모델인 K-DRUM은 유역을 격자(grid)단위로 구분하고 각 셀들에 대한 매개변수는 흐름방향도, 표고분포도, 토지이용도, 토지피복도 등을 GIS처리하여 일괄 입력할 수 있도록 함으로써 매개변수 산정과정에서 문제가 되는 경험적인 요인을 제거하였다. 흐름의 구분은 얕은면 흐름, 지표하 흐름, 지하수 흐름으로 구분하여 운동파법과 선형저류법을 적용하였다. 또한 초기 토양함수 자동보정기법으로 실제의 기저유출량을 재현하여 전체적인 유출모의 정확도를 높였으며, FAO-56 Penman-Monteith법을 적용한 증발산량 산정모듈과 Sugawara et al.(1984)이 제안한 개념적 융설 및 적설모듈을 추가하였다. K-DRUM모형을 이용한 유출분석은 용담댐 시험유역을 대상으로 2013년도 1년간의 유출모의를 수행하였다. 입력자료는 용담댐 유역의 지형, 토양 및 토지특성 정보와 시단위 강우 및 기상정보(온도, 바람, 일사 등)를 활용하였다. 분석 결과, 총 관측유출량은 7,151 ㎥/s이고 총 계산유출량 $8,257m^3/s$이며, 관측유출량 대비 계산유출량은 약 115% 정도로 나타났다. 연간 총 강우량은 1303.5 mm로 유역면적 약 $930km^2$을 적용하여 유역 총 강우량을 산정하면 $14,030m^3/s$로서 관측유출량은 유역 총 강우량 대비 51%이고 계산유출량은 59% 정도로 나타났다. 즉 유역 유출율은 약 51% 수준으로 보통의 유역과 유사한 수준이다. 관측된 토양수분량과 K-DRUM 모형의 계산된 토양수분량을 비교하기 위하여 관측 토양수분량의 비율을 이용하여 비교하였다. 모의결과 토양수분은 강우에 의해 변화하며, 관측결과와 유사한 형태로 나타남을 알 수 있었다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.37 no.12
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• pp.1019-1032
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• 2004

Flood frequency estimate is an essential index for determining the scale of small and middle hydraulic structure. However, this flood quantity could not be estimated directly for practical design purpose due to the lack of available flood data, and indirect method like design rainfall-runoff method have been used for the estimation of design flood. To give the good explain for design flood estimates, regional flood frequency analysis was performed by flood index method in this study. First, annual maximum series were constructed by using the collected data which covers from Japanese imperialism period to 1999. Wakeby distribution recommended by WMO(1989) was used for regional flood frequency analysis and L-moment method by Hosking (1990) was used for parameter estimation. For the homogeneity of region, the discordance and heterogeneity test by Hosking and Wallis(1993) was carried for 4 major watersheds in Korea. Physical independent variable correlated with index flood was watershed area. The relationship between specific discharge and watershed area showed a type of power function, i.e. the specific discharge decreases as watershed area increases. So flood quantity according to watershed area and return period was presented for each watershed(Han rivet, Nakdong river, Geum river and Youngsan/Seomjin river) by using this relation type. This result was also compared with the result of point frequency analysis and its regionalization. It was shown that the dam construction couldn't largely affect the variation of peak flood. The property of this study was also examined by comparison with previous studies.

• Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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• v.9 no.1
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• pp.158-167
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• 2006

The object of this study is to detect of land-cover change in western DMZ and vicinity. This was performed as a basic study to construct a decision support system for the conservation or a sustainable development of the DMZ and Vicinity near future. DMZ is an is 4km wide and 250km long and it's one of the most highly fortified boundaries in the world and also a unique thin green line. Environmentalists want to declare the DMZ as a natural reserve and a biodiversity zone, but nowadays through the strengthening of the inter-Korean economic cooperation, some developers are trying to construct a new-town or an industrial complex inside of the DMZ. This study investigates the current environmental conditions, especially deforestation of the western DMZ adopting remote sensing and GIS techniques. The Land-covers were identified through the linear spectvral mixture analysis(LSMA) which was used to handle the spectral mixture problem of low spatial resolution imagery of Landsat TM and ETM+ imagery. To analyze quantitative and spatial change of vegetation-cover in western DMZ, GIS overlay method was used. In LSMA, to develop high-quality fraction images, three endmembers of green vegetation(GV), soil, water were driven from pure features in the imagery. Through 15 years, from 1987 to 2002, forest of western DMZ and vicinity was devastated and changed to urban, farmland or barren land. Northern part of western DMZ and vicinity was more deforested than that of southern part. ($52.37km^2$ of North Korean forest and $39.04km^2$ of South Korean were change to other land-covers.) In case of North Korean part, forest changed to barren land and farmland and in South Korean part, forest changed to farmland and urban area. Especially, In North Korean part of DMZ and vicinity, $56.15km^2$ of farmland changed to barren land through 15 years, which showed the failure of the 'Darakbat' (terrace filed) project which is one of food increase projects in North Korea.

• Journal of Soil and Groundwater Environment
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• v.12 no.5
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• pp.19-32
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• 2007

In Korea, there have been various methods of estimating groundwater recharge which generally can be subdivided into three types: baseflow separation method by means of groundwater recession curve, water budget analysis based on lumped conceptual model in watershed, and water table fluctuation method (WTF) by using the data from groundwater monitoring wells. However, groundwater recharge rate shows the spatial-temporal variability due to climatic condition, land use and hydrogeological heterogeneity, so these methods have various limits to deal with these characteristics. To overcome these limitations, we present a new method of estimating recharge based on water balance components from the SWAT-MODFLOW which is an integrated surface-ground water model. Groundwater levels in the interest area close to the stream have dynamics similar to stream flow, whereas levels further upslope respond to precipitation with a delay. As these behaviours are related to the physical process of recharge, it is needed to account for the time delay in aquifer recharge once the water exits the soil profile to represent these features. In SWAT, a single linear reservoir storage module with an exponential decay weighting function is used to compute the recharge from soil to aquifer on a given day. However, this module has some limitations expressing recharge variation when the delay time is too long and transient recharge trend does not match to the groundwater table time series, the multi-reservoir storage routing module which represents more realistic time delay through vadose zone is newly suggested in this study. In this module, the parameter related to the delay time should be optimized by checking the correlation between simulated recharge and observed groundwater levels. The final step of this procedure is to compare simulated groundwater table with observed one as well as to compare simulated watershed runoff with observed one. This method is applied to Mihocheon watershed in Korea for the purpose of testing the procedure of proper estimation of spatio-temporal groundwater recharge distribution. As the newly suggested method of estimating recharge has the advantages of effectiveness of watershed model as well as the accuracy of WTF method, the estimated daily recharge rate would be an advanced quantity reflecting the heterogeneity of hydrogeology, climatic condition, land use as well as physical behaviour of water in soil layers and aquifers.

• Journal of Korean Society of Forest Science
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• v.81 no.4
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• pp.337-345
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• 1992

In this research, a kinematic wave model was applied for the runoff analysis, Regulation of streamflow was estimated by the calibration of roughness coefficient as a parameter. The data analyzed were obtained from Ananomiya and Shirasaka experimental basins at Tokyo University Forest in Aichi. Estimation methods and characteristics of roughness coefficient as a evaluation method of hydrological function of forest are summarized as follows ; 1. Roughness coefficient($N_s$) indicates the resistance of hillslope to the flowing water of surface runoff. There exists an hypothesis that resistance of hillslope to flowing water increase with the growth forest and development of the $A_o$ layer. 2. Roughness coefficient($N_s$) was estimated by the parameter when the stream direct runoff was calculated by using the kinematic wave. 3. Secular change of '$N_s$' in ananomiya has a curve which has an upper limit and increases exponentially near the limit. The curve quickly increased from 1935 to 1945 when results of afforestation for erosion control were thought to be effective. On the other hand, slight increase of '$N_s$' in Shirasaka indicates that there was not such a big change in the surface of soil layer. 4. The increase of '$N_s$' was related with decrease of direct runoff and increase of base flow. It was recognized that the rate of direct runoff decreased with the improvement of forest physiognomy and the rate of base flow was increased. But absolute value of water runoff per one storm decreased in chronological order.