• 대한토목학회논문집
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• 제38권4호
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• pp.517-526
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• 2018

지하수 함양은 기후조건, 토지이용, 수리지질학적 비균질성에 의해 시공간적인 변동성을 나타내므로 통합수문해석에 의한 지하수 함양량의 추정이 필요하다. 본 연구에서는 SWAT-MODFLOW 연계모형을 활용하여 장성지역의 물리적 기반의 일단위 지하수 함양량을 산정하였다. 수문분석은 하천에서의 관측유량과 계산유량의 검보정에 이어 부정류 지하수위의 계산값과 관측값의 비교를 통해 모형의 정확도를 평가하였다. 추정된 수문성분은 상호간에 서로 관련이 깊고, 유역내의 비균질한 인자들인 소유역 경사, 토지이용, 토양종류에 따라 지하수 함양량의 공간적 변동이 크게 나타났다. 통합수문모형은 지표수 및 지하수 수문성분 프로세스의 시공간적 변화를 잘 모의하고 있는 것으로 평가되었다. 추정된 함양량의 평균은 약 20.8%로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1244-1248
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• 2008

지표수-지하수 통합모형인 SWAT-MODLFOW는 토양수가 침루과정을 거쳐 지하수로 유입되는 일방향 구조를 갖고 있어 지하수위 상승 및 하강에 따른 토양수량, 침루량, 중간유출량 등 수문성분량의 변화를 고려할 수 없다. 따라서 본 연구에서는 지하수위 변화에 따른 토양수의 분포양상 변화를 고려할 수 있도록 토양수-지하수간의 연결 구조를 양방향으로 개선하여 두 영역간의 연결성을 강화하였다. 지하수위가 상승할 경우 토양대와 지하수대간의 중첩 영역이 생기게 되는데, 이 중첩 영역을 지하수대로 간주하여 영역 내 흐름거동이 지하수 유동 메커니즘을 따르는 토양수-지하수 결합루틴을 새롭게 제시하였다. 이 결합루틴은 지하수 상승, 하강에 따라 토양수대의 두께가 변하는 가변 토양층 방식(variable soil layer method)으로 계산을 수행할 수 있도록 코드를 구성하였다. 개선된 SWAT-MODLFOW 모형을 무심천 유역에 적용하여 토양수와 지하수간의 상호작용을 해석하고 하천저지대와 같이 지하수위 상승지역에서의 수문성분량의 분포를 보다 현실적으로 구현할 수 있음을 입증하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.1939-1944
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• 2009

우리나라의 대표적인 도서지역인 제주도는 일반 내륙지역과 달리 지표수-지하수에 대한 연구가 지하수계에 대한 연구에 비해 미미한 실정이다. 제주도의 경우 내륙과 달리 대부분의 하천이 평상시 건천의 형태로 유지되며, 일정한 강우가 도달해야만 지표유출이 발생하는 경우가 많다. 이와 같은 하천특성은 내륙과 매우 상이하여 일반적으로 사용되는 유역 수문해석 방법으로는 수문성분의 정확한 산정을 기대하기 어렵고 이로 인해 지하수 해석에 있어서도 불확실성이 크게 증가하는 요인이 된다. 따라서 지표수의 정확한 거동과 지하수 해석의 불확실성을 줄이기 위해 유역개념의 물순환을 해석할 수 있는 지표수-지하수 연계 해석기술이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 '삼다수 먹는샘물 환경영향조사'가 수행되어 비교적 정확한 지하수위 관측 자료가 확보되어 있고, 매우 제한적이기는 하나 하천의 유출량 조사가 수행된 바 있는 제주 표선 유역에 완전연동형 지표수-지하수 해석 프로그램인 SWAT-MODFLOW을 이용하여 지표수 유출성분과 지하수 유동변화를 동시에 고려한 분석을 수행하였다. 특히 MODFLOW의 Well 패키지와 SWAT의 물이동 옵션을 결합하여 표선유역의 198개 관측공의 양수를 동시에 모의하였다. 모의결과 지하수위는 비교적 양수에 비해 안정되게 유지되는 것을 알 수 있었고 이를 통해 현재 삼다수 공장의 양수량은 현재로서는 과다양수가 아닌 것으로 판단되었다. 현재의 양수량의 10배를 가정하여 모의를 한 결과, 지하수위는 함양에 의해 다시 회복되는 결과를 보이고 있어 이 지역의 실제 개발가능량에 대한 보다 심도있는 논의가 필요한 것으로 판단되었다. 나아가 이와 같은 분석을 통해 제주 지역의 전체의 지하수 개발가능량을 산정할 경우 제주지역의 지하수 관리방안이 새롭게 제시될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제44권8호
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• pp.667-681
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• 2011

본 연구의 목적은 전지구 수문해석도구인 지표수문해석모형을 활용하여 국내 가뭄해석에 적용성을 평가하는데 있다. 이에 댐 상류 유역의 관측유입량 자료를 대상으로 모형의 모의능력을평가하고 남한 전역에 대한 수문성분(유출, 토양수분)을 생산하였다. 격자별 일 단위 유출 및 토양수분자료를 해당기간별 누가 시계열(3, 6, 12개월)로 변환하여 가뭄지수를 생산하였고, 빈도해석에 따른 누가확률값 산정 및 표준화를 통해 SRI 및 SSI를 산정하였다. 산정된 지수의 평가를 위해 국내 과거 가뭄기록사례를 조사하고 기존 가뭄지수인 SPI 및 PDSI를 활용하였다. 본 연구 결과의 평가는 시계열별, 지역별 분석 및 유역별 물수지 분석을 통해 수행되었으며, 주로 가뭄기간동안의 가뭄심도와 가뭄 발생 및 해갈의 재현여부를 평가하였다. 분석결과 SRI 및 SSI 모두 시 공간적으로 과거 기록된 피해기간 및 지역 상황을 잘 반영한 것으로 나타났으며, 가뭄기간 동안의 정량적인 수문정보 생산이 가능하다는 점에서 유역단위 가뭄관리에 유용하게 활용될 것이라는 결론을 얻었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제49권1호
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• pp.19-28
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• 2016

본 연구의 목적은 TOPLATS 지표해석모형으로부터 생산된 격자 수문기상성분과 통계적 돌발홍수지수모형을 이용하여 격자 돌발홍수지수를 생산하고 그 적용성을 평가하는데 있다. 대상유역은 2009~2012년동안 38건의 돌발홍수 구조요청 사례가 발생한 수도권 지역을 선정하였다. 지표해석모형의 시공간 해상도는 1 h, 1 km 이며 동일한 해상도의 모의를 위해 필요한 격자 기상자료는 기상청 AWS (automatic weather stations)의 시단위 자료를 역거리법을 이용하여 구축하였다. 돌발홍수 피해사례 38건에 대해 대응되는 모의격자의 수문성분을 분석하였으며 27건(71%)에서 구조요청시점에 대해 강우량, 지표유출량, 토양수분량, 지하수면깊이가 적절하게 모의되는 것을 확인하였다. 강우조건에 따른 격자 돌발홍수지수의 정확도는 구조요청시점 기준 선행시간 4~6시간까지 71~87%, 구조요청시점으로 한정된 0시간에서 42~52%로 나타났다. 이상의 결과로부터 지표해석모델을 이용한 격자 수문성분과 통계적 돌발홍수지수모형으로부터 산정된 격자 돌발홍수지수는 산지 돌발홍수를 예측하는데 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.296-296
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• 2011

유역의 폭 함수는 출구를 기준으로 동일한 거리에 위치한 link의 개수로 정의된다. 하천망을 구성하는 기본 성분 중의 하나인 link는 동일한 유역의 경우 유사한 평균길이와 직접배수면적을 갖는 것으로 알려져 있다. 이는 폭 함수가 흐름방향 축을 따라 정의되는 지점별 배수면적의 기여도와 동일함을 의미하는 것으로 유역의 형태학적 특성에 따라 조직되는 초기유량분포함수로 해석할 수 있다. 따라서 DEM을 기반으로 원점으로부터 동일한 거리에 위치한 pixel의 수를 계량할 경우 비교적 쉽게 유역의 폭 함수를 유도할 수 있게 된다. 또한 물 입자의 동적특성에 따라 폭 함수의 흐름방향 축을 시간 축으로 재조정할 경우 대상 유역에 대한 수문학적 응답함수로의 변환이 가능해 진다. 본 연구에서는 보청천 시험유역의 탄부수위표 지점을 출구로 하여 DEM으로부터 폭 함수를 작성하고 지면과 하천유속의 차에 따른 운동학적 확산효과만을 고려하여 재조정된 폭 함수를 다음 그림과 같이 유도하여 보았다. Figs 1, 2에서 주목되는 사항은 왜곡도의 반전으로 부왜도의 형태를 갖던 폭 함수가 정왜도의 형태를 갖는 수문학적 응답함수(순간단위도)로 변환되어 가는 과정을 시각적으로 확인할 수 있다. 이는 Mod-Clark 방법에 따른 준분포형 순간단위도의 유도과정과 유사한 것으로 이에 따라 선형저수지의 저류효과는 지면과 하천유속의 차에 따른 운동학적 확산효과와 동일한 거동을 보일 수 있음이 추론된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.65-69
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• 2005

SWAT 모형은 우리나라 논 지역에서의 수리관행을 이행할 수 있도록 관개용수의 공급과 담수지역에 대한 성분해석에 대한 기본적인 틀을 갖추고 있으며, 각종 물관리 체계의 조작이 가능한 우수한 모형이다. 그러나, 실제 우리나라 농업지역에 관개용수를 공급하고 담수상태의 논 지역을 충분히 모사하지 못하고 있다. 따라서, 이러한 결함을 제거하기 위해서는 SWAT 모형의 관개용수공급과 관련한 내부 모듈의 전면적인 수정$\cdot$보완과 교체작업이 필요하였다. 이러한 SWAT 모형의 문제점 해결을 위해 우리나라 는 농사의 특징인 담수를 고려하고, 관개량 및 관개일정을 제어하여 담수 논에 대한 수문성분이 전체 하천유출을 포함하는 수문순환 과정에 미치는 영향을 정량적으로 평가할 수 있는 SWAT-AGRIMAN(SWAT-AGRIculture MANagement) 모형을 개발하였다. 개발된 SWAT-AGRIMAN 모형을 보청천 기대교 상류유역에 적용하였고, 적용결과를 SWAT 모형에 의한 모의결과와 비교$\cdot$평가하였다. 관개용수의 수원의 제기능 여부 및 담수상태의 유지여부와 논의 침투량 및 증발산량, 유역 출구에서의 유출량의 변화특성을 살펴보았으며, 실제 관측유량과의 유출율, 평균제곱근오차(RMSE), 모형효율계수(ME), 상관계수(CORRL), 결정계수($R^2$)의 비교$\cdot$분석을 통해 모형을 평가하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.340-340
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• 2021

가뭄의 특성상 시점과 종점을 명확하게 정의하기 어렵기 때문에 기준수문량을 설정하고 부족량과 지속기간을 정의하는 것이 일반적이다. 대상 수문량은 강우나 유출량을 사용할 수 있지만, 두 성분간 지체와 감쇄효과로 인하여 빈도해석의 결과는 차이를 보일 수 밖에 없어, 사용 목적에 따라 선별적으로 적용해야 한다. 가뭄빈도해석은 강우를 기반으로 지속기간과 심도를 정의하여 빈도를 해석하는 연구가 선행되어왔지만, 기본적으로 강우의 간헐적 발생특성과 체감도의 한계가 문제로 지적되고 있다. 본 연구에서는 댐 유입량의 Run 시계열 특성을 이용하여 다양한 유황을 기준유량으로 활용하여 가뭄의 시점과 종점에 대한 가뭄사상을 추출하고 지속기간과 누적부족량을 계산하여 가뭄빈도해석의 변수로 설정하였다. 두 변수간의 복잡한 상호 관계를 해석하기 위해 Copula 함수를 이용한 이변량 가뭄빈도해석을 진행하였다. 먼저 소양강댐('74-'19) 유입량, 충주댐('86-'19) 유입량을 연구대상지역으로 설정하여, 두 유역의 유입량의 추세분석을 통해 시간의존성을 파악하였다. 유황분석에 사용되는 분위량중 평수량을 기준값으로 사용하여 각 년별 최대 지속기간과 누적부족량을 추출하였다. Copula 가뭄빈도해석을 수행하기 전에 지속기간에는 GEV, 누적 부족량에는 Log-normal 분포를 적용해 단변량 누적확률분포를 계산하여 재현기간을 도출하였다. 이변량 빈도해석에 Clayton Copula 함수를 적용하여 가뭄빈도해석을 진행하였고, Copula 이변량 재현기간과 SDF곡선을 도출하였다. Clayton Copula를 이용한 이변량 가뭄빈도해석의 결과로 소양강댐의 가장 극심한 가뭄은 1996년으로 단변량 재현기간은 지속기간 기준 9.11년, 누적부족량 기준 17.26년, Copula 재현기간은 141.19년 이며 충주댐의 가장 극심한 가뭄은 2014년으로 단변량 재현기간은 지속기간 기준 17.76년, 누적부족량 기준 18.72년, Copula 재현기간은 184.19년으로 단변량 가뭄빈도해석을 통한 재현기간보다 Copula 재현기간이 높은 결과가 도출되었다. Run 시계열을 바탕으로 한 기준유량의 임계값 기준 Event 산정과 Copula를 이용한 빈도해석은 가뭄분석에 이용되는 자료의 상관관계와 분포특성을 재현하는데 효과적인 특징이 있다. 이를 미루어 보아 Copula 함수를 이용한 가뭄빈도해석의 재현기간은 보다 현실적인 재현기간을 도출할 수 있는 것으로 판단된다. 임계값의 조정을 통해 가뭄빈도해석의 변수의 양이 늘어나면, 보다 정확도 높은 재현기간을 도출하여 수문학적 가뭄을 정의할 수 있을 것이라고 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1515-1519
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• 2010

본 연구는 설마천 유역($8.54km^2$)을 대상으로 준분포형 장기강우유출모형인 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형을 이용하여 유역의 수문학적 거동 특성을 규명하고자 하였다. SWAT모형의 적용을 위하여 지형자료(DEM, 토지이용도, 토양도)와 수문 및 기상관측자료를 이용하였다. 유출량, 증발산량에 대하여 각각 보정 및 검증을 통해 모형의 적용성 평가를 실시하였으며 그 결과 유출 및 증발산의 경향은 실측치의 경향과 비교적 비슷하였으나, 통계적인 상관성은 불안정한 경향을 보였으며, 특히 가을에 발생한 증발산량을 모형이 구현해 내지 못하는 결과를 보였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.2016-2020
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• 2010

기존에 국내외에서 적용되는 지하수 함양량 추정방법인 기저유출 분리법, 연단위 물수지 분석법, 지하수위변동법 등은 집중형 개념을 기반으로 하거나 국지적인 규모로 다뤄지기 때문에 함양량의 시공간적 변동성을 나타내기에는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 시공간적으로 변하는 지하수 함양량을 정량적으로 추정할 수 있는 기법을 이용, 실제 유역에 적용하였다. 이를 위해 강우-유출 모형은 수문성분 해석 이론이 잘 정립된 SWAT모형과 SWAT모형의 지하수 부분을 MODFLOW모형으로 대체한 SWAT-MODFLOW모형을 선택하였고, 분석 대상유역인 정읍지역을 대상으로 각 소유역 및 수문학적 반응단위(Hydrologic Response Unit: HRU)별로 토지이용과 토양통 특성을 반영하여 지하수 함양량의 시공간적인 변화를 산정하였다. 2001년부터 2008년까지의 소유역별 일단위 지하수 함양량을 산정하였으며, 함양량의 시 공간적 변동성을 분석한 결과 월평균 함양량의 경우 대략 280mm 범위 내에서 유역의 토지이용 및 토양특성, 경사 등에 따라 매우 비 균질하게 분포하는 것을 확인할 수 있었다. 이렇게 산정한 함양량은 지역지하수 관리계획에 유연하고 합리적으로 적용될 수 있을 것으로 판단된다.