• 한국수자원학회논문집
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• 제46권7호
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• pp.735-744
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• 2013

본 연구에서는 기후와 지형특성에 따라 유역의 수문학적 분할과 식생이 어떠한 영향을 받는지가 분석된다. 수문학적 분할은 Horton 지수를 이용하여 정량화되며, 지역의 기후특성과 Horton 지수 사이의 관계가 탐색된다. 또한 지역 기후특성을 이용한 Horton 지수의 예측력과 지역 기후특성뿐만 아니라 지형특성을 이용한 Horton 지수의 예측력을 비교함으로써 지형특성이 수문학적 분할에 미치는 상대적인 공헌도가 분석된다. 마지막으로 정규화 식생지수에 대한 건조지수와 Horton 지수의 예측력을 살펴봄으로써, 식생반응에 대한 기후 및 지형특성의 영향이 추정된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1310-1314
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• 2008

수도권 지역의 신도시 개발에 따른 유역의 도시화와 인구 증가는 유역의 피복상태를 변화시키고, 생태계에 영향을 미치는 수문학적 과정과 하천수질의 변화를 초래하게 된다. 지표면의 침투, 침루 및 토양함수량을 변화시키고, 차단저류량과 요지저류량(depression storage) 등을 변화시킴으로서 유출량과 수질을 변화시키게 되는 것이다. 이와 같은 수문학적과정을 평가하기 위해서는 수문모형을 사용하는데 본 연구에서는 미국 농림부에서 개발한 SWAT모형을 이용하였다. SWAT-K모형은 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형에 인위적, 자연적인 물순환 구조변화와 지표수-지하수 연계 해석 등을 개선하여, 강우 증발산 토양수분 지표수 지하수 등의 시, 공간적 분포를 정량적으로 산정하는 장기유출 해석 모형이다. 또한, 본 모형의 적용을 위하여 GIS를 이용한 공간정보를 처리하여 수문모형의 매개변수를 결정하는 방법이 널리 사용되고 있는데, 본 연구에서는 ArcView GIS를 이용하여 입력자료를 구축하였다. 대상유역은 판교유역으로서 신도시 개발이 한창 진행되고 있는 지역으로서, 개발 과정에 따라 수문특성, 유출특성, 수질변화 특성 등이 계속하여 변화되고 있으며, 개발이 완전히 종료된 이후의 특성을 예측할 필요가 있는 유역이다. 본 연구에서는 SWAT-K모형을 이용하여 판교 신도시 개발에 따른 장기유출량을 예측하였고 모델의 매개변수를 최적화하였으며, 그 결과 본 모델이 장기 유출량 해석 및 판교유역의 수문변화를 평가하는데 유용하게 적용될 수 있을 것으로 판단되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2004년도 학술발표회
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• pp.1267-1270
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• 2004

DEM(Digital Elevation Model)을 활용한 기술이 수자원분야에서 필수적인 GIS 활용기술인 이유는 DEM을 이용할 경우 유역의 수문학적 지형특성인자를 객관적인 방법으로 추출할 수 있고 이를 활용하여 분포형 수문모형을 개발, 적용할 수 있기 때문이다. 국내에서도 GIS를 이용하여 수문모형의 입력인자를 추출한 다든가 분포형 수문모형에 대한 연구를 수행할 경우 DEM을 활용한 연구를 수행하고 있다. 이러한 것은 GIS S/W인 Arc/Info, ArcView, WMS 등에서 DEM을 활용하여 수문학적인 유역분석 기능을 제공해 주기 때문에 가능하다. 즉, DEM을 이용하여 하천망을 추출하고, 유역을 분한하고 이를 이용하여 유역 Boundary 내에서의 지형특성인자를 추출하는 기능을 말한다 본 연구는 수자원분야에서 GIS를 활용할 때 필요한 필수기능인 DEM의 활용기술을 순수 국내기술로 개발하였다. DEM활용에 대한 최신 알고리즘을 검토하여 국내 기술로 개발된 GIS Engine인 GEOMaina v.3.0을 이용하여 수문학적인 DEM 활용 Module을 개발하였으며 HyGIS(Hydrologic Geography Information System)라 명하였다. 본 연구에서는 개발된 HyGIS를 이용하여 수문학적 지형특성인자를 추출하고 기존에 사용되어오던 GIS S/W와 비교 검토하여 HyGIS의 환용 가능성에 대하여 검토하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.224-224
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• 2011

5대 주요 수계의 소수력자원에 대하여 연구를 수행하였고, 하천의 유량지속특성을 예측할 수 있는 모델이 개발되었으며, 이를 이용하면 강우사상으로 야기되는 유입량의 변화에 대한 분석이 가능하다. 또한 소수력발전소의 성능을 예측할 수 있는 모델도 개발되었다. 안동댐에서 측정된 월유입량 자료를 분석하였으며,. 본 연구를 통해 개발된 모델을 이용하여 예측한 결과는 안동댐에서 오랜기간 동안 측정된 결과와 거의 일치되는 것으로 나타났다. 이는 개발된 모델들이 소수력발전입지의 이용가능한 잠재량과 기술적 잠재량을 예측하는데 효과적인 것으로 밝혀졌다. 본 모델들을 이용하여 수계별로 소수력발전입지에 대한 수문학적 성능을 분석하였다. 분석결과 소수력발전 입지의 수문학적 성능특성은 수계별로 차이가 있는 것으로 나타났다. 특히 북한강과 낙동강수계에 위치한 소수력발전입지의 비설계유량과 비출력량은 다른 수계들 보다 차이가 큰 것으로 나타났다. 그림 1은 수계별 비설계유량에 따른 비출력량의 변화를 나타낸다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1891-1895
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• 2007

본 연구는 금강 지류인 갑천 유역을 대상으로 3개 지점에 대한 2006년의 가용한 수문관측 자료 및 유량측정 성과를 이용하여 상 류 지점 간 유출특성을 분석하였다. 2006년도 금강 유역의 유량측정 지점 중 도심하천에 속하는 갑천 유역의 3개 지점을 선정하여 유량측정성과에 대한 수리특성 분석, 불확실도 분석 및 수위-유량 관계곡선식을 개발하여 유량을 산정하였다. 산정된 유량에 대한 상 하류 간 유출 검토, 연유출률 검토, 상 하류 간 동시유량 검토 등을 통하여 각 지점의 최종 유량을 확정하였다. 산정된 유출률은 가수원(69.1%), 유성(72.3%), 회덕(66.8%)로 산정 되었으며, 부분적으로 계기수위가 불안정한 오차들을 제외하면 지점들의 유출률은 그 지점들의 특성을 감안할 경우 비교적 안정적인 범위내의 유출특성을 보였다. 2005년도 유출률과 비교해 보면 전체적으로 다소 높게 나타났으나, 올해 단기간 집중된 강우 특성을 고려한다면 적절한 유출범위를 보인 것으로 판단된다. 그리고 향후 전문인력에 의한 수문관측과 일상적인 검증과정을 통해서 정밀한 유량측정성과를 확보한다면, 보다 신뢰성 있는 유출특성을 분석할 수 있을 것이며, 효과적인 치수 및 이수계획의 수립 등 수자원 개발을 위한 기반을 마련할 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.528-528
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• 2016

신뢰성 있는 수문순환모의를 위해서 다양한 수문모형이 사용되고 있다. 그 중 대표적인 수문모형인 강우-유출 모형은 유역에 발생한 강우에 반응하는 유출특성을 평가하는데 이용된다. 강우-유출 과정은 강우량, 유출량, 도달시간 및 토양수분 등과 연관된 매개변수들의 최적화 과정을 통해서 추정된다. 하지만 동일한 강우사상이라도 다양한 매개변수들로 인하여 상당히 다른 유출패턴을 나타내기 때문에 수문순환 과정을 정확히 모의하기 위해서 강우-유출 분석시 불확실성 분석이 필수적으로 요구된다. 불확실성 분석은 통계학에서도 쉽지 않은 연구내용으로서 가장 진보된 불확실성 분석기법인 Bayesian 기법은 매개변수의 추정과 불확실성 분석을 동시에 수행할 수 있는 방법으로 매개변수들은 사후분포(posterior distribution)로 귀결되며 최종적으로 확률분포형의 형태를 가진다. 본 연구에서는 국내외적으로 널리 사용되는 단기유출 모형 HEC-1 모형에 Bayesian 기법을 연계하여 대상유역의 도달시간, 저류상수 및 CN No. 최적화 및 불확실성 평가를 수행하였다. 연구결과 Bayesian 기법을 통한 매개변수 최적화 결과는 안정적인 수렴결과를 확인하였으며, 확률강우량을 입력자료로 사용하여 산정된 빈도별 홍수수분곡선의 불확실성 분석을 통하여 향후 수공구조물의 위험도 분석 및 수자원계획 수립시 유용한 자료로 사용될 것으로 판단된다.

• 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 2021년도 학술발표회
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• pp.387-387
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• 2021

지구온난화와 기후변화로 인한 강우패턴의 변화는 가뭄, 홍수 등의 피해를 증가시키고 있다. 그 예로 2020년 여름 장마는 1973년 이후로 가장 긴 장마로 기록되었다. 이 장마는 제주도를 제외한 우리나라 전역에 평균 858 mm의 강수량을 발생시켰다. 장마로 인해 많은 지역에서는 도시침수와 하천범람이 발생하였으며 인적 그리고 물적인 피해를 입었다. 게다가 극한강수의 미래변화는 평균 강수량의 증가와 더불어 빈도도 증가하리라 전망한다. 따라서 심화되는 극한 기우 현상의 피해를 대비하기 위해서 수문순환이라는 시스템에 대한 이해가 필요하다. 구조방정식모형은 특정 현상에 대한 인과관계를 분석하기 위한 다변량 분석방법 중 하나로, 사회과학 분야에서 널리 사용되었으나 최근 자연과학 분야에서도 응용되고 있다. 구조방정식모형을 사용하여 관측된 자료가 이론 및 경험을 토대로 구축된 모형과 충분히 부합하는지를 검증할 수 있다. 구조방정식모형은 변수 간의 영향의 크기와 영향이 직접 혹은 간접적으로 작용하는지를 확인할 수 있고 모형에 대한 통계적인 평가로 연구모형이 수용 가능한지를 판단할 수 있다. 따라서 구조방정식모형을 사용하여, 수문순환의 모형을 구축하고 수문특성 간의 영향을 확인할 수 있다. 본 연구에서는 수문요소의 인과관계와 상관관계를 파악하기 위해 구조방정식모형을 적용하였고 2010년부터 2018년까지 설마천 유역과 청미천 유역의 연단위 강수량, 기저유출량, 직접유출량, 증발산량을 사용하였다. 각 유역에서의 수문특성과 수문요소 간의 관계를 확인하고 수문순환 모형을 구축/평가를 하였다. 그 결과, 서로 다른 유역이지만 비슷한 구조방정식모형을 갖는다는 것을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.143-143
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• 2011

4대강 살리기 사업에서 국가하천 주요 구간에 대규모 보가 건설되고 있다. 이로 인해 치수 및 하천환경에 많은 문제점이 야기될 수 있으며, 발생 가능한 하천관리의 문제점을 최소화하기 위해서는 하천정비에 따른 수리학적 영향을 검토할 필요가 있다. 보의 설치는 유지유량 및 수심 확보의 목적을 지니고 있지만, 기존 하천에 설치된 보는 대부분 고정보로서 흐름의 정체를 유발시키는 단점이 있다. 최근에는 가동보가 설치되어 일정 이상의 초과 유량 및 수위를 조절할 수 있도록 탄력적인 보 운영이 이루어지고 있다. 본 연구에서는 낙동강 본류에 건설 중인 강정보 설치지점 직상 하류 구간에 대하여 가동보의 설치 및 운영에 따른 보주변의 흐름특성을 RMA2와 FLOW-3D를 이용하여 모의하였다. 2개의 수문으로 구성되어 있는 강정보의 수문 운영을 2년 빈도 및 100년 빈도 홍수량에 대하여 좌측 또는 우측 단일수문 완전개방 및 부분개방, 양측 수문의 완전개방 및 부분개방에 따른 보 상류단 수위의 변화 및 하류단에 형성되는 주흐름의 변화를 분석하였다. 2년 빈도 홍수량에서의 가동보 지점의 유속이 100년 빈도 홍수량에 대한 가동보 지점의 유속보다 크게 발생하였다. 양측 수문을 완전히 개방하였을 때 주흐름이 우안방향으로 휘는 현상이 발생하였으며, 우측 수문 단일개방에서 주흐름의 우측 휨 현상이 뚜렷이 나타나고 있어 양측 수문 개방에서의 주흐름이 우측 수문에서 발생되는 흐름에 의해 지배되고 있는 것으로 판단된다. 100년 빈도 홍수량에 대한 모의에서 수문 개방방식에 따른 보 상류부의 홍수위 변화가 크게 나타나지 않았으며, 2년 빈도 홍수량에서는 수문 개방 방식에 대한 보상류의 수위가 차이를 보였다. 가동보의 $30^{\circ}\sim60^{\circ}$ 부분개방에 대한 모의결과에서는 부분개방의 정도가 커짐에 따라 수문 지점에서의 유속이 크게 발생하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.53-53
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• 2011

가뭄은 강수 부족 및 온도 상승에 따른 물 수지의 불균형으로, 그 특성상 점진적이고 홍수에 비해 피해규모가 광범위 하여 효율적인 대처방안을 마련하기가 어려운 특성을 가지고 있다. 현재 국내의 경우 가뭄관리를 위해 비구조적 대책 방안인 가뭄지수를 활용하여 해당 지역의 부족한 용수의 정도를 시 공간적으로 측정하고 크기와 강도에 대한 정량적 또는 정성적인 평가를 수행하고 있다. 그러나 대부분 강수 및 기온자료를 토대로 한 평가가 주를 이루고 있으며, 그나마 제공되는 지수들의 경우 가뭄을 나타내는 기준이 상이하여 사용자에게 많은 혼란을 가중시키고 있는 실정이다. 따라서 효율적인 가뭄관리를 위해서는 장주기 기상정보를 토대로 국가 또는 권역별 가뭄감시가 이루어져야하며, 기상 분만 아니라 지표와의 물 수지 해석이 반영된 수문정보(유량, 토양수분 등) 기반의 가뭄 정보가 생산되어야 할 것이다. 본 연구에서는 전지구 수문해석이 가능한 지표수문해석모형을 활용하여 남한에 대한 수문성분 기반의 가뭄평가를 수행하고자 한다. 우선 남한 전역에 대한 기상 및 지형 정보를 구축하고 지표수문해석모형에 적용하여 격자별 수문성분을 생산하였다. 수문성분은 가뭄평가에 필요한 정보로 전환되어야 하며, 본 연구에서는 빈도해석기법을 적용하여 가뭄에 대한 발생 빈도 및 규모를 정량화 하였다. 즉, 모형에서 산정된 수문정보로 부터 빈도해석을 수행하여 적정 확률분포형을 결정한 후, 해당기간에 대한 확률값을 산정하여 과거 대비 가뭄에 대한 여부를 판단하였다. 산정된 지수에 대한 평가를 위해 국내 과거 가뭄기록사례를 조사 및 기존 가뭄지수인 SPI 및 PDSI를 활용하였다. 평가 방법은 시계열 및 지역별 분석과 유역별 물수지 분석으로 구분되며, 주로 가뭄기간동안의 가뭄심도와 가뭄 발생 및 해갈에 따른 재현여부를 평가하였다. 평가 결과 가뭄발생 및 해갈시기 그리고 피해지역에 대한 표현에 있어 기록된 사항을 적절히 반영하는 것으로 나타났으며, 기존 가뭄지수 보다 가뭄 재현에 있어 비교적 신뢰성이 높은 것으로 확인되었다. 따라서 지표수문해석모형 기반의 가뭄평가의 경우 적용성이 우수한 것으로 판단되며, 이상의 연구결과는 향후 국내 및 동아시아 가뭄감시 전망에 있어 기초자료로 활용될 것이다.