• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.39 no.6
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• pp.725-733
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• 2019

Sand dams are structures that can be used as auxiliary water resources in case of drought as sand accumulates due to barriers crossing valley rivers and valley water is stored in the voids, increasing the water level. This structure, which is mainly used in arid regions such as Africa, has not been installed in Korea. In Korea, there are only a few cases where water is taken from debris barriers that prevent debris flow. The purpose of this study is to evaluate the effect of water supply when the sand dam is installed downstream of the existing intake barrier in Seosang-ri valley, Chuncheon. For this purpose, modeling was performed by linking the basin hydrologic model and reservoir routing model. Changes in the water level, storage and discharge in the sand dam reservoir according to the size and intake of the sand dam are presented on a case-by-case basis. As a result of application, it was found that the water supply capacity due to the sand dam installation was improved at 95% reliability. Especially, when the size is L × B × H_o = 25 m × 15 m × 1 m and the pumping rates from intake barrier and sand dam are (Q₁, Q₂) = (30, 20), (35, 15) ㎥/day, the efficiency was the best for water supply of 50 ㎥/day.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2011.02a
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• pp.101-101
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• 2011

현재 국내에서 시행되고 있는 '4대강 살리기 사업'은 하천에서 발생하는 홍수 및 가뭄재해방지를 위한 다양한 공학적 노력을 시도하고 있다. 특히 안정적인 수위 및 유량확보와 홍수방지를 위한 보(weir)가 4대강 유역에 16개 설치되고 있다. 이러한 보 구간에는 고정보와 가동보가 복합적으로 설치되고 있으며 가동보는 그 형상과 운영방식에 따라 다양한 설계방안이 적용되었다. '4대강 살리기 사업' 중 낙동강 23공구의 강정보 공사 구간에는 원호형태의 측면 형상을 갖는 라이징 섹터게이트(Rising sector gate)가 적용되었다. 라이징 섹터게이트는 구조물의 높이가 낮고 수문의 개폐장치가 수문피어 구조물 내에 설치되어 경관이 우수하며, 구조가 간단하여 비체와 수류의 안정성이 뛰어나기 때문에 4개의 공사구간에 적용되었다. 따라서 본 연구에서는 강정보의 가동보 구간 2문 중 1문을 1/100 축척으로 제작하여 가변경사 개수로에 설치하고, 홍수 빈도별 상류 유량 조건과 하류단 수위조건으로 케이스를 정하여 실험을 수행하였다. 본 실험에서 사용한 개수로 장치는 너비 0.6 m, 높이 0.8 m, 그리고 길이 15.0 m(측정가능 구간, 헤드탱크와 테일게이트 부제외)의 개수로 실험장치이다. 측부는 모두 강화유리로 되어 육안관찰 및 계측 시 용이하게 제작되었으며, 순환식 유량 공급장치를 구축하여 수로의 하부에 설치된 유량탱크로부터 계속적으로 순환하도록 설계되었다. 또한 수로 하단으로부터 상단방향으로 약 33 m 지점에 전동 유압식 Jack screw 2기가 설치되어 경사도를 조절할 수 있도록 제작되었다. 유량조절용 판넬의 제어기판에는 디지털 경사계가 설치되어 있기 때문에 보다 정확한 경사도의 조절이 가능하다. 보 모형의 총연장은 53 cm이며 폭은 45 cm이다. 섹터게이트의 게이트부분은 직경 15 cm로 설계하였다. 문주부분을 포함한 모든 모형은 아크릴로 제작하며 레이저의 주사를 방해하지 않으며 투과율을 최대로 할 수 있도록 고강도의 아크릴을 가장 얇게 하여 중공형태를 채택하였다. 실험조건은 우선 보의 운영방안에 따라 게이트의 4가지 개방도를 설정하였고, 특히 평수위조건에서는 보의 상류부에 퇴적된 퇴적물의 세척을 위한 flushing 운영개방도 포함되어 있다. 홍수시에 대한 유량조건은 2년 빈도에 해당하는 유량을 수문의 비율과 상사법칙에 따라 설정하였으며 하류단 수위조건도 동일한 조건에 대한 값을 채택하여 적용하였다. 유동장의 해석을 위해서는 비접촉식 계측방법인 PIV(Particle Image Velocimetry) 시스템을 채택하여 2차원(x-z 방향) laser sheet를 생성하고 주입된 particle에서 반사된 변위(displacement) 정보를 상호상관(cross-correlation)기법으로 유동장을 계산하였다. 또한 수리모형과 동일한 지형격자를 구축하여 3차원 CFD 프로그램인 FLOW-3D로 계산하여 결과를 비교하였다. 특히 flushing 운영방안에 대한 게이트부의 개방도를 세가지(30, 45, $60^{\circ}$)로 구분하여 모의하였고, 적절한 개방도를 제안하고자 하였다. 실험결과는 우선 4가지 운영방안에 대한 가동보 주변에서의 유속장을 파악하였고, 최대유속의 발생위치의 변화를 확인할 수 있었다. 그리고 이에 따른 보의 바닥에서 최대유속이 발생할 경우, 하상보호공 위치와 거리 등에 대해서 분석하였다. 이를 통해 가동보 운영에 따른 다양한 유속구조를 파악할 수 있게 되며 구조적 안정성 확보를 위한 검증자료로 활용될 수 있을 것으로 예상된다. 향후, 가동보 운영방안 중 수세효과(flushing effect)에 대한 효과분석을 위해 게이트부 상류구간에 적절한 입경과 비중의 퇴적물질을 설치하는 연구와 상류부에서의 유입유사농도 및 시간변화에 따른 퇴적에 관한 연구를 수행할 계획이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.143-143
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• 2012

최근 우리나라 주요하천에 걸쳐 수행된 '4대강 살리기 사업'에서는 하천에서 발생하는 홍수 및 가뭄재해의 방지를 위한 다양한 사업이 추진되었다. 특히 안정적인 용수공급과 재해방지를 위한 수위확보를 목적으로 4대강 16 개 구간에 걸쳐서 일반적 형태의 고정보와 함께 다양한 형상과 운영방식이 적용된 가동보로 이루어진 다목적보가 설치되었다. 본 연구에서는 4대강 유역(한강, 낙동강, 영산강, 금강)에 설치된 16 개 가동보의 형식 중 4곳(강정고령보, 강천보, 합천창녕보, 창녕함안보)에 적용된 라이징 섹터 게이트(rising sector gate)의 수리학적 특성을 분석하고자 가동보의 수리실험 모형을 개수로에 설치하여 보 주변에서의 흐름 및 난류 특성을 분석하고자 하였다. 4대강 유역에 설치된 라이징 섹터 게이트의 설치목적은 일반적인 고정보의 문제점으로 대두되고 있는 보 상류부의 퇴적토를 신속하게 배사(sediment flushing)하는 데 있다. 이를 위해서는 우선 배사 시에 보 하단부에서 최대유속을 발생시키면서 동시에 최적의 상하류 수위조건을 만족시키는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 개수로에 설치된 가동보의 수문개방도에 따른 유속분포를 측정하였다. 보 주변에서의 보다 정밀한 유속장의 측정을 위해서 비접촉식 유속측정 방법인 PIV 측정방법을 이용하였다. PIV 측정방법은 일정한 입경과 밀도를 가지며 레이저 반사율이 높은 입자를 흐름에 투입하고 laser 발생장치로 laser sheet를 생성하여 레이저가 반사되어 나타나는 입자 각각의 시간변화에 따른 변위를 CCD 카메라로 가시화한 뒤 유속벡터값을 추출할 수 있게 한다. PIV 측정방법으로 유체의 흐름을 파악하고 시간평균된 유속결과를 바탕으로 난류 특성을 분석하였다. 수로전체 구간에 대하여 3차원 수치해석 프로그램인 FLOW-3D 모의결과와 비교하여 분석하였다. 실험을 통한 유속결과와 수치해석결과는 실험을 통한 유속결과와 비교 분석하였으며, 적용성을 검증한 후 다양한 조건에 대한 설계방안 및 유지관리에 활용하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.77-77
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• 2016

최근 기후변화로 인한 수문기상학적인 극한 사상들은 점점 대형화되고 있고, 그 발생빈도 또한 잦아지고 있다. 인구의 증가와 급격한 도시화, 자산 가치의 증가 등으로 물과 관련된 재해로 인한 피해는 점점 더 규모가 커지고 있다. 홍수와 가뭄, 허리케인, 쓰나미와 같이 물과 관련된 재해는 그 영향을 받는 사람들의 수로 본다면 지구상의 재해 중 90%를 차지하고 있을 만큼 그 규모가 크다 할 수 있으며, 전세계적으로 물관련 재해로 인한 재산상의 피해를 약 1,000억 달러 규모로 추산하고 있는데, 2030년에는 그 현재의 두 배가 될 것으로 예측하고 있다. 이와 같은 재해로 인한 피해는 개도국이나 최빈국뿐만 아니라 관련 인프라가 잘 구축되어 있는 선진국 또한 예외는 아니다. 2015년 9월 UN 세계지속가능 정상 회의에서 각국의 수반들 또한 17개의 "지속가능개발목표(Sustainable Development Goals; SDGs)"를 채택함으로서 post-2015 아젠다가 세계를 지속가능하고 균형 있게 바꾸어 나가기 위해서 취해야 하는 가장 시급하고 필요한 과감한 혁신적인 조치임을 인식하였다. 재해경감과 지속가능개발은 2005년 채택된 "효고프레임웍(Hyogo Framework for Action) 2005-2015"에서 도 중요하게 다루어 졌다. 2015년 3월 제3차 세계재해경감대회에서 채택된 "센다이 프레임웍(Sendai Framework for Disaster Risk Reduction) 2015-2030"은 Post-2015 개발의제의 첫 번째 합의 결의안이라 할 수 있으며, 인명피해의 실질적인 감소와 재해에 의한 영향으로 피해 보는 사람들의 수를 줄이고, 경제적 손실과 대형 인프라 피해의 경감을 주요 타겟으로 하고 있다. 이와 같은 리질리언스의 중요성은 SDGs의 Goal 11인 "안전하고 지속가능한 도시와 정주지 조성(Make cities and human settlements inclusive, safe, resilient and sustainable)"에서 강조되고 있을 뿐만 아니라 다양한 골에서 재해로 부터의 리질리언스 확보에 대한 필요성을 강조하고 있다. 재해 위험을 경감시키기 위해서 국제적으로, 지역적으로 또는 국경을 넘어서는 협력 관계의 구축이 중앙정부나 지방정부를 비롯한 국가적으로 절대적으로 필요한 노력이라 할 수 있다. 특히나, Post-2015 개발 아젠다에 대한 기후변화와 재해경감을 위한 금융지원을 포함한 최빈국, 개도국, 군소 도서국가들과 중견국 선진국들의 양자간이나 다자간 협력 채널을 통한 역량 강화가 필요하다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.223-223
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• 2023

토양수분은 지표면과 지하 영역 사이에 존재하는 수분 및 열에너지의 분배를 제어하거나, 토양 영양분, 식물 성장 및 미생물 활동과 같은 다양한 환경 과정에 영향을 미치는 핵심 구성요소이다. 토양수분은 생태수문학 및 생지화학적 역학, 저수지 관리, 가뭄 및 홍수의 경고, 토양 수분 변화에 따른 작물 수확량 등을 이해하는 데 매우 중요한 역할을 한다. 따라서, 토양 수분의 정확한 측정은 필수적이며, 이러한 필요성에 따라 중력 측정법, 장력 측정법, 전기 저항법 및 시간-주파수 영역반사측정법 등의 다양한 측정 방법들이 다년간 개발되어 사용되었다. 다만, 앞선 방법들은 철저한 실험을 통해 높은 정확성을 확보하였지만, 토양 교란이 발생하는 단점이 존재하며 실험 현장 토양의 물리적, 생물학적, 그리고 화학적 특성의 보존은 매우 어려운 한계점을 가지고 있다. 따라서, 이러한 단점을 극복하기 위해, 본 연구에서는 레일리파를 이용한 비접촉식 비교란 토양수분 센서 개발을 목표로 한다. 모래, 실트, 점토와 같은 세 가지 특징적인 토양 유형에 따른 파동을 측정하고, 측정된 파동으로부터 토양 수분을 추정하기 위해 기존에 개발된 시간-주파수 방법을 활용하여 토양수분을 함께 측정하였다. 비접촉 파동신호를 토양수분으로 변환하기 위하여, fully convolutional network을 개발하였다. 개발한 모델의 결과 검증은 RMSE(Root Mean Square Error)를 활용하여 검증하였으며, 모래, 실트, 점토에서 각각 0.0131, 0.0021, 0.0034 m³ m^-3으로 상대적으로 높은 정확성을 보였다. 즉, 본 연구에서 제시한 누출 레일리파를 사용한 비교란-비접촉 토양수분 측정 방법으로, 토양을 교란하지 않고 토양수분을 측정 할 수 있는 높은 가능성을 제시하였다.

• Korean Journal of Ecology and Environment
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• v.50 no.1
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• pp.29-45
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• 2017

This study explored spatiotemporal variability of water quality in correspondence with hydro-meteorological factors in the four stations of Euiam Reservoir located in the upstream region of the North-Han River from May 2012 to December 2015. Seasonal effect was apparent in the variation of water temperature, DO, electric conductivity and TSS during the study period. Stratification in the water column was observed in the near dam site every year and vanished between August and October. Increase of nitrogen nutrients was observed when inflowing discharge was low, while phosphorus increase was distinct both during the early season with increase of inflowing discharge and the period of severe draught persistent. Duration persisting high concentration of Chl-a (>$25mg\;m^{-3}$: the eutrophic status criterion, OECD, 1982) was 1~2 months of the whole year in 2014~2015, while it was almost 4 months in 2013. Water quality of Euiam Reservoir appeared to be affected basically by geomorphology and source of pollutants, such as longitudinally linked instream islands and Aggregate Island, inflowing urban stream, and wastewater treatment plant discharge. While inflowing discharge from the dams upstream and outflow pattern causing water level change seem to largely govern the variability of water quality in this particular system. In the process of spatiotemporal water quality change, factors related to climate (e.g. flood, typhoon, abruptly high rainfall, scorching heat of summer), hydrology (amount of flow and water level) might be attributed to water pulse, dilution, backflow, uptake, and sedimentation. This study showed that change of water quality in Euiam Reservoir was very dynamic and suggested that its effect could be delivered to downstream (Cheongpyeong and Paldang Reservoirs) through year-round discharge for hydropower generation.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.54 no.spc1
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• pp.1107-1118
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• 2021

Climate change brought on by global warming increased the frequency of flood and drought on the Korean Peninsula, along with the casualties and physical damage resulting therefrom. Preparation and response to these water disasters requires national-level planning for water resource management. In addition, watershed-level management of water resources requires flow duration curves (FDC) derived from continuous data based on long-term observations. Traditionally, in water resource studies, physical rainfall-runoff models are widely used to generate duration curves. However, a number of recent studies explored the use of data-based deep learning techniques for runoff prediction. Physical models produce hydraulically and hydrologically reliable results. However, these models require a high level of understanding and may also take longer to operate. On the other hand, data-based deep-learning techniques offer the benefit if less input data requirement and shorter operation time. However, the relationship between input and output data is processed in a black box, making it impossible to consider hydraulic and hydrological characteristics. This study chose one from each category. For the physical model, this study calculated long-term data without missing data using parameter calibration of the Soil Water Assessment Tool (SWAT), a physical model tested for its applicability in Korea and other countries. The data was used as training data for the Long Short-Term Memory (LSTM) data-based deep learning technique. An anlysis of the time-series data fond that, during the calibration period (2017-18), the Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE) and the determinanation coefficient for fit comparison were high at 0.04 and 0.03, respectively, indicating that the SWAT results are superior to the LSTM results. In addition, the annual time-series data from the models were sorted in the descending order, and the resulting flow duration curves were compared with the duration curves based on the observed flow, and the NSE for the SWAT and the LSTM models were 0.95 and 0.91, respectively, and the determination coefficients were 0.96 and 0.92, respectively. The findings indicate that both models yield good performance. Even though the LSTM requires improved simulation accuracy in the low flow sections, the LSTM appears to be widely applicable to calculating flow duration curves for large basins that require longer time for model development and operation due to vast data input, and non-measured basins with insufficient input data.

• Journal of Wetlands Research
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• v.24 no.1
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• pp.25-37
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• 2022

Climate change is becoming increasingly unpredictable. This has led to changes in various systems such as ecosystems, human life and hydrological cycles. In particular, the recent unpredictable climate change frequently causes extreme droughts and torrential rains, resulting in complex water resources disasters that cause water pollution due to inundation and retirement rather than primary disasters. SWAT was used as a watershed model to analyze future runoff and pollutant loads. The climate scenario analyzed the RCP4.5 climate scenario of the Meteorological Agency standard scenario (HadGEM3-RA) using the normal quantitative mapping method. Runoff and pollutant load analysis were performed by linkage simulation of climate scenario and watershed model. Finally, the results of application and verification of linkage model and analysis of future water quality change due to climate change were presented. In this study, we simulated climate change scenarios using artificial neural networks, analyzed changes in water temperature and turbidity, and compared the results of dams with artificial neural network results through W2 model, a reservoir water quality model. The results of this study suggest the possibility of applying the nonlinearity and simplicity of neural network model to Hapcheon dam water quality prediction using climate change.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.51 no.2
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• pp.141-150
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• 2018

The purpose of this study is to evaluate the future hydrologic behavior affected by the potential climate and land use changes in upstream of Anseong-cheon watershed ($366.5km^2$) using SWAT. The HadGEM3-RA RCP 4.5 and 8.5 scenarios were used for 2030s (2020-2039) and 2050s (2040-2059) periods as the future climate change scenario. It was shown that maximum changes of precipitation ranged from -5.7% in 2030s to +18.5% in 2050s for RCP 4.5 scenarios and the temperature increased up to $1.8^{\circ}C$ and $2.6^{\circ}C$ in 2030s RCP 4.5 and 2050s 8.5 scenarios respectively based on baseline (1976-2005) period. The future land uses were predicted using the CLUE-s model by establishing logistic regression equation. The 2050 urban area were predicted to increase of 58.6% (29.0 to $46.0km^2$). The SWAT was calibrated and verified using 14 years (2002-2015) of daily streamflow with 0.86 and 0.76 Nash-Sutcliffe model efficiency (NSE) for stream flow (Q) and low flow 1/Q respectively focusing on 2 drought years (2014-2015) calibration. For future climate change only, the stream discharge showed maximum decrease of 24.2% in 2030s RCP 4.5 and turned to maximum increase of 10.9% in 2050s RCP 4.5 scenario compared with the baseline period stream discharge of 601.0 mm by the precipitation variation and gradual temperature increase. While considering both future climate and land use change, the stream discharge showed maximum decrease of 14.9% in 2030s RCP 4.5 and maximum increase of 19.5% in 2050s RCP 4.5 scenario by the urban growth and the related land use changes. The results supported that the future land use factor might be considered especially for having high potential urban growth within a watershed in the future climate change assessment.

• Korean Journal of Ecology and Environment
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• v.51 no.1
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• pp.105-123
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• 2018

Currently, satellite images act as essential and important data in water resources, environment, and ecology as well as information of geographic information system. In this paper, we will investigate basic characteristics of satellite images, especially application examples in water resources. In recent years, researches on spatial and temporal characteristics of large-scale regions utilizing the advantages of satellite imagery have been actively conducted for fundamental hydrological components such as evapotranspiration, soil moisture and natural disasters such as drought, flood, and heavy snow. Furthermore, it is possible to analyze temporal and spatial characteristics such as vegetation characteristics, plant production, net primary production, turbidity of water bodies, chlorophyll concentration, and water quality by using various image information utilizing various sensor information of satellites. Korea is planning to launch a satellite for water resources and environment in the near future, so various researches are expected to be activated on this field.