• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.359-359
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• 2021

기후변화로 인한 강수량의 지역별, 계절별 불균형은 홍수로 인한 하천 범람피해뿐만 아니라 하천의 건천화로 인한 수생태, 수질, 경관 저해 등의 피해를 야기하고 있다. 이와 같은 기후변화로 인한 수자원의 영향을 평가하기 위해 기상 현상을 재현하고 예측하기 위한 기후모형과 이와 연계하여 지표의 수문 순환과 에너지 순환과정을 모의할 수 있는 지표수문모형의 필요성이 대두되고 있다. 그러나, 하천유출에 대한 모니터링시스템 체계를 구축하기 위해 지표수문모형을 사용하여 하천의 장기유출을 모의하는 시도는 국내에서는 아직 일반화되지 않고 있다. 따라서, 본 연구에서는 횡방향 유출흐름 모의가 가능하도록 개선된 격자형 지표수문모형인 Common Land Model(CoLM)의 우리나라 하천유역에 대한 장기하천유출 모의 적용성을 확인하고자 한다. 이를 위하여 4대강(한강, 낙동강, 금강, 섬진강)의 자연유역을 대상으로 주요 댐 상류유역에 대하여 CoLM이 필요로 하는 지표경계조건자료와 기상입력자료를 구축하고 모형의 주요 매개변수에 대한 검보정을 수행하여 각 지점별 최적의 장기하천유출 모의결과를 도출하고자 한다. CoLM의 지표경계조건자료 구축을 위해서는 고해상도의 인공위성자료 및 지점측정자료를 수집하고, 기상입력자료 구축을 위해서는 기상청에서 제공하는 기상자료를 수집하여, 모형의 계산시간 및 지역예보모델에 많이 사용되고 있는 공간해상도를 고려한 모형의 입력자료는 30km 계산 격자망 자료로 구축될 예정이다. CoLM의 모의성능 평가 및 결과분석을 위해 총 30년(1990-2019) 기간에 대한 모의결과 중, 초기 10년은 초기조건 수립을 위한 안정화 기간으로 제외하고, 다음 10년(2000~2009)은 보정기간으로 설정하고 마지막 10년(2010~2019)은 검정기간으로 설정하여 지표수문모형의 장기하천유출모의 적용성이 평가될 예정이다. 본 논문의 결과는 향후 우리나라 주요 유역에 대해 이상기후로 인한 하천 수자원 및 수생태의 영향을 분석하고, 하천의 건천화 대책 수립 등에 대한 기초정보를 제공할 수 있을 것이라 기대한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.678-682
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• 2012

본 연구는 한국건설기술연구원의 주요사업인 "산지하천 유역의 홍수예측을 위한 수문조사(2011~2015년)"의 Test-bed 유역중의 하나인 설마천 유역(경기도 파주시 적성면)을 운영하면서 신뢰성 있는 수문자료를 지속적으로 획득함과 동시에 산지하천 유역의 홍수량 예측과 재해방지 설계기법을 개선하고 수문정보를 제공하는데 있다(Test-bed 유역중의 또 하나인 차탄천 유역은 2011년 수문관측 기반구축 완성). 이를 위하여 2011년에도 지속적인 수문조사를 하였으며, 수문자료의 품질 향상을 위한 관측기기의 유지관리와 수집된 자료의 처리절차를 통하여 신뢰성 있는 수문자료를 생성하고, 이들 자료를 바탕으로 유역의 수문특성을 분석하였다. 또한 홍수량 예측과 재해방지 설계기법 개선을 위해서는 관련 기술조사, 평가와 취약 설계인자를 도출하였으며, 정량화를 위한 시험 및 조사방법을 결정하는 과정을 진행하고 있다. 설마천-차탄천 수문정보시스템(http://seolmacheon.kict.re.kr)은 Test-bed 유역(설마천 유역 이외에 차탄천 유역 포함)에서 생성되는 수문자료를 수집, 저장, 공유하는 기능을 포함하고, 홍수예측 모형(집중형 모형)과 강우레이더 자료(RDAPS 자료)를 결합한 산지하천의 홍수예측을 모의할 수 있는 기능을 추가하였으며, 향후 모의의 정도를 개선하고자 다른 모형과 다른 강우레이더 자료 도입을 목표로 진행할 예정이다. 그리고 Test-bed 유역을 기반으로 한 홍수량 예측 모형의 적용성 평가를 통해 중 소규모 산지하천 유역에 적합한 실시간 홍수예보 시스템 개발과 유역 수문조사 지침서 작성을 통해 가이드를 제시하고자 한다. 2011년 설마천 유역에서 생성된 자료로는 6개 우량관측소의 우량자료, 2개 수위관측소의 하천수위 및 지하수위, 유량측정성과 등이 있으며, 이로부터 산정된 유역평균우량과 유량자료 등이 있다. 확정된 강우-유출자료를 이용하여 강우의 호우사상 분석(강우강도, 지속기간), 강우의 지속기간별 최대강우량, 강우의 시 공간 분포 특성 분석, 월별 유출 및 주요 호우사상의 유출특성 분석 등 기본적인 강우-유출 특성을 분석하였다. 그리고, 유량측정성과의 불확실도 분석을 통하여 측정한 유량자료의 정확도를 제고하였다. 설마천 유역에서 축적된 수문자료는 자료의 공유를 통하여 자료의 검증을 확보함과 동시에 연구성과가 수자원 개발 분야에 활용되기 위해서는 지속적이고 안정적인 자료확보와 수문관측 기술개발을 위한 노력과 투자가 더욱더 필요한 상황이다.

• Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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• v.8 no.2
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• pp.59-63
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• 2008

The surface runoff is one of the important components for the surface water balance. However, most Land Surface Models(LSMs), coupled to climate models at a large scale for the prediction and prevention of disasters caused by climate changes, simplistically estimate surface runoff from the soil water budget. Ignoring the role of surface flow depth on the infiltration rate causes errors in both surface and subsurface flow calculations. Therefore, for the comprehensive terrestrial water and energy cycle predictions in LSMs, a conjunctive surface-subsurface flow model at a large scale is developed by coupling a 1-D diffusion wave model for surface flow with the 3-D Volume Averaged Soil-moisture Transport(VAST) model for subsurface flow. This paper describes the new conjunctive surface-subsurface flow formulation developed for improvement of the prediction of surface runoff and spatial distribution of soil water by topography, along with basic schemes related to the terrestrial hydrologic system in Common Land Model(CLM), one of the state-of-the-art LSMs.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.124-124
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• 2022

가뭄시 유역 수문량은 하천수/지하수 취·배수, 하·폐수방류량, 용수재이용 등 복잡한 물이용체계에 따른 영향이 크지만 기존 가뭄시 수문량 평가는 이러한 복잡한 물이용체계를 고려하지 않아 정도 높은 예측에 어려움이 있다. 따라서 가뭄시 유력 내 상세물이용체계 및 수문환경특성 인자들의 상호작용 규명을 통한 정도 높은 수문량 평가 기술의 개발이 시급하다. 대하천 주변 광역상수도 공급지역은 가뭄 발생시에도 안정적으로 물이용이 가능하나, 중소하천을 수원으로 하는 하천의 상류지역은 가뭄시 물공급 안정성이 취약하다. 따라서 중소하천을 대상으로 가뭄시 물 공급시설의 효율적 운영, 물부족 위험도 평가, 가용수자원의 최적이용 등 종합적인 대책 마련을 위해서는 신뢰성 높은 수문량(하천유출량 및 수자원가용량) 예측이 필요하다. 가뭄에 따른 중소하천유역의 수문학적 유출거동을 평가하기 위한 해석 모형으로는 국내의 복잡한 유역 수문환경특성을 평가하기 위해 개발된CAT (Catchment hydrologic cycle Assessment Tool)(김현준 등, 2012)을 이용하였다. CAT은 기후변화나 토지이용변화에 따른 유역의 수문환경특성 변동성을 정량적으로 평가하기 위해 개발된 모형이다. CAT은 인위적인 물이용체계 즉, 광역급수, 용수재이용, 지하수 취수, 하천수 취·배수 등을 분석하기 위한 툴을 제공하므로 가뭄시 상세물이용체계에 따른 시·공간적 수문환경특성 분석 및 수문량 평가를 위한 최적의 모형으로 선정하였다. 본 연구에서는 중소하천유역의 수문량 예측기술 실용화 기반을 마련하기 위하여 낙동강, 금강, 영산/섬진강 중권역을 대상으로 정밀 시공간 수문량을 평가하였다. 각 권역별 보정지점을 기준으로 관측유량 자료와 모의자료의 1:1비교를 통해 수문량 예측정확도를 산정하였으며, 모형효율(Nash Sutcliffe Efficiency, NSE) 및 결정계수(Coefficient of Determination, R²)의 권역별 평균은 NSE 72%, R2 79%로 나타났으며, 대부분의 지점에서 70% 이상을 나타내어 환경부 및 지자체의 가뭄시 물관리 정책을 지원하기 위한 실용화 기반을 마련하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.51-51
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• 2019

기후변화 따라 과거에 경험하지 못했던 이상 수문기상 및 기상재해가 유발되며, 그 피해의 규모는 매년 증가한다. 그 중 가뭄은 미국 해양기상청(NOAA)이 선정한 20세기 최대 자연재해 중 상위 5위 안에 랭크되었으며 가뭄의 피해와 영향력은 막대하다고 언급하였다. 가뭄은 발생과정과 피해 영향에 따라 기상학적, 농업적, 수문학적, 사회경제학적 가뭄으로 구분할 수 있으며 직 간접적으로 영향을 미치고 기상학적 가뭄에서 수문학적 가뭄 등으로 가뭄의 종류가 변화되며 이를 가뭄전이라고 부른다,. 본 연구에서는 기상학적 가뭄에서 수문학적 가뭄으로 전이되는 과정을 분석하기 위하여 Weather Research and Forecasting and Model Hydrological modeling extension package (WRF-Hydro) 모형을 한반도 대상으로 구축하였다. 모형의 정확성을 향상시키기 위해 충주댐, 소양강댐, 용담댐, 남강댐의 유입량과 모형 유출량을 비교 분석하였으며, 유출에 영향을 미치는 지면 유출, 표면 거칠기와 같은 파라미터를 보정하여 주었다. 위와 같이 구축, 보정된 모형을 활용하여 모의된 유출량을 이용하여 수문학적 가뭄지수 Standardized Streamflow Drought Index(SSFI)를 도출하여 기상학적 가뭄지수 Standardized Precipitation Index(SPI)와 비교하여 기상학적 가뭄이 수문학적 가뭄으로 전이되는 과정을 가뭄의 빈도, 강도, 특성 등에 초점을 맞추어 분석하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.187-187
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• 2021

최근 기후 변화로 인한 한반도의 극한 홍수 및 가뭄의 발생 빈도가 급증하고 있다. 이와 같은 이상 기후의 발생으로 연간 강수량의 편차가 더 커지면서 장래 물 부족 문제가 더욱 심화될 전망이다. 따라서 본 연구에서는 한강 유역의 수문 모형 구축을 통해 미래 물수지 변화를 정량적으로 예측함으로써 기후 변화가 한강 유역의 수문순환요소와 수자원에 미치는 영향을 분석하고 평가하였다. 레이더 강우 시계열 자료의 활용을 위하여 격자 단위로 분석이 가능한 분포형 수문 모형 VIC (Variable Infiltration Capacity)을 사용하였고 모형 구축에는 레이더 강우와 종관기상관측소의 강우 자료에 조건부 합성 기법(Conditional Merging, CM)을 적용하여 보정된 강우 자료를 사용하였다. 제공되는 VIC의 토양, 식생 변수는 공간 해상도가 너무 낮고 유역 내에서도 공간적인 변동성이 크지 않아 침투에 관련된 매개변수를 토지 피복과 연관 지어 격자마다 적정한 매개변수를 회귀 분석하여 새로 산정하였다. 먼저 보정 기간 6년(2009-2014)에 대해 보정을 하고 이후 검증 기간 6년(2014-2019)에 대해 검증을 진행하였다. 보정, 검증 기간에 대한 NSE 값은 각각 0.968, 0.569로 양호한 결과를 보여주었다. 구축된 수문 모형에 기후 변화를 고려하기 위해 GCM 기반의 CMIP6 미래기상자료를 입력해서 미래의 물 수지와 수문순환요소의 변화를 모의하였고 모의 결과, 미래 기간에는 강수의 편차가 더욱 심화되면서 가뭄이 더 빈번하게 발생하는 경향을 보였다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.54 no.9
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• pp.681-692
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• 2021

Vegetation processes have a significant impact on rainfall runoff processes through evapotranspiration control, but are rarely considered in the conceptual lumped hydrological model. This study evaluated the model performance of the Hapcheon Dam watershed by integrating the ecological module expressing the leaf area index data sensed remotely from the satellite into the hydrological partition module. The proposed eco-hydrological model has three main features to better represent the eco-hydrological process in humid regions. 1) The growth rate of vegetation is constrained by water shortage stress in the watershed. 2) The maximum growth of vegetation is limited by the energy of the watershed climate. 3) The interaction of vegetation and aquifers is reflected. The proposed model simultaneously simulates hydrologic components and vegetation dynamics of watershed scale. The following findings were found from the validation results using the model parameters estimated by the SCEM algorithm. 1) Estimating the parameters of the eco-hydrological model using the leaf area index and streamflow data can predict the streamflow with similar accuracy and robustness to the hydrological model without the ecological module. 2) Using the remotely sensed leaf area index without filtering as input data is not helpful in estimating streamflow. 3) The integrated eco-hydrological model can provide an excellent estimate of the seasonal variability of the leaf area index.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.321-321
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• 2020

도시화로 인해 유역의 불투수면적이 증가함에 따라 수문학적 요소와 수질에 큰 변화를 가져왔다. 불투수면적의 증가는 강우시 지표유출의 증가, 토양층 침투 차단으로 인한 지하수 재충전 감소 및 지하수위 감소를 초래하여 결과적으로 기저유출을 감소시킨다. 이러한 증가된 불투수면적이 강우유출수의 수문 및 수질에 미치는 영향을 완화하기 위해 최근 저영향개발 (Low Impact Development; LID) 기법이 개발되어 적용되고 있다. LID 기법은 개발 이전의 수문순환 상태에 최대한 근사하도록 개발하는 기법으로 우수 유출 속도 감소, 유역에서의 저류, 침투 및 증발산 과정 촉진, 하류로의 오염물질을 저감시킨다. 효과적인 저영향개발 기법 적용을 위해서는 시설 설치 전 모형을 이용한 저영향개발 기법의 적용 효과를 파악해야 한다. 이에 따라 많은 저영향개발 기법 모형들이 개발되었으며, 그 중 SWMM (Storm Water Management Model) 모형이 LID 효과분석을 위해 많이 이용되고 있다. 그러나 SWMM 모형의 경우, 저영향개발 기법으로 모의되는 침투 후 토양 물 흐름이 토양의 수분 조건을 고려하지 않고 모의가 되고 있다. 본 연구에서는 HSPF(Hydrological Simulation Program: FORTRAN) 모형을 이용하여 LID 시설 내에서의 저류현상을 구현하고 수문요소에 대한 영향을 분석하고자 한다. HSPF 모형의 입력자료를 구축하여 모형을 구축하고 LID 모형 적용 전에 모형의 보정 및 검정을 수행하였으며, LID 시설을 적용하여 유역내 수문요소들의 변화를 분석하였다. 본 연구의 결과는 향후 LID 효과 분석을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.42-42
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• 2019

유량조절을 위한 자동수문은 설정된 관리수위 이하에서는 수문이 개방되지 않으며, 유량이 증가하여 관리수위 이상이 되면 수문이 개방되어 방류를 시작하여 일정 수위를 유지하는 것을 의미한다. 자동수문의 운영 중 수문의 거동과 자동 개폐 시점을 예측하는 것은 정밀한 수문 설계를 위해 매우 중요하다. 수문 하단으로 흐름이 발생하면 수문 선단을 포함한 주변에서의 압력 차이로 인한 동수압 하중이 발생하고 진동을 유발, 수문 개방을 억제하는 하향력 등의 효과로 수문 운영에 큰 영향을 미친다. 본 연구에서는 부력식 수문의 모형실험을 통하여 정수압 상태의 부력 이론에 의한 수문 개방률과 측정에 의한 수문 개방률을 비교하였으며, 이론과 측정 수문 개방고의 차이를 하향력에 의한 효과임을 확인하였다. 부력식 수문의 하향력을 검토하기 위해 기존 이론식을 이용한 결과, 이론식은 부력식 수문에 적용하기 어려운 것으로 나타났다. 따라서, 기존 이론식을 이용하여 부력식 수문의 하향계수 산정을 위한 매개변수 관계식을 개방률을 이용하여 제시하였다. 제시된 매개변수 관계식의 결정계수는 0.721, 수정된 결졍계수는 0.690으로 나타났다. 부력식 수문의 형상비에 따른 하향력을 검토하기 위해서 수치모의를 수행하였다. 모형실험에서 측정된 자료와 수치모형 ANSYS-Fluent의 사용성을 검증하였고, 부력식 수문의 형상비를 0.24, 0.49, 0.69, 0.89, 1.09로 총 5가지로 설정하여 하향계수와 하향력을 분석하였다. 부력식 수문의 하향계수와 하향력 검토는 부력체, 스커트로 구분하여 분석을 수행하였다. 하향계수 분석결과, 하향계수는 개방률이 증가함에 따라 감소하였으며 하향계수가 부력체 부분에서는 0.465~1.542, 스커트 부분에서는 0.058~1.148의 범위로 나타났다. 하향력 분석결과, 하향력은 개방률 0.300 이하에서는 개방률이 증가함에 따라 하향력은 증가하였나 개방율 0.300 초과하면서부터 개방률이 증가함에 따라 하향력이 감소하는 것으로 나타났다. 또한 부력체 부분에서는 형상비가 증가함에 따라 하향력이 감소하였으나, 스커트 부분에서는 형상비가 증가함에 따라 하향력이 증가하였다. 이는 형상비가 증가함에 따라 스커트 부분의 면적이 증가하기 때문이다. 부력식 수문의 전체적인 하향력을 계산한 결과, 부력식 수문의 하향력은 0.002~0.015 kN의 범위를 가지며 형상비가 증가함에 따라 부력식 수문에 발생하는 하향력은 증가하는 것으로 나타났다.