• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.15-15
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• 2018

강우에 의해 발생되는 토양침식의 정도를 나타내는 강우침식인자의 산정공식은 미국에서 경험적인 방법으로 유도된 식이지만, 전 세계적으로 널리 활용되고 있다. 강우침식인자는 토양침식을 유발하는 호우사상의 지속기간 중에 발생한 총 강우에너지와 30분 최대 강우강도 값을 곱하여 호우사상별로 산정하게 되며, 이 값의 연간 총합이 연강우침식인자가 된다. 최근 강우침식인자에 대한 관심이 국내외적으로 고조되면서 많은 연구 산물이 학계에 보고되고 있다. 본 연구의 목적은 동일 기간, 동일 지점일지라도 연구자에 따라 강우침식인자 값이 달라지는 원인과 그 불확실성을 규명하기 위한 것이다. 이를 위하여 본 연구는 강우침식인자와 관련된 국내외 문헌연구를 토대로 연구방법에 따라 결과값이 달라지는 현상을 분석하고 이에 대한 대안을 제시하고자 한다. 연구결과, 강우침식인자 산정의 불확실성의 가장 큰 인자는 연구자가 사용하는 데이터로서, 5분 단위 이하의 강우자료를 사용하는 것과, 그 이상의 자료를 사용하는 것으로 구분할 수 있었다. 두 번째 중요한 인자는 유효 호우사상의 분류기준을 어떻게 적용하느냐에 있었다. 세 번째는 강우 에너지를 계산할 때 어떤 강우운동에너지식을 적용하는지에 따라 결과값이 달라지는 것을 알 수 있었다. 네 번째는 연구자가 어떤 프로그램을 이용하여 산정했느냐에 따라 차이가 발생할 수 있음을 알 수 있었다. 다섯 번째 지역단위 강우침식인자 산정시 어떤 공간분포 기법을 적용하느냐에 따라 결과값의 차이가 발생함을 알 수 있었다. 이를 바탕으로 본 연구에서는 국내에서 강우침식인자 산정시 연구자들이 적용할 수 있는 표준 계산 절차에 대해서 제안하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.337-337
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• 2020

기후, 지형, 토지이용 등 다양한 환경요인들의 조건에 따라 동일한 강수량에도 표토침식량이 다르게 발생한다. 지형과 토지이용은 인위적인 개발에 의해 크게 변화될 수 있지만 인위적인 요소를 제외한다면, 지형변화는 매우 느리게 발생하며 토지이용은 계절적으로 변화하게 된다. 우리나라 대부분의 토양침식은 강우-유출에 의한 침식(water erosion)으로 지표를 흘러가는 유체에 함께 표토를 구성하는 토양 입자들이 이동하면서 발생하게 되는데 지표면을 덮고 있는 피복과 사면경사에 큰 영향을 받게 된다. 본 연구에서는 강우와 지표흐름을 고려할 수 있는 물리적 기반 토양침식모형을 이용하여 토지이용과 경사에 따라 토양침식량과 공간적 침식분포가 어떻게 변화되는지 분석하고자 하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.511-511
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• 2012

강우침식인자는 강우사상(rainfall event)으로 인한 토양침식량을 산정하는 지표(index)로서 일정기간 토양침식의 정도를 산정할 수 있는 범용토양유식공식(Universal Soil Loss Equation)을 구성하고 있는 인자 중 가장 값의 변동성이 크고 동일한 조건에서 토양유실량 산정에 큰 영향을 미치는 인자다. 강우침식인자의 산정은 유량탐사 센서나 강우게이지 자료(pluviograph)로부터 12.7mm이상, 최소 15분간 6.35mm이상의 호우사상을 추출하여 해당하는 호우사상에 대한 강우에너지식에 30분 최대강우강도를 곱한 값의 연평균값을 계산한 것이다(Wischmeier and Smith, 1978). 본 연구에서는 범용토양유실공식(USLE)의 강우침식인 자(R)를 산정하고 지리정보시스템(GIS)을 활용하여 공간적 분포를 나타낼 수 있는 만경강 유역 상류부에 위치한 봉동 수위관측소 유역의 토양침식도를 연도별로 도시하였으며, 2001~2010년까지의 10개년 강우량을 바탕으로 토양침삭량을 산정하였다. 그 결과는 강우량이 많을수록 침식인자가 크게 산정되는 일반적인 결과를 기대 할 수 있지만, 2001~2010년까지 10개년 강우침식인자를 분석한 결과 강우량이 많다하여 침식인자의 변화 값이 크게 반응하는 값보다 강우강도에 의해 침식인자가 크게 반응하는 결과를 보였다. 따라서 강우침식인자는 강우량보다는 강우강도에 좌우됨을 알 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.231-231
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• 2023

토양침식은 지표의 토양이 바람이나 물에 의해 분리되어 이송되는 자연현상이다. 우리나라에서는 주로 물에 의한 토양침식이 발생하며 특히 단기간 집중적으로 내리는 강우에 의해 토양침식이 일어난다. 토양의 침식현상은 농경지 유실, 하공구조물에서의 퇴적토 발생, 수질 오염등 다양한 문제를 일으키며 기후변화로 인한 집중강우의 빈도 및 강도 증가는 토양침식에 의한 피해를 증가 시키고 있다. 이러한 문제를 파악하기 위해 경험적 방법에 의해 개발된 범용토양유실공식인 USLE 모형이 널리 사용되고 있으나 연간 토양침식량을 산정하기 위해 개발된 USLE모형은 강우기간이 짧고 강우강도가 높은 집중호우와 같은 단기 강우사상을 모의할 수 없고 모든 지역을 표현하는 데 한계가 있다. 이에 따라 단기 강우사상을 고려할 수 있는 물리기반 침식모형인 SSEM모형을 활용하였다. SSEM모형은 운동파 방정식의 수치해석과 물리적 기반 접근방식을 통해 토양침식과정을 계산하여 집중호우로 인해 발생하는 토양침식을 보다 정확하게 추정할 수 있다. 이러한 모형의 적용성을 확인하기 위해 우리나라의 의암댐유역 선정하였으며, 지형 및 강우 그리고 댐자료 등 기초자료 수집과 수집된 데이터는 연구 대상에 대한 토양침식량 산정 및 매개변수 추정과 보정하는 데 사용되었다. 이 결과 다른 토지이용에 비해 농경지와 나지에서 많은 침식이 일어나며 도심지에서의 퇴적이 발생하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.450-450
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• 2021

기후변화 보고서에 따르면 집중 호우의 강도 및 빈도 증가가 향후 몇 년동안 지속될 것이라 제시하였다. 이러한 집중호우가 빈번히 발생하게 된다면 강우 침식성이 증가하여 표토 침식에 더 취약하게 발생된다. Universal Soil Loss Equation (USLE) 입력 매개 변수 중 하나인 강우침식능인자는 토양 유실을 예측할때 강우 강도의 미치는 영향을 제시하는 인자이다. 선행 연구에서 USLE 방법을 사용하여 강우침식능인자를 산정하였지만, 60분 단위 강우자료를 이용하였기 때문에 정확한 30분 최대 강우강도 산정을 고려하지 못하는 한계점이 있다. 본 연구의 목적은 강우침식능인자를 이전의 진행된 방법보다 더 빠르고 정확하게 예측하는 머신러닝 모델을 개발하며, 총 월별 강우량, 최대 일 강우량 및 최대 시간별 강우량 데이터만 있어도 산정이 가능하도록 하였다. 이를 위해 본 연구에서는 강우침식능인자의 산정 값의 정확도를 높이기 위해 1분 간격 강우 데이터를 사용하며, 최근 강우 패턴을 반영하기 위해서 2013-2019년 자료로 이용했다. 우선, 월별 특성을 파악하기 위해 USLE 계산 방법을 사용하여 월별 강우침식능인자를 산정하였고, 국내 50개 지점을 대상으로 계산된 월별 강우침식능인자를 실측 값으로 정하여, 머신러닝 모델을 통하여 강우침식능인자 예측하도록 학습시켜 분석하였다. 이 연구에 사용된 머신러닝 모델들은 Decision Tree, Random Forest, K-Nearest Neighbors, Gradient Boosting, eXtreme Gradient Boost 및 Deep Neural Network을 이용하였다. 또한, 교차 검증을 통해서 모델 중 Deep Neural Network이 강우침식능인자 예측 정확도가 가장 높게 산정하였다. Deep Neural Network은 Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE) 와 Coefficient of determination (R²)의 결과값이 0.87로서 모델의 예측성을 입증하였으며, 검증 모델을 테스트 하기 위해 국내 6개 지점을 무작위로 선별하여 강우침식능인자를 분석하였다. 본 연구 결과에서 나온 Deep Neural Network을 이용하면, 훨씬 적은 노력과 시간으로 원하는 지점에서 월별 강우침식능인자를 예측할 수 있으며, 한국 강우 패턴을 효율적으로 분석 할 수 있을 것이라 판단된다. 이를 통해 향후 토양 침식 위험을 지표화하는 것뿐만 아니라 토양 보전 계획을 수립할 수 있으며, 위험 지역을 우선적으로 선별하고 제시하는데 유용하게 사용 될 것이라 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.34-34
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• 2019

급격한 기후변화의 영향으로 강우의 발생패턴과 높은 강우강도를 갖는 호우의 발생빈도가 높아지고 있어, 짧은 시간동안 다량의 표토가 손실될 가능성이 증가하고 있다. 강우에 의한 표토손실은 다양한 영역에서 발생하는데, 특히 산지유역과 농경지에서 발생할 경우 산림자원의 손실과 작물을 재배할 수 있는 영역이 감소하는 문제를 가져오게 된다. 또한 침식된 표토가 하천으로 유입되면 퇴적으로 인한 통수능력 저하, 하천생태 교란 등의 다양한 문제가 나타나고 있다. 우리나라는 표토침식량을 추정하기 위하여 연평균 토양침식모델을 적용하고 있다. 이모형은 기본적으로 연평균 토양침식을 예측하기 위해 개발되어온 모형으로, 적용하고 있는 매개변수도 연평균 개념의 값을 가지고 있다. 따라서 이모형은 짧은 시간동안에 발생하는 호우사상으로 발생하는 표토침식을 예측하는데 한계를 가진다. 본 연구에서는 기후변화의 영향으로 나타나는 단기호우사상에 의한 표토침식을 예측하기 위해 외부에서 작용하는 침식요인인 강우강도를 고려하기 위하여, 강우입자의 물리적인 특성을 반영한 강우에너지 산정공식을 제시하였다. 또한 기 개발된 분포형 단기표토침식모형에 제안된 식을 적용하여 타당성을 검토하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.216-216
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• 2023

가속적인 토양침식은 토지의 환경 및 생태계의 지속성에 부정적 영향을 미치므로, 그 양을 예측하여 토양침식을 방지하는 것은 중요하다. 이에 따라 식생, 지형, 토양의 입도분포 등과 같은 토양침식에 영향을 미치는 인자에 관한 연구가 꾸준히 이뤄지고 있다. 특히 자연 지형에서 보편적으로 나타나는 'cm' 규모의 미세지형이 토양침식에 미치는 영향을 분석한 기존 연구 결과를 살펴보면, 유역 출구 지점에서 관측된 총 유사유출량에만 근거하고 있을 뿐 아니라 토양침식에 미치는 미세지형의 영향에 관한 상반된 결과가 혼재하고 있다. 이는 유역의 토양침식과정에 대한 이해도와 토양침식량에 대한 예측 정확도를 저하시킬 우려가 있으므로 미세지형이 토양침식에 미치는 영향을 유역 전반에 걸쳐 살펴본 후, 명확하게 하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 동역학파 모형에 기반한 침식 모형을 이용하여 미세지형에서의 강우-유출 및 토사 입자별 침식 및 유출 현상을 수치적으로 모의하였다. 모의 결과에 따르면, 동일한 강우-유출 조건에서도 미세지형의 거칠기에 따라 유역의 토양침식량 및 침식 특성이 달라질 수 있으며, 토양 입경이 미세지형의 거칠기에 따른 유사유출량의 증감 현상을 결정하는 데에 있어 중요한 요소로 작용함을 제시하였다. 미세지형이 거칠어짐에 따라 비교적 굵은 입자인 모래 함량이 높은 지반에서는 토양침식률이 감소하였으나 이와 대조적으로 미세토사 함량이 높은 지반에서는 토양침식률이 증가하였다. 이는 미세지형이 유역 전반에 걸쳐 입경에 따른 토사의 부상, 이류 및 퇴적 특성에 영향을 미쳐, 유역의 유사 분급 및 장갑화 현상에 깊게 관여하였기 때문이다. 본 연구를 통해 토양유실에 미치는 미세지형의 영향에 관한 상반된 연구 결과를 미세지형과 토양 입경분포의 상호작용으로 설명할 수 있다. 따라서, 본 연구는 유역 내 미세지형적 거칠기 입경분포에 대한 정확한 정보에 기반하여 토양의 유실량 및 침식량을 산정해야 함을 강조한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.329-329
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• 2015

하천의 지류와 본류가 만나는 합류부 구간은 본류와 지류에서 유입되는 유량의 크기가 달라 복잡한 흐름을 형성하게 된다. 합류부 구간의 흐름특성 변화는 합류부 하상 및 하안의 지형학적 변화에 영향을 미칠 수 있으며 이러한 국부적인 구간에서 발생하는 하상변동 및 하안침식은 급격한 하도의 평면적 변화를 야기할 수 있다. 하상변동과 하안침식은 독립적으로 발생하는 것이 아니라 하도침식과 퇴적 그리고 하안침식과 퇴적이 상호작용하여 하천의 지형학적 변화를 야기한다. 따라서 합류부 구간의 하도 안정성을 확보하기 위해서는 합류부 구간에서 발생하는 하상변동과 하안침식을 연계한 정량적 분석이 필요하다. 본 연구에서는 하안침식과 하상변동이 상호작용하여 하천의 지형학적 변화를 야기할 것으로 예상되는 합류부 구간에 대해 2차원 수치모형인 CCHE2D를 활용하여 하안침식을 연계한 하상변동 분석을 수행하고자 한다. 대상구간은 4대강 살리기 사업 후 합류부 지점에서의 하상침식이 지류 하천 상류 방향으로 전이되는 두부침식 현상이 발생한 지점으로 하상유지공 유실 및 하안침식 문제가 발생하고 있는 남한강과 금당천 합류부 구간이다. 흐름 모의 조건은 4대강 살리기 사업 후 해당구간에서 발생한 가장 큰 홍수 사상인 2013년에 발생한 유량조건을 본류에서 유입되는 유입 유량으로 선정하였으며, 유량-유사량 관계식은 합류부 구간에서 약 9.3 km 떨어진 청미천 원부교 지점의 관계식을 사용하였다. 또한 유사이송공식은 CCHE2D 모형에서 선택 가능한 공식들 중 대상 하천에서 측정한 유사량과 가장 근사한 값을 제시하는 Wu et al.(2000) 공식으로 선택하였으며, 유사이송형태는 총유사량 조건을 적용하였다. 본 연구를 통해 하천과 지류하천이 만나는 합류부 지점에서의 하안침식에 의한 영향을 분석하고 평면적 지형변화를 실제 현상과 유사하게 재현한 수치모의 결과는 하도안정화 대책 수립에 적극 활용할 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2004.05b
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• pp.713-718
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• 2004

우리나라의 경우 재해영향평가 제도가 실시된 이후 모든 재해영향평가에서는 토양침식량을 산정하고 있다. 유역에서 토양침식량을 산정하기 위한 많은 모형들이 있지만, 분포형 모형들은 토양침식의 산정에 많은 비용과 시간을 요구한다. 그래서, 가장 널리 실무에서 쓰이고 있는 모형은 범용토양침식공식(USLE, Universal Soil Equation)이다. USLE은 연 토양 침식량 산정을 위한 경험공식으로, 토양침식은 강우강도, 토양의 종류, 토지 피복과 토지이용, 사면경사와 경사길이, 그리고 토양보전을 위한 시설의 영향을 받는다. 이러한 모든 변수들은 공간적으로 분포되어 있기 때문에, 이러한 변수들을 추정하기 위해 지형정보시스템(GIS)을 사용하면 보다 빠르고 정확한 변수들을 산정 할 수 있다. 또한, 유역에 내리는 강우는 토양침식뿐만 아니라 유기물의 흡착에 따른 비점오염원의 유출을 발생시킨다. 침식토에 흡착된 유기물의 양은 부유의 개념을 도입하여 산정 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 지형정보시스템(GIS)과 범용토양손실 공식을 연계하여 태풍루사의 강우에 의한 보청천 유역에서의 토양 침식량과 그와 함께 유출되는 유기질소(Organic N)의 양을 산정 하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.169-173
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• 2010

토양침식은 농경지 면적의 감소 및 사태 유발, 토사의 하천 유입으로 인한 생태계 교란 및 오염물질 확산 등의 피해를 야기시킨다. 토양침식을 유발하는 가장 큰 인자는 일반적으로 강우로 알려져 있으며, 연구대상 지역의 토양침식량을 산정하기 위해서는 강우침식인자를 추정하는 과정을 거치게 된다. 이와 관련하여 정필균(1983), 박정환 등(2000)은 각각 1980년, 1996년 이전의 강우자료를 이용하여 우리나라 강우침식인자를 제시한 바 있으나, 기상청에서 제공하는 1시간 단위 강우량으로 30분 최대 강우강도를 추정하는 것이 제한되어, 근래에 들어서는 연강수량을 이용하여 강우침식인자를 산정할 수 있는 국외 추정식을 적용하는 연구사례가 늘고 있다. 본 연구는 기상청에서 제공하는 1시간 단위 강우자료를 바탕으로 각 호우사상별 30분 최대 강우강도를 추정하여 보다 정확한 연강우침식인자를 산출하기 위한 것으로서 강우의 스케일 성질을 이용하였다. 속초 지점의 2007년 강우자료를 바탕으로 각 호우사상의 1시간 최대 강우량을 하향스케일링 하여 30분 최대 강우강도를 산출하여 강우침식인자를 산정한 결과, 기존의 $EI_{30}$와 $EI_{60}$의 상관관계식 및 연강수량을 이용한 추정방법보다 더 합리적임을 알 수 있었다.