• 생태와환경
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• 제43권2호
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• pp.183-189
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• 2010

장기 유역유출모형을 적용하여 그 결과를 대상유역의 주요지점 관측유량과 비교 분석하고, 유량을 재관측하여 하천유량의 적정성과 수문학적 유출특성을 분석한 본 연구의 결론은 다음과 같다. 첫째, SSARR모형을 기반으로 개발된 장기 유역유출모형을 대청 및 용담유역에 구축, 적용하고 검증한 결과 용담댐 및 대청댐 지점의 연중 유출모의는 양호하게 모의된 반면 그 사이에 위치하는 수통관측소의 평 갈수기 유량의 신뢰도는 다소 결여된 것으로 판단되어 해당지점의 하천특성을 조사 분석하였다. 용담유역내 천천 및 동향지점을 조사한 결과 관측치와 모형에 의한 모의결과는 매우 근사하였으나 용담 하류의 수통지점은 관측치보다 다소 과다 모의되었다. 재관측 결과 수위-유량 관계곡선식으로부터 산출되는 관측치보다 유출모의결과에 더욱 근사한 것으로 분석되었다. 둘째, 수통지점 관측유량의 신뢰도에 수리 수문학적으로 미치는 영향인자를 조사하였다. 수통지점의 수위는 직상류에 위치하는 소수력발전에 의한 방류수위에 직접적인 영향을 미치는 것으로 조사되었으며, 상류부 용담댐 방류량과는 그 상관도가 매우 낮음을 확인하였다. 소수력 발전 방류수를 고려하여 수통지점의 유량을 재추정한 결과 모형에 의한 유출결과와 근사하게 모의되는 것으로 분석되었다. 셋째, 보와 같은 수리시설물이 유역 유출량에 미치는 영향을 분석하기 위하여 각 소유역별 용수 이용 중 하천수 의존도를 조사하였다. 농업용수 공급을 주목적으로 하는 주요 수리시설물에 의해 용수를 공급받고 있는 수혜면적비로 추정한 결과 중규모 이상의 농업용 저수지가 다수 분포하고 있는 소유역에서는 상대적으로 하천수 의존도가 적게 분석된 반면, 양수장이나 보 등을 통한 하천수 공급에 의존하는 농경지의 비율이 높아 하천수 의존도가 약 60%로서 상당한 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 이와 같이 본 연구에서는 장기 유역유출모형을 금강유역에 적용하여 그 모의결과를 주요지점의 관측유량과 비교 분석하고, 유량을 재관측하여 하천유량의 적정성을 검토하고, 신뢰도가 결여되었다고 판단되는 지점은 주변의 수문학적 유출특성을 조사하여 그 원인을 분석하였다. 향후 유역의 유출관리를 명확하게 하기 위해 수문자료의 신뢰도 평가에 대한 연구를 지속하여 정확한 수문기초자료의 획득 및 평가와 검증이 요구된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.369-369
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• 2022

기후변화에 관한 정부간 합의체 (IPCC, Intergovernmental Panel on Climate Change) 6차 보고서에서 이번 세기 중반까지 현 수준의 온실가스 배출량을 유지한다면 2021~2040년 중 1.5℃를 초과할 것이다. 이러한 기후의 변화로 인한 기온상승 영향으로 과거와는 달리 산림변화는 과거와 다르게 침엽수는 감소하고 활엽수는 증가하는 추세다. 본 연구에서는 유역 대부분이 산림으로 금강 상류의 용담댐유역 (930.2 km²)을 대상으로 SWAT (Soil and Water Assessment Tool)을 이용하여 장기간 산림변화에 따른 수문 구성요소를 평가하였다. MOD15A2 LAI 및 임상도 자료를 10년 단위 (1980s (1980~1989), 2000s (2000~2009), 2010s (2010~2019))를 이용해 임상별 (침엽수림, 활엽수림, 혼효림) 및 산림 높이를 구축하였다. 임상별 산정된 LAI를 기초로 SWAT의 임상별 LAI 및 수문 검·보정을 통해 용담댐유역 현황을 재현하였다. 모형의 적용성 평가는 R²를 이용하였으며, 임상별 (침엽수, 활엽수, 혼효림) LAI는 0.95, 0.89, 0.90로 증발산량은 0.51, 토양수분은 0.5~0.55로 유량의 경우 0.69로 산정되었다. 산림변화에 따른 1980s는 LAI 자료가 없기에 2000s 및 2010s의 식생 높이 및 LAI를 멱함수로 회귀하여 1980s 엽면적지수를 산정하였다. 기상자료는 2010s로 고정하고 산림 성장이 물순환에 미치는 영향을 1980s 및 2010s의 수문 비교를 시공간적으로 평가할 예정이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.161-161
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• 2021

본 연구에서는 금강 상류의 용담댐 유역(930.0 km²)을 대상으로 Sentinel-1 SAR(Synthetic Aperture Radar) 및 Sentinel-2 MultiSpectral Instrument(MSI) 위성영상을 활용한 토양수분 산출연구를 수행하였다. 연구에 사용된 자료는 10 m 해상도의 Sentinel-1 IW(Interferometric Wide swath) mode GRD(Ground Range Detected) product의 VV(Vertical transmit-Vertical receive) 및 VH(Vertical transmit-Horizontal receive) 편파자료와 Sentinel-2 Level-2A Bottom of Atmosphere(BOA) reflectance 자료를 2019년에 대해 각 6일 및 5일 간격으로 구축하였다. 위성영상의 Image processing은 SNAP(SentiNel Application Platform)을 활용하여 Sentinel-1 영상의 편파 별(VV, VH) 후방산란계수와 Sentinel-2의 적색(Band-4) 및 근적외(Band-8) 영상을 생성하였다. 토양수분 산출 모형은 다중선형회귀모형(Multiple Linear Regression Model)을 활용하였으며, 각 지점에 해당하는 토양 속성별로 모형을 생성하였다. 모형의 입력자료는 Sentinel-1 위성의 편파별 후방산란계수, Sentinel-1 위성에서 산출된 식생지수 RVI(Radar Vegetation Index)와 Sentinel-2 위성에서 산출된 NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)를 활용하여 식생의 영향을 반영하고자 하였다. 모의 된 토양수분을 검증하기 위해 6개 지점의 TDR(Time Domain Reflectometry) 기반 실측 토양수분 자료를 수집하고, 상관계수(Correlation Coefficient, R), 평균제곱근오차(Root Mean Square Error, RMSE) 및 IOA(Index of Agreement)를 활용하여 전체 기간 및 계절별로 나누어 검증할 예정이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.183-188
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• 2005

레이더강우관측의 수문학적 적용성을 검토하고 개념적 유출모형과 분포형 유출모형에서 지점강수 및 레이더강수를 적용하여 매개변수의 민감도 및 수문곡선변화를 관찰하였다. 레이더강수의 계통적오차는 총강수량비를 이용하여 보정하였고, 이결과 레이더강수가 지점강수에 비하여 첨두강수를 더욱 양호하게 표현하고 있음을 확인할 수 있었다. 지점강수와 레이더강수를 이용하여 용담댐 상류유역에 대한 유출해석을 수행하였다. 개념적모형으로는 저류함수모형을, 분포형모형으로는 실시간 홍수 조절을 목적으로 미국 Oklahoma대학에서 개발된 $V\;flo^{TM}$모형을 이용하여 테스트하였다. 결과 개념적 모형과 분포형모형 모두에서 경험식으로부터 구한 매개변수의 초기값을 이용한 수문곡선은 관측수문 곡선과 상당한 차이를 보이고 있었으나 분포형 수문곡선의 경우 천천상류지점의 수문곡선은 매개변수의 추가적 보정이 필요없을 정도로 매개변수의 초기값이 수문곡선을 잘 모의 하고 있었다. 이는 매우 고무적인 결과로서 실시간 홍수모형으로서 요구되는 중요한 특성과 동시에 물리적 기반의 분포모형의 가장 큰 장점일 수 있는 사상독립적 유역매개변수군을 구축하는데 중요한 단서가 될 것으로 보여진다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.295-299
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• 2011

자연계에서 토양의 침식 및 퇴적 반복적 과정은 매우 복잡한 형태로 발생하며, 호우로 인한 토사유출은 유역의 지형 및 지질학적 특성과 수문기상학적 특성 등에 의해 매우 민감하게 반응한다. 즉, 토양 침식 및 퇴적은 유역의 형상, 토양종류, 토지 이용 및 피복상태, 강우사상 등에 따라 시 공간적 분포가 다양하게 변화한다. 따라서 유역내 침식 및 퇴적의 시·공간적 변동성을 분석하기 위해서는 지형학적 특성인자와 수문기상학적 특성인자에 따른 유역내 수문학적 응답을 이해해야 한다. 본 연구에서는 분포형 강우-유사-유출 모형을 이용하여 용담댐 상류 천천유역을 대상으로 Strahler 하천차수구분법에 의해 유역을 차수별 소유역으로 구분하고, 지형학적 특성인자(유역면적, 지표흐름 이동거리, 국부경사)와 수문학적 특성인자(총 강우량)에 따른 침식 및 퇴적의 공간분포 변화에 대하여 분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.38-42
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• 2010

기후변화에 의해 집중호우의 빈도 및 강도가 증가하고 지속적인 유역개발에 따른 토지이용의 증가는 토양침식 및 토사유출로 인한 재해 및 환경문제를 야기한다. 현재 광범위하게 사용되고 있는 토양침식량 산정기법은 대부분 대상유역내의 평균 토양침식량을 산출하는 총량적 개념의 경험식이므로 호우기간동안의 유역 침식/퇴적의 시 공간적 변화양상을 모의할 수 없다는 한계를 지니고 있다. 따라서 보다 합리적인 유역규모의 강우-유사-유출 메카니즘 해석을 위해서는 집중형(lumped) 모의기법을 대체하고 다양한 기상학적/지형학적 디지털 정보를 활용할 수 있는 물리적 기반의 분포형 모형이 요구된다. 본 연구에서는 사면의 지표 및 지표하 흐름을 고려한 유출모의 모듈과 단위수류력(Unit Stream Power)이론을 기반으로 유사유출 모의모듈을 결합한 분포형 강우-유사-유출 모형을 개발하고, 용담댐 상류부의 천천유역에 적용하여 개발된 모형의 재현성 평가를 수행하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.424-424
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• 2018

인공신경망(Artificial Neural Network; ANN)은 뇌에 존재하는 생물학적 신경세포와 이들의 신호처리 과정을 수학적으로 묘사하여 뇌가 나타내는 지능적 형태의 반응을 구현한 것이다. 인공신경망은 학습(training)을 통해 입력과 출력으로 구성되는 하나의 시스템을 병렬적이고 비선형적으로 구축할 수 있으며, 유연한 모델링 특성으로 인하여 시스템 예측, 패턴인식, 분류 및 공정제어 등의 다양한 분야에서 활용되고 있다. 인공신경망에 대한 최초의 이론은 Muculloch and Pitts(1943)가 제안한 Perceptron에서 시작 되었으며, 기본적인 학습기법인 오차역전파 기법(back-propagation Algorithm) 이 1980년대에 들어 수학적으로 정립된 이후 여러 분야에서 활용되기 시작하였다). 본 연구에서는 하도추적, 구체적으로는 상류단의 복수의 수위관측을 이용하여 하류단의 수위를 예측하기 위하여 인공신경망 모델을 구성하였다. 대상하도는 금강유역의 용담댐과 대청댐 사이의 본류이며, 상류단 입력자료로써 본류에 있는 수통, 호탄 관측소 관측수위와 지류인 송천 관측소 관측수위를 고려하였다. 출력 값으로는 하류단의 옥천 관측소 수위를 3시간 및 6시간의 선행시간으로 예측하도록 인공신경망 모형을 구성하였다. 인공신경망의 학습(testing), 시험(testing), 검증(validation)을 위해 2000년부터 2012년까지 13년간의 시수위자료를 이용하여 학습을 진행하였으며, 2013년부터 2014년의 2년간의 수위자료를 이용한 시험을 통해 최적의 모형을 선정하였다. 또한 선정된 최적의 모형을 이용하여 2015년부터 2016년까지의 수위예측을 수행하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.491-491
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• 2018

본 연구는 포장모형(APEX, Agricultural Policy Environmental eXtender)과 유역모형(SWAT, Soil and Water Assessment Tool)을 연계하여 새만금 유역의 미래 수문 수질영향과 용수생산성을 분석하기 위한 기초연구이다. APEX 모형을 연계하기에 앞서 SWAT 모형을 이용하여 만경강 유역의 유출량, T-N, T-P를 모의하고 그 적용성을 평가하였다. 모의 기간은 2004년부터 2017년까지 총 14년이며, 기상, 유출량 그리고 월단위 수질 자료를 모형의 입력자료 및 보정을 위해 사용하였다. 매개변수 보정은 객관적 보정이 가능한 SWAT-CUP을 이용하여 최적화 하였으며, 매개변수 보정의 목적함수는 NSE(Nash-Sutcliffe Efficiency)로 평가하였다. 모형의 적용성 평가 결과, 보정기간의 연평균 유출량은 실측치 835mm, 모의치 677mm로 나타났고, R2는 0.64, RMSE는 3.87mm/day, NSE는 0.61, RMAE는 0.99로 나타났다. 검정기간의 연평균 유출량은 실측치 884mm, 모의치 702mm로 나타났고, R2는 0.67, RMSE는 2.92mm/day, NSE는 0.7, RMAE는 0.94로 나타났다. 유출량의 결과를 살펴보면 검정기간이 보정기간보다 모의결과가 더 나은 것으로 나타나며, 이는 실측자료의 일관성 차이로 판단된다. T-N과 T-P의 경우 매개변수만으론 보정의 한계가 있으며, 실측치와 근접하게 모의하기 위해서 만경강 본류에 영향을 끼칠 수 있는 외부유입량을 고려할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 만경강 상류의 경천댐, 대아댐 그리고 용담댐으로 부터 유입되는 외부유입량 자료를 수집하여 SWAT의 입력자료로 구축하였으며, 대상유역 내 익산, 완주, 전주, 김제에 위치하고 있는 하수처리장, 축산폐수처리장, 분뇨처리시설, 산업폐수처리시설 그리고 농공단지처리시설 등 총 12곳에 대한 점오염원 데이터를 입력자료로 구축하여 만경강 상류 농업소유역의 수질영향을 평가하였다. 본 연구결과는 향후 미래 수문 수질 모의에 대한 기초자료로 제공될 것이며, 외부유입량을 고려한 만경강 유역의 용수생산성 분석을 통해 미래 농업수자원 관리계획 수립에 활용할 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.104-104
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• 2023

최근 2017년 청주, 천안의 홍수, 2020년 용담댐 상류와 대청댐 상류의 홍수, 2022년 청주의 도시침수를 비롯한 서울 도심의 침수피해와 같은 홍수 발생은 지역의 국민들에게 막대한 재산상의 피해를 입히고 있다. 국가적 차원에서 치수의 목적을 달성하고 경제적으로 적절한 규모의 수리구조물을 설계하기 위해 하천의 주요지점에 대한 신뢰성 있는 설계홍수량의 제시는 반드시 필요한 현실에 직면해 있다. 특히 해당 지점의 수리시설물은 점빈도분석에 의한 설계홍수량을 적용하나, 관측자료가 없는 미계측 지점에 위치한 수리시설물은 지역빈도분석에 의한 설계홍수량을 산정하여 적용해야 한다. 이에 본 연구에서는 금강 유역을 대상으로 점빈도분석과 지역빈도분석에 의한 설계홍수량 결과를 비교·분석하고자 한다. 지역빈도분석을 위한 수위관측소의 선정은 금강유역 80개 수위관측소 중 장기간 연최대홍수량 자료가 있고 유량자료의 연결성 및 신뢰성이 확보된 46개수위관측소를 대상으로 하였다. 46개 수위관측소의 연최대홍수량 계열을 대상으로 동질성, 독립성 및 이상치 검정을 수행하였으며, 세 가지 검정 모두 적절한 수위 관측소 지점은 36개 지점으로 분석되었다. 36개 수위관측소의 기본통계치(평균, 표준편차, 분산, 왜곡도 및 첨예도)를 산정한 후 3변수 Gamma 분포 계열인 GEV, GLO, GPA의 확률 분포를 적용하였다. 확률 분포별 매개변수는 전산화를 통해 L-모멘트의 차수를 0~4까지 변화시켜 LH-모멘트법에 적용하였다. LH-모멘트법에 의해 산정된 확률 분포들의 매개변수를 적용하여 적합도 검정을 수행하였다. 지역빈도분석을 위해 36개 수위관측소를 K-Means clustering 방법을 통해 4개 지역으로 구분하였다. 이를 통해LH-모멘트의 적정차수와 확률 분포에 따른 점빈도분석(지점 대상)과 지역빈도분석(지역 대상) 결과인 설계홍수량을 산정하였으며, 점빈도분석과 지역빈도분석에 의해 산정된 설계홍수량간의 분석결과를 제시하였다. 본 연구를 통해 수리구조물 설계 시 안정적인 조건 제시 및 관리체계 구축에 기여하고 방재대책 수립 시 경제·사회적 요소를 반영한 합리적 방안을 제시하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.775-779
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• 2009

최근 이상기후 및 국지성 돌발호우 등 여러 가지 형태의 예기치 못한 기상이변으로 인하여 매년 수재해는 빈번히 발생하고 있으며, 이를 위해 하천에서 실시간으로 신속하고 안정성있는 수리학적 하도추적모형의 구축은 지속적으로 연구해야 할 사항이다. 현재 주요 수계 홍수통제소에서는 홍수예보를 위해 주로 수리학적 및 수문학적 모형이 병행되어 적용되고 있으나, 한강과 금강하류를 제외한 나머지 수계에서는 아직까지 개념적 수문학적 모형만을 이용하여 홍수예보를 수행하고 있는 실정이다. 그러나, 신속하고 안정적인 수문학적 모형이 가지고 있는 몇가지 장점에도 불구하고, 실시간 분석 및 신속한 상황대처를 위해서는 정교한 하천흐름해석 기술인 수리학적분석이 반드시 필요하다. 그러나, 대부분의 모형운영자가 직면하게 되는 수리학적 하도추적모형에서 발생하는 수치적 불안정성인 발산의 문제점은 상당한 어려움으로 작용하고 있다. 이는 다양한 원인들이 있을 수 있으나, 대표적으로 단면의 불규칙성을 고려할 수 있다. 실제단면들을 모형에 반영할 때 수치계산의 과정 중에 급확대/급축소/특이단면에 따른 잦은 발산이 발생하게 되며, 이를 방지하기 위해서 단면의 보간 및 평활화 작업 등을 수행하게 된다. 이때 단면의 형상을 최대한 반영한 보간 및 평활화 작업이 되지 않으면, 물리적 개념이 무시된 비합리적인 계산이 수행될 수 있다. 발산의 요인을 제거한 최적의 단면형태를 선정하는 것은 모형의 안정성을 확보하는 데 중요한 요인이 된다. 또한 모형수행에 있어 발산의 요인으로서 하구와 만나게 되는 지점에서의 경계조건으로서 조위영향이 있다. 수리학적 하도추적모형의 중요한 요인인 하구에서의 흐름을 조위와 연계하여 가장 합리적인 하류 경계조건을 제시하는 것이 모형의 발산 방지 및 정확도를 향상시키는데 중요한 인자로 작용하고 있다. 본 연구에서는 이와 같은 수리학적 하도추적모형의 안정성 검증을 위하여, 아직까지 수리학적 하도추적모형이 구축되어 있지 않는, 금강상류구간인 용담댐$^{\sim}$대청댐구간을 설정하여 수리학적 모형의 입력자료를 구축하고, 그에 따른 영향검토를 지속적으로 추진할 계획이다. 대상구간에서 향후 검증될 다양한 수리학적 안정화 기술은 향후 타 수계에서 적용시, 신속하고 합리적인 입력자료 구축에 많은 도움을 줄것이며, 현재 하천에서 발생하는 계산의 불안정성을 빠르게 수정하는 것이 가능하다.