• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.390-390
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• 2023

최근 기후변화로 인해 가뭄이 5 ~ 7년 주기로 발생하고 있으며 가뭄 강도가 심화되고 있고, 이러한 현상은 향후 10년 이상이 지속될 것으로 예측되고 있다. 이러한 가뭄으로 인해 2022년에는 각 지역에서 제한급수 및 운반급수 피해인구가 발생하였으며, 전국의 다목적댐 또는 용수전용댐에서는 가뭄 대응을 위해 용수를 감량하였다. 특히 2018년에는 농업용수 공급이 어려워 다수의 지역에서는 논이 마르고 밭이 시들어 농업피해가 발생하였다. 이에 따라 농업용 저수지에서는 가뭄 대응을 위해 저수지 운영곡선 및 연계운영 등과 같은 저수지 운영방안 수립이 필요한 실정이다. 하지만 다목적댐과는 달리 농업용 저수지에서는 수문 계측자료가 부족하기 때문에 저수지 운영방안 수립에 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 심각한 가뭄이 발생한 섬진강 유역의 농업용 저수지를 대상으로 딥러닝 모델 기반의 일단위 유입량 예측모형을 개발하였다. 저수지 유입량을 예측하기 위해서는 유역평균강우량 및 과거 유입량 등을 독립변수로 선정하였으며, 시계열 자료 분석을 위해 딥러닝 모델 중 GRU(Gated Recurrent Unit) 모델을 활용하였다. 향후에는 예측 유입량을 활용하여 농업용 저수지의 수요량을 고려한 저수지 운영방안 수립을 통해 가뭄에 대응할 수 있을 것으로 기대된다.

• 지질공학
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• 제29권4호
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• pp.469-481
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• 2019

가뭄으로 인한 제한급수나 단수로 인해 발생할 수 있는 물 복지 소외지역의 불편과 경제적 피해를 예방하기 위해서는 Sand Dam 건설과 같은 구조적 안정화 방안과 더불어 합리적 수요/공급량 관리 등을 통한 비구조적 관리 대책이 필요하다. 본 연구에서는 소규모수도시설이 생활용수의 주 공급원인 춘천시 서상리 유역의 가뭄대응을 위해 공급량-수요량 모니터링 체계를 구축하였다. 공급량 모니터링을 위해 상류부 하천의 유량을 측정하였으며, 이를 SWAT (Soil and Water Assessment Tool)의 매개변수 보정에 사용하여 일별 유출량을 산정하였다. 수요량 모니터링을 위하여 하천-저수조-가정으로 이어지는 용수 공급 네트워크를 작성하였으며, 저수조의 수위 변화를 측정하여 일별 사용량을 산정하였다. 최종적으로 산정된 일별 공급량과 수요량 간의 관계분석을 통해 용수 부족 여부를 파악할 수 있었으며, 가뭄 대응을 위한 효과적인 지표로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.87-87
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• 2017

최근 이상기후로 인해 국내 가뭄피해가 증가하고 있는 추세이며, 미래 가뭄의 심도 및 지속시간은 증가할 것으로 예측되고 있다. 특히 우리나라는 용수공급의 56.5%를 댐에 의존하여 댐 유역의 가뭄은 생 공 농업용수 공급제한 등의 광범위한 피해를 발생시킬 수 있다. 다만 가뭄은 홍수와 달리 진행속도가 비교적 느리기 때문에 사전에 정확한 댐 유입량 예측이 가능하다면, 용수공급량 조정을 통해 피해를 최소화할 수 있다. 국내에서는 댐 유입량 예측에 ESP (Ensemble Streamflow Prediction) 기법을 활용하고 있으며, ESP 기법은 과거 기상자료를 기반으로 미래를 예측하기 때문에 기상자료, 초기수문조건, 매개변수 등에 불확실성을 가지고 있다. 본 연구에서는 베이지안 이론을 이용하여 댐 예측유입량의 정확도 향상기법을 개발하고 예측성을 평가하고자 하며, 강우유출모델은 ABCD를 활용하였다. 대상유역은 국내의 대표 다목적댐인 충주댐 유역을 선정하였으며, 기상자료는 기상청, 국토교통부 및 한국수자원공사의 지점자료를 수집하였다. 예측성 평가기법으로는 도시적 분석방법인 시계열 분석, 통계적 분석방법인 Skill Score (SS)를 활용하였다. 시계열 분석 결과 ESP 댐 예측유입량(ESP)은 매년 월별 전망값의 큰 차이가 없었으며, 다우년 및 과우년의 예측성이 떨어지는 것으로 나타났다. 베이지안 기반의 댐 예측유입량(BAYES-ESP)는 ESP의 과소모의하는 경향을 보정하였으며, 다우년에 예측성이 향상되었다. 월별 평균 댐 관측유입량과 ESP, BAYES-ESP의 SS 비교분석 결과 ESP는 유입량 값이 적은 1, 2, 3월에 SS가 양의 값을 가졌으며, 이외의 월에는 음의 값으로 나타났다. BAYES-ESP는 ESP와 관측값이 비교적 선형관계를 나타내는 1, 2, 3월에 ESP의 예측성을 개선시키는 것으로 나타났다. ESP 기법은 강수량의 월별, 계절별 변동성이 큰 우리나라에 적용하기에는 예측성의 한계가 있었으며, 이를 개선한 BAYES-ESP 기법은 댐 유입량 예측 연구에 가치가 있는 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.1296-1300
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• 2009

삽교호는 금강 하류부에서 해수의 역류에 의한 염수 침입에 따른 염해방지와 유역에 필요한 담수를 확보하기 위하여 만들어졌다. 방조제는 조위 상승에 따른 해수의 침임을 방 할 뿐만 아니라 홍수 시에는 배수갑문의 인위적인 조작을 통해서 과다한 홍수량을 바다로 배제하여 상류유역의 홍수피해를 방지하고 있다. 방조제로 인하여 기존에 염해로 인하여 취수할 수 없던 하천구간에서의 취수가 가능하게 되었으며, 일정한 수위로 관리되도록 함으로써 상당량의 농업용수를 확보하게 되었으나, 댐과는 달리 허가를 위해 가용한 유량이 얼마인지 판단을 해본 적이 없다. 그것은 방조제의 방류량이 댐의 방류량과는 달라서 조석의 영향을 매우 크게 받기 때문에 단순한 물수지 분석 등으로 이를 모의하기가 힘들기 때문이다. 게다가 1일 2회의 조석이 발생하므로 1일단위의 물수지 분석은 어려운 현실이다. 방조제의 공급능력을 고려하지 않고 물수지 분석을 하게 되면, 취수하고 있는 용수는 추가적으로 확보되는 물을 사용하는 것이 아니라 자연하천에서의 물을 사용하는 것으로 분석된다. 이러한 문제점을 극복하기 위해서는 방조제가 공급 가능한 가용허가수량이 얼마인지 분석하고 이를 물수지 분석에 반영해 줄 수 있도록 해야 할것이다. 이에 본 연구에서는 조위예측방법 및 수문조작 방법등 주요 모의 알고리즘을 이용하여 물수지 분석 모형을 개발하고 수자원장기종합계획의 일별자연유출량 자료에 대해 물수지 분석을 수행함으로써 삽교천방조제의 수리권 가용수량에 대해 추정하여 보았다. 적용 결과 삽교천방조제에 의해 기존의 갈수량인 $4.9m^3$/초 외에 안정성이 요구되는 생 공용수로 약 $4.2m^3$/초의 유량과, 제한적인 시기만 사용하는 농업전용으로 약 $10.3m^3$/초의 유량이 공급 가능할 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권1호
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• pp.11-21
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• 2022

지난 2019년 말 발생한 COVID-19는 2020년을 기점으로 국내에 본격적으로 확산되기 시작하여, 사회 전반에 커다란 영향을 미치고 있다. COVID-19 확산을 억제하기 위한 방역수칙들은 인간 생활에 많은 변화를 가져왔으며, 사회적 거리두기 등 사회활동 제한에 따른 다양한 영향이 사회 전반에 걸쳐 나타나고 있다. 본 연구에서는 물 분야 COVID-19 위기 대응의 일환으로, COVID-19 확산에 따른 국내 상수도 사용량 변화를 분석하고, 상수도 사용량의 변화가 공급 서비스에 미치는 위협을 알아보고자 하였다. 국내 중소규모 도시인 S시 주거지역을 대상으로 COVID-19 확산 전후 일정기간 동안의 1시간 단위 용수 사용량 자료를 수집하였으며, 먼저 수집 데이터를 분석 목적에 따라 정제하고 전체 용수 사용량의 변화 및 사용 비중 변화, 그리고 시간별 용수 사용 패턴 변화 등을 분석하였다. 분석 결과, 가정용수 및 영업용수 사용량 및 이용패턴이 COVID-19 확산 이후 뚜렷한 변화를 보였으며, 일부 사용량 변화는 상수도 운영관리 차원에서의 검토가 필요한 것으로 나타났다.

• 적정기술학회지
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• 제6권2호
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• pp.136-145
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• 2020

개발도상국에 있어서 농업은 국가 경제의 중추임에도 불구하고, 대부분의 개도국에서는 장비와 지능형 시스템, 데이터 모니터링 등을 이용한 현상에 대한 통합적 판단 없이 인력에 의해 농업을 수행하고 있다. 농업의 중요한 요소인 관개는 작물 생산에 영향을 미치는 핵심적인 과정으로서, 연간 강우량의 변동에 대응하고자 대부분의 농장에서는 관개 시스템을 적용하고 있다. 그러나, 농장 관개 시스템의 모니터링과 제어 등에 대한 기술적 기반이 부족하여 생산성의 증대와 효율적인 농업용수 관리가 어려운 실정이다. 본 논문에서는 탄자니아 농촌 지역 관개 시스템의 스마트화를 위하여 433 MHz 무선 주파수 및 2G 기반 스마트 관개 측정 시스템과 농업용수 선불 시스템을 제안한다. 개발된 스마트 관개 시스템은 기상 데이터와 토양 수분 데이터를 하이브리드로 분석하도록 설계되었는데, 탄자니아 Arusha 지역의 Ngurudoto 마을로의 적용을 목적으로 한다. 제안된 시스템은 기상 측정 컨트롤러, 토양 수분 센서, 수류 센서, 솔레노이드 밸브 및 선불 시스템으로 구성되었는데, 센서를 통해 수집된 데이터는 433 MHz 무선 주파수 및 2G 기반 통신 아키텍처 모듈을 통해 서버로 전송된다. 본 시스템은 인터넷 운용이 제한되는 지역에 적합할 뿐만 아니라, 데이터 기반의 상태 판단과 실시간 예측이 가능하다. 개발된 시스템의 데이터 분석 알고리즘은 동적 회귀 알고리즘과 Naïve Bayes 알고리즘을 적용하여 선형 및 비선형분석 모두에 있어서 높은 정밀도를 보인다. 또한, 농장의 용수공급 시기와 용수의 양, 소요되는 전력에 대한 판단 뿐만 아니라 전체 시스템 하드웨어의 작동 및 오류에 대한 모니터링이 가능하다. 부가하여, 사용자가 농업용수를 공급받기 전에 선금을 지불하는 시스템을 적용하여 관리의 효율성을 도모하였으며, 농업의 전 과정에서 측정된 센서 데이터 및 용수 사용량은 사용자 인터페이스를 통하여 실시간으로 모니터링이 가능하도록 개발되었다. 본 연구를 통하여 개발된 RF(Radio Frequency) 및 2G 기반 스마트 관개 모니터링 시스템은 현장 적용의 편의성과 함께 사용자 중심의 모니터링 시스템을 통해 개발도상국의 경제, 사회 분야에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 기대한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.258-258
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• 2017

기후변화에 따른 미래 물 공급의 불확실성으로 인해 기존의 수자원 전략들로 증가하는 물 수요를 안정적으로 충족시키는데 한계가 있다. 국내에서 기후변화 연구에 사용되는 미래 기후시나리오의 불확실성에 대한 전망과 이에 따른 수자원 취약성 평가에만 연구가 집중되고 있다. 하지만 해외의 연구들을 확인해보면 기후변화로 인한 피해를 줄이고자 수자원 정책과 관련한 연구가 활발히 진행되고 있고, 다양한 전략과 방향성을 제시하고 있다. 그렇기 때문에 대한민국에서도 기후변화에 적절한 적응 정책의 개발이 필수적이다. 2015, 2016년에 연속하여 충청남도는 극심한 가뭄을 기록하였다. 2015년의 강우량의 경우 평년의 50%를 기록하였고, 보령댐의 경우 18년 중 최저수위를 기록하였다. 그리하여 충청남도는 용수공급지역인 8개의 지자체에 제한급수를 감행하였다. 이에 대응하기 위해 긴급대책인 도수로 공사와 누수 컨설팅 사업이 대두되었고 그 중 하나인 도수로 공사는 실제로 진행되었다. 본 연구에서는 전통적인 경제성 분석방법인 현금흐름할인법과 의사결정기술 중 하나인 실물 옵션 방법을 통하여 두 사업의 적절성을 평가하였다. 실물옵션 방법을 통해 기후변화의 불확실성과 시간에 따른 역동적인 대안을 제시할 수 있었고 기존 현금흐름할인법의 단점을 보안할 수 있는 실물 옵션의 가치를 파악할 수 있었다. 또한 수자원분야의 의사결정 방법으로 실물 옵션 방법이 이용될 수 있음을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.1597-1601
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• 2009

최근 기상이변으로 인한 이상홍수 발생에 대비하기 위하여 기존댐의 PMP, PMF에 대한 수문학적 안정성 확보의 필요성이 더욱 대두되고 있다. 특히, 동일 수계내 댐들이 상 하류에 직렬로 위치하는 경우 두 댐을 연계운영하는 방안으로 상시만수위의 조정, 홍수기 제한수위 설정 등의 방안을 검토하여 수문학적 안정성 확보의 대안을 찾는 것은 매우 중요한 의미를 갖는다. 본 연구에서는 울산지역에 위치한 태화강수계 사연댐의 수문학적 안정성을 확보하기 위하여 상류에 위치한 대곡댐과의 연계운영을 고려하여, 가장 합리적인 치수대책 마련을 위한 다양한 방안들을 비교 검토하였다. 비구조적 대책 검토는 댐의 수문학적 안정성 확보를 위한 치수능력증대사업 설계검토에서 경제성의 원칙에 따라 반드시 고려되어야 할 아주 중요한 과정이다. 따라서, 대곡댐의 웨어 Crest인 EL.117.5 m를 홍수기 제한수위로 설정하는 방안과 사연댐의 비상용수공급시설을 이용하여 방류하는 조건에서의 홍수기 제한수위별 저수지 모의운영을 통하여 치수능력증대방안으로의 적용가능성을 검토하였다. 금번 연구에서 댐의 치수능력증대방안 마련을 위해 제시되는 상류 댐과의 연계운영 방법 및 비구조적 대책 검토방안과 내용들은 향후 연계운영을 통해 치수대책 검토가 필요한 댐들에 적용하여 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.267-267
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• 2020

농업유역은 농업 활동이 이루어지는 농경지와 산림지, 주거지 등으로 구성되어 있으며, 농경지에서 필요한 물을 확보, 공급하기 위한 수원공시설이 위치하고 있다. 수원공은 하천수 및 지하수를 저류, 취수하여 관개 지구에 공급하게 되는데 이로 인하여, 상, 하류 하천유황이 증가하거나 감소하게 된다. 물순환이란 비나 눈이 내려 침투, 유출, 증발산 등의 과정을 통해 공간적, 시간적으로 변화하며 이동하는 자연적인 현상을 말하며, 상하수도 등 배수시설의 영향에 따라 발생하는 인공계 물순환도 광범위한 물순환에 포함된다. 최근 불투수면의 증가, 과도한 지하수 사용 등으로 인해 하천의 건천화, 지표유출량 증가 등 물순환 구조가 왜곡되고 있으며 왜곡된 물순환 회복을 위해 물순환 선도도시 조성, 물순환 회복조례가 신설되는 등의 노력이 있었다. 물순환 선도도시 조성 및 회복조례는 불투수면의 저감, LID 기법 적용 등을 통한 물순환 개선에 초점을 맞추고 있으나, 농업유역의 물순환은 농경지와 농업용수 공급을 위한 수원공에 큰 영향을 받아 이를 통한 물순환 개선에 초점을 맞춰야 한다. 본 연구에서는 농업유역의 농경지 및 수원공 관리방안에 따른 유역 단위 물순환 변화를 평가하고자 하였다. 이를 위해 모듈 기반 농업유역 수문모형을 통해 농업유역 물순환을 모의하였으며, 물순환율 개념을 통해 유역 단위 물순환 변화를 평가하였다. 물순환율은 환경부에서 제시한 (1-직접유출률) (%)의 식과 농업유역 특성을 반영한 농업유역 물순환율 두 가지를 통해 평가하였다. 농업유역 수자원 관리방안은 수원공인 농업용 저수지의 제한 수위운영에 따른 효과와 농경지는 관개 지구에 물꼬 및 담수심 관리방안을 적용하였으며 각 관리방안에 따른 물순환율을 도출하였다. 농업용 저수지는 제한 수위운영을 통한 유역 물순환 개선 효과를 확인하였으나 관개 지구에 적용한 물꼬 및 담수심 관리방안의 효과는 미비한 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.470-470
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• 2023

하천 및 저수지의 수량자료 수집을 위해 부자식 또는 레이더식 수위계 등의 계측기를 이용하여 수위의 변화를 측정한다. 그러나, 수량 모니터링을 위해 설치되는 계측기와 유지관리를 위한 인력소모 비용의 이유로 일부 지역에서만 제한적으로 수행되고 있어 정확한 수문 해석에 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 저가의 센싱장비와 라즈베리파이를 활용한 ICT 기술을 수량 모니터링분야에 적용하여 수위 모니터링 기술을 개발하고자 한다. 라즈베리파이(Raspberry Pi 3 B Model)는 오픈소스 기반의 초소형 컴퓨터로 여러 센서를 연결하여 다양한 수문 인자(토양수분, 온도, 수위 등)들을 측정할 수 있으며, 통신 모듈이 기본 내장되어 있어 통신망 구축을 통해 측정데이터를 데이터베이스에 저장할 수 있다. 수위센서(eTape)와 초음파센서를 연결하여 실제 하천 유량 모니터링에 활용되고 있는 부자식 수위계 장비와 비교 분석을 통해 활용 가능성을 검증하고자 하였다. 검증방법은 인공강우실험을 위해 설치된 플륨관에 수위센서(eTape)와 초음파센서를 부착하여 기존 운영중인 부자식 수위계와 비교하였다. 부자식 수위계의 측정결과와 두 센서의 상관관계를 분석한 결과 결정계수(R²)가 0.94 이상으로 나타났다. 분석결과와 같이 기존 고가의 수위 관측장비들을 대체하여 저가의 센서 기반 모니터링 장비들의 실용화가 가능할 것이라 판단된다. 향후 연구에서는 다양한 센서(수위, 초음파, 카메라 등)를 이용하여 농업용수 물수지 분석에 활용할 계획이다. 농업용수는 수자원 총량 중 차지하는 비율이 높음에도 불구하고 정량적 데이터가 부족한 실정이며, 지역별 공급 특성이 다양하여 이를 계량화하기 위해서는 다수의 계측기가 필요하다. 따라서, 본 연구에서 개발중인 센서를 활용하여 물순환 과정의 정량적인 계측을 통해 농업용수의 효율적인 관리 및 농업용수의 하천기여도 평가 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.