• Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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• v.9 no.1
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• pp.29-36
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• 2007

This study was carried out to develop a water quality simulation model for the evaluation of an ungauged watershed. For this purpose, the WASP5 model was selected and modified. The model consists of three sub-models, LOAD-M, DYN-M, and EUT-M. LOAD-M, an empirical model, estimates runoff loadings using point and non-point source data of villages. The Geum River Estuary watershed was selected to calibrate and verify the Modified-WASP5. The LOAD-M model was established using field data of water quality and quantity at the gauging stations of the watershed and was applied to the ungauged watersheds, taking the watershed properties into consideration. The result of water quality simulation using Modified-WASP5 shows that the observed average BOD data from Gongju and Ganggyeong were 2.6 mg/L and 2.8 mg/L, and the simulated data were 2.5 mg/L and 2.4 mg/L, respectively. Generally, simulation results were in good agreement with the observed data. This study focused on formulating an integrated model for evaluating ungauged watersheds. Even though simulation results varied slightly due to limited availability of data, the model developed in this study would be a useful tool for the assessment and management of ungauged watersheds.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.149-154
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• 2005

최근에 이르러 농촌 인구의 도시유입으로 도시의 주거공간이 절대적으로 부족해지고 있으며, 이는 대도시의 아파트 가격 상승을 유발하는 등 부수적인 사회/경제적 문제를 일으키고 있다. 정부나 지방자치단체에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 대규모의 신도시 개발계획을 추진하고 있으며, 이러한 신도시 개발은 도시화로 인하여 환경적, 수문학적으로 부정적인 영향을 미치는 것으로 조사되고 있다. 도시화는 수문학적으로 산림이나 농경지와 같은 투수지역을 건물, 도로 등의 불투수지역으로 변화시키는 것이며 (Im 등, 2003), 이로 인하여 홍수파의 도달시간이 줄어들고 첨두유량이 증가하는 등의 수문변화를 수반하게 된다. 도로나 건물 등이 대부분을 차지하고 있는 도시지역에서는 지표면이나 식생으로부터 대기중으로 방출되는 증발산량이 농촌이나 산림지역보다 상대적으로 적으며, 강우시 토양중의 침투량과 지표면의 저류량도 도시지역에서는 매우 적게 나타난다. 신도시 개발 전후의 수문순환을 평가하는 방법 중의 하나는 개발예정지에 대한 장$\cdot$단기의 수문/수질 관측을 통하여 개발 전과 개발 후의 유출특성과 수질부하를 정량적으로 비교하는 것이다. 본 연구에서는 도시화로 인하여 대규모의 토지이용 변화가 예상되는 신도시 개발예정지구를 시험유역으로 선정하여 장기적인 수문/수질 모니터링을 실시하고자 한다. 또한, 시험유역에서 계측된 자료와 유역수문모형을 활용하여 개발전후의 홍수 및 유출특성을 분석하고 도시화가 하천의 수문 및 수질에 미치는 영향을 정량적으로 비교분석 함으로써 효율적인 저감 대책의 수립에 활용할 계획이다. 본 연구에서는 국내$\cdot$외의 시험유역의 운영 실태를 조사하고, 신도시 개발 등으로 인하여 급격한 도시화가 진행되고 있는 지구를 시험유역으로 선정하여 유역의 물순환 체계를 조사하고자 한다. 이를 위하여 신도시 개발지구와 도시정비사업지구를 대상후보지로 선정하여 개발계획 및 유역의 특성 등을 조사하고, 시험유역의 선정기준을 수립하여 연구의 목적과 부합되는 지구를 시험유역으로 선정하였으며 선정된 시험유역에 대하여 수문$\cdot$수질 조사 계획을 수립하고, 계측시설을 설치하여 시험운영을 실시하고, 향후 시험유역의 수문계측 및 관리방안을 수립하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.136-136
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• 2023

우리나라의 강우 특성은 하절기에 집중되어 있으며 최근 이상강우와 기상이변에 따른 집중호우 발생으로 여를철 탁수 문제 발생 빈도가 높아지고 있는 추세이다. 과거 '02년 태풍 루사', '03년 태풍 매미', '06년 에위니아'부터 20년 마이삭, 하이선과 같은 태풍 및 장마에 의해 탁수 유입이 급증되어 수중 탁도가 높아지며 저수지 탁수 문제가 발생하였다. 특히 우리나라 경우 하천 및 저수지에서 물 사용량의 대부분을 이용하고 있기에 탁수 문제가 장기화 될 시 댐 하류 지역의 농업, 공업, 수생태 등 사회적, 비용적, 환경적 문제를 발생시킨다. 이러한 문제를 파악, 대응을 위한 탁수 모의에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 탁수를 모의하기 위해서는 유량, 수온, SS, 탁도 데이터가 필요하며 이를 위해 국가측정망에서 하천 및 댐 저수지 내 SS를 측정하여 탁수를 측정 하고 있다. 하지만 현재 측정의 경우 채수를 통한 점단위의 측정으로 데이터 해상도가 낮다는 한계점이 있다. 이러한 데이터 취득의 한계로 기존 조사를 통한 탁도-SS 관계식을 통해 탁수를 예측하고 있으나 과거 2003년 이후 자료를 바탕으로 산정된 식으로 불확도가 존재한다. 탁수 모의 정확도 개선을 위한 데이터 해상도 및 탁도-SS 관계식 문제를 해결 하기 위해 기존 데이터 분석을 통한 미계측 기간에 대한 보간을 필요로 하며 현장 계측을 통한 탁도, SS 자료를 취득하여 탁도-SS 관계식을 최신화 할 필요가 있다. 따라서, 본 연구에서는 탁도를 측정 센서 YSI와 SS 측정센서 레이저부유사측정기(LISST: Laser In-Situ Scattering and Transmissometry)를 활용하여 자료를 취득하고 탁도-SS 산정식을 최신화 하였다. 또한 기존 국가 수질 측정망 데이터 및 기상 자료 데이터를 취득하여 데이터 분석을 통해 미계측 기간에 대한 데이터를 보간하여 탁수 모의 입력자료를 개선하였고 이를 기반으로 탁수 모의 정확도를 개선하고자 하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.432-432
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• 2023

한국건설기술연구원(Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology, KICT)의 안동하천연구센터(Andong River Experiment Center, REC)는 다양한 하천 관련 실규모 실험을 수행하기 위해 3개의 수로를 보유하고 있다. 본 연구의 주목적인 실증 실험 계측 결과를 기반으로 3D 게임엔진을 이용하여 물 흐름을 재현하기 위해 A1 수로를 대상구간으로 설정하였다. 실증 실험의 경우 2개의 수문 개도율 조건에서 ADV와 ADCP를 활용하여 계측된 유량 및 유속 결과들을 비교하였으며, 추가적으로 영상 데이터로 부터 표면유속(LS-PIV)을 산정하였다. 3D 게임 엔진은 렌더링 엔진, 물리 엔진, 오디오 엔진, UI 시스템, 게임플레이 프레임워크 등이 잘 융합된 소스코드들과 개발자들이 이용하기 쉬운 방식으로 변환된 툴(tool)로 제공하여 현실 세계를 가상 세계에 시각화하여 구현하는데 큰 장점을 가지고 있다. 또한 기존의 흐름 재현이 가능한 수리/수문 모델링의 경우 특정한 목적으로만 이용가능하고 연산에 소용되는 시간 때문에 실시간 흐름재현이 어렵지만, 3D 게임엔진을 이용하는 경우 다양한 목적과 여러 분야와의 고려가 동시에 가능하며 연산의 단순화를 통해 실시간 흐름 재현이 가능하다는 장점이 있다. 본 연구에서는 언리얼 엔진의 Niagara Fluids와 Fluid flux 툴들을 활용하여 하천실증실험 시설 일부 구간에 대해 물 흐름을 재현하였다. 먼저 하천실험실증시설을 드론과 RTK-GPS를 이용하여 촬영된 결과를 정합하여 3D 게임엔진 기반 흐름 재현을 위한 지형 기초 자료를 구축하였다. 지형 계측 결과를 기반으로 A1 수로 전체 구간을 대상구간으로 설정한 이후 수문 조절을 통해 흐름 조건을 제어할 수 있도록 제작하였으며, 실제 흐름에 대한 계측 결과를 기반으로 재현된 흐름을 대상으로 material 값의 조정(방향 X, Y값을 RGB값으로 변환한 뒤 벡터 길이 값으로 환산)을 통해 0~100 사이 값을 이용하여 유속을 표현하였다. 최근 가상공간 (i.e. 디지털트윈) 관련 시장 성장이 매우 빠르고 다양한 사업에서 해당 기술의 수요가 증가하고 있으며, 본 연구를 통해 물 흐름의 디지털 트윈화를 위한 수단으로서 3D 게임 엔진의 활용 가능성을 확인하였다. 다만 실제 하천의 적용과 하천관리를 위한 실용화를 위해서는 추가적인 연구와 분석이 이루어져야 할 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.489-489
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• 2021

생활·공업용수 목적의 하천수 사용량은 유량계 등 검증된 방법으로 사용량 계측 및 실적보고를 수행하고 있으나, 농업용수는 검증되지 않은 수문조작 등의 간접방법을 인정하고 있어 사용실적 자료의 신뢰도가 낮은 실정이다. 하천수의 효율적인 물 배분을 위해 농업용수 사용량 자료에 대한 신뢰도 확보 및 자료관리 기반 마련이 필요하다. 본 연구에서는 전국 수리권일제조사 자료를 이용하여 농업용수 사용시설에 대한 구분 및 정리를 통해 수집체계 구축 대상을 선정하고, 사용시설의 형태 및 규모에 따라 적정 계측기술 적용 방안 및 연차별 구축 계획을 통해 농업용수 사용량 자료를 관리할 수 있는 방안을 제시하였다. 조사된 전체 하천수 사용시설 중 제원정보 및 허가량이 유효한 14,575건 중 농업용수는 12,745건으로 개소수 대비 88.9%, 허가량 대비 81.3%(생활·농업·공업용수 대상)를 차지하고 있다. 이중 하천수 사용량 보고대상인 8,000 m³/일 이상의 1,696건에 대한 자료의 수집이 수행된다면, 전체 농업용수의 86.0%에 해당하는 사용량 자료를 확보할 수 있다. 수집체계 구축 대상 1,696건의 시설형태별(양수장, 취수보), 규모별(허가량 10만 m³/일 기준) 구분을 통해 취수보와 양수장의 최적 계측방법 선정 및 연차별 구축 계획을 수립하였다. 전국에 산재한 전체 농업용수 사용량 자료의 확보가 현실적으로 어렵기 때문에, 적정 개소수의 수집체계 구축 및 운영으로 전체 농업용수 사용량의 상당부분 자료를 확보할 수 있다면 실시간 하천수 관리 및 효율적인 물 배분을 위한 기반을 마련할 수 있을 것이라 기대한다.

• Korean Journal of Remote Sensing
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• v.30 no.4
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• pp.525-536
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• 2014

In this study, a method to assess and monitor hydrological drought using remote sensing was investigated for use in regions with limited observation data, and was applied to the Upper Namhangang basin in South Korea, which was seriously affected by the 2008-2009 drought. Drought information may be obtained more easily from meteorological data based on water balance than hydrological data that are hard to estimate. Air temperature data at 2 m above ground level (AGL) were estimated using remotely sensed data, evapotranspiration was estimated from the air temperature, and the correlations between precipitation minus evapotranspiration (P-PET) and streamflow percentiles were examined. Land Surface Temperature data with $1{\times}1km$ spatial resolution as well as Atmospheric Profile data with $5{\times}5km$ spatial resolution from MODIS sensor on board Aqua satellite were used to estimate monthly maximum and minimum air temperature in South Korea. Evapotranspiration was estimated from the maximum and minimum air temperature using the Hargreaves method and the estimates were compared to existing data of the University of Montana based on Penman-Monteith method showing smaller coefficient of determination values but smaller error values. Precipitation was obtained from TRMM monthly rainfall data, and the correlations of 1-, 3-, 6-, and 12-month P-PET percentiles with streamflow percentiles were analyzed for the Upper Namhan-gang basin in South Korea. The 1-month P-PET percentile during JJA (r = 0.89, tau = 0.71) and SON (r = 0.63, tau = 0.47) in the Upper Namhan-gang basin are highly correlated with the streamflow percentile with 95% confidence level. Since the effect of precipitation in the basin is especially high, the correlation between evapotranspiration percentile and streamflow percentile is positive. These results indicate that remote sensing-based P-PET estimates can be used for the assessment and monitoring of hydrological drought. The high spatial resolution estimates can be used in the decision-making process to minimize the adverse impacts of hydrological drought and to establish differentiated measures coping with drought.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.49 no.7
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• pp.589-597
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• 2016

In this study, we investigated the use of satellite-derived flow (SDF) signals and a data-based model for the estimation of outflow for the river reach where in situ measurements are either completely unavailable or are difficult to access for hydraulic and hydrology analysis such as the upper basin of Imjin River. It has been demonstrated by many studies that the SDF signals can be used as the river width estimates and the correlation between SDF signals and river width is related to the shape of cross sections. To extract the nonlinear relationship between SDF signals and river outflow, Artificial Neural Network (ANN) model with SDF signals as its inputs were applied for the computation of flow discharge at Imjin Bridge located in Imjin River. 15 pixels were considered to extract SDF signals and Partial Mutual Information (PMI) algorithm was applied to identify the most relevant input variables among 150 candidate SDF signals (including 0~10 day lagged observations). The estimated discharges by ANN model were compared with the measured ones at Imjin Bridge gauging station and correlation coefficients of the training and validation were 0.86 and 0.72, respectively. It was found that if the 1 day previous discharge at Imjin bridge is considered as an input variable for ANN model, the correlation coefficients were improved to 0.90 and 0.83, respectively. Based on the results in this study, SDF signals along with some local measured data can play an useful role in river flow estimation and especially in flood forecasting for data-scarce regions as it can simulate the peak discharge and peak time of flood events with satisfactory accuracy.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.49 no.11
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• pp.951-959
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• 2016

This study was conducted to evaluate observed runoff data collected every 10 minutes at stream gauging stations in Jeju Island using a physically-based model, SWAT. The Hancheon watershed was selected as study area, and ephemeral stream algorithm suggested by previous research was incorporated into the model, which is able to simulate ephemeral runoff pattern of Jeju streams. Simulated runoff and runoff rates were compared to observations during 2008-2013, which showed 'very good' performance rating in Nash-Sutcliffe model efficiency (ME) and determination coefficient ($R^2$). Some observations had problems such that runoff rates were very high for some rainfall events with little amount of antecedent rainfall, and were very low or missing with much rainfall comparing to previous researches. Additionally, regression equation between precipitation and simulated runoff was generated with high degree of correlation. The equation can be utilized to simply predict reasonable runoff, or to investigate and complement the abnormal or missing data of observations on the assumption that modelling results were sufficiently reliable and satisfactory. As results, minimizing the error in calibrating the model by evaluation of observed data would be helpful to accurately model the rainfall-runoff characteristics and analyze the water balance components of watersheds in Jeju Island.

• Water for future
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• v.19 no.2
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• pp.157-166
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• 1986

The objective of this study was to determine the best representative synthetic unit hydrograph that is applicable to ungaged small watershed. A typical unit hydrograph was established with the actual data from a small watershed. Four currently well-known methods for analyzing ungaged small watershed, including Snyder's, Clark's S.C.S. and Nash methods, were evaluated with the data from the same small watershed. The following observations were noted from the analysis of four methods. The Snyder's method yielded the similar peak discharge value as the typical unit hydrograph. With co-ordinates of three discharge values, i.e. 25%, 50% and 75% of peak discharge, were not adequate for deriving a typical unit hydrograph in ungaged small watershed. With Clark's method there shall be some way of obtaining the exact base length of time area diagram and isochrone of each reach of the stream. With Nash method peak discharge and base flow time are affected by the storage constant and gamma function argument; therefore, for deriving a more reliable and workable unit hydrograph one needs to select for the better estimation of storage constant and gamma function argument. In S.C.S. method peak discharge is directly related to the watershed area and inversely related to the time of peak diacharge. Therefore area with faster peak discharge yielded the higer peak discharge value. Although the peak discharge value obtained frome the S.C.S. method higher than the value obtained from the unit hydrograph developed from the actual data, this method contains a number of advantageous factors. The peak discharge value and the time of peak discharge can be claculated easity from the morphological characteristics of the watershed, and in S.C.S method co-ordinates of the unit hydrograph can be calculated easily from that of the dimensionless unit hydrograph. When the four currently used methods were evaluated with a typical unit hydrograph obtained from the actual data, the S.C.S method was show to be the best method in deriving a synthetic unit hydrograph for ungaged small watershed.