• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.430-430
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• 2017

본 연구에서는 유역모델링 시 오염원 산정의 공간적 범위를 합리적으로 고려하기 위해서, 유역모델링을 위한 소유역 구분간의 공간해상도를 유역의 오염부하량 산정을 위한 공간단위 수준으로 설정하여 새만금호 유역수질모델링을 실시하였다. 모형 구축은 HSPF (Hydrological Simulation Program - Fortran)를 이용하였으며, 오염부하량 산정단위인 리 동의 행정경계, 수치표고모델(DEM), 농경지 배수로 등 구조물들을 고려하여 새만금 유역을 대상으로 804개의 소유역을 구분 적용하였다. 소유역 세분화에 따른 계산량을 고려하여 효과적인 모델 구동을 위해 만경유역 7개, 동진유역 7개, 연안유역 3개 (총 17개)의 서브모델로 모의시스템을 구성하여 상류에서 하류로 서브모델을 순차적으로 보 검정 및 모의하도록 구현하였다. 유량 보 검정은 14개소 수문측정자료(2009~2013)와 자동보정기법을 적용하여 수행하였다. 유량보 검정결과 NSE (Nash-Sutcliffe coefficient)가 0.66~0.97, PBIAS가 -31~16.5%, $R^2$는 0.75~0.98의 범위를 보여 모형의 적용성을 확인할 수 있었다. 한편, 수질 보 검정의 경우 29개소 수질측점을 대상으로 온도, DO, BOD, TN, TP의 항목에 대해 유량보정과 같은 기간에 대해 수동보정을 실시하였다. 수질결과는 일부 상류유역에서 갈수기시 모의값이 다소 불안정한 부분이 발견되나 대체로 각 측점의 수질에 대한 시간적 변동 패턴과 평균적 수질은 합리적으로 모의하는 것으로 나타났다. 공간세분화에 따른 모델링결과를 선행연구들과 비교한 결과, 유량부문에서 우수성을 보였으나 수질부문은 비슷한 수준으로 나타났다. 본 연구는 향후 유역 오염원, 수자원 운영 등에 관한 정밀 자료 확보 시 이를 고려하는 고도화된 수문 수질 모델링 개발 및 구축에 적용될 수 있는 시스템으로 활용성이 높을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.204-204
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• 2011

최근에 들어 도시화와 이상기후의 영향으로 유역에서의 유출특성과 오염물질 발생특성이 변화하고 있어 이에 따라 체계적인 유역 관리가 요구되고 있다. 우리나라는 하천 및 호소에 대한 수질 관리를 생활하수, 공장폐수 등 점오염원을 중심으로 수질관리정책 및 대책을 추진하여 왔으나, 오염물질의 상당량은 비점오염원에서 유발되고 있다. 또한 오염총량제의 실시 이후 국내에서는 비점오염원 관리의 중요성이 점오염원에 비해 상대적으로 높아짐으로서 유역수질모델링의 중요성을 인식하고 있으며, 비점오염원에 관련된 연구도 활발히 진행되고 있다. 이를 위해 유역의 유출 및 수질 분석을 효율적으로 하기 위해 유역간 물질의 교환 및 전달이 유역 규모에 따라 얼마나 높은 정확성을 나타내는지를 분석하고 이를 검토하여 효과적인 유역수질모델링의 방법이 제시되어야 한다. 본 연구에서는 이러한 통합적 수질관리의 필요성 증대에 따라, 유역 내 수문 순환 및 비점 오염원의 발생 거동을 정량적으로 분석할 수 있는 HSPF(Hydrologic Simulation Program - Fortran) 모형을 통해 오염총량 단위유역을 각각의 소유역으로 순차적으로 모의하여 검 보정을 수행 후 그 결과로 계산된 매개변수들을 단위유역 전체에 대한 분석에 입력하여 수행한 모의 결과와 비교 평가하였다. 또한, 이를 바탕으로 비점오염원에 의한 유역 내 하천 수질 영향도를 파악하였다. 유량 및 수질해석을 위하여 남강유역의 2004년부터 2007년까지 강우와 기상자료, 유량과 오염원 자료를 수집하여 입력 자료를 구축하였다. 또한, 대상유역에 해당되는 환경기초시설의 방류 유량 및 수질을 유입시킴으로써 HSPF모의가 진행되었다. 하천수질에 영향을 줄 수 있는 비점오염원은 강우 및 기상 관련 자료의 입력을 통하여 유역 내 유출 조건의 초기입력을 수행하였으며, 강우 입력에 따른 유출에 영향을 고려하기 위하여 토지이용 및 토양도를 고려하였다. 그리고 유역의 규모를 고려하였을 때 오염총량 단위유역의 유역 규모에 따라 모의를 실시한 결과를 바탕으로 HSPF 모형의 정확성 여부를 판단하여 정확성이 높은 방법을 선택할 수 있도록 하였다. 모의결과 소유역을 순차적으로 모의한 결과(CaseA)가 전체유역을 모의한 결과(CaseB)보다 실측치와 더 높은 상관계수를 나타냄을 알 수 있었다. 본 연구에서의 평가방법을 바탕으로 유역수질모델링이 이루어진다면 추후 비점오염원에 대한 효과적인 관리에 도움이 될 것이며, 모니터링 기법 및 GIS기반 유역관리모델 개발, 4대강 비점오염원 최적관리기법 연구 등에 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.413-413
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• 2020

Godunov형 모형을 이용한 홍수모델링에서는 일반적으로 구조적 사각격자나 비구조적 삼각격자가 주로 적용된다. 2차원 수치모형을 이용한 홍수모델링에서 연구유역의 정보가 격자의 노드나 중심에 입력되므로 적용격자의 유형과 생성방법에 따라 모형의 입력자료 오차에 영항을 줄 수 있다. 따라서, 연구유역이 지형 변동성이 심한 지역이거나 흐름형상이나 흐름변동이 심한 구간이라면, 고해상도 격자를 통해 모형의 입력자료 오차를 최소화할 할 수 있다. 본 연구에서는 2가지 유형에 대한 연구를 수행하였다, 첫 번째는 홍수해석을 위한 2차원 모형의 격자형상과 해상도에 따른 홍수위 및 홍수범람범위를 비교·분석하는 연구를 수행하였다. 연구유역은 2000년 10월 29일부터 11월 19일까지 홍수가 발생한 영국의 Severn 강 유역이다. 연구유역의 홍수 모델링을 위한 지형자료는 3m 해상도의 LiDAR(Light Detection And Ranging)를 이용하여 구축하였으며, 격자유형 및 해상도에 따른 2차원 홍수위 및 홍수범람범위를 비교·분석하기 위해서 홍수 발생기간 동안 촬영된 4개(2000년 8월 11, 14, 15, 17일)의 ASAR(Advanced Synthetic Aperture Radar) 영상자료를 활용하였다. 즉, ASAR 영상으로 촬용된 최대범람시기 및 홍수류의 배수기를 활용하여 최대범람범위뿐만 아니라 홍수가 증가하는 시기와 하류단 배수로 인해 홍수가 감소하는 시기를 모두 포함하는 홍수범람범위에 대한 격자유형별 2차원 홍수범람모형의 계산 결과에 대해 비교하였다. 두 번째는 아마존 강 중류유역의 2,500K㎡ 면적에 해당하는 대규모 유역에 대해 SRTM(Shuttle Radar Topography Mission) 지형자료를 이용하여 홍수기와 갈수기에 대해 2차원 모델링을 수행하고 그 결과를 위성자료와 비교하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.321-321
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• 2022

유역 모델링은 유역에 강우의 유출 과정을 재현할 수 있는 과정이다. 과거 유역 모델링은 1차원 수준에서 유출과정을 모의하는데 그쳤으나, 기술이 발전함에 있어 입력하는 매개변수 수가 증가함에 따라 모의값의 신뢰성이 높아지고 있다. 본 연구에서는 다양한 매개변수 중 공간매개변수로써 널리 활용되고 있는 수치표고모델의 신뢰성과 범용성을 확인하고자 한다. 유역모델링 연구에 있어, 수치표고모델 정확성은 결과값의 신뢰성을 좌우하는 중요한 인자 중 하나이다. 수치표고모델이란 실제 지형이 나타내는 표고 정보를 수치화 하여 격자 안에 담은 형태의 파일로 대표적으로 DEM(Digital Elevation Models)과 DSM(Digital Surface Models)로 나눌 수 있다 DEM의 경우 해당 지형의 고도정보만을 담고있으며, DSM은 지표면 상의 나무, 건물 등 포함한 지표면의 고도를 담고 있다. 현재 NASA에서는 전 지구의 30m격자 크기로 SRTM-DSM을 제공하고 있으며, 우리나라 국토지리정보원에서도 90m 격자크기의 DEM을 제공하고 있다. 본 연구에서는 남한강 유역의 수치표고모델을 세 가지 Case로 나눠서 유출량 변화 검토를 진행하였다. 산지가 많은 남한강 유역의 10개의 소유역을 선정하였고, 다음과 같이 3개의 Case를 적용하였다. Case1, DEM 자료를 입력했을 경우, Case2, DSM 자료를 입력했을 경우, Case3 DSM+DEM 자료를 입력했을 경우, 각 Case에 대해 유출량을 산정하였고, 그 결과값을 분석하였다. 해당 유역에 세 가지 Case 모두 유출량의 변화량의 큰 차이를 보이지 않았으며, 공간매개변수 적용에 있어 타당성을 보였다. 따라서 본 연구는 인공위성을 통해 산출된 수치표고모델의 신뢰성을 확인 하였고, 활용가능성을 검토 하였다. 이에 따라 향후 연구에 수치표고모델 적용에 있어 미계측유역에도 활용가능한 연구로 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2005년도 총회 및 춘계학술발표회
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• pp.437-440
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• 2005

서울시는 복개천이었던 청계천을 복원하여 도심지를 통과하는 하천을 만들기 위해 청계천 복원 공사를 수행하고 있다. 청계천 복원 공사 구간을 포함하는 유역에는 서울시 지하철 1, 2, 4, 5, 6호선 등이 통과하고 있으며, 도시 내 비수시설, 하수관거시설 등 자연적인 수문현상에 영향을 주는 인위적인 요소들이 복합적으로 존재하고 있다. 때문에 청계천 복원 공사 후 유역내의 여러 요인들과 공사의 정도에 따라 누수가 발생할 것으로 예상된다. 공사 후 청계천에서의 누수율에 대한 측정은 공사의 성공여부를 결정하고, 향후 지속적인 누수가 예상되는 청계천의 유지 보수에 있어서 매우 중요하다. 특히 청계천의 손실량의 대부분을 차지할 지하로의 누수에 대한 측정은 매우 중요하다. 따라서 누수율을 측정하고, 누수율과 주변 요인들과의 관계를 추정할 수 있는 수문모델링을 수행할 필요성이 있다. 수문모델링은 일회성으로 끝나는 것이 아니라 지속적으로 수행될 필요가 있는데, 그러기 위해서는 청계천 유역에서의 지속적인 수문관련 인문 자연자료를 획득하여 정리할 필요성이 있다. 본 연구에서는 청계천 복원 공사 구간의 유역에 대한 인문 자연자료를 GIS(지리정보시스템)을 이용하여 수치도면과 속성테이블 형태로 데이터베이스화한다. 그럼으로써 청계천 주변 유역에 대한 도시형 수문 모델링 연구에 활용하고, 아울러 공사 후 지속적으로 누수율을 측정하는데 자료를 원활히 제공하여 청계천의 유지 보수에 도움을 줄 수 있는 체계를 마련하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.441-441
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• 2011

정부에서 기후변화로 인한 홍수와 가뭄, 수질개선 등 물 문제 해결을 위해 시행하고 있는 4대 강사업을 아직도 언론이나 환경단체, 대다수의 국민들이 보 건설로 인해 홍수의 위험성이 높아지고, 수질이 악화되어 생태계와 생명이 파괴된다고 오해하고 있다. 이런 오해를 불식시키기 위해 남한강유역의 보 건설 공사 전 후의 발생 가능한 수리변화 예측을 통하여 4대강사업에 따른 수리 수질 논란에 대비하고, 기존의 수위-유량 곡선식 및 홍수분석시스템 변화에 따른 개선을 통하여 보 건설 후 댐과 보의 운영시 각 보 지점의 수리분석을 통해 적절한 방류 규모, 시기를 결정하고 하류영향을 효과적으로 분석하는 등 환경변화에 대한 사전 대책마련을 위해 EFDC 모형을 구축하였다. 본 연구는 한강유역의 팔당댐을 기준으로 북한강 10km, 경안천 10km, 남한강 65km 구간의 공사 전 후 수위변화를 분석하기위해 남한강 유역의 2006년도부터 2010년까지의 여주, 이포, 양평 수위국의 최고수위 기간을 조사하여, 최고기간인 2006년 7월 15일부터 17일에 발생한 태풍 에위니아의 첨두유량(13,022CMS)을 사용하였고, 하천단면 측량자료는 2010년에 실시한 보 공사구간 횡단면도와 준설 후 계획 횡단면도와 과거 측량자료를 이용하였고, 총 3,794개의 격자망을 평균 $200m\times80m$ 간격으로 구성하여 3차원 수리/수질 모델 프로그램인 EFDC를 사용하여 수리모델링을 실시하여 보 건설 전 후의 수위변화를 모델링 하였다. 모델링 결과 남한강 상류인 강천보 지점의 수위 저감효과가 최대 2.0m로 가장 큰 효과를 보였으며, 상대적으로 남한강의 하류인 여주보 지점은 최대 1.5m, 이포보 지점은 상대적으로 작은 1.0m 정도의 수위 저감효과를 확인할 수 있었다. 그리고 이포보 하류의 양평수위국 지점과 북한강, 남한강, 경안천이 합류되는 팔당댐 상류 지점의 경우 모델링 결과 공사 전 후 수위 차이가 없는 것으로 보아 보 건설이 남한강 하류 지점에는 큰 영향을 끼치지 않는 것으로 판단된다. 이처럼 EFDC 모형을 이용하여 정밀 수리모형 검토를 통해 수위변화를 비교해 본 결과 지점별로 약간의 차이는 발생하지만 보 건설을 통하여 수위 저감효과가 발생하는 것으로 판단된다. 보다 정확한 검토를 위해 추후에는 남한강 상류의 강천수위국 상류지점의 검토와 남한강유역의 지류 유입량을 추가하여 모델링을 실시하면 보다 더 정밀한 분석이 가능할 것이라고 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.538-538
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• 2017

우리나라의 현행 수질오염총량제도에서 비점오염원에 대한 배출량은 배출원별로 유량조건에 따라 배출계수를 적용하여 산정하고 있으나, 강우 및 유역특성에 따라 크게 좌우되는 비점오염 배출특성을 반영하는 것에는 어려움이 있다. 한편, 역산모델링은 결과를 바탕으로 원인 값을 추정하는 방식으로 유량 및 수질측정결과, 점오염원 배출량 등 실측결과를 바탕으로 비점오염 배출량을 추정할 수 있다. 본 연구에서는 역산 모델링 기법을 이용하여 경안천 유역에서 배출되는 총인의 비점오염 배출량을 추정하고, 부하지속곡선을 통해 비점배출기준을 산정하고자 한다. 경안천 유역의 수질 및 유량측정자료, 하수처리장 현황, 오염원 자료 등을 수집하여, 점오염원 배출량을 추정하고 역산 모델링을 수행하였으며, 비점배출총량을 산정하였다. 본 연구의 결과는 현행 수질오염 총량제도의 배출계수에 대한 재검토와 향후 유량조건에 따른 차별적인 비점오염원 관리 필요성에 대한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.351-351
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• 2023

강우 자료는 수문 모델링에서 중요한 입력 요소 중 하나이다. 강우의 공간적 가변성은 모델링 불확실성의 중요한 원인으로 알려져 있다. 강우 관측자료는 많은 경우 유역을 대표하는 평균 면적강수량 (Mean Areal Precipitation, MAP)을 계산하여 수문모형에 입력된다. 선행 연구에서는MAP 예측 결과의 신뢰도를 개선하기 위하여 다양한 보간 방법이 개발되었다. 하지만, 강우특성의 동질성를 고려한 대표 기상 관측소 선정이 MAP 예측과 유출량 모의 결과에 미치는 연구는 아직 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 유역의 MAP 예측에 있어 강우특성의 동실성을 고려한 강우 관측소 선정이 수문 모델링 성능 개선에 미치는 영향을 평가하고자 한다. 본 연구에서는 종관 기상관측(ASOS) 74개 지점과 방재기상관측(AWS) 400여개 지점에서 2003~2022년 기간에 대한 일강수량 자료를 수집하였고 강우특성이 동질한 지역을 구분하였다. 또한, 강우특성 동질성의 고려 유무에 따른 MAP를 계산하였다. 이후, 5개의 매개변수로 이루어진 개념적 강우-유출 모형FPHM을 사용하여 우리나라 전역 41개 유역을 대상으로 MAP 계산 결과가 모형 성능에 미치는 민감도를 조사하였다. 분석 결과, 강우특성의 동질성을 고려한 강우 관측소의 선택은 MAP 보간 방법 이상으로 중요한 요소임을 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.1169-1173
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• 2005

자연현상의 강우와 유출관계를 규명하는 일은 상당히 복잡하고 어려우며 대부분의 하천이 충분한 수문정보가 부족하기 때문에 수문학적인 문제의 해결을 위한 보다 정확하고 신속한 방법이 필요하다. 지리정보시스템 (Geographical Information Systems; GIS)은 강우-유출 등 수문학적 모델링에 있어서 많은 새로운 방법을 연구할 수 있다. 우리나라 소하천 유역은 아직 수위나 유량 관측이 행해지지 않은 미계측유역이 있어 홍수시 정확한 유출량 추정이 어려운 실정이다. 이에 본 연구에서는 GIS와 WMS를 이용하여 지형특성인자값을 산정하고, 유역특성인자들을 IHP 대표유역인 설마천 유역에 적용하여 DEM 격자크기별 지형특성인자값을 비교하고, HEC-HMS 수문모형을 이용하여 유출수문곡선을 모의하고 이 결과와 실제 수문곡선과의 비교를 통하여 설마천 유역의 적정한 DEM 격자크기를 결정해 보고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.138-138
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• 2020

본 연구에서는 우리나라에서 발생하는 무유출량을 고려하는 확률기반 격자형 수문 모형을 용담댐 유역에 구축하였다. 용담댐 유역은 무유출량이 종종 나타나는 간혈하천 (Ephemeral catchment) 유역으로 우리나라의 많은 유역들이 여기에 해당한다. 격자형 수문 모형의 구축을 위하여 Sacramento Soil Moisture Accounting Model (SAC-SMA) 유출 모형을 사용하여 라우팅 모형과 결합하였다. 무유출량을 표현하기 위해서 본 연구에서는 검열된 오류 모형 (censoring error model)을 사용하였다. 구축한 오류 모형과 기존에 많이 사용되는 정규화된 오류 모형의 비교를 하였으며 이를 통하여 본 연구에서 구축한 모형의 적합성을 평가하였다. 결과적으로 본 연구에서 구축한 두 개의 모형이 둘 다 신뢰할 만한 결과를 보여주지만 검열된 오류 모형이 더 적합한 결과를 보여주며 무유출의 빈도 증가에 따라 효율이 증가하는 것을 보여 준다. 그리고 기존의 방법론은 확률 기반의 유출량의 표현에 있어서 0 이하의 음수값을 표현하여 현실적이지 못한 수문 모델링을 표현한다. 따라서 본 연구에서 얻어진 결과는 간헐하천 유역에 대한 고려가 우리나라에 수문 모델 구축에 있어서 필요하다는 것을 의미한다.