• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.170-170
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• 2021

본 연구에서는 토지이용변화 예측 모형으로 산출된 토지이용도를 사용하여 용담댐 소유역의 지표유출량을 비교 및 분석하였다. 토지이용예측모형은 DynaCLUE 모형을 사용하였으며, 토지이용 면적 시나리오는 2000년, 2007년 및 2013년 실제 중분류 토지이용도를 기반으로 회귀식을 산정하였다. 모의된 토지이용도는 실제 토지이용도와 공간적인 분포 및 면적 비교를 통해 변환 탄성계수와 변환 행렬을 수정하여 검·보정하였다. DynaCLUE 모형으로 모의된 토지이용도는 공간적인 분포에서 초지가 실제 토지이용도와 차이가 발생하였으나, 각 토지이용별 면적을 비교한 경우 모의 토지이용도와 실제 토지이용도가 매우 유사하게 나타났다. CLUE 모형으로 모의된 토지이용도에서 발생하는 공간적인 불확실성은 복잡한 용담댐 소유역의 토지이용을 반영할 Driving factor가 부족하여 발생하는 것으로 판단된다. 산출된 모의 토지이용도를 SWAT 모형의 입력 자료로 사용하여 2013년 용담댐의 소유역 지표유출량을 모의하였다. SWAT으로 산정된 유출량의 보정은 SWAT-CUP의 SUFI-2 알고리즘을 이용했으며, 보정된 모의 지표유출량과 실제 유량 측정값을 비교한 결과 유의미한 비교 결과가 나타났다. 향후 토지이용예측모형을 이용하여 토지이용 변화를 수문 분석에 반영하는 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.1558-1562
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• 2007

우리나라 지형은 전체의 70%가 산지로 이루어져 있다. 특히 강원도 지역과 같이 산지가 대부분인 지역에서는 경사도에 따라 강우에 의한 유출특성이 크게 달라질 수 있으므로 지형의 경사가 고려된 유출량 산정방식이 필요하다. 현재 유출량 산정 방식에 많이 이용되고 있는 SCS의 CN값은 미국의 중서부 지역과 같이 경사도 5%미만인 지역에서의 유출량 산정에 적합한 유출곡선지수이다. 경사도 5%에서 유출량 산정에 적합한 CN값을 우리나라의 강원도 지형과 같이 복잡하고 경사도가 심한 지역에 적용하기에는 부적합하다. 따라서 본 연구에서는 연구대상지역인 도암댐 유역의 평균 25.8% 경사도를 고려한 직접유출량을 산정하여 기존 평균 경사도 5%일 때의 직접유출량과 비교분석하였다. 본 연구의 비교분석에 있어서 직접유출의 모의가 가능한 Long-Term Hydrologic Impact Assessment (L-THIA) ArcView GIS 모델을 사용하였고 모델의 적용성 평가를 위해 수문분석에 사용되고 있는 WHAT 모듈을 이용하여 분리된 직접유출과 비교하였다. 그 결과 유출량 산정을 위해 CN값 산정시 강원도 지형과 같이 지형이 복잡하고 경사가 심한 지형에 있어서는 유역의 경사도를 고려하여 유출을 모의해야 한다는 것을 알 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.135-135
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• 2017

최근 강우-유출 모형은 물리적 현상에 근거한 확정론적 모의 모형과 물리적 성분으로 설명할 수 없는 내용에 대해 통계적으로 접근하는 추계학적 모의 모형 등이 계속 연구되고 있어 자연현상에 가까운 결과를 기대할 수 있게 되었다. 하지만 우리나라의 경우 많은 연구에도 불구하고 돌발성 집중호우, 여름철 집중되는 강우 등으로 인해 재난이 반복적으로 발생하고 있어 모형의 정확성에 대한 논의가 지속되고 있다. 동일한 유역에 동일한 입력자료를 사용하더라도 사용하는 모형에 따라 유출 분석결과는 상이하며 이는 유출 해석에 대한 불확실성으로 작용한다. 본 연구에서는 앙상블 및 블랜딩 기법을 사용하여 각 강우-유출 모형의 불확실성을 고려하여 최적 유출량을 산정하고자 한다. 대상 유역으로는 한강 수계에 있는 중랑천 유역을 선정하였으며, Distributed 모형인 Vflo 모형과 Lumped 모형인 저류함수 모형, SSARR모형, TANK 모형을 이용하여 유출 분석을 실시하였다. 그 후, Multi-Model Super Ensemble(MMSE), Simple Model Average(SMA), Mean Square Error(MSE) 방법 등의 blending 기법을 이용하여 하나의 통합된 형태의 유출 분석 결과를 제시하였으며, 최적 유출량 산정을 위한 blending 기법을 선정하였다. 본 연구를 통해 동일한 강우 시나리오에 대한 여러 강우-유출 모형에 대한 정확도를 확인하였으며, 앙상블 및 블랜딩 기법을 사용하여 유출 분석에 대한 정확도를 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.345-345
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• 2023

기후변화에 대응하기 위한 가뭄과 홍수 등의 수재해 관리체계 수립의 필요성이 높아지고 있어, 기후예측모형과 연계하여 수문 및 에너지 순환과정에서 하천유출에 대한 기후변화 영향예측이 가능한 지표수문모형(Land Surface Model, LSM)의 개발과 적용이 요구되고 있다. 또한, LSM은 연속적이고 장기적인 유출을 모의할 수 있어 수재해에 관한 예측과 정보 제공에 유용하므로, 최근 수재해 예측시스템 구축을 위한 주요한 도구로 관심을 받고 있다. 이에 따라, 본 연구에서는 기후모형 CWRF(Climate-Weather Research and Forecasting Model)와 연계되어 물-에너지 순환모의가 가능한 최신 LSM 중 하나인 Common Land Model(CoLM)을 우리나라 유역의 장기하천유출모의에 적용하고자 한다. 대부분의 LSM은 지상의 물과 에너지 순환과정이 각 단일 격자의 수직적인 모의과정으로 제한되고 있었지만, 현재 지속적인 개선을 통해 많은 LSM에서 보다 현실적인 물과 에너지 변화를 모의하고자 노력하고 있다. 그러나, 지속적인 모형의 개선에도 불구하고(또는 그로 인해) 정교한 수학적 프로세스를 통합하여 개선된 최신 LSM은 오히려 복잡한 매개변수 체계, 매개변수 추정, 입력자료, 초기 및 경계조건 등에서 비롯된 불확실성이 존재하고 있다. 따라서, 모형의 주요 매개변수값의 추정은 모의결과의 성능과 안정성을 확보하기 위한 LSM의 모의에서 필수적인 과정 중 하나이다. 유역의 특성에 따라 결정되는 모형 매개변수는 관련자료의 부재 또는 관측의 부정확성으로 인해 검보정 과정을 통해 결정되어야 하므로, 유역의 수문특성을 최대한 반영하고 모형의 성능과 안정성을 확보하기 위해 모의목적에 따라 적절한 검보정 목적함수의 선정도 요구된다. CoLM과 같이 다양한 매개변수가 사용되는 LSM에서는 모의결과에 대한 불확실성을 줄이고, 모의목적에 따른 모형의 예측도 향상을 위해서 모의결과에 민감한 주요 매개변수의 검보정이 과정이 중요하다. 따라서, 본 연구에서는 격자기반 지표수문모형인 CoLM을 이용하여 우리나라 유역의 장기하천유출을 모의하는 과정에서 CoLM의 주요 매개변수 검보정에 필요한 적절한 목적함수의 적용을 통해 CoLM 장기하천유출 모의결과의 예측성능을 개선하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.881-881
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• 2012

낙동강유역에는 4대강 사업으로 8개의 보가 낙동강 본류에 새롭게 설치되었으며, 따라서 상류로부터 유입되는 유사가 보상류에 퇴적되어 하천제방이나 하천구조물의 안전을 위협할 수 있다. 또한 홍수시에는 농경지의 매몰과 저수지의 퇴적현상이 발생하는 등 유역유사에 의한 다양한 문제가 발생할 수 있으며, 강우로부터 유출되는 유사는 강우사상에 따라 빠르게 변할 수 있으나 수체에 즉각적인 영향을 유발하지 않을 경우 만성적인 특성으로 인해 침전물을 계속 이동시키며 축적되는 문제가 발생한다. 따라서 이러한 문제를 사전에 예측하고 낙동강유역에 대한 유역유사관리 대책마련을 마련하기 위해 유역유출과 유사의 이송 및 퇴적양상을 분석하여 유역관리를 위한 자료를 구축할 필요가 있다. 이러한 기초자료 분석을 위해 활용되는 유역모형 중 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형은 장기간 유역 유출로 인한 유사 모의를 수행하는데 가장 많이 활용되는 모형이며, 미국 농무성 농업연구소(USDA Agricultural Research Service, ARS)의 Jeff Amold 등에 의해 개발된 모형이다. SWAT 모형은 장기유출 및 유사 발생에 대한 시 공간적 변화를 모의하는 모형으로 넓은 범위의 유역에 대해 일단위 모의 간격으로 최대 100년까지 모의가 가능한 장기유역 모의에 최적화된 모형이다. 본 논문에서는 SWAT 모형을 이용하여 낙동강유역의 장기 유역 유출 및 유사 모의를 수행하기위해 2004년에서 2009년까지의 유출량 자료와 유량-유사량관계곡선 등을 이용하여 본류 및 지류 유출구 주요지점에 대해 검보정을 수행하고자 한다. 모의의 정확도 향상을 위해 안동댐, 임하댐, 영천댐, 합천댐, 남강댐, 밀양댐 및 낙동강 본류 등 총 7개 유역으로 구분하여 SWAT 모형을 구축하였으며, 각 유역별로 유출량과 유사량에 대하여 각각 보정 및 검증을 수행하였다. 낙동강 본류유역 총 7개의 댐 방류량자료와 20개의 대형하수종말처리장 방류량자료를 이용한 낙동강유역의 유출량 보정 및 검증 결과, 모의치가 실측치를 잘 반영하고 있는 것으로 나타났다. 또한 총 11개 지점의 수위관측소에 대해 유사량 측정 성과를 이용한 유사량 보정 및 검증 결과, 강우시 유사량 모의값은 유출량-유사량관계곡선 식을 잘 반영하였으나, 비강우시에는 모의값이 관계곡선 식의 결과값보다 대체적으로 높게 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.2014-2017
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• 2009

유출량과 수질자료는 하천을 관리하는데 있어 필수적인 수문자료이다. 미계측 유역의 경우 유출량은 면적비유량법 및 강우-유출모형을 통해서 유출량을 산정하고 있다. 강우-유출 모형에는 HEC-1, HEC-HMS, SWMM등의 여러 가지 모형이 쓰이고 있으며, 수질자료는 Qual2K, Qual2E 등의 모델을 이용하여 자료를 산출하고 있다. 기존의 모델들은 토지이용과 토양의 특성을 반영하기 어렵다. 토지이용과 토양의 특성을 반영하기 어려웠던 기존의 모형과는 달리 SWAT(Soil And Water Assessment Tool) 모형의 경우 GIS(Geographic Information system)를 이용함으로써 정확한 토지이용과 토양특성을 적용할 수 있다는 장점이 있으며, 시 공간적 변화를 고려할 수 있다. 또한, 유역을 소유역으로 세분화함으로써 수문학적 응답 단위(Hydrologic Response unit : HRU)로 계산이 가능하여 더욱 세밀한 모의가 가능하다. 본 연구에서는 SWAT모형을 전남 나주시와 화순군에 걸쳐 흐르는 지석천 유역에 적용하여 유출량과 수질을 모의함으로써 실제유역과 유사한 물리적 모의를 실행하였다. 그 결과 SWAT모형이 대상지역의 부하량과 유출량 모의에 높은 적용성을 나타냈다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.904-904
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• 2012

강우-유출모형중 단기 홍수 사상 모형은 주로 집중형으로 하천유량 모의에 중점을 두어 왔고, 장기유출모형은 분포형으로 기저유출 모의에 중점을 두어 왔다. 단기 홍수사상 모형은 유역 전반에 걸친 수자원의 분포특성을 파악하기 힘들다는 단점이 있고, 장기유출모형은 단기 홍수사상을 분석하기 힘들다는 단점이 있다. 이와 같은 단점은 두 모형을 함께 이용하여 보완할 수 있다. 따라서 본 연구에는 단기 홍수사상모형인 HEC-HMS모형과 장기유출모형인 SWAT모형을 연동하기 위하여 두 모형에 공통으로 적용되는 매개변수 CN값을 적절히 구해 이용하여야 한다. 두 모형에서 CN값을 얻는 방법은 첫 번째, HEC-HMS모형의 홍수기 호우사상별 최적평균 CN값을 구하는 것이고, 두 번째, SWAT모형 내에서 적용되는 일별 CN값을 구하는 것이다. 그리고 두 모형의 매개변수를 이용하여 보정 3년(2002년~2004년), 검증 2년(2005년~2006년), 적용 3년(2007년~2009년)을 모델링하여 SWAT-HMS모형의 유출분석 신뢰성을 판단하였다. 보정 3년 결과로 선행 5일강우량 기준으로 150mm 이하이면 모의가능하고, 150mm 이상이면 과소 모의되는 SWAT모형의 단점을 알 수 있었다. 검증을 실시한 2년은 SWAT-HMS모형의 중요 매개변수인 CN값을 HEC-HMS모형의 CN값과 SWAT모형의 CN값을 적용한 결과를 비교하여 상관계수 0.90과 0.95를 얻었으며, SWAT-HMS모형에 적용되는 매개변수 CN값은 SWAT모형의 CN값을 사용할 경우 더욱 신뢰할 수 있음을 알았다. 적용 3년(2007년~2009년)은 SWAT모형의 CN값을 SWAT-HMS모형에 적용하여 유출분석을 하였으며, 관측치와 모의치의 상관계수 0.95라는 신뢰할 수 있는 결과를 얻었다. 그리고 관측치와 모의치의 첨두유량은 평균적으로 5% 이내의 차이로 정확한 모의결과를 얻을 수 있었다. 따라서 본 연구는 격자분포형 유출모형인 SWAT모형과 집중형 유출모형인 HEC-HMS모형을 두 모형에 공통으로 적용되는 매개변수 CN값을 이용하여 두 모형이 가지는 단점을 해소하여 보다 정확한 유출분석 결과를 얻을 수 있는 방법을 제시 하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.382-382
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• 2023

기존의 GRM(Grid based rainfall-Runoff Model)에서는 강우-유출 사상에 대한 유출 모의를 주요 대상으로 하였다. 본 연구에서는 GRM 모형에서 연속형 모의가 가능하도록 차단, 증발산, 융설을 모의할 수 있는 모듈을 개발하였다. 차단은 LAI의 연최댓값과 해당월의 값의 비율을 이용해서 계산하며, 증발산은 Blaney-Criddle, Hamon, Hargreaves, Priestly-Taylor 방법을 적용하였다. 융설은 Anderson에 의해서 제안된 방법을 적용하였다. 연속형 모의를 위한 모델 매개변수 설정 인터페이스를 추가하였으며, 기온, 일사량, 일조시간 등의 기상자료를 입력할 수 있게 하고, 계산된 각 수문성분을 출력할 수 있도록 GRM 모형의 입력과 출력 모듈을 개선하였다. 충주댐 유역을 대상으로 개선된 모형을 적용하였다. 공간자료의 해상도는 500m × 500m로 구축하였으며, 수문학적 지형정보와 토양도, 토지피복도를 구축하였다. 기상자료를 강수량, 일최고 기온, 일최저 기온, 일조시간, 일사량을 적용하였다. 증발산은 Hargreaves 방법을 이용하여 모의하였다. 모의 기간은 2001년 ~ 2018년이며, 이 중 2004년까지의 4년은 모델 warming up 기간으로 하고, 적합도 평가는 2005년 ~ 2018년의 모의결과를 이용하였다. 충주댐 유입량 모의결과를 관측값과 비교하였을 때 Nash-Sutcliffe model efficiency coefficient(NSE) 0.84, 상관계수 0.92, 총용적 오차는 0.26%를 나타내어 관측유입량을 잘 재현하였다. 그러므로 본 연구에서 개발된 차단, 증발산, 융설 모의 기법은 적절히 구현된 것으로 판단되며, GRM을 이용한 연속형 모의가 가능한 것으로 나타났다. 향후 연구에서는 좀 더 다양한 유역에 대해 GRM을 이용한 연속형 유출모의 결과를 평가할 필요가 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.389-389
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• 2021

불투수면의 증가는 유량변화 및 지하수위와 기저유출의 감소로 이어질 수 있으며 기저유량의 감소는 건기 시 하천의 유량공급까지 영향을 줄 수 있다. 이런 이유로 기저유량에 대한 정확한 분석 및 검증은 반드시 필요하지만 지표수-지하수를 고려한 통합적 해석의 어려움과 기저유출 분석에 대한 불확실성 및 기술적 한계로 분석이 어려운 실정이다. 따라서 본 연구에서는 SWAT 해석을 통해 획득한 모의유량과 관측유량을 비교하여 R²값을 계산하였으며 SWAT-CUP을 이용하여 검보정을 실시한 후 기저유출량을 정량적으로 산정하고 비교하였다. 연구지역 모의기간은 실측 유량자료가 있는 4개년을 대상으로 모의 하였으며 SWAT-CUP을 이용한 검보정 시 모의 횟수는 연구자에 따라 다양한 기준을 제시하고 있지만 모의 시간 대비 최대 효율인 1,000회 수행하였다. 또한 관측유량에 대하여 SPE(Swat Parameter Estimator) 알고리즘으로 모의유량을 최적화하였다. 실측유량과 모의유량을 비교한 결과 SWAT 분석에 의한 R²값보다 SWAT-CUP을 이용하여 검보정을 수행한 R²값이 높게 나타나 검보정 효과를 확인하였다. 또한 검보정 전후에 대한 기저유량을 비교하기 위하여 SWAT Output Data를 이용하여 유역에 대한 지표수유출, 중간유출, 지하수유출 등을 추출하였다. 추출한 단위면적당 데이터를 단위환산을 통해 유출량으로 산정하였으며 검보전 전과 데이터를 비교하였다. 지표수-지하수를 고려한 통합적 해석의 어려움과 실측치의 부족, 분석에 대한 불확실성 등으로 기저유량에 대한 해석은 어렵지만 SWAT-CUP을 이용하여 검보정 및 불확실성 개선이 수행되면 좀더 정확한 유량을 계산할 수 있으며 이는 향후 연구지역 지표수-지하수 연계해석을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.169-173
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• 2009

돌발홍수는 급격한 경사와 많은 불투수층을 포함하고 있는 좁은 지역에서 짧은 지속기간의 강우강도를 가진 큰 강우가 내리는 경우 발생한다. 이러한 돌발홍수가 발생할 수 있는 강우의 양을 파악하기 위해서 돌발홍수기준(Flash Flood Guidance)을 산정하여 활용하고 있다. 돌발홍수기준은 수문모형으로부터 도출되는 강우-유출관계곡선에서 한계유출량에 대응되는 강우량을 의미한다.따라서 강우-유출관계가 갖고 있는 불확실성(uncertainty)을 최소화 할수록 돌발홍수기준을 정확하게 산정할 수 있으며, 수문모형은 각각 고유의 매개변수와 특성을 갖고 있으므로 어떠한 수문모형을 사용하여 강우-유출관계를 도출하느냐에 따라 불확실성의 정도가 크게 좌우된다. 본 연구에서는 네 개의 수문모형(HEC-HMS 모형, 저류함수모형, SSARR 모형, TANK 모형)의 모의값에 Monte Carlo 모의 방법을 적용하여 네 개의 수문모형에 대한 신뢰구간을 추정하여 제시하였다.