• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.396-396
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• 2017

최근 기후변화에 효과적으로 대응하기 위해서 신뢰성 높은 설계홍수량을 산정할 필요성이 커지고 있다. 설계홍수량 산정법은 홍수빈도해석법과 설계강우법으로 대별된다. 홍수빈도해석법은 홍수량 자료에 대한 통계학적 빈도분석을 실시하여 확률홍수량을 산정하는 방법이다. 홍수빈도해석법은 관측된 자료를 활용하기 때문에 이론적으로 불확실성이 상대적으로 작은 장점을 가지고 있지만, 자료의 수가 적거나 시간에 따라 변하는 유역특성에 대한 불확실성을 함께 고려해야 한다. 관측 유량 자료가 없거나 적은 유역에서는 설계강우법이 주로 사용되고 있다. 설계강우법은 강우자료에 대해서 빈도분석을 실시하여 확률강우량을 산정한 후, 이를 강우-유출 모형에 적용하여 확률 홍수 수문곡선을 작성하고 첨두치를 확률홍수량으로 선정하는 방법이다. 그러나, 설계강우법도 강우-유출 모형에서 유역특성을 나타내는 매개변수 추정과정에서 불확실성을 내포하고 있기 때문에 추정된 홍수량 결과에 대한 불확실성을 감안해야 한다. 또한, 강우량과 홍수량의 발생빈도가 같다는 가정의 명확한 근거가 없다. 더욱이 두 가지 설계홍수량 산정법을 같은 유역에 적용하는 경우라도 종종 매우 다른 결과값을 나타낸다. 따라서, 본 연구에서는 국내 유역의 현실을 고려하여 설계강우법으로 산정된 확률홍수량을 홍수빈도해석법으로 산정된 확률홍수량을 변환할 수 있는 보정식을 개발하였다. 국내 9개의 댐 유역에서 확보된 일 단위 강우량 및 유출량 자료를 홍수빈도해석법과 설계강우법을 적용하여 대상 유역의 설계홍수량을 산정하였다. 그리고, 홍수빈도해석법으로 산정된 설계홍수량을 참값이라 가정한 후, 산정된 설계홍수량의 대상 유역별 오차율을 산정하였다. 이를 바탕으로 홍수빈도해석법과 설계강우법으로 산정된 설계홍수량 간의 관계를 회귀분석을 통하여 설계강우법으로 산정된 확률홍수량을 보정하는 관계식을 제시하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.316-316
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• 2018

전 세계적으로 다양한 기후변화로 인해 홍수나 가뭄이 자주 발생하고 있다. 이러한 변화에 대응하기 위해 하천관리가 필요하며 효율적인 하천관리를 위해서는 직접유출뿐만 아니라 기저유출에 대한 관리가 필요하다. 건기 및 청천시의 하천유량의 대부분을 구성하는 기저유출은 하천의 건천화와 가뭄 등을 해결하는데 중요한 역할을 한다. 그러나 땅 속을 이동하는 기저유출의 특성상 정확한 측정이 어려워 직접유출에 비해 제한적으로 연구가 수행되어왔다. 특히 유역의 토지이용변화와 기후변화에 따른 기저유출 변화 특성에 대한 연구는 더욱 미비하다. 따라서 본 연구에서는 토지이용변화를 평가한 후 기후변화 시나리오를 이용하여 기후변화와 토지이용 변화에 따른 기저유출 특성을 분석하고자 한다. 우선적으로 갑천 유역에서의 유출량 모의를 위해 장기간 유역단위 유출 및 수질 모의가 가능한 SWAT모델을 사용하였다. 모의된 유출량은 자동보정모듈인 SWAT-CUP을 통해 검 보정을 수행하였다. 그리고 토지이용과 토지이용변화 요소간의 관계를 정량화하여 토지이용변화를 모의할 수 있는 CLUE-S모델을 통해 미래 토지이용변화 자료를 구축하여 SWAT모델의 입력자료로 사용하였다. 또한 기후변화 시나리오인 RCP 시나리오를 SWAT모델 내 기상 입력자료로 사용하였다. 최종적으로 모의 된 미래 유출량은 직접유출과 기저유출 분리가 가능한 WHAT 시스템의 입력자료로 사용하여 미래 토지이용변화와 기후변화를 고려한 기저유출량을 분석하였다. CLUE-S모델을 이용하여 미래 토지이용변화를 예측한 결과 Kappa 값이 0.5 이상으로 미래의 토지이용을 잘 예측하는 것으로 나타났다. 또한 SWAT모델을 통해 모의된 유출량 검 보정 결과 $R^2$와 NSE가 0.7 이상이므로 모델이 자연현상을 잘 모의하는 것으로 판단된다. 미래 토지이용변화와 기후변화가 적용된 SWAT모델을 통해 모의된 유출량을 WHAT 시스템에 적용하여 미래 기저유출을 분석한 결과 도시의 증가, 농지의 감소 그리고 미래 극한사상에 따른 첨두유출량의 증가로 인해 전반적으로 직접유출은 증가하고 기저유출은 감소하는 경향을 보였다. 본 연구의 결과는 향후 다양한 토지이용변화와 기후변화를 고려한 갑천 유역에서의 기저유출 특성을 파악하는 연구의 기초자료로 활용될 수 있을 것이며 향후 도시화 및 가뭄이나 건기 시 효율적인 하천관리 방안을 수립하는데 방향을 제시 할 수 있을 것이라 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.515-515
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• 2016

농경지에서의 액비 수요는 최근 증가하고 있으나 적정 액비시비량에 대한 기준과 사후 관리에 대한 명확한 기준이 없어 환경문제에 대한 고찰이 필요하다. 본 연구에서는 시험포장을 선정하고 논에서의 질소 및 인의 동태를 모니터링하고, 관개수, 침투수, 및 배출수 중 영양물질의 부하량을 평가하였다. 시험구는 대조구(화학비료 표준시비구, A)와 양돈분뇨액비 표준시비처리구(B)로 구성하였으며, 기상관측 측정을 위하여 자동기상관측기, 유입량, 유출량 측정을 위한 계측장비를 각 처리구별로 설치하였다. 담수의 경우 B 처리구에서 시비 시기별로 영양물질의 수질 농도가 첨둣값을 보여주었으며 평균적으로 높게 나타났다. 대표 이벤트 중 6월 25-26일 강우에 따른 유출수의 분석결과는 액비의 영향으로 T-N 및 T-P의 경우 초기 강우시 상대적으로 높게 나타났다. 7월 21-22일 강우 분석 결과는 T-N, T-P(50배)가 상대적으로 높은 분포를 보여주었다. 침투량은 많으나 수질변화는 처리구별로 유의한 차이는 나타나지 않았다. 부하량은 각 이벤트별 10분 간격의 유량 측정과 30분 및 1시간 간격(첨두 이후 탄력적 적용)으로 수질 모니터링을 실시하였다. B 처리구에서 부하량이 전체적으로 높게 나타났으며, T-N의 경우 2.2배, 그리고 T-P의 경우 6.6배 높게 나타났다. 2015년까지의 데이터는 평년대비 강수량의 부족으로 추가적인 데이터 축적을 통한 분석이 필요하며 이를 바탕으로 원단위 부하량을 평가할 계획이다. 또한 본 연구는 액비시용에 따른 농경지에서의 영양물질 유출에 따른 관리방안 개발을 위한 연구로 지속적인 모니터링을 통하여, 향후 새만금 유역내 축산밀집지역에서 나타날 수 있는 축산분뇨 관리정책 개발의 기초자료로 활용될 것으로 기대한다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.55 no.7
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• pp.495-504
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• 2022

With the recent development of artificial intelligence, a Long Short-Term Memory (LSTM) model that is efficient with time-series analysis is being used to increase the accuracy of predicting the inflow of dams. In this study, we predict the inflow of the Soyang River dam, using the LSTM model with the Sequence-to-Sequence (LSTM-s2s) and attention mechanism (LSTM-s2s with attention) that can further improve the LSTM performance. Hourly inflow, temperature, and precipitation data from 2013 to 2020 were used to train the model, and validate and test for evaluating the performance of the models. As a result, the LSTM-s2s with attention showed better performance than the LSTM-s2s in general as well as in predicting a peak value. Both models captured the inflow pattern during the peaks but detailed hourly variability is limitedly simulated. We conclude that the proposed LSTM-s2s with attention can improve inflow forecasting despite its limits in hourly prediction.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.304-304
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• 2021

도시화가 진행됨에 따라 불투수지역이 늘어나는 등 개발전과 다른 지표 및 지표하 유출이 나타나며, 이러한 변화는 생태적, 수문학적으로 대규모 변화가 나타나는 것을 의미한다. 이에 따라 물관리, 물순환 등 물 지속 가능성은 대중의 관심을 받아 법, 제도가 변화하며 도시화에 대한 세심한 접근과 관리에 대한 계획이 대두되고 있는 실정이다. 저영향개발(Low Impact Development)은 이러한 도시화로 인해 발생될 수 있는 문제를 해결하기 위한 방안의 하나로 제안되고 있으며 첨두 및 유출총량을 완화하여 개발 이전 상태의 수문학적 기능을 유지하거나 물리학 및 생물학적 기작을 통해 오염물질의 저감효과도 나타나 대규모 도시개발 및 유역관리 사업에서 저영향개발기법의 적용이 점차 늘어나고 있는 추세이다. 그러나 저영향개발기법 설치에 관한 구체적인 매뉴얼 또는 가이드라인이 부족한 실정이기 때문에 저영향개발기법이 계획단계에서 양적으로 무분별하게 적용되어 비용적 측면에서 시공자에게 부담을 가중시키는 등의 문제가 발생한다. 또한 시설의 위치에 따라 강우유출수 및 비점오염원 저감에 대한 효과가 상이하기 때문에 시설의 적정 위치선정 및 시설용량, 경제성을 고려한 시설효과 검토 등 저영향개발기법 적용시 사업부지 특성에 따른 최적화를 고려하여 계획 및 설계에 적용할 필요성이 있다. 이에 비용적 측면을 고려한 최적설계가 가능한 SWMM-ING(Storm Water Management Model - Low impact development desigN proGram)을 개발된 바 있다. SWMM-ING은 비전문가도 사용이 가능하도록 저영향개발기법 최적화과정이 간단하고 직관적이며 비용을 고려한 최적설계가 가능하도록 개발된 소프트웨어로 기법 적용시 개략적인 비용추정 및 배치선정 등 저영향개발기법의 설계최적화가 가능하다. 또한 각각의 저영향개발기법에 대한 초기설치비용, 유지관리비용, 이자율, 기대수명, 대상지역 내 공간적 위치를 반영하여 강우유출수 및 비점오염저감효과를 시나리오별로 제시가 가능한 장점이 있다. 본 연구에서는 SWMM-ING를 이용하여 대규모 도시개발부지의 저영향개발기법 적용에 따른 유량 및 수질저감효과를 평가하고 유지관리비를 포함한 비용을 추정하여 최적설계 검토를 수행하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.356-356
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• 2022

최근 기후변화로 인해 여름이면 매번 홍수와 가뭄이 공존하는 특성이 지속되고 있다. 이로 인해 여름이면 태풍, 홍수로 인한 수해재가 증가되고 또한, 가뭄의 지속기간이 길어져 가뭄의 심도가 심화되어 인적, 재산의 피해가 증가되고 있다. 이와 같은 기후변화로 인한 수재해를 예방하기 위해서는 무엇보다도 대상유역의 유역별 강우로 인한 유역 응답 특성을 정량화가 필요하다. 본 연구에서는 유역별 강우로 인한 유역 응답 특성을 정량화하기 위해 홍천강 유역을 연구 대상 유역으로 선정하였다. 홍천강 유역은 한강의 제1지류로서 한강 유역 중앙부에 위치하고 있으며, 하천연장과 유로연장은 106.99 km, 유역면적은 1,566.39 km²로 한강유역 면적의 5.95 %를 차지한다. 본 연구의 목적을 효율적으로 달성하기 위해 홍천강 본류 상·하류 관계에 있는 홍천군(굴운교), 홍천군(홍천교), 홍천강(반곡교) 지점을 연구 대상지점으로 선정하였다. 대상 지점의 유출량은 2021년에 개발된 수위-유량관계곡선식으로 환산하였으며, 유출특성 분석의 적정성은 강우대비 유출률과 상·하류 간 유출 수문곡선으로 평가하였다. 지점별 유역평균강수량을 티센가중법으로 산정하여 상·하류 간 유출 특성을 분석한 결과, 홍천군(굴운교) 35.93%, 홍천군(홍천교) 36.06,% 홍천군(반곡교) 37.25%의 특성을 보였다. 이는 2021년 홍천강 유역의 강수량이 연평균강수량에도 미치지 못한 점을 감안하여 볼 때, 이의 특성은 적정성을 가진 것으로 판단된다. 또한 상·하류 간 첨두 유출량도 상류에서 하류로 갈수록 증가하는 일반적인 양상을 나타내었다.

• The Journal of Engineering Geology
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• v.23 no.4
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• pp.381-387
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• 2013

In compiling flood hazard maps for the case of dam-failure, a scenario-based numerical modeling approach is commonly used, involving the modeling of important parameters that capture peak discharge, such as breach formation and progress. In this study, an earth-dam-break model is constructed assuming an identical mechanism and hydraulic process for all dam-break processes. A focus of the analysis is estimation of the hydrograph at the outlet as a function of time. The constructed hydrograph then serves as an upper boundary condition in running the flood routing model downstream, although flood routing is not considered here. Validation was performed using the record of the Tangjishan dam-break in China. The results were satisfactory, with a coefficient of determination of 0.974, Nash-Sutcliffe Coefficient of Efficiency (NSC) of 0.94, and Root Mean Square Error (RMSE) of $610m^3/sec$. The proposed model will contribute to assessments of potential flood hazards caused by dam-break.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.47 no.12
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• pp.1121-1134
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• 2014

The distributed watershed model of rainfall-runoff-soil erosion-sedimen transport was constructed for the Naesung Stream Watershed with high potentiality and risk of sediments produced by soil erosion. The sensitivity analyses of roughness coefficient and hydraulic conductivity which affected the modeling results of runoff and sediment concentration were performed in this study. As a result, the change of the roughness coefficient for the forest area from 0.4 to 0.45 did not affect the change in runoff and stream discharge and the average value and range of sediment concentration were also insignificantly increased with few difference. As a result of the sensitivity analysis of the hydraulic conductivity, the total amount of runoff and maximum runoff were gradually increased as the hydraulic conductivity was reduced. In the case of sediment concentration modeling, the average and the range of sediment concentration for all stations were increased as the hydraulic conductivity was decreased. For the Hyangseok Station, in case of the hydraulic conductivity reduced by 50%, the simulation result of sediment concentration was most similar to the estimated value by the sediment rating curve.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.39 no.10 s.171
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• pp.881-890
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• 2006

Hydrological characteristics and urbanization effects in the Gap river catchment were investigated employing the SWAT model. The hydrological characteristics analysis showed that total runoff in the whole catchment from 2001 to 2004 consists of 44% of groundwater flow, 6% of lateral flow and 50% of surface flow under year 2000 landuse conditions. The analysis of urbanization effect using different landuse maps for year 1975 and 2000 indicated that although 5% increase in urbanized areas did not significantly impact on the total runoff in the whole catchment, a sub-basin where urbanized area increased by 32% over the past 30 years showed $68{\sim}73%$ decrease in groundwater flow and $22{\sim}66%$ increase in surface flow. It was found that urbanization decreased overall soil moisture and percolation rate except for some increase in soil moisture during dry season. Urbanization effect was found more sensitive during a dry year which has less rainfall and higher evapotranspiration than during a wet year. Therefore, from the results of this study we could infer increased flood damage during wet season and dried stream during dry season due to urbanization. To conclude, the results of this study can provide fundamental information to the eco-friendly restoration project for the three major rivers (Gap-cheon, Yudeung-cheon and Daejeon-cheon) in Daejeon Metropolitan City.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.265-265
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• 2016

호우가 홍수에 미치는 영향의 분석은 수문현상을 이해하고 수공구조물을 설계하는데 반드시 필요한 절차이다. 호우가 홍수에 미치는 영향을 분석하기 위해서 독립된 소유역부터 비독립된 대유역까지 홍수량을 계산하고 그 상관성을 이해해야 하지만 상류쪽의 소유역의 경우 관측자료의 부재가 빈번하여 이러한 전반적인 분석이 쉽지 않다. 그리고 소유역과 대유역의 홍수특성을 연관지어 분석하기 위해서는 비교가능한 홍수특성을 추출해야 하며 이러한 일관된 잣대를 사용한 홍수분석은 중요하다. 본 연구에서는 소유역의 자료부재를 보완하기 위해 자료공간확장 방법을 제안하고 이를 통하여 안동댐 유역내 총 50개 지점의 홍수 시계열자료를 생성하였다. 자료공간확장 방법으로써, 안동댐유역의 1989년부터 2009년까지의 자료의 질이 좋은 20개의 사상을 추출하였고 안동댐유역 내에 위치한 안동댐, 도산, 소천의 수위관측지점의 관측유량자료에 대해 분포형 모형인 GRM 모형의 매개변수를 시행착오법으로 동시에 보정하여 한 개셋의 최적 매개변수를 추정하였다. 이때 모의결과를 평가하기 위하여 Nash-Sutcliffe (NS) 계수를 사용하였으며 20갯 사상의 세군데 관측수위지점에 대해서 모의결과가 전반적으로 0.5 NS 계수 이상으로써 만족할 만한 결과를 얻었다. 이 추정된 매개변수는 47개의 추가적인 관심지점의 유출모의에 사용되었으며 이렇게 모의된 유출시계열 자료는 관측시계열 자료로 가정하여 사용하였다. 이렇게 공간확장되어 생성된 시계열 자료는 이동평균방법을 사용하여 홍수강도-지속시간 곡선으로 변환되었고 50개 유역의 평균강우량 시계열 자료 또한 같은 밥법을 사용하여 강우강도-지속시간 곡선으로 변환되었다. 50개 유역의 비교가능한 일관된 홍수특성을 추출하기 위해 비유량법의 유출계수를 계산하였다. 유출계수를 계산하기 위해 유역별 도달시간을 계산하였으며 이 도달시간에 해당하는 강우강도를 추출하였다. 그리고 유역별 첨두 홍수강도를 유역별 도달시간에 해당하는 강우강도로 나눠줌으로써 유역별 유출계수를 계산하였고 이 유출계수를 유역면적에 대해 도시함으로써 그 경향을 조사하였다. 조사 결과 유역면적이 $100km^2$ 이상으로써 상류에서 하류방향으로 유역이 중첩되면서 증가하는 비독립적인 유역들의 경우 유역면적이 증가함에 따라 유출계수가 작아지거나 커지는 어떠한 경향을 보였다. 하지만 유역면적이 $100km^2$ 이하로써 독립적인 소유역의 경우 유역면적이 증가함에 따라 유출계수는 무작위로 분포되었다. 이것은 비독립적인 유역의 경우에는 호우가 홍수에 어떠한 일관된 영향을 미치나 각각 독립된 소유역의 경우에는 일관된 영향을 미치지 않음으로써 지역화방법에 의한 독립된 인근 미계측유역의 유출추정은 그 신뢰성이 높지 않다는 것을 의미한다.