• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.159-159
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• 2012

유역의 도시화는 지체시간, 첨두유량 및 총 유출량 등 홍수 유출특성 뿐만 아니라 개발행위에 따른 토사유출특성 변화를 초래하는 등 다양한 문제를 유발하고 있다. 또한 인구증가, 산업발달, 교통량 증가로 인한 화석연료의 소비증가로 대기 중의 이산화탄소의 농도가 급증하여 기후변화에도 큰 영향을 미치고 있다. 이러한 지나친 도시화 진행을 억제하고 웰빙과 건강에 대한 관심 증대에 따라 저탄소 녹색사업의 일환으로 도시 녹지조성 계획이 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 도시하천인 중랑천 ($288km^2$) 유역을 대상으로 도시화 진행에 따른 토지이용 변화가 강우-유출 특성에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위해, 중랑천 유역의 과거 (1975, 1980, 1985, 1990, 1995, 2000) 토지 이용도로부터 각 항목별 면적변화 추이를 분석한 결과, 17.8%의 도시지역 면적 증가가 나타났다. 미래토지이용 예측을 위하여 CLUE-s (Conversion of Land Use change and its Effects) 모델을 이용하였다. 과거 토지이용 변화 특성을 분석하여 토지피복의 변화와 전이 특성값을 결정하였고, 이를 바탕으로 토지면적 시나리오, 변화 제한지역, 회귀식 결과와 토지이용 변화 특성에 따른 CLUE-s 모델을 이용하여 미래 토지이용변화 (2040, 2080) 모의를 실시하였다. 이러한 토지이용 변화에 따른 유출특성변화 모의를 위해, 물리적 기반의 준분포형 강우-유출 모형인 SWAT (Soil and Water Assessment Tool) 모형을 이용하였다. 모형의 적용성 평가를 위해, 매개변수 민감도 분석에 따른 도시유역 최적의 유출관련 매개변수를 선정하고 중랑교 지점의 일별 유출량자료(2000~2009)를 이용하여 보정 및 검증을 실시하였다. SWAT 모형의 검보정 후, 예측된 미래 토지이용도를 적용하여 과거와 현재, 미래 토지이용변화에 따른 유출특성변화를 비교분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.321-321
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• 2016

도시화와 토지이용 변화로 인하여 도시지역의 불투수면적이 증가하고 있으며, 이로 인해 발생하는 홍수, 가뭄, 수질악화 등의 해결은 수자원 계획 및 관리에 있어서 중요한 과제이다. 저영향개발(LID, Low Impact Development) 기법은 물 순환 체계를 복원할 수 있는 대안으로 도시지역에서 물 관리를 통해 하천 복원 및 수자원 관리를 가능하게 해주는 기술로써, EPA SWMM의 업그레이드 버전에서는 저영향개발 기술과 관련된 시설의 설계를 통한 유출 모의가 가능해졌다. 그러나 SWMM 모형 내에서 저영향개발 시설을 설계 및 계획하기 위해서는 저영향시설과 관련된 다양한 매개변수들을 입력해야하며, 효과적인 시설의 설계를 위해서는 반복적인 모의 수행이 동반된다. 이에 본 연구에서는 SWMM 모형을 기반으로 저영향개발 시설의 설계를 위한 의사결정지원시스템인 WMAM(Water Management Analysis Module)을 개발하였다. WMAM은 저영향개발 시설과 관련된 다양한 매개변수 중에서 최종 유출량에 영향을 미치는 매개변수의 추출이 가능하다. 또한, 저영향개발 시설의 설계 및 계획 매개변수에 대한 다양한 시나리오를 생성하고, 짧은 시간에 동시에 모의 분석을 수행하여 수문학적 측면에서 효과적인 시나리오를 도출해준다. 본 연구에서는 WMAM의 효과성을 보여주고자 A대학교를 모델링한 SWMM 모형에 저영향개발 시설 중 하나인 침투트렌치의 (1)계획 전과 (2)계획 후, 그리고 (3)WMAM을 적용하였을 경우의 첨두유량과 침투손실 결과를 비교하였다. 침투트렌치 설치 전의 첨두유량은 약 0.48 CMS로 세가지 경우 중 가장 높은 값을 보였으며, 침투트렌치 설지 후와 WMAM을 활용한 경우의 첨두유량은 점차 낮아졌다. 또한, 침투손실량을 보면 설치전에는 약 0.28 m로 가장 낮았으며, 설치 후 그리고 WMAM을 활용하였을 경우는 점차 그 값이 높아졌다. 본 연구를 통해, WMAM이 저영향개발 시설의 설계 및 계획에 있어서 수문학적으로 효과적인 결과를 보이는 것을 확인할 수 있었으며, 향후 보완과 추가 개발을 통해 수자원 계획 및 관리에 있어서 유용한 프로그램이 될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.136-136
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• 2017

본 연구의 목적은 이중편파 레이더 강우자료와 현재 실무에서 널이 이용되고 있는 레이더 강우보정 기법 적용에 따른 격자기반 분포형 강우-유출 모형인 KIMSTORM (KIneMatic wave STOrm Runoff Model)을 이용하여 유출해석을 수행하여 보정된 레이더 강우자료를 적용한 분포형 수문모형의 효율성을 검토하는데 있다. 남강댐 유역($2,293km^2$)을 대상으로 2014년 8월 태풍 이벤트(나크리), 2016년 10월 태풍 이벤트(차바)에 대하여 비슬산 레이더 강우자료를 사용하였다. 강우자료의 보정은 21개 지점 강우와 레이더 강우를 이용하여 조건부 합성 보정기법을 이용하였으며, 누적 강우량 그리고 면적 강우량 모두 관측치를 잘 재현함을 확인 할 수 있었다. $R^2$(coefficient of determination), ME (model efficiency), VCI (volume conservation index)를 이용하여 적용성을 평가하였다. 2016년 태풍 차바 이벤트에서의 유출 모형의 보정결과 조건부 합성 보정기법을 적용하기전 $R^2$, ME는 각각 0.75, 0.13으로 나타났고 조건부 합성 보정기법을 적용하였을 경우 각각 0.87, 0.82로 유출량 정확도가 크게 향상됨을 나타냈다. 다양한 국지성 집중호우 이벤트는 레이더 강우자료의 과대 및 과소추정을 유발하는 오차의 원인으로 조건부 합성 보정기법은 이러한 오차를 줄여 강우-유출 모형의 유출분석 결과 비교시 첨두유량 및 정량적인 면에서 실측 유량과 가깝게 모의되는 결과를 나타냈다.

• 한국물환경학회지
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• 제31권1호
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• pp.12-18
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• 2015

도시화는 자연적 물순환을 왜곡하고 다양한 오염물질을 배출하여 환경 및 생태계에 영향을 끼친다. 특히 도시화로 인한 수문특성의 변화는 지하수위 저하, 첨두유량 증가로 인한 도시홍수 유발, 비점오염물질 배출 부하량 증가 등의 영향을 끼치기에 한국을 비롯한 선진국에서는 강우유출수 관리방안으로 LID 적용을 국가적 목표로 하고 있다. 그러나 LID를 적용하였을 때의 수문학적 물순환 개선 및 환경적 효과에 대한 실험적 검증결과가 부족하여 LID의 적용과 확산이 낮은 수준이다. 따라서 본 연구에서는 LID 기술 중에서 침투도랑과 나무여과상자를 적용한 이후 수문학적 효과를 실험적으로 분석하였다. 본 연구에 적용된 침투도랑과 나무여과상자는 배수면적의 약 1%에 해당하는 면적을 가진 규모이며, 수문학적 효과 평가는 2010년 7월부터 2014년 7월까지 수행된 총 22회의 강우사상 모니터링 결과를 이용하였다. LID 적용 이후 침투와 저류로 인하여 첨두유량은 크게 감소하였으며, 첨두유량 발생시간도 크게 지체되는 것으로 나타났다. 또한 LID 시설의 침투와 저류기능은 강우유출수의 발생빈도, 유출발생시간 및 유출량을 크게 낮춘 것으로 나타나 LID 적용이 수문기능 회복에 크게 기여하는 것으로 분석되었다. 최대 첨두유량의 저감의 경우, 강우량이 30~40mm 정도일 때 침투도랑에서 약 61%였으며, 나무여과상자에서 33%였다. 이러한 연구결과로 볼 때 LID는 수문기능 개선에 크게 기여하는 것으로 평가되었으며, LID 설계시 저류능력과 배수면적이 중요한 설계인자가 될 수 있다는 결론을 도출하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제36권3호
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• pp.455-464
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• 2003

본 연구에서는 지하 빗물저류시설 설치에 따른 유출저감 효과를 분석하기 위하여 실험실내 모형 빗물저류장치를 설치하여 강우강도 변화, 표층의 피복상태 변화, 표면경사 변화에 따른 유출량 변화 실험을 실시하였다. 실험결과 대상하천인 승기천의 토양조건하에서 강우강도가 40mm/hr-100mm/hr일 때 총유출량 감소는 42.3-52.9%로 나타났으며, 지하 빗물저류시설을 설치하는 경우 총유출량과 첨두유량의 감소를 가져올 수 있을 것으로 판단된다. 경사변화에 따른 총유출량의 변화는 완만한 경사에서는 매우 크게 나타났으나 3%이상의 급경사에서 침투에 의한 저류량에 변화가 적고, 이는 산지와 같은 급경사지역에 빗물저류시설을 설치하는 경우 장기간의 홍수에 대하여 상당한 효과를 나타내는 것으로 나타났다. 따라서, 본 시스템은 하천이나 산지의 급경사에도 큰 결과를 기대할 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.168-168
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• 2016

도시화는 수문학적으로 산림이나 농경지와 같은 투수지역을 건물, 도로 등의 불투수 지역으로 변화시키는 것이며, 이로 인하여 홍수파의 도달시간이 줄어들고 첨두유량이 증가하는 등의 수문변화를 수반하게 된다. 도로나 건물 등이 대부분을 차지하고 있는 도시지역에서는 지표면이나 식생으로부터 대기 중으로 방출되는 증발산량이 농촌이나 산림지역보다 상대적으로 적으며, 강우시 토양중의 침투량과 지표면의 저류량도 도시지역에서는 매우 적게 나타난다. 도시화 전 후의 물순환특성을 평가하기 위해서는 도시 개발 전 후의 장단기 수문 관측 결과를 기초로 물순환계를 구성하는 인자간의 관계를 정량적으로 분석하고 물순환계 구성요소의 일부 변화가 다른 부분에 미치는 영향을 평가할 필요가 있다. 즉, 도시화가 물순환 구조 변동에 미치는 영향을 정량적으로 평가함으로써 유역 전체의 건전한 물순환 체계를 유지할 수 있는 대책 수립이 가능하다. 본 연구에서는 판교신도시 개발에 따른 유역에서의 홍수 및 유출특성 변화의 정량적 규명을 목적으로 두고 집중형 모형인 HEC-HMS모형과 물리적 기반의 준분포형 모형인 CAT을 이용하여 판교신도시 개발전의 정량적 물순환 특성을 평가하였다. 대상유역은 지방 2급 하천 탄천의 지류인 운중천, 금토천이 포함된 판교유역이며, 유역면적은 약 $25km^2$이다. 이 중 유역면적의 38 %에 해당하는 지역이 개발되었으며 개발된 지역은 하류부근에 위치한다. 강우자료는 지상 강우관측소인 수원 관측소의 지점강우 자료를 이용하였다. 도시 개발 전 단계에 해당하는 2006년, 2007년 호우사상 중 누적강우량 50 mm 이상인 호우사상을 추출하여 모의를 수행하였다. 유출 특성 분석을 위해 12개의 소유역과 5개의 하도로 구성하였으며 HEC-HMS의 손실량 산정방법으로는 SCS Curve Number법을 사용하였고, 단위도는 Clark 단위 도법을 적용하였다. CAT모형에서 침투는 Rainfall Excess방법, 하도추적은 Muskingum 방법을 적용하였다. 관측치와 모의치의 적합도 검증을 위해 RMSE (Root Mean Square Error), NSE (Nash Sutcliffe Efficiency), $R^2$값을 산정하여 비교 분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.301-301
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• 2021

영산강 유역은 상류 급경사 지역에 있는 유역 내 댐들의 홍수조절용량과 평야지역에 있는 하굿둑의 홍수배제능력이 부족하여 나주시 등 하류부에 홍수피해가 빈번하였다. 영산강에서 4대강 사업의 주요내용은 하도내 퇴적토준설과 홍수조절지 건설, 농업용저수지 증고를 통한 홍수방어능력 증대, 다기능 보설치를 통한 용수확보, 하구지역 홍수배제능력 증대 등이었다. 동 사업에서 본류 하천의 홍수위 저감과 내수배제 개선을 위해 담양댐 하류부터 영암천 합류점까지 하도를 준설하고, 담양과 화순홍수조절지, 나주 강변저류지, 승촌보와 죽산보를 건설하고, 하굿둑 배수능력 증대와 농업용 댐 및 저수지들을 증고를 수행하였다. 4대강 사업이 준공된 2012년 이후로 2014년부터 5년간 가뭄이 지속되었고 큰 홍수가 없다가 2020년 8월에 장기간의 집중호우로 영산강 중상류인 광주시와 영산강 하류지역에서 큰 수해가 발생하였다. 따라서 시설물 운영 실적에 근거한 홍수저감 효과의 기술적 검토를 수행하였다. 사업전·후 수문관측자료와 하천시설 운영 실적에 근거한 홍수저감 효과를 분석하기 위해 사업전·후 유사 규모의 강우 발생 시 수위표 지점별로 계측된 첨두 수위 및 유량자료를 비교하여 홍수저감 효과를 분석하였다. 사업전·후 유사 규모 강우를 선정하기 위해 발생된 강우 사상 중 호우특보 발령 기준이상의 강우 사상에 대하여 총 강우량 및 강우의 지속시간, 시간 분포를 비교하여 유사 규모의 호우를 선정하였다. 사업전·후 유사 규모의 호우 사상 발생 시 계측된 홍수위와 홍수량 비교 결과 영산강 중·상류부와 중·하류부 수위표 지점(극락교,승용교,나주대교)에서 사업 시행 후 사업 전보다 첨두 수위가 1.36~2.81m 감소한 것으로 검토되었다. 이는 여러 가지 사업들의 복합적인 결과로 영산강유역의 홍수관리여건이 개선된 것으로 판단된다. 한편 2020년 8월7일~8일 발생한 호우에 의해 영산강 본류의 중·상류부와 중·하류부의 주요 수위표 지점에서는 200년빈도 계획홍수위를 초과한 홍수가 발생하였다. 상시개방과 철거로 처리방안이 결정된 승촌보와 죽산보의 여건을 반영하여 2개보 유무에 따른 홍수위 검토를 실시하였다. 홍수위 비교 결과보가 없을 경우 영산강 중·상류부(극락교,승용교)와 중·하류부(나주대교,영산교) 수위표 지점에서 홍수위가 0.01~0.07m 감소되는 것으로 검토되어 홍수시 보의 영향은 비교적 작은 것으로 나타났다. 홍수시 상류댐과 저수지, 홍수조절지, 하굿둑, 하천의 연계운영에 대해서는 추가연구가 필요하다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.171-171
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• 2016

최근 도시화가 진행되면서 지표의 불투수화가 급격하게 진행되고 강우의 지표면 유출량이 급격하게 증가하여, 강수 시 첨두유출 시간이 감소하고 단기간 집중유출이 증대되어 폭우로 인한 도시 홍수등이 발생하고 있다. 이러한 현상에 효과적으로 적응하기 위해 환경적으로 지속가능한 도시 개발을 위한 그린인프라(GI, Green Infrastructure) 및 저영향개발기법(LID, Low Impact Developpment)이 국내에 도입되고 있다. 하지만 아직까지 투수성 포장의 물순환 성능 평가 및 설계 방법에 대한 기준이 명확하지 않으며, 많은 경우 투수성 포장의 적용은 유출저감효과에 대한 정량적 해석 없이 적용되고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 경남 양산시 부산대학교 제 2 캠퍼스에 있는 "한국형 GI&LID 실증실험단지"에 투수 도로형 실증실험시설을 구축하였다. 실험 시설은 불투수 아스팔트와 투수 아스팔트, 불투수 콘크리트와 투수 콘크리트 비교실험 할 수 있으며 도로표면 유출수 및 침투수에 대한 유량 및 수질 측정 모니터링을 통해 침투효과 및 특성을 분석할 수 있으며 차후 투수성 포장의 클로깅 현상으로 인한 투수성능의 감소 등 여러 가지 실험을 할 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제34권6호
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• pp.627-640
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• 2001

일반적으로 합성단위도법은 강우-유출기록이 없는 유역의 설계홍수량 산정을 위해 제안되었다. 그러나 국내에서는 아직까지 자료의 부족 등으로 외국에서 개발된 각종 유출모의 모형이 주로 이용되고 있다. 따라서 그 동안 축적된 국내의 강우-유출 자료를 이용하여 국내의 수문특성엥 적합한 유출모형의 개발이 절실한 상황이다. 이를 위해 본 연구에서는 설마천 유역의 2개 지점과 IHP 대표유역인 평강창, 보청천, 위천의 17개 지점에 대해 그 동안 축 (중략) 특성 관련 연구결과를 종합하여 새로운 합성단위도법을 개발하였다. 개발된 합성단위도는 유역특성인자와 단위도치식 치(첨두시간, 첨두유량)와의 다중회귀분석을 통해 유역면적-유로연장-유로경사의 3가지 변수로 구성되는 효 (중략) 전국을 있었다. 따라서 우리나라에서는 아직까지 수계별로 합성단위도를 분리하여 제시하기는 무리라고 보여지 (중략)

• 한국수자원학회논문집
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• 제49권7호
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• pp.589-597
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• 2016

본 연구에서는 임진강 상류유역과 같이 수리수문학적 분석에 필요한 측정데이터가 존재하지 않거나 혹은 데이터의 확보가 어려운 유역에 대하여 위성 데이터와 데이터 기반 모형을 활용하여 유출량을 산정하였다. SDF 시그널(Satellite-derived Flow Signal)은 하도내의 유량변화에 따른 하천 폭의 변화를 반영할 수 있다고 알려져 있으며, 그 상관관계는 하도단면의 형태와 밀접한 관계가 있다. SDF 시그널 데이터와 유출량 간의 비선형 상관관계를 반영할 수 있는 인공신경망 모형을 활용하여, 모형의 입력변수인 SDF 시그널 데이터로부터 임진강의 임진교 지점에서의 유출량을 추정하였다. 15개의 위성 이미지 픽셀의 SDF 시그널 값이 0~10일의 lag가 되어 활용되었으며, lag된 데이터를 포함하여 총 150개의 변수 중 유출량과 가장 큰 관계가 있는 변수 선정을 위해 PMI(Partial Mutual Information) 기법이 활용되었다. 인공신경망 모형을 통해 산정된 유출량은 임진교에서 측정된 지점 유출량과 비교 분석되었으며, 학습(training)과 검증(validation)을 통한 상관계수는 각각 0.86, 0.72로 좋은 결과를 보여주었다. 추가적으로 SDF 시그널 데이터 외에 임진교의 1일 전 측정유량이 인공신경망 입력변수로 추가되었을 때 상관계수가 0.90, 0.83으로 증가함을 보였다. 결과로부터 계측수문자료가 부족하거나 접근 불가능한 유역에 대하여 하천 유량 변화에 대한 추정치인 SDF 시그널 데이터와 지상 데이터가 결합되었을 때 신뢰성 높은 유역의 유출량을 산정할 수 있으며, 큰 유량이 발생하는 홍수사상에 대해서도 첨두 유량과 첨두 발생시간을 잘 모의할 수 있음을 알 수 있었다. 향후 위성 데이터와 지점 데이터를 활용하여 미계측 유역의 홍수발생에 대하여 높은 정확도로 예측 가능할 것으로 기대한다.