• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.43 no.7
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• pp.597-608
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• 2010

In this study, a method for soil moisture estimation was proposed to obtain the nationwide soil moisture distribution map using on-site soil moisture observations, rainfall, surface temperature, NDVI, land cover, effective soil depth, and CART (Classification And Regression Tree) algorithm. The method was applied to the Yong-dam dam basin since the soil moisture data (4 sites) of the basin were reliable. Soil moisture observations of 3 sites (Bu-gui, San-jeon, Cheon-cheon2) were used for training the algorithm and 1 site (Gye-buk2) was used for the algorithm validation. The correlation coefficient between the observed and estimated data of soil moisture in the validation sites is about 0.737. Results show that even though there are limitations of the lack of reliable soil moisture observation for various land use, soil type, and topographic conditions, the soil moisture estimation method using ancillary data and CART algorithm can be a reasonable approach since the algorithm provided a fairly good estimation of soil moisture distribution for the study area.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.70-70
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• 2021

강수의 변동성 중 특히 가뭄과 홍수의 급격한 연간 변화는 기후변화로 인하여 근래에 많이 발생하고 있다. 가뭄이 발생한 이후 홍수가 발생하거나 그와 반대의 현상이 발생하는 것을 날씨 편달(weather whiplash)라고 한다. 이러한 현상은 토양에 매설되어 수분을 저감하는 배수시설로 인하여 토양 수분 변동 및 무기질소 손실에 지배적은 영향을 준다. 이러한 질소 손실은 부영양화를 일으켜 생태계에 막대한 영향을 미치게 된다. 하지만, 토양 무기질소는 토양에서 체류시간이 길기 때문에 강우 변동성에 의해 발생하는 상호작용을 특정하고 분석하기에는 많은 어려움이 따른다. 이 문제를 해결하고자 이번 연구에서는 생태수문모형과 생물지질모형을 결함한 3차원 모델인 Dhara를 이용하여 토양 배수시설에서 유출되는 무기 질소의 농도 및 나이를 분석하였다. 여기서 나이란 화합물이 발생 하여 다른 형태로 변화하는데 걸리는 시간을 의미한다. 집중적으로 관리되는 경작지에 Dhara 모형을 적용하여 본 연구를 수행하였다. 토양 수분과 질소의 나이를 분석한 결과 반응 화합물인 질소의 경우 토양 수분(비반응 화합물)과 비교하여 이전의 강우상태에 많은 영향을 받는 것으로 분석이 되었다. 가뭄이후 홍수가 발생할 때 배수시설에서 발생하는 질소의 유출이 그 반대 기상 환경인 홍수 이후 가뭄이 발생할 때 보다 더 많이 발생한 것으로 나타났다. 하지만 배수 흐름의 경우 질소의 거동과 반대하는 현상을 보였다. 이러한 결과는 질소유출 저감하여 강 및 바다에서 부영양화를 감소하기 위해 강수의 변동성과 연계하여 분석한다면 새로운 질소유출 저감 대책을 수립할 수 있는 가능성을 보여주었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.66-66
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• 2020

최근 기후변화로 인한 전 세계적인 기온상승이 야기되고 있으며, 농업에 직접적인 영향을 주는 기상학적 및 수문학적 변화가 급격하게 진행되고 있다. 우리나라의 경우 최근 7년 동안 지역별로 극심한 가뭄이 매년 발생하고 있고, 가뭄의 발생 빈도와 강도가 증가하는 추세이다. 특히 밭의 경우 농업용 저수지 등 수리시설물로부터 관개용수를 공급받는 논 작물과 달리 자연 강우를 통해 필요한 용수량을 공급받는 천수답이 대부분이고 관개시설이 부족하기 때문에, 기후변화에 의한 가뭄의 취약성이 높다. 밭작물은 작물의 생육 시기와 기후 환경, 수자원 환경에 민감하고 토양수분을 흡수함으로써 생육하기 때문에 이러한 밭작물의 소비수량 및 관개용수량은 증발산량 뿐만 아니라 토양내 수분의 이동을 고려하여 수분 부족량을 산정해야 한다. 본 연구에서는 미래 기후변화에 의한 밭가뭄 평가를 위하여 밭 작물별 소비수량 및 관개용수량을 추정하기 위한 밭 토양수분 물수지 모형 (Soil Moisture Model)을 구성하였다. 또한 대표농도경로 (Representative Concentration Pathway, RCP) 시나리오 기반의 제5차 결합기후모델상호비교사업 (Coupled Model Intercomparison Project Phase 5, CMIP5)에서 제공하는 RCP 시나리오를 기반으로 한 전지구 기후모델 (General Circulation Model, GCM)의 기후예측결과를 적용함으로써 미래 밭 가뭄 평가를 수행하였다. 과거 기상자료 및 미래 대표농도경로 시나리오와 작물 기초자료를 수집하여 과거 및 미래 작물증발산량을 산정하였으며, 토양수분 물수지 모형에 적용하여 밭작물의 토양수분 변화를 모의하고 기후변화에 따른 작물별/생육시기별 소비수량 및 관개용수량을 추정하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.119-119
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• 2023

본 연구에서는 Terra MODIS(MODerate resolution Imaging Spectroradiometer) 위성영상과 토양수분 부족지수(Soil Water Deficit Index, SWDI)를 이용하여 2012년부터 2022년까지 한반도 전국의 1km 공간 증발산량을 산정하였다. 공간 증발산량을 산정하기 위한 과정은 크게 두 가지로 구분된다. 첫 번째로 MODIS의 LST(Land Surface Temperature), NDVI(Normalized Difference Vegetation Index), 선행강우 및 무강우 누적일수를 이용해 1 km 공간 토양수분을 산정하였다. 농촌진흥청 토양수분관측망 자료 중 토지피복, 토양 속성을 고려하여 선정된 70개소 토양수분 실측데이터와 비교한 결과 지점별 평균 R² 0.63~0.90으로 유의미한 상관성을 나타내었다. 산정된 공간 토양수분은 생장저해수분점과 초기위조점의 관계를 이용한 SWDI로 변환하였다. 두 번째로 순 복사량, 기온 및 NDVI의 적은 수문인자를 통해 증발산량 산정이 가능한 MS-PT(Modified Satellite-based Priestley-Taylor) 모형을 기반으로 계절별 식생과 토양수분 상태를 고려하여 1 km 공간 증발산량을 산정하였다. MS-PT 모형에서 가정한 대기 증발 변수 Diurnal temperature (DT)와 지표 수분의 상관성 문제를 해결하기 위해 DT를 SWDI로 적용하였다. 모형 결과의 검증을 위해 국내 플럭스 타워 (설마천, 청미천, 덕유산) 증발산량 관측자료와의 결정계수(Coefficient of determination, R²), RMSE(Root Mean Square Error) 및 IOA(Index of Agreement)를 산정하였다. 본 연구의 결과로 생산되는 국내 증발산량의 시, 공간적 변동성은 증발산량을 통한 수문학적 가뭄지수 및 급성 가뭄을 파악하는데 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Korean Journal of Soil Science and Fertilizer
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• v.36 no.4
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• pp.181-192
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• 2003

We developed a mathematical simulation model to portray the vertical distribution of soil water from the measured weather data and the known soil hydraulic properties, and then compared simulation results with the periodically measured soil water profiles obtained on Jungdong sandy loam to verify the model, In this model, we solved potential-based Richards' equation by the implicit finite difference method superimposed on the predictor-corrector scheme. We presumed that: soil hydraulic properties are homogeneous; soil water flows isothermally; hysteresis is not considered; no vapor flows; no heat transfers into the soil profiles; and water added to soil surface is distributed along the soil profile following partial displacement principle. The input data were broadly classified into two groups: (1) daily weather data such as rainfall, maximum and minimum air temperatures, relative humidity and solar radiation and (2) soil hydraulic data to approximate unsaturated hydraulic conductivity and water retention. Each hydraulic polynomial function approximated using the Chebyshev polynomial and least square difference technique in tandem showed a fairly good fit of the given set of data. Vertical distribution of soil water as approximations to the Richards' equation subject to changing surface and phreatic boundaries was solved numerically during 53 days with a comparatively large time increment, and this pattern agreed well with field neutron scattering data, except for the surface 0.1 m slab.

• Journal of Soil and Groundwater Environment
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• v.8 no.4
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• pp.21-26
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• 2003

Hwang and Powers (2003) developed a simple model for estimating water retention characteristic (WRC) directly from particle-size distribution (PSD) data, by applying a lognormal distribution law to both PSD and pore-size distribution. The objective of this work was to determine if the performance of the model developed by Hwang and Powers (2003) would be affected by soil texture. The results of this research proved that the performance of the model was indeed affected by soil texture. In particular, its performance diminished with increases in the fine particle fractions. Also, the nonlinear model, which assumes a nonlinear relation between particle-size and pore-size, performed better than the linear model, regardless of soil texture classes.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.69-69
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• 2023

격자 기반의 지면모형을 구동하기에 앞서 사용자의 목적에 따른 모델의 정확도와 모델의 구동 시간의 적절한 균형을 이루는 지면 모델의 격자 크기의 설정은 중요하다. 특히, 격자 크기에 따라 화재 모의 결과 영향이 매우 클 수 있지만, 이에 관한 연구들을 거의 이루어지지 않았다. 화재 모의는 탄소 순환뿐만 아니라 물 순환에도 직접적인 영향을 미치기 때문에 이를 위한 적절한 격자 크기 설정은 중요하다. 본 연구에서는 지면모형인 NCAR Community Land Model version 5(CLM 5)-biogeochemistry (BGC) 모형과 2000년부터 2019년의 The Modern-Era Retrospective analysis for Research and Applications, Version 2 (MERRA-2) 기상자료 이용하여서 지면 모델 격자 크기(1.9°×2.5°, 0.47°×0.63°, 0.25°×0.25°)에 따른 전 지구 규모의 화재 시뮬레이션 결과들을 분석하였다. 연평균 화재면적은 격자 크기가 제일 큰 1.9°×2.5° 격자의 시뮬레이션에서 연평균 450M ha로 가장 작게 나타났으며 격자의 크기가 작아질수록 화재의 크기는 증가하는 것으로 나타났다. 지면 모델의 격자가 작아짐에 따라 토양 입자의 분포가 세분화되고 이에 따라 투수 계수값이 증가하며 높은 토양수분의 분포들을 줄어들고 낮은 토양수분의 분포는 증가함을 확인하였다. 토양수분이 줄어듦에 따라 화재 연소성 정도를 나타내는 변수의 값이 증가하고 이에 따라 화재 발생빈도 및 화재 확산이 증가하여 지면 모델의 화재면적을 더 증가시키는 요인이 됨을 확인하였다. 이 연구를 바탕으로 하여 화재 모의의 불확실성 요소를 이해하고, 격자 크기에 따라 화재 모의 관련 매개변수의 수정이 필요할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1142-1146
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• 2008

토양수분은 지표수의 유출과정을 설명하는 과정에서 중요인자이며, 생태수문학의 핵심변수이자 기상모형의 결정적인 입력변수이다. 또한 토양수분의 공간적 시간적 특징들은 강우 및 지하수와 토양수분간의 순환 구조를 규명하는데 매우 중요하다. 본 연구에서는 산지사면의 토양수분을 체계적으로 측정하는데 필요한 시스템의 구축을 위한 기초조사 및 사전분석에 대한 연구를 수행하였다. 우수한 토양 수분 측정 장비인 TDR 장비 매설에 앞서 대상유역 선정에 대한 여러 가지 고려사항을 검토하고 수치지형 분석 등을 통한 사전분석을 실시하였다. 대상유역을 선정하기 위해서는 대상유역의 자료획득의 용이함, 지정학적, 시스템 운영적 측면에서의 가용성, 그리고 정밀측량 및 부수적요인 등 여러 요소의 고려가 요구된다. 본 연구에서는 경기도 파주시 적성면 설마리의 설마천 유역내 감악산 범륜사 우측 산지 사면을 측정대상 사면으로, 지정학적 위치, 식생분포, 지질구조 및 심도 등의 토양특성의 고려를 통해서 선정하였다. 또한 대상 사면에 흐름 발생 및 분포를 계산하기 위해서 대상사면의 지표 및 기반암 표고를 정밀 측량하였으며, 기반암 또는 풍화대까지의 깊이를 실측하여 지표면 및 지하면의 수치지형 모형을 구축하였다. 이를 대상사면 및 지하면에 대하여 표고수치지형모형(Digital Elevation Model:DEM)으로 도식한 후 흐름 발생 공간 분포를 계산하였다. 흐름발생공간분포예측은 단방향 알고리즘, 다방향 알고리즘, 흐름 분배 알고리즘 그리고 다중무한방향 알고리즘을 사용하여 지형인자인 기여사면적과 지형습윤지수를 계산하였다. 각 분배알고리즘의 의해 도출된 지형인자들로 인한 흐름발생 공간적 분포특성을 비교하였다. 이는 합리적인 토양수분 측정시스템을 구축하는데 중요한 의사결정 수단으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.107-107
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• 2012

우리나라의 시설재배는 연중 고품질의 농산물을 요구하는 소비자의 기대와 생산자의 경제적 목적이 부합되어 재배면적이 증가하고 있으며 전체 시설재배면적의 31.3%는 수리시설이 완비된 관개논에 위치한다. 시설재배지에서의 수분관리는 작물의 안정적인 생산과 수자원의 효율적인 사용을 위하여 토양 특성을 고려하여 운영되어야 한다. 따라서 시설재배지 토양 특성을 반영한 작물근군역에서의 물수지와 수분거동 특성에 관한 연구가 선행되어야한다. 불포화토양에서의 수분이동은 토양-작물-대기의 연속계에서 수분의 공급과 증발산, 배수 및 유거에 의한 토양수분 장력의 변화로 이루어지며 토양수분과 토양수분 장력, 수리전도도와의 관계는 토양의 수리적 특성에 따라 상이하다. 실험을 통한 토양수분 거동 분석은 시간적, 비용적 측면에서 비효율적이므로 모형에 의한 분석이 요구된다. 본 연구에서는 불포화토양에서의 수분이동을 모의하기 위하여 Richards 공식을 유한차분법으로 해석하였으며 국내 논 시설재배지 이(異)층토양에 대하여 다양한 관개조건을 적용하여 토양수분 거동 특성을 분석하였다. 관개와 작물의 수분흡수가 지속됨에 따라 근군역을 이탈한 토양수분이 유하되어 밭 토양과 논 토양의 경계에 축적됨을 확인 하였으며 과다관개가 이루어질수록 이러한 현상이 심화되는 것으로 나타났다. 본 연구의 결과는 관개시스템의 설계와 운영에 기초자료로 활용될 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.33-33
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• 2016

산사태 발생 예측은 재해를 예방하고 대처하기 위한 가장 근본적이며 효과적인 방법이나, 과학기술의 발전과 많은 노력에도 불구하고 아직 산사태의 발생 장소와 시기를 예측하는 것은 매우 어려운 일이다. 산사태 발생 예측 기법은 크게 경험론적 지수기법, 통계적 해석기법, 물리적 해석 기법으로 나뉠 수 있다. 이 세 방법은 각기 장단점이 있으나 일반적으로 후자로 갈수록 많은 데이터가 요구되고, 해석에 시간이 필요하며, 보다 신뢰할만한 결과를 도출할 수 있다. 경험론적 지수 기법은 국내에서 실무적으로 널리 활용되고 있으며, 통계적 해석기법에 관한 연구도 수행된 바 있다. 하지만 이 두 방법론은 일정량 또는 일정강도 이상의 강우 발생 시 산사태의 발생 위험도를 공간적으로 예측할 수 있으나, 산사태의 발생 시점과 연속적인 강우량 또는 강우강도의 관계를 정량적으로 분석하기 힘든 한계가 있어 최근에는 이러한 한계를 극복하기 위해 최근 무한사면안정 모형과 토양수분침투 모형을 결합한 시변 사면안정모형들이 활용되기 시작하고 있다. 대표적으로는 TRIGRS가 있으며, 이 모형에서는 선형화한 1차원 Richards 방정식의 해석해를 활용하여 토양수분량을 계산한 후 이 정보를 무한사면안정모형에 반영하여 시변적인 사면안정도를 구하고 있다. 하지만 Richards 방정식을 선형화하기 위해서 제한된 토양수분-압력 관계식이 사용되며, GUI가 제공되지 않아 전처리 및 후처리가 번거로운 한계가 있다. 본 연구에서는 이러한 한계를 개선하기 위해 3차원 Richards방정식을 수치적으로 계산하여 보다 다양한 토양수분-압력 모형과 초기조건을 반영할 수 있게 하였다. 또한 GUI를 지원하여 사용자가 보다 손쉽게 해석모형을 사용할 수 있도록 하였다.