• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2011.02a
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• pp.169-169
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• 2011

토양수분의 시공간적 분포는 수문 및 침식 모형 등에 중요한 근거를 제공하는 동시에 사면에서의 증발과 강우형성, 강우로 내려온 물이 침투나 하천 유입 등으로 인해 다시 해수로 들어가는물 순환 과정을 이해하기 위한 수문과정의 중요한 요소이다. 최근 들어 토양수분에 대한 많은 연구가 진행이 되고 있지만, 토양수분을 직접 측정하는 과정이 매우 어렵기에 통계적인 방법을 통해 예측을 하는 경우가 많다. 그렇기에 이번 연구에서는 설마천과 청미천 유역의 토양수분 자료를 이용하여 통계적 방법 중에 하나인 시간안정도 분석을 실시하여 시공간적 변동성에 대해 해석하였다. 토양수분 자료의 유의성을 검토해 본 결과, 연구지역에서의 토양수분의 공간적 분포는 Gumbel 분포가 적합하다는 결과가 나왔고, 이로 인해 연구지역의 토양이 비 균질함을 알 수 있었으며, 시간 안정도 분석을 통해 유역을 대표하는 지점을 찾을 수 있었다. 각 유역의 대표성을 띄는 지점을 찾음으로써, 모든 측정 지점에서 측정해보지 않더라도, 유역의 전체적인 토양수분 값의 분포를 예측해 볼 수 있다. 이는 토양수분 자료를 이용하는 향후 연구에 많은 경제성과 효율성을 제시할 수 있다. 외부적인 환경요인이 토양수분의 변동성에 어느 정도의 영향을 미치는지에 대한 분석을 분산 분석과 Tukey's 분석으로 실시하였고, 점토질의 토양과 경사도가 토양수분 변동성에 영향을 미친다는 결과를 얻을 수 있었다. 경사도가 토양수분의 변동성에 영향을 미친다는 결과를 통해, 산지 지형이 많은 우리나라의 대표적인 지표 특성상 향후 연구에 기반이 될 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.109-109
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• 2016

유역의 물수지는 기상인자, 지형, 토양, 식생 등 여러 가지 인자들에 의해 결정된다. 물수지 분포를 평가하기 위해 수문모형의 모의 시 필요한 수문요소 조건들을 정보화하게 되며, 동시에 토양수분의 특성, 강우 입력자료, 유역의 지형학적 특성들은 불확실성에 기인하는 요소로 작용한다. 이러한 수문모형 모의 시 불확실성을 제거하기 위해 모형 초기조건에 대한 다각적인 분석이 선행이 필요하다. 특히 토양수분은 대기와 지표 사이의 상호작용에 작용하는 중요한 수문기상학적 인자로 평가되고 있다. 토양수분 데이터 자료를 이용하여 강우-유출모형의 입력자료를 구축하여 실제 토양수분의 변동성을 파악하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 유역기반의 유출현황을 산정하기 위해 매우 유용한 초기조건으로 그 역할이 기대된다. 현장에서 관측하는 토양수분 데이터는 넓은 유역의 토양수분을 대표하는 자료로 사용되기에는 한계점이 있으며, 위성기반 토양수분 데이터는 원격탐사를 통해 획득되기 때문에 토양수분의 시 공간적인 변동성 파악에 용의하며 경제성 또한 높다. 이에 따라, 본 연구에서는 유역의 수문순환 분석을 하고, 위성기반 토양수분의 적용 가능성을 평가하기 위해 Aqua위성에 탑재된 Advanced Mircowave Scanning Radiometer Earth Observing System(AMSR-E)와 Metop-A의 Advanced SCATterometer(ASCAT)의 토양수분 데이터를 이용하여 강우-유출모델의 초기조건을 산정하였다. 또한, 이에 대한 검증을 위해 기존 강우인자 초기조건 및 지점에서 관측된 토양수분 초기조건 등을 비교하여 통계분석을 실시하였다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2010.02a
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• pp.114.2-114.2
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• 2010

지표면 근처에서의 토양수분 함유량은 지표면과 대기 사이의 물과 에너지의 순환에 큰 영향을 주기 때문에 수문 생태학적 과정에서 매우 중요한 역할을 하고 있다. Soil Moisture Experiment 2004(SMEX04) 프로젝트는 넓은 공간에서의 토양수분의 분포를 알아내기 위해 이용하고 있는 Advanced Microwave Scanning Radiometer - Earth Observing System(AMSR-E) 위성 관측 이미지로 얻은 결과를 현장 검증하기 위해 미국 Arizona 주에 2004년 6-9월에 걸쳐 추진되었으며, 프로젝트를 통해 얻은 토양수분 데이터를 이용하여 건조지역에서의 토양수분의 공간 변동성을 통계적 방법으로 분석하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.473-473
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• 2015

토양수분은 수문학적 과정의 시공간적 변동과 수자원 관리 및 계획 그리고 기후변화에 따른 자연재해의 원인규명에 중요한 부분이다. 본 연구에서는 사면의 단면선에 따른 토양수분의 분포 및 변동을 파악하기 위해, 청미천 유역내의 사면에서 10개월 동안의 토양수분들을 측정하여, 토양깊이별, 계절별로 분석하였다. 토양수분특성은 간단한 통계적 방법을 이용하여, 평균, 표준편차 그리고 토양수분의 감쇄기울기 값으로 표현하였다. 추가적 연구로, 측정지점의 위치, 지형, 토성의 토양수분에 대한 반응분석을 하였다. 깊은 토양층에서의 토양수분의 공간적 분포는 지표층에서의 공간적 분포 경향과는 상이하게 나타났으며, 사면의 지형 및 위치 그리고 토성의 공간적 분포는 토양수분의 시 공간적 분포특징에 큰 영향을 주는 것으로 나타났다. 특히 상부흐름의 기여를 받는 측정지점에서는 토양수분 변동의 안정화가 진행이 되는 것으로 보이며, 수문학적 경계(Hydrologic Threshold)에 대한 추가연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다. 상부사면에서의 높은 토양수분 변동성 및 뷸 균질적인 공간적 분포는 우선적 흐름발달의 영향과 관련이 있다고 판단된다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.30 no.3B
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• pp.285-293
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• 2010

Soil moisture is a key factor to control the exchange of water and energy between the surface and the atmosphere. In recent, many researches for spatial and temporal variability analyses of soil moisture have been conducted. In this study, we analyzed the spatio-temporal variability of soil moisture in Walnut Gulch Experimental Watershed, Arizona, U.S. during the Soil Moisture Experiment 2004 (SMEX04). The spatio-temporal variability analyses were performed to understand sensitivity of five observation sites with precipitation and relationship between mean soil moisture, and its standard deviation and coefficient of variation at the sites, respectively. It was identified that log-normal distribution was superior to replicate soil moisture spatial patterns. In addition, precipitation was identified as a key physical factor to understand spatio-temporal variability of soil moisure based on the temporal stability analysis. Based on current results, higher spatial variability was also observed which was agreed with the results of previous studies. The results from this study should be essential for improvement of the remotely sensed soil moisture retrieval algorithm.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1270-1274
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• 2008

본 연구의 목적은 준분포형 강우-유출모형인 SWAT 모형을 충주댐 상류유역에 대해 구축하고 유출모의 결과를 토대로 토양수분에 대한 시공간적 변동성을 분석하고자 하는데 그 목적이 있다. 이를 위해 정밀토양도를 이용하여 충주댐 유역에 대한 토양층 깊이를 파악하였다. 또한 모형 검 보정을 위해 SWAT 모형을 $1986{\sim}2005$년에 대해 적용하여 모의결과의 정확도를 분석하였다. 모의 토양수분을 분석한 결과 유역의 토양수분은 $40{\sim}160mm$ 사이에서 거동하고, 3월에 가장 많고 6월에 가장 적은 것으로 나타났다. 또한 하류 소유역보다 상류소유역에서 토양수분이 많이 분포하는 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.474-474
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• 2015

Horton 지수는 유역에 대한 수문순환의 특성을 정량화하는 지수로서 유역의 습윤량과 기화량의 비로 산출된다. 습윤량과 기화량은 토양 수분과 밀접한 관계를 가지므로 추계학적 거동에 따른 토양수분의 동역학모형을 파악하여 Horton 지수를 산출할 수 있다. 본 연구에서는 추계학적인 토양수분수지 모형을 이용하여 서울, 부산, 대구, 제주 지역을 대상으로 30년간 일 기상자료(강우량, 일 평균기온, 풍속, 상대습도, 일조시간)을 이용하여 Horton 지수를 각각 산출하였으며 Horton 지수에 대한 변동성 분석을 실시하였다. 분석 결과, 모든 대상 유역에서 기후의 계절성에 의하여 Horton 지수가 작아짐을 확인할 수 있었다. 하지만 습윤한 기후를 가진 서울과 건조한 기후를 가진 대구에서는 각각 연 강우량이 많거나 연 강우량이 적은 해에 Horton 지수에 미치는 기후의 계절성의 영향력이 줄어듦을 살펴볼 수 있었다.

• 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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• 2015.05a
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• pp.462-462
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• 2015

이 논문에서는 시 공간적 토양수분 변화를 파악하기 위해 다년간 축적된 실측 토양수분 데이터를 이용하여 단변량 시계열 분석을 하였다. 지형에 따른 토양수분 변화를 알아보기 위해 경기도 파주에 위치한 설마천 유역의 산지사면 중 한 단면을 선정하였으며, 깊이에 따른 변동성은 깊이 10cm와 30cm에서 측정한 토양수분 데이터를 이용하여 분석하였다. 또한, 연도별 토양수분의 변화를 파악하고 토양수분을 예측하기 위해 2010-2013년의 토양수분 데이터를 일단위로 단변량 모델링을 시도하였다. 그 결과, 연도별 변화에 따른 경향성은 보이지 않았으며 대부분의 지점에서 ARMA(1, 1) 또는 ARMA(1, 0) 모형으로 모의되었다. 2시간 간격의 1-2개월 단기간 토양수분 데이터를 모의한 선행연구와 달리 본 연구에서는 낮은 차수의 모형을 보였다. 지형적 토양수분 거동을 살펴보면 상부사면에 위치하고 있는 지점에서는 모두 ARMA(1, 1)로 표현되지만 하부사면에 위치한 지점들은 연도나 심도에 따라 ARMA(1, 0)으로 모의된다. 단변량 모형의 정확도를 알아보기 위해 R2와 RMSE를 비교하였다. 10cm 깊이에서는 경향성을 보이지 않으나, 30cm 깊이에서는 사면하부로 갈수록 R2는 작아지고 RMSE는 커져, 하부사면에서의 모델링이 상부사면에 비해 정확도가 낮음을 보였다. 또한 2012년 토양수분 자료를 이용하여 2013년 토양수분을 예측하기 위해 2012년 매개변수와 2013년 전일 데이터를 이용하여 예측하고자 하는 일단위 토양수분을 구하였다. 그 결과 $R^2=0.646-0.807$, RMSE=1.758-4.802의 정확도를 나타냈다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.313-313
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• 2022

일반적으로 가뭄은 특정지역에서 평균 이하의 강수량이 발생되는 현상으로, 강수량이 감소되면 토양수분, 하천수 수위, 저수지 수위, 지하수위 등이 순차적으로 감소한다. 수문학적 가뭄은 기상학적 가뭄 및 농업 가뭄에 비해 늦게 발현되는데, 이는 강수량의 부족이 토양수분, 하천수량, 지하수 및 저수지 수위 등과 같은 수문학적 시스템에 전이되는 시간이 소요되기 때문이다. 따라서, 가뭄 피해를 경감하기 위해 지하수위 변동성을 이용하여 지하수 함양량을 추정함으로써 효율적인 수자원 관리의 필요성이 증대되고 있다. 지하수위는 농촌 지하수 개발, 가뭄 및 홍수 예측 등 다양한 분야에 활용되며, 강수량에 의한 변화가 지표수에 비해 느리게 나타나고 토양을 통과하는 특성으로 인해 단기 및 장기간의 변화 경향이 나타난다. 미국 지질조사국 (United States Geological Survey)에서는 지하수위를 월 단위로 보통 이하 (Below-normal), 보통 (Normal), 보통 이상 (Above-normal) 3단계로 구분하여 분포도를 작성하고 전체 관측기간 중 25% 이상에서 보통 이하 (Below-normal)로 나타나면 가뭄으로 판단한다. 우리나라의 경우 지형, 유역을 고려한 지하수 수위 및 수질 현황과 변동성을 파악하기 위하여 전국 지하수위 관측망 688개소를 설치하고 운영 중에 있다. 또한, 농촌진흥청에서는 전국 농업기상대와 연계하여 토양수분관측망 (soil moisture monitoring network)을 구축하였으며, 표토 10 cm에 토양수분센서를 전국 168 지점에 설치하여 운영하고 있다. 본 연구에서는 강수량을 기반으로 산정한 표준강수지수 (Standardized Precipitation Index, SPI)와 지하수위를 기반으로 산정한 표준지하수위지수 (Standardized Groundwater Level Index, SGI), 토양수분관측망의 토양수분의 상관 분석을 수행하고자 한다. 밭작물 가뭄의 중요 요소인 토양수분 함량은 강수에 즉각적으로 반응하는 반면 지표수 및 지하수는 상대적으로 장기간의 강수에 영향을 받기 때문에, 본 연구의 결과는 향후 밭작물 지역의 가뭄 취약성을 관리하는 지표로 활용이 가능할 것으로 사료된다.