• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.102-102
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• 2019

토양수분은 수문 및 기상 현상의 주요 요인으로 가뭄, 홍수 및 범람과 같은 자연 재해와 관련이 깊은 인자이다. 이러한 토양수분의 관측 기술 중 위성 데이터를 활용한 원격탐사 기술은 광범위한 지역의 관측이 용이하고 지점이 아닌 공간 데이터를 제공하는 장점을 지니고 있어 토양수분의 관측에 유리하다. 특히 높은 해상도의 위성기반 토양수분 데이터는 토양수분의 변동성이 큰 지역의 수문, 기상학적 현상을 보다 자세히 분석할 수 있게 해주며 가뭄 및 범람과 같은 수자원 관련 재해를 정확하게 분석하는데 요구된다. 이로 인해 최근 Sentinel-1 위성에서 운용중인 Synthetic Aperture Radar(SAR) 데이터를 이용한 매우 높은 공간해상도(10m~1km)를 지니고 있는 토양수분데이터 생산에 관한 연구가 세계적으로 활발히 진행되고 있다. 그러나 국내에서는 Sentinel-1 위성을 이용한 토양수분 데이터 복원에 관한 연구가 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 파주 감악산 설마천 유역에서의 Sentinel-1 위성의 SAR 데이터를 이용한 고해상도 토양수분 데이터를 복원하고자 한다. 파주 설마천 유역은 감악산 일대로 경사가 심하고 식생이 두터운 산악지형이다. SAR를 이용하여 산지에서 신뢰성 있는 토양수분 자료를 복원하기 위해서는 가장 큰 오차의 원인으로 작용하는 경사와 식생을 고려하여야 한다. 먼저 표면 경사의 영향의 경우 SAR 센서의 레이더 입사각과 수치 표고 모델을 이용하여 고려하고자 한다. 다음 과정으로 표면 경사가 고려된 Sentinel-1 데이터의 후방산란계수와 Landsat-8 데이터 및 지점 토양수분 데이터를 이용하여 식생에 따른 후방산란계수의 거동을 Water Cloud Model을 이용하여 분석하였다. Water Cloud Model은 토양위의 식생의 수분이 후방산란계수에 혼동을 주는 구름과 같이 작용한다고 가정하고 식생수분을 후방산란계수와 레이더 입사각 및 식생지수를 통해 계산하는 모델이며 이를 이용하여 토양수분 복원에 있어 식생의 영향을 제거하고자 하였다. 이를 통해 식생과 표면 경사를 고려하여 복원된 토양수분 데이터를 설마천 유역의 지점 데이터와 비교 분석하고 다른 위성기반 토양수분 데이터 및 강우 데이터를 이용하여 평가하였다. 본 연구결과를 통해 한반도 산지에서의 SAR 데이터를 이용한 토양수분 복원 기술의 기초가 마련될 것이며 이를 통해 산지가 대부분인 한반도의 토양수분 거동을 이해하는데 유용한 자료를 제공할 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구 이후에는 연구결과분석을 통한 산지에서의 고해상도 토양수분 복원 알고리즘을 분석, 보완하고 한반도에서의 SAR 기반 토양수분 데이터의 정확도를 높이는 연구가 진행되어야 할 것이다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제52권12호
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• pp.951-962
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• 2019

최근 수문 순환 및 자연재해 관련 연구에 기초자료로 활용될 수 있도록 일관성과 정확성이 높은 토양수분 자료 생산의 필요성이 대두되고 있으나, 국내에서는 토양수분 데이터의 품질관리 기법 등 신뢰도를 확보할 수 있는 연구 개발이 부족한 실정이다. 이에 본 연구에서는 국내 UNESCO-IHP 대표 시험유역인 용담댐 유역의 토양수분 관측소 6개 지점을 대상으로 토양수분의 거동을 분석하고 International Soil Moisture Network(ISMN)의 품질관리 기법을 적용하여 토양수분 데이터의 품질을 향상시킬 수 있는 방향을 제시하고자 하였다. 거동 분석 결과 두 관측소의 경우(i.e., 부귀, 안천 관측소)를 제외한 모든 관측소에서 정상적인 토양수분 거동 형태를 보이는 것을 확인할 수 있었다. 품질관리 기법을 적용한 결과, 상 범주에 해당되는 관측 값은 없었고, 토양수분의 동결이 일어나는 경우도 일반적인 범위(~20%) 내에서 나타나는 것을 확인하였다. 선행 강우 없이 토양수분이 증가하는 경우 또한 ~4% 이내로 나타났으며, spike의 경우 0.01%, plateau의 경우 ~5% 수준으로 선별되어 매우 양호한 결과를 확인할 수 있었다. 추후 관측소별 토양 특성이 고려된 Site-specific한 품질관리 기준이 마련된다면, 보다 신뢰도 높은 토양수분 기초자료의 생산을 가능케 할 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.471-471
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• 2015

토양내의 수분흐름을 이해하는 것은 토양수분의 시공간적 분포변화와 유출기작을 규명하는데 매우 중요하다. 본 연구에서는 설마천유역의 작은 사면에서의 장력측정 시스템을 구축하여, 3차원의 흐름방향에 대해 잠재적 흐름구배를 평가하고자 하였다. 또한 흐름구배를 평가하기 위한 일반적 산술적 계산방법인 평균적 흐름구배와 측정시스템의 구조적 영향 및 흐름구배의 공간적 평가 기준을 고려한 계산방법론을 개발하여 비교 평하였다. 3차원의 흐름방향은 사면의 지표경사를 기준으로 x, y, z축을 기준으로 하여, 각 축 방향에 해당하는 흐름구배 값과 흐름방향을 각각 계산하였다. 그 결과, 강우사상에 따른 토양내의 장력변화는 매우 민감하게 변화하였으며, 이에 따른 각 흐름구배 값과 흐름방향의 반응이 빠르게 반응을 하였다. 특히, 습윤, 건조기간동안의 흐름구배의 발달 및 방향이 바뀌는 천이되는 상태인 흐름 굽힘 현상(flow Bending)을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1615-1619
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• 2010

토양수분은 토양입자에 포함되어 있는 물을 의미하는 것으로 지표면과 대기간의 에너지 균형과 물 순환을 조절하는데 중요한 요소이다. 본 연구에서는 토양수분 산정을 위하여 2003년 1월부터 2008년 12월까지의 MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) 위성관측 자료로부터 획득한 정규식생지수(NDVI: Normalized Difference Vegetation Index)자료와 지표면 온도자료, 우리나라 76개소 기상관측소 중에 자료의 보유기간이 30년 이하인 관측소와 섬 지역들을 제외한 57개 지점의 강수량, 토양온도 자료 및 우리나라 전역에 대한 토지피복, 유효토심자료를 이용하여 데이터 마이닝(Data Mining) 기법의 하나인 CART(Classification And Regression Tree) 기법을 이용하여 토양수분을 산정하였다. 먼저 신뢰성 높은 토양수분 관측 자료를 가진 용담댐 유역의 6개 지점에 대하여 토양수분을 산정하여 적용 가능성을 분석하였다. 3개 지점의 토양수분 관측치는 토양수분 산정 모형 수립에 사용하였으며 검증에 사용된 1개 지점의 토양수분의 관측치와 추정치 간의 상관계수를 확인한 결과 전체적인 토양수분의 거동을 잘 나타내고 있어 토양수분 추정 모형의 적용가능성을 확인하였다. 이를 이용하여 용담댐 유역의 토양수분 분포와 우리나라 전역에 대한 토양수분 분포도를 추정하였다. 신뢰할 수 있는 지상관측 토양수분 관측치가 다양한 지상조건에 대하여 존재하지 않는 한계가 있음에도 불구하고 제시된 토양수분산정 방법은 제한된 가용자료를 사용한 우리나라 전역의 토양수분 산정에 있어 합리적인 접근법이라 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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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.

• 한국GIS학회:학술대회논문집
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• 한국GIS학회 2010년도 춘계학술대회
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• pp.283-284
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• 2010

강우가 있을 때 토양수분은 증가하여 지표온도의 상승을 억제하고, 강우와 증발산을 통해 토양수분은 대기와 지형을 연결하는 중요한 상태변수(Yoo et al., 2001)가 된다. 이에 따라 물순환의 이해와 적절한 모형의 개발을 위해서는 강우 및 토양수분의 원격측정이 필수적일 뿐 아니라 관측 격자 내에서 일어나는 변화도에 대한 이해가 필요하다(김광섭 외, 2004). 따라서 본 연구에서는 인공위성 원격탐사 자료와 지형자료, 기상관측 자료와 같은 가용자료와 신경망(Neural Network) 모형을 이용하여 우리나라의 토양수분 분포도를 작성하고자 한다. 우선 신뢰도 높은 토양수분 관측자료를 가진 용담댐유역(6개 지점)에 대하여 전체적인 토양수분의 거동을 파악하여 토양수분 추정 모형의 적용 가능성을 확인하였다 이를 사용해서 용담댐 유역의 토양수분 분포와 우리나라 전역에 대한 토양수분 분포도를 추정하고자 한다. 신뢰할 수 있는 지상관측 토양수분 관측치가 다양한 지상조건에 대하여 존재하지 않는 한계에도 불구하고 제시된 토양수분추정 방법은 제한된 가용자료를 사용한 우리나라 전역의 토양수분 추정에 있어 합리적인 접근법이라 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.119-121
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• 2012

수문순환과정의 시공간적 거동의 해석 및 정량화는 효율적인 수자원 관리 및 계획을 위해서 반드시 선행되어야 하는 연구이다. 그러나 현재 국내의 수문순환과정을 분석하는 연구는 매우 미비한 실정이다. 특히 수문기상인자 중 토양수분은 지표와 대기에서 물과 에너지를 연결해주는 중요한 인자중 하나로 그 중요성 대두되고 있지만 관측시설의 제한과 큰 시공간 변동성을 가지고 있을 값을 추정하는데 어려움이 있다. 최근에는 이를 보완하기 위하여 선진국을 중심으로 연구되고 있는 원격탐사 기술을 도입하였다. 특히 원격탐사를 통해 산정된 Normilized Difference vegetation Index (NDVI) 와 토양수분과의 관계를 파악하기 위한 많은 연구들이 진행되어 왔다. NDVI는 토양수분에 직, 간접적인 영향을 주는 식생의 활동을 나타내는 인자이다. 이러한 이유로 많은 연구에서 NDVI와 토양수분과의 관계에 대해 규명해 왔으며, NDVI를 통한 토양수분의 추정 및 검증이 이루어졌다. 본 연구에서는 Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) 에서 산정된 식생지수와 토양수분의 실측데이터를 이용하여 관측지에서의 식생지수와 토양수분의 관계를 규명한 후, 이 관계를 이용하여 관측 지역 이외의 장소의 토양수분 값을 추정 할 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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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.

• 한국농림기상학회지
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• 제15권3호
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• pp.161-170
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• 2013

이 논문에서는 산지사면에서 나타나는 수문과정의 이해를 증진하기 위해서 관측된 토양수분의 분포와 거동을 수치지형분석을 통한 지형요소와의 상관관계를 연구하였다. 계절에 따른 강우 및 토양구조의 차이가 영향을 주는 사면 깊이 별 토양수분의 변동을 상관성 분석을 통해 도출하였다. 경기도 파주시 설마천 유역에 위치하고 있는 사면에서 봄, 여름, 가을 등 각 3계절을 대상으로 4월, 7월, 10월 기간의 토양수분 시계열 관측 자료를 사용하여, 지표면과 기반암의 표고 모형을 사용하여 다방향 흐름 알고리즘과 경사도, 곡률 등 18개 요소와의 상관관계를 분석하였다. 도출된 지형과 토양수분의 상관관계는 계절별로 강우의 양상과 토양 깊이에 따라 상이한 양상을 보여 주고 있다. 이러한 상관관계를 통해 사면에서 토양수분의 분포 및 흐름선을 예측하여 공간적인 분석을 도모하고, 토양수분의 거동을 가장 적합하게 모사하는 모형과 지형요소를 평가하고 도출할 수 있을 것이다.