• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 1991년도 수공학논총 제33권
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• pp.144-155
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• 1991

본 연구에서는 유출모형을 구성하기 위한 작업의 일환으로 유역의 제반특성을 고려하여 시간에 따라 강우강도가 변화하는 부정강우사상(unsteady rainfall)에 대한 침투량과 초과우량을 산정하는 강우침투모형을 유출모형의 부프로그램으로서 개발하였다. 과거에 제안되었던 침투량 산정방법을 조사하여 강우침투모형을 구축하는데 적합한 침투량 산정 방법으로서 Chu가 제안한 단층균질토양의 유역에서 부정강우사상에 대한 침투량을 산정하는 Green-Ampt 변형방법을 선정하였다. Green-Ampt 방정식의 매개변수인 토양수분부족량의 추정에 필요한 토양수분함량을 산정하기 위하여 단순선행토양수분모형을 응용하여 토양수분의 변화를 추정하였으며 지표면에서의 담수 유무에 따라서 침투량과 초과우량을 산정하고 토양수분을 산정하는 프로그램을 구성하였다. 선정된 적용대상유역의 강우자료와 Green-Amp 방정식의 매개변수 추정치를 사용하여 계산된 유출량과 실측유출량을 비교함으로써 프로그램의 적정성을 검토하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.1472-1475
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• 2009

SPI(Standard Precipitation Index)가 기상학적 가뭄을 표현하는 지수인 반면, PDSI(Palmer Drought Severity Index)는 가뭄에 가장 큰 영향을 미치는 수문기상학적 요소인 강수량, 기온뿐만 아니라 유효토양수분량과 일조시간 등의 자료에 근거한 물수지 분석에 의해 산정된다. 특히 PDSI 지수는 토양습윤조건의 민감한 영향을 측정하는데 매우 유용하다는 것을 장점으로 가지고 있다. PDSI에서 토양수분과 관련된 요소들을 다룰 때, 토양수분저장량은 토양을 상부와 하부의 2개 층으로 나누어 상부 층은 1inch(25.4mm)의 수분을 저장할 수 있고 하부층은 토양의 성질에 따라 유효용량이 결정되는 것으로 하부층의 수분은 상부 층의 수분이 모두 제거 될 때까지 손실되지 않으며 하부 층 손실량은 초기수분함유량과 산정된 잠재증발량(PE) 및 토양유효용량(AWC)에 따라 결정되는 것으로 가정한다. 하지만 산정방법에서 토양의 유효용량에 따른 물수지 방정식을 통해 각 잠재량들을 구하는 과정은 기후학적으로 필요한 값을 결정하는 매우 중요한 과정임에도 불구하고 기존의 PDSI 지수 산정 시, 모든 지역에서 상하부토양심도를 지역적 분포를 고려하지 않고 10inch(25.4cm)로 일정하게 사용함으로써 유효 토양수분함량에 대한 신뢰도를 저하시키는 결과를 가져오는 경향이 있었다. 이에 본 연구에서는 GIS 정밀토양도를 사용하여 토양심도의 지역적 분포에 근거한 토양수분함량을 산정한 후 물수지 분석을 실시하고 그에 따른 PDSI 지수를 산정하여 그 영향을 분석하고 기존의 PDSI 지수값과 비교 분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.115-122
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• 2018

수문순환 과정 중 일부인 유출량을 산정하기 위해서는 지형학적 변수, 강우량, 토양수분, 증발산량 등의 인자들이 필요하다. 본 연구에서는 미계측 지역의 유출량 산정을 위한 주요 인자인 토양수분과 증발산량을 지표면 모델을 통해 산출하고자 한다. 사용한 시스템은 미국 NASA에서 개발한 LIS(Land Information System) 프레임워크이며 LIS에 적용된 지표면 모델 중 Noah-MP을 초기 매개변수로 사용하였다. 입력 자료는 전지구 범위로 제공되는 자료를 사용하여 남한 지역을 대상으로 토양수분 및 증발산량을 산출하고 지상 관측 자료, 원격탐사 기반의 토양수분과 증발산량을 통해 정확도를 평가하였고 ASOS 관측 자료를 내삽하여 산출된 토양수분 및 증발산량의 정확도도 평가하였다. 남한 지역을 대상으로 정확도를 평가한 후 대표표적 미계측 지역인 북한을 대상으로 토양수분 및 증발산량을 산출하였다. LIS의 Noah-MP 지표면 모델로 토양수분 및 증발산량을 산출한 결과 ASOS를 내삽하여 산출한 결과가 설마천의 경우 정확도는 오히려 낮아졌고 청미천, 서산의 정확도는 높아졌다. 이는 초기 매개변수 설정을 이용한 것과 전지구 범위의 자료를 사용하여 토양수분 및 증발산량을 산출하여 발생된 오차이며 매개변수 최적화 및 고해상도의 입력자료를 사용하면 보다 높은 정확도를 확보할 수 있다. 이를 통해 미계측 지역에서도 충분히 활용 가능한 토양수분 및 증발산량을 산출하여 유출량을 산정할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.67-67
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• 2022

국가 물관리 측면에서 증발산량과 토양수분량은 자연계 손실로서 국내 수자원 총량의 약43%(563억 m³/년)를 차지하며, 수자원의 계획과 개발, 물순환 과정 규명 및 다양한 수재해 분석 등을 위한 수문 요소이다. 정부는 2005년 「수문조사 선진화 5개년 계획」과 2008년 「제1차 수문조사기본계획(2010~2019년)」을 통해 2019년까지 증발산량과 토양수분량 관측소 확대(각각 25개 지점) 기반을 마련하였고 「수자원의 조사·계획 및 관리에 관한 법률」에 따라 매년 공인 수문 자료로 증발산량과 토양수분량을 측정하고 있다. 증발산량과 토양수분량은 댐 유역의 정밀한 물순환 해석에도 매우 중요한 정보로서 현재 K-water에서의 관측은 일부 시험유역(용담댐 유역)의 flux tower에 의한 에디공분산법(Eddy Covariance Method) 및 토양수분 센서(TDR, Time Domain Reflectometery)에 의한 지점 자료의 생산만 각각 이루어지고 있다. 본 연구에서는 K-water 댐 유역의 증발산량 및 토양수분량 관측 현황과 그간 관측된 자료의 특성을 각종 경향성 분석 등과 함께 소개하고자 한다, 증발산량의 경우는 2개소의 flux tower를운영(덕유산 지점 2011년 이후, 용담 지점 2017년 이후)하고 있으며, 토양수분량은 총 7개소(계북, 천천, 상전, 안천, 부귀, 주천 지점 2013년 이후, 장계 지점 2017년 이후)에 TDR센서를 설치, 계측 운영 중이다. 이렇게 관측된 자료는 매년 홍수통제소 주관 관련 전문가 공인심사를 통해 일자료 기준으로 한국수문조사연보에 수록되고 있으며, K-water에서도 연보를 통해 공개된 자료를 기준으로 공공데이터포털(data.go.kr) 등과 연계하여 온라인 자료 서비스 중이다. 한편, 최근 2020년 「제2차 수문조사 기본계획(2020~2029년)」에서는 수자원 위성 개발연구와 연계하여 위성을 활용한 증발산량과 토양수분량 산정 연구의 필요성이 강조되고 있다. 하지만 본 연구에서 살펴본 지점 자료만으로는 댐 유역을 포함한 광역단위의 시계열 공간정보를 생산하기 한계가 있으며, 댐 유역과 국내 전 지역의 공간 시계열 증발산량 및 토양수분량 자료 산정과 활용 방안에 대해 정립하고, 나아가 위성영상을 활용한 댐 유역 증발산량·토양수분량 관측 가이드라인 마련 등을 위해서는 국가적으로 많은 재원의 투입과 노력이 필요한 상황이다.

• 대한원격탐사학회지
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• 제11권3호
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• pp.117-127
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• 1995

본 논문에서는 지표면의 유효 토양 수분함유량의 적정한 값을 추출하는 몇가지 방법을 소개하고 그 방법들을 서로 비교하였다. 지표면의 꼭대기 층은 비교적 말라 있고, 밑바닥 층은 젖 어 있어서 종단면으로 봤을 때 토양은 대개 균일하지 않은 수분함유량 분포를 갖는다. 이러한 비 균일적인 토양의 수분함유량을 봤을 때 토양은 대개 균일하지 않은 수분함유량 분포를 갖는다. 이러한 비균일적인 토양의 수분함유량을 어떤 평균적인 값으로 나타낸 것이 유효 수분함유량이 다. 이 유효 수분함유량을 구하는 간단한 방법 중의 하나는 층층이 측정한 수분함유량의 산술 평 균을 취하는 것이다. 다른 방법으로는 균일한 지표면과 비균일한 지표면의 침투 두께를 각각 계 산하고 비교하여 유효 수분함유량을 얻는 방법이 있다. 또 다른 방법은 균일 지표면과 비균일 지 표면에서 각각 반사율을 계산하고 비교하여 유효 수분함유량을 구한다. 이러한 방법들이 서로 비 교되었고, 특히 반사율 적용법이 좀 더 자세하게 연구되었는데 그 이유는 실제 레이다 산란은 전 파의 침투보다는 반사에 의해 좌우되기 때문이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.372-372
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• 2023

강우 유출 시 지표면 토양수분포화도는 직접유출량 및 지하수 저류에 영향을 미칠 수 있기 때문에 강우에 의한 유역 유출량 산정에서 토양수분포화도는 보다 실제와 유사한 모의 결과를 도출하는데 중요한 인자가 될 수 있다. 기존의 모형 기반의 유출량 산정 연구에서 토양수분포화도의경우 강수량, 하천수위, 유량, 지하수위 등 타 수문순환 요소에 비하여 관측 지점 및 관측 자료가 부족하기 때문에 유역 내 수문환경 특성에 따라 가정 된 값을 입력하여 유출량을 산정하였다. 최근 IoT, 5G 통신 등 정보 기술의 혁신과 이상 홍수에 의한 피해 저감을 위한 실시간 유출량 해석 모형 개발 등에 적용할 경우 모의 결과가 실제와 매우 다르게 나타나는 경우가 발생할 수 있다. 본 연구에서는 토양수분포화도의 지상 관측 자료와 위성 관측 자료를 동기화 하는 기법을 개발함으로써 중권역 단위의 유출량 산정 정확도를 향상시키고자 하였다. 기존의 지상 관측 자료는 토양수분포화도의 비교적 정확한 데이터를 제공하나 관측 자료를 유역의 대푯값으로 적용할 수 있는 지에 대한 추가 검증이 필요하다. 위성 관측자료는 유역 전반의 토양수분포화도 정보를 관측할 수 있으나 고해상도의 자료를 제공하지 못하기 때문에 유역 전체에 일관된 데이터를 적용할 수밖에 없는 한계가 발생한다. 지상 관측자료와 위성관측자료의 동기화 기법을 개발함으로써 본 연구진은 중권역 단위의 유역 내 비교적 정확한 토양수분포화도 데이터를 적용할 수 있도록 하였다. 본 연구의 결과물은 유출량 해석 결과의 정확도를 높임으로써 급격한 호우 사상 발생에 따른 이상홍수에 대응할 수 있는 유역 물 관리 대책의 기초 자료로 활용 할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.281-281
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• 2016

기후변화로 인한 기상학적 자연재해로부터 대비하고 안정적인 용수공급을 위해 유역의 다양한 수문 요소들에 대한 분석 필요성이 증가하고 있다. 계절적 강수량의 편차가 큰 우리나라는 유역 통합 물관리가 중요하며, 효율적 수자원 관리와 물안보 확보를 위해 유역내 물순환을 이해하는 것이 중요하다. 유역의 유출을 결정하는 요소들에는 강우, 증발산량, 토양 수분 및 지하수 등이 있으며, 시간적으로는 홍수와 같이 단기에 발생하는 유출과 장기적으로 발생하는 유출이 있다. 장기 유출은 단기 유출에 비해 토양내 수분량이 무시할 수 없을 정도로 영향을 미치게 되므로, 1년 이상의 장기 유출 해석을 위해서는 강우가 발생하지 않는 기간 동안의 토양 수분량 변화와 증발산 영향을 고려할 필요가 있다. K-water에서 자체 개발된 분포형 장단기유출 모델인 K-DRUM은 유역을 격자(grid)단위로 구분하고 각 셀들에 대한 매개변수는 흐름방향도, 표고분포도, 토지이용도, 토지피복도 등을 GIS처리하여 일괄 입력할 수 있도록 함으로써 매개변수 산정과정에서 문제가 되는 경험적인 요인을 제거하였다. 흐름의 구분은 얕은면 흐름, 지표하 흐름, 지하수 흐름으로 구분하여 운동파법과 선형저류법을 적용하였다. 또한 초기 토양함수 자동보정기법으로 실제의 기저유출량을 재현하여 전체적인 유출모의 정확도를 높였으며, FAO-56 Penman-Monteith법을 적용한 증발산량 산정모듈과 Sugawara et al.(1984)이 제안한 개념적 융설 및 적설모듈을 추가하였다. K-DRUM모형을 이용한 유출분석은 용담댐 시험유역을 대상으로 2013년도 1년간의 유출모의를 수행하였다. 입력자료는 용담댐 유역의 지형, 토양 및 토지특성 정보와 시단위 강우 및 기상정보(온도, 바람, 일사 등)를 활용하였다. 분석 결과, 총 관측유출량은 7,151 ㎥/s이고 총 계산유출량 $8,257m^3/s$이며, 관측유출량 대비 계산유출량은 약 115% 정도로 나타났다. 연간 총 강우량은 1303.5 mm로 유역면적 약 $930km^2$을 적용하여 유역 총 강우량을 산정하면 $14,030m^3/s$로서 관측유출량은 유역 총 강우량 대비 51%이고 계산유출량은 59% 정도로 나타났다. 즉 유역 유출율은 약 51% 수준으로 보통의 유역과 유사한 수준이다. 관측된 토양수분량과 K-DRUM 모형의 계산된 토양수분량을 비교하기 위하여 관측 토양수분량의 비율을 이용하여 비교하였다. 모의결과 토양수분은 강우에 의해 변화하며, 관측결과와 유사한 형태로 나타남을 알 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.10-15
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• 2019

국내 수자원 관리의 중요성이 대두되면서 선진화된 하천의 수위, 유량 및 유사량 자료들을 취득할 수 있게 되었으나 제약이 많은 수문 인자로서 인식된 토양수분량과 증발산량에 관한 연구는 비교적 더디게 진행되고 있는 실정이었다. 하지만 최근 토양수분 증발산량 같은 인자들은 대기와 지표 사이의 상호작용에 직접적으로 관여하여 가장 중요한 수문기상학적 인자로 인식되어오면서 많은 프로젝트와 연구들이 진행되고 있다. 2002년 이전 토양수분 증발산량은 학술연구 목적으로 측정하였으며, 그 후 2005년도까지 기관별로 특정 목적을 위해 제한적 측정을 수행하였다. 또한, 한국수자원조사기술원에서도 2007년 하천법에 따라 국가 물 관리에 활용되는 기초 수문 자료생산의 목적으로 증발산량 관측소 2개소, 토양수분량 관측소 2개소를 우선적으로 설치 및 운영을 하고 있었으며, 2015년 이후로 홍수통제소에서도 증발산량관측소를 지속적으로 추가 설치하여 관측망을 구축 운영하고 있다. 이러한 관측소들에서 정기적으로 산출된 데이터들을 축적 및 분석하는 연구들은 장기적인 수문학적 연구로서 중요한 가치이다. 본 연구에서는 2018년 청미천과 설마천 유역에 설치된 증발산량 관측소(Eddy covariance method)와 토양수분량관측소(Time Domain Reflectometer method)에서 관측된 데이터의 특성을 분석하였다. 분석 결과는 유역의 물 순환을 규명하는데 가장 중요한 연구로써 활용될 것으로 기대 된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.384-384
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• 2021

토양수분량 측정은 대표적으로 유전율을 측정하는 방식으로 토양수분 측정을 수행하고 있으며 비교적 정확하고 연속적인 자료를 수집할 수 있는 장점을 가지고 있다. 하지만 토양수분량은 인근의 동종(homogeneous)의 지형일지라도 측정 위치에 따라 값과 변화 특성의 차이가 발생한다. 이는 각 지점마다 토양, 식생, 지형 등의 다양한 환경 때문에 발생하며, 이러한 다양한 환경을 모두 고려하여 분석하기란 쉽지 않다. 이를 극복하기 위해 시간적 안정성 해석(Temporal stability analysis) 개념을 통해 기 설치된 토양수분의 지속적인 토양수분 패턴을 식별하고 선택된 대표 센서 위치에서 전체적인 평균을 산출하는 연구가 있었으며, 미국에서도 위성을 활용한 지상검증 연구를 위해 측정 그리드(grid)별로 시간적 안정성 해석 개념을 통해 지상 측정 네트워크 체계를 갖추었다. 국내에서도 최근 인공위성을 활용하여 토양수분을 산정하는 연구가 많아짐에 따라 측정 지역의 대표 토양수분 값을 선정하는 연구의 수요가 증가하였으며 수문자료의 지속성을 위해 결측을 최소화 방안으로 관측소 이중화 지점을 선정하는 연구의 필요성도 증가하였다. 따라서 본 연구에서는 기존에 설치되어있는 설마천, 청미천 토양수분 관측소에 구역별 시간 안정성 해석법을 수행하여 추후 지점의 대표 토양수분을 산정할 수 있으며 이중화 설치 지점을 제시하는데 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.490-490
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• 2015

산림 사면에서의 토양층 수문반응은 물순환을 이해하는데 중요하다. 본 연구에서는 토양수분자료를 이용하여 토양수분의 계절적, 공간적 변화를 분석하였다. 연구대상지역은 경기도 파주시 적성면 설마리의 설마천 유역 내에 위치한 범륜사사면과 충청북도 음성군의 청미천 유역내의 수레의산사면이다. 정밀측량을 통해 획득한 수치고도모형(Digital Elevation Model, DEM)을 이용하여 관측지점들을 각각 선정하였다. 대상사면에 토양층별 토양수분의 분포변화를 분석하기 위해 각 지점별 10, 30, 60cm에서 토양수분량 측정시스템(Time Domain Reflectometry, TDR)방식의 토양수분측정장비(miniTRASE)를 설치하여 2시간 간격으로 2014년 3월부터 12월까지 토양수분을 측정하였다. 각 지점별 사면에서 획득된 토양수분 시계열자료는 토양수분의 시공간적 분포특성을 파악하기 위해 지점별 토양수분량의 통계분석(평균, 표준편차, 변동계수)를 수행하였다. 설마천유역의 범륜사사면에서는 2014년도에 특히 강우량이 적어 토양수분의 평균과 표준편차의 월별 변화에서는 기저토양수분 값을 주로 유지하고 강우에 대한 변동성이 크지 않은 것으로 나타났고, 청미천유역의 수레의산 사면에서는 시간적 토양수분변화는 계절적 강우분포 패턴에 따라 반응이 나타났다. 청미천유역의 토양수분자료를 이용하여 토양수분의 계절적, 공간적 변화를 분석한 결과 지표근처 토양층(10, 30cm)와 저층(60cm)에서의 공간적 변화특성이 다르게 나타났다. 이는 저층(60cm)에서의 지표하 흐름, 기반암 존재의 영향차이에 의한 것으로 판단되고, 사면의 위치에 따라 토양수분의 안정화 정도가 다른 것을 확인할 수 있다.