• Proceedings of the Korean Association of Geographic Inforamtion Studies Conference
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• 2010.06a
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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.

• 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.

• 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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• 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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.296-296
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• 2022

농업적 가뭄은 토양의 수분함량(토양수분)이 마르기 시작하면서 식생 활동에 영향을 주는 것으로 정의할 수 있다. 광범위한 농업적 가뭄을 판별하기 위해 인공위성 자료를 토대로 토양수분을 산정하고 이를 이용해 가뭄지수를 산정하고, 가뭄 상태를 판별한다. 기존 인공위성 기반의 토양수분의 경우, microwave sensor에서 제공되는 밝기온도(brightness temperature)를 통해 토양수분을 추정하는 방식이 일반적으로 활용되었다. 하지만, microwave sensor에서 제공되는 자료들의 공간해상도가 10 km 이상이기 때문에, 한반도나 더 작게는 유역 단위, 행정 단위별 가뭄 분석을 하기에는 적합하지 않다. 이에 본 연구에서는 공간 해상도 500m의 광학센서(visible infrared imaging radiometer suite sensor (VIIRS))에서 제공되는 지표면 온도(land surface temperature)와 지표 반사도(land surface albedo) 자료들을 조합하여 토양수분을 산정하는 방식을 제안하고, 산출된 토양수분으로 농업적 가뭄을 모니터링한 결과를 제시하고자 한다. 기존의 microwave sensor로 산출된 토양수분 결과 값과의 비교 및 검증을 통해 광학센서를 통한 토양수분 산출물의 한반도 내 적용성을 확인할 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.19-19
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• 2019

토양수분은 지표수가 증발, 유출, 침투되는 과정에 중요한 역할을 하는 수문 인자로, 수문학적인 관점에서 물 순환을 이해하는 데 필수적인 요소이다. 그럼에도 불구하고 토양 내 수분을 측정하는 데 어려움이 많아 국내에서는 토양수분의 지속적인 관측을 위한 관측소 운영이 원활하게 이루어지지 않고 있으며, 주로 유전율식 계측 방식을 통해 지점 기반의 토양수분 자료를 생산하는데 그치고 있다. 최근 발사된 토양수분 위성인 SMAP (Soil Moisture Active Passive)을 비롯한 위성기반의 토양수분 자료와 융합하여 사용하기 위해서는 지점에서의 토양수분 네트워크가 우선적으로 구축되어야 하나, 관측소의 수도 부족할 뿐 아니라, 지형이 복잡하고 산지가 많은 한반도에서는 점 단위의 토양수분 자료의 공간적 대표성이 부족하여 활용에 어려움이 많다. 따라서 본 연구에서는 운영중인 지점 기반의 토양수분 관측소의 FDR (Frequency Domain Reflectometry), TDR (Time Domain Reflectometry) 센서를 함께 활용하여 산악지형에서의 Cosmic-ray 기반 토양수분자료를 생산하고자 한다. 산악지형에서의 Cosmic-ray 센서는 토양 유기물과 식생 차단 등에 의한 영향이 많으므로 평지에서 토양수분을 산정하기 위한 교정 함수들의 비교 및 평가를 실시하였다. 일반적으로 평지에서 활용되는 교정 함수들은 강우에 따른 토양수분의 거동을 잘 나타내고 있는 것으로 확인되었으나, 갑작스러운 강우로 인한 식생 차단과 토양 유기물의 영향이 커지는 경우 토양수분의 급격한 변동성을 표현하기에는 한계가 있는 것으로 나타났다. 이러한 연구를 기반으로 산악지형에서 Cosmic-ray 센서에 영향을 미치는 인자들을 분석할 수 있으며, 추후 산악지형에서 지역 규모의 토양수분을 관측할 수 있는 관측소를 구축하는데 활용될 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.76-76
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• 2015

토양수분은 생태수문학에서 식생과의 상호작용의 중요한 인자이자, 대기와의 상호작용으로 인한 총체적인 물 순환에 밀접한 관련이 있다. 수문학적으로는 증발, 침투, 지하수 함량, 토양 침식, 식생 분포 등을 지배하는 중요한 요소이고, 특히 시 공간적 분포특성은 강수 사상 후 토양으로의 침투 및 토양수분의 재분포, 증발산과 불포화대에서의 오염물의 이송을 예측하는데 매우 중요하다. 또한, '07년 하천법 개정으로 증발산량 및 토양수분량이 신규 수문조사 항목으로 추가되어, 토양수분 측정에 대한 필요성이 높아졌다. 따라서, 2008년 5월, K-water연구원에서는 현재 시험유역으로 운영하고 있는 용담시험유역에 토양수분관측망(6개 관측소)을 구축하였다. 토양수분계는 토양수분을 결정하는 가장 중요한 인자인 강우자료의 획득이 이루어지는 지점에 설치하여 정확도와 신뢰도를 높일 수 있도록 용담시험 유역 내 6개 우량관측소에 설치하였다. 하지만 장비의 노후화에 따른 자료 취득의 어려움으로 인하여 2013년 4월, 토양수분계를 전면 교체하였다. 토양수분계는 기존의 FDR 방식에서 EC 농도에 대한 영향이 가장 적고, 플럭스 타워에 위치한 토양수분계 센서와 동일한 TDR 방식의 센서로 장비를 전면 교체하였다. 센서 설치 장소 변경에 따른 TDR 센서의 검증과 그리고 흙의 종류, 입도, 다짐도, 온도 등에 의한 오차가 발생 여부를 판단하기 위하여 이에 대한 보정을 실시하였다. 원지반 시료채취를 통하여 토양수분량을 측정하였고, TDR 센서에 의해 측정된 토양수분량과 채취된 시료에서 측정된 토양수분량의 결과를 비교하였고, 각 지점별 토양구성비와 전기전도도 조건을 고려하여 각 토층별 계수적용을 달리하여 센서 보정을 실시하였다. 그 결과 기존 센서 제조사에서 제안한 방정식을 그대로 사용하는 것 보다는 센서 검증을 통하여 얻은 계수보정에 의한 토양수분 변환식을 사용하는 것이 정확한 현장 자료를 확보할 수 있고, 신뢰도 높은 자료를 얻을 수 있다고 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.489-489
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• 2022

도시의 가로수들이 열악한 부지 조건과 적절하지 않은 가로수 관리로 인해 죽는 현상이 몇몇 도시에서 발생하고 있다. 열악한 부지 조건과 적절하지 않은 가로수 관리에는 생물학적·기상학적으로 많은 요소들이 있고, 그 밖에 도시 설계로 인한 요인들로 다양하다. 그중 연구지역인 춘천시에서는 가로수가 죽는 원인 중 토양수분이 가장 큰 원인일 것이라고 판단하였다. 토양수분 분포의 시간적 공간적 특성들은 증발, 침투, 지하수 함량, 토양 침식, 식생 분포 등을 지배하는 중요한 요소이며, 토양수분 연구는 물순환과정의 특성을 이해하는데 있어서 필수적인 과정이다. 하지만 토양수분 분석은 중요성에 비해 활발한 연구가 이루어지지 않고 있으며, 특히 가로수 토양수분에 대해서는 연구가 없는 실정이다. 따라서 가로수 토양수분 모니터링을 실시하였고, 장기적인 가로수 관리를 위해 모델링을 하였다. 모델링 기초자료 확보를 위한 토양수분 모니터링은 춘천시의 가로수 중 세 군데를 선정해 각각 10, 20, 30 cm에 센서를 설치하였다. 이를 통해 약 1년간의 토양수분 함량 데이터를 수집하였고, 모니터링 지점의 토양을 샘플링 후 분석하여 물리, 화학, 생물성 데이터를 수집하였다. 모델링은 RZWQM(Root Zone Water Quality Model)을 이용하여 시나리오를 구성하였다. 모델링 결과를 활용해 가로수 및 도시 표토 기능을 위협하는 요인을 분석하였다.

• 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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• 2022.05a
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• pp.254-254
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• 2022

밭 용수관리 및 가뭄 대응을 위한 토양수분 실측자료의 품질관리가 필수적으로 수행되어야 한다. 토양수분 자료의 체계적인 유지관리를 위해 국제 토양수분 네트워크(International Soil Moisture Network; ISMN)가 설립되었고, 전세계 1,400여개 지점의 토양수분량 자료의 품질관리하고 있다. ISMN 품질관리 방식은 토양특성, 강우에 대한 반응, 토양온도, 시계열특성을 이용한다. 지표면 최상 토층에 저장되어있는 수분인 토양수분은 기후 예측, 홍수 예보, 농업가뭄평가, 수자원 관리, 온실가스 산정, 인프라 보전, 수인성 전염병 모델링 등 다양한 분야에 활용될 수 있다(Dorigo et al., 2011). 본 연구에서는 FDR(Frequency Domain Reflectometry) 기기를 이용한 토양수분 측정자료의 품질관리를 위해 ISMN에서 제시한 총6개의 단계별 품질관리 체계를 적용하였다. 단계는 1) 토양수분이 0 m3m-3보다 작은지, 2) 또는 0.6 m3m-3보다 큰지, 3) 토양수분값이 공극률보다 큰지, 4) 토양온도가 영하인지, 5) 토양수분이 강우 이벤트 없이 증가하는지, 그리고 5) 토양수분 시계열 자료에 spike 가 있는지 6) break나 plateau가 있는지를 검사하여 Quality Flag를 설정하였다. 이를 기반으로 토양수분 데이터 자동 프로그램을 개발하여 이상치를 보정하였다. 향후, ISMN의 Quality Flag (QF1-QF10)를 적용하여 모니터링 자료의 품질관리 자동 프로그램을 개발하고자 한다.