• 한국습지학회지
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• 제11권2호
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• pp.89-98
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• 2009

본 연구는 하천종단면에 정보엔트로피이론을 적용하여 평균하천경사, 하천경사 및 하천종단고도 결정방법을 제시하였다. 최대화된 엔트로피는 제약조건하에서 일정한 하천종단면의 확률분포를 만들며, 이와 같은 관계를 이용하여 평균하천경사, 하천경사 및 하천종단고도 산정식을 유도하였다. 충북 지방하천 정비기본계획에서 얻은 달천유역의 실측된 지형학적 인자를 사용하여 매개변수를 최소자승법으로 결정하였다. 유도된 평균하천경사와 하천종단고도식을 실제유역에 적용하였으며, 실측치와 잘 일치함을 나타낸다. 본 연구의 결과로부터 평균하천경사와 하천종단고도의 결정에 직접 적용할수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.384-384
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• 2011

전 세계적으로 유역단위 수문해석 모형으로 많이 사용되는 SWAT모형은 유역 내 수문 모의시, DEM을 기반으로 유역 평균경사도를 이용하여 경사도-경사장 관계식 산정 경사장을 유역 내모든 수문학적 반응단위(HRU:Hydrologic Response Unit)에 동일하게 적용하는 문제점이 있다. 특히 SWAT모형은 미국지형 기반으로 개발되었기 때문에 유역 평균 경사도가 25% 미만일 경우 유역 평균 경사장 인자가 매우 작은 값으로 산정되어 모두 동일하게 적용된다. 이는 SWAT모형의 수문 및 지하수 함양량 산정 시 우리나라 유역 특성이 제대로 반영되지 않는 채 모의가 이루어질 수 있는 문제를 초래할 수 있다. 따라서 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 연구에서는 강원 발전연구원에서 전수 조사한 실측 경사장 자료가 있는 강원도 양구군 해안면 만대천 유역을 연구 대상지역으로 선정하였고 지하수 함양량을 시공간적으로 분석 할 수 있게 개발 된 SWAT HRU Mapping module에 실측 경사장 자료를 이용하여 2009년 실측 경사장(274m) 적용과 임의의 경사장(5m) 적용에 따른 유출량 및 지하수 함양량을 비교 분석 하였다. 임의의 경사장을 5m로 선정한 이유는 SWAT모형에서 소유역의 경사도가 25%이상일 경우 소유역의 경사장을 모두 0.05m로 산정하여 모두 동일하게 적용하기 때문에 실측 경사장(평균 274m)과 대조군으로 비교하기 위하여 임의의 경사장을 5m로 선정하였다. 2009년 해안면 만대천 유역의 총 강우량은 1341mm이며 실측경사장 및 임의 경사장 적용에 따른 유출특성별 유출량을 비교해보면 직접유출 결과는 두 가지 경사장 모두 큰 차이를 나타내지 않았지만 평균 경사장이 증가 할수록 중간유출은 줄어들고 기저유출이 급격하게 증가하는 것으로 분석되었다. 또한 2009년 만대천 유역의 월별지하수 함양량은 실측경사장과 임의의 경사장 적용에 따라 각각 591mm/yr(함양율 44%) 와 293mm/yr(함양율 22%) 로 나타났으며, 중간유출이 줄고 기저유출이 증가 할수록 지하수함양량 역시 증가 하는 것으로 나타났다. 따라서 SWAT모형에서 기저유출을 정확히 해석하고 지하수함양량을 제대로 산정하기 위해서는 실측 경사장에 적용에 따른 모형의 검 보정이 반드시 이루어져야 한다고 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.1955-1959
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• 2009

본 연구에서는 토양층에서 지하수 수리경사와 주 흐름 방향을 산정하여 변동특성을 분석하고, 그 원인에 대해 고찰하였다. 연구부지는 부경대학교 환경연구동 앞 잔디밭이며, 2008년 10월 18일 ${\sim}$ 11월 1일의 기간 중 12일(10월 21, 28일은 관측 못함) 동안 24회 관측되었다. 관측된 지하수공은 9개공이며, 4 m ${\times}$ 4 m의 정방형으로 설계되었다. 지하수위에 의한 수리경사와 주 흐름 방향의 산정은 총 9가지 형태의 평면으로 가정하여 산정하였다. 수리경사와 주 흐름 방향을 산정하기 위한 평면은 모두 9가지 형태로 가정하였다. 첫 번째는 9개공 모두를 이용한 정방형 평면(TW), 두 번째는 6개공을 이용한 4가지 경우의 삼각형 평면(T1, T2, T3 및 T4), 세 번째는 6개공을 이용한 4가지 경우의 직사각형 평면(R1, R2, R3 및 R4)으로 가정하여 각각의 평면에서 수리경사와 주 흐름 방향을 산정하였다. 이상에서 가정된 9가지 평면에서 산정된 평균 수리경사는 0.0094(R2) ${\sim}$ 0.0123(T2)의 범위로 나타났으며, 9개공 모두를 이용한 평면(TW)에서의 평균 수리경사는 0.0109로 산정되었다. 관측기간 동안 T1과 T3 평면의 평균 주 흐름 방향은 각각 -84.9818과 -86.2487로서, 다른 7개 평면의 평균 주 흐름 방향이 79.7045(T4) ${\sim}$ 85.8405(TW)의 범위로 나타난 것과는 반대의 흐름 방향을 보였다. 이러한 결과는, 본 연구에 적용된 수리경사와 주 흐름 방향의 산정기법(Devlin, 2003)이 삼각형 형태의 평면에는 부적합할 수 있음을 보여주는 것이다. 관측기간 중 10월 12일에 내린 소량의 강우(12 mm)에 의한 수리경사와 주 흐름 방향의 변동은 크게 나타나지 않았다. 본 연구에서는 정방형, 삼각형 및 직사각형의 평면 토양층에서 지하수의 수리경사와 주 흐름 방향을 산정하여 전체 및 국부적인 부지에서의 차이를 파악하고, 평면의 형태에 따른 수리경사와 주 흐름 방향의 차이 또한 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1082-1086
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• 2008

소양강댐 유역에서 몇 년간 계속되는 고탁수 문제가 좀처럼 개선되고 있지 않는 실정이다. 탁수발생의 원인은 여러 가지가 있지만 농경지를 중심으로 유입되는 토양유실이 가장 직접적인 원인으로 지적되고 있다. 특히, 고랭지 농경지에서 소득 작물에 대한 연작피해 경감, 작물의 생산성 향상과 농민들의 소득 증대와 연관되어 무분별하게 농경지에 행해진 객토와 농약 및 비료는 수질 악화의 매우 큰 영향을 미치고 있다. 이러한 문제로 인하여, 토양유실량 추정을 위한 여러 모형들이 개발되었다. 이 중, SWAT 모형은 미국 농무성의 농업연구소에서 개발된 유역단위 모형으로 대규모의 복잡한 유역에서 장기간에 걸친 다양한 종류의 토양과 토지이용 및 토지관리 상태에 따른 수문과 유사 및 농업화학물질의 거동에 대하여 예측하기 위해 개발된 모형이다. 이 SWAT모형은 유역내 수문 및 유사 모의시, DEM을 기반으로 유역 평균경사도를 이용하여 경사도-경사장 관계식 산정 경사장을 유역내 모든 수문학적 반응단위 (HRU: Hydrologic Response Unit)의 동일하게 적용한다. 이는 SWAT 모의 유사량과 실측 자료에 있어서 큰 차이를 초래할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 해안면 지역의 모든 농경지에 대해 강원발전연구원에서 전수 조사한 실측 경사장 및 경사도 자료를 반영할 수 있도록 소유역내 모든 HRU에 면적 가중 경사도/경사장을 할당해 주는 프로그램을 개발하여 준분포 모형인 SWAT의 단점을 극복하였다. 그 결과 유출량의 경우 면적 가중 실측경사장 및 경사도를 적용 유무에 따라 월 평균유량 3,951,537 m3/month, 3,953,947 m3/month로 2,410 m3/month의 큰 차이를 보이지 않았지만, 유사량의 경우 면적 가중 실측경사장 및 경사도 적용 하였을 경우 10,826 ton/month 이고, 기존 SWAT 예측 유사량은 월평균 3,642 ton/month으로 7,184 ton/month (66.4 % 차이) 큰 차이를 보였다. 이러한 결과는 SWAT 모형 적용시 경사장 및 경사도 산정에 따라, 유사량이 과소 또는 과대 평가 될 수 있음을 보여준다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.612-612
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• 2012

최근 GIS를 이용하여 수리 수문학적인 지형인자를 생성할 수 있는 Arc Hydro 등의 다양한 GIS 기반 툴들이 개발되어 왔다. 예를 들어 Arc Hydro는 격자형 고도자료인 수치표고모델(Digital Elevation Model)을 통해 수자원에서 필요로 하는 유로연장, 유역경사 등의 지형인자를 산정할 수 있는 기능을 제공해 주고 있다. 하지만 기존의 GIS 기반 툴에서는 Manning의 평균유속 공식 등 하천수리학에서 매우 중요한 인자인 하천경사를 하천망을 따라 산정하고 표출하는 기능이 부족하였다. 또한 하천경사 산정에 사용되는 여러 GIS 툴을 통해서 제공되는 셀 경사 등 지형인자들의 기계적인 적용으로 정확한 하천경사의 산정에 문제가 있어왔다. 본 논문은 이러한 지형인자들의 적용성을 평가하고 다양한 이론적 하천경사 산정법을 GIS 상에 적용하여 상호 비교하여 최적화된 하천경사 산정방법을 제시하고자 한다. 연구 대상유역으로는 제주도를 선정하였으며, 대상 하천은 Arc Hydro를 이용하여 산정된 하천망의 형태를 수자원관리정보시스템(WAMIS), 위성사진 등과 비교한 후 시범 하천(한천)을 선택하여 여러 하천경사 산정법을 적용해 보았다. 적용된 산정법은 총 4가지로 첫 번째 방법은 수치표고모델의 주변 표고를 고려하여 산정된 기울기를 Arc Hydro를 이용하여 산정된 하천을 따라 산술평균하는 방법이며, 나머지 3가지 방법은 하천망을 따라 흐름방향의 거리와 수치표고모델의 표고를 수집한 후에 단순경사방법, 등면적경사방법, 등가경사방법에 적용하는 방법이다. 산정된 하천경사를 상대비교를 하여 대상유역에 대한 비교검토를 실시하였다. 모든 과정은 프로그램 개발을 통해 자동화 시켜 향후 다른 유역의 적용과 변화 가능한 지형정보를 신속하고 효율적인 예측을 가능할 수 있도록 하였다. 또한 주어진 하천망의 두 지점 사이의 종방향 경사를 산정하여 표출하는 기능을 추가하여 하천 경사의 표출방식을 향상시켰다. GIS를 이용하여 산정되어진 하천경사의 적용성이 충분하다면 Manning의 평균유속 공식에 적용할 수 있을 뿐만 아니라 다양한 하천분석이 용이해 질 것으로 예상된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제35권6호
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• pp.715-727
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• 2002

하도구간의 도달시간은 일정 구간별로 하도길이를 홍수가 하류로 유하하는 평균유속으로 나눔으로써 산정 할 수 있으며, 유역추적법에 의한 홍수량 산정 시 필요한 저류상수 등과 매우 밀접한 관계를 가지고 있다. 이러한 도달시간을 산정 할 수 있는 경험공식이 많이 제시되고 있으나 경험공식별로 계산된 도달시간은 일반적으로 큰 편차를 나타내고 있다. 본 연구에서는 100개 이상 하천의 확률홍수량에 대한 수면곡선계산 자료에서 구간별 하도의 평균경사와 평균유속을 수집하였다. 이러한 평균경사와 평균유속과의 관계를 회귀분석한 결과를 살펴보면 동일한 평균경사에서도 평균유속이 많이 산포 되어 있음을 알 수 있으며 이는 지역별 확률강우량의 차이와 하천별 유역면적의 차이 등에 기인한다. 따라서, 지역별 확률강우량의 차이와 하천별 유역면적의 차이에 대한 영향을 제거하는 방법을 개발하여 일반화된 평균경사-평균유속 관계를 제시하였다. 이에 따라 하천종단에서 구간별 평균경사를 산정하면 일반화된 평균경시-평균유속의 관계를 사용하여 일반화된 평균유속을 산정 할 수 있으며, 이를 지역별 확률강우량의 차이와 하천별 유역면적의 차이에 대하여 보정하여 대상하천에 대한 평균유속을 산정하고 이를 이용하여 도달시간을 산정 하게된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.1384-1388
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• 2009

래스터 기반 DEM 모델을 이용한 수문지형인자의 산정은 DEM의 해상도(셀크기)에 영향을 받으며, 이러한 DEM의 해상도에 따른 불확실성은 강우-유출모델의 결과에 전파되어 모델의 모의결과에 오차를 발생시키는 원인이 된다. 또한 흐름경로의 결정은 수문모델링에서 DEM으로부터 수계를 형성하고 유역을 생성 및 분할하는데 있어 결정적인 역할을 하며, 각 셀의 경사는 흐름방향을 결정하고 흐름길이는 흐름경로를 따라 측정된 거리로서 결정된다. 이러한 모든 일련의 과정들은 셀간의 연산을 통해 이루어지며, 이러한 점에서 DEM의 해상도에 따른 DEM 처리연산 및 수문지형인자의 변동성은 중요한 고려사항이라 할 수 있다. DEM의 해상도에 따른 영향을 규명하기 위해서는 주요 수문지형인자를 대상으로 DEM의 해상도에 따른 민감도를 분석하는 것이 일반적이며, 따라서 본 연구에서는 위천, 황강 및 금호강 유역에 대해 DEM의 셀크기에 따른 유역면적, 유로연장과 최원유로연장, 유역평균경사와 같은 수문지형인자의 변동성을 분석하였다. 셀크기가 증가함에 따라 유로연장 및 최원유로연장이 감소하는 추세는 보이고 있지만 셀크기의 증가로 인해 반드시 흐름길이 및 유로연장이 감소 또는 증가되는 것은 아니며, 더 많은 유역에 대한 적용을 통해 유로연장에 대한 변동을 규명할 필요가 있을 것으로 판단된다. 또한 유역평균경사는 대체로 셀크기 $10\sim30m$에서 가장 큰 감소를 보이고 있으며, 셀크기 30m 이상에서는 감소크기가 점차 완만하게 나타난다. 그리고 셀크기가 증가할수록 유역평균경사에 대한 누가빈도곡선의 기울기는 점차 급해지고 누가빈도가 증가할수로 각 셀크기간의 유역평균경사의 감소에 큰 영향을 미침을 알 수 있다. 이는 비록 유역평균경사에 대한 누가빈도분포의 추세가 모든 해상도에 대해 유사하게 나타나고 있지만 급경사부에 대해서는 데이터 축약으로 인해 유역평균경사에 있어 상당한 감소를 발생시킬 수 있기 때문이라 판단된다.

• 한국측량학회지
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• 제11권2호
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• pp.35-41
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• 1993

평균해면은 육지표고의 기준면으로, 지역적인 평균해면차는 측지수준망 설정에 중대한 영향을 미친다. 측지학자와 해양학자들은 동서방향의 평균해면차에 대해서는 견해를 같이 하면서도, 남북방향의 평균해면차에 대해서는 서로 상반되는 견해를 보여왔을 뿐만 아니라, 그 불일치의 원인이 서로 상대방의 수준측량방법에 내재된 정오차에 있다고 주장해 왔다. 해면경사는 각 지역 검조소의 평균해면으로부터 구한 TBM의 높이와 측지수준망에 의해 정해진 그 점의 높이의 차로부터 산정된다. 인천항의 평균해면을 기준으로 하여, 주요 항만에 위치한 검조소의 평균해면과 우리나라 1등 수준망으로부터 연장한 표고차로부터 우리나라 연안의 해면경사를 산정하였다. 본 연구의 결과, 우리나라 연안은 남북방향으로 위도당 5.5cm 북향상승하는 해면경사를 보였고, 동일 위도상에서 동해안이 황해안보다 약 5cm 정도 높은 해면고를 나타내었다. 이런 결과는 잠정적인 것으로, 앞으로 해양 및 기상의 영향이 소거된 엄밀한 의미의 평균해면이 산정된다면, 보다 확실한 해면경사를 추정할 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1558-1562
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• 2007

우리나라 지형은 전체의 70%가 산지로 이루어져 있다. 특히 강원도 지역과 같이 산지가 대부분인 지역에서는 경사도에 따라 강우에 의한 유출특성이 크게 달라질 수 있으므로 지형의 경사가 고려된 유출량 산정방식이 필요하다. 현재 유출량 산정 방식에 많이 이용되고 있는 SCS의 CN값은 미국의 중서부 지역과 같이 경사도 5%미만인 지역에서의 유출량 산정에 적합한 유출곡선지수이다. 경사도 5%에서 유출량 산정에 적합한 CN값을 우리나라의 강원도 지형과 같이 복잡하고 경사도가 심한 지역에 적용하기에는 부적합하다. 따라서 본 연구에서는 연구대상지역인 도암댐 유역의 평균 25.8% 경사도를 고려한 직접유출량을 산정하여 기존 평균 경사도 5%일 때의 직접유출량과 비교분석하였다. 본 연구의 비교분석에 있어서 직접유출의 모의가 가능한 Long-Term Hydrologic Impact Assessment (L-THIA) ArcView GIS 모델을 사용하였고 모델의 적용성 평가를 위해 수문분석에 사용되고 있는 WHAT 모듈을 이용하여 분리된 직접유출과 비교하였다. 그 결과 유출량 산정을 위해 CN값 산정시 강원도 지형과 같이 지형이 복잡하고 경사가 심한 지형에 있어서는 유역의 경사도를 고려하여 유출을 모의해야 한다는 것을 알 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.399-399
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• 2015

밭에서의 비점오염은 경사에 따른 토양유실과 높은 비료 시용량으로 부하가 상대적으로 높아 이에 대한 관리의 필요성이 증대되고 있다. 따라서 본 연구에서는 4개의 강우 사상에 대하여 경사지 밭에서 유출되는 오염물질의 농도와 특성을 파악하여 밭에서의 비점오염 관리의 기초 자료로 제공하고자 한다. 본 연구의 조사 지구는 충청북도 청주시 상당구 미원면 옥화리에 위치한 경사지 밭으로 면적은 0.77 ha이며, 중앙에 위치한 배수로 말단에 삼각위어를 설치하여 4개의 강우사상에 대해 모니터링을 수행하였다. 연구결과 강우사상의 강우량은 17.0~33.6 mm의 범위로 나타났으며, 평균 강우강도는 1.0~4.8 mm/h로 나타났다. 유출률은 3.1~26.8 %로 나타났는데, 선행강우가 높은 강우사상에서 가장 높은 값을 보였다. 오염물질 유량가중평균농도(Event Mean Concentration; EMC)는 TN 5.6~13.1 mg/L(평균 10.8 mg/L), $NO_3-N$ 4.1~12.9 mg/L(평균 9.3 mg/L), TP 0.46~1.34 mg/L(평균 0.8 mg/L), $PO_4-P$ 0.3~0.8 mg/L(평균 0.5 mg/L), SS 1,099~6,547 mg/L(평균 3,438 mg/L) 및 COD 27.1~38.6 mg/L(평균 33.1 mg/L)의 범위를 보였다. TN과 TP의 유량가중평균농도 평균값은 강우시 농촌유역 유출수의 유량가중평균농도인 3.1, 0.3 mg/L보다 높게 나타나 밭으로부터의 유출수가 유역 유출수의 농도를 높이는 것으로 판단된다. 또한 TN 농도는 시비의 영향을 받고, TP 농도는 강우강도와 작물 부분 토양 피복도의 영향을 받는 것으로 나타났다. SS 농도는 평균 강우강도에 비례하는 것으로 나타났다. 강우에 따른 오염물질 농도변화를 보면 TN의 농도는 강우 초기에 높게 나타났으며, 유량이 증가함에 따라 감소하고, 유량이 감소하면서 다시 증가하는 경향을 보였다. TP, SS 및 COD의 농도는 유량이 증가함에 따라 증가하고, 유량이 감소하면서 다시 감소하는 경향을 보였다. 또한, SS의 경우 최대농도가 첨두유량 앞에서 나타나는 초기 세척현상(First flush)을 보였다. 향후 보다 많은 강우사상을 대상으로 밭 유출수의 농도 및 오염부하에 대한 추가적인 모니터링을 통해 오염물질의 유출특성을 파악해야 할 것으로 판단된다.