• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.116-116
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• 2021

자연 하천에서의 부유사 농도 계측은 주로 재래식 채집방식을 활용한 직접계측 방식에 의존하여 비용과 시간이 많이 소요되며 점 계측 방식으로 고해상도의 시공간 자료를 측정하기엔 한계가 존재한다. 이러한 한계점을 극복하기 위해 최근 위성영상과 드론을 활용하여 촬영된 다분광 혹은 초분광 영상을 통해 고해상도의 부유사 농도 시공간분포를 측정하는 기법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만, 다른 하천 물리량 계측에 비해 부유사 계측 연구는 하천에 따라 부유사가 비균질적으로 분포하여 원격탐사를 통해 정확하고 전역적인 농도 분포를 재현하기는 어려운 실정이다. 이러한 부유사의 비균질성은 부유사의 입도분포, 광물특성, 침강성 등이 하천에서 다양하게 분포하기 때문이며 이로 인해 부유사는 지역별로 다양한 분광특성을 가지게 된다. 따라서, 본 연구에서는 이러한 영향을 고려한 전역적인 부유사 농도 예측 모형을 개발하기 위해 실내 실험을 통해 부유사 특성별 고유 분광 라이브러리를 구축하고 실규모 수로에서 다양한 부유사 조건에 대한 초분광 스펙트럼과 부유사 농도를 측정하는 실험을 수행하였다. 실제 부유사 농도는 광학 기반 센서인 LISST-200X와 샘플링을 통한 실험실 분석을 통해 계측되었으며, 초분광 스펙트럼 자료는 초분광 카메라를 통해 촬영한 영상에서 부유사 계측 지점에 대한 픽셀의 스펙트럼을 추출하여 구축하였다. 이렇게 생성된 자료들의 분광 다양성을 주성분 분석(Principle Component Analysis; PCA)를 통해 분석하였으며, 부유사의 입도 분포, 부유사 종류, 수온 등과의 상관관계를 통해 분광 특성과 가장 상관관계가 높은 물리적 인자를 규명하였다. 더불어 구축된 자료를 바탕으로 기계학습 기반 주요 특징 선택 알고리즘인 재귀적 특징 제거법 (Recursive Feature Elimination)과 기계학습기반 회귀 모형인 Support Vector Regression을 결합하여 초분광 영상 기반 부유사 농도 예측 모형을 개발하였으며, 이 결과를 원격탐사 계측 연구에서 일반적으로 사용되어 오던 최적 밴드비 분석 (Optimal Band Ratio Analysis; OBRA) 방법으로 도출된 회귀식과 비교하였다. 그 결과, 기존의 OBRA 기반 방법은 비선형성을 증가시켜도 좁은 영역의 파장대만을 고려하는 한계점으로 인해 부유사의 다양한 분광 특성을 반영하지 못하였으며, 본 연구에서 제시한 기계학습 기반 예측 모형은 420 nm~1000 nm에 걸쳐 폭 넓은 파장대를 고려함과 동시에 높은 정확도를 산출하였다. 최종적으로 개발된 모형을 적용해 다양한 유사 조건에 대한 부유사 시공간 분포를 매핑한 결과, 시공간적으로 고해상도의 부유사 농도 분포를 산출하는 것으로 밝혀졌다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.407-407
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• 2011

강원도의 경우 대부분의 지형이 산지로 이루어져 있으며 2002년, 2003년과 2006년에 대규모 태풍 및 집중호우에 의해 많은 재산피해와 인명피해를 입었다. 특히 인제지역은 2006년 7월 태풍에 위니아와 빌리스로 인해 많은 산사태와 토사재해가 발생하였다. 피해원인을 분석해 보면 집중호우에 의해 산지 지역에 위치한 소하천으로 많은 양의 토사와 암설류등의 유입으로 인해 피해가 가중되었으며 이러한 토사재해의 특성과 요인을 분석하기 위해 최근 GIS 및 원격탐사를 이용하여 많은 연구들이 진행되고 있다. 본 연구에서는 토석류 발생유역의 특성을 조사하기 위하여 토석류 발생 전후 영상을 토대로 재해 발생지역을 추출하여 디지타이징하고, GIS를 이용하여 토석류 발생지역의 DEM 생성 및 대상 유역을 추출하고 공간자료를 수집하여 토석류 발생영역별 수문학적, 지형학적 분석을 실시하였다. 그 결과를 토대로 토석류 발생유역을 발생부, 유하부, 퇴적부로 분류하고 구간별 경사 분포와 토석류 및 산사태 발생지점과 하천의 거리, 면적 등을 고려한 상관관계 분석결과 유역의 경사와 하천과의 거리가 높은 상관성을 나타내었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.203-203
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• 2011

최근 들어 기후변화에 따른 강우패턴이 바뀌고 각종 하천개발이나 토목공사, 농경지, 경작지 등의 객토 등으로 인해 매년 탁수의 발생이 크게 증가하고 있는 추세이다. 특히 여름철 집중강우의 영향에 따라 상류지역 하천에서 발생하는 부유물질은 호수로 유입되어 장기간 체류하며 심각한 오염원으로서 수중생태계에 치명적인 영향을 주고 있다. 또한 하천과 호수의 상류지역의 농경지나 경작지에서 발생된 부유물질에는 과도한 비료의 사용으로 입자표면에 많은 인을 포함하고 있어 호수 수질악화 및 부영양화의 직접적 요인이 되고 있다. 이에 따라 세계 각국에서는 부유물질은 오염원뿐 아니라 생태계에 영향을 주는 인자로서 엄격히 규제하고 있으며, 특히 농업지역이 많은 하천에 대해서는 유역전체를 대상으로 부유물질에 대한 총량관리를 적용하고 있다. 그러나 우리나라의 경우 하천 수질기준 1급수의 부유물질 농도는 25 mg/l 로서 이는 선진국과 유사한 기준이나 실질적으로 규제가 어려운 실정이다. 수환경에서의 부유물질이란 수체 내 존재하는 유기성, 무기성 물질로써 입자 지름이 2mm 이하의 물에 용해되지 않는 물질을 말하는 것으로, 물의 탁도를 유발시키는 원인이 되며 빛을 차단하여 수생태계에 악영향을 초래한다. 국내 132개 하천을 대상으로 부유물질의 농도와 어류의 종 다양성간 상관성을 조사한 결과, 부유물질의 농도가 15 ~ 20 mg/l 이상에서 종 다양도는 1.0 이하로 급감하는 경향을 보였다(최재석 등, 2004). 한편, 대청호는 1975년부터 1980년에 걸쳐 건립된 저수 면적 $72.8km^2$, 저수량 15억톤의 인공호수로 우리나라 3번째 규모의 인공호수이다. 특히, 대전 및 청주지역의 식수는 물론, 생활용수 및 공업용수를 공급하는 중요한 수자원으로서 부유물질에 대한 모니터링 및 관리가 시급하나 저수 용량이 크고 체류시간이 길어 여름철 부영양화가 매년 반복되고 있다. 따라서 본 연구에서는 부유물질의 농도 변화에 따른 분광반사 특성을 조사하고, 이를 대청호의 Landsat 위성영상에 적용하여 대청호 내 부유물질의 농도변화를 추정하였다. 이와 함께 부유물질 농도 변화에 따른 탁수 환경 모니터링에 원격탐사 기법이 효과적임을 제시하고자 하였다.

• 대한원격탐사학회지
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• 제34권2_1호
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• pp.179-190
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• 2018

본 연구는 하천 유역의 정비사업 전 후의 토양유실위험도를 비교하기 위하여 GIS 및 디지타이징 자료를 토대로 수정범용토양유실공식(RUSLE)을 활용하여 분석하였다. 토양유실량을 파악하기 위하여 토지피복지도, 지형도, 토양도, 강수량 등의 자료들을 이용하였으며, 금호강 유역의 수변지역을 범위로 디지타이징한 후, 유역을 행정구역 단위로 분할하여 분석하였다. 하천 정비 전('8)과 후('16)로 토양유실이 전혀 일어나지 않는 지역(클래스 1)에서 심하게 일어나는 지역(클래스 5) 등 총 5단계로 구분하여 분석한 결과, 사업('16) 후 전체지역에 대하여 1, 5 클래스는 감소, 2~4 클래스는 증가한 것으로 나타났다. 대구와 영천은 5 클래스의 면적이 감소하였고, 경산은 5 클래스의 지역이 존재하지 않았다. 이러한 원인은 공원조성과 인공시설물 확대, 농경지 감소 등으로 인하여 5 클래스의 지역이 감소한 것으로 판단되며, 수변지역의 준설 및 공원조성을 위한 하안선 단순화는 하천 유량 및 유속에 의한 토양유실량 증가가 일어난 것으로 추정된다.

• 대한원격탐사학회지
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• 제21권4호
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• pp.253-271
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• 2005

Landsat 시계열 영상과 실측수온자료를 이용하여 한강 수계 댐호들의 표면수온과 계절적 성층현상을 분석하였다. 1994년에서 2004년까지 29회에 걸쳐 얻어진 Landsat-5, 7 열적외선 영상으로부터 NASA 경험식을 이용하여 호수의 표면수온을 추출하였고, 이를 하천형 댐호인 파로호, 춘천호, 의암호, 청평호, 팔당호의 표층수온, 그리고 호소형 댐호인 소양호의 상층수온(수심 10m) 자료와 비교하였다. 십 수 년간 매월 1회 측정된 수온자료를 위성관측 날짜에 보간하여 사용하였음에도 불구하고, 하천형 댐호들에서는 수온오차(위성관측수온-실측보간수온)의 표준 편차가 $2^{\circ}C$ 이하인 영상이 94개로서, 새로운 통계적 대기보정을 적용할 수 있었다. 실측보간수온과 위성관측수온의 상관계수는 소양호가 0.915 (대기보정 후 0.950), 다른 호수는 0.951-0.980 (대기보정 후 0.979-0.997)로서, 높은 상관성을 보여주었다. 이는 수심이 얕고 인위적인 물의 유입과 유출이 연중 계속되는 하천형 댐호의 표층에는 혼합층이 상시 존재하고 수온의 일변화 및 월변화가 비교적 연속적이기 때문인 것으로 해석되었다. 그러나 소양호에서는 4-7월에 위성관측수온이 실측보간수온보다 $3-5^{\circ}C$ 더 높게 나타나는 이상 수온오차가 관찰되었다. 한강 수계의 최상류에 위치하며 수심이 깊고 자연적인 유입량만이 존재하는 소양호에서 이 시기는 상층수의 물리적 혼합현상이 없이 매우 안정적이고, 일조량 증가에 따라 호수 상층부에 수온약층이 발달하기 때문에, 수심 10m에서 측정된 실측수온보다 위성으로 관측된 표면수온이 연중 비교적 건조한 이 시기에 더 높게 나타나는 것으로 밝혀졌다.

• 한국방재안전학회논문집
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• 제14권1호
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• pp.41-50
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• 2021

하천 제방 변위를 사전에 예측하는 방안으로 본 연구에서는 InSAR 기법 중 Differential Interferometry(D-InSAR) 기법을 이용하여 2020년 여름 발생한 남원시 금곡교(섬진강) 인근의 제방 붕괴 지역에서 취약지점을 확인하였다. 2020년 봄과 여름 각각 5장의 sentinel-1 영상과 위성 영상 전처리 도구인 SNAP을 사용하여 2020년 8월 8일 제방 붕괴 전까지의 발생한 변위를 분석한 결과, 붕괴 발생 지역의 변위 변동성지수(Variation Index), V 가 상대적으로 크게 발생하였으며 이를 통해 붕괴 전조증상을 확인할 수 있었다. 향후에 산출한 변위를 분석한 결과와 유역의 지하수위, 기온, 수위, 토양도 및 토양 수분도와 같은 수문기상학적 요인과 상관관계를 분석하여 하천 제방의 모니터링 시스템을 구축할 수 있다면 기존의 하천 제방 유지·보수 점검 시스템의 많은 한계점을 극복하고 초정밀, 자동화된 하천 제방 유지관리 기술 고도화와 국가 재난관리의 향상이 가능할 것으로 기대한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.161-161
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• 2020

최근 기후변화와 여름철 고온 등으로 인한 녹조현상, 화학물질 및 유류 유출 등 화학사고로 인한 하천의 수질오염과 관련된 사회적 관심이 높아지고 있다. 특히, 화학사고로 인한 유해화학물질 유출은 인체에 접촉 시 악영향을 끼치며, 대기·수질·토양을 오염시키고 주변 농작물의 변색이나 괴사를 유발하는 등의 피해를 야기하기 때문에 적절한 조치와 대응이 필요하다. 환경부에서는 유해화학물질 유출사고로 인한 국민건강 및 환경상의 위해를 예방하기 위해 화학물질관리법과 화학물질 등록 및 평가에 관한 법률을 제정하여 유해화학물질을 관리하고 화학사고에 대응하고 있다. 그러나, 화학사고 발생 시 공장 인근의 먼지, 악취 등을 감시하기 위해 현장인력에 의존하거나 화학물질의 유출이 우려되는 곳에 제한적으로 검출센서를 설치해 사고를 감시하고 있어 검출센서 미설치 지역에 대한 능동적 탐지가 어렵고, 화학물질의 공간적 분포 탐지가 불가능하여 초동 대응에 한계가 있다. 한편 최근 초분광 영상을 활용하여 물질 고유의 분광특성을 분석함으로써 토지피복, 식생, 수질 등의 식별에 활용되고 있다. 따라서 초분광 센서를 활용한 화학물질 감지 가능성도 보여주고 있지만, 초분광 센서를 활용한 하천의 화학물질 감지를 위한 연구는 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 유해화학물질 18종을 대상으로 초분광 영상을 이용한 상호 구분이 가능한 지 확인하고자 해당 유해화학물질의 초분광 영상을 촬영하여 분광라이브러리를 구축하였다. 또한 물질별 특성을 보이는 분광밴드의 범위를 지정해 특성 분광라이브러리를 구축하였으며, 해당 과정에 대한 표준 및 절차를 제시하였다. 본 연구에서 제시한 절차에 따라 18종의 유해화학물질 분광라이브러리와 특성 분광라이브러리를 구축한 결과, 유해화학물질의 식별 가능성을 확인하였다. 향후 연구를 통해 유해화학물질 분광라이브러리 데이터베이스를 확대하고, 실시간 모니터링에 적용할 경우 신속한 화학사고 발생여부 감지 및 대응에 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국지리정보학회지
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• 제15권1호
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• pp.87-98
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• 2012

하천 유역에서 하천 경계선(river boundary) 은 하천의 물길을 따라 흐르는 물과 육지의 경계를 의미한다. 하천 경계선 매핑은 하천 유역의 지형적인 변화를 탐지하고 홍수 예방을 위해서 중요하다. 하천 유역의 지표면의 불균일성과 하천 수위의 실시간 변화 등으로 인해 발생하는 하천 유역의 침식 작용 등의 요인으로 인해서 기존의 지반조사 기술은 하천 경계선을 매핑 하는데 효과적이지 않다. 공간 정보 자료는 해당 지역에 접근하지 않고도 해당 지역에 관한 지형적인 정보를 획득할 수 있어서, 하천 지형 조사 및 하천 측량 등 하천 유역의 지형연구에 굉장히 유용하게 쓰일 수 있다. 본 연구에서는, 원격탐사 기술에서 대표적으로 사용되는 공간 정보 자료들인 항공 라이다 자료(airborne LiDAR data)와 항공사진(aerial photograph) 들을 활용하여, 에지 검출기법(edge detection algorithm) 및 영상 분할 기법(image segmentation algorithm) 등의 디지털 영상 처리 기법 등의 방법을 적용하여 3차원 하천 경계선을 매핑하는 방법을 개발하였고, 주어진 기준선을 따라 결정된 점검 지점들로부터 추출된 하천 경계선까지의 수평 및 수직 거리의 절대값을 계산하여 정확도 측정을 하였을 때, 본 연구에서 제시된 방법을 이용하여 추출된 3차원 하천 경계선은 높은 수직 및 수평 정확도를 가짐을 보여준다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.99-99
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• 2011

최근에 미국에서 출범한 수질 교환 법은 수질기준을 혁신적인 접근방법으로 만족시키는 법이다. 이 법안은 수질기준을 초과하지 않는 조건에서 한 유역 안 다른 지점들의 점 오염과 비점오염 배출의 교환을 허용한다. 이 법안을 적용하기 위한 방법을 도출하기 위하여 많은 시험 프로그램을 운영하고 있지만 여전히 실제 교환은 상대적으로 적게 이루어지고 있다. 또한 하천내의 비 점오염량의 불확실성으로 인하여 교환 지점을 선정하고 적용하는 데에 큰 어려움이 있다. Hydrological Simulation Program-Fortran (HSPF)은 Soil and Water Assessement Tool (SWAT)과 함께 미국 하천 모델링에 많이 쓰이는 유역 모델로써 특히 HSPF는 각각의 토지 피복도의 퍼센트 투수량을 지정함으로써 도시지역의 유출량을 시뮬레이션 하는데 강점이 있다. 미국 중서부 미조리 주의 퍼시픽시를 포함하고 있는 Brush Creek 유역을 선택하여 퍼시픽시의 도시화 증가로 인한 Brush Creek 유역의 상류와 하류지역의 유출량 및 Sediment 변화를 예측하여 수질관리법을 적용하는 방법을 연구하였다. 이 연구의 특징은 원격탐사 이미지 (QuickBird)로 구현한 최근의 토지 이용을 미래의 도시지역으로 전환한 토지이용도를 사용함으로서 특정 유역을 가장 정확하게 이해하는 시뮬레이션을 가능하도록 한다는 점이다. 각각의 토지이용에서 도시화가 3가지의 강도를 가지고 진행된다는 시나리오를 이용하여 모델링을 하였고 이로 인해 계산된 유출량과 Sediment 양을 이용하여 각각의 토지이용 변화 별 수질 교환단위를 도출 하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.282-282
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• 2023

도시침수와 도시열섬 등 도시화 및 기후변화로 인한 물 및 환경문제에 대비하기 위해서는 고해상도 물순환 및 열순환 해석 기술이 필수적이다. 도심지의 고밀도 건축물 및 식생 등 다양한 토지피복의 조합은 물/열 순환에 직접적인 영향을 미치는 요인이며, 물리과정에 대한 이해를 높이기 위해서는 고해상도 모의 및 관측이 필요하다. WRF-Hydro는 침투 및 증발산, 열 순환, 지표와 하천 및 저수지 추적 등 여러 물/열 순환 요소 해석 모듈을 연동할 수 있는 공간분포형 수문 해석 시스템이다. 본 연구에서는 WRF-Hydro를 기반으로 낙동강 지류인 금호강 유역에 대한 고해상도 물순환 및 열순환 모형을 구축하여, 토양수분, 하천 유량, 지표온도, 증발산 등 수문 요소 해석 결과를 분석한다. WRF-Hydro 모형의 입력자료 구축 시 고해상도 토지피복 및 토양도를 적용하고, 기상자료에는 국내 지상관측자료와 국외 재분석자료를 비교, 분석하여 자료의 신뢰성을 분석한다. 또한, ECOSTRESS 등 고해상도 원격탐사자료로부터의 열, 증발산 관련 추정 자료를 모의 결과와 비교하여, 열순환 해석의 불확실성을 평가한다. 물순환과 열순환의 해석의 신뢰도를 동시에 향상하기 위한 분포형 모형의 구축 및 매개변수 보정 방안에 대해 토의한다.