• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.518-518
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• 2023

자연하천에서 오염물질의 혼합 거동은 비균일한 지형학적 요인으로 인해 매우 복잡한 특성을 나타낸다. 일반적으로 오염물질 거동 모델링에서는 수체에서의 혼합을 Fick의 법칙에 따라 유속에 의한 이송과 난류에 의한 확산으로 계산하고, 국부적인 정체현상 등에 의한 non-Fickian 혼합을 야기하는 하천의 특성을 기하학적 지형 형상으로 구현하여 실제 현상에 근접한 혼합 거동을 재현한다. 하지만 계산의 효율성을 위하여 모델링의 차원을 낮추는 경우, 하천의 지형을 경계조건으로 고려할 수 없게 된다. 특히, 1차원 모델링의 경우 하천의 비균일성을 무시하고 1개의 유선으로 간주하며, 이 경우 non-Fickian 물질이동 해석을 위한 추가적인 현상학적 해석이 필요하다. 지난 50년간, non-Fickian 물질이동 해석을 위한 다양한 현상학적 모형이 제시되어 왔다. 하천을 흐름영역과 정체영역으로 구분하고 두 개의 영역 사이의 물질교환 속도를 모델링하거나, Random walk 개념으로 물질이 이동하는 경우와 이동하지 않는 경우를 확률론적으로 모델링하거나, 물질이 정체되었을 때 다시 빠져나오는 시간을 모델링하는 경우가 그 예이다. 본 연구에서는 선행연구에서 제시한 음함수 형태의 현상학적 모형을 기반으로, 수치적 반복계산 없이 상류 경계에서 임의의 형태의 농도곡선(shape-free breakthrough curve)을 갖는 오염물질운(cloud)이 일정 거리를 유하하며 발생하는 변화를 예측할 수 있는 해를 제시한다. 본 연구의 방법론은 추적법(routing procedure)을 활용한 Fickian 혼합 해석, 전달함수(transfer function) 형태의 정체시간분포 해석, 그리고 라플라스 도메인에서의 해석해 유도를 포함한다. 본 연구에서 제시된 해는 2020년 경상북도 김천시에 위치한 감천의 4.5 km 구간에서 수행한 추적자 실험의 현장 자료를 통해 정확도를 검증하여 타당성을 입증하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.200-200
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• 2021

하천은 용수공급, 관개, 친수활동, 산업활동 등 인간의 활동에 중요한 역할을 한다. 이에 따라 수질관리는 필수적이며 유기물, 중금속, 화학물질 등의 용존물질들은 수질문제에 직접적으로 영향을 미친다. 따라서 하천에서의 용존물질의 혼합 거동을 파악하기 위한 연구가 지난 수십년간 이루어지고 있다. 하천 흐름에 따른 오염물질의 이동 및 확산 거동을 예측하기 위하여 1차원 추적모형이 활용되는데, 그 중 하천저장대 모형(Transient Storage Model, TSM)은 자연하천의 복잡하고 불규칙한 수리·지형적인 특성을 단순하게 반영할 수 있다는 장점때문에 가장 많이 사용된다. 하지만 TSM은 매개변수에 대한 의존성과 불확도가 크며, TSM의 저장대에서의 농도분포에 대한 지수함수형태의 모델링이 하상간극수역(Hyporheic zone)에서의 저장대 특성을 반영하기에 구조적으로 부정확하다는 단점이 제기되고 있다. 최근 이러한 TSM의 단점을 보완하고 하천에서의 저장대 메커니즘을 보다 정확하게 구현하고자 체류시간분포(residence time distribution)를 이용한 확률론적 저장대 모델링 프레임워크가 등장하고 있다. 본 연구에서는 본류대와 저장대에서의 오염물질의 체류시간분포를 분리하여 해석하고 이를 전달함수(transfer function)를 이용한 합성곱으로 결합한 형태의 프레임워크를 적용하여 모델링하였다. 상기의 모형을 검증하기 위하여 2019년 감천의 4.85km 구간에서 추적자 실험을 실시하였다. 실험 당시 유량은 12.9 m³/s로 풍수기에 해당되며 평균 유속은 약 0.6 m/s로 측정되었다. 모형의 매개변수는 추적자 실험으로부터 최적화 기법을 통해 역모델링기법으로 결정하였다. 제안된 모형에 의한 모의 결과를 추적자 실험에서의 농도측정자료와 비교한 결과, 평균 0.988의 결정계수를 보여 매우 높은 정확도를 보이고 있음을 알 수 있었다. 저장대특성을 나타내는 농도곡선의 꼬리부에 대하여 같은 조건에서 1차원 이송-분산(ADE) 모형, TSM의 모의결과와도 비교한 결과 본 모형은 추적자 실험 농도측정 결과와 평균 0.195의 오차율을 보이며, 이는 ADE 모형과 TSM의 오차율인 14.03과 1.866에 비해 매우 정확한 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.205-205
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• 2011

우리나라의 중소하천에는 하상경사 조정과 농업용수 확보 등의 목적으로 많은 보가 설치되어 있다. 하천에 보를 설치하면 보를 기준으로 상 하류의 흐름특성이 변하고, 홍수시 소통이 원활하지 않아서 제방이 붕괴되는 등의 피해를 발생시킨다. 또한 유입유사의 흐름을 차단하여 상류단에 퇴적이, 하류단에는 침식을 발생시켜 하상변동이 일어나게 된다. 하상변동은 단기적으로는 하천에서의 취수, 배수와 주운 등 하천관리에 직접적인 영향을 주고, 장기적인 면에서는 하천 시설물의 안정, 홍수위 및 지하수위의 변화, 하천부지의 변화 등 하천 및 유역관리에 광범위한 영향을 주고 있다. 따라서 하천의 유황 및 하상재료의 인위적인 변화에 의한 하상변동을 예측하고 분석하는 것은 하천계획 및 운용 관리면에서 매우 중요하다. 본 연구는 경안천 유역에 설치된 보를 대상으로 설치 전의 지형자료 및 수리학적 자료를 이용하여 모델링을 하였고, 이를 토대로 설치 후의 수리학적 특성 및 하상변동을 분석하였다. 모델링은 종 횡단으로 모의할 수 있는 2차원 유한요소모형인 RMA-2를 이용하여 보를 설치하기 전 후의 수위, 유속 등의 흐름특성을 모의하였고, SED-2D를 이용하여 하상변동 특성을 비교 분석하고자 하였다. 그 결과 경안천 유역에 설치된 보로 인해 보의 상류단에서는 수위가 상승하고 유속이 감소하는 경향을 나타내고, 유사의 퇴적으로 인해 하상 상승이 발생하였다. 또한 보의 하류단에서는 보월류시 유속이 증가하여 수위가 하강하는 흐름특성을 보였고 침식이 발생하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.287-287
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• 2017

강원도 산지로부터 발원하여 동해안으로 유입되는 산지하천의 경우 경사가 급하고 유로연장이 짧아 집중호우시 유사가 하류로 빠르게 이동하는 특징을 가지고 있다. 특히 동해안과 만나는 하천의 하구부에서는 하천유황과 흐름에 따라 침식과 퇴적을 반복하며 퇴적토사가 계절변화에 따라 증가하여 하구폐색현상이 발생하는 곳이 많다. 이러한 하구폐색현상은 하천 환경적으로 위험지역을 형성하여 하천생태계를 위협할 수 있고 하천유량의 원활한 소통에 방해요인으로 작용되어 재해발생 가능성을 증대시키기도 한다. 본 연구대상지역인 강원도 삼척시 가곡천은 동해안으로 유입되는 하천으로 하구부에는 경관가치가 뛰어난 솔섬이 위치하고 있으며, 모래사장으로 이루어진 해변으로 연결되어 있어 유량의 변화에 따라 주기적으로 하구폐색이 이루어지고 있다. 이에 본 연구에서는 하구폐색에 따른 하천형태학적 측면의 수리특성 파악을 위해 장기간 동안의 하천모니터링 작업과 수치모델링을 수행한 결과, 하구의 폐색현상이 하천에서 댐의 역할을 하여 기점수위를 증가시키고 일정수위이상 도달하였을 때 하구가 개방됨에 따라 수리특성이 급격히 변화하여 솔섬 지형에 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 하구가 개방되었을 때의 방향에 따라 솔섬주변 지형에 대한 침퇴적 양상 및 수리특성이 크게 달라지는 것으로 분석되었다.

• Proceedings of the Korean Society of Soil and Groundwater Environment Conference
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• 2004.04a
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• pp.366-369
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• 2004

조석의 효과가 대수층에 미치는 해안대수층에서 지하수-기표수 상호작용에 관한 모사를 위해 수치모델링을 이용하였다 모사에 사용한 모델은 하천경계와 해안경계가 서로 직교하며 하천은 대수층을 부분 관통하고 있다. 해안경계와 하천경계에 의한 동시영향을 함께 모사한 결과, 해안경계에 의한 효과는 일정한 범위까지만 나타났으나, 하천경계에 의한 영향은 시간의 증가에 따라 영향범위가 넓어졌다. 하천경계와 해안경계조건이 만나는 부근에서는 해안경계에 의한 지하수위의 반복적인 상승과 하강으로 인해 두 경계조건에 의한 지하수위가 상호 상승작용을 일으키기도 하고 상호 상쇄되어 지하수위의 변화가 없는 엉역이 나타나기도 한다. 따라서 이러한 하천과 해안경계조건이 상호 교차하는 주변 대수층에서의 수위를 측정하여 해안대수층에서의 수리상수를 추정하면 수리확산계수를 과대 혹은 과소평가하는 오류를 범할 수 있으므로 주의를 요한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.82-82
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• 2020

수리모델링은 유사나 유사량에 따른 하상의 변화를 구현하고 예측하는데 활용하고 있다. 만약 수리모델링을 하천의 생태적 구조나 기능과 연계하여 해석할 수 있다면, 수리학적 모델의 활용 가능성은 무궁무진해 질 수 있다. 본 연구에서는 동일한 시기의 항공사진 영상과 하천단면 자료를 활용한 수리모델링 모의 결과를 이용하여 서식처 구조를 각각 분류하고, 비교 검토하여 수리모델링 모의 결과에서의 서식처 분류 방안을 제안한다. 대상지는 한국의 금강 지류인 갑천 약 2 km 구간이며, 2012년도의 항공사진과 Nays2D모델을 이용한다. 서식처는 여울, 소, 사주 위 웅덩이, 사주부 정수역(backwater) 등으로 구분한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.345-345
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• 2020

우리나라는 물산업 강국 도약을 위한 글로벌 경쟁력을 갖추기 위해 2015년 세계물포럼 이후 복합 수재해 대응과 능동적 하천관리 분야가 중요시되고 있다. 기존의 하천관리는 수위관측소 및 하도계획을 중심으로 이루어져왔으나 최근에는 항공측량, 드론 등 원격관리시스템에 기반을 둔 하천 통로에 대한 입체적인 3차원 관리로의 인식 전환이 고려되는 추세이다. 대부분 수위 및 하도를 중심으로 한 조사방식은 계측장비, 인력, 시간 등 많은 소요비용이 필요하게 되어 급변하는 하천 공간 조사 기술로 제한적 요소가 많아 현재의 하천조사 시스템으로는 하천관리에 필요한 데이터를 환경변화에 맞추어 신속하고 정확하게 취득하기가 어려운 실정으로 하천관리 고도화를 위해 필요한 자료를 적기에 신속하고 효율적으로 구축할 수 있는 기술 개발 필요한 실정이다. 사회 환경의 발달로 급변하는 환경에 맞는 적정한 하천관리를 위해서는 유역 및 하천에 대한 수문정보 생산 및 하상변동조사가 필요하고 첨단기술(ICT)을 활용하여 조사의 효율성, 안전성 및 정확성을 높일 필요성이 있다. 한편, 하천유역조사는 하천유역에 대한 다양한 정보 수집을 목표로 하나 그간 유역조사에 대한 체계적인 연구가 이루어지지 않아 수요자의 요구 자료 제공이 미흡한 실정이다. 최근 수심, 하상, 하천재료 등 하천법에 규정된 측량은 현장 직접계측을 통해 실시되고 있으며 측량의 공간적·시간적 범위의 변동으로 기존 방식의 비용이 급증하게 되어 신기술을 통한 효율화가 필요한 실정이다. 현재 하천조사를 위해 위성 및 유인항공기 등 다양한 방법이 활용되고 있으나 고빙용을 수반하고 위성영상은 공간해상도가 낮아 폭이 좁은 하천에 적용하는데 한계가 있다. 또한, 폭이 좁고 길게 형성된 하천의 특성상 항공측량 보다 드론이 효율적으로 드론에 레이저 광선으로 지형을 측량하는 장비를 탑재해 3차원 지형을 측량하는 방법이 유리하다. 따라서 본 연구에서는 동진강 상류 하천을 대상으로 드론을 활용할 경우 투입인력 및 소요시간 절감, 장비 및 인력 진입 불가지역에 대한 정보획득, 높은 공간해상도, 항공측량 대비 경제성이 높은 것으로 판단되어 드론을 활용하여 하천지형 모니터링을 실시하여 유역관리 및 수질모델링에 필요한 지도 생성 및 유역의 공간 정보를 획득하여 향후 유역관리 모형의 기초자료로 활용하고자 하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.674-679
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• 2008

수질모델링은 제한된 공간에서 실측된 자료를 바탕으로 임의지점에서의 수질을 예측하는 것으로서 수체로 유입되는 오염원의 변화에 대한 수질의 변화를 예측, 장래 개발계획 및 수질정책에 대한 영향평가 등에 활용될 수 있다. 하천 및 호소로 유입되는 오염물질을 통제하고 과학적으로 관리하기 위해서는 수질모델링 과정을 정확히 이해하고 관련모델을 적절히 적용하여야 한다. 최근 수질오염총량제가 시행되고 있는 시점에서 지자체간 갈등을 줄이고 지역의 균형발전을 위해서는 합리적이고 과학적인 수질모델링 과정이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 금강 수계 미호천의 지류인 보강천을 대상으로 QUAL2E 하천수질모형을 구축함으로써 해당 수계에 인접한 지자체들이 원활이 수질오염총량관리제도를 시행할 수 있게 정확하고 합리적인 수질예측 결과를 제시하고자 한다. 본 연구에서는 QUAL2E 하천수질모형을 구축하기 위해서 유량자료는 2007년 10월부터 12월까지 총 8회에 걸쳐 측정한 유량 데이터를 이용하였고 수리계수는 보강천 하천정비기본계획(건설교통부, 1991)에 실려있는 하천단면 자료를 이용한 HEC-RAS 수리모형을 이용하여 산정하였다. 하천 수질 자료는 2007년 10월부터 12월까지 총 8회에 걸쳐 유량과 함께 측정한 수질자료를 이용하였고 유달계수는 S. R. HA and M. S. Bae(2003, 2004, 2005, 2006), 박정하 등(2007)이 제안한 방법을 이용하여 산정하였다. 분석 결과, 보강천에 영향을 미치는 지자체는 증평군, 진천군, 괴산군, 음성군이며 그 중 유역면적을 많이 차지하고 있는 증평군과 진천군의 영향이 큰 것으로 나타났고, 미호천 하류에 위치한 미호B 목표수질관리지점의 목표수질인 4.3 mg/L BOD를 만족하는 것으로 분석되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.316-316
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• 2012

본 연구에서는 국립환경과학원에서 체계화된 유역 및 하천환경 DB 구축을 통해 국내 모든 하천에 대한 수리 수문학적 기초자료를 표준화기 위해 만들고 있는 한국형 Reach File을 통하여 경안천 유역에 대해 QUAL2E 모형을 이용하여 수질모의 하고자 한다. 수질 모델링의 적용 사례를 살펴본 바에 따르면 하천을 모델링하기 위해서는 현장 특성 자료의 중요성, 특히 하천수리특성에 관련된 기초 자료의 가용성 여부가 모형의 성패에 매우 중요한 역할을 함을 알 수 있다. 유량, 유속 및 폭과 깊이로 대변되는 하천 지형은 물질 이송에 대한 주요 외력 함수이며, 다른 모든 예측치 들은 이들에 의존적일 수밖에 없다. 따라서 이들의 정확한 표현은 올바른 수질 예측에 있어서 필수적이다. 국립환경과학원에서 구축하는 한국형 Reach File에는 도형 및 속성자료를 설계하였을 뿐만 아니라, 각 수계별 주요하천에 대한 Reach별로 하상단면정보 및 수리계수를 DB화하여 관리하고 있기 때문에 대상 하천의 유량, 유속 및 수심자료를 일괄적으로 제공을 하고 있다. 본 연구에서는 한국형 Reach File을 통하여 경안천유역의 수질을 모의하였다. Reach File에는 경안천 유역의 Reach 별로 수리학적 특성인 하천연장, 하상경사, 조도계수, 수리계수등 QUAL2E 모델의 입력자료등을 제공해 줌으로써 수질모의 과정의 정량화 및 간편화를 가능하게 하였다. 또한 효율성 증대에 기여하는 바가 클 것으로 예상되며 2013년 6월부터 시행되는 한강수계 수질오염총량관리 의무제 시행과 관련하여 보다 과학적이고 정확한 모델링 결과 도출이 가능할 것으로 판단된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.45 no.1
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• pp.1-13
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• 2012

Various input data required for water quality modeling have considerable impacts on modeling results and relevant analysis due to the absence of data standardization and lack of data accuracy. With this in mind, this study mainly focused on the designing Korean Reach File for more effective water quality modeling through the supply of database composed with accurate hydraulic and hydrologic data. The Korean Reach File is the hydraulic database with the locational information of individual reaches, and each reach represents the stream reach of homogeneous hydraulic characteristics. In detail, it has reach code designating each stream reach, and topological information including catalog unit, segment, marker and index. It was also designed considering linkage of existing codes such as stream name and stream code. The devised reach code was implemented to Kyungan River at the City of Gwangju of Kyunggi Province and the results showed that the reach code could effectively support the input database integrating basic numerous data required for water quality modeling based on a criterion as well as easier linkage and utilization with existing database. In addition, more systematic water quality management was enabled through the linkage of existing data such as treatment facilities, pollutant data, and management institutes using the reach codes defined for each stream section. In the future, more efforts need to be made to adopt the reach code as the national standard data thereby enabling utilization of numerous relevant database through the assigning of reach code to individual stream reaches nationwide.