• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.258-258
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• 2022

물넘이 형식에는 수문과 밸브로 조절할 수 있는 조절형식, 개수로 및 관수로 형식의 자연적으로 수위조절이 되는 비조절형식, 레버린스(Labyrinth), 피아노건반(Piano Key Weir), 사이펀(Siphon) 등의 특수형식으로 구분할 수 있다. 이 중에서 피아노건반 물넘이는 레버린스 물넘이를 피아노건반 모양으로 개량한 것으로 2003년 알제리 Biska 대학의 Quamane 교수에 의해 제안되었다. 제한된 물넘이 폭에 물넘이의 길이를 연장하여 방류능력을 증가시키는 효과를 나타내는 물넘이 형식으로 여수로의 월류수심을 낮게 유지하면서 방류량을 증가시킬 수 있다. 피아노건반 물넘이는 2006년에 프랑스에서 최초로 적용되었으며, 현재까지 약 30여 지역(프랑스, 베트남, 호주 등)의 댐에 적용되었다. 본 연구에서는 국내 저수지를 대상으로 여수로에 피아노건반 물넘이를 적용하여 방류능력과 수리적 안정성 검토를 위해 농어촌연구원 국제융합수리시험센터에서 수리모형실험을 수행하였다. 농어촌연구원은 2018년도에 기존 수리모형실험 시설을 확장하여 가로 250m, 세로 102m의 국내 최대규모의 실내 수리모형실험 시설을 준공하였고, 대형유사순환수로, 고정식 급경사수로, PIV 전용실험수로 등 기능별 7종의 실험수로를 갖추고 있다. 수리실험은 Froude 상사에 의한 축척을 적용하여 모형을 제작하였고, 기존의 수리시설과 하류하천까지 포함하여 70m(L)×20(B)×2m(H) 규모이다. 실험은 유량을 다양하게 변화시키면서 수위-방류량을 검토하였고, PMF 홍수위에서 방류량이 배제 가능한지 검토하였다. 또한, 물넘이의 안정성 검토를 위한 접근유속을 게측하였고, 물넘이를 통해 월류하는 흐름의 유황을 분석하여 수리학적으로 안정한 흐름이 발생하는지 검토하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.41-41
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• 2020

국토해양부의 수자원장기종합계획보고서(2011)에 따르면 영산강 유역(3,371.4 ㎢)의 경우, 연평균 이용 가능한 수자원 총량이 우리나라의 3.9%으로 약 30억㎥이 나타나고 있다. 이는 우리나라 내륙 5대 권역별 중 가장 적은 수자원을 보유하고 있으며, 섬진강 유역(4,896.5 ㎢)으로부터 용수를 공급받고 있다. 이러한 물 부족은 이상가뭄의 발생 시 제한급수와 수질오염의 원인이 되고 있다. 이에 본 연구에서는 유역 수문 모형인 SWAT과 유역간 물공급 및 분배 모형인 MODSIM을 이용하여 섬진강 유역(4,896.5 ㎢)의 도수에 따른 영산강 유역(3,371.4 ㎢)의 물 공급 능력 평가를 수행하였다. 먼저 하천유역 네트워크 물수지 모형인 MODSIM 모형은 농업용 수리시설을 고려하여 영산강 유역 8개의 중권역으로 구분하였으며, 모형의 유역별 유입량(공급량) 자료는 SWAT 모형의 소유역별 유출 결과를 사용하였다. SWAT 모형의 검·보정은 13년(2005~2017) 동안의 유역 내 1개 수위관측소(마륵 관측소)와 5년 5개월(2012년 8월~2017년 12월) 동안의 2개 보지점(승촌보, 죽산보)의 일별 유입량 및 저수량 자료를 이용하였다. 마륵 수위관측소 유출량 검·보정 결과 Nash-Sutcliffe의 모형효율계수(NSE)와 결정계수(Coefficient of determination, R²)는 0.69, 0.79이며, 2개의 보에서는 NSE 및 R²는 0.68~0.70, 0.75~0.83으로 검·보정되었다. 이후 MODSIM 모형을 이용하여 37개년(1981~2017) 동안의 물수지 분석을 수행하였으며, 최종적으로 가뭄에 취약한 지역을 파악하고 용수별(생·공·농업용수) 공급량 및 부족량을 정량적으로 검토하는 연구가 될 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.386-386
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• 2020

가뭄은 강수, 증발산, 대기온도, 토양수분 등 다양한 수문기상학적 인자들이 복합적으로 작용하여 발생되기 때문에 가뭄의 정확한 사상을 분석하는 것은 매우 어렵다. 또한 어떤 요인을 중심으로 고려하느냐에 따라 가뭄은 다양한 시각으로 정의되고 있다. 일정기간 평균 강수량보다 적은 강수로 인해 건조한 날이 지속되는 것, 즉 기상요소를 중심으로 가뭄을 정의하는 것을 기상학적 가뭄이라 하며, 작물의 생육에 필요한 수분을 중심으로 고려하는 것을 농업적 가뭄이라 한다. 또한 하천유량, 댐 저수량 등 전반적인 수자원 공급원의 부족을 수문학적 가뭄이라 한다. 이와 같이 다양하게 나타는 가뭄의 발생특성을 정량적으로 해석하기 위해 다양한 가뭄지수가 개발되어 왔다. 그러나 현재까지 개발된 가뭄지수들은 공통적으로 정형데이터를 활용하여 산정한다. 하지만 최근에는 비정형데이터를 활용하여 지수(Index)를 산정하거나, 재난관리에 적용하는 등 비정형 데이터의 활용이 급증하고 있다. 따라서 본 연구에서는 비정형 데이터(뉴스 데이터)를 활용하여 가뭄지수를 산정하고 기존의 가뭄지수들과의 상관성 분석을 실시 한 뒤, 지수결합을 통해 가뭄사상 분석의 새로운 방안을 제시하고자 하였다. 본 연구의 공간적범위는 2014~2015 충남서북부가뭄 지역 중 가장 큰 피해를 입었던 보령지역으로 선정하였으며 시간적범위는 2013~2016년으로 설정하였다. 비정형 데이터의 구축은 크롤링(Crawling)을 활용하여 네이버 뉴스의 기사를 수집하였으며 자료의 신뢰성을 위해 URL이 동일한 중복기사 및 '보령', '가뭄' 단어가 없는 기사는 제거하였다. 구축된 데이터를 기반으로 월별 빈도를 산출하고 표준점수(Z-score)로 환산하여 가뭄지수를 산정하였다. 산정된 가뭄지수가 어떤 가뭄의 유형(기상학적, 농업적, 수문학적)을 보이는지 확인하기 위해 기존의 가뭄지수들과 상관성분석을 실시하였으며, 가장 높은 상관성을 보이는 가뭄지수와 결합을 통해 새로운 가뭄 사상을 분석하였다. 본 연구에서 진행한 가뭄사상 분석은 향후 가뭄만이 아니라 다양한 재난분야에서 비정형 데이터를 활용한 분석의 기초로자료로 활용될 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.398-398
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• 2020

대도시 상류부에 위치한 댐의 과도한 방류 또는 급작스러운 붕괴는 대규모의 인명 또는 재산피해를 야기할 수 있으며, 다양한 댐 유입량 조건에 따른 침수양상을 파악하는 것은 수재해 대응능력 향상에 필수적이다. 그러나 다양한 과다한 댐 방류 또는 붕괴유량에 따른 침수 범위는 도시의 내수침수와 달리 매우 넓은 지형조건을 고려하며 침수 범위가 광범위하게 나타날 수 있다. 이는 다양한 댐 유입량 조건에 따른 침수 지도를 생성 및 파악하는데 어려움을 가중시키며, 특히 댐 운영에 따른 침수양상을 실시간으로 파악하는데 어려움을 가중시킨다. 본 연구에서는 저빈도부터 PMF(Probable Maximum Flood) 조건까지의 다양한 댐 유입량자료를 바탕으로, 1차원 하천홍수해석을 실시하였다. 연구 대상으로 팔당댐에 대한 댐 해석을 실시하였으며, 팔당댐 하류에 위치한 서울시에 대한 영향을 분석하였다. 1차원 해석 결과로 산정되는 각하도 단면 별 홍수위자료와 GIS을 연계하여 다양한 발생빈도를 나타내는 유입량에 대한 침수지도를 생성하였으며, 기존에 제시된 발생빈도에 따른 침수지도 외에 임의 빈도의 침수지도를 실시간으로 생성할 수 있는 랜덤포레스트 회귀 모형을 구축하였다. 위의 과정들을 통해 다양한 유입량 조건에 따른 연구대상 지역에서의 침수예상도를 분석할 수 있었으며, 서울시 전반적으로 나타날 수 있는 침수심의 공간적 분포를 파악할 수 있었다. 주어진 침수 지도를 이용하여 서울시에 대한 인구 및 건축물의 경제적 가치 자료를 이용하여 추가적인 홍수 위험도 분석이 가능할 것으로 보이며, 임의 빈도에 대하여 실시간으로 침수를 예측할 수 있는 랜덤포레스트와 연계할 수 있다. 제시된 방법론은 댐의 과다한 방류량과 붕괴 현상을 재현하며, 도시의 수재해 대응능력 향상을 위한 기초자료를 제공할 수 있을 것으로 보인다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.311-311
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• 2021

최근 도시화에 따라 불투수 면적이 증가하였고 이는 유역의 수문학적 요소와 수질의 큰 변화를 발생시켰다. 불투수면적의 증가는 강우 시 더 많은 강우유출수를 발생시켜 지표유출과 첨두유량을 증가시키고 더 많은 비점오염물질이 하천에 유입되게 한다. 또한, 토양으로의 침투량과 저류량이 감소되어 기저유출을 감소시키며 수질문제를 야기한다. 이러한 문제의 해결책으로 저영향개발 (Low Impact Development; LID) 기법이 개발되어 적용되고 있다. LID는 도시개발 이전의 수문상태와 유사하도록 개발하는 기법으로 우수 유출 속도 감소, 유역에서의 저류, 침투 및 증발산과정 촉진, 하류로의 오염물질을 저감시킨다. 실제 유역에 저영향개발 기법을 적용하기 전에 저영향개발 기법의 적용 효과의 분석은 필수적이다. 이에 따라 많은 LID 기법 모형들이 개발되어 LID 효과분석을 위해 많이 이용되고 있다. 본 연구에서는 HSPF (Hydrological Simulation Program-FORTRAN) 모형을 이용하여 LID시설 내에서의 저류현상을 구현하고 LID 기법 적용에 따른 유역의 수문요소 및 수질에 대한 영향을 분석하고자 한다. 연구대상지로는 불투수면적률이 높은 굴포천을 선정하였으며, LID 기법 적용 전 유역의 수문, 수질 실측치를 이용하여 모형의 보정 및 검정을 수행하였다. HSPF 모형내에 LID 시설을 적용하여 유역내 수문요소와 수질의 변화를 분석하였다. 본 연구의 결과는 향후 LID 효과 분석을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.343-343
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• 2021

최근 국내외적으로 발생되는 대규모의 가뭄에 대하여 여러 과학자들은 자연적인 현상의 가뭄이 아니라 인간의 영향으로 변형된 유역 상황으로 증발산과 토양수분량 그리고 하천유량 등이 자연적인 상태와 다르게 변화되면서 지속된 가뭄으로 평가하고 있다. 우리나라는 대부분의 지역에서 댐과 저류지를 중심으로 수자원 관리가 이루어지고 있으며, 자연적인 수문과정에 의한 유출에 따른 수문학적 가뭄과는 차이가 존재한다. 사회경제적 인자(인구밀도, 농업 및 산업 경제규모 등)는 댐 및 저수지의 용수사용에 큰 영향을 미치며, 저류지의 저류량을 활용하여 판단한 인위적 용수사용이 고려된 수문학적 가뭄(인위적 수문학적 가뭄)과 자연 상태로의 수문학적 가뭄의 특성은 크게 다를 수 있다. 하지만, 사회경제적 인자들이 수문학적 가뭄에 미치는 영향에 대하여 비교한 연구는 상관성 분석을 토대로한 연구가 대부분이다. 본 연구에서는 인자들이 인위적 수문학적 가뭄에 미치는 정도를 정량적으로 비교하기 위하여 베이지안 네크워크 모형을 활용하여 사회경제적 인자와 인위적 수문학적 가뭄과의 관계를 분석하였다. 해당 관계를 바탕으로 코플라 함수를 활용함으로써 베이지안 네트워크 내의 결합확률을 산정하였다. 다양한 사회경제적 인자들에 중에서 인과지도를 바탕으로 활용 가능한 인자로 농업용수 사용량, 생공용수 사용량 자료를 구축하였으며, 기상학적 가뭄지수를 추가적으로 고려하여 한강유역 충주댐 유역에 적용하였다. 그 결과 기상학적 가뭄과 농업용수 사용량과 생공용수 사용량은 값이 증가함에 따라 인위적 수문학적 가뭄의 발생확률이 증가하였다. 사회경제적 인자 중에서는 생공용수 사용량(0.39~0.49)이 전반적으로 농업용수 사용량(0.36~0.48)보다 인위적 수문학적 가뭄에 보다 큰 영향을 미치고 있으며, 값이 적을수록 생공용수 사용량의 영향이 보다 더 크다는 것이 확인되었다. 이를 바탕으로 인위적 수문학적 가뭄의 대응을 위해서는 농업용수 사용량보다 생공용수 사용량의 감축이 우선적으로 이루어져야 그 효과가 클 것으로 판단된다. 본 연구에서 제시한 모형은 베이지안 네트워크를 기반으로 하므로, 둘 이상의 인자에 대하여 복합적으로 가뭄에 영향을 미치는 영향에 대한 추가적인 연구가 가능하다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.356-356
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• 2022

최근 기후변화로 인해 여름이면 매번 홍수와 가뭄이 공존하는 특성이 지속되고 있다. 이로 인해 여름이면 태풍, 홍수로 인한 수해재가 증가되고 또한, 가뭄의 지속기간이 길어져 가뭄의 심도가 심화되어 인적, 재산의 피해가 증가되고 있다. 이와 같은 기후변화로 인한 수재해를 예방하기 위해서는 무엇보다도 대상유역의 유역별 강우로 인한 유역 응답 특성을 정량화가 필요하다. 본 연구에서는 유역별 강우로 인한 유역 응답 특성을 정량화하기 위해 홍천강 유역을 연구 대상 유역으로 선정하였다. 홍천강 유역은 한강의 제1지류로서 한강 유역 중앙부에 위치하고 있으며, 하천연장과 유로연장은 106.99 km, 유역면적은 1,566.39 km²로 한강유역 면적의 5.95 %를 차지한다. 본 연구의 목적을 효율적으로 달성하기 위해 홍천강 본류 상·하류 관계에 있는 홍천군(굴운교), 홍천군(홍천교), 홍천강(반곡교) 지점을 연구 대상지점으로 선정하였다. 대상 지점의 유출량은 2021년에 개발된 수위-유량관계곡선식으로 환산하였으며, 유출특성 분석의 적정성은 강우대비 유출률과 상·하류 간 유출 수문곡선으로 평가하였다. 지점별 유역평균강수량을 티센가중법으로 산정하여 상·하류 간 유출 특성을 분석한 결과, 홍천군(굴운교) 35.93%, 홍천군(홍천교) 36.06,% 홍천군(반곡교) 37.25%의 특성을 보였다. 이는 2021년 홍천강 유역의 강수량이 연평균강수량에도 미치지 못한 점을 감안하여 볼 때, 이의 특성은 적정성을 가진 것으로 판단된다. 또한 상·하류 간 첨두 유출량도 상류에서 하류로 갈수록 증가하는 일반적인 양상을 나타내었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.238-238
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• 2022

합천댐의 건설 이후, 댐직하류 구간에서는 10년 동안의 방류량 감소와 기후변화로 인한 강우패턴의 변화로 하도식생의 활착이 발생하여 식생이 증식하고 밀도가 점차 증가하고 있다. 식생밀도의 증가는 흐름에 대한 항력을 증가시켜 유속을 감소시키고 수심을 증가시킨다. 이는 통수능 저하를 초래하며, 홍수 시 수위증가에 따른 홍수범람의 위험성 증가시킨다. 따라서 식생영향에 대한 심화적인 이해를 제고하여 적절한 식생관리대책을 구축할 필요가 있다. 본 연구에서는 이러한 필요성에 맞추어 식생대 영향에 따른 흐름의 변화를 예측모의하여 흐름과 식생대의 상호작용에 대한 분석을 수행하였다. 이를 위해 2차원 흐름모형인 Nays2D를 이용하여 합천댐 직하류 구간을 대상으로 식생밀도의 변화에 따른 흐름의 변화를 부등류를 기반으로 모의하였다. 상류단의 경계조건은 162.99 m³/s(실운영 방류량), 995 m³/s(2년빈도 댐 조절 방류량), 2670 m³/s(100년빈도 댐 조절 방류량)로 3개의 유량으로 구분하여 모의하였다. 식생의 특성은 현장조사를 통해 밀도를 산정하여 수치모의에 적용하였다. 식생밀도는 4가지로 구분하여 모의시나리오를 구축하였으며 현장조사를 통해 산정된 2021년도 식생밀도를 기준으로 식생밀도를 증감하여 수치모의를 수행하였다. 수치모의 조건은 2021년 식생현황, 식생개선, 식생존치, 전벌채로서 식생개선의 경우, 2021년 식생밀도의 0.5배로, 식생존치의 경우, 식생밀도를 2배로 적용하였다. 전벌채는 식생이 없는 것으로 가정하였다. 수치모의 결과, 식생개선이 2021년 식생현황과 식생존치보다 상대적으로 수심이 낮게 나타났다. 식생을 전벌채한 경우, 식생이 존재하는 조건보다 수심이 낮고 유속이 빠르게 나타났으며 특히, 만곡부의 외측에서는 2차류의 발달로 흐름이 집중되었다. 이를 통해 식생개선의 경우, 식생현황과 식생존치보다 홍수범람의 가능성이 적을 것으로 판단되며 전벌채의 경우, 만곡부 외측에서 2차류 발달에 의한 세굴을 야기하여 제방의 안정성에 영향을 줄 것으로 예측된다. 본 연구는 댐 직하류에 식생대 밀도변화가 흐름변화에 미치는 영향을 분석한 수치모의 사례로서 이는 추후 식생을 고려하는 하천관리방안을 수립 시, 식생관리방법에 대한 근거자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Korean Journal of Environmental Agriculture
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• v.24 no.2
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• pp.77-82
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• 2005

This study was conducted to identify the characteristics of non-point pollutants discharge in a small agricultural watershed during farming season. for this purpose, the Neoungchon watershed in Goesangun was selected as a typical agricultural area. Runoff and water quality data in the stream, the domestic sewage and the precipitation of the watershed were analyzed periodically from June 1 to November 6 in 2004 and pollutant loads were estimated. As a result the mean concentrations of BOD, SS, TN and TP in the stream were 3.0, 76.7, 8.7, 0.16 mg/L in rainy season and 2.4, 10.0, 3.5, 0.11 mg/L in dry season respectively. Daily discharge of non-point pollutant occurred above of 95% in rainy period. Measured pollutant loads in the watershed were $26.63kg/km^2/day$ of T-N and $0.62kg/km^2/day$ of T-P, within the range of other research results. Effluent loads based on guideline of total pollutant to stream management of MOE (Ministry of Environment) were less than delivery loads since the guideline could not reflect the agricultural practices, geomorphic and meteorological characteristics in an agricultural watershed.

• Journal of Environmental Impact Assessment
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• v.27 no.6
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• pp.548-561
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• 2018

The objectives of this study were to construct a three-dimensional (3D) hydrodynamic and water quality model (EFDC) for the river reach between the Daecheong dam and the Sejong weir, which are directly affected by Gap and Miho streams located in the middle of the Geum River, and to evaluate the trophic status and water quality improvement effect according to the flow control and pollutant load reduction scenarios. The EFDC model was calibrated with the field data including waterlevel, temperature and water quality collected from September, 2012 to April, 2013. The model showed a good agreement with the field data and adequately replicated the spatial and temporal variations of water surface elevation, temperature and water quality. Especially, it was confirmed that spatial distributions of nutrients and algae biomass have wide variation of transverse direction. Also, from the analysis of algal growth limiting factor, it was found that phosphorous loadings from Gap and Miho streams to Sejong weir induce eutrophication and algal bloom. The scenario of pollutant load reduction from Gap and Miho streams showed a significant effect on the improvement of water quality; 4.7~18.2% for Chl-a, 5.4~21.9% for TP at Cheongwon-1 site, and 4.2~ 17.3% for Chl-a and 4.7~19.4% for TP at Yeongi site. In addition, the eutrophication index value, identifying the tropic status of the river, was improved. Meanwhile, flow control of Daecheong Dam and Sejong weir showed little effect on the improvement of water quality; 1.5~2.4% for Chl-a, 2.5~ 3.8% for TP at Cheongwon-1 site, and 1.2~2.1% for Chl-a and 0.9~1.5% for TP at Yeongi site. Therefore, improvement of the water quality in Gap and Miho streams is essential and a prerequirement to meet the target water quality level of the study area.