• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.296-296
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• 2023

최근 기후변화로 인해 극한 강우의 발생빈도가 증가하고 있다. 극한 강우의 증가는 수리구조물의 설계홍수량을 초과하는 유입량을 발생시킴으로써 수리구조물의 구조적 안정성을 저해할 수 있다. 농업용 저수지가 기후변화로 인한 이상 강우의 증가에도 불구하고 안정적으로 운영되기 위해서는 적절한 홍수 방재체계의 수립이 필요하다. 저수지의 홍수 방재체계는 구조적 홍수 방재체계와 비구조적 홍수 방재체계로 구분되며, 구조적 홍수 방재체계는 비구조적 홍수 방재체계에 비해 많은 자본이 투입되어야 한다는 특징이 있다. 농업용 저수지의 홍수 방재체계 수립 시 구조적 방법과 비구조적 방법을 종합적으로 고려하여야 하며, 농업용 저수지에 관한 홍수 방재체계 마련 방안이 정립되어야 한다. 본 연구에서는 구조적 방법과 비구조적 방법을 모두 고려한 농업용 저수지의 홍수 방재체계를 마련하고, 이를 적용함으로써 기후변화에 대응하여 농업용 저수지의 홍수조절 능력이 적절히 마련되었는지를 확인하고자 한다. 본 연구에서는 수계, 저수량, 치수 사업 진행 여부 등의 요소를 고려하여 17개의 농업용 저수지를 연구대상지로 선정하였다. 저수지 운영 모의를 위하여 각 연구대상지의 기상자료, 지형자료, 저수지 제원 자료를 수집 및 분석하였다. 저수지 운영방법으로는 저수위가 목표수위 이상일 경우 유입량 전량을 방류하는 Auto-ROM 방식을 채택하였다. 기후변화가 농업용 저수지의 홍수조절능력에 미치는 영향을 파악하기 위해 SSP (Shared Socio-economic Pathways) 기후변화 시나리오를 활용하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.81-81
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• 2023

농업용 저수지는 전체 수리답 면적 중 61.3%에 농업용수를 공급하고 있으며, 작물의 수확과 생산성을 위해 안정적인 물 공급이 요구된다. 수자원 분야에서는 물 공급 안정성 정도를 나타내는 지표로 이수안전도를 사용하고 있지만, 농업용 저수지는 기준의 부재로 10년에 1회 정도의 갈수를 기준으로 하는 설계기준인 10년 한발빈도를 대체하여 사용하고 있다. 농업용 저수지의 약 86%가 1940-1970년대에 축조되었으며, 기후변화에 따른 내한능력의 변화, 용수관리 및 수요량의 변화, 설계한발빈도 변화 등으로 현시점의 이수안전도 파악이 필요한 실정이다. 이수안전도는 물 부족량과 물 수요량을 활용한 양적기준 신뢰도와 물 부족 발생기간에 따른 시간기준 신뢰도로 산정하고 있다. 본 연구에서는 평야부 용배수계통을 고려하여 농업용 저수지의 양적 및 시간기준 신뢰도 관련 이수안전도 기준인 이수안전율과 공급신뢰율을 산정하고자 한다. 수요량 산정방법은 물수지 분석 모델인 수리수문설계시스템 (K-HAS, Hydraulics & Hydrology Analysis System)을 활용하여 물 부족량과 물 수요량 및 물 부족 발생기간 자료를 수집하고자 하며, 용배수계통을 고려하기 위해 수로 네트워크 적용 및 수리학적 용수공급 모의가 가능한 EPA-SWMM (United States Environmental Protection Agency Strom Water Management Model)을 통해 평야부 필지마다 물공급 만족정도를 비교하여 필요수량을 산정하고자 한다. 최대 부족량과 수요량으로 산정가능한 양적기준 신뢰도인 이수안전율과 물공급부족기간으로 산정가능한 시간기준 신뢰도인 공급신뢰율을 산정하여 비교하고, 해당 이수안전율과 공급신뢰율을 한발빈도로 환산하여 기존 설계한발빈도와 비교분석 하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.50-50
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• 2023

농업용수는 우리나라 수자원 사용량 중 약 61%를 차지하고 있으며, 효율적인 수자원 관리를 위한 핵심적인 관리목표 중 하나이다. 논으로 공급되는 관개용수는 필지에서의 증발산량 및 침투량과 용배수로를 통한 자연적 및 인위적인 배수량으로 소비된다. 관개회귀수량 (irrigation return flow)은 관개를 통해 농경지에 공급된 수량 중 증발산에 의해 소비되지 않고 침투 또는 배수 등을 통해 하천으로 회귀되는 수량이다. 관개회귀수량 및 회귀율은 농업용수 물순환 관리에 중요한 역할을 하며, 관개용수 사용량 결정, 합리적인 용수의 공급과 수요 관리계획 및 수질 관리계획 등에 중요한 요소로 작용한다. 하지만, 기상, 작물, 토양 등의 물리적 요소와 농업용수 공급량, 물꼬 조절, 담수심 관리 방식 등 인위적 요소의 영향을 동시에 받기 때문에 그 기작이 복잡한 특징을 갖는다. 따라서, 합리적인 수자원 개발 계획 및 관리를 위해 정확한 관개회귀수량 추정 연구가 필수적이다. 본 연구에서는 전국 4대강 (한강, 금강, 낙동강, 영산강·섬진강) 권역 중심의 9개 대상지구를 선정하였으며, EPA-SWMM (Environmental Protection Agency-Storm Water Management Model) 모델 기반 수로 네트워크 모의를 활용한 수원공 단위 관개회귀수량을 산정하고자 한다. EPA-SWMM 모의 시 공급량은 농업기반시설관리시스템 (Rural Infrastructure Management System, RIMS) 저수율 자료와 수원공 단위용수량을 활용하였으며, 모의결과 시점부 공급량 및 배수량과 강수량, 증발산량 및 침투량을 활용하여 신속회귀수량과 지연회귀수량을 추정하였다. 본 연구 결과는 최적 농업용수 공급방안에 대한 기초자료 구축에 활용 가능할 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.512-512
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• 2022

국내 수자원 시스템은 이수 관련 기준과 이를 평가할 수 있는 지표 및 방법, 지침이 미흡한 실정으로 관련 시설물의 안정성과 형평성에 대한 문제가 제기되어 왔다. 농업용 저수지의 경우 한발 시 관개용수를 공급할 수 있는 내한능력, 기존 설계기준에 의한 물수지법에 따른 저수지의 설계한발빈도를 대체 사용하여 이수안전도를 산정하고 있으며, 설계한발빈도인 10년 한발빈도는 10년에 1회 정도의 갈수를 기준으로 한다. 농업용 저수지의 축조년도는 1940-1970년대로 약 86%가 축조된 지 50년 이상 경과하였고, 대부분 설계 한발빈도가 10년 이하로 축조되었으나 최근 발생하고 있는 기후변화, 용수관리 환경 변화, 수요량의 변화, 설계한발빈도 변화 등으로 현시점의 이수안전도 파악이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 국가물관리기본계획에서 준용하고 있는 신뢰도 관련 이수안전도 기준인 이수안전율과 공급신뢰율을 활용하여 농업용 저수지의 이수안전도를 산정하고 기존 농업용 저수지의 이수안전도 기준인 10년 한발빈도와 비교함으로써, 농업용 저수지 이수안전도 산정기준의 적정성을 평가하고자 한다. 신뢰도 기준은 장기간 계획기간 동안 저수지의 용수부족이 얼마나 발생하는가에 대한 평가 방법으로 이수안전율은 최대 부족량과 수요량으로 산정가능한 양적기준 신뢰도이며, 공급신뢰율은 물공급부족기간으로 산정가능한 시간기준 신뢰도이다. 신뢰도 기준에 의한 방법은 저수지 모의 운영을 통한 물수지 분석을 실시하여 산정이 가능하며, 물수지 분석을 위해 한국농어촌공사에서 개발한 수리수문설계시스템 (K-HAS, Hydraulics & Hydrology Analysis System)을 사용하였다. 본 연구의 결과는 농업용 저수지의 이수관리 계획 수립 및 내한능력 평가 등 국가수자원정책의 지표로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.159-159
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• 2021

한국은 수자원 이용현황 중 농업용수가 차지하는 비중이 가장 크다. 농업용수의 60% 이상이 저수지에서 공급된다. 현재 한국의 약 18,797개의 저수지 중 대부분이 농업용 저수지로 사용될 만큼 많은 농업용 저수지를 보유하고 있다. 연간 강우량이 7월과 8월에 집중되고 강우의 유출이 빨라 하천의 이용 가능 수량이 한정되어있는 우리나라에서 관개용수 공급 및 하천유지 용수 공급의 기능을 하는 농업용 저수지는 용수원으로써 중요성을 가진다. 농업용 저수지의 수질은 수량과 더불어 작물생산량에 직접적인 영향을 미치며 저수지의 부영양화는 저수지 기능과 유지관리상의 문제점을 야기한다. 하지만 농업용 저수지의 수량 관리에 비해 수질관리 및 분석에 관한 연구는 비교적 부족한 실정이다. 본 연구에서는 우리나라 농업용 저수지의 수질 특성 파악과 건기, 우기와 여름, 겨울철에 따른 부영양화 정도의 차이에 대한 분석을 진행하고자 한다. 한국 농업용 저수지의 장기적인 영양상태 파악을 위해 과거 30년 (1991-2020) 연별, 월별 저수지 수질 모니터링 데이터를 활용하였다. 분석항목으로는 DO (Dissolved Oxygen), TN (Total Nitrogen), TP (Total Phosphorus), SS (suspended solid), SD (Secchi disk), TN/TP, pH를 지정하였다. 자연호가 많은 외국에 비해 대부분이 인공호인 우리나라 저수지는 자연호에 비해 낮은 수심과 작은 저수용량을 가지며 자연호보다 부영양화가 더 빠르게 진행된다. 때문에 부영양화 정도 평가를 위해 TSI와 더불어 한국형 부영양화지수(TSIKo)를 사용하였다. 또한 강우와 각 수질 측정항목 그리고 수온과 DO 간의 상관분석을 진행하였으며, 각 수질 측정항목에 대한 값을 한국 호수 수질 기준과 비교하였다. 이러한 한국 저수지의 부영양화 정도 평가와 화학적 특성에 대한 파악을 기반으로 한국의 농업용 저수지 특성에 따른 적합한 수질관리 방안을 결정할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.351-351
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• 2021

저수지에 대한 비상대처계획수립은 최근 기상이변 등에 따른 대규모 호우가 빈번히 발생하고 있을 뿐만 아니라 세계 도처에서 대규모 지진 등으로 많은 인명과 재산 피해가 속출함에 따라 지진 및 이상홍수에 대한 저수지의 안정성 평가를 수행하고 저수지 지점에서 발생할 수 있는 천재지변 또는 예상치 못한 대규모 재해에 효율적으로 대처하기 위한 비상상황의 등급 및 위험수준을 체계적으로 판단하고 비상상황 가상 시나리오별 체계적 행동요령 및 대처계획을 수립하여 저수지 붕괴에 따른 대규모 홍수피해 예상지역 주민들의 신속한 대응으로 생명과 재산피해를 최소화하는데 목적이 있다. 현행 한국농어촌공사 및 지자체에서 수립하고 있는 30만 톤 이상 저수지에 대한 1차원 모형 기반의 EAP수립은 침수구역을 산정할 때 수치지도에 의한 단일 침수심 분석으로 실제 침수구역과는 많은 오류가 나타난다. 이는 침수구역 부정확에 따른 피해복구액 산정이 과다로 책정될 수 있고, 마지막으로 가장 중요한 비상대처계획 수립에 막대한 영향을 미친다. 이에 본 연구는 댐 붕괴에 대응하기 위한 EAP 수립 시 기본이 되는 홍수범람해석을 수행하고 1차원 및 2차원 모형의 결과검토를 통해 보다 효과적인 비상대처계획의 수립을 위한 방안을 제시하고자 하였다. 이를 위해 경천저수지 유역을 대상으로 가능최대강수량 조건 하에서 가능최대홍수량을 산정하고 DAMBRK 모형을 이용하여 댐 붕괴 모의를 위한 시나리오 구성 및 모의를 수행하였다. 이후 댐 붕괴 모의결과를 이용하여 WMS(Watershed Modeling System) 모형을 이용한 1차원 홍수범람해석과 FLUMEN(FLUvial Modeling ENgine) 모형을 이용한 2차원 홍수범람해석에 적용 후 각 결과를 비교·검토하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.85-85
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• 2020

South Korea experiences few large scale erosion and sedimentation problems, however, there are numerous local sedimentation problems. A reliable and consistent approach to modelling and management for sediment processes are desirable in the country. In this study, field measurements of sediment concentration from 34 alluvial river basins in South Korea were used with the Modified Einstein Procedure (MEP) to determine the total sediment load at the sampling locations. And then the Flow Duration-Sediment Rating Curve (FD-SRC) method was used to estimate the specific degradation for all gauging stations. The specific degradation of most rivers were found to be typically 50-300 tons/㎢·yr. A model tree data mining technique was applied to develop a model for the specific degradation based on various watershed characteristics of each watershed from GIS analysis. The meaningful parameters are: 1) elevation at the middle relative area of the hypsometric curve [m], 2) percentage of wetland and water [%], 3) percentage of urbanized area [%], and 4) Main stream length [km]. The Root Mean Square Error (RMSE) of existing models is in excess of 1,250 tons/㎢·yr and the RMSE of the proposed model with 6 additional validations decreased to 65 tons/㎢·yr. Erosion loss maps from the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE), satellite images, and aerial photographs were used to delineate the geospatial features affecting erosion and sedimentation. The results of the geospatial analysis clearly shows that the high risk erosion area (hill slopes and construction sites at urbanized area) and sedimentation features (wetlands and agricultural reservoirs). The result of physiographical analysis also indicates that the watershed morphometric characteristic well explain the sediment transport. Sustainable management with the data mining methodologies and geospatial analysis could be helpful to solve various erosion and sedimentation problems under different conditions.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.44-44
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• 2020

최근 기후변화의 기온 상승 및 강수량 증가의 영향으로 농업용수 수요량이 증가하고 있다. 이에 따라 농업용수의 약 60%를 공급하는 농업용 저수지의 용수 수요의 변화와 그에 따른 공급능력에 대한 평가가 필수적이다(한국농어촌공사, 2019). 본 연구에서는 기후변화 시나리오를 기반으로 농업용저수지 물수지 모의 프로그램인 DIROM(Daily Irrigation Reservoir Operation Model) 모형을 활용하여 우리나라 미래 필요수량 변화에 따른 농어촌용수 수요 변화를 분석하고, 가뭄대책단계별 관리수위를 활용해 공급능력을 평가하고자 한다. 필요수량 분석을 위해 2018년 농업생산 기반시설 통계연보의 논면적 자료 및 농어촌용수 이용 합리화계획(2015~2024)의 수로손실, 삼투량 자료를 구축하였고, 공급능력 평가를 위해 한국농어촌공사 관할 3,666개 저수지 중 저수지 시설규모, 수혜면적 등을 고려하여 선정한 426개 저수지를 대상으로 농업기반시설관리시스템(RIMS)의 저수지 제원, 내용적 곡선 및 평년저수율 자료를 수집하였다. 기후변화 시나리오는 기상청으로부터 제공받은 HadGEM3-RA RCP(Representative Concentration Pathway) 8.5 시나리오를 이용하였으며 기후변화 시나리오 기간을 S1(2021-2040), S2(2041-2070), S3(2071-2099)로 구분하여 분석하였다. 전국 필요수량을 산정한 결과 평년(1981-2005) 대비 S1, S2, S3에서 각각 12.0%, 9.1% 16.4 % 증가하여 미래로 갈수록 증가하는 경향이 나타났다. 426개 저수지에 대한 물수지 분석을 통해 저수율을 산정하고 평년저수율을 통해 산정한 가뭄대책단계별 관리수위를 기준으로 용수공급능력을 파악한 결과 저수율이 40% 미만 일이 평년대비 S1, S2, S3에서 15.9일, 11.8일, 18.1일로 증가하였다. 본 연구의 결과는 미래 기후변화에 따른 농업용 저수지 용수관리계획 및 의사결정 자료로 활용 될 것이라 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.128-128
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• 2020

최근 농업환경의 변화와 기후변화에 대응하기 위해 농업용수 관리 정보화 및 과학화의 필요성이 증대되어 실시간으로 저수지 저수량과 농업용수 공급량을 파악하기 위해 자동 수위계측시설이 도입되었다. 농림축산식품부의 저수지 자동수위측정기 설치 및 운영지침에 따라 현재 농어촌공사 관리 저수지 1,734개소 및 수로부 1,880개소에 자동수위계가 설치되어 있으며, 저수지와 수로에서 10분 간격으로 수위자료가 생성되고 있다. 농업용 저수지 수문자료의 공인지점은 2016년 6개소에서 2019년 49개소로 증대되고 있으며, 데이터 품질 저하의 최소화 및 신뢰성 있는 수문자료 생성의 필요성이 증가함에 따라 농업용 저수지의 특성을 반영한 저수지 수위 오결측 데이터 보정 방안 및 수문 자료 품질관리 방안이 요구된다. 농업용 저수지의 수위 변화 및 강우-유출 현상은 물리적 모형을 구축하여 기상, 지형 등 영향 인자와 수위(또는 유출)와의 상관관계를 분석하는 것은 무적으로 불가능하였지만, 최근 인공신경망 (Artificial Neural Network, ANN) 등과 같이 black-box 형태의 모형을 이용하여 비선형적인 수문해석이 가능해졌다. 본 연구에서는 빅데이터와 인공신경망을 결합시킨 알고리즘인 딥러닝 (Deep Learning) 기반의 LSTM (Long Short-Term Memory) 모형을 활용하여 농업용 저수지 수위자료를 검토하여 자동계측기에서 발생하는 오류 보정을 위해 품질관리 방안을 제시하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.65-65
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• 2020

기후변화에 관한 IPCC 제5차 평가보고서에 따르면 최근 나타난 기후 관련 극한 현상인 폭염, 홍수, 가뭄 등의 영향에 대해 생태계가 현재의 기후 변동성에 상당히 취약하게 반응하며, 기후변화를 위험에 초점을 맞추어 평가함으로써 대응책을 마련해야 한다고 강조하였다. 기후변화에 따라 강수량 패턴과 수문학적 시스템이 변하면서 수자원의 미치는 영향과 취약성, 적응에 대한 연구의 필요성이 요구되고 있으며, 농업용수를 비롯한 수자원 관리 기술 및 적응역량을 강화하는 것이 필요하다. 수리답 면적에 대한 농업용수 공급의 61%를 차지하는 농업용 저수지의 경우 과거 10년 한발빈도로 설계되어 최근의 연속적인 가뭄 사상으로 인한 낮은 저수율을 나타내어 가용 수자원의 부족이 발생하였다. 이에 따라 저수지 설계 당시와 상이한 환경 및 기후의 변화로 농업용수 공급체계의 상황변화에 따른 용수공급능력 및 이수안전도의 재평가가 요구된다. 일부 가뭄대책지구에 대하여 기후변화에 따른 현장여건 변화 (논면적, 영농패턴, 작부시기 등)를 반영한 이수안전도를 재평가함으로써 농업용 저수지의 용수공급에 대한 정량적 분석이 수행되었다. 저수지별로 기후변화 및 현장여건 변화에 따른 영향이 다르므로 전국 농업용 저수지를 대상으로 확대, 적용하기 위해서는 저수지 특성을 분석하여 비슷한 패턴을 갖는 저수지로 유형화하기 위한 작업이 필요하다. 본 연구에서는 농어촌공사 관할 3,394개의 농업용 저수지를 대상으로 지역에 따라 인자별 군집분석을 실시하여 국내 농업용 저수지의 이수안전도 변화에 따른 물 공급 잠재능을 재평가하고자 한다. 본 연구의 결과는 기후와 영농방식, 지역별 특성 등 상호간의 관계를 고려한 농업용수관리와 유사한 특성을 갖는 지역계획의 추진단위를 결정하거나 지역간의 비교우위를 고려한 한해 대책 등과 같은 농촌지역개발계획 등에 활용할 수 있을 것으로 기대한다.