• 대한토목학회논문집
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• 제28권3D호
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• pp.423-429
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• 2008

본 연구의 목적은 기후변화와 토지이용에 의한 미래 토양침식을 추정하는 것이다. 기후모형인 CCCma (Canadian Centre for Climate Modelling and Analysis)에 의해 예측된 강우자료 중 2030년에서 2050년까지의 자료를 이용하여 토양침식 모의를 수행한 후 관측값과 비교하였다. 즉, 현재의 토양침식 관측값과 예측된 미래의 조건에 따른 토양침식 결과에 대한 상대비교를 통해 기후변화가 토양침식에 미치는 영향을 분석하였다. 사회-경제 변화에 의해 예상되는 토지이용 변화와 기온 및 의 증가에 따른 식물성장에 대하여 포괄적으로 고려하였다. A2 시나리오와 B2 시나리오에 의해 예측된 2030년에서 2050년 기간의 모의된 강우평균을 1966년에서 1998년 사이의 관측 강우평균과 비교한 결과 각각 17.7%와 24.5% 증가하는 것으로 나타났다. B2 시나리오에 의한 토양침식량이 A2 시나리오에 의한 값보다 크게 예측되는 것을 확인할 수 있었으며, 총 6개 시나리오(일부 농촌 지역의 도시화 2개 시나리오, 전 농촌 지역의 도시화 2개 시나리오, 식물성장을 가정한 시나리오 2개) 중 일부 농촌 지역이 순차적 도시화가 이루어지는 시나리오를 제외한 나머지의 경우 토양침식이 48%에서 90%까지 증가하는 것을 알 수 있었다. 온도에 의한 식물성장속도의 가속, 높은 증발산을, 그리고 거름효과가 미치는 영향 등을 가정한 시나리오가 토양침식결과는 이를 가정하지 않은 시나리오보다 약 25% 정도 작게 예측되는 것을 확인할 수 있었다. 연구결과 본 대상유역의 미래에는 강우량과 토양침식량이 증가할 것으로 사료되므로, 이에 대한 관심을 가져야 할 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.67-67
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• 2022

국가 물관리 측면에서 증발산량과 토양수분량은 자연계 손실로서 국내 수자원 총량의 약43%(563억 m³/년)를 차지하며, 수자원의 계획과 개발, 물순환 과정 규명 및 다양한 수재해 분석 등을 위한 수문 요소이다. 정부는 2005년 「수문조사 선진화 5개년 계획」과 2008년 「제1차 수문조사기본계획(2010~2019년)」을 통해 2019년까지 증발산량과 토양수분량 관측소 확대(각각 25개 지점) 기반을 마련하였고 「수자원의 조사·계획 및 관리에 관한 법률」에 따라 매년 공인 수문 자료로 증발산량과 토양수분량을 측정하고 있다. 증발산량과 토양수분량은 댐 유역의 정밀한 물순환 해석에도 매우 중요한 정보로서 현재 K-water에서의 관측은 일부 시험유역(용담댐 유역)의 flux tower에 의한 에디공분산법(Eddy Covariance Method) 및 토양수분 센서(TDR, Time Domain Reflectometery)에 의한 지점 자료의 생산만 각각 이루어지고 있다. 본 연구에서는 K-water 댐 유역의 증발산량 및 토양수분량 관측 현황과 그간 관측된 자료의 특성을 각종 경향성 분석 등과 함께 소개하고자 한다, 증발산량의 경우는 2개소의 flux tower를운영(덕유산 지점 2011년 이후, 용담 지점 2017년 이후)하고 있으며, 토양수분량은 총 7개소(계북, 천천, 상전, 안천, 부귀, 주천 지점 2013년 이후, 장계 지점 2017년 이후)에 TDR센서를 설치, 계측 운영 중이다. 이렇게 관측된 자료는 매년 홍수통제소 주관 관련 전문가 공인심사를 통해 일자료 기준으로 한국수문조사연보에 수록되고 있으며, K-water에서도 연보를 통해 공개된 자료를 기준으로 공공데이터포털(data.go.kr) 등과 연계하여 온라인 자료 서비스 중이다. 한편, 최근 2020년 「제2차 수문조사 기본계획(2020~2029년)」에서는 수자원 위성 개발연구와 연계하여 위성을 활용한 증발산량과 토양수분량 산정 연구의 필요성이 강조되고 있다. 하지만 본 연구에서 살펴본 지점 자료만으로는 댐 유역을 포함한 광역단위의 시계열 공간정보를 생산하기 한계가 있으며, 댐 유역과 국내 전 지역의 공간 시계열 증발산량 및 토양수분량 자료 산정과 활용 방안에 대해 정립하고, 나아가 위성영상을 활용한 댐 유역 증발산량·토양수분량 관측 가이드라인 마련 등을 위해서는 국가적으로 많은 재원의 투입과 노력이 필요한 상황이다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제56권10호
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• pp.619-629
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• 2023

최근 기후변화가 심화됨에 따라 가뭄으로 유발되는 피해가 증가하고 있다. 현재 국내의 가뭄 강도를 결정하기 위해 표준강수지수(Standardized Precipitation Index, SPI)를 기준으로 분류를 수행하고 있다. 현재 국내에서는 최근 6개월 동안의 누적강수량을 기준(SPI-6)으로 관심, 주의, 경계, 심각의 기상학적 가뭄의 강도를 분류하고 있다. 그러나 강수량만을 기초자료로 활용하기 때문에 가뭄 강도를 분류하는 데 한계가 있다는 문제점이 있다. 따라서 본 연구에서는 SPI에 따른 국내 기상학적 가뭄 예･경보 기준의 한계점을 극복하고자 국가가뭄정보포털(National Drought Information Portal, NDIP)에서 제공하는 비상급수 피해자료를 수집하여 가뭄의 강도를 분류하였다. 그리고 SPI의 인자인 강수량과 증발산량 산정에 사용되는 인자인 온도, 습도 등을 min-max 정규화로 지수화한 후 유전 알고리즘(Genetic Algorithm, GA) 기반으로 각 인자들에 대한 계수를 산정하였다. 비상급수에 따른 가뭄의 강도를 분류하여 종속변수로 활용하고, GA에 의한 각 기상인자들의 계수를 활용하여 새로운 가뭄 강도 분류 지수(Drought Severity Classification Index, DSCI)를 도출하고자 하였다. DSCI를 도출한 후 누적분포함수를 활용하여 분위별 경계를 강도 단계 분류 기준으로 제시하였다. 본 연구에서 제시한 DSCI를 활용하면 기존 SPI보다 가뭄 강도를 정확하게 분류할 수 있어, 재난 담당자들의 의사결정을 지원할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제57권6호
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• pp.409-419
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• 2024

기후변화는 이미 지속 가능한 수자원 관리에 영향을 미치고 있다. 기후변화가 댐 저수지의 물 공급에 미치는 영향은 일반적으로 지구 기후 모델 결과 기반으로 생성된 기후변화 시나리오를 사용하여 수행되고 있다. 그러나 기후변화를 추정하기 때문에 시나리오는 미래에 발생할 수도 있는 상황을 가정하는 한계로 인하여 본질적으로 불확실성을 내포하고 있다. 이러한 문제에 대한 대책으로 의사결정 스케일링 접근법을 본 연구에 적용하였다. 연구대상지는 충주, 용담, 합천, 섬진강 댐이다. 강우 유출 모형(IHACRES)과 HEC-ResSim기반 댐 운영 모형을 결합하여 댐 이수 안전도를 분석하였다. 이 수안전도 분석은 안정적인 댐 운영에 목적을 두고 그 결과에 따라 구조적 또는 비구조적 이수공급 계획을 수립하는데 활용하고 있다. 따라서 본 연구에서는 이수안전도 분석으로 댐이 안전하게 운영될 수 있는지를 평가하고 장래 댐 운영 중 발생할 수 있는 잠재적인 위험을 식별하기 위함이다. 1995년 부터 2014년까지 관측된 강수량과 온도를 기준으로 49개의 기후스트레스 시나리오(분위 수 기준 7개의 강수 시나리오와 0℃부터 6℃도까지 1℃ 간격의 7개의 온도 시나리오)를 적용하였다. 그 결과 홍수기 강우 변동이 비홍수기의 강우 증가보다 수위 상승에 더 큰 변화를 가져왔다. 따라서 이수 안전도는 1분위 강우 의존성이 매우 높은 것으로 평가되었다. 또한 강수 및 온도를 결합한 시나리오에서 댐 용수 공급 신뢰도는 개별 강수 및 온도 시나리오 신뢰도 변화의 합계보다 더 큰 변화가 모의되었다. 이러한 차이는 강수량의 감소와 증가가 각각 물과 에너지가 제한된 증발량의 발생으로 초래하는 것으로 나타났다. 본 연구에서 수행한 의사결정 스케일링을 통한 이수안전도 평가는 댐 운영의 효율성 향상을 도모할 것으로 평가된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제57권9호
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• pp.585-598
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• 2024

자연재해를 사전에 대비하고 효율적인 수자원 관리를 하기 위해서는 수문모형의 구조적 특성이 예측 성능에 미치는 영향을 파악하고 불확실성을 최소화하여 수문예측의 정확도를 향상시키는 것이 중요하다. 본 연구에서는 모형의 구조가 상이한 준분포형과 집중형 GR4J 모형을 순차 자료동화 기법과 연계 적용하여 하천 유량 모의성능에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위해 남강댐 유역에 대해 앙상블 칼만 필터(Ensemble Kalman Filter, EnKF)와 파티클 필터(Particle Filter, PF) 기법을 적용하였다. 모의결과, 두 수문모형의 Kling-Gupta efficiency (KGE) 지표는 파티클 필터 적용시 0.749(집중형), 0.831(준분포형)로, 집중형 모형 보다 준분포형 모형에서 0.082(11.0%) 향상되었다. 또한, 자료동화와 관련된 하이퍼-매개변수 중 기상강제력(강수, 잠재증발산) 불확실성이 모의성능에 미치는 영향을 분석하였다. 집중형 모형은 수문자료동화 기법에 따라, 준분포 형 모형은 각 하위유역에 따라 최적 성능을 얻기 위한 불확실성 조건이 상이하였다. 한편, 자료동화 성능에 보정 및 검정기간의 비율이 미치는 영향을 평가한 결과, 앙상블 칼만 필터는 보정기간이 짧아질수록 자료동화 성능은 감소하였으나, 파티클 필터는 상대적으로 영향을 적게 받았다. 또한, 자료동화의 최적성능을 얻기 위해서는 모형 구조에 따른 적절한 하이퍼-매개변수와 보정기간 선정이 중요함을 확인하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제49권6호
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• pp.551-563
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• 2016

기후변화에 관한 정부간 협의체 (Intergovernmental Panel on Climate Change; IPCC)의 4차 및 5차 보고서에 따르면 인류 활동에 의한 기후변화가 산업혁명 이후 급속하게 진행되고 있다고 한다. 기후변화는 주로 온도와 이산화탄소 농도의 변화로 감지되는데, 지난 100여년 간 지구 평균 온도는 $0.74^{\circ}C$ 상승하였으며, 대기 중 이산화탄소의 농도는 최소 800,000년 동안의 최대치를 기록하였다 (IPCC, 2007, 2014). 이러한 기후 변화는 수문학 연구에서 중요한 강수, 증발산, 토양수분 등에도 커다란 영향을 미치므로 이에 대한 꾸준한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 아시아 지역을 대상으로 1951년부터 2100년까지의 주요 에너지 인자들에 대한 모의를 실시하였다. 전 세계적으로 다양한 분야에서 사용되고 있는 Common Land Model을 미래 예측을 위한 기반으로 활용하였으며, 강제입력자료는 기후변화에 대응하기 위하여 IPCC 5차 보고서에 소개된 가장 최신의 온실가스 시나리오인 대표농도경로 (Representative Concentration Pathway; RCP)를 활용하였다. 과거 기간에 대한 순복사량, 현열 및 잠열에 대한 검증은 Asiaflux 사이트에 속한 5개 지점의 자료를 활용하여 수행하였으며, 모든 인자들에 대하여 모형의 월별 경향성이 관측 자료와 거의 일치함을 확인하였다. 미래 기간의 모의에 대해서는 RCP 4.5 및 RCP 8.5를 활용한 모의 모두 순복사량은 거의 변화가 없었으며 현열은 대체적으로 하강하는 경향을, 이와 대조적으로 잠열의 경우에는 상승하는 경향을 나타내었다. 특히 RCP 8.5를 활용한 결과에서 이 증감폭은 더 크게 나타났으며, 2060년대 후반부터 순복사량과 현열의 변동성이 매우 커지는 등의 극한기후의 특징을 나타내는 것으로 보인다. 추후 연구에서는 본 연구를 토대로 다양한 시나리오를 활용하여 더욱 다양한 조건하에서의 에너지 인자 및 다른 수문학적 주요 인자들에 대한 모의를 수행할 예정이다.

• 생물환경조절학회지
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• 제22권4호
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• pp.341-348
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• 2013

본 연구에서는 토성에 따른 물의 이용효율을 높이면서 재배 작물의 생산성을 최대화하기 위한 효율적인 자동관개 로직을 개발하고자, 수분장력값을 관수 개시점으로 하여 물 공급 유지와 멈춤을 간헐적으로 수행하는 펄스형 관개방식과 측정한 수분장력값을 이용하여 토양수분량을 예측해 재배작물에 적합한 물량을 추가 투입하는 필요물량계산 관수방식을 적용하여 토성이 다른 실험베드에서 2년간 토마토 작물을 재배하면서 토양수분 함량과 장력의 변화를 측정비교하였다. 물공급 30초와 멈춤 30분 및 15분 조건을 이용한 펄스형 관수방식과 필요물량계산 방식에서 얻어진 수분장력값은 목표한 -20kPa 조건에 비해 각각 -42~-8kPa, -20~-10kPa로 나타나 필요물량 계산방식이 균일한 수분장력을 유지하는 측면에서는 유리하였으나 토양수분상태는 상대적으로 습하였다. 공시 토성 모두에서 수분함량은 수분장력에 비해 시간반응이 빠르면서 물공급에 따라 비례적으로 증가하는 경향이 뚜렷하였다. 수분변화 값은 펄스형 관수와 필요물량계산 관수방식의 경우 사양토 기준으로 각각 17~24%, 19~31%로서 펄스형 관수방식이 수분변화 값이 작으면서 시간에 따라 안정적인 값을 유지한 것으로 나타났는데 이는 물공급에 따른 수분함량의 시간변화가 수분장력에 비해 뚜렷하게 빠름과 관계가 있는 것으로 판단하였다. 이러한 결과로부터 펄스형 관수방식은 수분함량값을 이용하여 수분을 조절하는 것이 유리함을 의미한다.

• 한국습지학회지
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• 제21권spc호
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• pp.39-50
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• 2019

본 논문의 목적은 기후변화가 북한지역에서 유역규모의 수문순환에 미치는 영향을 평가하는데 있다. 먼저, CMIP5(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5)의 모형인 MRI-CGCM3모델을 선택하였으며, 추계학적 축소기법의 하나인 SDQDM(Spatial Disaggregation-Quantile Delta Mapping)기법을 이용하여 기후변화시나리오 자료를 편의보정 하였다. 또한 관측치와 SDQDM 기법의 적용 전·후의 비교를 통해 SDQDM기법의 타당성을 검토하였다. 또한 기후변화에 따른 극한기후가 북한의 유역규모 수문순환과 유출에 미치는 영향을 평가하고자 한다. 일반적으로 기후변화에 따른 수문순환을 전망하기에 앞서 분석에 사용되는 유출모형의 매개변수 최적화가 우선적으로 수행되어야 하지만 북한지역은 정치적 이유로 인해 미계측 유역으로 분류되어 있어 관측 유출량 자료를 확보하기 어렵다. 따라서 본 논문에서는 양질의 유출량자료가 있는 남한의 16개 유역을 대상으로 M-RAT모형의 최적 매개변수를 산정하였다. 또한 유역특성변수 간 상관분석을 통해 다중공선성을 고려하였고, 단계적 회귀분석을 통해 미계측 유역에 적용 할 수 있는 매개변수 추정식을 산정하였다. 매개변수 추정식의 검증을 위해 남한의 오십천, 남대천, 용담댐, 영강 유역을 미계측 유역이라고 가정하고 교차검증을 수행한 결과 4개 유역 모두 효율계수 NSE가 0.8이상으로 높은 효율성을 확인하였다. 본 논문에서는 기후변화시나리오와 추정된 유출모형의 매개변수를 이용하여 북한의 압록강 유역의 기후변화에 따른 유역규모의 수문순환과정의 변화를 평가하였다. 분석 결과, 기후변화시 강수량이 증가하였고, 기온상승으로 인해 증발산량의 증가되는 것으로 전망되었고, 유역 내 유역 저류량은 감소하는 것을 확인하였다. 유황 분석결과 Future 1, 2 기간에 풍수량은 증가하고, 갈수량이 감소하고 Future 3 기간에 풍수량과 갈수량이 증가하는 것으로 전망되었다.

• 환경정책연구
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• 제9권2호
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• pp.157-184
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• 2010

본 논문에서는 실질적인 기후변화에 따른 지하수 함양량 산정 모델 개발 및 관리방안을 마련하기 위하여 기후변화에 따른 지하수 함양량 변화를 산정하는 방법론을 제시하였고, 지리정보시스템을 활용하여 연구지역의 미래 시기별 지하수 함양량을 추정하였다. 이를 바탕으로 향후 기후변화에 따른 지하수 수자원 통합관리방안에 대한 정책적 사항을 제안하였다. 연구지역은 낙동강 본류를 포함하는 경상북도 칠곡군, 구미시 일부 및 대구시 북구 일부이며, 최종 연구결과는 미래 기후변화에 따른 시기별 강우량, 함양률, 함양량을 추정하였다. 함양량 및 함양률은 기후변화에 따른 강우량의 변화와 함께 변화하는 추세를 나타내고 있는 것으로 파악되었다. 본 논문에서는 기존의 기후변화와 지하수 함양량의 불명확한 관계를 정량적으로 분석하였으며, 미래 기후변화 예측 결과를 반영한 연구지역 내 지하수 함양률 변화를 시-공간적으로 산정하고, 기존 산정 결과와의 비교를 통해, 향후 기후변화를 고려한 국내 지하수 수자원의 관리방안 수립을 위한 방향을 제시하고자 하였다. 앞으로 연계모델의 고도화 방안 및 현장조사가 추가된다면 보다 정량적으로 기후변화와 지하수 함양량의 상관관계를 파악할 수 있으며, 향후 수자원으로 이용이 증가될 지하수의 전반적인 관리 및 효율적인 운영체제 구축을 위한 한 축을 차지할 수 있다는 점에서 중요성이 있다고 하겠다.

• 한국토양비료학회지
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• 제45권6호
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• pp.1203-1210
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• 2012

밭 재배면적이 증가하면서 토양내 수분함량에 따른 적정관개가 작물생산성에 중요한 역할을 기 때문에 손쉽게 농가에서 포장의 토양수분함량을 파악하고 대처하는 것이 중요하다. 본 시험은 농경지에서 간단한 일 기상자료와 관개이력으로 물 수지 및 토양수분함량을 일단위로 추정하기 위하여 AFKAE0.5 토양수분추정모형을 개발하고 이를 검증을 하고자 하였다. 다양한 토양의 특성을 단순화 하기 위해 대상토양을 300mm의 균일한 토양으로 가정하였고 대상 토양지하에서 물 이동을 정의하기 위하여 토양수분장력에 따른 3개의 수분영역을 설정하여 투수량과 상승량을 산출하여 물 수지에 반영하였다. 토양 물수지에서 투입요인으로는 강우, 관개, 수분 상승량을 설정하였고 산출요인으로는 증발산, 유거, 투수량을 설정하여 모형을 개발하였다. 각 요인의 물량 산출을 위한 추정모형은 문헌 및 보고서를 이용하여 작성하였으며 모형을 검증하기 위해 공주지역 고추포장을 대상으로 작부기간 동안 AFKAE0.5 모형을 이용하여 모의하여 물 수지를 산출하였으며 모형의 검증을 위하여 실제 포장에서 층위별 센서를 이용하여 측정한 토양수분함량 변화 값을 비교하였다. 대상 포장에 대해 AFKAE0.5 모형의 모의 결과 투입부분으로 연간 강우, 관개, 수분상승량은 각각 1,043, 0, 207 mm이었으며 산출요인으로 증발산, 유거, 투수량은 각각 831, 309, 161 mm로 산출되어 투입된 물보다 산출된 물의 양이 88 mm 많았다. 또한 작부기간중 증발산량에 대해 지하에서 상승하는 수분량이 24.7%에 해당되어 건조기에 지하에서 모세관 등을 통해 상승하는 양도 상당한 것을 알 수 있었다. 작부기간 중 토양수분 측정값과 AFKAE0.5 모형의 모의 값과 토양수분함량의 변화를 일별로 비교한 결과 포화 되었을 때의 수분함량이 유사하였으며 건조에 따른 수분함량 일별 감소비율이 매우 유사하게 나타나고 있어 모형이 적합한 것으로 평가되었다. 개발된 AFKAE0.5 토양 물수지 및 수분추정 모형은 농가에서 손쉽게 자가 포장에 대한 기본적인 영농이력을 알고 있으며 포장의 수분상태를 알 수 있고 적정관개를 할 수 있는 유용한 도구로서 역할을 할 것으로 기대된다.