• 토지주택연구
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• 제8권4호
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• pp.249-256
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• 2017

최근 도시의 확대와 팽창에 따라 불투수층 증가에 따른 물순환의 건전성 약화, 녹지 등 생태계의 파괴 등 사회적인 문제를 해결하기 위한 방안으로 LID 기법이 활용되고 있다. 본 연구에서는 신도시인 아산탕정 분산형 빗물관리 시범지구를 대상으로 SWMM 모텔을 구축하여 LID시설 적용 전후의 유출량 및 오염부하 저감효과에 대한 평가를 실시하였다. 2016년 강우를 대상으로 모의한 결과 배수구역 기준 12.2%, 집수구역 기준 62.0%의 유출저감효과가 있는 것으로 평가되었다. COD오염부하 저감효과 평가 결과 배수구역기준 15.5%, 집수구역 기준 74.9%, TP의 경우 배수구역기준 9.2%, 집수구역 기준 71.4%의 효율을 나타내었다. 아산탕정 지구 내에 설치된 4가지 시설물에 대한 효과분석 결과 효율은 식생수로가 가장 높고 측구형 침투시설이 가장 낮은 것으로 검토되었다. 하지만 이는 시설물의 개소수, 체적을 고려하지 않은 결과로 실제 시설물의 효율을 비교를 위해서는 시설물의 공극률을 고려한 체적을 산정하여 비교하는 것이 합리적이며, 집수면적당 시설물의 공극률을 고려한 체적(V/A)이 낮은 침투도랑 및 측구형 침투시설이 가장 낮은 효율을 나타내었다. SWMM 모델의 LID모듈을 이용하여 물순환 및 오염부하 저감효과를 검토한 결과 정량적인 해석이 가능하였으며, 다양한 시나리오의 검토를 통해 효과적인 LID시설을 설계하는데 활용 기능할 것으로 평가된다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제3권2호
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• pp.100-109
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• 2016

도시 지역의 물순환 구축과 비점오염물질 저감을 위해 구축되는 LID 시설의 지속적 효율은 주요 내부 구성요소(식물, 토양, 여재, 미생물 등)의 최적화된 상호작용에 의하여 나타난다. 본 연구는 식생이 조성된 4가지 LID 기술 (식생체류지, 소규모 인공습지, 빗물정원 및 나무여과상자)의 실제 도시 강우유출수의 유입으로 인한 식물의 성장상태 변화와 물순환 효과 및 비점오염물질 저감능력을 평가하기 위하여 수행되었다. 도시지역의 강우유출수의 약 40% 이상의 유출저감을 위한 적정 SA/CA (facility surface area / catchment area) 비는 시설마다 차이는 있지만 1~5% 범위가 적당한 것으로 평가되었다. 강우시 LID 시설에서의 유출저감은 비점오염물질 저감효율 향상에 중요한 영향을 끼치는 기작으로 나타났으며, SA/CA는 LID 시설의 중요한 설계인자로 도출되었다. 유출저감에 효과적인 시설은 빗물정원 > 나무여과상자 > 식생체류지 > 소규모 인공습지 순으로 나타났으며 입자상 물질 (TSS)의 제거능력은 빗물정원 > 나무여과상자 > 소규모 인공습지 > 식생체류지 순으로 분석되었다. 유기물 (COD, TOC), 영양물질 (TN, TP) 및 중금속 (Cu, Pb, Cd, Zn) 제거에는 빗물정원 > 나무여과상자 > 식생체류지 > 소규모 인공습지 순으로 조사되었으며 이러한 결과들은 향후 도시지역의 물순환 구축 및 비점오염물 제거에 적용되는 LID 시설의 설계에 중요한 자료로 활용 가능할 것으로 판단된다.

• 한국농림기상학회지
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• 제5권2호
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• pp.51-60
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• 2003

한국 내 농경지의 약 60%를 차지하고 있는 논은 아시아의 주요 농업 생태계의 하나이다. 논은 대기로부터 $CO_2$를 흡수함과 동시에 CH$_4$의 형태로 탄소를 대기 중으로 방출하는데, 관개 상태에 따라 흡수와 방출의 상대적 크기가 달라져서 온실 기체의 전구 수지에 중요한 변수로 작용할 수 있다. 온실 효과와 관련하여 논의 현재 및 미래의 역할을 보다 잘 이해하기 위하여, 주요 농업 생태계에서의 $CO_2$와 에너지 교환을 정량화 하는 것은 매우 중요하다. 이 연구의 목적은, 벼의 전체 생장 기간동안 한국의 전형적인 논에서의 에너지와 $CO_2$ 교환과정을 관측, 분석하고 이해하는 것이다. 2002년 4월부터 한국 타워 플럭스 관측 지역망(KoFlux)에속한 강화도 하리의 논에서 $CO_2$ 및 에너지 플럭스 관측을 지속적으로 해오고 있다. 다양한 보정 단계와 처리 과정을 거친 관측 자료를 통해, 논과 대기간의 $CO_2$ 교환량을 정량화하고, 이를 미기상학적, 생물리학적 관점에서 분석하였다. 날씨 변화와 더불어, 지표 피복 변화와 식물의 생장 단계에 따라 $CO_2$ 교환량이 민감하게 변화하였다. 국내 논에서의 전 생장기간에 걸친 에너지와 $CO_2$ 교환에 관한 최초의 직접 관측 보고인 본 연구는, 아시아 플럭스망(AsiaFlux) 내에서 중요한 참고 자료로서의 가치를 지니며, 지면 모형의 보정과 개선, 전구 생지화학적 순환에 대한 논의 역할, 그리고 생물-대기 상호 작용에 대한 근본적인 이해를 향상시키는 데 기여할 것이다.

• 한국농림기상학회지
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• 제9권2호
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• pp.75-87
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• 2007

광릉 슈퍼사이트 내 원두부 소유역에서 지하수위변동법, 이온수지법, 수문곡선분리법 등 세가지 방법을 적용하여 지하수 함양률을 평가하고, 방법별 결과들을 비교하였다. 이를 위한 자료는 우기에 해당하는 2005년 6월부터 9월까지 취득하였다. 두 가지 다른 지하수위변동법으로는 각각 25.9%, 23.6%의 지하수 함양률이 산출되었고, 염소를 이용한 이온수지법은 평균 13.4%의 함양률이, 그리고 6개의 수문곡선과 염소 이온자료를 이용한 기저유출 분리법은 평균 14.0%의 순기저유출률이 산출되었다. 장기적으로 지하수 저장량의 변화가 없는 정류상태를 가정하는 이온수지법과 수문곡선 분리법에서 산출된 지하수 함양률이 지하수 함양으로 인해 지하수위의 상승과 저장량의 변화를 고려하는 지하수위변동법에서 산출된 지하수 함양률보다 작게 산정되었다. 따라서 수문순환의 동력학적 특성을 이해하는 측면에서는, 지하수위변동법에 의한 지하수 함양률 평가가 다른 방법들보다 우월함을 보인다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제45권1호
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• pp.39-52
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• 2012

유역내에서 발생하는 유출은 지표 유출과 지표하 유출이 있으며, 서로 상호작용 상태를 유지하게 된다. 일반적으로 지표와 지표하 둘 중 한 가지 알고리즘으로 해석이 힘든 유역에 대해 지표와 지표하 사이의 동적인 관계를 상세하게 모의해야 하는 경우 상호작용에 관한 요소를 고려하여야 한다. 동적인 상호작용 시스템의 구동에서는 시 공간적인 매개변수가 중요하며, 적절한 모의를 위해시 공간적인 매개변수는 시스템 상에서 지표와 지표하 항에 대한 복합적인 메카니즘으로 구성되어야 한다. 본 연구에서는 이러한 지표 및 지표하 유출의상호작용에 관한 알고리즘을 위해 2차원 확산파 방정식을 이용하여 지표 유출을 해석하고, Darcy의 법칙과 Dupuit-Forchheimer의 가정을 이용한 Boussinesq 방정식을 적용하여 포화상태의 지표하 유출의 알고리즘을 구성하였다. 커플링 방정식으로 공간에 대해서는 유한체적법을 사용하고, 시간에 대해서는 Crank-Nicolson 방법을 이용하였으며, 지표와 지표하 흐름의 상호작용에 대해서는 질량보존의 법칙에 기반하여 구성하였다. 이상의 과정을 통하여 지표 유출해석, 지표하 유출해석, 상호작용, 수치해석 부분의 4가지 주요 모듈을 만들었으며, 4가지 주요 모듈을 통합하여 복합유역의 지표 및 지표하 유출해석 모듈을 개발하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제53권11호
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• pp.1039-1047
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• 2020

중위도에서 내륙으로 많은 양의 수증기를 운반하는 대기천(Atmospheric rivers, AR)은 물 순환과 극한 수문현상에 큰 영향을 미친다. 본 연구에서는 2000 - 2015년도에 한반도에 상륙한 AR이 수문학적으로 미치는 영향력을 분석하였다. 그 결과 AR은 한반도 지역의 강우, 하천수위 및 유량특성과 밀접하게 연관되어 있는 것으로 나타났다. AR의 상륙이 한반도 연 강우량의 약 57%에 영향을 주었고, 여름철 강우량에 큰 영향을 주는 결과를 보였다. AR은 한반도 5대강 주변의 하천 수위와 유량 발생에도 영향을 주었는데, AR이 상륙한 당시 홍수 주의보 및 경보 기준을 넘는 수위가 관측되었다. 또한 유량의 경우, 한반도 5대강 대부분 지역의 3분위 이상 유량 값의 발생에 영향을 주는 것으로 나타났다. 이러한 결과들은 AR이 한반도 수문학적 특성에 큰 영향을 미칠 뿐만 아니라, 홍수와 같은 극한 수문 현상 발생과 매우 밀접한 관련이 있음을 시사하고 있다. 본 연구는 한반도의 다양한 영역에 대한 AR의 영향 분석에 대한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대하는 바이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.33-33
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• 2018

농업이 기간산업이었던 고대사회에서 수리시설(水利施設)의 축조는 농업의 성패를 가늠하는 중요한 요소로 정치 경제 사회 전반에 걸쳐 큰 영향을 미치는 국가적인 대규모 사업이었다. 이에 따라 수리시설의 축조 시기와 배경, 축조 기술과 운영, 구조, 몽리(蒙利) 효과 및 보수(補修)와 수축(修築) 등에 대한 연구는 우리의 농경(農耕)문화사를 밝히는데 중요한 관건이 된다. 관개(灌漑) 수리시설의 축조와 정비는 수전(水田) 개발과 밀접한 연관이 있다. 제방(堤防)을 축조함으로써 주변의 수전 개발을 촉진하고, 가뭄과 홍수로부터 안전하게 전답을 유지할 수 있어 수확량을 높이게 된다. 농업생산력의 향상은 대내적 체제 정비는 물론 치열한 국가 간의 경쟁에서 우위를 점하는데 필요한 경제적 배경이 된다. 이처럼 고대수리시설은 개인과 집단 나아가 국가의 생존을 뒷받침하는 근본이었지만, 과연 우리는 그 역사성과 의미에 대해 제대로 평가를 했던 것일까? 또한, 고대수리시설의 관개 및 치수(治水) 능력은 구체적으로 어느 정도였으며 근대에 비하면 어느 정도였을까? 일부 수리시설에 대해 관개면적을 추정한 경우는 있으나, 그 예도 많지 않을뿐더러 시기적인 변천 양상을 제대로 반영하고 있지 못하는 것이 현실이다. 본 연구는 고대로부터 원형을 비교적 잘 간직하고 있는 수리시설 중 경북(慶北) 영천(永川)의 청제(菁堤)를 대상으로 고고학적 역사학적 입장에서 보다는 수문학적(水文學的) 농업수리학적(農業水利學的) 관점에서 저수량(貯水量) 및 관개(灌漑) 면적에 따른 농업생산력을 살펴보았다. 지형 및 GIS (Geographic Information System) 정보를 이용하여 저수지의 규모 및 관개 면적을 추정하였으며 수문학적 해석 모형(模型)인 CAT(Catchment hydrologic cycle Assessment Tool)(김현준 등, 2012)을 이용하여 저수량 및 관개 가능량을 분석하였다. CAT은 공간 단위별로 침투(浸透), 증발(蒸發), 지하수(地下水)흐름 등의 모의(模擬)가 가능하도록 개발된 모형이다. 특히, 농업용 저수지 및 홍수방재용(洪水防災用) 저류(貯留)시설 등의 저류량(貯留量) 및 방류(放流量)에 대한 모의가 가능하다(장철희 등, 2012). 고대수리시설의 저수량 및 관개 면적에 따른 농업생산력을 공학적 수문학적으로 해석하는 연구는 과거물 관리 및 생산력의 실태를 좀 더 자세히 파악할 수 있는 토대가 될 것이며, 역사학적 자료와의 비교 분석을 통해 우리나라 고대수리시설의 역사성 및 우수성을 찾을 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권2호
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• pp.412-424
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• 2019

본 연구에서는 물리적 매개변수 기반의 물 순환 해석 모형인 CAT(Catchment hydrologic cycle Assessment Tool)의 침투해석 방법별 유역 유출 특성의 변화를 분석하였다. 연구대상 유역은 충남지역에 위치한 보령댐 유역으로 최근 몇 년간 심각한 가뭄으로 인해 피해를 입은 바 있으며 금강 하류에서 보령댐 상류를 잇는 도수로를 설치하는 등의 노력을 통하여 현재는 안정을 찾은 상태이다. 이상 기후로 인해 발생하는 잦은 가뭄에 대응하기 위해서 는 유역 내 수문 환경 특성 인자들의 상호작용 규명을 통한 정도 높은 물 순환 해석이 필수적이다. 본 연구에서는 토양 침투 관련 매개변수가 유역 유출 특성에 미치는 영향을 CAT에서 제공하는 Rainfall Excess, Green&Ampt 및 Horton 등의 침투 해석 방법별로 분석하였으며 각 침투해석 방법별 토양 관련 주요 매개변수들의 연도별 변동을 비교하기 위해 CAT과 연계된 매개변수 최적화 및 불확실성 분석 패키지인 PEST(Model-Independent Parameter ESTimation) 내의 전역최적화기법(SCEUA-P)을 이용하여 매개변수 보정을 실시하였다. 또한 매개변수 최적화 수행 시에 각 연도별로 최적화한 결과를 매년 적용하는 경우와 전체 모의기간에 대해 최적화한 결과를 전 기간에 적용하는 경우, 그리고 각 연도별 최적화한 결과의 평균값을 전체 모의기간에 적용하는 세 가지 경우에 대한 유출 특성의 변화를 침투 해석 방법별로 비교 및 분석하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권2호
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• pp.434-442
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• 2019

도시 내 빈번히 발생하는 홍수 피해를 해결하기 위한 대응 방안으로 자연상태의 수문순환 체계를 회복하기 위한 저영향개발(Low Impact Development, LID) 기법이 대두되고 있다. LID 요소기술 중 하나인 생태저류지는 유역에서 발생하는 유출수를 저류 및 침투하여 우수 유출수 및 비점오염물질 저감효과를 갖는 시설로 다양한 연구가 진행되고 있으나, 유출저감효과에 대한 분석은 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 수문 해석이 가능한 K-LIDM을 이용하여 소규모유역에서 생태저류지의 유출 저감효과를 분석하였다. 시나리오를 구성함에 있어 생태저류지의 저류용량을 증가시키거나 유역과 생태저류지를 분할하였고 확률강우량을 활용하여 단기강우를 모의하였다. 분석결과 저류용량 증가에 따라 20%, 분산형 시스템에서 5~15% 이상의 유출 저감효과를 나타냈으며 향후 생태저류지의 저류깊이, 지반의 침투능 및 유출부의 직경과 높이 등 다양한 시나리오에 대한 연구가 수행된다면 생태저류지의 물순환 효율성에 관하여 보다 정량적인 분석이 가능할 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권12호
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• pp.1137-1147
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• 2022

하천수위와 지하수위는 수문학적 순환과정에서 나타나는 수문학적 요소로 상호 연관성이 높으며 이러한 수문학적 요소에 대해 확률적 시뮬레이션을 독립적으로 수행하는 경우 상호 관련 정보손실과 같은 문제가 발생할 수 있다. 하천수위와 지하수위는 수문학적·농업적 가뭄을 평가하는 중요한 지표로 활용되지만 하천수위의 경우 건기 중에는 정확한 관측을 얻기가 매우 어려우며, 지하수위의 경우 데이터 기간이 상대적으로 짧아 이를 활용한 가뭄지수 사용이 제한적이다. 이와 관련하여 손실 없이 자료를 최대한 이용하기 위해 본 연구는 각 변수의 시간 의존성을 고려하는 동시에 상호 연관된 변수의 시간 의존성을 고려하는 벡터자기회 모형VAR)을 구성했다. 하천수위와 지하수위 사이의 자기 상관 및 상관관계를 확인하고, 정보 손실을 최소화하는 하천수위 및 지하수위를 예측할 수 있는지 여부를 결정하기 위해 벡터 자기 회귀 모델의 최적 순서 결정과 매개변수를 결정하였다. 또한, 두 변수 간의 상관관계를 반영하지 않는 자기회귀모형(AR)을 구축하고 모의에 대한 DIC와 상관계수를 VAR 모형과 비교하여 VAR 모형 더 적합함을 보이고 하천수위와 지하수위의 간의 상호관계성을 효과적으로 반영함을 확인하였다.