• 생태와환경
• /
• 제41권1호
• /
• pp.43-53
• /
• 2008

본 연구의 목적은 분포형 수문모형인 TOPMODEL을 이용하여 산림유역의 홍수수문곡선을 추정하는 것이다. 이를 위하여 유역면적 58.3ha의 명성유역을 선정하였으며, 대상유역에 대하여 강우량과 유출량을 측정하였다. Monte Carlo기법을 이용하여 강우사상별로 최적의 매개 변수 조합을 구하고, 매개변수별 모의기간에 대한 평균값을 적용하여 매개변수를 결정하였다. 1997년에 측정된 6개의 강우-유출량 자료를 이용하여 매개변수 보정을 실시하였으며, $1998\sim1999$년에 측정된 8개의 강우-유출량 자료를 이용하여 모형의 검증을 실시하였다. 보정기간에 대한 유출량 추정 오차는 $-2.74\sim1.81%$의 범위를 보였으며, 모형 효율(E)은 평균 0.92이었다. 6개의 강우사상에 대하여 실측된 평균 첨두유량은 $0.324m^3\;s^{-1}$이었으며, 이에 대한 추정치는 $0.295m^3\;s^{-1}$로 모의되었다. 강우 사상별 첨두유량의 오차범위는 $-27.65\sim-1.13%$로 나타났으며, 이는 강우특성 및 선행강우조건에 영향을 받은 것으로 판단된다. 검증기간에 대하여 각 강우사상별 모형효율(E)의 평균값은 0.92로 나타났다. 첨두유량의 실측값은 평균적으로 $0.087m^3\;s^{-1}$이었으며, 추정된 첨두유량의 평균은 $0.090m^3\;s^{-1}$로 나타났다. 첨두시간은 보정기간에 대하여는 관측값과 모의값의 평균이 각각 18.3 hrs와 11.0 hrs이었으며, 검증기간에 대하여는 각각 16.6hrs와 13.5 hrs이었다.

• 대한원격탐사학회지
• /
• 제38권6_1호
• /
• pp.1141-1180
• /
• 2022

최근 수문 및 수자원 분야에서 위성영상의 활용성이 높아짐에 따라 관련 전용 위성 개발연구와 연계하여 위성을 활용한 증발산량과 토양수분량 산정 연구의 필요성이 강조되고 있다. 본 연구에서는 이러한 위성을 기반으로 증발산량 및 토양수분량의 국내 연구현황과 그 산정 방법론을 조사하여 현재까지의 연구동향을 파악하고자 하였다. 국내 연구현황을 세부 방법론 별로 살펴본 결과 일반적으로 증발산량의 경우는 Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL), Mapping Evapotranspiration with Internalized Calibration (METRIC)과 같은 에너지수지 기반 모형과 Penman-Monteith (PM) 및 Priestley-Taylor (PT) 산출식을 기반으로 산정되었으며, 토양수분량의 경우 능동형(AMSR-E, AMSR2, MIRAS, SMAP) 및 수동형(ASCAT, SAR)와 같은 마이크로파 센서를 통한 산정이 주를 이루었다. 통계적 측면에서는 증발산량 및 토양수분량 공통적으로 회귀식 및 인공지능을 이용한 산출사례를 찾을 수 있었다. 또한 위성기반 자료들을 이용한 Evaporative Stress Index (ESI), Temperature-Vegetation Dryness Index (TVDI), Soil Moisture Deficit Index (SMDI) 등의 다양한 지표를 산정하여 가뭄 특성파악에 적용한 연구 사례도 다수 있었으며, 지표모형(Land Surface Model, LSM)을 기반으로 하여 위성 다중센서에서 얻을 수 있는 주요 자료들을 활용해 증발산량과 토양수분량의 수문순환인자를 산출하기도 하였다. 본 논문에서는 이렇게 기존 연구사례 조사 및 내용파악 과정을 통해 위성을 활용한 주요 세부 방법론을 비교·검토 제시함으로써 관련 연구분야 기준 참고자료로의 활용 및 향후 위성기반 관련 수문순환 자료 산출 고도화 연구의 초석을 다지고자 한다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제42권5호
• /
• pp.617-626
• /
• 2022

우리나라는 기상관측 이래 연평균 강수량과 변동성은 점진적으로 증가하는 추세이고, 지역 간 편차가 크다. 또한, 최근의 이상기후로 인하여 재해에 대한 위험도가 증가되고 있는 실정이다. 풍수해의 피해는 주로 하천주변에서 발생하기 때문에 하천기본계획을 수립하기 위해서는 우선적으로 적정한 설계빈도를 결정하는 과정이 반드시 필요하다. 본 연구에서는 설계빈도 결정에 대한 기존 방법론을 분석하여 문제점 및 개선 방향에 대해 제시하였다. 충청남도에 위치한 지방하천 중 자료구축이 가능한 하천인 413개소를 대상으로, 7개의 평가인자(유역면적, 형상계수, 하도경사, 수계차수, 배수영향 구간, 이상강우 발생빈도, 시가화 침수면적)를 선정하고, 베이지안 추론을 통해 가중치를 산정하였다. 그 결과, 이상강우 발생빈도 및 시가화 침수면적의 가중치가 각각 18로 가장 크게 산정되어, 하천 설계빈도 결정에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다. 이러한 가중치를 통해 설계 빈도를 추정한 결과, 기수립 설계빈도보다 본 연구에서 추정된 설계빈도가 증가하는 하천은 255개이고 감소하는 하천은 158개로 나타났다.

• 한국습지학회지
• /
• 제18권2호
• /
• pp.121-131
• /
• 2016

타당한 설계홍수량의 결정은 하천관리에서 홍수에 의한 재해를 조절하는데 가장 중요한 사항이다. Clark 모형에서 집중시간과 저류상수는 첨두홍수량의 크기와 수문곡선의 형상에 영향을 미친다. 모형의 매개변수는 관측자료에 의해 보정되어야 하지만 관측자료의 부족으로 인하여 경험공식에 의하여 결정되고 있다. 본 연구는 안성천의 공도수위관측소 지점에서 실측수문자료에 의한 집중시간과 저류상수를 제시코자 하였다. 이를 위하여 관측치와 계산치의 평균제곱근오차 및 잔차를 산정하는 5개 기준을 제시하였다. 공도관측소지점에서 3개의 강우-유출사상으로부터 집중시간과 저류상수를 구하고 5개 기준에 의거 실측 수문곡선과 관측 수문곡선을 근거로 한 평균제곱근오차와 잔차를 산정하였다. 이를 통하여 관측수문자료와 Clark모형에 의한 결과를 근거로 집중시간과 저류상수를 결정하는 기준을 제시코자 하였다. 또한 도달시간-누가면적곡선식의 지수 값은 유역의 형상이 반영되는 값으로 결정하여야 함을 보여 주었다.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제42권10호
• /
• pp.773-783
• /
• 2009

강우유출모형의 입력 자료로 사용되는 강우 관측 자료의 불확실성이 유량예측에 미치는 영향을 분석하기 위하여 모형변수 검정의 불확실성 연구에서 사용하는 GLUE (Generalized Likelihood Uncertainty Estimation)방법을 입력 자료 부분으로 확장하여 적용 하였다. 독일의 Weida 유역의 강우 관측 자료를 바탕으로 구조적 및 비구조적인 불확실성 부분을 각각 구조적인 오차 수정 과정과 DUE (Data Uncertainty Engine)을 통하여 강우자료를 구성하였다. 이를 유역의 수문학적 작용을 고려하기 위해 선정한 집중형 강우유출모형, PDM (Probability Distribution Model)에 MC (Monte Carlo)와 GLUE 방법을 활용하여 적용하였다. MC검정변수들의 검정 후 반응 표면(Posterior response surface)을 검토하고 GLUE 의 반응검정 모형변수(Behavioural model parameter set)를 선택, 간략한 GLUE 유량곡선들을 계산하였다. 계산된 GLUE 유량곡선들을 모두 합하여 앙상블 유량을 산정하고, 이 유량의 90 분위를 강우량자료 및 모형변수 검정의 불확실성을 고려한 신뢰구간으로 제시하였다. PDM 모형의 결과는 유량곡선의 전구간에서 안정적인 모의 능력을 보여주고 있으나, 첨두유량 부분이 적게 산정되는 문제점을 보이고 있다. 본 연구에서 상대적으로 적은 수의 강우 시나리오 및 반응검정 모형변수의 적용이라는 한계에도 불구하고, GLUE 방법을 강우관측자료의 불확실성 부분으로 확장하여 강우자료 및 변수 검정의 불확실성을 고려한 모의된 유량예측의 신뢰구간의 적용가능성을 보여주고 있다.

• 한국지리정보학회지
• /
• 제15권3호
• /
• pp.36-51
• /
• 2012

생태환경모델링, 수문모델링, 기후변화 영향평가 등 다양한 분야에서 정규 격자 형태의 기후자료에 대한 요구가 증가하고 있다. PRISM(Precipitation-Elevation Regressions on Independent Slopes Model)은 다양한 격자형태의 기후자료 생산방법 중 고지대의 강수량 추정에 유용한 방법이다. 그러나 국내에서는 이 모델의 매개변수 및 모델에 사용되는 수치표고모형의 공간해상도 최적화에 대한 논의가 충분하지 않았다. 이에 본 연구에서는 PRISM을 개발하였다. 그리고 SCE-UA(Shuffled Complex Evolution-University of Arizona) 기법을 이용하여 2000-2005년 1km 공간해상도의 남한 연평균 강수 격자자료를 생산하는 데 필요한 PRISM 매개변수 최적값 및 DEM의 적정 공간해상도를 추정하였다. 아울러 매개변수와 수치표고모형에 대한 PRISM의 민감도 분석을 수행하였다. 그 결과 PRISM 모델에서 관측소 최대 탐색반경(67km)과 최소반경(31km), 지형고도-강수량의 선형회귀식 산정에 필요한 최소 관측소 개수(4개), 수치표고모형의 적정 공간해상도($1{\times}1km$) 등을 결정하였다. 그리고 PRISM 모의 결과가 수치표고모형의 공간해상도에 매우 민감하다는 것을 확인하였다. 본 연구결과는 PRISM 기법을 국내에 적용할 때 정확도를 향상시키는데 기여할 것으로 기대된다.

• 한국산림과학회지
• /
• 제90권2호
• /
• pp.197-209
• /
• 2001

준분포형 수문모형인 TOPMODEL은 산림유역의 유출량, 주 유출경로 및 수질을 공간적으로 예측하는데 많이 적용된다. TOPMODEL은 물리모형이 아니라 일종의 개념모형이며 주요 구성요소는 지형지수와 토양의 수평전달계수로 각각 지표면과 지표하 유출의 기여면적을 계산하는데 이용된다. 본 연구는 우리나라의 소규모 산림유역에서 TOPMODEL의 적용성을 검증하기 위하여 수행되었다. 시험지는 1979년부터 임업연구원에서 운용하고 있으며 서울 근교 경기도 광릉시험림에 위치해 있다. 활엽수림 유역은 임령이 약 80년, 유역면적이 22.0ha이고, 침엽수림 유역은 임령이 약 22년, 유역면적이 13.6ha이다. 관측자료는 활엽수 유역의 경우 1995년 7월과 2000년 6월에 발생한 2개 강우-유출사상이고 침엽수 유역의 경우 1995년과 1999년 7월 그리고 2000년 8월의 3개 강우-유출사상을 이용하였다. 지형지수는 $10m{\times}10m$의 수치지형도를 만들어 계산하였다. 지형지수 분포는 활엽수림 유역의 경우 2.6에서 11.1, 침엽수림 유역은 2.7에서 16.0으로 나타났다. 모형의 예측 효율성을 목적함수로 최적화한 결과 모형매개변수(m)와 유역의 평균 포화수평전달계수($lnT_0$)가 높은 민감도를 나타내었다. 매개변수의 최적값은 활엽수림 유역의 경우 m값은 0.034와 0.038 그리고 $lnT_0$값은 8.672와 9.475였으며, 침엽수 유역의 경우 m값은 0.031, 0.032, 0.033 그리고 $lnT_0$값은 5.969, 7.129, 7.575였다 이들 값을 이용하여 모의한 결과 모형의 예측 효율성은 활엽수림 0.958과 0.909 그리고 침엽수림 0.825, 0.922와 0.961로서 비교적 높게 나타났다. 강우-유출량 관측치와 모의치를 이용하여 강우-수문곡선을 작성한 결과 두 유역 모두 유출지연시간은 잘 일치하였다. 일부 강우-유출사상의 경우 총유출량과 첨두유량의 관측치와 모의치 간에 다소 차이를 보였지만 TOPMODEL은 전반적으로 10% 이하의 오차범위에서 총유출량과 첨두유량을 예측할 수 있었다. 결론적으로 TOPMODEL은 우리나라의 미계측 산림유역에서 유출량을 산정하는데 유용한 수문모형이다.

• 생태와환경
• /
• 제41권3호
• /
• pp.348-359
• /
• 2008

본 연구에서는 대청호 상류에 위치한 용담댐의 건설에 따른 대청호의 수문학적 영향 및 이화학적, 생태학적 기능변화에 대한 특성을 규명하고, 영양염류(TN, TP), 엽록소-a 및 투명도의 부양양화 변수의 시공간적(계절별, 연별, 상하류 간) 역동성을 분석하였다. 용담댐 건설 이전(BDC; 1995$\sim$2000년)과 이후(ADC; 2001$\sim$2006년)의 수문학적 자료를 통해 대청호의 유입량과 저수량의 변화를 살펴 본 결과, 대청호의 BDC에는 강수량과 유입량의 높은 상관관계를 볼 수 있었으나, ADC에는 보다 낮은 상관관계를 확인하였다(BDC; r=0.964, p=0.002, ADC; r=0.857, p=0.029). 이는 용담댐의 건설이 대청호의 유입량과 저수위 등에 영향을 주고 있다고 사료된다. 용담댐 건설로 인하여 가장 큰 변화는 상류로부터의 유입량 감소에 따른 대청호의 TN 및 TP 농도는 전 지점에서 감소하였으나 호수 내 수체류 시간의 증가로 CHL의 양이 상대적으로 증가하는 경향을 보였다. BDC의 CHL과 TP의 상관관계는 ADC 이후에 증가하는 양상으로 분석되었는데(BDC; r=0.249, p=0.000, ADC; r=0.412, p=0.000), 이는 상대적으로 감소한 TP의 양에 대해 높은 반응성을 가지게 된 것으로 사료된다. CHL : TP ratio의 변화는 ADC에 오면서 증가하는 것을 보여 CHL과 TP의 관계가 댐건설 이후에 변화하였음을 보여주고 있다. 호수 내의 공간적 변이를 볼 때 유수대(Riverine zone, RZ)에서의 수질 변수 변화폭은 전이대(Transition zone, TZ)나 정수대(Lacustrine zone, LZ)에 비해 높은 것으로 나타났는데, 이는 인공호의 상류부에 위치하며, 빠른 유속, 짧은 체류시간, 많은 영양염류 유입의 특성을 보이는 호수의 유수대(RZ)에서 영양염류, 광조건 및 CHL-TP의 함수관계에 대한 기능적인 변화가 있었음을 시사한다.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제56권2호
• /
• pp.75-89
• /
• 2023

강우-유출 해석은 하천 홍수예경보, 댐 유입량 산정 및 방류량 결정 등 수자원 관리 및 계획수립에 있어 중요한 과정이며, 밀도높은 강우관측망으로부터 수집된 강우 자료는 정확한 강우-유출 해석을 위한 가장 중요한 기초 자료로 활용된다. 본 연구 대상 지역인 메콩강 유역은 국가공유하천으로 강수 자료수집이 어렵고, 구축된 자료의 양적, 질적 품질이 국가별로 상이하여 수문해석 결과의 불확실성을 높일 우려가 있다. 최근 원격탐사 기술의 발달로 격자형 글로벌 강수자료의 획득이 용이해졌으며, 이를 활용한 미계측 유역 또는 대유역에서의 다양한 수문해석 연구들이 수행된 바 있다. 본 연구에서는 미계측 대유역 수문해석에 있어 격자형 강수자료의 적용성을 평가하기 위하여 3개의 위성 강수자료(TRMM, GSMaP, PERSIANN-CDR)와 2개의 지점 격자형 강수자료(APHRODITE, GPCC)를 수집하고, APHRODITE를 관측값으로 합성곱 신경망 모형인 ConvAE 알고리즘을 이용하여 위성 강수자료의 시·공간적 편의보정을 수행하였다. 또한, 메콩강 본류의 주요지점인 Luang Prabang, Pakse, Stung Treng, Kratie 4개 수위 관측소를 선정하여 SWAT 모형의 매개변수를 보정(2004~2011)하고 지점 격자형 강수자료 및 위성 강수자료의 보정전·후의 유출모의(2012~2013) 결과를 비교·분석하였다. 그 결과 원시위성 강수자료 및 GPCC는 APHPRODITE에 비해 정량적으로 과소 또는 과대추정되거나 공간적으로 매우 상이한 패턴을 나타낸 반면, GSMaP과 ConvAE를 이용하여 보정된 위성 강수자료의 경우, APHPRODITE에 대한 시·공간적 상관성이 개선된 것으로 분석되었다. 또한 유출모의의 경우, 모든 지점에 대해서 ConvAE로 보정된 위성 강수자료를 이용한 유출모의 결과가 원시 위성강수자료를 이용한 유출결과 보다 정확도가 향상된 것으로 분석되었다. 따라서 본 연구에서 제시하는 격자형 위성 강수자료 보정기법과 연계한 강우-유출 해석은 향후 다양한 위성 강수자료를 활용한 미계측 대유역 수문해석에서 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• 생태와환경
• /
• 제41권4호
• /
• pp.441-448
• /
• 2008

The purpose of this study was to analyze chemical water quality, fish trophic guilds, tolerance indicators, and fish community conditions in the Gap Stream and to compare the stream conditions between the unimpacted site and impacted site. This study was conducted in the physically stable season (May 2008) to minimize physical impacts such as flow and hydrological disturbance, and applied the study in the Gap Stream with two sites of unimpacted upstream site (Unim-S), mainly surrounded by forested area and impacted site (Im-S), influenced by the wastewater disposal plants and industrial complex in the urban region. Chemical data analysis showed that the degree of organic matter pollution, based on BOD, and COD, was $2{\sim}3$ fold greater in the Im-S than the Unim-S, and that TP, as eutrophication indicators, was 4.7 fold greater in the Im-S. Also, $NH_3-N$ was in 8.2 fold greater in the Im-S ($6.25\;mg\;L^{-1}$) than the Unim-S ($0.76\;mg\;L^{-1}$), indicating a massive influence of wastewater from the disposal plant. Similar results were found in other chemical parameters. Thus, chemical impacts in the Im-S were evident, compared to the unimpacted site. Evaluations of tolerant indicator species indicated that sensitive species were dominant in the Unim-S (23.9%) and tolerant species were dominant (97.8%) in the Im-S. Condition factor (CF) was averaged 0.95 ($0.68{\sim}1.18$) in the Unim-S and 1.08 ($0.93{\sim}1.22$) in the Im-S. Fish community in the Unim-S and Im-S was categorized as Zacco-community and Hemibarbus-community, respectively, and the community diversity index (H') was significantly (p<0.05) higher in the Unim-S (0.810) than the Im-S (0.466). Overall, our results suggest that the comparison approach of various chemical and ecological indicators provide important information in identifying multiple stressors in the stream ecosystems.