• 한국농공학회논문집
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• 제54권4호
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• pp.127-135
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• 2012

지속가능한 수자원 관리 시스템을 위한 수문 예측은 안정적인 장단기 용수 공급에 있어 중요한 과제이며, 이를 위해는 다양한 기후 정보를 이용한 시스템의 평가가 우선되어야 한다. 본 연구에서는 미국 플로리다 템파 지역의 연간 월 강우와 하천 유량 예측을 위해 본 시험지역에 운용되고 있는 유량 모의 시스템 (flow modeling system, FMS)을 소개하고, 관측된 강우 자료를 '최적 예측 강우 시나리오 (the best rainfall forecast)'로 가정하여 FMS의 기후 예측 정보에 대한 활용성을 평가하였다. 연구 결과, 기본적으로 FMS에 의해 예측된 월 강우량 앙상블의 중앙값이 관측 강우량을 잘 재현하는 것으로 나타났다. 강우 예측 모델 입력자료로 사용되는 초기 월 강우량은 2개월까지의 예측에 간섭하며 이 후 예측치는 동일한 범주로 수렴하여 관측자료로 부터 추정된 통계치에 의존하는 것으로 나타났다. 이는 예측 모델이 최대 2개월간의 예측 효용성을 가짐을 의미한다. 월 강우량 앙상블을 이용하여 예측된 하천 유량 앙상블은 4-6개월까지의 예측 효용성을 보였다. 예측된 강우량 대신 실제 관측 월강우 시계열 자료를 유량 예측을 위한 강우 입력자료로 적용한 결과, 예측된 유량의 범주가 현저히 감소하였으며 예측의 불확실성이 감소하는 것으로 나타났다. 본 연구 결과는 시험 지역에 대한 신뢰도 높은 강우 예측 자료의 확보가 기존의 수문 예측 시스템 개선에 기여할수 있다는 것을 보여준다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제57권5호
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• pp.333-346
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• 2024

수량과 수질 및 수생태를 동시에 고려한 수자원 관리를 위해서는 신뢰도 높은 중기 유량 예측 기술이 필수적이다. 이를 위해서는 기상자료의 특성에 대한 이해와 더불어, 시공간 해상도가 낮은 기상예측 정보를 고해상도 분포형 수문모형에서 효과적으로 활용하는 기술이 중요하다. 본 연구에서는 분포형 수문모형 WRF-Hydro와 선행시간 288시간까지의 기상정보를 제공하는 Global Data Assimilation and Prediction System (GDAPS)를 활용해 고해상도 중기 유량 예측을 수행하고 적용성을 검토하였다. 이를 위해 대상 유역인 낙동강 지류 금호강 유역에 대해 100 m 공간해상도의 WRF-Hydro모형을 구축하고 기상지상관측자료 Automatic Weather Stations (AWS)& Automated Synoptic Observing Systems (ASOS), 기상수치예보모형 GDAPS, 기상재분석자료 Global Land Data Assimilation System (GLDAS)를 입력자료로 적용한 유량 예측 모의 결과를 비교하였다. 2020~2022년 기간 3개의 강우사상에 대해 유역 평균 누적 강우량을 분석 결과, AWS&ASOS대비 GDAPS는 36%~234%, GLDAS 재분석자료는 80%~153% 범위의 과소 및 과대 산정되었음을 확인하였다. AWS&ASOS입력자료로 한 유량 예측 결과는 KGE, NSE지표가 유역 말단 강창교 지점 기준 0.6이상이었으나, GDAPS 기반 유량 모의는 강우 사상에 따라 KGE 값이 0.871~-0.131로 큰 변동성이 확인되었다. 한편, 첨두 유량 오차는 GDAPS가 GLDAS보다 크거나 비슷했지만, 첨두 홍수 발생시간의 오차는 AWS&ASOS, GDAPS, GLDAS가 각각 평균 3.7시간, 8.4시간, 70.1시간으로, 첨두 발생시간 측면에서는 GDAPS의 오차가 GLDAS보다 적었다. GDAPS를 입력자료로 한 WRF-Hydro 고해상도 중기 유량 예측은 첨두 유량의 불확실성은 크지만, 첨두 유량 발생시점에 대한 정확도는 상대적으로 높아 수자원 시설 운영에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국해양학회지:바다
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• 제5권4호
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• pp.363-373
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• 2000

남서태평양 열수해역의 화학적 환경특성을 이해하기 위하여 수온, 염분, 투명도, pH, 영양염 및 황화수소 등을 분석하였다. 시료는 마누스분지의 12개 정점에서 CTD를 이용하여 채취하였다. 열수작용은 해수 및 암석간의 순환작용에 의해 이들의 물리, 화학적 특성을 변화시키고, 주변의 해수와는 특성이 다른 열수가 plume을 형성하여 해양으로 공급된다. 본 연구에서는 남서태평양 PACMANUS 해역과 Susu Knolls 해역에서 투명도 및 황화수소를 이용하여 열수작용에 의한 plume을 확인하였다 특히, 열수환경을 지시하는 지화학적 추적자인 황화수소는 0${\sim}$3.31 ${\mu}$M 범위와 평균 0.63${\mu}$M을 보였다. 열수작용에 의한 plume의 높이, 분출량 및 활동도는 저층해류 순환 등의 영향을 받으며 수층의 등밀도면을 따라 주변 해수로 확산된다. 결과적으로 연구 해역에서의 황화수소 농도 이상치는 열수작용에 의한 영향으로 판단되고, 따라서 PACMANUS 해역의 남북방향에 가장 큰 공급원이 있을 것으로 보인다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제49권4호
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• pp.275-282
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• 2016

본 연구에서는 가뭄사상과 확률 가뭄심도를 결정하는 새로운 방법을 제안하였다. 강우자료로부터 가뭄사상을 추출하기 위해 연속이론과 누적 강우부족량을 동시에 고려하였다. 절단수준 이상의 강우사상이 발생할 경우, 그 때까지의 누적 강우부족량을 해갈할 수 있을 만큼의 강우량이 발생하였는가를 확인하여 가뭄사상의 종료여부를 최종 결정하였다. 이와 같이 추출된 가뭄사상의 지속기간과 심도의 상호 의존성 구조를 파악하여 결합분포함수를 추정하기 위해 코플라 함수를 적용하였다. 또한 이변량 코플라 함수의 조건부 함수를 이용하여 가뭄의 특정 지속기간에 대한 가뭄심도의 재현특성을 분석하였으며, 신뢰구간을 추정하여 이변량 빈도해석의 불확실성을 정량화하였다. 서울지점의 1909~2015년 강수자료에 적용한 결과 과거 극한가뭄으로 판단되었던 가뭄사상은 대부분 최소 10년에서 최대 50년 정도의 재현기간을 갖는 반면 2013년 발생하여 현재까지 지속되고 있는 2015년 가뭄은 현저히 높은 재현기간을 가지고 있는 것으로 나타났다. 이러한 연구 결과는 향후 가뭄대책을 마련하는 데 있어 빈도개념을 바탕으로 하는 신뢰성 있는 기준으로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제31권1B호
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• pp.29-36
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• 2011

다양한 형태의 지표면에서 일어나는 증발산은 지표면과 대기 사이의 상호작용을 이해하기 위해 꼭 필요한 수문학적 인자이다. 일반적으로 증발산은 증발접시, 침루계 등을 이용하여 경험적으로 측정하는 방법을 쓰고 있지만 한 지점에만 국한되어 적용되는 단점이 있어 외부환경에 대한 변동성이 큰 증발산의 공간적인 분포를 정확하게 알기 어렵다. 따라서 이러한 점들을 보완하고 해결하기 위해 원격탐사를 이용하여 증발산의 공간적인 분포를 산정하였다. 본 연구에서는 에너지 수지 방법을 기반으로 한 원격 이미지 처리 모형인 Mapping EvapoTranspiration with Internalized Calibration(METRIC) 모형을 이용하여 2003년 2월 1일, 2006년 9월 13일 Landsat 위성 관측 이미지를 경안천 유역에 적용, 에너지 수지식의 각 항을 이루는 순복사 에너지, 토양열 플럭스, 현열 플럭스, 잠열 플럭스 및 증발산을 통합적으로 처리하여 지도로 나타냈다. 모형 결과의 검증을 위한 기본 통계분석을 실시하였고 수원 기상청의 증발접시 증발량과 비교하여 각각 22%, 11%의 오차를 보여 모형이 유역 내에서 높은 신뢰성을 보인다는 것을 확인하였다. 또한 토지 피복 현황에 따른 증발산의 공간적 분포 경향을 분석하였고, 그 결과 식생의 밀도가 전반적인 증발산량 분포에 큰 영향을 준다는 것을 확인하였다. 계절적으로는 식생의 활동이 활발하게 일어나는 생장기의 증발산이 휴면기에 일어나는 증발산보다 더 큰 값을 보였다. 작성된 증발산 지도는 향후 유역 내 토지 피복, 식생 분포, 고도, 지형 등 외부 인자들의 변화에 따라 증발산이 어떠한 거동을 보이는지를 파악할 때 유용하게 이용될 것이다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제49권8호
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• pp.645-656
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• 2016

본 연구에서는 금강유역에 대한 지역홍수빈도분석을 실시하고 재현기간에 따른 홍수량을 추정하는 관계식을 제안하였다. 유역 내 유량자료의 수문학적 독립성과 동질성에 대한 검증을 위하여 Lag-1 자기상관성 분석, 동질성 검정, 이상치 검정, 불일치척도 검정을 수행하였다. 검정 결과, 금강유역의 대상 관측소들은 시간에 대하여 독립적이고 동질적 모집단에 속하며 이상치는 없었다. 일반 극치 분포(GEV), 3변수 대수정규 분포(LN-III), 피어슨-III 분포(P-III), 일반 로지스틱 분포(GLO), 일반 파레토 분포(GPA) 등 5개의 3변수 확률분포함수에 대한 L-모멘트비도와 평균가중거리(AWD), 그리고 $Z^{DIST}$ 적합도 산정 결과, GLO 분포함수가 금강유역의 최적 확률분포형으로 선정되었다. GLO 분포를 바탕으로 지역홍수빈도를 추정하는 회귀모형을 제안하였고, 강경 관측소의 관측 유량을 이용하여 회귀모형의 적용성을 검증하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제51권4호
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• pp.301-311
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• 2018

지구 온난화가 심화됨에 따라 도시지역에서 집중호우에 의한 침수 피해가 증가하는 추세이다. 이러한 지구온난화에 의한 기후변화의 변동성은 IPCC 5차 보고서(2014)에서도 기술되어 있으며 기후변화에 의한 강수 패턴의 변화, 수문시스템의 변화 등 수자원 불확실성의 증가에 대하여 시사하고 있다. 최근 서울이나 부산과 같은 대도시의 관로의 수용 범위를 초과하는 국지성 호우가 발생하여 큰 피해를 초래하였다. 도시지역의 침수는 1차적으로 우수관거 통수능 부족에 의한 내수범람이 발생하고 방류구와 인접한 하천의 외수범람이 발생한다. 인구가 밀집되어 있는 도시지역에서 발생하는 침수는 인명피해 뿐만 아니라 도로, 교량, 지하공간 침수 및 파괴를 복구하기 위한 사회 경제적 피해를 동반하기 때문에 농촌, 산지 지역에 비해 피해량이 크다. 또한 도시개발에 인한 불투수면적 증가, 강우 유출시 출구부까지의 짧은 도달시간, 배수시설의 통수능부족 등 다양한 원인이 침수피해를 증대시킨다. 본 연구에서는 집중호우에 취약한 지역을 선정하고 XP-SWMM을 이용하여 내수침수 모의를 실시하였다. 또한 시범지역에 관로 개량, 우수저류지 설치, 우수펌프장 설치와 같은 홍수방어대안을 적용하여 각각의 침수모의를 실시하였으며 해당유역을 격자별로 분할하여 대안별 침수데이터를 추출하였다. 또한 격자별로 가장 적합한 구조적 홍수방어대안을 제시하기 위해 침수시간, 최대침수심, 구조물 설치비용을 평가요소로 이용하였으며 MCDM 기법 중 하나인 Compromise Programming 기법을 적용하였다. 본 연구에서는 동일 유역이라도 지리적 여건에 따라 대안의 선호도가 다르다는 점을 반영하고자 하였으며, Spatial Multi-Criteria Decision Making을 적용하여 지역특성을 고려한 홍수방어대안을 선정하는 방법에 대하여 연구하였다.

• 한국지리정보학회지
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• 제15권3호
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• pp.36-51
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• 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.

• 한국수자원학회논문집
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• 제43권8호
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• pp.733-745
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• 2010

수문자료의 계절성은 수자원관리의 관점에서 매우 중요한 요소로서 계절성의 변동은 댐의 운영, 홍수조절, 관개용수 관리 등 다양한 분야와 밀접한 관계를 가지고 있다. 수문빈도해석을 위해 POT 자료와 같은 부분기간치계열을 사용함으로써 자료의 확충, 계절성 확보, 발생빈도모형의 구축 등이 가능하다. 본 연구에서는 POT 자료의 장점을 효과적으로 빈도해석에 연계시키는 방법론으로서 POT 자료로부터 계절성을 추출하고 이를 빈도해석과 연계시켜 Bayesian 기법을 기반으로 하는 비정상성 빈도해석 모형을 구축하였다. 서울지점의 관측 자료로부터 98% Threshold를 적용하여 POT 자료를 추출하였으며, GEV 분포에 대한적합성을 검토하였다. 위치 및 규모매개변수의 계절적변동성을 Fourier 급수로 표현하고, Bayesian Markov Chain Monte Carlo 모의를 통해 매개변수들의 사후분포를 추정하였으며, 사후분포와 Quantile 함수를 이용하여 재현기간에 따른 확률강수량을 추정하였다. 계절성을 고려한 비정상성빈도해석 결과 7~8월의 비정상성 확률강수량과 기존 정상성빈도해석의 결과가 유사한 값을 나타내고 있으며 동시에 계절성을 반영한 확률강수량의 거동을 효과적으로 모의가 가능하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권4호
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• pp.101-110
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• 2017

소방방재청(현 국민안전처)은 지역별 방재성능목표 설정 기준을 마련하여 방재성능목표 강우량을 제시하고 있으며, 자치단체별 10년 주기로 방재성능목표를 설정하고 있다. 반면에 10년 단위 목표 강우량 재산정은 기후변화에 따른 현재 상태의 강우량 변동을 반영하는데 있어 다소 어려움이 있는 것으로 판단되었다. 본 연구에서는 최신 강우량 자료를 이용한 충남지역 및 대전지역의 확률강우량도를 작성하고 목표 강우량 산정 기준인 도시 특성을 반영한 사회 경제적 기준에 따른 가중치 적용과 상향된 확률강우량 적용 기준에 따른 목표 강우량 산정 및 기존 목표 강우량과 비교 검토를 수행하였다. 확률강우량 산정을 위한 입력자료는 충청남도와 대전 지역 기상청 산하 강우관측소에 위치한 6개 지점을 선택하여 적용하였다. 산정결과 상향된 확률강우량 적용시 일부 유사지역이 나타나는 반면에 상향 또는 하향되는 경우가 적지 않게 발생하였으며, 그 차이도 10mm 미만에서 다소 큰 차이를 갖는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 기후변화에 따른 강우 변동성 및 불확실성을 고려하는 경우 기존 목표 강우량이 현재 상태를 적절히 반영하지 못하는 것으로 판단되었다. 최근 기후변화에 따른 강우 변동성 및 불확실성 등을 고려한 방재성능 목표 강우량의 필요성이 대두되고 있으며, 이와 함께 장래 목표 강우량의 산정기준의 적합성 검토와 함께 설계자를 위한 명확한 기준제시를 통해 현재상태를 반영한 목표 강우량 산정이 필요할 것으로 판단되었다.