• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.307-307
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• 2011

ARF(Areal Reduction Factor, 면적우량감소계수)는 지점강우량을 면적 평균 강우량으로 변환하는 환산계수로 정의되며, 유역의 지형학적 특성과 강우의 공간적 분포특성을 반영한 유역단위의 ARF의 개발이 요구된다. 하지만 국내의 ARF는 대부분 한강유역을 대상으로 하고 있어 한강유역과 지형학적, 수문 기상학적 특징이 상이한 유역에 대하여 연구 결과를 적용하기는 많은 제약이 따를 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 남강댐 유역의 ARF를 산정하기 위해 7개의 강우관측소(산청, 삼가, 신안, 안의, 운봉, 태수, 함양)로부터 시강우자료(1990년~2010년)를 수집한 후 14개의 재현기간, 6개의 지속시간에 대한 지수형 ARF 회귀식을 산정하였다. 그 결과 남강댐 유역의 지수형 ARF 회귀식의 결정계수는 0.80~0.99로 높은 상관성을 나타내었다. 그리고 남강댐 유역의 ARF와 첨두홍수량의 관계를 분석하기 위해 남강댐 유역내의 산청유역을 대상으로 재현기간 100년, 지속시간 24시간에 대한 홍수량을 모의하였다. 그 결과 ARF의 적용 전 후의 첨두홍수량은 10% 이상 감소하는 것으로 나타났다. 따라서 남강댐 유역의 기상학적 특성을 고려한 첨두홍수량 산정을 위해서는 본 연구에서 제안한 ARF 회귀식이 유용할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.181-181
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• 2021

유역 내의 물순환 평가를 위하여 적합한 강우-유출모형을 선정하고 적용하는 것은 수문학적 관점에서 주된 과제이다. 장기적인 관점의 수자원 관리를 위해서는 직접적인 계측을 통해 장기간의 유출자료를 취득하는 방법이 있으나, 국내의 주요지점을 제외한 대다수의 중소규모의 지점에 계측기를 설치하는 것은 현실적으로 어려우므로, 자료취득이 비교적 용이하고 신뢰성이 높은 장기간 강우 자료를 강우-유출모형의 입력자료로 활용하여 미계측 유역으로의 모형을 확장하는 방안이 적절하다는 평가를 받고 있다. 본 연구는 국내외 주요 연속강우-유출모형의 특성을 파악하기 위하여 비교적 신뢰성 있는 자료를 보유하고 있는 소양강댐 유역에 다수의 연속강우-유출모형을 적용하였다. 모델링 결과로 산출된 유황곡선(flow duration curve)을 소양강댐 유입량과 비교하여 각 모형의 특징을 파악하고 유량에 따른 적합성 평가를 진행하였다. 또한, 향후 미계측유역으로 모형을 확장하기 위하여 매개변수 개수 및 재현능력을 동시에 평가하였다. 다수의 모형 중 적합성이 높은 모형들을 선별하였으며, 선별된 모형들의 불확실성을 고려함과 동시에 계층적 베이지안 기법을 활용하여 최종적으로 앙상블모형을 제시하였다. 앙상블모형을 단일 모형과 비교한 결과 단일 모형보다 개선된 성능을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.576-580
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• 2010

NRCS의 유출곡선지수 산정법(CN; Runoff Curve Number method)은 유역내의 토지 이용 및 토지 피복, 토양특성, 수문학적 조건 등을 이용하여 총 강우량으로부터 유효 유출량을 계산하는 방법으로서 이론의 간편성과 적용성으로 인하여 여러 분야에 적용되고 있다. 그러나, 유출곡선지수의 특성상 지역적인 특성에 따라 차이가 발생할 수 밖에 없음에도 국내에서는 대부분 미국 NEH(National Engineering Handbook)에서 제시한 기준을 이용하고 있는 실정이다. 이에 대하여 본 연구에서는 국내 유역의 강우-유출 특성을 반영한 유출곡선지수를 산정하고 강우에 따른 직접 유출량을 모의하기 위한 방법을 연구하였다. 이를 위하여 보청천 유역의 관측 강우-유출 자료에 Hawkins et al(1993)등이 제시한 점근 유출곡선지수방법을 적용하고 이를 국가수자원관리종합정보시스템(WAMIS)에서 제시한 값과 비교하였다. 또한 유역의 대표 유출곡선지수에 대한 회귀식을 유도하고 이를 이용하여 보청천 유역의 하계 유출을 모의하고 그 결과를 비교 분석 하였다. 연구결과 대표 유출곡선지수식을 이용한 유역의 직접유출 모의결과가 단일 유출곡선지수시의 모의결과보다 더 우수한 결과를 나타내었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.197-197
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• 2022

우리나라의 연 강수량은 약 70% 가 6월 ~ 9월 우기에 편중되어 있으며, 국내 약 65%가 산지로 이루어져 있어 강우의 유출이 한번에 일어나는 특성을 가지고 있다. 이러한 수문학적 특성으로 인하여 수자원 관리가 어려우며, 폭우, 폭염, 극한가뭄 등 기후변화 현상이 심화 되고 있는 것으로 나타나 수자원의 안정적인 관리에 대한 어려움이 있다. 특히, 강원도 영동지역을 포함한 동해안 지역에 위치하며, 경사가 가파른 태백산맥 동쪽은 하천 연장이 짧고 하천의 규모가 크지 않아 지속적인 수자원 부족 현상을 겪고 있다. 우리나라에서는 여름철 홍수기(6월 ~ 9월)에 집중된 강우와 일시에 유출되는 강우를 저장하기 위하여 저수지와 댐을 활용한 수자원 관리가 이루어지고 있다. 용수 부족으로 인한 주민 피해 및 사회적 갈등을 해결하기 위해서는 동해안 지역의 수자원 확보를 위한 구조적 대책 즉, 기존 댐 저수지 중심의 수자원 인프라를 지하댐을 중심으로 한 대용량 지하수 시설과 연계하여 활용하는 지하댐 적지 선정에 관한 연구를 시행하였으며, 적지선정에 대한 타당성을 위하여 전문가들의 설문조사를 통하여 Fuzzy AHP 기법을 적용하여 연구를 시행하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.232-236
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• 2012

본 연구에서는 산간계곡의 경보발령기준의 고도화를 위하여 Clark 유출모형에 의한 단위도를 산정하고 연구대상유역의 강우패턴을 분석하여 강우분포를 적용하였다. 강우량적용에 있어서 유효우량을 산정해야 하며 유효우량 산정시 유출곡선지수(CN)를 산정하여 적용해야 하는데 발령기준우량을 산정하는데 CN값 등의 관계매개변수에 민감하게 반응하는 것으로 분석되었다. 따라서 본 연구에서는 유역특성에 따른 경보발령기준우량과 CN값의 민감도를 분석하여 자동우량경보시설 경보발령기준우량을 결정하는 신뢰도를 향상시켜 소음에 대한 피해를 줄이고 인명피해를 예방하는데 도움을 주고자 한다. 또한 경보발령기준우량을 산정하기 위한 정량적인 방법을 제시하므로서 지역특성에 맞는 경보발령기준우량을 결정하는데 수문학적 매개변수를 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1873-1877
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• 2010

최근 우리나라는 기상이변 및 국지성, 게릴라성 호우로 극심한 침수피해가 몇 년 동안 계속되어 왔다. 그 과정에서 치수에만 역량을 집중해서 재해방지 대책을 세워왔지만 가뭄이나 수자원확보에 상대적으로 소홀한 실정이다. 따라서 홍수피해 방지를 위한 치수대책 못지 않게 가뭄으로 발생되는 물 부족을 해결할 수 있는 이수대책 또한 중요하므로 가뭄에 대한 물 부족 연구가 더욱 필요하다. 본 연구에서는 2008년 가을부터 2009년 봄까지 강원도 A지역의 심한 가뭄재해 및 물 부족 사태를 겪으면서, 이를 바탕으로 가뭄에 따른 물 부족 요인을 연구하기 위해 강우지속기간 갈수우량 산정을 바탕으로 수문기상학적 특성을 분석하였으며, 광역상수도 시설의 운영분석을 통해 물 부족을 연구하였다. 또한 강수량을 분석을 통해 2008년 A지역으로 유입되는 양을 판단하고 광역상수도 수요량을 연구하였다. 그 결과, 강우지속기간별 빈도 갈수우량 산정결과 가뭄 발생시 A지역은 재현기간 20년빈도에 해당하는 가뭄이 발생 된 것으로 판단되었으며, 이를 바탕으로 취수댐 저류지의 저수율이 약 52%에 불과하였다. 또한, 강수량은 평균 강우량에 비해 현저하게 작고, 가뭄 발생 직전 시기의 A지역 상수 수요량은 평년보다 오히려 많아서 가뭄의 발생을 부추기는 결과가 나왔던 것으로 판단되었다. 본 연구를 통하여 물 부족 발생 원인을 연구하여, 가뭄시 물 부족에 대한 대책을 마련할 것으로 예상된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.444-444
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• 2021

하천의 오염부하량 관리 계획은 지속적인 모니터링을 통한 자료 구축과 모형을 이용한 예측결과를 기반으로 수립된다. 하천의 모니터링과 예측 분석은 많은 예산과 인력 등이 필요하나, 정부의 담당 공무원 수는 극히 부족한 상황이 일반적이다. 이에 정부는 전문가에게 관련 용역을 의뢰하지만, 한국과 같이 지형이 복잡한 지역에서의 오염부하량 배출 특성은 각각 다르게 나타나기 때문에 많은 예산 소모가 발생 된다. 이를 개선하고자, 본 연구는 합성곱 신경망 (convolution neural network)과 수문학적 이미지 (hydrological image)를 이용하여 강우 발생시 BOD 및 총인의 부하량 예측 모형을 개발하였다. 합성곱 신경망의 입력자료는 일반적으로 RGB (red, green, bule) 사진을 이용하는데, 이를 그래도 오염부하량 예측에 활용하는 것은 경험적 모형의 전제(독립변수와 종속변수의 관계)를 무너뜨리는 결과를 초래할 수 있다. 이에, 본 연구에서는 오염부하량이 수문학적 조건과 토지이용 등의 변수에 의해 결정된다는 인과관계를 만족시키고자 수문학적 속성이 내재된 수문학적 이미지를 합성곱 신경망의 훈련자료로 사용하였다. 수문학적 이미지는 임의의 유역에 대해 2차원 공간에서 무차원의 수문학적 속성을 갖는 grid의 집합으로 정의되는데, 여기서 각 grid의 수문학적 속성은 SCS 토양보존국(soil conservation service, SCS)에서 발표한 수문학적 토양피복형수 (curve number, CN)를 이용하여 산출한다. 합성곱 신경망의 구조는 2개의 Convolution Layer와 1개의 Pulling Layer가 5회 반복하는 구조로 설정하고, 1개의 Flatten Layer, 3개의 Dense Layer, 1개의 Batch Normalization Layer를 배열하고, 마지막으로 1개의 Dense Layer가 연결되는 구조로 설계하였다. 이와 함께, 각 층의 활성화 함수는 정규화 선형함수 (ReLu)로, 마지막 Dense Layer의 활성화 함수는 연속변수가 도출될 수 있도록 회귀모형에서 자주 사용되는 Linear 함수로 설정하였다. 연구의 대상지역은 경기도 가평군 조종천 유역으로 선정하였고, 연구기간은 2010년 1월 1일부터 2019년 12월 31일까지로, 2010년부터 2016년까지의 자료는 모형의 학습에, 2017년부터 2019년까지의 자료는 모형의 성능평가에 활용하였다. 모형의 예측 성능은 모형효율계수 (NSE), 평균제곱근오차(RMSE) 및 평균절대백분율오차(MAPE)를 이용하여 평가하였다. 그 결과, BOD 부하량에 대한 NSE는 0.9, RMSE는 1031.1 kg/day, MAPE는 11.5%로 나타났으며, 총인 부하량에 대한 NSE는 0.9, RMSE는 53.6 kg/day, MAPE는 17.9%로 나타나 본 연구의 모형은 우수(good)한 것으로 판단하였다. 이에, 본 연구의 모형은 일반 ANN 모형을 이용한 선행연구와는 달리 2차원 공간정보를 반영하여 오염부하량 모의가 가능했으며, 제한적인 입력자료를 이용하여 간편한 모델링이 가능하다는 장점을 나타냈다. 이를 통해 정부의 물관리 정책을 위한 의사결정 및 부족한 물관리 분야의 행정력에 도움이 될 것으로 생각된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2004년도 학술발표회
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• pp.660-665
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• 2004

본 연구에서는 비선형적인 메커니즘을 갖는 수문현상의 불확실성을 해석하고자 하는 목적으로 새로운 개념의 지배방정식이 유도된다. 제안된 모형의 불확실성은 토양 특성치의 공간적 변동성에 기인하고 있는 것으로 가정하여, 유도된 방정식은 Fokker-Planckl 방정식의 형태를 가지고 있다. 실제 유역단위에서 토양 내 수분 흐름의 연직방향 흐름을 모의하기 위해 미소단위에서 유도된 Richards 방정식은 토양의 공간적 변동성으로 말미암아 불확실한 매개변수를 갖는 비선형 추계학적 편미분방정식의 형태를 갖게 된다. 이는 먼지 수직 방향적분을 통하여 단순화된 비선형 추계학적 상미분방정식으로 전환되고, 이렇게 전환된 비선형 추계학적 상미분방정식은 다시 추계학적 Liouville 방정식을 이용하여 선형 추계학적 편미분방정식으로 전환되어진다. 최종적으로 cumulant 급수방법을 이용하여 상기 방정식을 선형 결정론적 편미분방정식으로 전환시킴으로써, 강우 시 토양 내 수분 침투현상을 모형화할 경우 유역단위에서 토양의 공간적 변동성을 설명할 수 있는 지배방정식을 유도할 수 있다.

• 생태와환경
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• 제33권4호통권92호
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• pp.342-349
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• 2000

본 연구는 1993${\sim}$1994년 대청호에서 호수 형태 및 수리수문학적 변동에 대한 몬순강도의 영향을 평가하였다. 연구기간 동안, 강우, 유입수 및 방류량과 같은 수리수문학적 변수들은 뚜렷한 연간 대조를 보였다. 계절별 강우에 따르면, 강우량의 큰 격차는 7${\sim}$8월 장마기간에 일어났으며, 강으로부터의 유입량, 방류량 및 수체류 시간에 영향을 주었다. 1993년 총 유입량은 1994년에 비해 4배 이상을 넘었으며, 특히 1993년 하절기 유입량은 1994년 하절기에 비해 8배 이상을 상회하였다. 연평균 호수의 수체류 시간은 1993년, 1994년에 각각 93.2일, 158.6일로서 뚜렷한 대조를 보였으며, 장마기간에 가장 큰 차이를 보였다. 호수의 형태적 특성은 연간 대조적인 수리 수문학적 차이를 반영하여, 호수면적, 체적, 만 형성도, 및 평균수심은 1993년에 장마전 부터 장마후까지 계속적으로 증가한 반면, 1994년은 같은 기간에 대해 감소하였다. 이런 결과는 1993년 호수물의 얕은 연안대와의 접측 면적이 1994년에 비해 증가하여 저질과 영양염류 교환의 증가를 가져왔다. 또한 대청호수계면적과 호수면적의 비는 평균 해수면 80m에서 60.7로서, 국내 인공호인 소양호 및 안동호에서의 값보다 2${\sim}$3배 컸고, 자연호 보다는 10배 이상 컸다. 이런 호수 형태 및 수리 수문학적인 특성은 부영양화 현상을 조절하는 가장 중요한 인자중의 하나인 호수내 영양염류 농도에 영향을 주는 것으로 사료된다. 기존의 영양염류 부하량 모델은 계절적으로 안정된 유입량 및 수체류 시간하에서 적용될 수 있다고 가정하기 때문에, 하절기 변동이 극대화되는 우리나라 상황에서 호수 영양염류를 산정 예측할 때 Mass-Balance Model 이용은 신중을 기해야 된다고 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 1998년도 학술발표회 논문집
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• pp.62-67
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• 1998

낙동강 수계 다목적댐 하류 지역에 대한 홍수조절 의사결정 능력을 향상시키고자 강우- 유출 모형으로 선정된 저류함수법으로 낙동강 수계 다목적댐 하류부의 유역유출 체계를 먼저 구 성하였다. 저류함수법에 의한 낙동강 수계 유역유출 체계도는 유역의 물리적 특성을 감안하여 소 유역은 41개, 하동망은 28개로 구성하였다. 또한 수문학적 하도추적 기법이 갖는 결점을 보완하기 위하여 낙동강 본류 및 상류에 댐이 있는 금호강, 황강, 남강, 밀양강 등 1 지류 이상의 홍수추적 을 수리학적 모형으로 보완하여 유역유출 체계를 이원화하여 두시스템을 상호·연계할 수 있도록 하였다. 상기 두 시스템을 '93년 8월 홍수(8, 7~8, 15)에 시험 적용하였다. 모형수행 경과 홍수기 댐운영시 저류함수모형에 의한 강우 유출 모형과 수리학적 하도추적 모형을 통합한 시스템을 동시에 적용하여 상호 보완 과정을 통해 운영한다면 다목적댐의 홍수조절 의사결정능력을 향상시킬 수 있다고 판단된다. 본 연구에서는 사용자가 해석적 방법으로 유역에서 수문자료를 이용하여 매개변수를 대화식으로 산정할 수 있는 GUI 시스템을 EXCEL97 환경에서 개발하여 신뢰성 있는 Rating curve가 확보 상·하류에 위치한 12개 수위관측소에서 89개 홍수사상을 대상으로 유역의 매개변수를 산정하였다. 또한, 미계측 유역의 저류함수 관련 매개변수 확장을 위하여 12개 소유역 에 대한 매개변수의 평균값과 유역면적, 하도연장 및 경사, 유역의 사면경사 등의 지형인자들을 조합하여 지역화분석을 수행하여 미계측 유역의 매개변수 산정식으로 제안하였다. 본 회귀식으로 산정된 소유역별 매개변수를 '93년 8월 홍수(8, 7~8, 15)에 적용한 결과, 낙동강 수계 본류상 주요 수위관측소별 홍수량예측이 이근천공식 보다 양호한 결과를 주어 본 연구에서 제시한 유역의 매 개변수 회귀식은 미계측 유역의 매개변수 산정시 충분한 활용성을 입증하였다. 저류함수법에 의 한 낙동강 수계 다목적댐 하류부의 유역유출 체계도는 수리학적 하도추적 모형과의 연계와 유역 의 물리적 특성을 감안하여 현재의 홍수통제소에서 운영하는 홍수예경보 시스템의 유출체계도와 우리공사 물관리 상황실의 저수관리 모형의 유출체계도를 기준으로 재구성하여 다목적댐 하류부의 소유역은 41개, 하도망은 28개로 결정하였다.