• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권11호
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• pp.26-41
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• 2016

본 연구에서는 물리적 매개변수 기반의 물순환모형 CAT(Catchment hydrologic cycle Assessment Tool)을 매개변수 자동보정 기법인 PEST(Model-independent Parameter ESTimation)와 연계하여 단기 유출 특성을 분석하였다. CAT모형의 유출 모의 시 CAT모형에서 지원하는 3가지 침투 해석 방법((Rainfall excess, Green&Ampt and Horton)을 적용하였으며, 대표적인 단기 유출모형인 HEC-HMS를 비교 모델로 설정하여 모의 결과를 비교 분석하였다. 대상유역은 탄천의 지류인 운중천과 금토천이 포함된 판교 시험유역으로 유역면적은 $22.9km^2$이며, 유로연장은 9.2km이다. 2006, 2007년 중 누적 강우량 40mm이상에 해당하는 6개의 강우사상을 대상으로 모의를 실시하였다. 주요 매개변수를 대상으로 첨두유량, 첨두시간, 유출용적에 대한 민감도 분석 수행 후, PEST를 적용하여 유출 특성에 민감하게 반응하는 토양 관련 매개변수들에 대해 최적화를 수행하였다. 모의 결과 HEC-HMS의 경우 6개 강우사상에 대해 NSE가 0.63~0.91이었으며, CAT-PEST는 NSE 0.42~0.93의 모형 효율을 보였다. 선행토양함수조건에 따라 유출특성이 민감하게 반응하는 강우사상에 대해서는 HEC-HMS의 모의 정확도가 높았으나 강우 특성에 따라 유출특성이 민감하게 반응하는 경우에는 한계가 있는 것으로 보인다. 물리적 매개변수가 입력자료로 사용되는 CAT-PEST의 경우 다양한 유출특성을 가진 강우 사상에 대해 정밀한 유출 분석이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제38권8호
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• pp.645-653
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• 2005

청계천 유역(유로연장: 13.75 km, 유역면적: $50.95\;km^2$)의 물순환 해석에 물리적 개념의 공간 분포형 강우-유출 모형인 WEP 모형을 적용하였다. 모형 적용 결과, 청계천 유역은 전형적인 도시 유역의 특성을 나타내었는데, 강우시의 지표면 유출량이 크고, 강우의 유출에 대한 반응이 빠르며, 증발산의 경우는 산림지역보다 도시지역이 상대적으로 적었다. 또한 관측값과 비교한 결과 청계천의 하천 유출을 모의하기에 적절함을 알 수 있었고, 이를 토대로 청계천 유역 자체의 복원후 유지유량 공급능력에 대해 추정하였다. WEP 모형의 적용 결과, 2002년 청계천 유역의 물수지는 연간 1,388 mm의 강우에 대하여 830 mm의 지표면 유출이 발생하고 388 mm가 침투되며 397 mm가 증발산에 의해 대기중으로 방출되었다. 하천유출량은 1,228 mm로 이 중 지표면 유출, 중간 유출, 지하수 유출의 비율은 각각 $67.6\%,\;12.7\%,\;19.7\%$이었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.33-33
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• 2011

현재 우리나라 기상청에서는 단기, 중기 및 장기 예보자료를 생산하고 있으나, 이들 자료는 단순히 일기 예보에 치중되어 생산되고 있어 강우-유출해석에 직접 적용하기에는 시 공간 해상도가 크고 정량적 강수예측의 정확도가 미흡하다. 이에 기상 및 수자원분야에서는 정확도 개선을 위해서 관측강우와 예측강우의 비교 분석을 통해 편차를 산정하여 예측강수를 보정하는 기법을 적용하고 있다. 다만, 기존의 편차보정방법은 보정인자로 강수량만을 고려하기 때문에 정확도 개선에는 한계가 존재한다. 따라서 본 연구에서는 수자원분야의 수치예보자료의 정확도를 향상시키기 위해 규모, 발생영역에 대한 강수의 특성을 고려한 강수예측자료의 편차보정 방법을 제안하고 이를 강우-유출모델에 적용하여 개선정도를 평가하고자 한다. 이에 적용유역을 춘천댐상류유역으로 선정하고 국내 기상청의 RDAPS(Regional Data Assimilation and Prediction System)수치예보자료, 지점강우자료, radar자료의 수문기상자료와 지형자료를 수집하였다. 화천, 평화의 댐 일부 미계측유역의 관측자료로 radar자료를 이용하였다. 이상의 자료를 토대로 강우강도 및 규모, 영향범위를 고려한 예측강우의 편차를 산정하여 RDAPS 수치예보자료의 정확도를 개선하고 평가하였다. 이는 해당 유역뿐만 아니라 주변 유역의 정보를 이용하여 예측강우의 발생위치에 대한 오차를 고려한 방법으로, 각 영역별로 예측강우의 편차보정계수를 산정하여 적용하였다. 또한, 이전시간대의 강우 편차에 대한 오차를 줄이기 위해 정규분포방법을 이용한 Ensemble 편차보정계수를 산정하고 최근 생산된 수치예보자료에 적용하여 확률예측강우를 산정하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.312-312
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• 2021

최근 이상기후의 발생이 증가함에 따라 집중호우, 가뭄, 태풍 등 자연재해의 발생빈도가 증가하고 있다. 이러한 자연재해 중 태풍 등의 극한 홍수 사상의 발생으로 인하여 재산 및 인명피해가 급증하고 있다. 이러한 태풍과 같은 자연재해로부터 안전한 하천 관리를 수행하기 위해서는 신뢰할 수 있는 수문 관측 자료를 바탕으로 유출량 산정이 필수적이다. 본 연구에서는 금강 유역에서 발생한 주요 태풍 사상을 바탕으로 지역화 연구를 수행하였다. 강우-유출 해석을 위하여 개념적 강우-유출모형인 PDM 모형을 활용하였으며, 유역면적, 수계밀도 등 7개의 유역 특성인자를 활용하여 Monte-Carlo 방법을 이용하여 모형의 최적화 매개변수를 도출하였다. 또한, 최적화 매개변수를 바탕으로 PDM 모형의 매개변수별 지역화 모형을 구축하였다. 금강 유역을 대상으로 지역화 모형을 적용한 결과 NSE 목적함수 값이 0.70 이상인 우수한 결과를 확인하여 개발된 지역화 모형이 태풍 사상의 유출특성과 금강 유역의 유역특성을 우수하게 반영하고 있음을 확인하였다. 본 연구의 결과를 바탕으로 향후 미계측 유역에서도 적용할 수 있는 지역화 모형을 개발하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.387-391
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• 2011

국내에서 사면 붕괴의 직접적인 원인은 강우에 의한 것으로 볼 수 있으며, 강우침투에 따른 지하수위 상승과 간극수압 증가, 강우강도 크기에 직접적으로 영향을 받는 지표면 유출로 인한 사면의 표면토사 유출 및 얕은 사면붕괴로 나타난다. 본 연구에서는 강우로 인한 지반내 침투로 불포화토가 포화토로 변화는 과정에서 침투능을 산정하고자 기존의 침투공식을 검토하고 TDR 센서를 이용한 실내실험을 통한 침투능 산정공식을 제시하였다. 제시한 침투능 산정공식을 검증하기 위한 침투실험을 수행하여 결과를 비교 분석하였으며, 이론적 해석 및 실내실험에 의한 결과는 다음과 같다. 첫째, 포화도 변화에 따른 TDR데이터 변화는 일정했으며 이를 회귀분석을 통하여 함수화하였고, 이 함수를 이용하여 지반의 포화도 및 함수비를 파악할 수 있었다. 둘째, 흡인수두항과 중력수두항이 결합된 연속적인 침투능 산정공식을 새로이 유도하였으며, 이를 이용한 결과와 TDR 센서를 이용한 실험결과와 거의 유사함을 알 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.2179-2183
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• 2008

지금까지 분포형 모형 개발에 대한 많은 노력이 있음에도 불구하고 여러 제약사항들에 의해 잠재력을 보여주는 정도로 활용되어 왔으나, 최근 급속도로 발전하는 컴퓨터의 계산능력, DEM 등 디지털정보의 구축이 진행되어 오고 있고, GIS 및 인공위성 영상기법의 발달로 공간적인 비균질성을 고려하여 유출과정에서 운동역학적인 이론을 기반으로 물의 흐름을 수리학적으로 추적해 나가는 물리적기반의 분포형 유출모형의 활용도가 높아지고 있다. 본 모형개발에 있어 이론적 배경이 된 모형은 1998년부터 일본 교토대학 방재연구소 코지리 연구실에서 개발 중인 Hydro-BEAM으로 유역 물순환의 건전성을 평가하기 위하여 장기간의 유역 내 유량, 수질을 시계열 및 공간적으로 파악하여 유역의 영향평가를 위해 개발된 물리적 기반의 격자구조를 가진 분포형 장기유출 모형이다. 유출량 계산은 유역내 수평 유출량산정 모듈로서 평면 분포형의 격자형을, 연직 분포형으로는 $A{\sim}B$층의 수평유출량은 하천으로 유입하고, C층은 하천유량에 영향을 미치지 않는 지하수층으로 가정하는 다층모형을 이용해서 A층, 지표 및 하도흐름은 운동파 법(kinematic wave)으로, $B{\sim}C$층의 유출량은 선형저류법으로 계산하는 모형이다. 본 연구에서는 격자흐름방향을 4방향에서 8방향으로 개선하였고, 모형의 각종 수문매개변수들을 GIS와 연계하여 직접 입력할 수 있도록 하였으며, 물리적기반의 침투과정을 모의할 수 있도록 Green & Ampt모듈을 추가하고, 향후 레이더 강우 및 수치예보강우의 홍수유출예측을 염두에 두고 격자강우량을 활용할 수 있도록 하는 등 홍수유출해석을 위한 분포형 강우-유출모형으로 개선 하였고, 이를 남강댐유역에 적용해 봄으로써 모형의 적용성을 검토해 보고자 하였다. 홍수기동안의 지표흐름과 지표하 흐름의 시간적 변화와 공간적 분포를 모의할 수 있었으며, 전처리과정으로서 ArcGIS 혹은 ArcView등의 GIS 프로그램을 이용하여 모형에 필요한 ASCII형태의 입력 매개 변수 자료들을 가공하였다. 또한 후처리과정으로서 모형의 수행결과인 유역내의 유출량 분포 등을 GIS상에서 나타낼 수 있도록 ASCII형태로 출력하도록 구성하였다. 남강댐유역을 대상으로 유역을 500m의 정방형 격자로 분할하고 수계망을 통하여 유역 출구까지 운동파이론에 의해 추적 계산하였으며, 수문곡선 비교결과 재현성 높은 결과를 보여주었다. 모형의 정확성 및 실용성에 대한 보다 정확한 평가를 위해서는 향후 다양한 강우 사상 혹은 다양한 크기의 유역에 대한 유출량의 재현성 및 매개변수 등에 검증이 이루어져야 할 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.344-344
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• 2012

추계학적 강우모의발생기법은 수문학적 분석에 널리 이용되는 방법으로서 장기간의 강우입력 자료를 이용할 수 없는 경우 과거의 관측 자료를 반복하여 이용하기 보다는 과거 관측치의 통계학적 특성을 지니고 있는 합성강우량 시계열자료를 모의하여 설계 강우량 산정 및 강우-유출모형을 이용한 장기해석 등과 같은 수문학적 해석을 위한 입력 자료를 확충하기 위해 이용된다. 그러나 최근 기후변화로 인해 수문학적 설계 강우량 산정 시 가장 중요한 강우발생 특성과 극한치의 특성이 변화하고 있기 때문에 전통적인 추계학적 강우발생기법을 이용하여 강우 시계열자료를 확충하는 것은 한계가 있을 것으로 추정되고 있다. 이에 본 논문에서는 최근 유럽 등에서 도시배수체계의 설계를 위해 널리 이용되고 있는 Bartlett-Lewis rectangular pulse 모형을 이용하여 시간단위 강수량자료를 확충하고 모의된 강우량시계열자료와 실측 강우량자료를 통계학적으로 비교하였다. 또한, 극한치 분석을 통해 변화하는 기후상황에서 적합한지를 평가하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.604-604
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• 2015

급속한 도시화와 산업화로 보수 및 유수기능이 감소하였고, 세계적인 기후변화로 국지성호우가 빈번히 발생하여 기존 우수관망시스템의 문제점이 야기되고 있다. 최근 발생하는 도시유역의 홍수 피해는 대부분이 내수에 의한 침수 피해로 이러한 피해를 감소시키기 위해서는 도시하천에 적합한 강우-유출모형을 이용하여 침수 위험 유역을 정확히 예측하여 사전 보강 및 예 경보를 수행하는 것이 중요하다. 따라서 본 연구에서는 최근들어 잦은 침수피해가 발생한 도림천 유역을 대상으로 강우-유출모형인 XP-SWMM을 이용하여 민감도 및 미래 유출 특성변화 분석을 수행하였다. 첫 번째로, 지형자료 및 관거 자료, 2014년에 완공된 저류지 및 펌프시설 자료를 모두 적용하여 유역의 특성을 최대한 반영한 모형을 설계하고 실측유량과 모형유량을 비교하여 최적화된 모형임을 확인하였다. 두 번째로, 최적화된 모형의 매개변수를 기준으로 인자별 민감도 분석을 수행하여 현재 도림천의 유출특성을 살펴보았다. 마지막으로 미래 경향을 예측할 수 있는 인자인 강우량과 불투수율의 경향성을 반영하여 도림천 유역의 미래 유출특성(첨두유출량, 침수심, 침수면적, 홍수위)의 변화를 검토하였다. 민감도 분석결과 강우량을 20% 감소시켰음에도 최대 침수심과 침수면적이 3.772m, 침수면적이 $5.027km^2$로 여전한 내수침수가 발생하고 있어 도림천 유역이 치수로 부터 취약한 지역임을 확인하였다. 비정상성 빈도해석으로 강우를 산정하고 log형 회귀식으로 불투수율을 산정하여 도림천 유역의 미래 유출특성을 모의한 결과 2020년과 2030년의 최대침수심이 각각 4.9352m, 4.9954m로 현재의 최대 침수심(4.8093m)보다 평균 0.156m 증가하였다. 마지막으로 현재와 미래의 홍수위와 여유고를 이용하여 제방안전성 평가를 수행한 결과, 현재에도 전체구간이 안전구간으로 이루어져 있지 않으며 2030년으로 갈수록 안정단면은 평균 8.5% 감소하고 위험단면은 평균 17% 증가함을 확인하였다. 향후 본 연구의 결과를 이용하여 추후 침수피해 저감을 위한 대응방안 및 효과적인 대피소, 대피경로 수립 등에 활용 가능할 것으로 판단된다.

• 물과 미래
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• 제25권1호
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• pp.101-110
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• 1992

유역내 공간적 및 시간적 분포특성을 가진 이동강우를 해석하기 위하여 분포형 모델을 개발하였으며 이 유역모델은 지표면 흐름과 하천망 흐름으로 나누어 유출을 해석하였다. 지표면의 흐름은 2차원의 연속방정식과 운동량 방정식을 이요하였는데 kinematic 이론을 도입하여 운동량 방정식을 간략화 하였으며 하천망 흐름은 하천망을 일체로 하여 1차원의 연속방정식과 운동량방정식들을 이용하였다. 기본방정식들의 수치해석법으로 지표면의 흐름은 유한요소법을 이용하였으며 하천망에 대한 해석은 음해법의 유한차분법을 이용하였다. 모델은 특히 이동강우에 있어서 중요한 특색인 공간적 및 시간적 특성을 효과적으로 해석할 수 있도록 개발되었다. 또한 모델은 구성된 행렬의 특징을 이용하였는데, 지표면 유출모델은 Gauss 소거법을 이용하여 그해를 구하였으며 하천망 해석은 double sweep 방법을 적용하기 위한 여러 종류의 순환계수방정식을 제안하였고 이를 이용하여 그 해를 구하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제38권7호
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• pp.555-564
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• 2005

본 논문에서는 매개변수의 의존도가 상대적으로 적은 수리학적 모형으로 강우-유출 모형을 구성하였다. 미계측 유역에 대해서 지형도나 유역 특성 자료로부터 매개변수를 추정하고 지표류는 운동파 방법을 하도추적은 Dynamic Wave 추적기법을 적용하여 대표적인 자연하천 유역인 소양강 유역과 위천 유역에 대해서 적용성을 검토해 보았다. 모형의 효율성을 평가하기 위해서 소양강댐 유역을 대상으로 HEC-1 모형과 본 연구에서 제시한 모형을 비교한 결과 HEC-1 모형에 부합되는 유출해석이 가능하였으며 모형의 효율성 및 타당성을 확인할 수 있었다. 낙동강 위천 유역에서도 도시적 해석 및 통계적 지표에서 모두 실측치와 근접한 해석이 가능하였다. 따라서 기존에 많이 사용되는 일반적인 방법론을 이용한 간단한 모형이지만 자연하천에 적용이 가능하리라 사료된다. 그러나 여전히 조도계수의 추정 및 유역폭의 산정 등에 있어서 어려움이 있으며 이에 대한 보완이 필요하다 하겠다.