• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.107-107
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• 2017

최근 과학 기술의 발달과 정보화로 인해 다양한 분야의 방대한 정보들이 디지털화되어 저장되고, 이를 효율적으로 저장하고 관리하는 기술에 대한 수요가 증대하고 있다. 특히, 수자원 분야에서도 지점 관측 형태의 직접 계측방식이 아닌 선, 면 형태의 간접 계측방식의 기술이 개발됨에 따라 짧은 시간 동안 많은 수의 양질의 자료를 취득할 수 있게 되었다. 이에 따라 과거에 비해 방대하고 연속적인 하천공간정보가 축척되었으며, 이를 저장하고 관리하고자 하는 필요성이 대두되고 있다. 하천공간정보 중 하천단면자료는 하천기본계획수립 시 핵심이 되는 자료중 하나일 뿐만 아니라 하천의 흐름 특성을 해석하기 위한 여러 물리 모형의 입력 자료로서, 하천의 물이 흐르는 하도공간을 흐름방향의 횡방향으로 절단하였을 때 생기는 면을 기록한 자료이다. 국가에서는 하천단면자료 계측을 위해 많은 예산을 투입하고 있으며, 실제로 많은 수의 하천에서 하천단면자료를 계측하고 있다. 하지만 계측된 하천단면자료는 컴퓨터를 이용하여 제도하는 응용프로그램용 파일(CAD)로 저장되어, 하천단면자료를 지속적으로 저장 관리 모니터링하기에는 어려운 실정이다. 본 연구에서는 이러한 하천단면자료를 지속적으로 저장 관리 모니터링 할 수 있는 시스템 개발을 목적으로 현재 개발 중인 하천공간정보 표준 자료모형과 하천공간정보를 전송할 수 있는 표준자료 전송 언어인 RiverML을 활용하였다. 본 연구에서 도입한 하천공간정보 표준 자료모형은 하천망을 기반으로 한 상호연계를 기본으로 하고 있어, 하천망을 구성하는 각 하천과 해당 하천의 단면자료 간의 관계를 규명하기 쉬우며, RiverML은 이와 유사하게 하천망을 기반으로 다양한 정보를 전달하기 쉬운 전송언어이다. 또한 국가에서 개발한 공간정보 오픈 플랫폼인 브이월드(Vworld)의 API를 활용하여 저장된 하천단면자료를 표출할 수 있게 하였다. 본 연구의 결과는 하천단면자료 저장 관리 모니터링에 유용하게 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 지속적인 개발을 통해 하천에서 계측되는 공간정보뿐만 아니라 하천의 시설물, 생태환경, 문화 등의 하천공간정보과 연계하여 효율적인 시스템을 개발할 수 있을 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.405-405
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• 2019

최근 기후변화 및 지구온난화의 영향으로 집중호우, 돌발홍수, 가뭄 등 기상 이변이 빈번하게 발생하고 있어 물관리의 불확실성과 복잡성이 매우 높아지고 있다. 대규모 하천의 경우 다목적댐과 다기능보를 이용하여 홍수 및 가뭄에 대응이 비교적 용이하나, 중소하천의 경우 하천길이가 짧고 하천경사가 급해서 홍수파의 이동시간이 짧기 때문에 홍수대비를 위한 시간이 매우 짧다. 또한 중소하천 관리를 담당하는 지자체는 열악한 재정 여건과 전문인력 및 기술력 부족으로 인해 예방보다 사후복구에 집중하는 상황이며, 최근 하천 고수부지를 수변공원, 천변주차장 등으로의 공간적 활용이 증가됨에 따라 홍수발생시 위험성도 증가하고 있어 예방 및 대응 중심의 홍수 모니터링 기준 수립이 시급하다. 이에 K-water는 공익사업의 일환으로 K-water의 홍수 및 하천관리 노하우를 지자체와 공유하고 있다. 해당지자체의 과거 기상 및 수문자료들을 활용하여 홍수분석을 수행하고 지자체 중소하천에 최적화된 우량 및 수위 홍수 모니터링 기준을 수립하여 선제적 홍수대응을 할 수 있는 여건을 조성하였다. 또한 해당지자체의 우량 수위관측소의 분포와 용수전용댐 및 농업용저수지를 반영하여 유역특성을 고려한 홍수분석모형을 구축하였으며, 예상강우에 따른 주요 지점별 예상수위 및 도달시간 분석으로 지자체 담당자의 홍수대응을 지원하고자 한다. 하천 수위국 기준의 우량 알람은 하천 수위 상승 전 예비 알람의 성격으로 수위국의 수위가 상승하기 전 대비할 수 있는 선제적 대응 예방시간 확보에 도움이 될 수 있다. 또한 단계별 수위모니터링 기준에 의거하여 보행자 및 차량 통행제한 등의 조치를 취할 수 있으며, 제방월류 전 사전대응시간을 확보할 수 있어 자자체에서 능동적으며 선제적인 홍수 대응이 가능할 것으로 판단된다. 하지만 하천 수위국의 상황이 홍수에 따라 변화될 수 있으며, 홍수량 재산정 또는 하천기본 계획의 재수립 등 정책적, 현실적인 상황의 변화로 인해 모니터링 기준이 변화되어야 하는 경우에는 지속적인 보완이 필요할 것으로 사료된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.54 no.6
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• pp.355-363
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• 2021

The conventional Flow Duration Curve has limitations that it does not consider hydrologic persistence of daily discharge, that the daily discharge is greatly affected by the maximums or minimums, and that the date of occurrence and duration of a specific discharge cannot be known. In this study, we propose a Daily Mode Discharge Curve, which consists of aligning the daily discharge each year by the date of occurrence, calculating the daily mode discharge, and averaging them every 5 days. As a result of reviewing the long-term observational daily discharge data at 8 points upstream and downstream of the mainstream of the 4 major rivers in Korea, it was found that the daily discharge at all points shows hydrological persistence, and the distortion of it was alleviated by using Daily Mode Discharge Curve. We also suggest that the Daily Mode Discharge Curve is useful for utilizing reference discharge such as Drought, Low, Normal, Plentiful, and Flood Discharge.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.34 no.3
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• pp.72-81
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• 2022

Positions of five drifting buoys deployed on August 2020 near southwestern area of Jeju Island and numerically predicted velocities were used to develop five Artificial Intelligence-based models (AI models) for the prediction of particle tracks. Five AI models consisted of three machine learning models (Extra Trees, LightGBM, and Support Vector Machine) and two deep learning models (DNN and RBFN). To evaluate the prediction accuracy for six models, the predicted positions from five AI models and one numerical model were compared with the observed positions from five drifting buoys. Three skills (MAE, RMSE, and NCLS) for the five buoys and their averaged values were calculated. DNN model showed the best prediction accuracy in MAE, RMSE, and NCLS.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.202-202
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• 2023

전 세계적으로 지구 온난화로 인해 발생한 가뭄은 사회적, 경제적, 환경적으로 막대한 피해를 야기하고 있다. 국내의 경우, 2022년부터 현재까지 지속되고 있는 가뭄 상황은 강수의 지역적 편차로 인해 남부 지역 중심으로 극심한 피해가 발생하였다. 남부 지역의 주요 용수공급원인 영산강, 섬진강권역의 용수 공급율은 예년의 57%(3.8억 톤)에 불과하며, 일부 도서·산간 지역은 용수공급이 제한되는 현상까지 발생하였다. 이러한 가뭄 피해를 대비하기 위해 초기에 모니터링을 통한 선제적 대응 방안을 구축해야 한다. 가뭄 모니터링의 경우 미계측 지역에 대한 모니터링 방법으로 주기적이고 균질한 자료를 제공 받을 수 있는 위성영상을 활용한 연구가 수행되고 있다. 가뭄을 정량적으로 분석하고 판단하기 위해 가뭄지수를 활용하고 있으며, 대표적인 가뭄지수는 지상 관측강수량자료를 활용한 확률분포 기반의 표준강수지수 (Standardized Precipitation Index, SPI)와 강수 및 기온의 변동성이 포함된 표준강수증발산지수 (Standardized Precipitation Evapotranspiration Index, SPEI)가 있으며, 위성영상 자료를 활용한 가뭄지수인 증발스트레스지수(Evaporative Stress Index, ESI) 등이 있다. 본 연구에서는 강수와 기온을 고려한 가뭄지수인SPEI와 위성영상 기반의 가뭄지수인 ESI를 활용하여 2022년 남부 지역의 가뭄 사상을 중심으로 지표별 시공간적 변화를 분석하고자 한다. SPEI의 경우 기상관측소 지점자료의 기온과 강수량을 활용하였으며, Terra 위성의 MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) 센서에서 제공되는 위성영상자료를 활용한 ESI는 미계측 지역에 대한 가뭄 판단을 위해 시·군별로 세분화하여 산정하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.268-268
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• 2023

전 지구적 급격한 기후변화로 인해 수문기상인자들의 비선형적 변동성이 발생함과 동시에 가뭄, 홍수와 같은 수재해의 발생빈도 및 강도가 증가하고 있는 추세이다. 이에 따라, 세계의 유수기관 (NASA, ESA 등)에서는 대기모형과 해양 모형의 결합 및 수치해석적 접근법을 활용하여 계절내-계절 (Subseasonal to seasonal; S2S) 예측치를 생산하여 제공하고 있다. 이에 따라, 본 연구에서는 European Centre for Medium-Range Weather Forecast (ECMWF)에서 산정되는 수문기상인자 (강수량, 증발산량 및 유출량)에 대한 정확도를 평가하고자 한다. 연구지역으로는 다양한 기후대 및 토지 피복으로 구성되어 있으며, El-Nino-Southern Oscillation (ENSO), Indian Ocean Diapole (IOD)와 같은 기후 현상이 빈번히 발생하는 호주지역을 대상으로 연구를 수행하였다. ECMWF S2S 자료에 대한 통계적 검증은 1) 지점 기반 관측치와 더불어 2) 물수지 모델 기반 수문 추정치 (The Australian Water Resources Assessment Landscape Model; AWRA-L)와 비교하였다. 연구 결과 S2S 강우 및 증발산량 산정치의 경우 비교적 짧은 예측기간(약 2주)에서 상대적으로 높은 상관관계 (R=0.5~0.6)와 낮은 편차 (강수량 = 0.10 mm/day, 증발산량 = 0.21 mm/day)를 나타내었다. 유출량의 경우, 강우 및 증발산량에 비해 상대적으로 낮은 정확도를 나타내었으며, 예측 기간이 길어짐에 따라 불확실성이 상당히 높아지는 것으로 확인되었다. 이는, S2S 계산과정에서 강우 및 증발산량 뿐만아니라 지표 유출로 도달하기 전까지의 수문기상인자들의 불확실성이 모두 모여 유출량의 불확실성이 높아진 것으로 확인할 수 있었다. 계절적 검증에서는, 강우 및 증발산량 모두 여름철에 높은 상관관계를 나타내었지만 불확실성은 상대적으로 큰 값을 나타내었다. 자세한 분석을 위해, 공간적인 불확실성을 분석해본 결과 ECMWF S2S가 매우 습윤하거나 건조한 지역에서 수문기상인자를 예측하는데 있어 한계성이 나타난 것을 확인하였다. 본 연구를 토대로, 추후 S2S 예측치에 대한 보정과 더불어 미래의 수재해 발생 위험도에 대한 정보를 획득하는데 적용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.315-315
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• 2023

급격한 기후변화에 기인하여 전 세계적으로 거듭되는 돌발홍수로 인한 피해가 급격히 증가하고 있는 실정이다. 우리나라에서도 최근 중소 규모의 하천 뿐 아니라 도시 생활하천, 도심지 저지대에서 갑작스런 홍수와 침수로 인해 많은 인명과 재산 피해를 경험하고 있다. 이런 문제를 인식하여 최근 정부차원에서 다양한 센서와 인공지능에 기반하는 많은 인프라 및 연구 투자가 이루어지고 있지만, 높은 설치 및 운영 비용과 우리나라의 복잡한 하천 환경 특성으로 인해 소하천이나 도심지 저지대에서는 그 효율성을 제대로 발휘하지 못하고 있다. 따라서 본 논문에서는 주변환경의 변화에 강인한 복합 센서단말을 통해, 하천 정보(유량, 유속, 수위 등)을 실시간 측정하고, 해당지역의 특성을 고려한 하천 또는 저지대의 위험도를 스스로 판단할 수 있는 기술을 제안한다. 또한, 본 논문에서는 제안한 저비용 초소형의 단말 장치로 지점의 하천 정보를 실시간 측정하여 IoT망을 통해 3차원 하천 디지털트윈 모델로 전달하여, 유속과 수위를 그대로 재연함으로써, 하천 침수 위험 감시의 효율성을 검증하였다. 3차원 DEM(Digital Elevation Models) 데이터와 실제 하천을 관측한 데이터를 이용한 디지털트윈 검증 결과, 데이터 전송 지연시간을 감안하여 3초 이내에 하천의 수위와 유속이 3차원 모델에 반영되는 것을 확인하였다. 이 결과로부터 열악한 환경에서도 실시간 하천 상황을 원거리에서 모니터링 할 수 있으며, 강우와 유출에 따른 하천 홍수 메카니즘을 새롭게 시뮬레이션할 수 있는 방법론을 제시할 수 있을 것으로 기대한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.216-216
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• 2023

가속적인 토양침식은 토지의 환경 및 생태계의 지속성에 부정적 영향을 미치므로, 그 양을 예측하여 토양침식을 방지하는 것은 중요하다. 이에 따라 식생, 지형, 토양의 입도분포 등과 같은 토양침식에 영향을 미치는 인자에 관한 연구가 꾸준히 이뤄지고 있다. 특히 자연 지형에서 보편적으로 나타나는 'cm' 규모의 미세지형이 토양침식에 미치는 영향을 분석한 기존 연구 결과를 살펴보면, 유역 출구 지점에서 관측된 총 유사유출량에만 근거하고 있을 뿐 아니라 토양침식에 미치는 미세지형의 영향에 관한 상반된 결과가 혼재하고 있다. 이는 유역의 토양침식과정에 대한 이해도와 토양침식량에 대한 예측 정확도를 저하시킬 우려가 있으므로 미세지형이 토양침식에 미치는 영향을 유역 전반에 걸쳐 살펴본 후, 명확하게 하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 동역학파 모형에 기반한 침식 모형을 이용하여 미세지형에서의 강우-유출 및 토사 입자별 침식 및 유출 현상을 수치적으로 모의하였다. 모의 결과에 따르면, 동일한 강우-유출 조건에서도 미세지형의 거칠기에 따라 유역의 토양침식량 및 침식 특성이 달라질 수 있으며, 토양 입경이 미세지형의 거칠기에 따른 유사유출량의 증감 현상을 결정하는 데에 있어 중요한 요소로 작용함을 제시하였다. 미세지형이 거칠어짐에 따라 비교적 굵은 입자인 모래 함량이 높은 지반에서는 토양침식률이 감소하였으나 이와 대조적으로 미세토사 함량이 높은 지반에서는 토양침식률이 증가하였다. 이는 미세지형이 유역 전반에 걸쳐 입경에 따른 토사의 부상, 이류 및 퇴적 특성에 영향을 미쳐, 유역의 유사 분급 및 장갑화 현상에 깊게 관여하였기 때문이다. 본 연구를 통해 토양유실에 미치는 미세지형의 영향에 관한 상반된 연구 결과를 미세지형과 토양 입경분포의 상호작용으로 설명할 수 있다. 따라서, 본 연구는 유역 내 미세지형적 거칠기 입경분포에 대한 정확한 정보에 기반하여 토양의 유실량 및 침식량을 산정해야 함을 강조한다.

• Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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• 2022.05a
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• pp.284-287
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• 2022

In order to respond to the complexity and uncertainty of water management due to the climate crisis, K-water established a digital twin water management platform based on our experience in operating ICT infrastructure such as hydrological data sensing and high-quality data management and water management capabilities. In this platform, data from related organizations and real-time observation data in the basin are displayed on 3D topographic domain. Also it is configured to support optimal decision-making through simulation for various situations, displaying and analyzing results, and feedback on them. It is completed to establish the platform for Sunjim river basin. Based on this technologies and experience, K-water is planning to expand this digital twin to 5 major rivers in Korea. Through this, it plans to build comprehensive decision-making system for efficient water management considering various conditions in entire basin. Also it aims to create a new water industrial ecosystem and contribute to secure technological competitiveness cooperating with private companies.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.101-101
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• 2021

본 연구에서는 금강 유역(9,645.5 km²)을 대상으로 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)을 이용하여 장기간 지하수 양수와 산림 성장이 수문에 미치는 영향을 평가하였다. 1976년부터 2015년까지 40년의 지하수 이용량(GU)과 산림 성장(FG) 자료를 10년 단위(1980s; 1976~1985, 1990s; 1986~1995, 2000s; 1996~2005, 2010s; 2006~2015)로 구축하고, SWAT 입력자료와 증발산량 매개변수로 사용하여 연대별 지하수 양수와 산림 생장을 반영하였다. 금강 유역 내 위치한 2개의 다목적댐과 3개의 다기능 보에서 관측된 일별 유량으로 2006년부터 2015까지 10년을 검·보정하여 모델의 적용성을 검증하였다. 5지점에 대한 검보정 결과, NSE는 0.76에서 0.79, R²는 0.78에서 0.81, RMSE는 0.55 mm/day에서 1.96 mm/day, PBIAS는 -5.48%에서 8.56%로 통계적으로 유의한 수준으로 분석되었다. 적용성을 검증한 SWAT에 각 연대에 맞는 GU와 FG 정보를 입력하여 수문을 모의하였으며, 두 요인이 물순환에 미치는 영향을 평가하기 위하여 기상조건은 2010s로 고정하였다. 모의결과, GU와 FG 변화가 주는 영향으로 유역 출구의 총유출량은 7.8%(60.7 mm/year) 감소하였으며, 1980s과 2010s에서 각각 775.0 mm/year, 714.3 mm/year의 값을 보였다. 물순환 분석 결과, 지표유출, 중간유출, 기저유출, 침투량, 토양수분은 감소하는 경향을 보였고, 증발산량과 지하수 충전량(GWR)은 증가하는 경향을 보였다. GU의 증가로 인한 지하수위의 지속적인 감소가 GWR이 증가하는 원인으로 판단하였으며, 강우 기간에 포장용수량 이상의 토양수가 빠르게 흘러 지하수 충전량을 증가시켰다고 추론하였다. 또한, 유황 곡선을 분석한 결과, 유량이 지하수 양수와 산림 생장에 영향을 받은 지역에서 시간 흐름에 따라 감소하였고, 저유량 구간에서 상대적으로 많이 감소하였다.