• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.126-126
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• 2019

과거부터 수자원분야는 공학적인 측면을 주로 강조하였으며, 따라서 인문사회학적 요소(예, 토지이용, 인구, 생태 환경, 경제발전 등)가 종종 배제된 채 시설물 계획이 이루어졌다. 그러나, 경제가 발전하고 사회의 모습이 복잡해짐에 따라, 수자원 관련 시설물의 계획에 있어 다양한 인문사회학적 요소를 고려할 필요성이 높아지고 있다. 본 연구에서는 사회-수문 모델링 기법을 이용하여 사회-수문 상호 간 순환적 관계를 파악하고, 특히 다목적댐이 인문사회에 미치는 영향을 정략적으로 파악하고자 하였다. 우리나라는 기후변화에 의한 극한가뭄과 홍수발생 빈도가 증가하고 있다. 이에 대한 대책으로, 다목적댐을 건설하여 효율적인 수자원 관리를 하고 있다. 본 연구에서는 대상지역으로 국내 강원도의 횡성댐을 선정하였다. 횡성댐은 하류에 위치한 횡성군과 원주시에 생 공 농업용수를 공급하는 용수원의 역할과 섬강 하류지역에 발생하는 홍수를 방어하는 역할을 하고 있다. 횡성댐 유역의 사회-수문학적 관계를 이해하기 위해 인과지도를 이용한 시스템 요소간의 상호연관성을 파악하였고, 이를 바탕으로 수문학적 요소와 인문사회학적 요소 사이의 관계식을 구성하였다. 수자원 분야에 해당하는 요소로는 생 공 농업용수 이용량 및 댐 저수량과 방류량을 선정하였으며, 인문사회학적 요소는 인구, 공업지역 농경지 주거지역의 면적 및 지역 내 총생산액을 선정하였다. 이와 같은 사회-수문학 요소를 바탕으로 해당 지역의 사회-수문 전체의 동태적 변화를 이해하기 위해 시스템 동적모의(System Dynamics) 모형을 이용한 모델링을 진행하였다. 다목적댐 건설 전 후로 대상지역의 용수 이용량과 인구 및 지역 총생산액 등의 데이터를 수집하여 모델을 검증하였다. 나아가 구현한 모형을 활용하여 향후 기후변화 발생 시 다목적댐이 대상지역의 용수이용 및 인구변화, 지역경제에 미치는 영향을 정량적으로 분석하였다. 본 연구는 인문사회분야와 수자원분야 사이의 영향관계를 이해하고, 모델을 이용한 정량적인 분석을 통해 향후 수자원 시설물 계획 및 정책마련을 위한 의사결정도구로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.387-387
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• 2021

지구온난화와 기후변화로 인한 강우패턴의 변화는 가뭄, 홍수 등의 피해를 증가시키고 있다. 그 예로 2020년 여름 장마는 1973년 이후로 가장 긴 장마로 기록되었다. 이 장마는 제주도를 제외한 우리나라 전역에 평균 858 mm의 강수량을 발생시켰다. 장마로 인해 많은 지역에서는 도시침수와 하천범람이 발생하였으며 인적 그리고 물적인 피해를 입었다. 게다가 극한강수의 미래변화는 평균 강수량의 증가와 더불어 빈도도 증가하리라 전망한다. 따라서 심화되는 극한 기우 현상의 피해를 대비하기 위해서 수문순환이라는 시스템에 대한 이해가 필요하다. 구조방정식모형은 특정 현상에 대한 인과관계를 분석하기 위한 다변량 분석방법 중 하나로, 사회과학 분야에서 널리 사용되었으나 최근 자연과학 분야에서도 응용되고 있다. 구조방정식모형을 사용하여 관측된 자료가 이론 및 경험을 토대로 구축된 모형과 충분히 부합하는지를 검증할 수 있다. 구조방정식모형은 변수 간의 영향의 크기와 영향이 직접 혹은 간접적으로 작용하는지를 확인할 수 있고 모형에 대한 통계적인 평가로 연구모형이 수용 가능한지를 판단할 수 있다. 따라서 구조방정식모형을 사용하여, 수문순환의 모형을 구축하고 수문특성 간의 영향을 확인할 수 있다. 본 연구에서는 수문요소의 인과관계와 상관관계를 파악하기 위해 구조방정식모형을 적용하였고 2010년부터 2018년까지 설마천 유역과 청미천 유역의 연단위 강수량, 기저유출량, 직접유출량, 증발산량을 사용하였다. 각 유역에서의 수문특성과 수문요소 간의 관계를 확인하고 수문순환 모형을 구축/평가를 하였다. 그 결과, 서로 다른 유역이지만 비슷한 구조방정식모형을 갖는다는 것을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.1520-1524
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• 2006

ENSO(El $Ni\check{n}o$ Southern Oscillation)은 태평양상의 해양과 대기간의 복잡한 상호작용의 일부이며, ENSO 순환(ENSO cycle)의 극한상태인 엘니뇨와 라니냐는 세계적으로 발생하는 홍수와 가뭄 등 자연재해와 많은 연관성을 가지고 있음이 많은 연구를 통하여 알려지고 있다. 우리나라에서도 ENSO와 수문변량들간의 관계를 분석하는 연구가 활발히 진행되고 있는데, 수문자료의 변동계수가 크기 때문에 이를 단순 표준화하여 해석하는데 있어 어려움이 있다. 본 연구에서는 자료의 표준정규분포화를 통하여 ENSO와 우리나라 수문변량들간의 관계를 분석하였다. ENSO를 정량적으로 표준지수화하기 위하여 적도부근 남태평양 Tahiti섬과 오스트레일리아 북부 Darwin 지역에서의 기압차를 월별로 표준화(standardization)한 SOI(Southern Oscillation Index)지수를 이용하였고, 수문자료를 정량적으로 표준지수화하기 위하여 우리나라 23개 기상관측소의 월강수량, 12개 기상관측소의 월평균기온, 월최저기온, 월최고기온 자료를 이용하여 표준정규분포를 가지는 표준정규지수로 환산하였다. 환산된 자료의 계절적 영향을 파악하고자 3개월 단위로 구분하여, 초과확률 등을 이용한 분석을 실시한 결과, 특정지역의 수문변동이 남방진동지수와 유의한 상관관계를 가짐을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 현재 많은 연구가 진행되고 있는 수문기상학적 예측모형의 개발에 유용한 정보를 제공해 줄 수 있을 것이다.

• 물과 미래
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• 제28권6호
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• pp.193-202
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• 1995

본 연구의 목적은 하천유량에 결정적 영향을 미치는 토양수분 상태의 시간적 변화를 고려할 수 있는 강우-유출 모형을 평창강 유역에 적용하여 홍수예측 모형으로서의 가능성을 검증하는데 있다. 사용된 모형은 Sacramento 토양수분 모형과 비선형 다중저수지 형태의 유역홍수 추적 모형으로 구성된 물리적 개념에 근거를 둔 연속을 모형이다. 모형의 매개변수 추정 및 모형 검증을 위해서 각각 7년, 3년간의 일 강수량 및 증발산 자료를 이용하였다. 모형의 적용 결과, 저유량일 때에는 계산유량이 관측유량보다 다소 적게 계산되었지만, 홍수시를 포함하여 전반적으로 만족할 만한 유출계산(상관계수 0.87)을 할 수 있었다. 또한, 홍수와 가뭄과 같은 극한사상이 발생하였을 때의 강수와 토양습윤 상태가 유출에 미치는 영향을 해석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1540-1544
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• 2008

최근 기후변화의 영향일 것으로 추정되는 이상가뭄의 발생빈도가 잦아지는 상황에서 이에 대한 대비책으로서 댐의 비상용량을 비상용수로 공급하는 방안이 조심스럽게 제기되고는 있으나 현재까지 국내에서는 비상용수에 대한 명확한 정의조차 제시되지 않는 등 다소 생소한 개념이라고 할 수 있다. 본 연구는 비상용수 공급의 국내 외 사례와 비상용수 공급편익 산정에 관한 국내 외 연구를 검토하여 댐에 의한 비상용수 공급의 가능성과 가치를 평가하는 것을 목적으로 한다. 비상용수의 수요는 정기적으로 발생하지 않는 특수한 경우이고 용수공급을 대체할 만한 대안이 거의 없는 극한 상황에서 발생한다. 그러므로 생 공용수의 편익산정 방법에 일반적으로 이용되는 대체시설비용법과 같은 편익산정 기법을 적용하는 것은 여의치 않을 것으로 판단된다. 그리하여 본 연구는 비상용량이 사용될 때의 갈수빈도와 갈수피해액의 관계를 설정하고 피해경감액을 추정함으로써 연평균 편익을 산출하는 방안을 검토하는 방안을 제안하고자 한다. 비상용수 공급편익의 합리적인 계량화하기 위해서는 적절한 이수안전도의 설정과 이에 따른 이수기능의 평가가 선행되어야 한다. 그러나 아직까지 갈수규모에 따른 비상용수 공급편익의 산정방법에 대한 명확한 기준이 마련되지 않은 실정이다. 따라서 향후 비상시 댐의 이수기능을 최대한 활용하고 이에 대한 올바른 가치평가를 위해서도 관련분야에 대한 기초연구가 시급히 이루어져야 할 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.308-308
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• 2019

지구상 해양, 대기 및 대륙 상호간의 연속적인 물의 거동을 나타내는 물의 순환의 주요 과정 중 하나인 유량 자료는 경년부터 수십년간의 다양한 기상학적 변동성을 내포하며 해당 지역의 수문기상학적 특성을 반영한다. 이러한 기상학적 변동성 중에서 비교적 긴 시간 주기를 나타내는 저주파 진동은 전지구적 기후변화의 장기적 영향을 나타내며 해수면 상승, 홍수 또는 가뭄과 같은 극한 수문사상을 나타내는 매우 주요한 지표로 활용되고 있지만 관측된 수문 시계열의 짧은 자료길이로 인하여 통계적 분석의 신뢰성에 한계를 보여왔다. 따라서 과거 수문 시계열의 확장으로 인하여 부재의 영역으로 남아있던 자료 기간의 한계가 보완되면 보다 정확하고 신뢰도 있는 분석이 가능할 것이다. 나무나이테를 활용한 고기후 복원 등의 연구가 증가하고 있지만 공학 분야에서 이를 실제로 활용한 연구는 아직 미비하다. 따라서 본 연구에서는 과거 기후의 정보를 바탕으로 복원된 수문 시계열을 활용하여 수문 시계열에 내재된 장기 기후 변동성을 통계적으로 분석하기 위한 문헌들을 조사하고, 장기적인 시간 흐름에 내재된 잠재적인 경향 및 변동성을 통계적 분석을 파악하고자 한다. 이를 위해 주어진 수문 시계열에 내재된 저주파 신호을 추출하기 위한 경험적 모드분해법을 활용하여 수문 자료에 내재된 장기 변동성을 추출하였으며, 산업화 이전부터 연장된 수문 시계열의 공학적 활용성을 분석하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.337-337
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• 2019

지구 온난화에 따른 기후변화로 인하여 태풍, 폭염, 홍수 및 가뭄 등과 같은 다양한 자연재해는 해마다 증가하고 있으며, 이에 따른 사회적 우려의 목소리가 커지고 있다. 특히 극한 강우와 홍수는 막대한 재산피해와 인명사고 등과 같은 재난에 직결된다. 자연재해에 대한 피해를 사전에 방지하기 위해서는 수자원 시스템을 이해하고, 미래 기후변화를 고려하는 것이 중요하다. 이미 많은 국가들은 기후변화에 대한 영향을 분석하고, 이에 적응하기 위한 노력을 하고 있다. 일반적으로 기후 모델로부터 생산된 모의자료를 이용하여 현재기간에 대비한 미래기간의 변화를 분석하게 되며, 이미 수문통계학 분야에서는 미래 강수량 변화를 살펴보기위해 다양한 연구가 수행되었다. 본 연구는 HadGEM3-RA 기후 모델의 강수 자료에서 연최대 자료를 추출하였고, 이를 이용하여 비정상성 지역빈도해석을 수행하였다. 지역빈도해석 방법은 홍수지수법(index flood method)을 이용하였고, 대상유역으로 한강유역을 선정하여 적용하였다. 또한 RCP(Representative Concentration Pathways) 시나리오는 RCP 4.5와 RCP 8.5를 적용하였으며, 각 시나리오에 따른 강수량 변화율은 전망 기간(S0:1979-2005, S1:2011-2040, S2: 2041-2070, S3:2071-2100)에 따라 비교 분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.319-319
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• 2019

기후변화로 인한 극한 기후 상황의 증가로 홍수기 홍수피해와 갈수기 가뭄피해가 심화되고 있으며, 수자원 관리에 대한 어려움이 발생하고 있다. 효율적인 수자원 관리를 위해 국내에는 약 1,8000여개의 댐을 운영하고 있으며, 댐의 유입량과 저수량을 감안하여 물을 적절하게 방류하는 것을 목적으로 한다. 그러기 위해서는 유입량이 우선적으로 확보되어야 하며, 더 나아가 유입량을 미리 예측할 수 있다면 더욱 효율적인 댐 운영이 가능할 것이다. 기존에는 수위나 유량을 예측하기 위해서는 주로 물리적 모형이 사용되어 왔으며, 물리적 모형은 매개변수 결정을 위한 많은 자료를 필요로 하고 그 과정에서 많은 불확실성을 포함하고 있기 때문에 계산 과정을 거치는 동안 다양한 오차가 반복 누적되는 단점이 있다. 반면에 시계열 데이터 예측을 위한 알고리즘 LSTM(Long Short-Term Memory)은 입력된 데이터와 출력된 데이터를 동시에 이용하여 보다 정확한 예측 값을 얻을 수 있다. 따라서 본 연구는 다목적댐의 유입유량 예측을 위해 구글에서 제공하는 딥러닝 오픈소스 라이브러리를 활용하여 LSTM모형을 구축하고 댐 유입유량을 예측하였다. 분석 자료로는 wamis에서 제공하는 용담댐의 2006년부터 2018년까지의 시간당 유입량 자료를 사용하였으며, 입력 데이터로 모형을 학습한 후 2018년의 유입량을 예측하였다. 예측 값의 정확도를 판단하기 위해 2018년의 실제 유입량 자료와 비교하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.41-41
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• 2019

동진강, 만경강 그리고 연안 유역으로 이루어진 새만금유역은 농업이 발달한 지역이지만 유역 내 이용 가능한 수자원량이 부족하여 인근 유역인 금강과 섬진강 유역으로부터 용수를 공급받고 있다. 외부유입량은 연도별 강수량 변화에 따라 편차가 크기 때문에 새만금유역은 극한 가뭄과 홍수에 더욱 취약한 유역이다. 또한, 간척사업으로 새만금 방조제 건설에 따라 유역의 수질 환경이 중요한 지역 사회의 이슈이며 특히 만경강의 경우 심각한 수질 문제를 개선하기 위한 다양한 연구가 수행되어왔다. 이에 따라 본 연구에서는 Soil and Water Assessment Tool (SWAT) 모형을 이용하여 만경강유역으로 들어오는 외부유입량 변화에 따른 유역의 수문 및 수질 변화 양상을 분석하여 수질 문제 개선 방안을 제시하고자 한다. 외부유입량 변동 시나리오는 만경강으로 유입되는 용담댐의 방류량을 이용하였으며, 기존 외부유입량 데이터에 비례하도록 산정하였다. SWAT 모형의 신뢰성 있는 모의를 위해 유역 외부에 위치한 용담댐의 운영을 별도로 고려하였고 취수를 통한 유역 내 농업용수 사용 등을 고려하였다. 수위-유량 관측소의 일자료와 수질관측소의 자료를 이용하여 유출량, SS, T-N, 그리고 T-P에 대한 보정(2012~2014) 및 검증(2016~2018)을 수행하였다. 각각의 검보정지점에 대한 $R^2$, NSE, RMSE을 목적 함수로 사용하여 모형의 적용성을 확인하였고, 이렇게 구축된 SWAT 모형을 기반으로 외부유입량 시나리오에 따른 유역의 수문 수질 변화를 분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.339-339
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• 2018

일반적으로 댐의 홍수분석을 할 경우에 댐의 운영초기수위는 댐의 만수위로 분석하고 있다. 댐 하류지역의 홍수에 대한 안전성을 확보하는 측면에서 댐의 극한 상황인 만수위 상태에서 홍수사상에 의한 댐 유입량이 유입될 때 하류지역의 방류량을 분석하여 결정함으로써 하류지역 하도의 피해를 저감하기 때문이다. 그러나 최근의 지속적인 가뭄으로 인해 태풍이나 장마와 같은 집중호우발생에도 댐의 수위는 만수위에 다다르지 못하고 전량 저류하거나 일부 방류를 통해 댐의 용수확보를 위한 저류용량의 증가효과를 가져오는 경우가 대부분이다. 이러한 이유로 인해 본 연구에서는 댐의 홍수기 운영에서 초기조건을 변화하여 실제 호우사상을 분석하여 방류량과 저류량의 변화를 분석하고 홍수조절 지표를 평가하여 댐 운영에 따른 홍수조절 효과와 댐의 용수확보를 통한 이수기능에 대한 평가를 실시하였다. 본 연구에서 대상 댐은 안동댐으로 안동댐에 발생한 5개의 호우사상에 대해 초시 수위를 만수위인 EL. 160m에서 0.5m씩 감소하여 EL.150m 까지 분석하여 홍수조절과 저류기능을 검토하였다.