• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.118-118
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• 2021

최근 지구 온난화 현상으로 인한 기후변화로 이상기후 현상이 발생하고 있으며 이로 인해 장기적으로 폭염의 빈도 및 강도 상승에 따른 가뭄 피해 우려가 증가하고 있다. 농업 가뭄은 강수량 부족, 토양 수분 부족, 저수량 부족 등 농업분야에 영향을 주는 인자들과 관련되어 있어 농작물 생육 및 수확량 감소를 야기한다. 우리나라는 논농사가 주를 이루고 있어 국내 농업 가뭄은 주수원공인 농업용 저수지의 가용저수용량으로 판단 가능하다. 따라서 안정적인 농업용수 공급을 위해 수리시설물의 모니터링, 공급량 등의 분석이 이루어져야 하며, 농업 가뭄에 대비하기 위해 농업용 저수지의 가용저수용량 파악이 필요하다. 수자원 분야에서 지점자료의 시·공간적 한계점을 보완하기 위해 인공위성 자료를 활용한 연구가 활발히 이루어지고 있으며, 본 연구에서는 위성영상 자료 및 딥러닝 기반 알고리즘을 적용하여 농업용 저수지 수표면 탐지 및 시계열 분석을 목적으로 한다. 위성영상 자료는 5일 주기 및 10 m 공간해상도를 가진 Sentinel-2 위성영상 자료를 활용하고자 하였으며, 딥러닝에 적용하기 위하여 100장 이상의 영상 이미지를 구축하였다. 딥러닝 기반 알고리즘으로는 Convolutional Neural Network (CNN)을 활용하였으며, CNN은 주로 이미지 분류나 객체 검출 문제를 해결하기 위해 제안된 모델로 최근 픽셀 단위로 분류가 가능한 알고리즘이 개발되어 높은 정확도의 수표면 탐지가 가능할 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 CNN 기반 수표면 탐지 알고리즘을 개발하여 Sentinel-2 영상 기준 경기도 안성시를 대상으로 소규모 농업용 저수지의 수표면적에 대한 시계열 데이터를 분석하고자 한다.

• 대한환경공학회지
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• 제39권12호
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• pp.714-722
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• 2017

수질오염총량관리제도(이하 총량제)는 하천의 목표수질을 달성하기 위해 유역에서 배출되는 오염물질의 총량을 관리하는 제도이다. 유역에서 배출되는 오염물질의 허용총량은 수질모델을 활용하여 산정하며, 이과정에서 오염부하량은 발생, 배출, 유달부하량으로 구분할 수 있다. 유달부하량은 배출부하량과 유달율의 곱으로 계산되며 유달율은 유역에서 배출된 오염물질이 하천의 특정지점에 도달하는 비율로 정의된다. 본 연구에서는 Hwang(2016) 등이 제시한 기준유량 조건의 유달율 추정방법을 영강유역에 적용하고 QUALKO2 수질모델의 수질 입력자료를 생성하여 기준유량 조건의 유달율 산정방법(식 (3))과 평균 개념의 유달율 산정 방법(식 (2))의 비교분석을 통해 유달율 추정방법에 대한 검증 연구를 수행하였다. 연구결과, 유달율 함수식은 식 (2)와 식 (3) 모두 사용 가능하나, 배출계수 적용에 따라 방법론을 달리할 필요가 있다. 식 (2)를 사용할 경우는 배출계수를 저수량, 평수량 구분없이 1로 동일하게 사용해야 하며, 식 (3)을 사용할 경우는 기술지침에서 정한 배출계수(저수량 0.15, 평수량 0.5)를 적용해야 할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.44-44
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• 2020

최근 기후변화의 기온 상승 및 강수량 증가의 영향으로 농업용수 수요량이 증가하고 있다. 이에 따라 농업용수의 약 60%를 공급하는 농업용 저수지의 용수 수요의 변화와 그에 따른 공급능력에 대한 평가가 필수적이다(한국농어촌공사, 2019). 본 연구에서는 기후변화 시나리오를 기반으로 농업용저수지 물수지 모의 프로그램인 DIROM(Daily Irrigation Reservoir Operation Model) 모형을 활용하여 우리나라 미래 필요수량 변화에 따른 농어촌용수 수요 변화를 분석하고, 가뭄대책단계별 관리수위를 활용해 공급능력을 평가하고자 한다. 필요수량 분석을 위해 2018년 농업생산 기반시설 통계연보의 논면적 자료 및 농어촌용수 이용 합리화계획(2015~2024)의 수로손실, 삼투량 자료를 구축하였고, 공급능력 평가를 위해 한국농어촌공사 관할 3,666개 저수지 중 저수지 시설규모, 수혜면적 등을 고려하여 선정한 426개 저수지를 대상으로 농업기반시설관리시스템(RIMS)의 저수지 제원, 내용적 곡선 및 평년저수율 자료를 수집하였다. 기후변화 시나리오는 기상청으로부터 제공받은 HadGEM3-RA RCP(Representative Concentration Pathway) 8.5 시나리오를 이용하였으며 기후변화 시나리오 기간을 S1(2021-2040), S2(2041-2070), S3(2071-2099)로 구분하여 분석하였다. 전국 필요수량을 산정한 결과 평년(1981-2005) 대비 S1, S2, S3에서 각각 12.0%, 9.1% 16.4 % 증가하여 미래로 갈수록 증가하는 경향이 나타났다. 426개 저수지에 대한 물수지 분석을 통해 저수율을 산정하고 평년저수율을 통해 산정한 가뭄대책단계별 관리수위를 기준으로 용수공급능력을 파악한 결과 저수율이 40% 미만 일이 평년대비 S1, S2, S3에서 15.9일, 11.8일, 18.1일로 증가하였다. 본 연구의 결과는 미래 기후변화에 따른 농업용 저수지 용수관리계획 및 의사결정 자료로 활용 될 것이라 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제49권8호
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• pp.673-683
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• 2016

시 공간적 유량변화를 반영한 탄력적인 하천수 사용허가 기준유량 설정 방법을 개발하고 이를 금호강 유역에 적용하여 현재 관리방식과 비교 평가하였다. 홍수기/이수기, 관개기/비관개기를 고려하여 4개의 시기로 구분하고, SWAT모형의 10년간 일별 모의 자연유량을 활용하여 유역내 주요지점인 동촌과 성서 수위관측지점에서 각 기간별 안정적으로 흐르는 유량(기준갈수량, 저수량, 평수량, 평균갈수량)을 판단하였다. 금호강 19개 표준유역의 4개 시기별 안정적으로 흐르는 유량에서 하천유지유량을 제외한 값을 시기별 허가기준유량으로 설정하고 하천수 허가량과 회귀량을 고려하여 가용유량을 산정하였다. 현재 연중 일정하게 적용되는 하천수 사용허가 기준유량(기준갈수량에서 유지유량을 제외한 값)과 본 연구에서 제시한 탄력적 기준유량을 적용하였을 때를 비교한 결과, 추가적인 수자원 확보시설을 건설하지 않고도 10.6 백만$m^3$/년의 가용수량을 확보할 수 있을 것으로 나타났다. 그러므로 본 연구에서 개발된 시 공간적 유량변화를 고려한 탄력적 하천관리 기준유량 산정 방안은 효율적인 물이용을 위한 정책 개선에 활용할 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.460-460
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• 2021

각종 오염물질이 수계로 유입되어 침강하면 하상에 퇴적되는데 이 오염된 퇴적물 중 질퍽한 콜로이드상의 물질을 오니토라 일컫는다. 이 오염물은 저장소 및 물환경의 변화에 따라 수질 악화의 직접적인 원인이 될 수 있는 인, 질소 등의 영양염류를 수중으로 재용출시킬 수 있는 비점오염원 종류 중 하나이다. 하천 준설은 하천에서 저수용량 확보와 하상 유지관리 및 골재확보, 수질 개선을 위해 토사를 제거하고 그 토사를 운반선에 의하여 운반하여 지정된 투기장에 투기하는 일련의 공사를 말하며, 이를 통하여 비점오염원인 오니토를 직접적으로 제거할 수 있다. 준설의 필요성 판단 및 수질개선 효과를 모니터하기 위해서는 하천의 수질과 유량을 조사해야 한다. 이때 대상구간이 요구하는 수질 기준에 부합하지 않으면 오염퇴적물 준설 기준을 통해 준설이 필요한 구간 및 사업량을 결정한다. 준설 사업량의 경제적 타당성을 정량적으로 검증하기 위해 대상 구간을 준설을 하지 않을 시 오니토가 상시 용출된다는 가정하에 물재생시설로 이 오염물을 정화했을 때의 비용을 준설 사업비와 비교하였다. 본 연구에서는 하천공사 표준시방서(2007)에 제시된 오염퇴적물 준설 기준을 만족하는 서낙동강수계의 준설 계획 지구에 대한 계획 사업비와 해당 지구 하류에 위치한 물재생시설의 정화능력 및 운영비를 비교해 하천 준설 사업비에 대한 편익을 산정하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.418-418
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• 2022

본 연구에서는 수문학적 물수지 분석을 통한 물수요-공급 시계열 분석을 수행하여 빗물이용률을 산정하였다. 물수지 분석 도구를 개발하였으며, 이를 통해 빗물이용시설 공급충족률(필요수량 대비 빗물이용량), 빗물보장률(전체일수 대비 빗물이용일수), 빗물이용률(빗물이용시서용량 대비 빗물이용가능량)에 대해 분석을 수행하였다. 업무시설, 학교, 체육시설(공원), 공동주택에 대해 수요처별 수요 시나리오를 작성하였으며, 고수요 75%, 중수요 50%, 저수요 25%를 적용하였다. 시나리오별 실제 용량과 기준용량에 따른 빗물이용률을 비교함으로써 현재 설치된 빗물이용시설이 잘 계획되었는지, 과소 계획되었는지 파악할 수 있다. 빗물이용률 분석을 위해 빗물이용시설 유형별 2개소씩 선정하였으며, 빗물이용시설 실제용량 및 기준용량(집수면적(m²)×0.05 적용)에 따른 수요 시나리오별 빗물이용률을 비교하였다. 이와 같이 물수지 분석 도구를 이용하면 다양한 시나리오 적용에 따른 운영 결과를 향후 설치될 빗물이용시설의 설치 이전에 확인하여 최적 운영방안 도출 및 저류조 용량 계획에 참고할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.184-184
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• 2019

농업용 저수지 가운데 약 90 %는 1970년 이전에 축조되어 기후변화에 따른 가뭄 및 홍수 등의 자연 재해에 효과적으로 대응하지 못하고 있다. 저수지의 용수공급능력은 수자원의 확보와 저수지 규모의 결정 등을 포함하는 수자원공급 계획 수립에 필수적인 요소이다. 현재 다목적댐의 용수공급능력을 평가하는데 적용된 평가 기준은 최악의 갈수기 동안에도 용수공급을 보장할 수 있는 최대 공급량을 의미하는 보장공급량과 일정비율로 물 부족을 허용하는 방법을 의미하는 신뢰도, 통계적 지표인 회복도, 취약도 등의 기준을 사용하고 있다. 농업용 저수지의 용수공급 안정성을 판단하는 지표 중 하나인 이수안전도는 한발빈도와 물수지 분석를 이용하여 평가할 수 있다. 본 연구에서는 한국농어촌공사에서 관리하는 주수원공 저수지를 대상으로 농업용 저수지의 설계한발빈도 및 최근 기상 및 유출량, 저수량의 변화를 고려한 물수지 분석과 시계열 빈도분석을 통해 재산정된 한발빈도를 이용하여 이수안전도를 평가하였다. 최근 기후변화에 따른 농업용 저수지의 이수안전도 변화로부터 설계 당시의 용수공급능력과 현재 용수공급능력을 비교하였으며, 본 연구의 결과는 기후변화로 인한 수문 사상 및 농업용수 수요 변화에 대응하여 농업용 저수지의 물공급안전도를 판단할 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.83-83
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• 2019

본 연구는 기후변화에 따른 돌발홍수 및 집중호우 대비 댐 및 저수지의 보조 여수로로서 국내 최초로 적용되는 Piano key weir에 대한 수리모형실험 연구이다. 최근 기후변화에 따른 이상기후로 국지성 집중호우 및 돌발홍수가 빈번히 발생하고, 댐 설계홍수량의 설계기준 200년 빈도 홍수량에서 가능최대홍수량(Probably Maximum Flood)으로 변경됨에 따라 과거 건설된 대부분의 댐 및 저수지들이 현재의 설계기준을 만족하지 못하고 있는 실정이다. 상기 이유로 규모가 작은 저수용량 100만톤 이상의 댐들에 대해서도 비상대처계획(EAP) 수립을 의무화하고 있으나 홍수예방을 위한 적극적인 대책 수립 및 예산지원은 미미한 수준이다. 치수능력증대를 위한 구조적인 보강대책으로 댐 증고, 보조여수로 신설, 여수로 확장, 상류에 홍수조절용 댐 신설 등의 방안이 적용되고 있다. 본 연구의 대상지인 불갑저수지에서는 치수능력확대사업의 일환으로 Piano key weir와 수문 2련을 복합적으로 운영하는 보조여수로를 건설하는 것을 계획하였다. Piano key weir는 국내에서는 프랑스, 벨기에, 베트남 등에서는 실제 많은 적용사례를 확인할 수 있지만, 국내에서는 처음으로 도입되는 여수로 형식으로 레버런스 웨어와 같이 월류언의 길이를 길게 연장함으로서 월류 수심이 낮은 경우에 일반적인 웨어 형식에 비해 많은 유량을 통수할 수 있는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 불갑저수지에 신설되는 Piano key weir 형식의 보조여수로에 대한 수리모형실험을 수행하여 Piano key weir의 수위별 방류량, 접근흐름, 월류 유황 등에 대해 검토하였다. 검토결과, PMF홍수량에 대해 충분한 방류가 가능함을 확인하였으며, 접근흐름, 월류 유황이 매우 안정적인 것으로 평가되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.335-335
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• 2020

기저유출 분리 기법은 하천에서 관찰되는 총 유출을 직접유출과 기저유출로 분리하는 기술이다. 기저유출 분리 기법은 도식적(graphical) 방법, 디지털 필터(digital filter) 방법, 통계학적 방법, 해석적 방법 등 다양하다(Valent와 Bulík, 2016). 금회 연구에서는 이 가운데 도식적 방법을 이용한 기저유출 분리 방법에 대한 적용성을 평가하였다. 금회 연구에서 수행된 도식적 기저유출 분리 방법은 HYSEP 프로그램에 포함되어 있는 local minimum method(LMM), fixed interval method(FIM), sliding interval method(SIM)이고(Sloto and Crouse, 1996), 각각의 방법은 대리 수위관측소의 관측 일 유량(2013년~2017년)에 적용되었다. 분석에 사용된 세 가지 방법은 동일하게 유역면적의 함수인 기저유출 분리에 사용되는 간격(2N∗)만으로 기저유출을 분리하므로 객관적인 적용이 가능하다. 각각의 분석 방법에 의한 기저유출 분리의 적절성 평가를 위해 2017년의 유황곡선을 이용하여 검토하였다. 구체적으로 유황 곡선의 지표 유량인 풍수량, 평수량, 저수량을 기준으로 각각의 지표 유량 이하에 대한 관측 유량과 추정된 기저유량의 결정계수를 산정하였다(Table 1). 이는 유량의 규모가 작을수록 지표유출 보다는 기저유출의 영향이 커짐을 고려한 것이다. 분석 결과, SIM이 모든 지표 유량 기준에서 가장 좋은 결과를 보였다. 또한, 기저유출 지표(base flow index; BFI)에서도 SIM과 FIM은 약 0.46으로 유사한 반면, LMM은 0.23으로 분석되어 두 방법과 큰 차이를 보였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권3호
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• pp.1-9
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• 2020

가뭄은 한번 발생하면 사회·경제·산업 활동 등 인간의 생활 전반에 걸쳐 영향을 미치게 된다. 이러한 가뭄 등의 자연 재해로부터 국민의 생명과 재산을 보호하는 것은 국가의 중요한 책무이다. 현재 우리나라 저수지의 약 75.7%는 준공 후 50년 이상 경과된 노후 저수지이며, 이로 인한 토사 퇴적 등의 영향으로 제원정보 대비 저수능력이 부족할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 자율항법 무인측량선을 활용하여 노후 저수지 10개소에 대해 저수용량을 분석하고, 과거 경험적 공식에 의해 추정된 퇴사량과 비교·분석하였다. 분석 결과 6개 저수지는 제원정보 대비 약 16.2% ~ 55.3%의 저수용량이 감소하였으며, 4개 저수지는 제원정보 대비 약 1.5% ~ 380.2%의 저수용량이 증가하였다. 실제 측량 결과와 경험적 공식에 의한 퇴사량 비교·분석 결과 어린지와 용포 저수지는 유역면적만을 활용한 윤용남 공식(1982), 대곡과 우곡2, 오치 저수지는 유역면적과 유역경계의 총 연장, 유료연장을 매개변수로 활용한 서승덕(1988) 공식이 가장 유사하게 추정되었다. 연구 결과는 저수지 노후화에 따른 퇴적 증감폭과 같이 저수지의 효율적인 운영·관리를 위해서는 지속적인 측량이 필요함을 제안하였다.