• 한국수자원학회논문집
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• 제55권10호
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• pp.737-748
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• 2022

홍수량 자료의 부족으로 인해 수자원 실무에서는 강우빈도분석과 강우-유출 모형을 이용하여 설계 홍수량을 산정한다. 하지만 임의 지속기간에 대한 강우빈도분석은 호우사상의 지속기간과 크기에 대한 지역적 특성을 반영하지 못한다. 본 연구에서는 호우사상의 특성을 반영하여 유역의 설계 홍수량을 산정하기 위하여 이변량 강우 빈도분석에 기반한 설계 홍수량 산정 방안을 제시하였다. 평창강 유역과 남한강 상류 유역을 대상으로 각 강우 지점별 독립 호우사상을 추출하여 이변량 강우 빈도분석을 수행하였으며, 중앙값을 이용하여 재현기간별 설계 호우사상을 결정하고, 이를 HEC-1 모형에 적용하여 설계 홍수량을 산정하였다. 또한 홍수량 자료를 빈도분석한 결과(DF_FFA)를 기준으로, 단변량 강우 빈도분석 후 강우-유출모형으로 산정한 기존의 홍수량(DF_URFA)과 본 연구에서 제안한 방법으로 산정한 홍수량(DF_BRFA)을 비교분석하였다. 평창강 유역의 경우, 재현기간 100년인 경우를 제외하고 강우량을 기준으로 산정한 연 최대 호우사상에 대한 BRFA 방법으로 산정한 설계 홍수량이 평균오차 11.6%로 FFA로 산정한 설계 홍수량과 가장 근접하게 나타났다. 남한강 유역의 경우, 지점별 강우량을 기준으로 산정한 연 최대 호우사상에 대한 BRFA 방법으로 산정한 설계 홍수량의 평균오차가 약 10%로 FFA로 산정한 설계 홍수량과 가장 비슷하게 산정되었다. 재현기간이 커질수록 URFA에 의한 설계 홍수량이 FFA에 의한 설계 홍수량보다 크게 산정되었으며, URFA의 설계 홍수량보다 BRFA의 설계 홍수량이 FFA에 의한 설계 홍수량과의 차이가 더 작은 것으로 나타났다. 본 연구에서 제안한 설계 홍수량 산정 방안을 활용한다면, 미계측 유역에서도 실제 DF_FFA 값과 근접한 설계 홍수량을 산정할 수 있을 것으로 기대되며 수공구조물 설계와 수자원 계획 등을 경제적이고 합리적으로 진행할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.406-406
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• 2021

극한강우사상의 분석은 다양한 극치 분포로 구성된 극치이론을 통해 가능하다. 일반적으로 단일 지점의 극한사상의 분석을 위한 지점빈도해석 (Point Frequency Analysis, PFA)이 다양한 재현기간에 해당하는 강우량을 추정하는데 널리 사용되어왔다. 하지만 수문기후학적 극치기록은 시간적 그리고 공간적으로 제한적이다. 따라서 모의 불확실성을 줄이고 신뢰성 높은 결과를 도출하기 위해 서로 유사한 분포를 가질 수 있는 인근 지점의 활용하는 지역빈도해석 (Regional Frequency Analysis, RFA) 방법이 개발되어 적용되고 있다. 본 연구에서는 부산, 울산, 경남지역의 기상청 종관기상관측시스템(Automated Synoptic Observing System, ASOS) 울산, 부산, 통영, 진주, 거창, 합천, 밀양, 산청, 거제, 남해지점 일강수량을 자료를 기반으로 Metropolis-Hasting 알고리즘을 사용하여 일반극치분포(Generalized Extreme Value, GEV)의 매개변수를 추정하고 PFA 및 RFA의 불확실성을 평가하고자 한다. 이러한 연구는 공간적 구성 요소(예, 지리적 좌표, 고도)를 고려하지 못하며 추가변수 (예, 공변량)를 분석에 결합할 수 없는 등의 RFA의 한계를 극복하고, 명시적으로 불확실성을 추정하여 결과의 신뢰성을 확보 할 수 있는 계층적 베이지안 모델의 개발에 도움이 되리라 기대된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제51권1호
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• pp.71-80
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• 2018

하천 관리에 있어 도달시간은 중요한 인자 중의 하나이다. 특히 사회적으로 다양한 하천 활용에 대한 요구가 높아짐에 따라 친수공간으로써 하천에서의 정확한 도달시간 산정은 홍수시 주민 대피 시간 확보 등을 위해서 매우 중요하다. 그러나 과거 도달시간 산정에 대한 연구는 자연 하천의 복합 유역에서의 단일 수문사상에 대하여 연구가 수행되어왔으며, 도심하천의 단일유역을 대상으로 복합 수문 사상에 대한 도달시간 산정방법의 개발은 미흡한 실정이다. 따라서 최근 집중호우에 의하여 빈번한 침수 피해가 발생된 부산광역시 대표 도심하천인 온천천 유역에 대하여 과거 10년(2006~2015년) 동안의 강우-유출량 자료를 이용하여 도달시간을 산정하였고, Matlab 기반의 인공신경망 기법을 이용하여 신뢰성을 검토하였다. 12시간 이상 무강우를 기준으로 총 254개의 강우 사상을 분리하였고, 이를 바탕으로 총 강우량, 총 유출량, 첨두 강우량/총 강우량, 첨두 유출량/총 유출량, 지체시간, 도달시간 등 총 6개의 변수를 산정하여 인공신경망 모형의 훈련 및 검증에 활용하였다. 그 결과 훈련에 과 예측 및 검증에 활용된 입력 변수의 상관관계는 각 각 0.807 및 0.728로 나타났으며, 연구결과를 바탕으로 도심하천의 도달시간 산정결과의 신뢰성 분석에 이를 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.423-423
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• 2015

국내에서는 유역의 설계홍수량을 결정하기 위해 강우-유출 사상에 의해 유도된 대표단위도를 활용하는 방식이 일반적으로 채택되고 있으나, 유역의 실측 호우사상이 부족한 경우 대표단위도의 신뢰성은 종종 논쟁의 여지를 갖게 된다. 이는 제한된 수의 자료를 활용하여 도출된 매개변수의 평균이나 최대/최소값으로 채택되는 대표단위도를 통해 산정되는 설계홍수량이 왜곡될 수 있는 가능성에 기인하는 것이다. 따라서 매개변수 산정 및 검정에 활용되는 사상의 수와 질이 설계홍수량 산정에 미치는 영향을 파악하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 가용한 호우사상의 수가 제한된 유역의 경우 Clark 단위도의 매개변수 도출에 대한 불확실성 분석을 수행하였다. 대상유역은 비교적 다량의 실측 호우사상을 갖는 국내 중규모 댐 유역으로 선정하였으며, 호우사상 모집단의 수가 N개일 때 단위도 유도에 활용되는 사상을 2개부터 N-1개까지 증가시켜 가며 분석대상이 되는 호우사상이 무작위로 선정될 경우를 가정하였다. 불확실성 분석을 수행하기 위하여 Monte Carlo Simulation을 각 호우사상 수별로 100회씩 적용하였으며, 이 때 확률변수는 등분포함수를 따르는 것으로 가정하여 각 호우사상이 선정될 가능성을 동일하게 부여하였다. 이러한 과정을 통해 선정된 호우사상별 매개변수들 중 도달시간과 저류상수의 평균값과 최소값을 대표단위도(평균, 최대)의 매개변수로 각각 채택하여 설계홍수량을 도출하였다. 그 결과 선정된 호우사상의 양과 질에 관계없이 호우사상 수가 증가함에 따라 채택되는 대표단위도의 매개변수가 안정되는 경향을 보였으며, 설계수문곡선의 첨두홍수량 분포는 음으로 왜곡되는 경향을 나타내어 설계홍수량이 과소산정될 가능성이 감소하는 결과를 보였다. 즉, 대상유역의 분석 대상 호우사상 수가 증가하면 대표단위도 매개변수 및 설계홍수량 산정결과가 안정되는 경향을 보이므로 설계홍수량 산정의 신뢰성을 향상 시킬 수 있을 것이며, 이는 향후 설계홍수량 산정 및 평가를 수행하는 기술자들의 판단도구로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제19권12호
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• pp.15-23
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• 2018

우리나라에서 발생하는 대부분의 토양침식은 물에 의한 토양침식이며 강우와 밀접한 관계를 가진다. 강우로부터 발생하는 토양침식은 토지자원의 손실을 발생시키고 이후 하천에 유입되고 퇴적되어 하천수자원의 관리 및 이용에 많은 어려움을 주고 있다. 최근 기후변화의 영향으로 우리나라에서는 30mm/hr 이상의 집중호우의 발생횟수가 증가하고 있어 단기간에 토양침식이 발생할 가능성이 높아지고 있다. 본 연구에서는 강우의 물리적인 특성을 고려하기 위하여 누적분포함수를 이용하여 강우강도별 강우입자의 분포를 추정하고 단일 호우사상이 가지는 강우에너지를 계산하는 방법을 제안하고자 하였다. 강우에너지 산정공식을 개발하기 위하여 강우강도 0.254~152.4mm/hr에서 측정된 강우입자 자료를 이용하였다. 누적분포함수를 적용하여 산정된 강우에너지는 강우강도의 관계에서 멱함수형태로 증가하는 경향으로 나타났으며, 이 관계로 얻어진 식을 바탕으로 1~80mm/hr 강우강도의 강우 운동에너지를 산정한 결과 $0.03{\sim}48.26Jm^{-2}mm^{-1}$로 나타났다. 강우강도와 강우에너지의 관계를 바탕으로 강우에너지 식을 멱함수로 제시하였다. 본 연구에서 제안된 공식은 한시적으로 설치하는 침사지와 같은 시설물의 규모를 결정하는 계획의 토양침식량을 예측에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제13권1호
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• pp.115-120
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• 1993

본 연구는 전국 주요 강우관측지점에 대한 기존의 확률강우강도식을 종합분석함으로써, 전국을 대표할 수 있는 대표확률강우강도식의 형태로 유도 제시하고, 이에 따른 확률강우량을 비교함으로써 강우사상의 지역적 특성을 제시한 연구이다. 본 연구를 통해서 얻어진 성과를 요약하면 다음과 같다. 기왕의 각 지점별 확률강우강도식을 단일형태로 통합시킨 대표확률강우강도식으로 유도 제시할 수 있었다. 기왕의 확률강우강도식을 적용할 때보다 대표확률강우강도식을 적용한 경우의 정확도가 보다 우수하였다, 또한 지역적인 강우특성을 파악하기 위한 무차원계수(R24/Rl)값과 확률강우강도식의 지역계수인 n 값과는 반비례하는 경향이 파악되었으며, 이 값들을 비교하여 봄으로써 전국이 대략 5개의 권역으로 구분될 수가 있었다. R24/Rl 값이 작은 내륙지방에서는 단시간 강우강도가 크며, 반대로 동해안 지역에서는 장시간 강우강도가 탁월한 것으로 나타났다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제9권1호
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• pp.123-133
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• 2009

본 연구는 비선형 단위도인 지형형태-기후학적 단위도(GCUH)와 하도추적을 포함한 GIS기반 지형수문유역모의 모형 ($G^{2}WMS$)을 개발하고 실강우사상과 계측 산악유역에 적용함으로써 미계측 산악유역의 적용가능성을 검토하는 것이다. 대상유역을 소유역은 설마천, 중유역은 안동댐 유역으로 선정하여 실측단위도 비교, 실측홍수사상 비교를 단일유역과 분할유역으로 구분하여 검정 및 분석에 이용하였다. 결과적으로, 중유역 안동댐은 비선형 GCUH기법과 하도추적이 적용된 분할유역이 선형 전통적기법만 적용된 단일유역보다 산악유역 강우-유출 특성을 잘 반영함을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.495-499
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• 2012

토사유출량이란 강우가 발생한 지점에서 토양침식에 의해 생산된 토사가 퇴적 및 이송 등의 과정을 거쳐 유역의 특정 지점까지 도달한 토사량을 의미한다. 토사유출량을 정확하게 산정하는 방법은 현재까지 없다. 그러나 유역단위의 대략적인 토사유출량 산정을 위해서는 경험적 모형인 USLE 모형과 수정된 형태의 RUSLE 모형 또는 MUSLE 모형이 보편적으로 사용되고 있다. 최근에는 지형정보시스템(GIS)의 발달로 RUSLE 모형과 MUSLE 모형이 주로 사용되는데 연평균 토사량 산정에는 RUSLE 모형이 사용되며 단일호우에 대한 토사량은 MUSLE 모형이 사용된다. 그러나 이 모형들은 구곡 및 하천에서의 수리학적 특성 반영하기 힘든 단점이 있어서 유출지점에 따라 유사전달률(SDR)의 개념이 요구된다. RUSLE 모형과 MUSLE 모형에 사용되는 유사전달률은 외국에서의 경험적 공식으로서 우리나라 유역 실정을 제대로 반영하지 못하는 단점이 있다. 그러므로 추후 연구에는 8~10년 이상의 토사유출량 자료를 바탕으로 그 유역의 유사전달률을 결정하고, 그 결과 값을 이용하여 단일호우 사상의 유출량과 모의유출량을 비교하여 MUSLE 모형의 강우인자인 R값을 산정해야 할 것으로 판단된다. 그 선행 작업으로, 본 연구에서는 RUSLE 모형과 기존의 유사전달률을 사용하여 낙동강 상주보까지의 토사유출량을 산정하였다. 상주보유역은 안동댐유역, 임하댐유역, 안동댐하류유역, 내성천유역, 영강유역으로 구성되며 안동댐유역과 임하댐유역은 댐의 차단으로 본 연구의 토사유출량 산정에서 제외하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제37권1호
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• pp.14-22
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• 2015

산업단지의 유량 및 오염물질 유출 특성을 분석하기 위하여, SWMM 모형을 시화산업단지 1간선수로에 적용하여 분석하였다. 2008년과 2009년에 시화1간선수로에서 측정한 6회의 단일 강우 사상을 대상으로 유출량 및 SS, COD, TN 및 TP 부하량의 보정을 실시하였다. 대부분 불투수지역으로 구성되어 있는 시화1간선수로 유역의 오염물질의 축적 과정은 지수 형태로 이루어진 후 강우에 유출되는 Power-linear을, 쓸림은 토지이용에 따라서 도시지역은 초기 세척을 잘 묘사할 수 있는 Power-Exponential이 적합한 것으로 판단된다. 검증된 SWMM 모형을 활용하여 불투수면적의 변화가 산업단지 내 유출량 및 첨두시간 변화에 미치는 영향 분석하였다. 본 연구지역에서는 불투수면적 증가에 따라 유출량의 감소는 보였으나, 첨두시간에는 유의한 변화를 보이지 않았다. 본 연구 결과는 산업단지의 불투수면 저감방안 수립 및 유역 관리를 위한 기초정보로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.878-878
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• 2012

도시개발에 따른 인구증가와 강수의 계절적 편중 등으로 인하여 우리나라의 수자원량은 부족한 실정이다. 따라서 이러한 수자원을 효율적으로 이용하기 위해서는 유역의 가용 수자원량의 파악과 이에 따른 최적배분이 필요하다. 이러한 하천유량은 우량이나 수위와 같이 연속관측이 어렵기 때문에 관측치가 한정되어 있는 것이 일반적이며 자연하천에서 실시간으로 유량자료를 생산하는 것은 많은 인력과 장비, 경비가 필요하게 된다. 따라서 본 연구에서는 유량자료의 생산에 있어서 시간과 비용의 경제성 등을 고려하고 좀 더 효율적인 방법을 찾기 위하여 낙동강 유역의 제 1지류인 금호강 유역 내에 위치한 동촌 수위관측소의 유량자료를 이용하여 상류에 위치한 금호 단포교 지점을 미계측 유역이라 가정한 후 유량추정방법에 따른 적용성 검토를 위해 강우-유출모형인 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)과 유역면적만을 활용하는 비유량법(Drainage-area ratio method), 유출에 영향을 주는 지형인자를 이용하는 지역회귀방법(Regional regression method)을 적용하여 그 타당성을 비교하였다. 모의된 결과, 동촌 금호 단포교 지점의 연간 상하류 유량비교에서 유량반전은 없었으며 비유량법의 유량추정에서는 높은 상관성을 보였으나 2008년과 2009년의 가뭄으로 인하여 강우-유출모형의 유량추정에서는 낮은 상관성을 보여주었다. 지역회귀방법에서는 수위관측소별 유황자료를 종속변수로 유역면적, 유역평균경사, 유로연장을 독립변수로 하는 회귀식을 산정하여 비교하였으나 본 연구에서는 사용된 자료수가 적고 수리구조물을 이용한 회귀수량 등으로 인하여 갈수량이 실측유량과는 다소 차이가 발생하였다. 미계측 유역의 유량추정시에는 자료의 축척기간과 연도별로 안정된 호우사상, 유역의 적절한 배분에 따라 결과치가 좌우되며 본 연구에서 사용된 유량추정은 관측 자료를 기초로 한 간접적인 방법들이였다. 결과적으로 금호강 유역의 동촌 지점을 이용하여 유량추정방법들을 적용해본 결과 비유량법과 강우-유출모형을 사용하는 것이 적정하였으나 관측 자료의 축적기간이 길고 상하류 간의 유량이 안정된 유역에서는 지역회귀방법의 적용으로도 안정된 유량을 산정할 것이라고 판단된다.