• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.100-100
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• 2021

IPCC 5차 보고서에 따르면 지구 평균 기온상승은 저위도 보다 극지방에서 더욱 뚜렷하게 나타나며 이러한 기후변화는 극지 생태계의 변화를 초래한다. 이러한 기후변화에 따른 극지 생태계의 변화를 분석 및 예측하기 위하여 지면-생태계 모형을 구축하고 극지방 생태계, 수문 및 탄소 순환 등을 모의하는 연구들이 많이 진행되고 있다. 최근 극지 지역에서는 기후변화로 인하여 화재 발생 빈도가 증가하고 있으며, 이로 인하여 극지 생태계뿐 아니라 물순환에 많은 영향을 미치고 있다. 하지만 지면-생태계 모형안의 화재 시뮬레이션은 화재의 원인 파악의 부족, 입력자료의 부족, 화재 역학 이해의 부족 등의 한계가 존재한다. 본 연구에서는 2001~2012년 동안 위성에서 관측된 화재면적 자료인 Global Fire Emissions Database (GFED) v4 자료와 지면-생태계 모형인 NCAR Community Land Model (CLM)-biogeochemistry (BGC) 와의 실시간 융합을 통하여 기존 화재 시뮬레이션의 한계점을 보완하고자 하였다. 기존 CLM-BGC 모형을 통한 증발산량, 화재 자료-모형의 융합을 통한 증발산량 결과와 Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) 증발산량 자료와의 비교를 통하여 증발산량 모의에 화재의 중요성을 분석하고자 한다. 또한, 유출량 뿐만 아니라 토양수분의 변화를 시·공간적 변화를 분석함으로써 화재가 극지방 물순환에 미치는 영향을 나타내었다. 또한, 본 연구를 통하여 미래 기후변화에 따른 극지방의 생태계 및 물순환을 모의하기 위하여 화재 시스템 구축의 중요성을 제시하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.173-173
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• 2017

지구표면에서 발생하는 물순환, 에너지순환, 탄소순환은 토지-대기-식생간의 물리화학적 관계에 의하여 발생하며 이를 모사하기 위해 지면 및 기후모델이 활용된다. 본 연구에서는 NCAR의 지면모형인 Community Land Model(CLM) v4.5를 동아시아에 적용하고자 한다. 동아시아 범위에서 Fluxtower가 설치되어 물, 에너지, 탄소 플럭스 자료가 관측된 지점에서 모형을 구동하고 결과를 평가하였다. CLM 결과에 따른 증발산(Evapotranspiration), 잠열(Latent heat), 헌혈(Sensible heat)과 같은 물 및 에너지 순환에 관한 결과 뿐 아니라 총 일차생산량(Gross primary production), 순생태계순환(Net ecosystem exchange), 생태계 호흡량(Ecosystem respiration)과 같은 탄소순환에 관한 결과를 비교, 분석하였다. 특히, 기초 결과 분석에 따라 지면 모형 내의 여러 모듈 중에서 화재 관련 모듈에 초점을 맞추어 CLM 모형을 개선하였다. 화재는 식생의 성장에 많은 영향을 미치는 모듈로서 탄소순환 모의에 중요한 역할을 한다. 전 지구 대상 모의를 기반으로 하는 CLM에서 삼림 및 초지 지역의 화재 발생는 국내총생산(Gross domestic product, GDP) 및 인구밀도에 따라 모수화되어 있으나, 이는 전 지구 혹은 지역 대상이 아닌 지점 수준의 모형적용을 위해 부적합하다. 이에 관련 모수들을 재산정하고 개선된 모형 결과를 정량화하기 위해 위에서 언급한 물순환, 에너지순환, 탄소순환 관련된 변수들의 모의값을 Fluxtower 관측값과 비교, 분석하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.996-1000
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• 2009

물순환계를 종합적으로 관리하기 위해서는 물순환계의 모니터링과 해석모형의 구축이 필요하다. 실측자료만으로는 복잡 다양한 물순환계 구조 및 인과관계를 규명할 수 없기 때문에 시간적 공간적으로 변화하는 다양한 수문현상을 일관된 하나의 시스템으로 이해하기 위해 물순환 해석모델을 구축하여 검토할 필요가 있다. CAT(Catchment hydrologic cycle Analysis Tool)은 수문학적으로 균일하게 판단되는 범위를 소유역으로 분할하여 지형학적 요인에 의한 유출 특성을 객관적으로 반영할 수 있게 하며, 토양층에 따라 침투, 증발, 지하수 흐름 등의 모의가 가능하도록 하는 Link-Node 모형으로, 증발산은 기준 증발산을 외부에서 직접 입력하거나, Penman-Monteith 방법을 선택할 수 있으며, 침투는 토양의 수리전도도에 따른 연직방향 침투 및 사면방향 복귀류를 고려할 수 있다. 노드의 지하수 유거를 고려하여 기존 노드-링크 방식 모형의 장기 유출 해석시 제한점을 보완하였으며, Muskingum, Muskingum-Cunge, Kinematic wave 방법을 이용하여 하도추적을 모의할 수 있다. 또한 GUI를 통해 사용자가 손쉽게 모형을 적용하고 관리 할 수 있도록 하고, 여러 시나리오를 적용함에 있어서 편리하도록 개발 중인 모형이다. 본 연구에서는 개발중인 CAT 모형을 평가 하기위해 시험 유역으로 운영 중인 설마천 유역에 적용하여 소유역 분할(노드수), 계산 시간 간격(일/시단위) 등에 따른 적용성을 평가하였다. 관측 자료를 통해 구축 가능한 물리적 매개변수를 통해 해당 유역을 단일 노드 및 다중 노드로 간단히 모형화할 수 있었으며, 모의 결과, 관측 유량과 적절히 일치하는 결과를 얻을 수 있었다. 1시간 단위에 대한 모의에서도 유출을 적절히 모의할 수 있었으며, 소규모 유역에 대한 정밀한 물순환 해석이 가능할 것으로 평가되었다.

• Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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• v.25 no.1
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• pp.151-159
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• 2008

The parameter-based cardiovascular impedance simulator that is able to overcome the limits of conventional mock circulatory systems is critical for the development and test of biomedical devices including artificial heart. The concept of impedance simulator was validated mathematically in a previous study using high-gain feedback linearization control which, however, may cause serious difficulties and limits for practical implementation. In this study, therefore, practical applicability of the impedance simulator is investigated considering the physical limits such as motor speed and torque. Simple PID controller which do not require complex model of the simulator is used considering the practical implementation. Design guidelines of the impedance simulator are also provided based on the results.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.270-270
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• 2023

습지 생태계는 복잡한 물리적 생지화학적 프로세스의 상호작용이 있으나, 습지 생태계의 건강성 회복을 위한 첫 번째 단계는 습지 생태계에서의 물순환에 대한 정확한 이해일 것이다. 또한 지역적인 물 균형 및 생태계 보전에서 습지를 활용하기 위해서도 습지 물순환에 대한 정량적인 이해는 필수적이다. 그러나, 습지 물순환의 이해를 위해 필수적인 관측 자료들은 현장 측정으로 획득하기 어려운 자료이거나 비용적인 문제로 인하여 관측이 어려운 실정이다. 이에 본 연구에서는 Sentinel-2 위성 자료를 활용하여 습지의 유입량을 추정하기 위한 절차를 제시하고자 한다. 이를 위해 한반도 동남부의 낙동강에 위치한 주요 다목적댐의 자료를 활용한 분류 기반의 인공지능 모델이 설계된다. 인공지능의 학습을 위한 입력자료는 아래와 같은 절차에 의해 만들어진다. 1) 다목적댐의 수위-물 체적 관계를 이용하여 수위-수표면적 관계 곡선 도출. 2) 수위-수표면적 관계 곡선과 DEM을 활용하여 물과 육지 영역을 구분하는 식별자를 도출. 3) Sentinel-2 위성 정보와 물-육지 식별자를 비교하는 랜덤 포레스트 모델을 설계. 4) 위성 정보의 물-육지 정보로부터 미계측 습지 지역의 물과 육지를 식별할 수 있는 식별자 도출. 이러한 과정을 경유하여 추정된 습지의 수표면적과 습지 지역의 DEM을 결합함으로써 습지의 수위-수표면적-물 체적 관계 곡선이 산정되어, 최종적으로 습지의 유입량이 모의된다. 모의된 습지 유입량은 다양한 수문 모델의 매개변수를 추정하는데 활용될 수 있을 것이며, 검증된 수문 모델을 활용하여 습지의 물순환의 이해도를 증진시킬 수 있을 것으로 기대된다.

• Magazine of RCR
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• v.7 no.4
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• pp.44-45
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• 2012

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.195-195
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• 2021

최근 기후변화, 과도한 지하수 이용 등으로 유역 환경이 변화하고 있으며, 이에 따른 부작용으로 하천의 건천화, 지표유출량 증가, 증발산량 감소 등 물순환 구조가 왜곡되고 있다. 물순환 과정은 지역적 조건에 따라 다르게 나타나며, 모의 요소와 해석 기법도 다르다. 따라서 지속가능하고 건전화된 물순환을 위해 해당 유역의 물순환계를 정확히 파악하고 고려하여 객관적으로 정량화할 수 있어야 한다. 현재 우리나라 농업유역은 논, 용·배수로, 농업용 저수지가 존재하며, 종합적인 농촌용수 물순환 해석을 위해 농촌용수 요소별 해석 기술 및 모듈 개발, 모델링 기법 등을 이용하여 농촌수자원의 체계적·과학적 해석 및 관리 시스템 개발이 이루어져야 한다. 본 연구에서는 강원도 원주시에 위치한 흥업저수지를 대상으로 농촌용수의 물순환 과정을 정립하였으며, 저수지 시점부·말단부, 농업용 저수지, 저수지 유역으로 구분하여 물순환 분석을 수행하였다. 물순환 모의 요소로 저수지 수위, 유역 유출량, 수로부 공급량 및 배수량, 회귀수량 등으로 선정하였으며, 수로 네트워크 기반의 SWMM (Storm Water Management Model) 모형을 이용하여 종합적인 농촌용수 물순환 해석을 수행하였다. 또한, 물순환 해석 기법의 적용성 검증을 위해 모의 요소별 모니터링을 수행하였으며, SWMM 모형과 모니터링을 비교하여 적용성을 평가하였다. 본 연구 결과를 통해 농촌지역 특성 및 기후변화를 고려한 농촌수자원의 안정적인 공급과 국가 청정 수자원 확보를 위한 통합 물관리 정책을 실현하는데 기초 자료로써 활용 가능할 것이라 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.395-395
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• 2018

기후변화 및 토지이용변화에 따라 강우량 및 증발산량 등과 같은 물순환계 구성요소가 변화하면 유역에서의 물순환계가 영향을 받게 된다. 이렇게 변화된 유역의 물순환계를 종합적으로 관리하기 위해서는 물순환 개선 기술을 통한 지속가능하고 건전한 물순환체계의 구축이 필요하다. 유역 물순환 개선 기술은 기후변화가 진행 중에 있거나 예상되는 지역에 대하여 강우-유출수를 지연, 저류, 침투시켜 지속가능한 물순환체계를 유지 회복하도록 하는 기술이라 할 수 있다. 한국건설기술연구원에서는 기후변화 대비 수자원 적응기술 개발 연구단(CCAW, Climate Change Adaptation for Water resources)의 연구비 지원을 받아 유역 건전성 및 취약성을 평가 하고 취약한 유역에 대한 물순환 개선기술을 확보하기 위한 연구를 수행 중에 있다. 특히, 수년간 국가연구개발사업을 통해 개발되고 사업화에 성공한바 있는 유역 물순환 평가 모형인 CAT(Catchment hydrologic cycle Assessment Tool)을 수정 개선하여 수요자 중심의 활발한 현장 적용을 도모하고 있다. 본 연구에서는 개발된 유역 물순환 개선 및 평가시스템의 적용성 평가를 위하여 대상유역으로 태국의 Lam Takhong 저수지 유역을 선정하였다. Lam Takhong 저수지 유역은 유역면적은 $1,423km^2$이며 저류량은 약 $440{\times}106m^3$이다. 입력자료인 DEM, Land Cover 자료는 USGS Hydro1K (https://earthexplorer.usgs.gov/), 하천망 및 유역경계 자료는 USGS HydroSHEDS (https://hydrosheds.cr.usgs.gov/dataavail.php), 기상 및 관측 유입량, 저수지 제원 등의 자료는 APEC 기후센터의 협조를 받아 1976년부터 2016년까지의 일단위 자료를 이용하였다. 모의결과는 저수지 월별 관측 유입량과 상류 유역의 모의 유출량을 이용하여 비교-분석 하였다. Lam Takhong 저수지 상류 유역은 APEC 기후센터에서 SWAT 모형을 이용하여 저수지 유입량 분석을 수행한 바 있다. 따라서 본 연구의 결과를 SWAT 모의결과와 비교하여 그 적용성을 검증하였다. 월별 관측 유입량과 저수지 상류 유역 모의 유출량을 비교한 결과 CAT의 경우 결정계수(R2) 값이 0.86, SWAT은 0.76으로 나타나 CAT의 적용 결과가 좀 더 우수한 것으로 나타났다. 모의 결과는 매개변수 최적화 과정을 거치지 않은 결과이며 SWAT 모형과의 결과 비교를 위하여 매개변수는 동일하게 적용하였다. 향후 매개변수 최적화 모듈을 통해 검 보정 단계를 거친다면 정밀한 분석이 가능할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.191-191
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• 2023

기후변화 대응을 위한 탄소 중립의 중요성이 대두되는 요즘, 생태계의 가장 큰 메탄 저장소로서 지구의 탄소 순환에 주요한 영향을 미치는 습지에 대한 이해는 필수적이다. 전지구 지면 모델인 Community Land Model(CLM)에 Functionally Assembled Terrestial Ecosystem Simulator(FATES) 외부 모듈을 함께 구동한 지면 생태계 모델 CLM-FATES는 지면 heterogeneity와 다양한 식생 종류를 고려하여 에너지 플럭스, 토양 수문, 생화학적 과정 등을 모의함으로써 탄소 동태 변화를 포함한 장기적 생태계 동태 변화 모의를 가능하게 한다. 본 연구는 CLM-FATES 모델을 미국 캘리포니아주 Mayberry Wetland (US-Myb)와 Twitchell East End Wetland (US-Tw4)에 적용하였다. 모델의 대기 입력 자료로는 FLUXNET-CH4에서 제공하는 에디 공분산 기반 플럭스 관측 자료를 사용하였다. 기존 CLM-FATES 모델은 토양이 장기간 포화 혹은 침수되어 지표 위 혹은 지표면 가까이 발달한 지하수면을 가지고 있는 습지의 수문학적 특성을 잘 반영하지 못해 정밀한 습지 생태계 동태 변화 모의에 한계를 가지고 있다. 본 연구에서는 CLM-FATES를 통한 보다 정확한 습지 생태계 모의를 위해 모델 내 토양 수문 관련 모듈을 수정하여 모델이 습지의 수문학적 특성을 반영할 수 있도록 하였다. 모델 구동 결과 도출한 잠열, 총일차생산량(Gross Primary Production: GPP)과 순생태계생산량(Net Ecosystem Production, NEP) 플럭스, 메탄 플럭스, 엽면적지수(Leaf Area Index; LAI)와 지표수 높이에 대해 관측값 대비 RMSE 및 R² 값을 계산하여 모의 결과의 적절성을 분석하였다. 이러한 모델 개선 경험을 바탕으로 추후 우리나라 습지 사이트에 모델을 적용하여 습지 탄소 동태 예측에 활용할 계획이다.

• 한국지구과학회:학술대회논문집
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• 2004.02a
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• pp.35-37
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• 2004