• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.436-436
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• 2022

셀룰러 오토마타(Cellular Automata; CA)는 격자(cell)에 대해 사전 정의된 규칙을 바탕으로 이웃 격자 간 상호작용을 해석하여 복잡한 동력학적 현상을 효과적으로 재현할 수 있는 이산형(discrete) 모의 기법이다. CA 기법은 격자 구조에 수치표고 자료 및 토양수분 정보 등을 직접 매칭 후 상호관계를 해석하기 때문에 공간정보를 최대한 활용하여 불균질성을 나타내는 것이 가능하다. 따라서, 도시 유출해석에 있어서 높은 정확도와 빠른 계산속도를 기대할 수 있다. 본 연구에서는 CA 기반 고해상도 물순환·침수 연계 해석 framework 개발 방향 및 CA 기반 prototype 모형의 사면유출 적용 사례를 소개한다. 개발 중인 CA 모형에서는 격자별 침수 깊이, 침투, 토양수분 저류, 지표 유출 등의 물순환 요소를 모의할 수 있다. 기존의 집중형(lumped) 모형은 지표-지표하 유출에 대한 routing algorithm이 없고 각 셀의 물수지 모형 내 파라미터가 많은 단점이 있다. 따라서 개발 중인 CA 모형에서는 cell state 내 fast reservoir와 slow reservoir를 통해 지표-지표하 상태를 구현하고 단순화된 물수지 모형 및 흐름 방향 알고리즘을 적용함으로써 실제 현장에서 발생하는 다중 피크 형태의 지표 유출을 모사한다. 최적의 지표수 흐름 방향 알고리즘 선정을 위해 3개의 다중 흐름 방향 알고리즘(D4, D8, 4+4N)을 정량적으로 비교·분석한다. 이번 발표에서는 CA 모형을 소규모 산지 사면과 도심지 등 다양한 규모의 테스트베드에 적용하여 모형의 장단점을 평가한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.367-367
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• 2023

2022년 중부권은 집중호우에 의해 큰 피해를 입었다. 2022년 서울의 강수량은 1775.3mm로 30년(1993~2022년) 연평균 강수량(1429.6mm)을 상회하였고, 6월~9월에 1412.4mm로 약 80%의 강수량이 집중되었다. 또한, RCP(Representative concentrate pathways) 기후변화 시나리오에 따르면 2100년까지 강수량과 강우지속시간이 지속적으로 증가할 것으로 예측하고 있다. 뿐만 아니라, 도시화는 지속적으로 불투수면적을 넓히고 있어, 도시지역의 홍수피해는 점차 가중될 것으로 판단된다. 본 연구에서는 도시지역 불투수면적의 투수화를 통해 강수량을 지표하로 침투시켜 지표유출을 저감하는 방안을 연구하였다. 대상지는 부산광역시 신도시 개발지역으로 30년 강우자료를 이용하여 무강우 지속시간, 독립 강우사상의 구분, 강우사상의 지속시간 및 분포 등을 분석하여 빗물관리목표를 설정하였다. 해당 빗물관리목표를 만족시킬 수 있는 규모의 저영향개발 시설을 적용하였고, 도시지역의 개발 전, 개발 후, 저영향개발 기술 적용 후의 단계로 구분하여 모의분석을 수행하였다. 개발 전의 물순환 회복률을 100.0%로 기준을 설정하고, 모의분석 결과 개발 이후 38.1%로 물순환 회복률이 급감하였으나, 저영향개발 기술 적용을 통해 약 92.0%로 회복되는 것을 확인하였다. 이후 연별, 월별 물수지 분석을 통해 물순환 회복률과 지표유출 저감 정도를 비교 분석하였다. 이상의 결과를 통해 저영향개발의 적용으로 도시화와 집중호우로 인한 도시지역의 수해를 일부 저감시킬 수 있을 것으로 판단되고, 대상지역 개발 전의 물수지 상태 회귀를 통해 지속가능한 발전이 가능할 것으로 기대된다.

• 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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.159-163
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• 2009

CAT(Catchment hydrologic cycle Analysis Tool)은 기존 개념적 매개변수 기반의 집중형 수문모형과 물리적 매개변수 기반의 분포형 수문모형의 장점을 최대한 집약하여, 도시유역 개발 전 후의 장 단기적인 물순환 변화 특성을 정량적으로 평가하고 물순환개선시설의 효과적인 설계를 지원하기 위한 물순환 해석 모형이다. CAT은 수문학적으로 균일하게 판단되는 범위를 소유역으로 분할하여 지형학적 요인에 의한 유출 특성을 객관적으로 반영할 수 있으며, 개발 공간 단위별로 침투, 증발, 지하수 흐름 등의 모의가 가능하도록 하는 Link-Node 형식으로 개발되었다. 모형의 UI(User Interface)는 사용자가 손쉽게 모형을 적용 관리하고, 여러 시나리오를 동시에 효과적으로 모의하여 분석할 수 있도록 설계되었다. 또한 모든 입력 출력 자료를 Excel이나 텍스트 형식과 연동되도록 하여 프로젝트별 매개변수 관리가 용이하도록 개발하였다. CAT의 수문해석모듈로 증발산, 침투, 유역 유출, 지하수 유거, 하도추적 등의 모듈을 개발하였다. 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, 하도추적을 위해 Muskingum, Muskingum-Cunge, Kinematic wave 방법 등의 해석법을 제공하였다. CAT의 수문모듈을 이용하여 설마천 유역을 단일노드 및 멀티노드로 개념화하여 모의하였으며, 모의결과를 관측유량과 비교한 결과, 두 경우 적절한 범위내의 결과임을 확인할 수 있었다. CAT의 안정적인 수문해석 기능을 바탕으로 향후 물순환개선시설 모듈과의 결합을 통해 장기 물순환 해석에 광범위하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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• v.7 no.1
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• pp.15-27
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• 2005

The water and carbon cycles in terrestrial ecosystems are the essential database for better understanding of the causes and the current processes of climate change and for the prediction of its future change. CarboKorea and HydroKorea are dedicated research efforts to develop technologies to quantitatively interpret and forecast carbon/water cycles in typical landscapes of Korea. For this, stable isotope studies have been launched to genetically partition various components of carbon/water cycles in terrestrial ecosystems. From stable isotope studies, practical deliverables such as evaporation, transpiration and gross primary productivity (GPP) can be provided at scales from tower (footprint) to large watersheds. Such reliable field-based information will form an important database to be used for validation of the results from various eco-hydrological models and satellite image analysis which constitute main components of Carbo/HydroKorea project. Stable isotope studies, together with other relevant researches, will contribute to derive quantitative interpretation of carbon/water cycles in terrestrial ecosystems and support Carbo/HydroKorea to become a leading research infrastructure to answer pending scientific and socio-economic questions in relation to global changes.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.408-408
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• 2017

기후변화에 따른 극한 기후의 시 공간적 변동성과 패턴의 이상변화가 가속화되고 있으며, 이에 따른 물 순환 특성의 변화는 이수, 치수, 환경 그리고 친수 등 다양한 분야에서도 예측할 수 없는 결과를 초래하고 있다. 특히, 치수 및 이수 등 국내 수자원 관리의 대부분을 담당하고 있는 다목적댐 운영에서도 기후변화에 따른 유입량의 불확실성 증가로 안정적인 용수공급에 대한 어려움이 점차 증가하고 있는 추세이다. 유역 내의 수문학적 반응은 기상 및 지표 수문 인자의 물리적 상호메카니즘에 의해 발생하게 된다. 특히, 강우, 기온, 습도, 바람 등 기상학적 인자들은 유역 내의 수문 변동성에 직 간접적으로 영향을 주는 대표적인 인자이며, 이들 기상인자의 변동 특성을 반영하기 위한 기후지수(Climate Index, CI)는 지표수문인자인 유출과의 상관관계 분석에 유용하게 활용될 수 있다. 본 연구에서는 낙동강 유역 다목적댐을 대상으로 AR5 RCP 시나리오 기반의 기상인자에 대한 기후지수(CI)를 산정하고 다목적댐 유입량과의 상관성을 분석하였다. 대상유역의 기상 및 유입량 관측자료(1976-2005)는 기상청과 국가수자원관리종합정보시스템(WAMIS)를 이용하였으며, AR5 RCP 시나리오 기반의 유입량 자료(2005-2099)는 통계적 기법(QDM)으로 상세화된 기상자료를 입력인자로 수문모형(PRMS)을 통해 산정하였다. 또한, 기후지수(CI)와 유출지수(Standardized Streamflow Index, SSI)의 상관성 분석을 위해 Pearson 적률상관 분석방법을 적용하였으며, 통계적 유의성 검증은 Student t 검정방법을 적용하였다. 본 연구의 방법론과 결과는 기후변화에 따른 다목적댐 안정적인 용수공급을 위한 다양한 기술개발 시 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.168-168
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• 2016

도시화는 수문학적으로 산림이나 농경지와 같은 투수지역을 건물, 도로 등의 불투수 지역으로 변화시키는 것이며, 이로 인하여 홍수파의 도달시간이 줄어들고 첨두유량이 증가하는 등의 수문변화를 수반하게 된다. 도로나 건물 등이 대부분을 차지하고 있는 도시지역에서는 지표면이나 식생으로부터 대기 중으로 방출되는 증발산량이 농촌이나 산림지역보다 상대적으로 적으며, 강우시 토양중의 침투량과 지표면의 저류량도 도시지역에서는 매우 적게 나타난다. 도시화 전 후의 물순환특성을 평가하기 위해서는 도시 개발 전 후의 장단기 수문 관측 결과를 기초로 물순환계를 구성하는 인자간의 관계를 정량적으로 분석하고 물순환계 구성요소의 일부 변화가 다른 부분에 미치는 영향을 평가할 필요가 있다. 즉, 도시화가 물순환 구조 변동에 미치는 영향을 정량적으로 평가함으로써 유역 전체의 건전한 물순환 체계를 유지할 수 있는 대책 수립이 가능하다. 본 연구에서는 판교신도시 개발에 따른 유역에서의 홍수 및 유출특성 변화의 정량적 규명을 목적으로 두고 집중형 모형인 HEC-HMS모형과 물리적 기반의 준분포형 모형인 CAT을 이용하여 판교신도시 개발전의 정량적 물순환 특성을 평가하였다. 대상유역은 지방 2급 하천 탄천의 지류인 운중천, 금토천이 포함된 판교유역이며, 유역면적은 약 $25km^2$이다. 이 중 유역면적의 38 %에 해당하는 지역이 개발되었으며 개발된 지역은 하류부근에 위치한다. 강우자료는 지상 강우관측소인 수원 관측소의 지점강우 자료를 이용하였다. 도시 개발 전 단계에 해당하는 2006년, 2007년 호우사상 중 누적강우량 50 mm 이상인 호우사상을 추출하여 모의를 수행하였다. 유출 특성 분석을 위해 12개의 소유역과 5개의 하도로 구성하였으며 HEC-HMS의 손실량 산정방법으로는 SCS Curve Number법을 사용하였고, 단위도는 Clark 단위 도법을 적용하였다. CAT모형에서 침투는 Rainfall Excess방법, 하도추적은 Muskingum 방법을 적용하였다. 관측치와 모의치의 적합도 검증을 위해 RMSE (Root Mean Square Error), NSE (Nash Sutcliffe Efficiency), $R^2$값을 산정하여 비교 분석하였다.

• The Journal of the Society of Stroke on Korean Medicine
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• v.21 no.1
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• pp.21-32
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• 2020

■ Objectives 당귀작약산 단회 복용으로 정상인의 총경동맥 탄력도에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. ■ Methods 본 연구는 정상인 남성을 대상으로 한 전향적 무작위 대조군 교차시험연구다. 모든 대상자들은 임의로 당귀작약산 복용군과 비복용군인 대조군으로 나누어졌다. 1주일 간격으로 총 2회 방문하며, 첫 번째 방문 시에 당귀작약산 복용군은 당귀작약산 1포(2.5g)과 물을 제공받고, 대조군은 물만 제공받아 복용하였다. 두 번째 방문 시 첫 번째 방문과 반대로 당귀작약산을 복용했던 복용군은 물만 제공받고, 물만 복용했던 피험자들은 당귀작약산 1포와 물을 제공받았다. 물은 100 cc로 매번 동일하게 제공되었다. 모든 대상자들은 복용 직전과 복용 2시간, 4시간 후에 총경동맥 탄력도, 혈압, 총경동맥 내막-중막 두께와 맥박수를 측정하였다. ■ Results 총 20명의 정상인 남성이 모집되었으며, 시간에 따라 당귀작약산 복용 후의 총경동맥 탄력도가 대조군에 비하여 유의하게 상승한 것이 확인되었다. 내막-중막 두께, 혈압 및 맥압, 맥박은 유의한 변화가 나타나지 않았다. ■ Conclusion 당귀작약산의 단회 복용으로 총경동맥 탄력도가 즉시 개선되는 것을 확인하였고, 이로써 당귀작약산이 동맥 경직도 완화 및 탄성의 개선에 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.203-203
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• 2017

IPCC 5차보고서의 기후변화 전망에 따르면 우리나라를 포함한 동아시아 지역의 연강수량은 전반적으로 증가되나, 기온상승, 강우강도 증가 및 강수일수의 감소도 예상되고 있어 극한홍수 및 극한가뭄의 위험성은 높을 것으로 전망되고 있다. 즉, 연강수량 증가에 따른 미래의 용수공급 안정성이 높아지는 것이 아니라 짧은 기간 내 집중호우에 따른 홍수위험성 증가의 의미가 크며, 강수일수 감소 및 기온상승은 증발산량 증가로 실제 저수지에서 활용될 수 있는 물의 양이 감소할 수 있다는 것이다. 국가수자원장기종합계획에서도 미래 극한가뭄의 강도, 규모 및 지속기간이 커질 것으로 전망하고 있어, 국내 용수공급의 대부분을 차지하는 다목적댐의 기후변화 대응 용수공급능력을 평가하여 극한 물 부족에 대한 사전대응계획과 효율적 운영방안을 수립할 필요가 있다. 특히, 국내 다목적댐 저수지 운영은 홍수기(6.20. ~ 9.30.) 유입량 크게 의존하고 있으며, 실제 과거에는 용수공급에 필요한 유입량의 대부분은 홍수기에 유입되었다. 그러나 지난 2015년 소양강댐과 보령댐 지역의 계절별, 지역별 강수패턴 변화와 같이 기후변화 영향에 따른 강수의 시 공간적 변동성 가속화는 다목적댐의 용수공급 불확실성이 갈수록 심화될 수 있음을 시사하고 있다. 따라서 본 연구에서는 AR5기반의 52개 기후변화 시나리오(26개 GCM, 2개의 RCP 시나리오)를 이용하여 낙동강 다목적댐 유입량을 산정한 후, 낙동강 유역 다목적댐의 기후변화 대응 용수공급 안정성을 평가하였다. 결과적으로 기존 관측자료 기반의 다목적댐 가뭄대응 저수지 운영기준은 미래 기후변화에 따른 용수공급 안정성 확보에 어려움이 있을 것으로 예상되며, 기후변화 시나리오를 반영한 가뭄대응 운영기준 개발이 필요한 것으로 분석되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.319-319
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• 2016

최근 급격한 기후변화와 도시화로 인하여 강우량 및 강우강도는 약 20% 증가하고 강우일수는 14% 감소하며 도시 기온이 최대 $3^{\circ}C$까지 증가하는 등의 현실적인 문제가 발생하고 있다. 이로 인한 도시 물순환체계의 파괴는 도시물관리 여건의 악화로 이어지고 특히 불투수면적 증가로 인한 도시 홍수 및 침수의 증가, 잦은 도시 고온 현상, 도시하천의 건천화로 수질 악화를 야기하는 실정이다. 이에 국토의 자연자원을 보전하고 기후변화에 적응하면서 도시의 안전도와 가치를 높이기 위한 물관리 정책은 먼저 물을 순환을 보다 적극적으로 반영하고 통합적인 물관리 체계 확보를 요구한다. 이를 위해서는 발생원 관리를 포함한 소규모 분산관리 체계로 변화하여야 하며 이들 시설에 대한 네트워크화를 통해 기후변화에 강건하고 통합관리쳬계를 구축하는 것이 중요하다. 이를 위해서는 저영향개발(LID, Low Impact Development) 및 그린인프라(GI, Green Infrastructure) 기반의 분산식 빗물관리기법의 도입이 절실하다. 현재 국내에서는 제도적으로 기후변화 대비, 지속가능한 도시환경 구축을 위한 물순환 건전화를 위해 100대 국정화제에 포함시키는 등(2013.2) 도시계획 및 기반시설 설치 LID기법의 법제적 산업적 도입을 추진중에 있으나, LID 기술의 수자원 치수, 이수 및 환경 효율성에 대한 객관적인 정보의 부재, LID 기술에 대한 효율성 검증 및 인증시스템의 부재, LID 기술의 무분별한 국외기술 도입으로 인한 효과 저감, LID 기술의 설계, 시공, 관리를 위한 매뉴얼 및 가이드라인의 부재, LID 기술에 대한 지자체 지원 및 전문가 양성 시스템의 부재 등 복합적인 문제를 안고 있어 GI 및 LID 기술의 적용을 통한 새로운 도시 및 유역차원의 수자원확보와 재해경감기술 패러다임 확보가 용이하지 않다. 이를 위해 본 연구에서는 강우유출수 관리를 위한 LID기술 신뢰도 향상 및 단일화, 표준화된 효율성 검증 기술 개발과 더 나아가서 도시-건축-수자원-도로-조경 등의 종합적인 인프라를 바탕으로 LID기술 통합관리 및 기술 고도화를 위해 부산대학교 GI LID 물순환 실증단지의 계획 및 구축을 수행하였다.