• 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.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.56 no.9
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• pp.587-602
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• 2023

Due to climate change, population growth, and economic development, the demand for water in the urban water system (UWS) and the energy required for water use constantly increase. Therefore, beyond the traditional method of considering only the water sector, the Nexus approach, which considers synergies and trade-offs between the water and energy sectors, has begun to draw attention. In previous researches, the Nexus methodology was used to demonstrate that the UWS is an energy-intensive system, analyze the water-energy efficiency relationship surrogated by energy intensity, and identify climate (long-term climate change, drought, type), geographic characteristics (topography, flat ratio, location), system characteristics (total supply water amount, population density, pipeline length), and operational management level (water network pressure, leakage rate, water saving) effects on the UWS. Through this, it was possible to suggest the direction of policies and institutions to UWS managers. However, there was a limit to establishing and implementing specific action plans. This study built the energy intensity matrix of the UWS, quantified the impact of city conditions, external influences, and operational management levels on the UWS using the water-energy Nexus model, and introduced water-energy efficiency criteria. With this, UWS managers will be able to derive strategies and action plans for efficient operation management of the UWS and evaluate suitability and validity after implementation.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.462-462
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• 2021

최근 도시화 및 불투수면의 증가와 지하수의 과다한 사용으로 직접유출이 증가하고, 침투량이 감소하며, 하천의 건천화가 발생하고 있다. 이에 환경부에서는 이러한 물순환의 왜곡을 막기위해 물환경보전법상의 물순환율을 정의하고 물순환 관리목표를 설정하였다. 하지만 지역 별 물순환 특성을 반영한 관리계획이 부족하고, 현재 제한된 재원의 효율적 활용을 위해서는 물순환 관리지역에 대한 우선순위 결정도 필요하다. 본 연구에서는 PSR framework를 통해 유역 물순환 평가방법론을 만들고 이를 활용한 지역별 관리계획 및 우선순위를 결정하고자하였다. PSR framework는 지속가능성을 위해 OECD가 개발한 개념 모형이며, Pressure, State, Response 세 가지 요소로 구분해 평가하게된다. PSR framework의 기본 개념은 인간의 활동들이 환경에 압력 (P)를 주고, 이로 인해 자연의 질과 영향 (S)을 미치며, 이에대한 회복을 위해 인식과 행동을 통해 정책과 제도 등을 통해 반응 (R)한다는 것이다. 유역 물순환을 4가지 그룹 (기후, 수문학적, 사회경제학적, 환경적)으로 구분하고 각 그룹 별 평가요소에 대하여 도출하였다. 기후그룹은 강우, 수문학적 그룹은 증발산, 토지이용, 유출특성을, 사회경제학적 그룹은 재정, 사회구조, 기반시설, 정책을, 환경적 그룹은 수질, 수생태계를 선정하였다. 이후 각 요소 별 평가를 위해 다양한 지표를 고려하여 선정하였으며, 각 지표를 PSR framework에 맞춰 재분류하였다. 각 지표를 하나의 점수로 통합하기 위해 지표 별 가중치를 산정하였으며, 이때 연구자의 주관이 반영되지않는 엔트로피 기법을 이용하여 산정하였다. 구한 식을 통해 우리나라 소유역구분을 기준으로 모든 지표를 계산하였으며, 각 지표에 가중치를 적용해 유역 종합점수를 산정하고 유역 별 취약지역 및 취약요소를 평가하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.35-35
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• 2017

유역 물순환 개선 기술은 기후변화 및 토지이용변화가 진행 중에 있거나 예상되는 지역에 대하여 강우-유출수를 지연, 저류, 침투시켜 지속가능한 물순환체계를 유지?회복하도록 하는 기술이라 할 수 있다. 기후변화 및 토지이용변화에 따른 영향을 평가하고, 지속가능한 유역 물순환체계를 구축하여 적응 전략을 체계적으로 수립하기 위해서는 물순환 개선 기술의 정립 및 개발이 필수적이다. 그러나 현재 유역 물순환 개선기술은 일부 시가화 지역에 국한되어 있어 유역 규모의 개선 전략을 수립하는데 한계가 있다. 또한, 물순환계의 변화량을 평가하기 위한 모형화 기법 역시 해외에서 개발된 기술을 여과 없이 도입하여 국내의 환경을 충분히 반영하기는 어렵다. 개발된 유역 물순환 개선 및 평가시스템은 기존 국가연구개발사업을 통해 개발되고 사업화에 성공한 바 있는 유역 물순환 평가 모형인 CAT(Catchment hydrologic cycle Assessment Tool)을 수정 및 개선하여 기후변화에 따른 영향을 평가하고 적응 대책을 수립하기 위한 실무적인 소프트웨어이다. 침투트렌치, 식생침투트렌치, 습지, 저류지, 빗물탱크 등의 물순환개선시설에 대한 효과를 평가할 수 있도록 개별시설의 제원에 따른 물순환개선 효과를 정량적으로 평가하여 제시한다. 기후변화에 따른 장기간의 유역 물순환을 평가하기 위해서는 물리적 매개변수 기반의 수문해석 보다는 단순환된 개념적 매개변수 기반의 집중형 장기유출 해석이 필요할 수 있다. 따라서 국내외에서 많이 사용되고 있는 장기 일유출 모형(GR4J, GSM, HBV, SYMHYD, TANK, TPHM 등)을 유역 물순환 개선 평가 플랫폼에 탑재함으로써 소유역의 특성을 반영한 기후변화 적응 일유출 해석이 가능하도록 하였으며, 각 모형들의 매개변수는 수동보정 외에도 SCE-UA를 이용한 자동보정이 가능하도록 시스템으로 구축하였다. 개발된 유역물순환 개선 및 평가시스템은 실무적 차원에서 기후변화에 따른 유역 물순환 개선 기술을 적용하고 평가하는데 있어서 매개변수 입력자료 구축에 따른 자원 소요 시간 및 시스템 개발 비용을 획기적으로 단축시켰으며 국외 의존도가 높은 수문 해석모형을 국내 기술로 개발함으로써 기술자립도를 높이고 국내 및 해외의 유역의 성공적인 적용을 통하여 성능을 입증하였다. 기후변화에 따른 수자원의 재평가, 개선시설의 정량적 평가 및 하천유역의 수자원관리 실무에 적용성이 높을 것으로 기대된다.

• Journal of the Korean Society of Earth Science Education
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• v.11 no.1
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• pp.21-37
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• 2018

The purpose of the study is to visualize the concept of water circulation in elementary school students through science behavioral system. Elementary school students found it difficult to understand concepts related to the water cycle. Most of the elementary school children think it rains because the clouds are heavier. It is most difficult to explain invisible concepts to elementary school children. Also, experiments in current textbooks are likely to disrupt scientific concepts. Accordingly, conventional water cycle, dew, fog, and cloud experiments were integrated into one system. The researchers then developed a device that allowed students to see the water's circulation at a glance. It is intended to enable integrated thinking on evaporation, condensation and precipitation. In addition, a instruction program to guide students using the system has been developed to demonstrate its effectiveness. Employing a quasi-experimental design, the participants were measured on their concepts of evaporation, condensation, and water circulation before and after participation. The findings indicated that the experiment is more effective in changing the concepts of evaporation, condensation, and water circulation than in previous experiments. Also, the optimal conditions for making use of the device were found, and there were no various experimental parameters, such as condensation.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.360-360
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• 2019

도시화 및 산업화로 인해 불투수면이 지속적으로 증가하고 있으며, 불투수면 증가로 인해 유역의 물순환 구조가 왜곡되고, 비점오염 배출량이 증가하는 등의 문제가 야기되고 있다. 왜곡된 물순환 체계 회복 및 비점오염 배출 저감 등을 위해 중장기 물순환 개선 목표 수립과 관련된 조항이 물환경보전법 상에 추가되어 2020년 시행예정이며, 광주, 대전, 울산, 안동, 김해시 등은 물순환 선도도시로 선정되어 관리되고 있는 등 물순환 개선을 위한 노력이 높아지고 있다. 본 연구에서는 경안천 중권역을 대상으로 HSPF (Hydrological Simulation Program - FORTRAN) 모형을 이용하여 유출량을 모의하여, 소권역별로 물순환요소를 도출하고, 물순환율을 산정 하고자 한다. 모형의 구동을 위한 기상자료는 기상청으로부터 취득하였으며, 지형자료는 환경부의 소권역도, 국토지리정보원의 수치지형도를 활용하였고, 토지피복도는 국가공간정보포털에서 취득한 연속지적도를 토지피복 분류에 따라 재분류하여 구축하였다. 모형의 보정을 위한 유량자료는 환경부 유량측정망과 수위관측소의 유량자료를 활용하였으며, 2013~2017년은 보정, 2008~2012년은 검정기간으로 활용하였다. 도출된 수문모의 결과를 활용하여 2008년부터 2017년까지 소권역별로 매년 물순환율을 산정하고 비교하였다. 본 연구의 결과는 추후 물순환 현황파악을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.193-193
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• 2011

현재까지 대부분의 지열원 열펌프 시스템에 관한 연구는 열펌프 유닛과 지중열교환기에 대해 개별적으로 수행되었으며, 열펌프 유닛과 지중열교환기 설계 및 최적화의 공통변수인 지중순환수 유량에 따른 시스템 전체에 대한 연구성과는 매우 미미한 실정이다. 본 연구에서는 현재 국내에서 인증되어 보급되고 있는 물매물 지열원 열펌프 유닛의 성능 자료를 분석하고, 지중순환수 유량 변화에 따른 물대물 열펌프 유닛의 성능 실험 및 지중열교환기 형상에 관한 설계 및 분석을 수행하여 지열원 열펌프 시스템 최적화에 관한 기반 기술 확보하고자 하였다. 현재 국내의 물대물 지열원 열펌프 유닛의 냉방 및 난방 조건에서의 최소 인증 COP는 각각 4.1과 3.45이다. 다양한 용량 및 성능을 갖는 국내 인증 물대물 지열원 열펌프 유닛에 대한 정량적 성능 분석을 위하여 3.5kW(1RT) 용량당의 지중순환수 유량과 COP를 고찰하였다. 냉방운전시 3.5kW 단위 용량당 열펌프 유닛의 지중순환수 유량은 10.73에서 18.52LPM을 나타냈으며, 난방운전에는 10.41에서 18.16LPM을 나타냈다. 이때, 냉방 COP는 4.1에서 5.4의 값을 나타냈으며, 난방 COP는 각각 3.5에서 4.2를 나타냈다. 인증 열펌프 유닛에서 지중순환수 유량과 열펌프 유닛의 냉난방 성능은 일정한 경향성을 나타내지 않았다. 지중순환수 유량에 따른 지열원 열펌프 유닛과 시스템의 성능을 정량적으로 분석하고자 지중순환수 유량 변화에 따른 물대물 지열원 열펌프 유닛 성능 실험을 수행하고 이를 기반으로 지중열교환기를 설계 및 분석하였다. 냉난방 각 운전모드에서 ISO 13256-2 규격과 NRGT 101 규격을 기준으로 지중순환수와 부하측 유량 6LPM 에서 36LPM 사이에서 변화시키며 성능 실험을 수행하였다. 냉방 및 난방모드 모두 유량이 증가함에 따라 열펌프 유닛 COP가 증가하였으나, 유량 증가에 따른 열펌프 유닛 COP 증가율은 감소하였다. 지중순환수 유량이 18LPM 이상에서는 COP 상승폭은 미소하였다. 기존문헌의 부하 산정자료와 열펌프 유닛 실험 성능 데이터를 이용하여 지식경제부 고시 2009-332호에 준하여 수직밀폐형 지중열교환기를 설계하고 순환펌프 소요동력을 이용하여 시스템 COP를 분석하였다. 지중열교환기 설계 시 국내에서 가장 많이 사용되고 있는 상용지중열교환기 설계프로그램인 GLD 프로그램을 사용하였다. 지중순환수와 부하측 2차 유체 유량 증가 시에 열펌프 유닛 COP 증가율 대비 시스템 COP 증가율은 감소하였으며, 난방모드에서는 일정 유량 이상에서는 열펌프 유닛 COP는 증가하였으나, 시스템 COP는 감소하였다. 또한, 지중순환수 유량 증가에 따라 지중열교환기 길이가 증가하였으며, 냉난방시의 지중열교환기 길이차이가 증가하였다. 지열원 열펌프 시스템의 고효율화 및 시공비 절감을 통한 경제성 확보를 위해서는 지열원 열펌프 유닛 성능과 지중열교환기 형상 공통 변수인 지중순환수 유량을 함께 고려하여 시스템을 설계하여야한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.282-282
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• 2023

도시침수와 도시열섬 등 도시화 및 기후변화로 인한 물 및 환경문제에 대비하기 위해서는 고해상도 물순환 및 열순환 해석 기술이 필수적이다. 도심지의 고밀도 건축물 및 식생 등 다양한 토지피복의 조합은 물/열 순환에 직접적인 영향을 미치는 요인이며, 물리과정에 대한 이해를 높이기 위해서는 고해상도 모의 및 관측이 필요하다. WRF-Hydro는 침투 및 증발산, 열 순환, 지표와 하천 및 저수지 추적 등 여러 물/열 순환 요소 해석 모듈을 연동할 수 있는 공간분포형 수문 해석 시스템이다. 본 연구에서는 WRF-Hydro를 기반으로 낙동강 지류인 금호강 유역에 대한 고해상도 물순환 및 열순환 모형을 구축하여, 토양수분, 하천 유량, 지표온도, 증발산 등 수문 요소 해석 결과를 분석한다. WRF-Hydro 모형의 입력자료 구축 시 고해상도 토지피복 및 토양도를 적용하고, 기상자료에는 국내 지상관측자료와 국외 재분석자료를 비교, 분석하여 자료의 신뢰성을 분석한다. 또한, ECOSTRESS 등 고해상도 원격탐사자료로부터의 열, 증발산 관련 추정 자료를 모의 결과와 비교하여, 열순환 해석의 불확실성을 평가한다. 물순환과 열순환의 해석의 신뢰도를 동시에 향상하기 위한 분포형 모형의 구축 및 매개변수 보정 방안에 대해 토의한다.

• Journal of Science Education
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• v.45 no.3
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• pp.275-291
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• 2021

The purpose of this study is to analyze the level and characteristics of system thinking of middle and high school students on cycle of matter in the Earth system considering the impact of human activities on the cycle. For this purpose, we developed items for assessment and assessment rubric through the analysis of 2015 revised curriculum and applying systems thinking, respectively. Middle and high school students who participated in the Korea Earth Science Olympiad were the subjects of this study. The level of system thinking was determined using the assessment rubric for student responses collected using items for assessment. The characteristics of system thinking were identified using word analysis. Based on these, the improvement of the curriculum considering the impact of human activities was discussed. The results of the study are as follows: first, the system thinking level of most secondary school students was low in identifying or classifying system elements for matter cycle, and high levels, such as system relationship or generalization of patterns, were found to be relatively small. It was found that students had a higher level of system thinking in the carbon cycle than in the water cycle. Second, in terms of the characteristics of system thinking about water cycle, water was recognized as a major system element and mainly related with evaporation between atmosphere and other system elements. Whereas, in the carbon cycle, carbon dioxide was regarded as a major system element, and photosynthesis and respiration were represented in relation with the biosphere. Third, for education considering the impact of human activities on the matter cycle in the Earth system, it is proposed improving the curriculum considering the socio-ecological system by extending the existing earth system.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.462-462
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• 2023

최근 낙동강 하구는 35년만에 기수 생태 복원을 본격화하는 다양한 노력과 연구가 진행되고 있다. 또한, 하구에 접해 있는 낙동강 1지류인 서낙동강 수질개선을 위한 물순환 연구도 진행되고 있다. 하지만 하구에 다양한 물관리기관이 혼재하여 유기적인 물관리가 미흡하고, 이해관계자(농민, 어민, 시민단체, 지자체 등)간에 이견도 다양하다. 서낙동강의 "수량-수질-생태" 관리의 효율성을 확보하기 위한 다양한 물관리기관의 물정보 통합관리가 필요하며, 시스템과 수치모형을 구성하여 예측 분석후 수질 및 수질특성을 실측기반을 통해 검보정으로 모형의 정확성을 높이고, 지속적인 유역내 수리적 흐름과 수질개선할 필요가 있다. 본 연구는 서낙동강유역 소유역(33개)로 강우-유출 HSPF 모형으로 유량과 오염부하량을 소유역 15개의 하천에 수리·수질 EFDC 모형 입력자료로 반영되어 계산된다. 모형의 검증을 위해 본류 대저수문 15km 지점(서낙동강 유입부)에 수문개방을 통해 서낙동강 농업용수와 수질개선 유량공급시에 ADCP를 활용하여 대저수문을 포함하여 4개소에 유속과 측정 유량을 산정하여 모형 검보정에 활용하였다. 본 연구결과는 복잡한 하천구성(서낙동강, 평강천, 맥도강, 조만강, 지류하천 등) 및 수리구조물 운영과 수리-수질(염분 포함) 분석 필요성 등을 고려하여 기 구축된 낙동강 하구 통합물관리시스템 수문데이터와 연동되어 향후 서낙동강 물순환 연구에 활용이 될 것으로 기대가 된다.