• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.202-202
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• 2023

전 세계적으로 지구 온난화로 인해 발생한 가뭄은 사회적, 경제적, 환경적으로 막대한 피해를 야기하고 있다. 국내의 경우, 2022년부터 현재까지 지속되고 있는 가뭄 상황은 강수의 지역적 편차로 인해 남부 지역 중심으로 극심한 피해가 발생하였다. 남부 지역의 주요 용수공급원인 영산강, 섬진강권역의 용수 공급율은 예년의 57%(3.8억 톤)에 불과하며, 일부 도서·산간 지역은 용수공급이 제한되는 현상까지 발생하였다. 이러한 가뭄 피해를 대비하기 위해 초기에 모니터링을 통한 선제적 대응 방안을 구축해야 한다. 가뭄 모니터링의 경우 미계측 지역에 대한 모니터링 방법으로 주기적이고 균질한 자료를 제공 받을 수 있는 위성영상을 활용한 연구가 수행되고 있다. 가뭄을 정량적으로 분석하고 판단하기 위해 가뭄지수를 활용하고 있으며, 대표적인 가뭄지수는 지상 관측강수량자료를 활용한 확률분포 기반의 표준강수지수 (Standardized Precipitation Index, SPI)와 강수 및 기온의 변동성이 포함된 표준강수증발산지수 (Standardized Precipitation Evapotranspiration Index, SPEI)가 있으며, 위성영상 자료를 활용한 가뭄지수인 증발스트레스지수(Evaporative Stress Index, ESI) 등이 있다. 본 연구에서는 강수와 기온을 고려한 가뭄지수인SPEI와 위성영상 기반의 가뭄지수인 ESI를 활용하여 2022년 남부 지역의 가뭄 사상을 중심으로 지표별 시공간적 변화를 분석하고자 한다. SPEI의 경우 기상관측소 지점자료의 기온과 강수량을 활용하였으며, Terra 위성의 MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) 센서에서 제공되는 위성영상자료를 활용한 ESI는 미계측 지역에 대한 가뭄 판단을 위해 시·군별로 세분화하여 산정하였다.

• 한국지리정보학회지
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• 제23권3호
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• pp.208-219
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• 2020

본 연구는 위성강수에 대한 정확도를 비교함으로써 미계측 혹은 비접근 지역에 대한 적용성을 판단하는 것을 목적으로 하고 있다. 정확도 평가 결과 전체적인 강수의 공간분포는 세 개의 이벤트 모두 지상계측강우와 위성강수가 유사한 것으로 분석되었다. 1개월간의 강수의 경우 지상계측강수(ASOS)와 위성강수의 1시간의 시간해상도에서 상관계수는 0.42~0.46정도로 분석되었다. 강수가 집중된 기간에 대한 평가에서 1시간의 시간해상도에 대한 상관계수가 IMERG는 0.55~0.66, GSMaP는 0.56~0.67로 분석되었다. 세 개의 이벤트에 대한 관측소별 총강우의 분석결과 상관계수는 IMERG와 GSMaP이 CMORPH 보다 상대적으로 우수한 것으로 분석되었고, 바이어스는 상대적으로 CMORPH가 우수한 것으로 분석되었다. 그러나 3개 위성강수 모두 지상계측강수와 비교하여 과소하게 추정되고 있는 것으로 분석되었다. 향후에는 본 연구를 통해 얻어진 결과를 반영하여 북한을 포함한 한반도 전체에 대한 강수량을 추정하는 연구를 수행할 계획이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.104-104
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• 2020

강수량은 수문 순환의 결정적인 연결 고리이며 공간적, 시간적 변화는 매우 크며, 또한 전 세계적인 범위의 강수량 자료는 지구상의 수문 순환에 대한 이해와 날씨 및 기후 예측을 위해 필요하다. 그리고 지역적 강수량에 대한 지식은 사회 복지에 필수적이다. 지상에 있는 강우관소에서 관측된 강우는 본질적으로 강우의 공간적 불균일성을 반영하기 어려우며, 관측 주기가 하루 이상으로 긴 경우에는 홍수와 연계한 생태-수문학 연구에 적용하는데 한계가 있다. 또한, 지상계측 방법은 해양, 극지방 및 산악지역의 강수량을 관찰하는데 어려움이 있다. 이에 반하여 원격탐사 기술은 지구 강수를 관찰하는데 많은 도움을 주는 기술로 인식되고 있다. 위성자료를 이용한 강우 추정은 지상 강우관측소 및 기상레이더와 비교하여 광역적 공간범위를 대상으로 하며, 지속적이고 균일한 강우를 생산한다는 장점을 갖고 있다(Hong et al. 2016). 위성강우 자료는 일반적으로 전 세계 강수량에 대한 지식과 글로벌 수문순환에 대한 연구를 촉진하고 있으며, 특히, 동아시아, 동남아시아, 아프리카 등지에는 수문학적 미계측 지역이 많기 때문에 위성강우 자료를 이용한 강수량 평가에 대한 연구가 다수 진행되고 있다(Hoscilo et al., 2015; Dembélé et al., 2016; Dandridge et al., 2019; Kim et al., 2019; Yuan et al., 2019). 본 연구는 위성으로부터 유도된 강수자료 중 NASA의 IMERG, NOAA의 CMORPH, 그리고 일본 JAXA의 GSMaP의 위성강우자료와 국내의 ASOS 시간강우자료의 비교를 통해 위성강우의 정확도를 평가하는 것을 목적으로 하고 있다. 분석 결과 총강우에 대한 편이는 그림 1에서 보는바와 같이 CMORPH가 가장 작고 가장 최근에 제공되기 시작한 IMERG 강수자료가 가장 큰 것으로 분석되었다. 지상계측강우와의 상관계수는 1시간 및 3시간의 시간해상도에서 2019년 18호 태풍 미탁(Mitak)의 경우 IMERG 및 GSMaP 각각 0.63 및 0.60와 0.73 및 0.70으로 분석되었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제56권2호
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• pp.75-89
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• 2023

강우-유출 해석은 하천 홍수예경보, 댐 유입량 산정 및 방류량 결정 등 수자원 관리 및 계획수립에 있어 중요한 과정이며, 밀도높은 강우관측망으로부터 수집된 강우 자료는 정확한 강우-유출 해석을 위한 가장 중요한 기초 자료로 활용된다. 본 연구 대상 지역인 메콩강 유역은 국가공유하천으로 강수 자료수집이 어렵고, 구축된 자료의 양적, 질적 품질이 국가별로 상이하여 수문해석 결과의 불확실성을 높일 우려가 있다. 최근 원격탐사 기술의 발달로 격자형 글로벌 강수자료의 획득이 용이해졌으며, 이를 활용한 미계측 유역 또는 대유역에서의 다양한 수문해석 연구들이 수행된 바 있다. 본 연구에서는 미계측 대유역 수문해석에 있어 격자형 강수자료의 적용성을 평가하기 위하여 3개의 위성 강수자료(TRMM, GSMaP, PERSIANN-CDR)와 2개의 지점 격자형 강수자료(APHRODITE, GPCC)를 수집하고, APHRODITE를 관측값으로 합성곱 신경망 모형인 ConvAE 알고리즘을 이용하여 위성 강수자료의 시·공간적 편의보정을 수행하였다. 또한, 메콩강 본류의 주요지점인 Luang Prabang, Pakse, Stung Treng, Kratie 4개 수위 관측소를 선정하여 SWAT 모형의 매개변수를 보정(2004~2011)하고 지점 격자형 강수자료 및 위성 강수자료의 보정전·후의 유출모의(2012~2013) 결과를 비교·분석하였다. 그 결과 원시위성 강수자료 및 GPCC는 APHPRODITE에 비해 정량적으로 과소 또는 과대추정되거나 공간적으로 매우 상이한 패턴을 나타낸 반면, GSMaP과 ConvAE를 이용하여 보정된 위성 강수자료의 경우, APHPRODITE에 대한 시·공간적 상관성이 개선된 것으로 분석되었다. 또한 유출모의의 경우, 모든 지점에 대해서 ConvAE로 보정된 위성 강수자료를 이용한 유출모의 결과가 원시 위성강수자료를 이용한 유출결과 보다 정확도가 향상된 것으로 분석되었다. 따라서 본 연구에서 제시하는 격자형 위성 강수자료 보정기법과 연계한 강우-유출 해석은 향후 다양한 위성 강수자료를 활용한 미계측 대유역 수문해석에서 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.60-60
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• 2022

본 연구에서는 적설 추정 알고리즘과 추계 일기 생성 모형을 활용하여 관측 적설의 특성을 재현하는 연속 적설심 자료 모의 방법을 소개한다. 적설 추정 알고리즘은 강수 유형 판단, Snow Ratio 추정, 그리고 적설 깊이 감소량 추정까지 총 3단계로 구성된다. 먼저 강수 발생시 지상기온과 상대습도를 지표로 활용하여 강수 유형을 판단하고, 강수가 적설로 판별되었을 때 강수량을 신적설심으로 환산하는 Snow Ratio를 추정한다. Snow Ratio는 지상 기온과의 sigmoid 함수 회귀분석을 통해 추정하였으며, precipitation rate 조건(5 mm/3hr 미만 및 이상)에 따라 두 가지 함수를 적용하였다. 마지막으로 적설 깊이 감소량은 온도 지표 snowmelt 식을 이용하여 추정하였으며, 매개변수는 적설 깊이 및 온도 관측 자료를 활용하여 보정하였다. 속초 관측소 자료를 활용하여 매개변수를 보정 및 검증하여 높은 NSE(보정기간 : 0.8671, 검증기간 : 0.7432)를 달성하였으며, 이 알고리즘을 추계 일기 생성 모형으로 모의한 합성 기상 자료(강수량, 지상기온, 습도)에 적용하여 합성 적설심 시계열을 모의하였다. 모의 자료는 관측 자료의 통계 및 극한값을 매우 정확하게 재현하였으며, 현행 건축구조기준과도 일치하는 것으로 나타났다. 이 모형을 통하여 적설 위험 분석 분야뿐 아니라 기후 전망 자료와의 결합, 미계측 지역에 대한 자료 모의 등에도 광범위하게 활용될 수 있을 것이다.

• 물과 미래
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• 제37권3호
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• pp.44-49
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• 2004

지표 수문학(surface hydrology)은 강수에 의한 수자원의 발생, 육지나 하천, 그리고 해양에서 발생하는 증발이나 유출 등에 의한 수자원의 손실과 저수지나 댐에서 수위 상승, 토양수분이나 적설의 증가, 그리고 지하수면의 상승 등에 의한 저류량의 증가 등을 종합적으로 설명하는 과학이다. 수자원의 발생이나 손실, 그리고 저류량의 증가를 설명하기 위해서는 질량보존의 법칙과 같은 단순한 물수지 방정식을 이용한다. 그러나, 지표면에서 발생되는 증발이나 식물에 의해서 발생되는 증산 등과 같은 증발산 작용은 에너지를 수반하기 때문에 수문학적인 수지를 규명하기 위해서는 물수지와 에너지수지를 동시에 이용해야 한다.(중략)

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.62-62
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• 2022

홍수 예보를 위한 강우-유출 분석에서 정확한 예측 강우량 정보는 매우 중요한 인자이다. 이에 따라 강우 예측을 위하여 다양한 연구들이 수행되고 있지만 시·공간적으로 비균일한 특성 또는 변동성을 가진 강우를 정확하게 예측하는 것은 여전히 난제이다. 본 연구에서는 딥러닝 기반 ConvLSTM (Convolutinal Long Short-Term Memory) 모형을 사용하여 위성 강수 자료의 단기 예측을 수행하고 그 정확성을 분석하고자 한다. 대상유역은 메콩강 유역이며, 유역 면적이 넓고 강우 관측소의 밀도가 낮아 시·공간적 강우량 추정에 한계가 있으므로 정확한 강우-유출 분석을 위하여 위성 강수 자료의 활용이 요구된다. 현재 TRMM, GSMaP, PERSIANN 등 많은 위성 강수 자료들이 제공되고 있으며, 우선적으로 ConvLSTM 모형의 강수 예측 활용가능성 평가를 위한 입력자료로 가장 보편적으로 활용되는 TRMM_3B42 자료를 선정하였다. 해당 자료의 특성으로 공간해상도는 0.25°, 시간해상도는 일자료이며, 2001년부터 2015년의 자료를 수집하였다. 모형의 평가를 위하여 2001년부터 2013년 자료는 학습, 2014년 자료는 검증, 2015년 자료는 예측에 사용하였다. 또한 민감도 분석을 통하여 ConvLSTM 모형의 최적 매개변수를 추정하고 이를 기반으로 선행시간(lead time) 1일, 2일, 3일의 위성 강수 예측을 수행하였다. 그 결과 선행시간이 길어질수록 그 오차는 증가하지만, 전반적으로 3가지 선행시간 모두 자료의 강수량뿐만 아니라 공간적 분포까지 우수하게 예측되었다. 따라서 2차원 시계열 자료의 특성을 기억하고 이를 예측에 반영할 수 있는 ConvLSTM 모형은 메콩강과 같은 미계측 대유역에서의 안정적인 예측 강수량 정보를 제공할 수 있으며 홍수 예보를 위한 강우-유출 분석에 활용이 가능할 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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.137-137
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• 2020

국지성 집중호우의 증가로 인하여 각종 수재해 역시 증가하고 있으며 수재해 피해를 막기 위해서는 강우량 정보는 매우 중요한 요소이다. 이러한 강우량의 관측은 물론 미계측 지역의 강우량 추정을 위한 면적강우량 산정은 매우 중요하며 이에 관한 연구가 활발하게 수행되고 있다. 차량용 레인센서는 강우측정이 어려운 미계측 지역의 강수량 측정이 가능하고, 실시간으로 강우정보를 생성이 가능한 강우관측 방법이다. 차량용 강우센서는 일반적인 강우관측기와 달리 물 입자가 커질수록 빛의 산란이 크게 일어나는 현상을 이용한다. 산란이 크게 일어나면 강우 센서에 입력되는 값이 줄고 이는 강수가 높다는 것을 의미하고 이러한 관계를 이용하여 강원대학교 S-R 관계식을 통해 강우량을 관측할 수 있다. 본 연구에서는 강원도 삼척시를 대상지역으로 선정하였고 삼척 레이다 정보와 인근 지상관측소 6개 정보를 이용하여 강우보정을 수행하고 차량용 레인센서 강우관측 위치는 삼척시가지 내에서 강우를 관측하였다. 보정된 강우장과 레인센서 강우자료와 삼척관측소를 제외한 5개 지상관측소 강우정보를 합성하여 면적강우량을 산정하였고 검증을 위하여 삼척관측소 강우량과 면적강우의 해당격자의 강우량 값을 비교하여 검증하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 1998년도 학술발표회 논문집
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• pp.62-67
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• 1998

낙동강 수계 다목적댐 하류 지역에 대한 홍수조절 의사결정 능력을 향상시키고자 강우- 유출 모형으로 선정된 저류함수법으로 낙동강 수계 다목적댐 하류부의 유역유출 체계를 먼저 구 성하였다. 저류함수법에 의한 낙동강 수계 유역유출 체계도는 유역의 물리적 특성을 감안하여 소 유역은 41개, 하동망은 28개로 구성하였다. 또한 수문학적 하도추적 기법이 갖는 결점을 보완하기 위하여 낙동강 본류 및 상류에 댐이 있는 금호강, 황강, 남강, 밀양강 등 1 지류 이상의 홍수추적 을 수리학적 모형으로 보완하여 유역유출 체계를 이원화하여 두시스템을 상호·연계할 수 있도록 하였다. 상기 두 시스템을 '93년 8월 홍수(8, 7~8, 15)에 시험 적용하였다. 모형수행 경과 홍수기 댐운영시 저류함수모형에 의한 강우 유출 모형과 수리학적 하도추적 모형을 통합한 시스템을 동시에 적용하여 상호 보완 과정을 통해 운영한다면 다목적댐의 홍수조절 의사결정능력을 향상시킬 수 있다고 판단된다. 본 연구에서는 사용자가 해석적 방법으로 유역에서 수문자료를 이용하여 매개변수를 대화식으로 산정할 수 있는 GUI 시스템을 EXCEL97 환경에서 개발하여 신뢰성 있는 Rating curve가 확보 상·하류에 위치한 12개 수위관측소에서 89개 홍수사상을 대상으로 유역의 매개변수를 산정하였다. 또한, 미계측 유역의 저류함수 관련 매개변수 확장을 위하여 12개 소유역 에 대한 매개변수의 평균값과 유역면적, 하도연장 및 경사, 유역의 사면경사 등의 지형인자들을 조합하여 지역화분석을 수행하여 미계측 유역의 매개변수 산정식으로 제안하였다. 본 회귀식으로 산정된 소유역별 매개변수를 '93년 8월 홍수(8, 7~8, 15)에 적용한 결과, 낙동강 수계 본류상 주요 수위관측소별 홍수량예측이 이근천공식 보다 양호한 결과를 주어 본 연구에서 제시한 유역의 매 개변수 회귀식은 미계측 유역의 매개변수 산정시 충분한 활용성을 입증하였다. 저류함수법에 의 한 낙동강 수계 다목적댐 하류부의 유역유출 체계도는 수리학적 하도추적 모형과의 연계와 유역 의 물리적 특성을 감안하여 현재의 홍수통제소에서 운영하는 홍수예경보 시스템의 유출체계도와 우리공사 물관리 상황실의 저수관리 모형의 유출체계도를 기준으로 재구성하여 다목적댐 하류부의 소유역은 41개, 하도망은 28개로 결정하였다.