• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.126-126
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• 2019

과거부터 수자원분야는 공학적인 측면을 주로 강조하였으며, 따라서 인문사회학적 요소(예, 토지이용, 인구, 생태 환경, 경제발전 등)가 종종 배제된 채 시설물 계획이 이루어졌다. 그러나, 경제가 발전하고 사회의 모습이 복잡해짐에 따라, 수자원 관련 시설물의 계획에 있어 다양한 인문사회학적 요소를 고려할 필요성이 높아지고 있다. 본 연구에서는 사회-수문 모델링 기법을 이용하여 사회-수문 상호 간 순환적 관계를 파악하고, 특히 다목적댐이 인문사회에 미치는 영향을 정략적으로 파악하고자 하였다. 우리나라는 기후변화에 의한 극한가뭄과 홍수발생 빈도가 증가하고 있다. 이에 대한 대책으로, 다목적댐을 건설하여 효율적인 수자원 관리를 하고 있다. 본 연구에서는 대상지역으로 국내 강원도의 횡성댐을 선정하였다. 횡성댐은 하류에 위치한 횡성군과 원주시에 생 공 농업용수를 공급하는 용수원의 역할과 섬강 하류지역에 발생하는 홍수를 방어하는 역할을 하고 있다. 횡성댐 유역의 사회-수문학적 관계를 이해하기 위해 인과지도를 이용한 시스템 요소간의 상호연관성을 파악하였고, 이를 바탕으로 수문학적 요소와 인문사회학적 요소 사이의 관계식을 구성하였다. 수자원 분야에 해당하는 요소로는 생 공 농업용수 이용량 및 댐 저수량과 방류량을 선정하였으며, 인문사회학적 요소는 인구, 공업지역 농경지 주거지역의 면적 및 지역 내 총생산액을 선정하였다. 이와 같은 사회-수문학 요소를 바탕으로 해당 지역의 사회-수문 전체의 동태적 변화를 이해하기 위해 시스템 동적모의(System Dynamics) 모형을 이용한 모델링을 진행하였다. 다목적댐 건설 전 후로 대상지역의 용수 이용량과 인구 및 지역 총생산액 등의 데이터를 수집하여 모델을 검증하였다. 나아가 구현한 모형을 활용하여 향후 기후변화 발생 시 다목적댐이 대상지역의 용수이용 및 인구변화, 지역경제에 미치는 영향을 정량적으로 분석하였다. 본 연구는 인문사회분야와 수자원분야 사이의 영향관계를 이해하고, 모델을 이용한 정량적인 분석을 통해 향후 수자원 시설물 계획 및 정책마련을 위한 의사결정도구로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.3-3
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• 2020

사회-수문시스템의 인과관계에 대한 보다 상세한 통찰하기 위해서는 현재의 사회-수문시스템의 기능을 이해하고 미래의 사회-수문시스템의 변화 궤적을 예상할 수 있는 모형이 필요하다. 사회-수문학적 관점에서는 수문순환 현상과 더불어 인간 활동과 관련된 인구, 토지이용, 경제성, 환경변화로 연계되는 사회-수문시스템 내 복잡한 관계해석 과정이 중요하다. 본 연구에서는 하천유지유량 결정기준에 따른 사회-수문시스템의 변화과정을 이해하고 가능한 영향궤적을 평가하기 위해 사회수문학적 관점으로 해석하고자 한다. 현재 우리나라에서는 하천유량고시지점 114개 중 각 항목별 고시지점의 비율은 수질(33%), 평균갈수량(33%), 생태(29%), 경관(4%), 수질 및 염해(1%)로 나타났다(2019년 고시 현황). 따라서 사회-수문시스템 내에서 하천유지유량 결정기준 차이에 따라 환경적, 사회적, 경제적 측면으로의 영향을 평가하기 위하여 구조방정식모형을 모델링 한 후, 모형 내 잠재요인(기상, 수문, 환경, 사회·경제)의 상호연관성을 파악하였다. 기상학적 요소로는 기온, 강수량을 선정하였으며, 인간의 활동이 개입된 수문학적 요소는 유량, 하천수이용량으로 선정하였다. 환경적 요소는 BOD, COD, SS를 선정하였으며, 사회·경제적 요소는 인구, 지가변동률을 고려하였다. 이와 같은 사회-수문시스템 내 잠재요인별 요소를 바탕으로 사회-수문학적 영향평가를 위한 가설을 검증하기 위해 통계 프로그램 AMOS를 활용하여 구조방정식모형을 모델링하였다. 향후 사회-수문학 관점에서의 복잡한 영향관계를 정량적으로 평가하고, 다양한 이해관계자 간의 합의를 도출하는 데 있어서 효율적인 의사결정도구로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.34-34
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• 2021

본 연구에서는 격자기반 분포형 수문모델링을 통해 하천갈수량을 추정하고자 한다. 분포형 수문모형은 단방향흐름 알고리즘에 의한 토양 물수지식을 기반으로 개발되었으며 운동파(kinematic wave) 이론을 적용하여 지표 및 지표하 유출을 모의한다. 또한, 격자별로 수문학적 물수지요소인 차단량, 증발산량, 침투 및 침루량, 지하수충전량 등을 계산하며, 댐·보 방류량을 해당 지점 격자의 물수지에 적용할 수 있도록 개발하였다. 본 모형은 2개의 다목적댐과 3개의 다기능보가 위치한 금강유역(9,645.5 km²)에 적용하였으며, 유역 면적과 하천 유속을 고려하여 1 km × 1 km 격자를 구성하고 10분 간격으로 2013년부터 2020년까지 수문모의를 진행하였다. 모형의 입력자료로 유역 인근의 12개 기상관측소로부터 시단위 기상자료를 구축하였으며, 모형의 검보정은 일단위 관측유량(Q), 플럭스 타워 증발산량, 실측 토양수분 및 지하수위 자료를 구축하여 활용하였다. 댐 및 보 지점에 대해 Q와 1/Q로 검보정을 수행한 결과, 평균 결정계수(R²)는 댐 지점에서 0.53~0.65, 보 지점에서 0.46~0.69의 값을 나타냈으며, Nash-Shtcliffe efficiency(NSE)는 댐 지점에서 0.46~0.55, 보 지점에서 0.31~0.65의 값을 나타냈다. 공간 보정을 위해 증발산량, 토양수분, 지하수위에 대한 검보정을 수행할 예정이며, 유황곡선을 활용하여 하천차수, 토양속성 및 토지이용에 따른 하천갈수량을 분석할 예정이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.36-36
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• 2022

2010년대 후반에 딥 러닝 관련 기술이 발전하고 복잡한 강우-유출 현상을 모의하는데 적합하다는 점이 알려지면서 많은 수문관련 연구에서 딥러닝 기법을 통하여 수문모델링을 대체 가능함을 제시하여 왔다. 그러나, 이러한 가능성은 단순 모의효율을 통한 분석이므로 실제 수문관리 현장에 대한 적용을 위한 고찰이 필요한 시점이다. 이에 본 연구에서는 딥러닝 기법을 통하여 수문모의의 가능성을 고찰하고 개선점을 고찰하고자 한다. 이를 위하여 수문자료에 많이 적용되는 LSTM 기법과 수문모형인 TANK모형을 이용하여 경상남도의 형산강 유역을 대상으로 2013년부터 2020년까지의 유출량을 모의하고 그 결과를 비교 분석하였다. 형산강 유역에 대한 수문모의를 수행한 결과, LSTM 기법을 이용한 수문모의가 TANK모형에 비하여 높은 모의효율을 보여주었다. 그러나, 높은 모의효율에도 불구하고 유역의 물리적인 강우-유출과정을 모사하는 수문모형과 달리 LSTM 기법은 인간이 이해할 수 없는 과정을 통하여 학습하고 구조화되므로 기존과 다른 경향의 입력자료로 인한 예측오류가 발생할 가능성과 그에 따른 인간의 판단불가에 따른 문제를 내포하고 있음을 고찰하였다. 따라서, 딥러닝을 이용하여 수문모델링 분야에 수문모형을 전면적으로 대체하기에는 어려움이 있을 것이다. 본 연구에서는 현재까지의 딥러닝을 이용하여 수문모형을 대체하기 위해서는 ① 국민의 생활에 직접적으로 영향을 미치는 분야가 아닌 단순 연구목적이나 위험성 분석 등에 적용하거나, ② 딥러닝의 모의결과에 대해 사용자가 검토하거나 판단할 수 있는 의사결정 체계를 구축하거나, ③ 도출된 결과에 대한 윤리적 검토나 책임소재에 대한 사회적 합의 등이 선결되어야 할 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.111-111
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• 2022

우리 사회가 수자원 관리 정책 결정에 사용 가능한 수문 이상 기상 정보를 제공하기 위해서는 초고해상도 지표면 수문 모델 개발이 필수적이다. 본 연구에서는 기존 저해상도 기후 모델들의 지표 수문학적인 과정들을 개선하기 위해 초고해상도 하도 추적 모델링 기술을 통해 역학적인 상세화가 시도되었다. 100-km 격자의 VIC 모델에서 재생산된 지표 배출량과 기저 배출량을 입력 데이터로 사용하여 다양한 공간 규모의 하도 추적 모델에서 사용하여 산정된 하천유량의 신뢰도를 평가하였다. 본 연구에서는 90미터 (3 arc second), 450 미터(15 arc second), 그리고 900 미터 (30 arc second) 격자 규모의 금강 유역 하천망 지도를 사용하여 과거 장기 하천 유량 데이터(1948년-2016년)를 재생산하였다. 본 연구에서는 금강 유역 내의 지점 관측 하천 유량 데이터와 재생산된 유량 데이터의 불확실성을 평가하였다. 본 연구의 주요 결과는 보다 고해상도의 하천망 지도를 하도 추적 모델에 사용 시 산정된 하천 유량 데이터의 불확실성이 감소하는 경향을 발견하였다. 끝으로, 초고해상도 지표 수문-하도 추적 모델을 통한 상세화 기술의 한계점과 개선 방안을 논의하였다. 본 연구는 기후변화로 인한 이상 기상 또는 기후의 위험성 증가에 효율적으로 선제 대응할 수 있는 핵심 수문 기후 모델링 기술을 개발에 중요한 기여할 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.412-412
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• 2022

지속가능한 물관리를 위해서는 강우, 수문학적 반응의 동적 순환과 생공업 및 농업 기반시설과 같은 관리 조치에 사용되는 물을 포함한 가용수(Available Water)의 시공간적 영향을 파악할 수 있어야 한다. 가용수의 구성요소를 파악하기 위해 블루워터와 그린워터의 개념이 제안되었다. 블루워터는 강수로 인해 형성된 지표수, 지하수 및 호수·저수지의 저류량을 포함하며, 그린워터는 강수로부터 불포화 토양층에 저장된 토양수분과 수역, 초목에서 대기 중으로 방출되는 증발산을 말한다. 블루워터와 그린워터를 산정하기 위해서는 동적 수자원과 인적 요소에 의존되는 수자원을 정확하게 구별해야 하며 물 가용성 평가를 용이하게 하는 통합 기반 개념의 수문학적 모델이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 5대강을 대상으로 각 유역의 가용수량의 변화를 파악하기 위해 각 유역별 블루워터와 그린워터를 평가하고자 하였다. 5대강 유역의 장기간 변화와 광범위한 분석을 위해 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형의 수문모델링 결과를 활용하였다. SWAT 모형의 신뢰성 있는 수문 검보정을 위해 전체 기간(2005~2020) 중 모형의 보정(2005~2009) 및 검증(2010~2017)기간을 설정하였으며, 각 유역의 다목적댐과 다기능 보의 실측방류량을 이용하여 댐 운영모의를 고려하였다. 검보정된 SWAT 결과를 활용하여 블루워터와 그린워터를 분류하였으며 가용수량을 평가하는 방법을 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.51-51
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• 2021

환경생태유량은 수생태 건강성 유지를 위한 최소한의 유량으로 K-water에서는 유량증분방법론 기반의 1차원 물리적 서식처 모형인 PHABSIM(Physical habitat simulation system)을 이용해 고시지점에 대해 환경생태유량을 산정하여 제시하고 있으나, PHABSIM을 이용하여 환경생태유량을 산정하기 위해서는 지형, 수문 및 어류조사와 같은 현장조사를 지속적으로 실시해야한다는 한계점이 존재한다. 따라서 본 연구에서는 안동댐 하류유역(4,565.7 km²)을 대상으로 SWAT(Soil and water assessment tool)과 PHABSIM을 연계하여 수문모형을 이용한 유량 모의에 따른 대상 어종의 환경생태유량을 산정하고자 한다. SWAT 구축을 위해 DEM과 토양도 및 토지이용자료와 유역 내 위치한 7개의 기상관측소에 대한 40년(1980~2019)의 기상자료를 수집하여 적용하였으며, SWAT의 검보정을 위해 유역내 위치한 2개의 다목적 댐(안동댐, 임하댐)의 실측 운영자료와 1개의 수위관측소의 유량자료를 수집하였다. PHABSIM의 경우, 안동댐 하류유역에 대한 하천정비기본계획 보고서에 기반하여 지형자료를 입력하였으며 문헌조사를 통해 대상어종의 서식적합도지수를 수집하여 적용하였다. 3개 지점에 대한 SWAT 검보정결과, 평균 R², NSE 및 RMSE는 각각 0.51~0.76, 0.47~0.74, 0.61~1.84 mm/day로 나타났다. PHABSIM과의 연계를 위해 검보정된 SWAT의 하천유량에 대해 유황분석을 실시하였고, 산정한 Q10과 Q355를 유량의 최대·최소 범위로 설정하여 PHABSIM의 유량 경계조건으로 활용하였다. 이를 이용하여 SWAT과 PHABSIM의 연계모델링 적용성을 평가하고 대상어종의 환경생태유량을 산정할 예정이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.293-293
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• 2023

2022년 발간된 IPCC (The Intergovernmental Panel on Climate Change) 6차 평가보고서(AR6)에서는 미래 사회경제변화를 기준으로 기후변화에 대한 미래의 완화와 적응 노력에 따라 5개의 시나리오로 구분된 SSP (Shared Socioeconomic Pathways, 공통사회경제경로)를 제시하고 있다. 본 연구에서는 제주도 지역을 대상으로 SSP 시나리오에 따른 미래 수문학적 변화를 분석하였다. 제주도 지역의 독특한 기후 및 지질학적 특성, 간헐적 하천유출 특성 등을 모의할 수 있는 유역모델링(SWAT)을 기반으로, 미래 기후변화 시나리오에 따른 수문 변화를 분석하였다. 기후모형에 따른 미래 전망의 불확실성을 최소화하기 위해 SSP 시나리오 4종(SSP1-2.6, SSP2-4.5, SSP3-7.0, SSP5-8.5)에 대해 18개의 Global Climate Models (GCMs) 자료를 분석에 사용하였다. 또한 지역별 공간적 특성을 충분히 반영하기 위해 하천구간과 고도 특성을 고려하여 총 299개 소유역으로 구분하여 모델링을 수행하였다. 각 GCM 및 SSP 시나리오별 산출된 유역모델링 모의자료를 기반으로 과거 historical 기간(1981~2010년)과 미래기간(2011~2100년)으로 구분하여 강수량, 유출량, 증발산량, 함양량 등에 대한 시공간적 변화를 분석하였다. 대체로 모든 GCM 및 모든 SSP 시나리오에서 미래기간으로 갈수록 강수량은 증가하는 것으로 나타났다. 북부지역(제주시)보다는 남부지역(서귀포시)의 증가량이 많으며, SSP5-8.5 시나리오에서 상대적으로 변동폭이 큰 것으로 분석되었다. 기준증발산량 또한 기온의 증가에 따라 미래로 갈수록 기준증발산량이 증가하는 것으로 전망되었으며, SSP5-8.5 시나리오에서 가장 크게 증가하는 것으로 나타났다. 기준증발산량의 절대값은 북부지역에서 더 크게 나타나며, SSP5-8.5에서 가장 큰 것으로 전망되었다. 과거기간 대비 변화율은 SSP5-8.5에서 가장 크게 증가하며, 최소 10% 이상 증가할 것으로 전망되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.404-404
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• 2017

이상기후현상으로 인해 극치 수문 사상들이 빈번히 발생함에 따라 상대적으로 높은 재현기간에 해당하는 극치 수문 사상해석에 대한 관심이 높아지고 있다. 그러나 우리나라의 경우 이러한 극치 수문 사상을 추정하기 위한 표본의 수가 부족한 실정이다. 지역빈도해석은 지점의 표본 수가 적거나 수문자료의 수집이 불가능한 미계측지점인 경우, 해당 지점과 수문학적으로 동질하다고 여겨지는 주변 지점들의 자료를 확보하여 확률수문량을 추정함으로써 상대적으로 지점빈도해석 보다 roubst한 추정값을 얻을 수 있다는 장점을 가지고 있다. 따라서 최근 확률수문량 산정 기법으로 지역빈도해석 방법에 관한 관심이 높아지고 있다. 지역구분은 지역빈도해석이 지점빈도해석과 구분될 수 있는 큰 특징이고 지역구분 결과 따라 지역의 표본 크기가 결정되기 때문에 수문학적으로 동질한 지역을 나누는 방법은 매우 중요하다고 볼 수 있다. 인공신경망은 인간의 뇌가 학습하는 방식을 모사한 통계적 모델링 기법이다. 즉, 인간의 뇌가 일정한 반복 학습을 통해 어떠한 문제의 해법을 추론하거나 예측, 또는 패턴을 인식하는 일련의 과정을 알고리즘화 하여 목적함수의 해를 찾는 방식이다. 특히, 주어진 자료들로 부터 특징을 추출하고 그 특징을 학습하여 전체 자료의 분류나 군집화를 이루는데 널리 이용되고 있다. 본 연구에서는 낙동강유역을 대상으로 인공신경망을 이용한 군집분석을 수행하고 구분된 지역을 이용하여 지역빈도해석을 수행하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.320-320
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• 2016

본 연구에서는 자연환경, 수생태환경과 관련된 모니터링자료 및 수문/수질 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모델링 자료를 이용하여 유역건전성을 평가하기 위한 지수를 개발하고, 한강유역($34,148km^2$)을 대상으로 표준유역단위 유역건전성 평가를 수행하였다. 본 연구에서는 미국 EPA(Environmental Protection Agency)의 유역건전성 분석 사례를 개선하여 우리나라에 유역 특성에 맞는 통합 유역건전성 평가지수를 개발하였다. 본 연구에서 분석하고자 하는 유역건전성은 유역이 본래 가지고 있는 자연적인 건전성을 평가하고자 하는 것으로, 평가를 위한 지표로 자연토지피복, 하천환경, 수문, 수질, 서식지, 수생태 관련 요소를 각각 선정하였다. 자연토지피복 및 하천, 서식지 유역건전성 평가를 위해서 DEM, 토지이용도, 하천도, 저수지, 습지자료를 이용하였고, 수생태 유역건전성 평가를 위해서는 6년간(2008년~2013년) 모니터링 된 TDI, BMI, FAI 자료로 이용하였다. 수문/수질 유역건전성 평가를 위해서는 SWAT 모형의 장기모의 결과를 활용하였으며, 30년간(1985년-2014년) 모의된 강수량, 총유출, 지표유출, 침투, 토양수분, 중간유출, 침루, 지하수 충진, 기저유출, Sediment, T-N, T-P 결과를 이용하였다. 각 평가지표로부터 표준유역별 sub-index를 도출하였으며, 6가지 sub-index를 이용하여 통합 유역건전성 지수를 산정하였다. 산정된 지수는 0부터 1까지의 값으로 나타나며, 1에 가까울수록 유역건전성이 좋은 유역을 의미한다. 연구결과 한강유역의 통합 유역건전성은 상류에서 하류로 갈수록 건전성이 안 좋아지는 것으로 분석되었으며, 특정 표준유역에 대하여 자연환경, 수문, 수질, 수생태환경 각각의 유역건전성을 평가할 수 있었다.