• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.945-945
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• 2012

본 연구에서는 낙동강 수계의 안동댐 유역을 대상지역으로 선정하여 미래 기후변화 시나리오에 따른 댐 유역의 수환경 영향을 예측해 보고자 하였다. 특히 미래기후에 대한 수환경 평가는 기후자료를 입력 값으로 요구하는 강우-유출모형을 이용하거나 유량 이외에 유사, 영양물질과 같은 수질인자를 동시에 모의할 수 있는 유역모형을 이용하여 평가하는 것이 일반적이다. 이를 위해 선행연구로 IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)에서 제공하는 AR4 시나리오의 RCM 자료를 ANN(Artificial Neural Network)기법을 이용하여 안동댐 유역의 총 4개 기상관측소에 대한 과거 20년(1991~2010) 실측자료를 바탕으로 미래 강수 및 습도 그리고 온도에 대해 상세화 하여 미래 기후 시나리오를 생산하였다. 또한 안동댐 유역 단위의 수질을 예측하기 위해 토양과 토지이용 및 토지관리 상태에 따른 수문-수질 모의가 가능한 유역모형인 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)을 이용하였다. 과거의 기상자료와 수질자료를 이용하여 유역모델의 검 보정을 실시하였으며 모형의 보정 및 검증결과에 따른 적합성과 상관성을 판단하기 위해 결정계수($R^2$)와 평균제곱근오차(Root Mean Square Error, RMSE)를 사용하였으며, 모형의 효율성 검증으로는 Nash and Sutcliffe(1970)가 제안한 모형효율성계수(NSE)를 사용하였다. 최종적으로 기후 시나리오에 대해서 전망된 지역상세기후를 유역모형의 입력자료로 이용하여 안동댐 유역의 미래수문 및 수질을 예측하고자 하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.23-23
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• 2015

가뭄은 홍수와 더불어 매우 심각한 자연재해이며, 그 특성상 광역적이고 장기간 발생함에 따라 구체적인 발생시점, 규모, 범위 등을 규명하기가 어렵다. 그동안 가뭄관리 기관에서는 가뭄의 특성을 규명하고자 가뭄 지수를 활용하여 발생시점, 발생빈도, 피해규모, 범위 등을 정량적으로 분석해 왔다. 그러나 가뭄특성은 가뭄 지수의 해석방법 및 판단기준에 따라 다르게 나타나는 문제가 있다. 또한, 대부분 가뭄지수가 단일 기상(강수, 기온 등) 및 수문(유출량, 토양수분량, 증발산량 등)정보 기반으로 산정됨에 따라 대상지역의 가뭄특성을 적절히 고려하지 못하고 있다. 따라서 지역적 가뭄특성을 명확히 나타내기 위해서는 단일변수 기반의 가뭄지수의 활용보다는 두 개 이상의 변수가 고려된 가뭄지수를 활용하는 방안이 필요하다. 본 연구에서는 강수량 및 토양수분량 기반의 이변량 결합가뭄지수(Bivariate Joint Drought Index, BJDI)를 산정하고 기존 단일변수(강수량, 토양수분량)에 의한 가뭄지수와 함께 지역별 가뭄특성을 분석하였다. 이를 위해 강수량은 1977~2012년 동안의 기상청 관할 59개 기상관측소 자료, 토양수분량은 지표수문해석모형으로 부터 산정한 결과를 이용하였다. 59개 지점에 대한 SPI (Standardized Precipitation Index), SSI(Standardized Precipitation Index) 및 BJDI를 산정하였다. 또한, 지점별, 가뭄지수별 빈도해석을 통해 재현기간을 산정하고 과거 가뭄피해사례를 바탕으로 가뭄특성을 정량적으로 비교 및 분석하였다. 그 결과, 재현기간은 동일한 심도일지라도 SPI, SSI, BJDI 순으로 BJDI가 가장 낮게 나타났으며, 지역별로는 중부지역이 높고, 남부지역에서는 낮게 산정되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.275-275
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• 2023

기후변화는 우리의 현실로 다가와 있지만 기후변화로 인해 어떠한 일이 벌어질 것인지는 정확하게 알 수 없는 문제가 있다. 특히 호우의 강도와 지속시간 등은 수문설계에 영향을 미치는 주요한 인자 임에도 불구하고 과학적이고 합리적인 추론이 쉽지 않다. 본 논문에서는 일본에서 대규모 기후 앙상블 모의실험 기반으로 생성된 d4PDF(Data for Policy Decision Making for Future Change)자료 중 시간 단위의 강수앙상블 모의 자료를 이용하여 기상청 서울지점의 강우강도-지속시간-생기빈도 곡선(Intensity-Duration-Frequency Curve; IDF 곡선)의 변화를 추정해 보았다. 이를 위하여 대용량의 자료를 확보하고 서울지점에서의 과거 50년간의 실측자료와 동일기간의 모의자료에 대한 연최대치 계열에 분위사상법을 적용하여 모의자료의 계통적 오차를 소거할 수 있는 함수를 추정하고 이를 이용하여 미래 시나리오에 적용함으로써 지구평균기온 상승에 대응하는 서울관측지점의 IDF 곡선을 추정하여 제시하였다. 추정 결과의 내용은 다양한 요소에 의해 영향을 받는 미래 기후에 대한 내용이라 신뢰성의 평가가 어렵지만 기존의 강우강도에 일률적으로 위험률을 곱하는 방식보다는 좀 더 합리적인 방법이라 생각되며 향후 수문설계 등에 고려될 수도 있을 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.311-311
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• 2020

가뭄·홍수 등 수재해 대응대책 수립 측면에서 유역의 자연유출량 산정은 가장 핵심적인 사항이라 할 수 있다. 우리나라는 전국적으로 수위-유량관측소를 설치하여 실시간 유출량 모니터링을 통해 수문정보를 수집하며, 주요지점을 제외한 유역에서는 주기적으로 강우-유출모형의 매개변수 최적화를 통해 산정된 장기유출량 결과를 자연유출으로 가정하여 수자원 계획 수립시 활용하고 있다. 그러나 강우-유출모형의 최적 매개변수 추정을 위해 활용되는 관측 수문자료는 상대적으로 자료의 연한이 짧고, 계절·공간적인 특성으로 인해 매우 제한적이며, 유역의 특성을 충분히 고려하지 못해 미계측유역의 매개변수 추정시 모형의 자료에서 기인한 불확실성이 크게 발생한다는 단점이 있다. 이에 본 연구에서는 관측자료에 대한 신뢰성이 유의하며, 공간적으로 고르게 분포된 12개 댐 유역을 대상으로 매개변수 지역화 연구를 수행하였다. SCEM-UA기법을 통해 GR4J 강우-유출모형의 매개변수를 최적화 하였으며, 매개변수와의 상관관계 및 선형회귀분석을 통해 유역특성인자를 선별하여 Copula 함수를 통해 지역화된 매개변수를 추정하였다. 최종적으로 본 연구에서 제시된 방법론에 대한 적합성을 평가하기 위하여 매개변수 최적화가 수행된 유역을 미계측 유역으로 가정하여 교차검증 관점에서 적합성을 검토하였으며, 통계적으로 유의한 결과가 도출되는 것을 확인하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.67-67
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• 2022

국가 물관리 측면에서 증발산량과 토양수분량은 자연계 손실로서 국내 수자원 총량의 약43%(563억 m³/년)를 차지하며, 수자원의 계획과 개발, 물순환 과정 규명 및 다양한 수재해 분석 등을 위한 수문 요소이다. 정부는 2005년 「수문조사 선진화 5개년 계획」과 2008년 「제1차 수문조사기본계획(2010~2019년)」을 통해 2019년까지 증발산량과 토양수분량 관측소 확대(각각 25개 지점) 기반을 마련하였고 「수자원의 조사·계획 및 관리에 관한 법률」에 따라 매년 공인 수문 자료로 증발산량과 토양수분량을 측정하고 있다. 증발산량과 토양수분량은 댐 유역의 정밀한 물순환 해석에도 매우 중요한 정보로서 현재 K-water에서의 관측은 일부 시험유역(용담댐 유역)의 flux tower에 의한 에디공분산법(Eddy Covariance Method) 및 토양수분 센서(TDR, Time Domain Reflectometery)에 의한 지점 자료의 생산만 각각 이루어지고 있다. 본 연구에서는 K-water 댐 유역의 증발산량 및 토양수분량 관측 현황과 그간 관측된 자료의 특성을 각종 경향성 분석 등과 함께 소개하고자 한다, 증발산량의 경우는 2개소의 flux tower를운영(덕유산 지점 2011년 이후, 용담 지점 2017년 이후)하고 있으며, 토양수분량은 총 7개소(계북, 천천, 상전, 안천, 부귀, 주천 지점 2013년 이후, 장계 지점 2017년 이후)에 TDR센서를 설치, 계측 운영 중이다. 이렇게 관측된 자료는 매년 홍수통제소 주관 관련 전문가 공인심사를 통해 일자료 기준으로 한국수문조사연보에 수록되고 있으며, K-water에서도 연보를 통해 공개된 자료를 기준으로 공공데이터포털(data.go.kr) 등과 연계하여 온라인 자료 서비스 중이다. 한편, 최근 2020년 「제2차 수문조사 기본계획(2020~2029년)」에서는 수자원 위성 개발연구와 연계하여 위성을 활용한 증발산량과 토양수분량 산정 연구의 필요성이 강조되고 있다. 하지만 본 연구에서 살펴본 지점 자료만으로는 댐 유역을 포함한 광역단위의 시계열 공간정보를 생산하기 한계가 있으며, 댐 유역과 국내 전 지역의 공간 시계열 증발산량 및 토양수분량 자료 산정과 활용 방안에 대해 정립하고, 나아가 위성영상을 활용한 댐 유역 증발산량·토양수분량 관측 가이드라인 마련 등을 위해서는 국가적으로 많은 재원의 투입과 노력이 필요한 상황이다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.37 no.8
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• pp.631-641
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• 2004

The objective of this study is to test the applicability of SLURP (Semi-distributed Land Use-based Runoff Process) on Soyanggang-dam watershed. SLURP model is a conceptual semi-distributed form model that can be used to examine irrigation plan and the effects of proposed changes in water management within a basin or to see what effects external factors such as climate change or changing land cover might have on various water users. Topographical parameters were derived from DEM using TOPAZ and SLURPAZ. Monthly NDVIs were calculated from multi-temporal NOAA/AVHRR images during four years (1998 ∼ 2001). Weather elements (dew-point temperature, solar radiation, maximum/minimum temperature and relative humidify) were obtained from five meteorological stations within and near the study area. To simulate daily hydrograph during 1998 ∼ 2001, the model parameters of each land cover class were optimized by sensitivity analysis and SCE-UA method. Test result of SLURP was summarized by various statistics method (WMO volume error, Nash-Sutcliffe efficiency, mean error and coefficient of variation).

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.1104-1108
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• 2010

최근 수자원의 효율적인 배분을 위한 수자원관리의 중요성에 대한 인식과 하천의 환경적 기능에 대한 사회적 요구 증대로 수자원 기초조사에 의해 수집되어진 자료의 활용빈도가 다양한 분야에서 증가하고, 높은 신뢰도와 정확도를 요구하고 있다. 개발된 수위-유량 관계식의 신뢰도 검증은 일반적으로 지점별 수위-유량 관계식과 수위자료에 의해 산정된 유하량을 유역의 면적평균 강우량을 이용하여 산정한 유출률과 비교 분석하는 수문학적 방법에 의해 이루어지고 있는 실정이다. 최근에는 공간적인 비균질성을 고려하여 유출과정에서 운동역학적인 이론을 기반으로 물의 흐름을 수리학적으로 추적해 나가는 물리적 기반의 분포형 유출모형의 활용도가 높아지고 있음에 따라 본 연구에서는 낙동강수계 임하댐유역을 대상으로 물리적 기반의 분포형 모형인 $Vflo^{TM}$을 적용하여 유출량을 산정하고, K-water에서 수자원 환경기초조사 성과로 개발된 임하댐 상류 영양 수위관측소의 수위-유량 관계 곡선식을 이용하여 산정된 유출량과 비교함으로써 수자원기초조사 성과의 신뢰도를 검증하였다. 분포형 유출모형 적용에 필요한 매개변수 추출을 위해 GIS 기법을 이용하여 DEM, 토지피복도, 토양도에서 $Vflo^{TM}$의 입력인자인 경사도, 흐름방향, 조도계수, 수리전도도, 유효공극률, 토양심도를 추출 산정하였으며, 임하댐 유역의 8개 우량관측소 시우량자료를 이용하여 강우의 공간적인 통계 특성을 잘 반영하는 크리깅(Kriging) 기법에 의한 분포형 강우를 생성하였다. 또한, 본 모형을 통해 검증된 초기함수조건 등의 유역의 특성을 이용한 단기유량예측을 통하여 홍수량 예측 및 수문조사 효율성 향상에 매우 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.464-464
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• 2012

수문분야에 있어서 빈도해석의 목적은 특정 재현기간에 대한 발생 가능한 수문량의 규모를 파악하는데 있으며, 빈도해석의 정확도는 적합한 확률분포모형의 선택과 매개변수 추정방법에 의존하게 된다. 일반적으로 각 확률분포모형의 특성을 대표하는 매개변수를 추정하기 위해서는 모멘트 방법, 확률가중 모멘트 방법, 최대우도법 등을 이용하게 된다. 모멘트 방법에 의한 매개변수 추정은 해를 구하기 위한 과정이 단순한 반면, 비대칭형의 왜곡된 분포를 갖는 자료들에 대해서는 부정확한 결과를 나타내게 된다. 확률가중 모멘트 방법은 표본의 크기가 작거나 왜곡된 자료일 경우에도 비교적 안정적인 결과를 제공하는 반면, 확률 가중치가 정수로만 제한되는 단점을 갖고 있다. 그리고 대수 우도함수를 이용하여 매개변수를 추정하게 되는 최우도법은 가장 효율적인 매개변수 추정치를 얻을 수 있는 것으로 알려져 있으나, 비선형 연립방정식으로 표현되는 해를 구하기 위해서는 Newton-Raphson 방법을 사용하는 등 절차가 복잡하며, 때로는 수렴이 되지 않아 해룰 구하지 못하는 경우가 발생되게 된다. 이에 반해, 최근의 Genetic Algorithm, Ant Colony Optimization 및 Simulated Annealing과 같은 Meta-Heuristic Algorithm들은 복잡합 공학적 최적화 문제 있어서 효율적인 대안으로 주목받고 있으며, Hassanzadeh et al.(2011)에 의해 수문학적 빈도해석을 위한 매개변수 추정에 있어서도 그 적용성이 검증된바 있다. 본 연구의 목적은 연 최대강수 자료의 빈도해석에 적용되는 확률분포모형들의 매개변수 추정을 위해 Meta-Heuristic Algorithm을 적용하고자 함에 있다. 따라서 본 연구에서는 매개변수 추정을 위한 방법으로 Genetic Algorithm 및 Harmony Search를 적용하였고, 그 결과를 최우도법에 의한 결과와 비교하였다. GEV 분포를 이용하여 Simulation Test를 수행한 결과 Genetic Algorithm을 이용하여 추정된 매개변수들은 최우도법에 의한 결과들과 비교적 유사한 분포를 나타내었으나 과도한 계산시간이 요구되는 것으로 나타났다. 하지만 Harmony Search를 이용하여 추정된 매개변수들은 최우도법에 의한 결과들과 유사한 분포를 나타내었을 뿐만 아니라 계산시간 또한 매우 짧은 것으로 나타났다. 또한 국내 74개소의 강우관측소 자료와 Gamma, Log-normal, GEV 및 Gumbel 분포를 이용한 실증연구에 있어서도 Harmony Search를 이용한 매개변수 추정은 효율적인 매개 변수 추정치를 제공하는 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.975-975
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• 2012

최근까지 용수확보와 홍수예방, 하천환경관리 등의 목적으로 많은 댐이 건설되어 왔으며 이러한 댐 건설은 주변지역의 자연 및 사회 환경의 변화를 유발하게 된다. 이는 구체적으로 유출특성의 변화로 나타나며 유출특성의 변화는 수자원의 계획과 관리 측면에 상당한 영향을 끼친다. 따라서 정확한 장기유출량의 예측은 이수 측면에서 대단히 중요하며 이에 대한 신뢰성 있는 해석이 수행되어야 한다. 본 연구에서는 SWAT 모형을 이용하여 댐 건설에 따른 유역의 장기유출특성변화를 분석하였다. 충주댐 상류유역을 대상으로 분석기간을 댐 건설 전(1975~1985년)과 댐 건설 후(1986~1995년, 1996~2005년)로 나누어 적용하였고, 해당 관측소에서 제공하는 수문 기상자료와 지형자료를 이용하여 입력자료를 구축하였다. SWAT 입력 모형의 최적값을 결정하기 위해 유출총량 및 첨두유량 감쇄곡선 형태에 영향을 미치는 유출관련 매개변수를 선정하여 보정하였고, 유역 최종 출구점인 충주댐 지점에서의 일 유출자료에 대해 관측치와 모의치를 비교하였다. 그 결과 상관계수는 0.89와 0.71, 모형효율은 0.87과 0.76으로 매우 양호한 결과를 보였으며 이는 SWAT 모형이 장기 유출 모의에 있어 안정적 결과를 제공함을 판단할 수 있었다. 보정된 결과를 바탕으로 장기유출모의결과 계산평균유량과 계산첨두유량 모두 관측결과와 상대오차 10%이하의 만족스러운 결과를 보였으며 댐 건설 전 후의 유출특성 비교결과 전반적으로 댐 건설 이후 유출률이 증가하는 특성이 나타났다. 댐 건설 후 나타나는 유출률 변화를 규명하고자 수문성분별 모의를 실시하였으며 그 결과 지표유출이 4% 증가 하였고 증발산량이 3% 감소하였다. 이는 대상유역의 도시화에 의한 불투수면적의 증가와 산림면적 감소 때문으로 추정되며, 이로 인하여 댐 건설 후 유출률이 소폭 증가하였음이 판단된다. 이상의 결과들로부터 SWAT 모형은 장기 일 유출량 추정 및 유역 전반의 통합관리 측면에서 적용성과 활용성이 우수하다고 판단되며 댐 건설로 인한 자연환경의 변화는 유역의 유출특성의 변화에 영향을 준다는 결론을 얻을 수 있었다. 이러한 결과를 확장하여 댐 건설 이외에 다양한 요소들을 모형에 적용하고 유역개발에 따른 수문환경의 전반적인 변화에 대한 유출평가가 필요하다고 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.221-221
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• 2017

본 연구에서는 국내는 물론 전 세계적으로 널리 사용되고 있는 SWAT 모형을 대상으로 하천 단면 관련 입력변수가 유량 및 수질 모의에 미치는 영향을 분석하였다. 본 연구에서는 남한강 상류 충주댐 유역을 연구대상지역으로 연구를 진행하였으며, 충주댐 유역 내 소유역 중에서 국립환경과학원에서 국내 하천을 대상으로 구축한 한국형 Reach File(KRF) 내 실측 하천단면 정보가 존재하는 소유역에 대하여 실측 하천단면 정보를 적용하였다. 또한 본 연구를 위해 사용자가 구축한 소유역별 하천단면 정보 입력 자료를 통해 수문 및 수질 모의가 가능하도록 기존 SWAT 모형의 엔진 소스코드를 개선하였다. 유역 최종 유출구와 KRF의 실측 하천단면 정보를 적용한 소유역의 유량과 수질(유사량)에 대해서 실측 하천단면 정보 적용 전과 후의 모의 결과를 비교한 결과 유역 최종 유출구에서는 유량 및 유사량 모두 큰 변화는 나타나지 않았다. 이는 전체 유역 중 실제 하천단면 정보를 적용한 소유역의 비중이 작기 때문으로 판단되었다. 하지만 하천단면 정보를 적용한 소유역에서는 유량 및 유사량 모두 적용 전/후 차이가 나타났다. 특히 저유량 부분에서의 유사량이 큰 변화를 나타냈다. 하지만 본 연구에서 실측 하천단면 정보를 적용한 소유역은 유량 및 수질관측소가 위치하지 않는 미계측 유역으로써 실제 유량 및 수질 모의 정확도 향상 여부에 대한 평가가 불가능하였다. 따라서 향후 유량 또는 수질 관측이 이뤄지고 있는 계측 유역을 대상으로 실제 모형 모의 정확도 향상 여부에 대한 분석이 필요할 것으로 판단된다.