• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
• /
• pp.179-179
• /
• 2011

근래 농촌지역에서의 하천 및 저수지의 수질오염에 관하여 관심이 고조됨에 따라 비오염원에 대한 파악과 대책을 세우기 위해 관련분야에서 많은 연구가 진행 되고 있다. 비점오염원은 주로 강우나 유출에 의해 배출되기 때문에 배출 장소와 경로가 불분명하고 다양하다. 비점오염의 관리를 위한 유역모델로 SWAT (Soil and Water Assessment Tool) 모델을 이용한 연구가 광범위하게 사용되고 있다. 그러나 SWAT 모델은 유역모델로써 농촌지역에 논, 밭에서의 비점오염원 기작을 표현하기에는 공간적 범위의 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 예당저수지 유역(465.12 km2)을 대상으로 유역규모의 SWAT 모델과 유역-필드규모에 적용 가능한 SWAT-APEX (Agricultural Policy/Environmental eXtender) 모델의 수질(T-N, T-P) 모의결과를 비교하여 SWAT-APEX 모델의 적용성을 평가하고자 하였다. 모형의 적용을 위한 입력자료로 기상자료와 지형자료를 구축하였으며 기상자료로 예당저수지유역 3개의 강우관측소 자료를 수집하여 구축하였으며, 지형자료로 격자크기 30m의 DEM (Digital Elevation Model)과 농촌진흥청에서 제공하는 1:25,000 정밀토양도와 토지이용도는 환경부로부터 1:25,000 중분류 토지이용도를 이용하였다. 또한 환경부에서 제공하는 월단위 하천수질 자료(기간)를 구축하여 모형의 검증을 실시하였다. 분석과정으로 SWAT 모델에서의 유역차원 수문, 수질 모의를 한 후, APEX 모델을 이용하여 소유역별 논, 밭에 대한 필드단위에 오염물질 모의 후 각각 소유역 출구에서 APEX 모델에 결과를 반영한 SWAT-APEX 모의를 거쳐 최종 유역출구에서의 유출량과 수질항목을 분석하였다. 모의 결과 유출량에 대해 Nash와 Sutcliffe (1970)가 제안한 모델효율성계수 (Model Efficient, ME)는 0.67, 결정계수는 0.69 그리고 수질항목의 결정계수는 각각 0.77, 0.75으로 분석되었다. 또한, SWAT-APEX 모의 결과 수질항목의 결정계수는 각각 0.80, 0.72이었다. 따라서, 본 연구에서 농촌지역의 비점오염원 모의는 필드모의를 반영한 SWAT-APEX 모델 결과가 SWAT 모델만 적용한 결과보다 정확한 비점오염 모의가 이루어졌다고 판단 할 수 있다.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제37권11호
• /
• pp.929-938
• /
• 2004

본 연구에서는 금강홍수통제소의 홍수조절 주요지점인 금강수계의 미호천 유역(석화 수위관측소)을 대상유역으로 선정하였다. GIS와 결합된 홍수유출모형인 WMS를 이용하여 수문학적 지형특성인자를 추출하였으며, 유출해석은 WMS에 내재된 HEC-1을 이용하였다. 유효강우량의 산정을 위해 SCS의 CN 값을 사용하였으며, 합성단위도법으로는 Clark, Snyder 및 SCS 무차원 단위도법을 사용하였다. 본 연구에서는 실측 수문곡선과의 검증을 통해 미계측 유역에서의 강우유출모의에서 GIS의 적용성을 확인할 수 있었다. 그 결과 미호천의 경우 Snyder(Tulsa) 방법과 Clark(Kerby) 방법이 대체로 적합한 방법으로 나타났고, Snyder(Tulsa) 방법이 Clark(Kerby) 방법보다 좀 더 적합한 결과를 보였다. 그리고 도시화 정도에 따라 첨두유량이 증가하였고 첨두유량 발생시간이 감소하는 경향을 보였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
• /
• pp.1498-1502
• /
• 2007

본 연구에서는 격자기반의 레이더강우 등과 같은 향후 제공될 분포형 강수를 활용하기 위해 국내 유역에서 GIS와 연계한 물리적 기반의 수문학적 분포형모형의 적용성을 검토하고, 향후 저수지 유입량 예측을 위해 수자원공사 현업에서 실시간 물관리에 사용하고 있는 개념적기반의 집중형모형인 Kwater홍수분석모형과 실시간 홍수조절을 목적으로 미국 오클라호마대학의 백스터교 수측에서 개발된 물리적기반의 분포형모형인 Vflo모형을 이용하여 낙동강권역의 남강댐유역을 대상으로 유출해석을 수행하여 양 모형의 구조적인 장단점 등을 비교분석하였다. 입력이 되는 분포형 강우는 지상관측강우, 레이더추정강우를 적용하였고, GIS수문매개변수를 ArcGIS 및 ArcView를 활용하여 DEM, 토지피복도, 토양도 등의 기본 GIS자료들로 부터 추출, 물리적기반의 분포형모형(Vflo)의 입력인자로 사용하여 모형의 초기설정을 향상시켰다. 모형에서 계산된 방법이 물리성을 구비하여 타당한 매개변수의 값으로 현실의 유출량을 재현할 수 있는지를 실제 유역 규모의 스케일로 검증하고자 하였으며 홍수기 댐유역의 유출모의를 위한 모형의 장단점을 파악하고 분포형모형의 향후 실용화 가능성을 검토하였다. 모형 수행 결과, 모형보정은 물리적기반의 분포형모형인 Vflo모형이 집중형모형인 Kwater모형에 비하여 GIS를 이용하여 지형공간 자료와 토양, 토지피복과 같은 물리적 특성을 사용한 모형의 초기 설정을 향상시킴에 따라 평균적으로 첨두유량에서 $\pm254\;cms$, 유출량에서 $\pm14\;mm$, 첨두도달 시간차에서 $\pm15$분 이내의 정확도 향상을 가져왔다. 물리적 기반의 분포형모형인 Vflo모형은 남강댐유역 대다수 관측소에서 별다른 매개변수의 보정없이도 합리적이고 유용한 결과를 보여주었다. 이러한 결과는 GIS와 연계한 물리적기반의 분포형모형이 향후 돌발홍수나 게릴라성 집중호우 등의 악기상에 대응하여 레이더 등의 정확하고 신뢰할만한 강우예측이 입력자료로 생성되었을 때 다목적댐 저수지 운영에 있어서 리드타임을 충분히 확보하여 안정적이고 예측가능한 홍수조절을 수행할 수 있는 가능성을 보여주었다고 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
• /
• pp.611-611
• /
• 2012

지구온난화에 따른 기후변화로 인해 자연재해는 빈번히 발생하고 있으며, 그 피해규모는 증가하고 있는 추세로 나타나고 있다. 이로 인하여, 최근 빈발하는 집중호우에 의한 자연재해는 생명과 재산에 직접적인 피해를 입히게 된다. 따라서, 기후변화에 따른 강수량 특성이 반영된 홍수량 및 홍수위 산정은 미래 기후변화가 유역에 미치는 영향을 파악하고, 이 치수 계획수립 등의 수자원 계획에 있어 중요하다고 할 수 있다. 본 연구에서는 미래 기후변화가 섬진강 유역의 수리 수문학적 변화에 미치는 영향을 평가하고자 국가하천인 섬진강(송정수위표~섬진강댐 하류)을 포함한 섬진강 유역의 중하류부에 위치한 요천(섬진강 합류점~이백교), 보성강(섬진강합류점~주암댐 하류) 구간을 모의대상으로 선정하고 모형을 구성하였다. 기상청에서 제공하는 KMA-RCM 기후자료를 바탕으로 목표기간(목표I :1979~2008년, 목표 II:2011~2040년, 목표 III:2041~2070년, 목표 IV:2071~2100년)에 따라 HEC-HMS를 이용하여 홍수량을 산정하였고, 이를 HEC-RAS에 적용하여 기후변화에 따른 홍수위 변화를 대상 유역의 유역출구점인 송정 수위관측소를 기준으로 산정 및 검토하였다. 산정된 결과를 섬진강 유역의 기 수립된 계획과 비교 검토를 하였으며, 목표기간별 홍수량 및 홍수위 변화양상을 제시하였다. 본 연구결과는 기후변화 시나리오를 고려한 목표기간별 수공시설물의 방재기준 개선 방안 및 재설정 기준 마련에 있어 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
• /
• pp.703-703
• /
• 2012

대규모 하천이 많은 미국과 유럽 등은 정상 침투해석을 실시하여 제방을 설계하지만, 우리나라의 경우 상류 지역은 하천경사가 급하여 홍수지속시간이 짧고, 하류 지역은 하천경사가 완만하여 홍수지속시간이 길어 비정상 침투해석을 통해 제방을 설계한다. 설계 홍수파형을 정상상태로 해석하면 대상지점의 홍수파형이 갖는 홍수지속시간과 감수부 경사가 고려되지 않아, 상류 지역은 과대한 외력이 설정될 수 있으며, 하류 지역은 과소한 외력조건으로 과소 설계될 우려가 있어 시간에 따른 수위 변화를 고려한 비정상 침투해석이 필요하다. 비정상 침투해석을 위해서는 제방에 대한 외력조건으로 적용될 하천의 홍수파형이 필요하지만 국내에서는 홍수위와 지속시간 등 홍수파형의 시간분포에 대한 명확한 기준이 없어서 실무에서는 설계하고자하는 대상지점의 계획홍수량에 사용된 홍수파형의 계획홍수위와 홍수지속시간을 이용하여 설계홍수파형을 결정하여 사용하고 있다. 본 연구는 제방에 대한 부정류 침투해석을 위해 사용되는 설계홍수파형을 결정하는 방법을 소개하고, 우리나라 5대강 유역에 위치한 수위관측소 중 수위자료가 충분히 구축된 지점을 대상으로 과거 홍수사상 기간의 수위수문곡선과 계획홍수량 산정에 사용되었던 설계수문곡선을 이용하여 홍수파형을 결정하였다. 제방의 비정상 침투해석을 위한 설계홍수파형은 홍수지속시간과 감수부 경사로 결정된다. 본 연구에서 산정한 설계홍수파의 홍수지속시간은 대부분의 지점에서 계획홍수파의 지속시간보다 크게 산정되었으며, 실무에서 사용되는 계획홍수파의 지속시간이 과소산정되었음을 알 수 있었다. 홍수파의 감수부 경사의 경우, 본 연구에서 산정한 설계홍수파의 감수부 경사가 계획홍수파의 감수부 경사보다 비교적 완만한 것으로 나타났으며, 이는 지속시간이 긴 실제 홍수사상이 반영된 결과로 판단된다. 현재 비정상 침투해석을 위해 외력으로 설정되는 홍수파형은 계획홍수량 산정시 이용한 계획 홍수파형만을 사용한다. 이 경우 과거 홍수사상의 홍수지속시간이 반영되지 않아 안정성 측면에서 계획홍수파형과 과거 홍수를 모두 고려한 본 연구의 방법이 더 타당할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
• /
• pp.570-570
• /
• 2016

홍수해석을 위해서는 DEM, 토지피복도, 토양도 등을 이용해서 대상 유역의 수문지형학적 매개변수를 도출해야 한다. 이때 북한과 같은 비접근 지역이나, 지상 관측에 의한 자료가 부족한 해외 지역에 대한 유출해석을 위해서는 대상 지역에 대한 상세한 자료를 얻기 어려우므로, 위성영상이나 전지구 데이터베이스 등과 같은 글로벌 자료를 이용하는 것이 대안이 될 수 있다. 글로벌 지형공간 자료로는 ASTER GDEM과 같은 DEM, Global Map과 같은 토지피복도, HWSD(Harmonized World Soil Database)와 같은 토양도를 이용할 수 있다. 본 연구에서는 이 중 HWSD의 적용성을 평가하였다. HWSD는 UN FAO(Food and Agriculture Organization of the United Nations)의 토지이용변경 프로그램에 따른 지도와 지역 및 국가 토양데이터베이스를 조합해서 만들어 졌으며, 30 arc-second(약 1km)의 해상도를 가진다. 유출해석은 물리적 분포형 모형인 GRM(Grid based Rainfall-runoff Model)을 이용하였으며, 낙동강 수계의 향석 수위관측소 유역을 대상으로 2008년과 2009년에 발생한 2개의 수문사상을 이용하여 연구를 진행하였다. 토양도를 제외한 자료(DEM, 토지피복도 등)는 모두 국내에서 구축된 자료를 이용하였다. 우리나라의 정밀토양도를 이용해서 보정된 모형(매개변수)에 HWSD 자료를 적용한 유출해석 결과, 두 사상에서 모두 유량이 크게 모의되었다. 이는 HWSD에서는 유역 전체가 양토(수리전도도 0.34cm/h)로 정밀토양도(향석 유역 평균 수리전도도 1.07cm/h)에 비해 약 1/3의 수리전도도 값을 가지고, 정밀토양도를 적용한 경우의 평균 토양심은 70cm이지만 HWSD에서는 37cm로 상대적으로 작기 때문에 토양 침투량은 작아지고, 유출량이 크게 계산되는 것으로 판단된다. HWSD를 이용한 모형 보정에서는 토양 수리전도도와 토양심 매개변수를 중심으로 보정하였으며, 그 결과 관측 유량을 잘 재현할 수 있었다. 위성영상을 이용해서 구축되는 토지피복도와는 달리, 토양정보는 원시 자료가 구축된 지역에 따라서 구축방법, 정확도 등에서 크게 차이가 날 수 있다. 그러므로 글로벌 자료를 이용한 유출해석에서는 토양 자료의 적용 및 이와 관련된 매개변수의 주의가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
• /
• pp.192-192
• /
• 2018

토양수분량은 가뭄, 홍수 및 갈수 예보, 유출 해석, 작물의 소비수량 산정과 같이 국가 물 관리 및 수자원 계획 및 개발 등의 목적으로 활용되고 있다. 또한, 생태수문학의 중요한 인자로써 식생의 성장 및 변동의 원인과 결과를 동시에 제공한다. 이는 대기의 상호작용 및 총체적인 물 수지와 관련되며 지표면의 침투, 증발산, 오염물의 이송 및 생태계에도 중요한 인자로 활용된다. 토양수분량은 수자원 부존량에 차지하는 비중은 매우 적지만 대상유역의 유출기구 특성을 지배하는 주요인자로 작용하여 홍수량의 규모에 크게 영향을 미친다. 미국 등 여러 선진 외국에서는 오래 전부터 토양수분에 대한 이론적인 개념을 정립하여 토양수분량을 정기적으로 관측해 오고 있다. 우리나라 또한 토양수분량 관측을 하고 있으며, 주로 농업목적으로 토양수분량 관측소가 운영되고 있다. 그 중 기상청에서는 주로 농업기상관측 항목에 포함하여 농업기상관측소를 운영하고 있으며, 농촌진흥청에서는 농작물의 생육 목적으로 토양수분량 자료를 관측하고 있다. 하지만, 유역 단위의 가뭄과 물 순환을 규명하기 위한 연구가 부족하여 최근 국토교통부에서는 유역 단위의 토양수분량 자료생산 연구를 계획하고 있다. 유역 단위의 토양수분관측의 어려움은 주로 산지에서 발생하는 토양수분의 변동이다. 이는 사면의 유출과 식생의 영향 및 기반암의 영향을 받기 때문이다. 본 연구에서는 청미천(수레의산)과 설마천(감악산) 산지 사면에 설치된 유전율식(TDR, Time Domain Reflectometer)장비로 관측된 최근 3년간(2015~2017)의 데이터를 이용하여 경년변화특성을 분석하였다. 분석 결과는 유역의 물 순환을 규명하는데 가장 중요한 연구로써 활용될 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
• /
• pp.64-64
• /
• 2018

하천에서 수위는 가장 기본적인 수리 수문학적 자료로서, 홍수나 가뭄 등의 피해를 막기 위한 치수와 물을 잘 통하게 하거나 물을 이용하기 위한 이수에 주로 사용된다. 예를 들면, 댐, 보, 저수지 등의 하천시설물 설계 및 관리를 위해 수위를 이용하며, 유량 산정을 위해서 수위-유량 관계 곡선식을 구축하여 수위를 이용한다. 따라서 하천에서 수위는 현재 국내에서 수자원분야에서 사용되는 자료 중에서 가장 중요하며, 동시에 광범위하게 사용되고 있으므로 수위를 관측하는 것이 수자원의 기초라 할 수 있다. 수위 관측의 필요성과 확장 필요성에 대한 인식에도 불구하고, 국내의 수위 관측소는 한강, 낙동강, 금강 등 대하천 위주로 설치되어 있어, 중소규모 하천에서 발생하는 다양한 수문사상에 대한 분석 및 예측이 어려운 실정이다. 특히, 홍수의 경우 같은 강우 사상에도 대하천보다는 중소규모의 하천이 더 극단적으로 유출이 발생하기 때문에, 즉각적인 수위의 계측이 필요한 실정이다. 하지만 한정된 예산 및 인프라의 부족은 중소규모 하천에 대한 수위 관측 시스템의 적용이 대하천에 비해 그 우선수위가 밀리는 원인이 되고 있으며, 지속적으로 중소규모 하천에 대한 수위 관측시스템 적용에 대한 수요가 증가를 야기 시키고 있다. 최근, 과거에 제품을 만들기 위한 전자회로, 자재명세서, 기판도면 등의 정보를 공개하지 않는 폐쇄적인 환경을 벗어나 제품을 만들기 위한 하드웨어 정보를 공개하고, 공개된 정보를 통해 기술을 개발하기 위한 움직임이 활발하다. 이러한 개념을 오픈소스 하드웨어라는 개념으로서, 하드웨어의 제작 없이 간단한 코딩을 통해 하드웨어를 컨트롤 하는 기술이다. 즉, 오픈소스 하드웨어는 초소형화된 PC를 활용하여 센서를 작동하는 것이라 할 수 있다. 이를 통해 기존의 기술을 저렴한 가격으로 제품으로 생산할 수 있다. 또한 사물인터넷(IOT)를 활용하여 온라인 상에서 이러한 오픈소스 하드웨어를 컨트롤 할 수 있으며, 웹서비스와 결합할 경우 센서를 통해 수집된 결과를 인터넷 상에서 확인 할 수 있는 기술들이 지속적으로 개발하고 있다. 이러한 기술이 접목되면 과거에 비해 적은 비용으로 고효율의 자료 수집을 수행 할 수 있다. 본 연구에서는 지속적으로 증가하고 있는 중소규모 하천에 대한 수위 관측시스템 적용에 대한 수요를 해결하기 위해서 기존의 시스템이 가지고 있는 경제적, 기술적 한계를 극복하기 위하여 오픈소스 하드웨어 플랫폼인 아두이노와 사물인터넷 기반 기술을 활용하기 위한 웹서비스를 이용하여 실시간 수위 관측기술을 개발하고, 적용성을 검토하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
• /
• pp.421-421
• /
• 2018

효율적인 수자원 관리를 위하여 전국유역조사, 수자원 장기종합계획 등 다양한 사업이 수행되고 있으며, 이를 위하여 유출해석은 필수적인 항목이라 할 수 있다. 유출해석을 위하여 수문모형 또는 관측소의 유량자료가 활용되고 있으나, 이는 기존에 관측된 유량자료를 바탕으로 구축된 수위-유량관계 곡선식(Rating-curve)을 활용하여 재생산된 자료라 할 수 있다. 즉, 수위자료는 매시간 관측소에서 측정이 되지만, 유량자료의 경우 측정이 어려울 뿐만 아니라 변동성 및 불확실성이 크기 때문에 시계열 수위를 곡신식을 통해 유량으로 변환하여 활용하고 있다. 이와 같이 수위-유량관계 곡선식의 정확성이 수문자료 생산에 핵심 요소임에도 불구하고 이에 대한 연구는 제한적이며, 특히 홍수터 등의 영향을 고려하여 분할된 곡선의 천이점 접합시 곡선식의 정확도 향상을 위한 연구도 드문 편이다. 따라서 본 연구에서는 구간 분할된 곡선의 최적 천이점 선정을 위하여 Particle Swarm Optimization(PSO)기법을 활용하였으며, 총 5개 구간까지 구간별 목적함수로 RMSE, RSR, 결정계수 적용시 특성변화에 대한 연구를 수행하였다. 구간에 대하여 절대적인 오차를 산정하는 RMSE를 활용하는 경우 저수위 부분에 대한 오차가 증가하는 것을 확인할 수 있었으며, 상대적인 오차인 RSR, 결정계수를 활용하는 경우 전체 구간에 대한 오차를 보완할 수 있는 것으로 나타났다. PSO기법을 활용하여 도출된 곡선식에 대해서는 구간 및 전체구간에 대한 오차(RMSE, 결정계수, RSR, MAPE)를 활용하여 불확실성을 검토할 수 있도록 하였고, 잔차분석을 통한 이상치 및 회귀곡선에 대한 정규성 검토를 수행할 수 있는 툴을 개발하였다. 레이팅 커브를 작성하는데 있어 최적화 알고리즘을 활용하여 구간분할시 천이점 선정의 자동화로 천이점 선정에 소요되는 시간을 대폭 감축할 수 있을 뿐만 아니라, 구간별 오차를 종합적으로 고려하여 우수한 품질의 레이팅 커브를 도출할 수 있는 기반을 구축하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
• /
• pp.65-65
• /
• 2023

최근 기후변화로 인해 홍수, 가뭄 등 수재해가 세계 곳곳에서 빈번하게 발생하고 있다. 이로 인해 정확한 강우-유출 해석의 중요도는 높아지고 있으며 강우-유출 해석에 따라 수자원 관리 및 계획수립의 정도가 달라질 수 있다. 본 연구 대상 지역인 메콩강 유역은 중국과 동남아시아 5개국(라오스, 태국, 미얀마, 베트남, 캄보디아)을 관통하는 국가공유하천으로 기초자료의 획득이 어렵고 국가별로 구축된 자료가 질적, 양적 품질이 상이하여 수문해석에서의 기초자료로 사용하기에 불확실성이 있다. 최근 기술의 발달로 글로벌 격자형 강수자료 획득이 용이함에 있어 미계측 대유역에서의 다양한 연구들이 수행되고 있지만, 지점강수자료와 시·공간적 오차로 인한 불확실성을 내포하고 있다. 이에 본 연구에서는 글로벌 격자형 강수자료의 적용성을 평가하기 위하여 지점 격자형 강수자료(APHRODITE)와 4개의 위성강수자료(CHIRPS, CMORPH, PERSIANN-CDR, TRMM)를 수집하고 합성곱 신경망 모형인 ConvAE 기법을 이용하여 위성강수자료의 시·공간 편의 보정을 수행하였다. 또한, 하천 수위에 대한 장기간 정보 수집이 가능한 메콩강 본류 4개 관측소(Luang Prabang, Pakse, Stung Treng, Kratie)를 선정하였으며 SWAT 모형을 이용하여 매개변수 보정(2004~2013)과 격자형 강수자료의 보정 전·후의 유출모의(2014~2015) 결과를 비교·분석하였다. 격자형 강우를 이용한 보정 및 유출 분석 결과 4개의 위성강수자료 모두 성능이 향상되었으며 그 중 보정된 TRMM이 가장 우수한 성능을 보여 해당 유역에서의 APHRODITE를 대체할 수 있다고 판단하였다. 따라서 본 연구에서 제시하는 ConvAE를 이용한 보정기법과 이를 이용한 강우-유출 해석은 향후 다양한 격자형 강수자료를 활용한 미계측 대유역에서의 수문해석에서 활용이 가능할 것으로 판단된다.