• 한국측량학회지
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• 제26권1호
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• pp.41-50
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• 2008

최근 지형정보 취득을 위한 다양한 신기술의 개발로 수치지도, LiDAR(Light Detection And Ranging), 고해상도 위성영상 등의 Digital Elevation Model(DEM) 자료원이 다양해졌다. 이러한 DEM은 효율적인 유역관리를 위해 수문지형 특성인자 추출에 필요한 주요 자료원이다. 특히 DEM을 이용한 유역 추출은 최근의 오염총량관리 계획의 수립에 필요한 당해 지역의 수계환경자료조사, 오염원조사, 오 폐수량 및 오염부하량 산정, 수질모델링 등의 공간적 경계를 구분 짓는 매우 중요한 공간자료이다. 지금까지의 DEM을 이용한 유역추출 연구가 격자크기나 전처리 방법에 따른 인자추출이 주를 이뤘으나, 이 연구에서는 LiDAR와 수치지도를 통해 작성한 DEM별 격자크기와 전처리방법에 따른 유역 추출의 정확도를 분석하였으며, 2m 격자의 LiDAR DEM을 Agree burn으로 전처리한 것이 가장 적합한 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.649-649
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• 2015

최근 기후변화 및 이상기후로 인해 하천환경 또한 급격하게 변화되고 있다. 변화되는 지구환경에 대응하기 위해 하천환경 대책과 하천생태계 보전/복원, 생물 보호, 친수기능 강화를 요구하고 있는 실정이다. 더욱이 소하천 건천화 및 하천환경관리에 대한 중요성은 대두되고 있으나 비용 및 인력투입 문제로 수위나 유량 등의 기초자료인 수위-유량 계측기술 및 대응연구가 미미한 실정이다. 체계적인 하천관리를 위해서는 신뢰성 있는 대상 하천의 수리량 자료 확보가 기본으로 요구된다. 이러한 중소하천의 관리의 신뢰도를 높이기 위해서는 실시간 수위유량 자료 확보가 필수적이다. 현재 하천 정비 계획 단계에서 수문모델링을 통해 중소하천의 유량을 산정하고 있지만 산발적으로 측정한 자료로는 검/보정에 한계가 있으며, 신뢰도를 확보하기 어려운 실정이다. 이수, 환경, 생태 등의 관점에서는 평상시 유량에 대한 실시간 정보가 매우 중요하다. 이에 체계적인 하천관리를 위해서는 중소하천에 대한 실시간 수리량 자료를 경제적으로 확보 할 수 있는 장치 개발 및 현장적용이 시급하다. 본 연구에서는 하천 횡단구조물이 가지고 있는 유량 측정의 편이성을 최대한 이용하여 급성장하고 있는 영상분석기술과 IT을 하천공학분야에 접목하여 중소하천의 수위와 유량을 실시간으로 원격 측정하는 WIA (Wireless Image Acquisition) 시스템을 개발하였다. WIA 시스템은 라즈베리파이 기반으로 적외선카메라를 이용하여 일정한 시간간격으로 횡단구조물의 상류, 중류, 구조물 주위의 흐름 영상을 확보하여 중앙처리장치로 전송하는 시스템으로 구성된다. WIA 시스템에서 전송된 영상은 본 연구에서 개발한 영상판독 S/W 및 H-Q 산정 S/W를 통해 하천의 수위를 판독하고 실시간으로 하천단면 수위유량 산정 자료 구축하는 자료로 활용된다. 현재 WIA 시스템의 성능 및 개선과 영상판독 S/W 및 H-Q 산정 S/W서버와의 연계운영 성능 평가를 통해 장치를 검증하는 단계에 있으며, 추후 서버구축을 통해 홍수 예 경보와 하천수질관리를 위한 기초자료로 활용될 것으로 기대된다. 또한 본 연구에서 개발하는 유량측정 시스템을 적용하면 기존 장비의 약 15% 예산으로 실시간 수리량 자료를 확보할 수 있을 것으로 예상된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.301-301
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• 2023

국가 수자원 중 농업용수 사용비율은 약 41%에 해당하며, 통합물관리측면에서 큰 비중을 차지하고 있다. 국가 수자원 전체 이용량 372억m³ 중에서 농업용수가 40.9%인 152억m³로 가장 많고, 환경용수 121억m³(32.5%), 생활용수 76억m³(20.4%), 공업용수 23억m³(6.2%)등으로 추산된다. 국가 수자원관리의 중요성이 커짐에 따라 수량 및 수질관리를 환경부로 일원화하여 관리하며, 농업용수의 유역단위 물관리의 필요성이 요구되고 있다. 농업용수는 대부분 벼농사에 소비되고 있으며, 관개용수는 증발산량, 침투량, 자연 및 인위적인 배수량으로 소비된다. 회귀수량은 관개를 통해 농경지에 공급된 용수 중 작물에 의해 소모되지 않고 하천으로 유입되는 수량을 의미하며, 신속회귀수량(quick return flow)과 지연회귀수량(delayed return flow)으로 구분할 수 있다. 수자원장기종합계획에서는 35%가 하천으로 회귀되는 것으로 가정하고 있지만, 선행연구 결과에 의하면 국내 농업용수 회귀율은 기상상태, 작물재배품종, 재배형태, 용배수로 구조 등 여러 가지 요인으로 인하여 약 32 ~ 86%의 다양한 범위로 큰 차이가 나타난다. 이에 본 연구에서는 기존의 회귀수량 산정방법의 취약점을 보완하여, 수문모델링을 통한 유역단위 차원의 회귀수량 산정방안을 제시함으로써, 하천유지유량 관리 개선방안을 모색하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.413-413
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• 2019

하천과 호수에서 남조류의 이상 과잉증식 문제(이하 녹조문제)는 담수생태계의 생물다양성을 감소시키며, 음용수의 이취미 원인물질을 발생시켜 물 이용에 장해가 된다. 또한 독소를 생산하는 유해남조류가 대량 증식할 경우에는 가축이나 인간의 건강에 치명적 해를 끼치기도 한다. 그 동안 국내에서 녹조문제는 댐 저수지와 하구호와 같은 정체수역에서 간헐적으로 문제를 일으켰으나, 4대강사업(2010-2011)으로 16개의 보가 설치된 이후 낙동강, 금강, 영산강 등 대하천에서도 광범위하게 발생되고 있어 중요한 사회적 환경적 이슈로 대두되었다. 한편, 대하천에 설치된 보 구간에서 빈번히 발생하는 녹조현상의 원인에 대해서는 전 지구적 기온상승에 따른 기후변화의 영향이라는 주장과 유역으로부터 영양염류의 과도한 유입, 가뭄에 따른 유량감소, 보 설치에 따른 체류시간 증가 등 다양한 의견이 제시되고 있으나, 대상 유역과 수체의 특성에 따라 녹조 발생의 원인이 상이하거나 또는 다양한 요인이 복합적으로 작용하기 때문에 보편적 해석(universal interpretation)이 어려운 것이 현실이다. 따라서 각 수계별, 보별 녹조현상에 대한 정확한 원인분석과 효과적인 대책 마련을 위해서는 집중된 실험자료와 데이터마이닝 기법에 근거로 한 보다 과학적이고 객관적인 접근이 이루어져야 한다. 본 연구에서는 2012년 보 설치 이후 남조류에 의한 녹조현상이 빈번히 발생하고 있는 낙동강 4개보(강정고령보, 달성보, 합천창녕보, 창녕함안보)를 대상으로 집중적인 현장조사와 실험분석을 수행하고, 수집된 기상, 수문, 수질, 조류 자료에 대해 통계분석과 다양한 데이터모델링 기법을 적용하여 보별 남조류 우점 환경조건과 이를 제어하기 위한 주요 조절변수를 규명하는데 있다. 연구대상 보 별 수질과 식물플랑크톤의 정성 및 정량 실험은 2017년 5월부터 2018년 11월까지 2년에 걸쳐 실시하였으며, 남조류 세포수 밀도와 환경요인과의 상관성 분석을 실시하고, 단계적 다중회귀모델(Step-wise Multiple Linear Regressions, SMLR), 랜덤포레스트(Random Forests, RF) 모델과 재귀적 변수 제거 기법(Recursive Feature Elimination using Random Forest, RFE-RF)을 이용한 변수중요도 평가, 의사결정나무(Decision Tree, DT), 주성분분석(Principal Component Analysis, PCA) 기법 등 다양한 모수적 및 비모수적 데이터마이닝 결과를 바탕으로 각 보별 남 조류 우점 환경요인을 종합적으로 해석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.103-103
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• 2012

본 연구에서는 시험포장($1276.6m^2$)에서의 지표피복 BMPs (Best Management Practices) 시나리오를 적용하여 얻은 평균 유출저감율을 HSPF 모델에 적용하여 유역차원에서의 비점원오염 저감효과를 평가하고자 한다. 본 연구에서는 별미천 유역($1.21km^2$)을 대상으로 모형의 적용을 위한 입력자료로 기상자료와 지형자료를 구축하였으며 기상자료로 수원, 양평, 이천 기상관측소 자료를 구축하였으며, 지형자료로 격자크기 2m의 DEM (Digital Elevation Model)과 토지이용도는 2006년 5월 1일 QuickBird 영상을 제공받아 기존 환경부, 건교부, USGS의 토지피복분류체계 및 현장조사를 통하여 QuickBird 영상으로부터 추출 가능한 정밀농업정보에 대한 항목을 결정하였으며, 정사보정된 QuickBird 영상을 스크린 디지타이징 기법(On-Screen Digitizing Method)을 이용하여 총 21개 토지이용항목의 정밀토지이용도를 구축하였다. 실제모니터링으로 측정된 자료를 바탕으로 수위-유량곡선 산정 및 오염부하곡선을 선정, 2011년 6월 8일부터 10월 31일 분석기간으로 HSPF 모델링을 실시하였으며 모의결과 월별 통계에 따른 적용성 분석으로 RMSE (Root Mean Square Error) 는 1.15 ~ 1.76(mm/day), $R^2$는 0.62 ~ 0.78, Nash-Sutcliffe model efficiency (NSE)는 0.62 ~ 0.76로 모의치는 실측치와 유의성이 있는 것으로 분석되었다. 또한, Sediment, T-N, T-P의 $R^2$는 각각 0.72, 0.62, 0.63으로 상관성을 보이는 것으로 분석되었다. 시험포장으로부터 얻어진 event별 볏짚을 이용한 지표피복시나리오적용 후 밭에서의 평균 유출 약 10 % 유출율 감소 조건과 실제 평균 비점원오염 저감효과 89.7 % ~ 99.4 %의 결과로부터 지표피복효과의 침투효과를 HSPF 모델로 적용하기 위해 침투량(INFILT)를 조절하여 평균유출 약 10 %가 감소되는 16.0 mm/hr 값을 선정하였다. 그 결과, Sediment. T-N, T-P의 평균 저감율은 각각 87.2 %, 28.5 %, 85.1 %로 나타났으며 이는 시험포장에서의 실제 평균 비점오염 저감효과 89.7 % ~ 99.4 %에 근접함을 알 수 있었다. 이 결과로부터 침투량 조절에 따른 지표피복(침투짚단)효과는 Sediment, T-P에서 저감효율이 80 % 이상으로 높았지만 T-N은 약 30 %로 낮은 저감율을 보임으로써 저감효과가 크지 않음을 나타냈다.

• 지질공학
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• 제23권4호
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• pp.375-380
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• 2013

안전채수량 개념은 지하수 양수와 함양과의 균형에 초점을 맞춘 방법으로 자연적으로 배출되는 지하수 유출량에 대해서는 고려하지 못한다. 또한 하천과 연결된 충적대수층은 물공급과 수질면에서 상호 연결되어 있기에 별도로 이해하거나 관리할 수 없다. 따라서 미국 캔자스의 일부 지역에서는 기존의 안전채수량을 재평가하여 자연 지하수 배출량과 하천-대수층 상호작용을 고려한 수정된 안전채수량 개념을 제시하였고, 기저유량의 일정부분을 포함시키기 위해 최소하천유출량(MDS) 개념을 도입하였다. 본 연구에서는 수정된 안전채수량 개념을 우리나라에 맞게 적용하기 위해 하천유출과 연계한 개발가능량 산정방법을 제시하였다. 이를 위해 유출수문곡선으로부터 기저유출량을 분리하여 유황곡선으로 표시한 후, 결정된 최소하천유출량에 해당하는 양을 누적기저유출량에서 배제함으로써 개발가능량을 결정한다. 이 방법을 SWAT-K모형을 이용하여 통합모델링이 수행된 바 있는 무심천 유역에 대해 적용한 바, 연평균 개발가능량은 약 86 mm로 산정되었고, 각 소유역별로도 하천과 연계한 지하수 개발가능량을 구할 수 있었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제52권12호
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• pp.1075-1086
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• 2019

최근 기후 온난화의 발생과 이상기후의 발생빈도가 증가함에 따라 강수량, 하천유량과 같은 수문학적 요소의 예측이 복잡해지고 있으며 물부족 발생 위험도 증가하고 있다. 따라서 본 연구에서는 중단기 하천 취수량을 예측하기 위한 모델을 개발하고자 하였다. 입력인자를 선정하기 위해 취수량과 기상인자들 간의 상관성분석을 수행한 결과 온도가 가장 영향이 큰 것으로 나타났다. 또한 취수량은 시계열에 따른 증가 경향과 계절적 특성이 뚜렷하게 나타나므로 시계열분해기법을 이용하여 전처리를 수행하고 잔차에 대해 서포트 벡터 머신(SVM)을 적용하여 취수량 예측 모델을 개발하였다. 이 모델은 평균적으로 4.1%의 오차율을 나타내며, 전처리를 하지 않은 SVM 모델에 비해 높은 정확도를 나타냈다. 특히, 1~2달에 대해 중단기 예측을 수행하였을 때 더 유리한 결과를 나타냈다. 본 연구에서 개발된 취수량 예측모델은 수자원의 지속가능하고 효율적인 관리를 위해 하천수 사용허가, 수질관리, 가뭄 대책 마련에 활용이 가능할 것으로 예상된다.

• 한국농공학회논문집
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• 제59권3호
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• pp.83-96
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• 2017

This study presented a surface water quality modeling framework considering the spatial resolution of pollutant load estimation to better represent stream water quality characteristics in the Saemangeum watershed which has been focused on keeping its water resources sustainable after the Saemangeum embankment construction. The watershed delineated into 804 sub-watersheds in total based on the administrative districts, which were units for pollutant load estimation and counted as 739 in the watershed, Digital Elevation Model (DEM), and agricultural structures such as drainage canal. The established model consists of 7 Mangyung (MG) sub-models, 7 Dongjin (DJ) sub-models, and 3 Reclaimed sub-models, and the sub-models were simulated in a sequence of upstream to downstream based on its connectivity. The hydrologic calibration and validation of the model were conducted from 14 flow stations for the period of 2009 and 2013 using an automatic calibration scheme. The model performance to the hydrologic stations for calibration and validation showed that the Nash-Sutcliffe coefficient (NSE) ranged from 0.66 to 0.97, PBIAS were -31.0~16.5 %, and $R^2$ were from 0.75 to 0.98, respectively in a monthly time step and therefore, the model showed its hydrological applicability to the watershed. The water quality calibration and validation were conducted based on the 29 stations with the water quality constituents of DO, BOD, TN, and TP during the same period with the flow. The water quality model were manually calibrated, and generally showed an applicability by resulting reasonable variability and seasonality, although some exceptional simulation results were identified in some upstream stations under low-flow conditions. The spatial subdivision in the model framework were compared with previous studies to assess the consideration of administrative boundaries for watershed delineation, and this study outperformed in flow, but showed a similar level of model performance in water quality. The framework presented here can be applicable in a regional scale watershed as well as in a need of fine-resolution simulation.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권1호
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• pp.1-10
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• 2022

논으로 공급되는 관개용수는 필지에서의 증발산량 및 지하침투량과 용배수로를 통한 자연적 및 인위적인 배수량으로 소비된다. 관개 회귀수량은 관개를 통해 농경지에 공급된 수량 중에서 증발산에 의해 소비되지 않고 침투 또는 배수 등을 통해 하천으로 회귀되는 수량이다. 논 관개 회귀수량은 농업용수의 건전한 물순환 관리에 중요한 역할을 하며, 유역의 용수공급계획, 하천유황의 예측, 관개용수의 사용량 결정, 하천수질관리 및 농업유역의 수문모델링 등에 중요한 인자로 작용한다. 본 연구에서는 강원도 원주시 흥업저수지를 대상으로 단일 수원공 및 농업유역 단위의 회귀율을 추정하기 위하여 2017년부터 2020년까지 모니터링 및 EPA-SWMM (Environmental Protection Agency-Storm Water Management Model) 모델링을 수행하였다. 기상자료, 저수율, 관개수로 실측 유량자료를 입력하여 평야부의 관개수로 네트워크 모델 기반 SWMM 모델링을 수행하였으며, 용배수로별 공급량과 배수량을 산정하였다. 2020년 실측 저수율, 용배수로 유량 모니터링 데이터를 활용하여 SWMM 모델의 적용성을 검증하였으며, 평야부 수혜면적의 용배수로 네트워크를 구성하여 저수지로부터 공급된 관개량 중 배수로를 통해 하천으로 유입되는 신속회귀수량 및 회귀율을 추정하였다. 흥업저수지의 회귀수량 산정 결과 2017년부터 2020년까지의 연평균 신속회귀수량 및 회귀율은 각각 2,407,000 m³, 53.1%로 추정되었으며, 대상 저수지의 시점부 및 취입보 공급량, 수로부 배수량, 회귀수량 산정 결과를 활용하여 소규모 단일유역인 농촌유역의 물순환 특성 분석을 수행하였다.