• 한국농공학회논문집
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• 제55권6호
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• pp.1-9
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• 2013

미래 기후 정보를 이용한 수문 환경의 단기 미래 예측은 안정적 수자원 공급을 위한 필수적 과제이다. 미국 플로리다 주 중서부 템파지역에서는 주요 수자원 중 하나인 지하수의 효과적 활용을 위해 지하수위 인공신경망 모델 (GWANN)을 개발하여 피압 대수층과 비피압 대수층에 대한 주 단위 평균 지하수위를 월별로 예측하고 그 결과를 수자원 공급 의사 결정에 반영하고 있다. 본 논문은 템파지역에 대한 GWANN 모델을 이용한 지하수위 예측 시스템을 소개하고 모델의 기후 입력 자료의 민감도를 분석함으로써 양질의 기후 정보에 대한 현 시스템의 활용성을 검토하였다. 2006년과 2007년에 대한 연구 결과, 관측 자료를 최적 예측 시나리오 (the best forecast)로 가정하여 적용한 결과는 지하수위 관측 지점에 따라 큰 차이를 보였지만 일반적으로 현 시스템 (현 시점의 실시간 주 단위 평균 강우량을 향후 4주간 동일하게 적용함) 에 비해 예측 성능이 개선되는 것으로 나타났다. 더불어 강우 관측 자료의 백분위 (percentile forecast; 20분위, 50분위, 80분위)를 강우 예측 자료로 활용한 경우에도 현 시스템과 비교하여 일부 나은 결과를 보여주었다. 그러나 지하수위 예측 모델을 활용하지 않고 현 시점의 지하 수위가 지속된다고 가정하는 경우 (na$\ddot{i}$ve model) 향후 2주간의 예측 결과가 best forecast 경우에 비해 높은 정확도를 보이는 등, GWANN 모델의 단기 예측에 대한 양질의 강우 예측 정보의 활용성은 낮으며, 향후 3주 이상에 대한 예측 성능에 있어 best forecast결과가 na$\ddot{i}$ve model 결과에 비해 높은 정확도를 보이기 시작하는 것으로 나타났다. 또한 GWANN 모델의 예측 성능은 적용 기간과 지역 및 지하대수층의 특성에 따라 큰 다양성을 가지는 단점을 보여 강우 예측 자료 활용에 앞서 모델 개선의 필요성이 있다고 판단된다. 본 연구는 단기수자원 공급 계획 수립을 위하여 사용되는 지역 모델링 시스템에 대한 기후 예측정보의 활용성 평가를 위한 방법론으로 고려될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.77-81
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• 2019

식생전이에 따른 기간분리는 해외 및 국내 논문에서 식생영향을 받지 않는 곡선식과의 차이를 검토하고, 측정성과별 분류를 통해 곡선식을 개발하는 방법이 제시하고 있으나 적용기간 설정에 대한 구체적인 방법이 없다. 또한 상하류 비교를 통해 기간분리의 적정성을 검토할 수 있다고 명시되어 있으나 비교 관측소가 없는 경우 검토에 어려움이 있다. 본 연구는 2017년 수위-유량관계곡선식의 적용시간 결정에서 현장 식생모니터링 자료와 함께 연간 수온변화를 참고 자료로 활용하였다. 연간 수온자료를 산정하기 위해 측정된 수온과 해당 기온에 대한 상관관계식을 개발하였다. 또한 산포가 발생하는 측정성과는 생성된 연간 수온자료를 참고하여 전이여부를 판단하였다. 2018년은 2017년의 계절별 수온변화 자료 및 수집된 주요 수중식생의 생활사를 참고하여 연간 측정계획에 활용하였으며, 수위-유량관계곡선식 개발 시 동일한 방법을 사용하였다. 2017년은 가뭄으로 인해 수중식생에 의한 전이가 활발했던 기간으로 측정성과에 대해 식생영향 최고 기간과 최대 기간의 동일수위에 대해서 유량을 비교한 결과 $0.003m^3/s{\sim}1.099m^3/s$의 범위를 보였다. 유출량 비교의 경우 기간분리를 적용하지 않았을 경우 약 40.1% 과대 산정되었다. 2018년은 잦은 강우로 인해 수중식생의 이탈 및 전이 영향수위의 발생빈도가 비교적 적어 동 수위 유량을 비교한 결과 $0.19m^3/s{\sim}0.49m^3/s$의 범위를 보였다. 연 유출량을 비교한 결과, 기간분리를 고려하지 않은 경우가 약 39.6%로 과소 산정되었다. 따라서 본 연구사례를 통해 식생에 의한 기간분리가 발생하는 지점에 대해서 비교적 합리적인 측정주기 계획을 위한 확립 근거와 기간분리 적용기간에 대한 합리적인 자료로 활용 될 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.113-113
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• 2022

기후 변화에 따른 집중호우의 증가로 유례없는 홍수가 발생하기도 한다. 홍수 대비를 위한 수리구조물 설계 및 홍수 예측을 위해서는 기초자료인 유량 자료가 중요하며, 이는 Rating-curve를이용하여 산정하는 것이 일반적이다. 하지만, 이를 기왕의 데이터가 부족한 지역과 적용수위 이상에 대해 적용하는 것에 한계가 있다. 2020년 8월 섬진강에 발생한 홍수는 홍수량의 추정이 어려울 뿐 아니라 기존의 Rating curve를 활용하여 홍수량을 추정하는데 한계가 있다. 섬진강 하천정비기본계획(2021)에 따르면 섬진강 남원(신덕리) 관측소는 100년 빈도 홍수량이 7,470m³/s인 반면, 선형 보간을 통한 Rating curve 외삽 결과 약 23,000m³/s로 많은 차이 나는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 외삽의 불확실성과 직접 측량에 어려움이 있는 홍수기 유량 추정을 위해 수리학적 해석 방법을 이용한 간접유량 산정기법을 제시하였다. 수치해석모형을 이용하여 홍수사상을 재현하고, 이를 역으로 이용하여 관측 수위와 근접한 계산 결과를 보인 입력 자료로부터 대상 지역의 유량을 간접적으로 산정하였다. 상류단 유량자료의 생성을 위하여 Rating curve의 변수에 대하여 무작위 조합을 생성하였고, K-River(1차원 수리해석 모형)를 이용하여 MCS(Monte Carlo Simulation)를 수행하였다. 계산된 수위와 관측 수위간 수위 재현성 평가(NSE, RSR)를 통해 최적 결과를 나타낸 Rating Curve의 변수들로부터 경계조건의 Rating Curve를 산정하였다. 방법론의 검증을 위해 요천 합류부에 적용하였으며, 그 결과 기존 곡선식의 외삽에 따른 유량 자료의 수위 재현성과 비교하여 개선된 것을 확인하였다. 이를 활용하여 수자원 유량 자료의 신뢰도 개선에 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제12권4호
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• pp.54-59
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• 2007

본 연구에서는 수학적 모델링을 통해 강우에 기인하는 지하수위 변동예측 준-해석학적 모델을 개발하였다. 개발된 모델은 홍천 지역의 지하수위 변동을 예측에 적용되었으며 이를 위하여 지하수 변동 관측자료 및 강우자료가 이용되었다. 개발된 모델은 비선형 파라미터 예측 코드를 활용하여 2003년 지하수위 변동을 예측하도록 적정되었으며 이렇게 최적화에 이용된 입력 파라미터는 그 다음해인 2004년 지하수위 변동을 예측하는데 활용되었다. 강우자료에 기초한 2004년 지하수위 변동 예측은 RMS 오차가 0.18 m로 관측지하수위의 표준편차가 0.44 m인 것으로 미루어 보았을 때 대체로 양호한 것으로 판단된다. 또한 본 연구에서는 개발된 모델을 이용하여 지표 피복의 변화에 기인하는 함양율 감소 시 발생되는 지하수위 변동 예측 및 양수에 의한 인공적인 지하수위 강하를 모사하는데 적용하였다. 본 연구의 결과는 보다 정확한 지하수위 변동 예측증 위해서는 지하수 함양율을 상수로 적용하는 것이 적절치 않으며 강우 패턴의 함수로 결정되어야 함을 보인다.

• 한국환경과학회:학술대회논문집
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• 한국환경과학회 2003년도 가을 학술발표회 발표논문집
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• pp.106-111
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• 2003

본 연구에서는 수위-유량곡선식의 정도를 개선하는 방안으로 수위를 추정하는 과정에서 수면경사법을 이용하여 계산한 수위와 HEC-RAS 3.1.1 의 부정류 계산을 하여 얻어진 수위를 이용하여 유량을 계산한 값을 비교하였다. 그 결과 관측된 유량과 계산된 유량의 상대편차는 5.37%로 양호한 결과를 얻을 수 있었으며. 수면경사법을 이용하여 수위를 계산하여 수위-유량곡선식을 유도하는 것보다 HEC-RAS 3.1.1 부정류 모형을 이용한 수위자료를 이용하여 수위-유량곡선식을 유도하는 것이 정도를 높일 수 있을 것이라 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.258-258
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• 2011

지구 온난화에 따른 기후변화는 예측하기 힘든 패턴으로 특정지역의 강우빈도와 강수량을 증가시키고, 과거 관측되지 않았던 홍수 수위를 기록하는 등의 이상기후 현상으로 나타나고 있다. 기후변화의 눈으로 봤을 때 2010년은 전 세계적으로 많은 홍수, 지진, 산사태 등의 자연재해를 야기 시켰고, 이는 수자원의 활용과 관리 측면 뿐만 아니라 사회, 경제적 영향 및 자연재해로 확장되어 인류의 생활에 큰 영향으로 다가왔다. 이처럼 예기치 못한 기후변화에 대응하기 위해서는 수자원 정책이나, 장기발전계획 뿐만 아니라 발생된 기후 상황을 검토하고, 그 지역에서 발생된 강수량, 수위, 유량 등에 대한 기초 자료에 대한 분석이 선행되어야 할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 2010년에 섬진강 유역의 최상류에서 하류에 이르는 덕치 외 12개 수위관측소를 대상 지점으로 선정하여 각 지점에 대한 현장조사를 실시하고, 수위모니터링을 비롯한 강수량, 방류량 등의 기본 자료를 수집하여 과거 자료와 비교검토 하였다. 그리고 저 평수기와 홍수기에 하천의 수위 및 유량을 현장에서 직접 실측하여 섬진강 상류에서 하류에 이르는 유출특성을 분석하였다. 그 결과 2010년 섬진강 유역에서는 지점에 따라 관측 개시일이 다르지만 1990년부터 관측이 개시된 구례와 송정 지점을 비롯하여 관측 이래 최고수위에 해당하는 호우가 발생되었음을 확인 할 수 있었다. 또한 2010년에 발생한 섬진강 유역의 지점별 상류에서 하류까지의 첨두유량을 분석 및 제시하였다. 이는 기존에 추정에 의해서 제시되었던 고수위 부분의 유량을 실측함으로써 고수위에 대한 수위-유량관계곡선식을 새롭게 제시하고, 홍수 주의보와 경보수위를 검토할 수 있는 기회가 되었다. 아울러 본 자료는 추후 발생 가능한 홍수에 좀 더 신속하게 대응할 수 있는 기초가 될 수 있을 것으로 기대한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.278-278
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• 2019

본 연구의 목적은 수위조건에 따른 댐체의 방류능력을 검토하는 것이 주목적으로 수리모형실험을 통한 수위-유량곡선을 제시하고 이론식으로 도출된 방류량 산정값과의 결과를 검토하는 것이다. 원주천댐은 강원도 원주시 판부면 신촌리 일원에 설치되는 콘크리트 중력식 댐으로 댐길이는 210.0m 이며, 댐높이는 45.5m, 댐마루고는 EL. 239.0m 이다. 홍수시 방류설비로는 21m 길이의 무문식 2열 여수로로 이루어져 있다. 본 연구를 위해 제작된 원주천 댐모형은 수평축척(LH) 1/60, 연직축척(LV) 1/60, 왜곡도 1을 갖는 정상모형으로 제작되었다. 방류능 검토실험은 여수로의 방류량을 검토하는 것으로 수위와 방류량과의 관계를 계측을 통해 곡선으로 제시하는 것이다. 수위는 저수지 상류부 수위(원주천댐으로부터 150 m 상류지점)를 측정하여 수위별 방류량을 계측하였다. 유량의 경우 방류량값의 정확도 향상을 위해 관유량계와 삼각위어를 동시에 사용하여 측정하였다. 수리모형실험 결과 원주천댐의 수위-방류량 곡선은 그림 1과 같이 산출되었다. 이러한 결과를 토대로 원주천댐 설계시 사용되었던 자료를 비교하여 보았다. 원주천댐의 수위별 방류량은 미개척국(USBR)의 'Design of Small Dams'와 "댐 설계기준 해설(2011, 한국수자원학회)"에서 제시한 방법으로 방류량을 산정한 것으로 이들 두 자료를 비교한 자료는 그림 2와 같다. 실험결과 계산식과 수리모형실험을 통해 계측된 방류량은 큰 차이를 보이지 않는 것으로 나타났다. 이러한 결과로 보았을 때 계산식으로 산정된 수위-유량관계식은 충분히 댐운영에 적용할 수 있는 기초자료로 충분할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.194-197
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• 2010

국내 외에서 범용으로 사용되는 2차원 흐름모형은 모든 하천의 흐름을 자연스럽게 모의할 수 있는 것은 아니다. 하천의 수위가 수량의 변화와 함께 상 하로 변하면서도 동시에 단면의 형상에 따라 좌 우 물가의 경계도 변하게 되지만, 수치모의를 위한 2차원 고정망의 사용으로 흐름영역에 대한 정확한 반영이 어렵게 된다. 그러나 최근 흐름경계의 변화를 반영하기 위한 마름/젖음 해석기법에 관한 연구를 통해 이러한 문제를 극복할 수 있다. 2차원 유한요소모형이 가지는 또 다른 문제는 하천흐름에 대한 수치모의를 수행하기 위해 필요한 초기조건으로 인한 문제이다. 모형에 사용되는 초기수위는 일반적으로 일정한 수위를 사용하게 되는데, 이와 같은 초기수위 값의 사용은 하류단의 경계수위가 하천의 상류구간 하상고보다 낮을 경우 원활한 모형의 모의를 위해 초기수위를 모든 하상고보다 높게 주어야 한다. 실제 흐름상태가 그대로 반영되지 않는 비물리적인 상태에서 모형의 계산이 수행되게 된다. 본 논문에서는 2차원 유한요소모형의 초기수위를 고정값이 아니라 실제 하상고로 인해 발생 가능한 하천의 수면을 초기수위 자료로 사용하고자 하며, 이를 위해 2차원 하도망에서 1차원 하도자료를 추출할 수 있는 연계모듈을 개발하였다. 이를 통해 구축된 1차원 하도자료로부터 1차원 모의를 수행하여 그 결과를 2차원 모형의 초기수위로 사용하였다. 이에 대한 적용성을 살펴보기 위해 직사각형 가상하도에 적용하여 모형의 결과를 검토하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1991-1995
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• 2010

도시화로 인한 토지 피복 상태의 변화로 인한 불투수면적의 증가와 강우강도가 증가함에 따라 지하수로 침투하지 못하고, 바다로 유출되는 강우량이 점차 증가하고 있다. 또한, 인구의 증가와 산업발달에 따른 무분별한 지하수의 사용은 심각한 지하수위의 하강으로 이어지고 있다. 지하수위와 강우량간의 상관관계를 분석하여 지하수의 체계적인 관리 및 운용을 하고자 본 연구를 진행하였다. 본 연구에서는 경상도 지역의 지하수위 관측소와 강우 관측소간의 거리가 10km 이내인 지점을 선정하여, 관측 자료와 분석결과를 토대로 13개 지점을 선정하였다. 침투현상이 침루과정을 거쳐 지하수에 유입되는 과정을 고려하면 강우가 발생한 시점보다 시간이 경과 한 후에 이 지점의 하루에 내린 강우량이 이틀에 걸쳐 지하수위에 영향을 준다고 가정하였고, 1일째의 강우를 실제 강우량의 최대 100%에서 50%까지로 설정하고 2일째에 나머지 강우가 내렸다고 가정하여 각각의 강우이동평균값과 지하수위간의 상관관계를 분석하였다. 또한, 한계침투량을 고려하여 강우이동평균값과 지하수위간의 상관관계를 분석하였다. 그 결과 한계침투량 고려시 상관계수가 0.5 이상인 지점들 중 약 70%가 강우량을 강우사상이 발생한 당일과 명일로 나누었을 때, 상관계수가 높게 나타났다. 그러므로 기존 강우와 지하수위 관측자료만 이용하여 강우이동평균과 지하수위의 상관관계를 분석하는 것 보다 침투율을 고려한 강우이동평균과 지하수위의 상관관계 분석으로 인해 지하수의 체계적인 관리와 분석이 가능할 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.447-447
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• 2011

본 연구는 하천법에 근거하여 국가차원에서 홍수 예보, 수자원 공급과 관리계획, 생태 및 환경 등의 목적을 위한 국가수문관측망을 구축하여 그 근간자료가 되는 하천 수문자료를 국가공공기초자료로 제공함으로써 불필요한 수문조사 중복 등을 방지하고 효율적인 수문조사의 기반을 구축하고자 하는 것이다. 국가수문관측망 설계는 기존 수문조사기관(국토해양부, 한국수자원공사, 한국수력원자력, 한국농어촌공사)의 관측망에 대한 현황을 파악하고, 도상조사와 현장조사를 통하여 수리 수문학적, 사회 경제적 중요성 검토 등의 과정을 통해 재설계할 수 있도록 하였다(2010, 장 등). 국가수위관측망의 구축은 결과적으로 우리나라의 총 643개소의 관측소가 필요한 것으로 설계되었으며 이 중 495개소는 기존 관측소를 그대로 활용하고, 129개소는 신설이 필요한 것으로 판단되었다. 또한 국가수위관측망 중 563개소에서는 수위자료와 유량자료를 제공하고 80개소는 수위자료만을 생산하여 제공하게 된다. 또한 유량관측소는 380개소(건설교통부, 2007), 자동유량관측소 97개소, 유사량관측소 138개소, 토양수분량 및 증발산량 관측소 각 25개소를 가지는 국가수문 관측망을 제시하였다. 국가수문관측망은 앞서 언급된 다양한 목적으로 활용되는 수문자료를 객관적이고 공정한 국가기초자료로 제공하여 불필요한 수문조사 중복 등을 방지하고 체계적이고 효율적인 우리나라 수문조사의 기반으로 활용 되어질 것이다.