• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.1834-1838
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• 2007

감조하천을 비롯한 주요 하천에서 수자원량의 정량화는 수위-유량관계곡선식 개발로부터 가능한 일이다. 그러나 신뢰성 있는 수위-유량관계곡선식을 개발하는 것은 수문관측의 불확실성과 현장의 열악한 사정 등으로 발생하는 오차들 때문에 어려운 일이다. 조위의 영향을 받는 감조하천은 무 강우에도 수위의 변동이 심한 특성으로 수위와 유량의 관계를 규정하는 것은 일반 하천의 경우보다 난해하다고 할 수 있다. 본 연구는 감조하천의 유출특성 분석에 관한 기초적인 연구로 향후 감조하천 구간에 설계되는 수공구조물의 설계, 혹은 치수목적으로 설계되는 유수지 등의 설계에 이용될 유량자료를 제공하기 위함이다. 유량자료를 생산하기 위해서는 대상 수위관측소지점의 수위-유량관계곡선식으로부터 수위-수문곡선을 유량-수문곡선으로 환산하여야 한다. 이렇듯 유량자료는 곡선식의 정밀도에 전적으로 좌우되기 때문에 신뢰성 있는 곡선식 개발은 중요한 일이다. 본 연구에서는 감조하천에서의 유량자료 생산과 유출 특성을 분석하고자, 만경강 수계에 위치하는 목천 지점을 대상유역으로 선정하였다. 2006년 저 평수기 및 홍수기에 걸쳐 유량측정을 실시하여 다수의 유량측정성과를 확보하였으나 조위의 영향으로 산만한 수리특성을 보였다. 따라서 본 연구에서는 이에 대한 영향을 파악하기 위해서 감조의 영향권에서 각각의 유량이 어떻게 변화하는지 검토하고자 국립해양조사원 해양자료실의 조위관측소에서 제공하는 군산외항 지역의 조석예보표를 이용하여 분석하였다. 본 연구의 분석 결과, 유량측정 당시 간조와 만조의 영향권에서 측정이 이루어진 관계로 유량과 유속 등의 수리 특성이 많은 변화가 발생한 것으로 분석되었다. 이와 같은 영향으로 목천과 같은 감조하천의 경우, 저수위 측정성과는 그 분산정도가 심해 일반화된 수위-유량관계 곡선의 개발이 의미 없다고 판단되며, 홍수기에 측정된 성과를 바탕으로 고수위대의 수위-유량관계 곡선식을 개발하여야 할 것으로 판단된다. 본 연구를 통해 일부 확인된 바와 같이, 일반적인 자연하천이 아닌 감조하천의 경우는, 각각의 수위대별 유량 값의 변화가 발생하는 바 기간별 혹은 간조와 만조부를 포함하여 유량측정을 하여야 할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.258-258
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• 2019

계산 격자에 기반하여 천수 흐름을 모의할 때, 그 격자에 담긴 물의 양을 정확하게 파악할 필요가 있다. 예를 들어, 초기조건으로 수위가 부여된다면 계산격자의 기하 특성에 맞추어 흐름 변수인 수심이나 흐름 단면적으로 바꾸어야하기 때문이다. 필요에 따라서는 모의 결과를 수위로 보이거나 격자 속 수심을 계산에 사용할 수도 있으므로 그 역변환도 고려되어야 한다. 2차원의 삼각형 계산격자에 대해서는 물의 부피와 수위 관계(volume/free-surface relationship)가 이미 정확(exact)하게 구명되어 있다(Hwang, 2017, J. KWRA). 그런데 1차원 문제의 횡단면에서 흐름 단면적과 수위의 관계(area/free-surface relationship)는 수위로부터 면적 환산에 대해서는 정확하나 그 역변환은 그렇지 않다. 매 시간 단계에서 갱신된 흐름 단면적으로부터 수위를 환산하기 위해 미리 작성된 면적-수위 자료를 이용한 선형 보간이 적용된다(Goodell, 2011, The RAS Solution). 이때, 환산 정확도는 자료의 해상도에 의존된다. 다행히 하천 횡단면 대부분을 채워 흐르는 홍수모의에서는 이 문제가 그리 심각하지는 않다. 심지어 수위가 복단면 저수로 턱에 걸쳐있어 흐름단면적이 급변하는 경우에도 환산 수위의 정확도는 크게 훼손되지 않는다. 그러나 미미한 환산 오차일지라도 그로 인해 수위가 저수로 턱을 넘거나 그보다 작을 수 있다. 이 경우, 홍수터의 잠김여부에 따라 수면폭(top width)이 실제 계산 결과에 비해 크게 달라질 수밖에 없다. 수면폭 오차는 그것을 이용하여 결정되는 수리 수심(hydraulic depth)이나 평균 하상고(mean bed level)의 산정에도 전파된다. 이 연구에서는 하천 횡단면에서 수위와 흐름 단면적 사이의 환산 정확도를 크게 높일 수 있는 기법을 제시하였다. 먼저 하천 횡단면에서 주어진 수위에 대해 흐름 단면적을 산정할 수 있는 알고리듬을 보였다. 또한, 횡단면에서 수위와 흐름 단면적의 관계가 단조 증가 함수(monotonically increasing function)임에 착안하여 그 역변환에 대해 해 찾기(root finding) 방법의 하나인 Brent 기법을 적용하였다. 이 기법은 주어진 구간에서 도함수가 알려져 있지 않은 경우에 대해서도 효과적으로 해를 찾을 수 있는 것으로 알려져 있다(Press et al., 2002, Numerical Recipes in C, 2nd Ed.). 내성천 하류 수계의 333개 단면에서 수면폭에 대한 상대 오차를 살펴보면, 선형 보간에 의한 기존 방법으로는 면적-수위 자료의 수가 1,000개가 되어도 그 최대치가 1% 이내에 들지 않은 반면, 이 연구에서 제시한 기법으로 면적-수위 자료 없이도 1% 이내로 줄어드는 것을 확인하였다. 다만, 반복 계산에 의한 계산 시간의 증대를 피할 수 없다. 미리 작성된 면적-수위 자료를 이용하면 계산 비용을 줄일 수 있으며, 약 35개의 구간으로 나누었을 때 비용 대비오차가 적절하였다. 이 연구는 한국건설기술연구원(주요사업 과제번호: 20190116-001)의 지원에 의한 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.1797-1801
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• 2009

수문자료 정보시스템은 설마천 시험유역의 신뢰성 있는 수문자료를 체계적으로 저장하고 관리하며, 간단한 가입절차를 통해 사용자에게 온라인으로 신속하게 제공하는 시스템이다. 설마천 시험유역은 관측망 설계가 이루어진 1995년부터 현재까지 지속적으로 운영되고 있으며, 본격적으로 2000년부터 신뢰할 만한 관측자료가 생성되어 왔다. 구축된 설마천 시험유역의 수문자료 정보시스템은 1996년부터 현재까지 생성된 관측자료와 가공자료로 구성되어 있다. 관측자료에는 실시간-시계열 자료(6개소 우량, 2개소 하천수위, 1개소 유량), 비실시간-시계열자료(5개소 우량, 2개소 3종의 하천수위, 2개소 지하수위, 1개소 파샬플륨 수심, 1개소 14종의 기상), 비실시간-비시계열 자료(3개소 유량측정성과, 3개소 수질, 2개소 부유사량) 등이 있으며, 가공자료에는 2개소 유역면적우량, 2개소 유량환산자료가 있다. 관측된 자료는 수문자료 처리절차에 따라 비교·검토를 통하여 자료를 확정시킨다. 확정된 자료는 새로운 설마천 시험유역 홈페이지(http://seolmacheon.kict.re.kr)를 통해 간단한 등록을 한 후 필요로 하는 자료를 검색하여 추출할 수 있다. 제공되는 자료에는 6개 지점우량, 2개소 유역면적우량, 2개소 하천수위, 2개소 지하수위, 2개소 유량, 1개소 18종의 기상, 3개소 유량측정성과, 3개소 수질, 2개소 부유사량 자료 등이 있다. 설마천 시험유역에서 축적된 수문자료는 본 시스템을 통하여 널리 사용자에게 쉽게 제공이 가능함에 따라 자료의 이용도가 크게 증대될 것이며, 동시에 자료의 공유는 자료의 검증을 확보할 수 있을 것이다. 따라서, 자료의 공유와 검증이 이루어진 수문자료는 수자원 연구 및 개발 분야에 직접적인 이용이 가능할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.674-678
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• 2005

수문학 분야에서 수문자료의 정확도를 높이는 문제는 오래전부터 고민해왔던 사항이다. 이와 관련하여 정부에서는 수문자료의 정확도를 높이고 전국의 수자원 정보를 파악하기 위하여 수문관측 매뉴얼을 작성하고 전국의 주요 지점에 수위관측소를 설치하여 유량측정을 하고 있다. 2004년에도 5대강 권역별로 유량측정이 실시되었으며, 이중 섬진강에서 유량측정이 실시된 6개 지점에 대해 올해 처음으로 도입되어 수행된 유량측정 검증시스템의 적용 결과에 따른 유량측정성과, 수위-유량관계곡선 및 유량자료의 개선된 결과를 소개하고자 한다. 유량측정 검증시스템은 유량측정성과의 기본특성 검토, 이상치 여부 판별 및 평가 등 유량측정성과의 검증, 개선된 방법론에 따른 수위-유량관계곡선의 작성 환산된 유량자료의 평가 및 평가 결과 개선이 필요한 경우 수위-유량관계곡선의 재작성하는 피드백 과정으로 이루어진다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.64-64
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• 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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.132-136
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• 2007

최근 지구온난화로 인한 이상기후의 영향으로 강우일수는 줄고 있으나 강수량은 예년과 비슷한 수준을 보이고 있다. 이로 인해 갈수기의 용수부족 현상은 더욱 심해지고. 장마철의 홍수피해와 게릴라성 집중호우로 인한 피해가 커지는 등 해가 갈수록 홍수 예경보의 중요성은 더욱 높아지고 있다. 그럼에도 불구하고 현재 홍수 예경보 체계는 몇 가지 문제를 가지고 있다. 기존 예경보 체계의 경우 한 번의 예측을 수행하기 위해 수반되는 전처리과정과 주계산과정을 거치는 동안 각 과정에서 발생한 오차들이 반복, 누적되어 최종 결과물(예측된 유출량) 속에 모두 포함된다. 또한 기존 체계에서는 유출모형을 적용하기 위해서 토양형. 피복상태 등에 관련된 매개변수들이 필요한데. 이러한 매개변수의 결정에 어려움이 있고. 불확실성을 갖고 있다. 본 연구에서는 불확실성을 적극적으로 인정하고 수학적으로 해석하려는 fuzzy 이론을 신경망 이론에 도입하여 홍수 예경보 시스템의 운영과정에서 발생하는 불확실성의 문제를 해결하고자 하였다. 본 연구에서 사용한 ANFIS(Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System)은 data driven model(자료에 기반을 둔 모형)의 하나로 다음과 같은 장점을 가진다. 우선 data driven model은 유역의 물리적, 지형적 특성을 고려하지 않고(매개변수설정에서 발생하는 문제 해결 가능), 입력자료와 출력자료만을 고려하여 구축되는 모형이므로, 유역의 물리적 자료나 지형 자료와 같은 방대한 양의 자료 수집이 필요 없고, 일단 모형이 구축되면 자료의 입력만으로도 신뢰성 높은 결과를 단시간 내에 효율적으로 획득할 수 있다. 그리고 유역 내의 상황이 변화하더라도, 이들의 영향을 고려하여 쉽게 모형을 갱신할 수 있다. 마지막으로 모형의 구축 과정이 물리적 모형에 비해 비교적 간편하다는 장점이 있다. 본 연구에서는 ANFIS를 통해 탄천유역의 강수량 자료와 대곡교의 수위자료를 입력자료로 사용하여 대곡교의 수위를 예측하였다. 입력 자료는 시간차 계열의 강우량과 수위 자료를 사용하였으며 모형을 통하여 t+1, t+2, t+3 시간 후의 수위를 예측하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.264-264
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• 2020

최근 기후변화로 우리나라는 과거에 비해 태풍이나 국지성 집중호우 및 가뭄 등 극심한 수문현상이 빈번하게 발생하고 그 피해가 더욱 커지고 있는 추세이다. 특히 우리나라의 경우 산지가 많으며 대부분의 하천이 유역면적이 작고 유로연장이 짧아 단시간에 유출이 발생하며 수문학적 특성이 연중 큰 편차를 보이고 있다. 이러한 이상기후에 따른 수문현상 파악 및 피해 경감을 위해 신뢰성 있는 수문자료는 매우 중요하다. 따라서 수문자료에 대한 품질관리는 필수적이지만 자료 결측 및 오측에 대한 신뢰성 높은 품질관리가 이뤄지지 못하고 있는 실정이다. 현재 수위자료의 결측이 발생한 경우 해당 관측소의 수위 자료를 사용해 선형보간 및 운형자법으로 수정하거나 상·하류 관측소의 관계를 이용하여 회귀분석을 통해 자료 결측의 수정 및 보완을 수행하는 등 담당자의 주관적 판단에 의존하고 있다. 본 논문에서는 신뢰성 높은 수문자료의 결측치 보완 및 예측을 위한 방안을 제시하고자 상류의 관측소의 수문자료를 이용한 하류의 단시간 수문 자료예측에 관한 연구를 수행하였다. 이를 위해 자료지향형 모델인 적응형 뉴로-퍼지 기법(Adaptive Network-based Fuzzy Inference System, ANFIS)을 이용한 모형을 적용하였다. 기존의 연구에서 가장 일반적으로 사용되는 물리적 모형은 수문자료를 활용하여 수위 및 유출을 산정함에 있어 매개변수의 결정이 어렵고 많은 오차들을 내포하고 있다. 본 연구에서 사용한 ANFIS는 입력자료와 출력자료만을 고려하여 구축할 수 있기 때문에 자료 수집단계에서 유역의 물리적 자료 및 지형 자료와 같은 방대한 양의 자료 수집이 필요가 없다. 이후 모형이 구축이 된다면 입·출력 자료만을 이용하여 신뢰성 높은 결과를 획득할 수 있지만 입력 자료의 품질에 따라 결과가 좌우되기 때문에 자료의 구성이 매우 중요하다. 본 연구에서는 ANFIS를 통해 무주남대천 유역의 무주군(여의교) 관측소의 수위자료를 입력자료를 사용하여 하류에 위치한 무주군(취수장) 관측소의 수문자료의 결측 보완 및 예측하는 모형을 구축하고 모형의 구조 변화를 통해 가장 정확도 높은 모형을 결정하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.173-177
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• 2007

현재 농업용수 이용량은 158억$m^3/yr$로 우리나라 전체 수자원이용량의 48%에 해당되며 하천유지수량을 제외하였을 경우 61%에 해당된다. 농업용수의 이용은 노후화된 농업수리시설과 관리기술 부족 등의 원인으로 이용효율이 낮은 것으로 추정되고 있다. 그러나 이러한 현황을 뒷받침해 줄 측정 및 조사자료가 부족한 실정이다. 농업용수의 물관리 연구는 장기간의 신뢰성 있는 수문자료의 획득이 절대적으로 필요하고 실제 현장에서의 물관리 상황을 조사파악하는 것이 중요한다. 이러한 자료의 축척은 체계적이고 일관되게 수행되어야 한다. 이를 위하여 한국농촌공사에서는 2000년에 경기도 용인에 위치한 이동저수지 유역을 종합시험지구로 선정하여 운영하게 되었다. 이동시험지구는 경기도 용인시, 평택시, 안성시, 사이에 위치한 전형적인 농촌지역이다. 저수지와 양수장 시설이 복합적으로 운영되어 농업용수를 공급하는 지구로 농업용수의 물관리 연구 수행을 위해 적합한 지역이다. 이동시험지구에 강우계, 저수지 수위계, 하천 수위계, 수로 수위계를 설치하여 운영하고 있으며 정기적으로 유지 관리 및 자료수집을 함으로써 신뢰성 있는 농촌지역 수문자료를 축척하고 있다. 이동시험지구의 운영은 농업용수 물관리와 관련된 체계적이고 신뢰성 있는 장기간의 수문자료를 축척하고 축척된 현장 자료의 분석을 통해 물관리 기초자료를 계량화 하는데 그 목적이 있다. 본 연구의 목적은 실제 농업용 저수지의 용수공급 운영에 따라 하천에서의 유출특성에 대한 조사를 통하여, 농업용저수지가 하천에 미치는 영향을 파악하고자 한다. 시험지구 덕성교 하천수위관측지점의 하천유출율은 65 %, 재인교 하천수위관측지점의 경우 하천유출율은 60 %를 나타내었다. 이동유역의 경우 상류에 저수지가 있으며 저수지의 시기별 저수상태와 강우량에 따라 유출에 영향을 받고 있다. 1월에 상류 저수지의 저수상태가 만수를 유지하고 있었으며 예년에 비하여 많은 강우가 발생하여 저수위 조절 차원에서 인위적으로 방류한 양이 많았기 때문으로 추정할 수 있다. 두 지점의 1월 유출이 100 % 이상인 것은 동절기 하천 결빙으로 인한 유량파악이 힘든 것으로 나타났다. 1월의 하천수위는 계측기에 기록된 수위값으로 유량을 산정한 것이다. 3월, 10월, 12월의 유출이 많은 것은 전월말 발생한 강우의 영향으로 크게 나타났다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.39 no.12 s.173
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• pp.985-996
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• 2006

This study developed a model that could calculate equivalent roughness using shear stress acting on distributed grains in gravel bed stream. The estimated equivalent roughness by the model developed was used for estimation of water level and roughness coefficient in the stream without water level-discharge data. The model was applied to the Gurey-Songjeong stage station section located in the Sumjin river mid-downstream. The equivalent roughness by the model developed in this study was estimated to be 0.194m at the Gurey stage station. Calculated water level which the estimated equivalent roughness was applied to the flow model was shown ewer of within 6% in comparison with observed water level. Also, roughness coefficient was estimated using observed and calculated water level about each discharge scale by unsteady flow analysis. As a result, error of roughness coefficient estimated by observed and calculated water level was shown error of $0{\sim}0.002$ and could consider variability of roughness coefficient.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.369-369
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• 2017

농업용저수지는 이수 목적으로 비홍수기 농업용수 공급을 위한 용수 확보를 주요 목적으로 하고 있다. 한편, 농업용저수지가 홍수조절능력 또한 지니고 있음이 다수의 연구를 통해 제기되고 있으며, 이에 치수 목적으로 홍수기 홍수피해 저감을 위한 치수 대책 또한 수립할 필요가 있다. 현재 우리나라 농업용저수지의 홍수기 운영은 제한수위 방식을 기준으로 하되 필요에 따라 예비방류를 허용하는 조합 형태를 취하고 있다. 이러한 운영 방식은 홍수기 이후 상시만수위로 복귀하지 못하면 해당 년도 잔여 비홍수기 혹은 다음 년도 영농 시작 시기의 농업용수 공급에 차질이 생길 수 있다는 문제점이 있다. 따라서 홍수기 농업용저수지의 운영은 홍수조절과 함께 상시만수 위로의 복귀를 동시에 고려하여 이루어질 필요가 있다. 가변 홍수기 제한수위 (Variable Restricted Water Level, VRWL) 방식은 홍수 발생빈도와 규모를 고려하여 단위기간별 (일별 혹은 순별) 제한수위를 차등 부여하는 방식으로, 한정된 저수공간의 효율적 재할당에 따라 이수와 치수의 효율을 증대시키는 방안이 될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 농업용저수지를 대상으로 저수지 유입량 빈도해석을 수행하고 순별 가변 홍수기 제한수위를 산정한 후 가변 홍수기 제한수위 적용에 따른 홍수조절효과를 평가하고자 한다. 연구대상지는 전국 110개 둑높이기 농업용저수지 중 가능최대홍수량 대상저수지 (유역면적 2,500 ha 이상, 총 저수량 500만 톤 이상) 12개소로 선정하였고, 저수지별 기상자료와 지형자료를 구축하였다. 저수지 유입량 모의를 위하여 장기유출량 산정 모형인 TANK를 이용하였으며, 구축된 저수지 유입량 자료를 토대로 순별 유입량 빈도해석을 수행하고 홍수기 저수지 유입량의 이론적 확률분포형을 선정하였다. 선정된 확률분포형을 토대로 초과확률 10%에 따른 순별 저수지 수위로서 가변 홍수기 제한수위를 산정하였다. 산정된 가변홍수기 제한수위 적용 효과를 분석하기 위하여 홍수조절용량을 산정하였고, 유역비 홍수량을 지표로 하여 홍수조절능력을 평가하였다. 향후 본 연구의 결과는 둑높이기 농업용저수지의 홍수기 제한수위 설정 및 관리, 운영 지침 개선에 있어 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.