• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.99-99
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• 2023

기후변화는 물 관리의 가장 큰 리스크 요인이므로 물 관리 계획을 수립하는 과정에서 기후변화의 영향을 고려하는 것이 필수적이다. 기후변화에 대한 수자원 예측 관련 연구가 이루어지고 있으나, 대부분의 연구에는 수문학적 모델링이나 시뮬레이션이 동반되는데, 이 과정에는 시간과 비용이 많이 들어가며, 지역이나 연구목적에 따른 정밀한 매개변수의 보정은 전문지식이 필요하기 때문에 현업에서 연구결과를 의사결정에 활용하기에는 한계가 있다고 볼 수 있다. 이에 따라 수문학적 모델링의 입력 및 출력 결과를 딥러닝의 학습자료로 하여 수문모델을 사용하지 않아도 효율적으로 결과를 도출할 수 있는 딥러닝 기반 Surrogate 모형에 대한 연구가 이루어지고 있으나 수자원 분야에 접목된 사례는 부재한 실정이다. 따라서 이 연구를 통해 국내 유역을 대상으로 Surrogate 모형을 구축한 뒤, 그 성능을 평가하고자 한다. 이를 위한 Surrogate 모형 구축 과정은 다음과 같다. 충주댐 유역을 대상으로 과거 20년간의 강우 및 기온 자료를 수집한 뒤, 이 자료를 바탕으로 기후변화의 영향을 고려한 3,162개의 시나리오를 생성한다. 그 후 장기유출모형 IHACRES에 생성된 시나리오를 입력자료로 하여 유입량 결과를 도출하고, 이 결과를 Python코드 기반의 딥러닝 학습자료로 하여 최적 예측 결과를 도출해내는 Surrogate 모형을 생성한 뒤 기존 장기유출모형과의 성능을 비교하고자 한다. 이와 같은 Surrogate 모형은 추가적인 데이터와 매개변수의 보정 과정이 없어도 장기유출모형과 같은 결과를 짧은 시간내에 상당히 정확하게 모사할 수 있어 시간과 비용을 줄일 수 있으며, 비전문가도 쉽게 사용할 수 있다는 장점을 가진다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.39-39
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• 2022

최근 전 지구적인 기후변화로 인하여, 극한기후일수 증가, 이상기후 등의 환경문제가 심화되고 있으며, 이는 이·치수 측면에서 물관리 정책 수립 등의 어려움을 가중시키고 있다. 더욱이 우리나라는 산악지형이 많고 수계형태가 복잡한 지형적 특성과 여름철에 연강수량이 집중되는 계절적 특성을 지니고 있어 수자원의 효율적인 관리가 어려운 실정이다. 연구 대상 유역은 DMZ 이북의 미계측 유역을 포함한 북한강 전체유역을 대상으로 하였으며, 주요 댐 유역별로 세분하여 6개 댐유역(화천댐, 춘천댐, 소양강댐, 의암댐, 청평댐, 팔당댐)에서 홍수량 분석을 실시하였다. 이때 상류의 미계측 유역을 분석하기 위해 격자기반으로 매개변수의 물리적인 계산이 가능한 분포형 모형인 GSSHA 모형을 활용하였다. 또한 온실가스 저감 정책의 실현 여부에 따른 저탄소 및 고탄소 기후변화 시나리오를, 미래 전·중·후반기의 기간별로 적용하여, 현재를 포함한 7가지 시나리오를 반영하였다. 연구결과, 미래 전반기에서는 홍수량이 다소 감소하는 것으로 나타났으며 미래 중반기 및 후반기에서는 증가하는 것으로 분석되었다. 소유역별 분석 결과를 종합하면, 탄소 배출 농도에 따른 평균 홍수량 변화율은 저탄소 시나리오에서는 -1.03 %에서 +4.01 %, 고탄소 시나리오에서는 -4.54 %에서 +17.73 %로 나타났다. 저탄소와 고탄소 시나리오를 비교하면 홍수량 변화율 차이는 미래 기간 및 소유역 마다 상이하지만, 최소 359 %에서 최대 527 %까지 차이를 보였다. 따라서 인류의 탄소저감 노력은 기후변화 자체를 막을 수는 없으나, 그 영향을 최대 5배 이상 감소할 수 있다는 결론을 도출하였다. 본 연구는 북한강 유역의 미래 기간별 확률홍수량 예측값 및 수문특성의 변화 전망을 주요 댐 유역에서 정량적으로 제시하였다. 이에 따라 본 연구가 향후 기후변화에 대비한 이·치수 정책 마련 및 접경지역의 재난예방에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.184-184
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• 2020

수자원 계획 및 관리 시 증발산량의 정량적 분석은 필수적으로 고려되는 사항 중 하나이다. 일단위 이하의 잠재증발산량 산정은 세계식량기구(FAO)가 Penman-Monteith 방법을 기반으로 개발한 FAO56 PM 방법을 주로 활용하며, 이는 다른 방법에 비하여 높은 정확성과 적용성이 뛰어나다. 그러나 FAO56 PM 방법의 입력 매개변수는 다양한 기상자료이며, 장기간의 신뢰성 높은 자료를 구축하는 것은 어려운 실정이다. 이에 본 연구에서는 증발산량 공식인 Hargreaves 공식을 활용하여 FAO56 PM 방법으로 산정된 잠재증발산량과 기온차 사이의 시계열 관계를 재구성한 회귀분석 기법을 개발하였다. 개발된 모형에 유역면적을 적용하여 유역면적별 잠재증발산량을 산정하였으며, 이를 기존의 잠재증발산량과의 비교를 통해 모형의 적합성을 평가하였다. 결과적으로, 복잡한 잠재증발산량식을 단순한 대체모형(surrogate model)으로 제시함으로써 효율적인 증발산량 정량적 평가와 제한적인 기상자료 조건에 보편적 활용이 가능하다. 향후 연구에서는 회귀분석방법에 Bayesian 추론기법을 활용하여 구성함으로 잠재증발산량의 불확실성을 정량적으로 표현하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.141-141
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• 2020

강원도는 산림 비중이 크고 급경사지가 많은 지형적 특성과 여름철 비교적 선선하고 강우량이 많은 기후적 특성 때문에 고랭지 농업이 활발히 이루어지고 있다. 하지만, 많은 부분을 차지하는 고랭지밭 면적 탓에 강우시에 토양침식과 비점오염물이 하천으로 유입되고 있다. 강원도 송천 상류에 위치한 도암호는 장기간 탁수를 저류하고 방류로 인한 해체 논란까지 일으키기도 했다. 이에 정부는 흙탕물 저감과 비점오염원 관리를 위한 국고보조사업과 다양한 환경 정책들을 시행중이다. 효율적이고 효과적인 수질 정책을 시행하고 분석하기 위해서는 장기간의 모니터링 자료를 이용한 통계적 분석을 활용하는 것이 중요하다. 수질 자료는 변동이 심하고, 비정규분포를 이루며 결측치와 검출한계 이하의 값들이 많아 비모수 통계 방법을 널리 사용되어 왔다. 그중에서도 계절적 특성을 갖는 수질자료의 장기경향분석에 적합한 Seasonal Mann-Kendall Test을 사용하여 남한강상류 유역의 수질 경향성을 분석하였으며, Sen's Slope를 구하여 수질 자료의 경향 크기를 구하였다. 하지만, Seasonal Mann-Kendall Test는 연구 기간동안의 경향성을 반영할 수 없다는 단점이 있기 때문에 LOWESS Test를 통해 장기간 수질 자료 사이의 경향성을 분석하였다. 이러한 수질자료의 경향 분석 결과는 유역 내 취약 지점을 확인할 수 있으며, 환경 정책의 효과를 평가하고 보완할 수 있는 자료로 이용될 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.433-437
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• 2007

최근 환경부에서는 낙동강 유역의 오염총량관리제도의 시행에 따라 이제까지의 배출구 수질기준으로부터 총량수질기준을 통한 수질관리를 실시하고 있다. 오염총량관리를 실행하기 위해서는 주요지천 및 폐수처리장에서의 수질개선 및 비점오염원 관리가 선행되어야 하는데 이를 효율적으로 제어하기 위해서 낙동강 유역에 적합한 최적 수질해석 모델의 개발이 요구되는 상황이다. 수질모델의 가장 큰 목적은 유역으로부터 발생한 오염물이 하천으로 유입되었을 때 하천 수질 및 생태계의 수학적 표현을 통해 장래의 수질을 예측하고, 예측된 결과에 따라 합리적인 수질관리대책을 수립하는 것이다. 낙동강은 대표적인 수지상 하천망의 형태로서 댐 방류량 및 지류유입량은 본류 수계에 직접적인 영향을 미치며, 수질해석의 기본이 되는 수리계산에 매우 중요한 변수가 된다. 또한 대구, 구미, 왜관, 김천 등에서의 오염부하가 금호강, 남강 등의 주요 지류를 통하여 본류부로 유입되고 있으며, 하류부 칠서, 원동, 매리, 물금 등에서는 대량의 하천수를 취수하여 부산, 울산, 마산, 창원 지역 등의 생활 및 공업용수의 원수로 사용하고 있다. 다시 말해서 댐 방류량, 낙동강 하구언의 수위조절, 지류 유입량, 비점원 유입량 등 계산영역 경계에서의 비정상상태의 수리조건과 수질관리 계획에 의해 일률적으로 오염이 부하되는 정상상태의 수질조건이 공존하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 낙동강 유역에 적합한 동적 수질모델을 개발하였다. 본 연구에서 개발된 수치모형은 갈수저수조건 및 불규칙한 하도단면을 반영하고, 동적 상태의 댐 방류량, 낙동강 하구언의 수위조절 영향, 지류 유입량 등 다양한 하천조건에서 발생하는 동적 흐름을 안정적으로 해석하여 낙동강 수질해석의 신뢰도를 향상시킴으로서 낙동강에 유입된 오염물질이 수계에 미치는 영향을 정확히 분석하고자 하였다. 동적수질해석에 의한 모의결과는 유량의 경우 상류부분은 모의치와 실측치가 잘 일치하지만, 중류 이후 지류의 유입이 많아지면서 지류의 변화를 정확히 입력하지 못해 모의치와 실측치의 차이가 발생한다. BOD의 경우는 수질이 양호한 상류지역은 모의치와 실측치가 잘 일치하지만, 오염원의 유입이 많은 중류지역부터는 실측치와 차이를 나타내다가 하류지역에서 다시 비교적 일치함을 알 수 있다. TN의 경우는 전반적으로 실측치보다 높게 모의되었고, TP는 전반적으로 실측치와 비교하여 잘 모의되었다. 본 연구에서 구축한 동적 수리해석모형 및 동적 수질해석모형은 낙동강 유역에 대해 유량 및 수질 등의 실제 하천의 경향에 비교적 잘 반영하므로 오염물총량규제에 따른 합리적인 하천 수질관리대책을 수립하는데 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.94-94
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• 2020

최근 정부의 신북방정책 추진에 따라 수자원분야에서는 동북아지역 국제 공유하천을 중심의 물 정보 및 연구협력 기회 확보와 지정학적 특성을 고려한 지역 현안해결 중심의 연구가 재조명 되고 있다. 두만강은 이러한 동북아의 중심에 위치하고 있으며, 중국, 북한, 러이사의 국경을 따라 흐르며 지역 수자원의 대부분을 공급하는 국제하천이다. 또한, 지난 2018년 5월에는 하구유역이 람사르(Ramsar) 습지로 승인됨에 따라 철새 등을 포함한 생태가치의 중요성도 크게 증가하였다. 하지만 이 지역은 유역의 지정학적 민감성과 접근이 제한된 관측 정보들로 인해 그 수자원·환경 효용성을 정확하게 파악할 수 없을 뿐만 아니라, 최근 기후변화에 따른 영향으로 홍수, 가뭄 등의 수재해와 수질오염 등의 문제가 발생하고 있어 가용한 기술기반의 직·간접적 접근을 통한 장기수문 및 환경변화 등에 대한 분석과 관리방안 수립 등의 연구가 필요하다. 본 연구에서는 이러한 미계측 두만강 유역을 대상으로 우선, 가용한 위성자료 및 광역지표모형(MERRA-2) 기반 NASA POWER(Prediction of Worldwide Energy Resource) 수문기상 자료와 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형을 활용하여 장기 수문영향을 평가하고자 한다. SWAT 모형은 전 지구적으로 활용 가능한 격자 해상도 약 30m의 위성기반 수치표고모형(DEM), 광역 토양도, 지역 토지이용도 자료를 활용하여 두만강 유역을 전체 19개 소유역 및 18개 하도, 138개 HRUs의 수문분석 단위로 구축하였으며, 모의는 미국 NOAA NCDC(National Climate Data Center) 및 중국 CMDC(China Meteorological Data Service Center)의 주요 관측지점에서 선별한 총 13개소의 위치에 대해 재분석된 기후/기상자료들(NASA POWER 강수, 기온, 풍속, 상대습도 및 일사량)을 적용, 1990년에서 2019년까지의 30개년도 연속자료를 구축활용 하였다. 한편, 모형의 검·보정은 앞서 언급한 관측 자료의 부재로 과거 문헌 등을 통해 파악할 수 있는 연 단위 수자원 총량 등을 활용해 진행코자한다. 아울러, 향후는 최근 활용 가능한 장기 위성관측 강수량을 적용, 재분석 자료 결과와의 비교를 통해 상호 분석 오류를 줄여나갈 수 있을 것으로도 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.76-76
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• 2021

물정보 중 가뭄 정보가 상대적으로 부족한 원인은 무엇을 가뭄으로 볼 것인지 정의하기 어렵기 때문이다. 특히 우리나라와 같이 댐 및 저수지, 광역상수도 등 수자원시스템 네트워크를 기반으로 물공급이 이루어지는 경우, 개별 요소만을 고려한 기존 가뭄모니터링 및 전망은 현실적이지 못하며, 가뭄 위험도 관리 측면에서도 부족한 부분이 있다. 가뭄 현상의 경우 기상학적 영향인 강수의 부족이 가장 큰 요소로 기여하지만 실질적으로 국민에 필요한 양보다 적은 양의 물이 공급될 때 국민들은 가뭄을 체감한다. 이러한 점을 보완하기 위하여 지역별로 사용하는 수원 및 물수급 시설 등을 세분화하고, 실적기반 분석을 통해 분석대상 지역의 가뭄을 정확히 판단하기 위한 합리적인 물수급 분석 모형 개발이 필요하다. 즉, 공간분석단위를 표준유역 단위 이하의 취방류 시설물을 기준으로 구성하고, 이들 시설물의 운영정보와 수문기상 빅데이터를 연계한 물순환 모형을 구현함으로써 댐, 저수지, 하천 등 다양한 수원을 가지는 유역 내 가용 수자원량을 준실시간 개념으로 평가하는 시스템의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 하천을 중심으로 물수급 관련 수요·공급 시설의 위치를 절점으로 부여하고 연결하는 물수급 네트워크 알고리즘을 통해 빅데이터 기반 물수급 분석 모형을 개발하였다. 주요 모니터링 지점 및 모든 이수 시설의 위치를 유역분석 기법을 통하여 점(point), 선(line), 면(shape)으로 구성된 지형공간정보의 위상(topology) 관계를 설정하여 물수급 분석의 계산순서를 선정하고, 시계열 DB를 입력하여 지점별 물수급 분석 결과를 도출하였다. 권역별 주요 수위-유량관측소 1:1 Nash 계수를 검증한 결과 저유량에서 0.8 이상의 높은 재현 성능을 보이는 것으로 나타났다. 이에 따라 본 연구에서 개발된 물수급 분석 모형은 향후 물관련 이슈 지역의 용수공급능력 평가 및 수자원장기종합계획 등 다양한 수자원 정책평가에 활용될 것으로 기대된다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2008.02a
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• pp.787-790
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• 2008

The SWAT(Soil and Water Assesment Tool) is a relatively large scale model for the complicated watershed or river basin. The model was developed to predict the effect of land management practices on water, sediment and agricultural chemical yields in large complex watershed with varying soils, land use and management conditions over long periods of time. Usually streams are divided into urban stream and natural stream in accordance with the development level. In case of urban stream, according to urbanization, as impermeable areas are increasing due to the change of land use condition and land cover condition, dry stream phenomenon at urban stream is rapidly progressed. In this study, long term run-off simulations in urban stream are performed by using SWAT model. Especially, the model is applied in small scale water shed, Joman River basin. The optimization by the sensitivity analysis is also performed for the model parameter estimations.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.419-419
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• 2023

하천의 최종 유출부와 해양이 만나는 지점을 하구라고 하며, 우리나라는 주로 서해안 지역에 하구 방조제 건설에 따른 담수호가 조성되어 다양한 목적으로 수자원이 활용되고 있다. 이러한 하구 담수호는 바다로 유입되기 직전의 물을 저류시켜 수자원 확보에 긍정적이나, 일반적으로 유역의 최하류에 위치해 있어 오염물질 유입, 부영양화, 염분 침출로 인한 오염물질 용출 등에 취약하다. 따라서 담수호의 회복탄력성 향상과 지속가능한 수자원 관리를 위해서는 미래 기후변화에 따른 영향 분석이 필수적이다. 특히 기후변화는 거대규모의 홍수과 같은 자연재난, 농업가뭄 및 식생가뭄 등의 증가로 이어질 수 있으므로, 이에 효과적으로 대비하기 위해서는 미래 기후조건에 따른 하천의 미래 유출량 변화 예측이 수행되어야 한다. 본 연구에서는 불확실한 미래 수문변화를 예측하기 위해 CMIP6(Coupled Model Intercomparison Project Phase 6) GCMs(Global Climate Models)의 SSP(Shared Socioeconomic Pathways) 시나리오를 유역 유출모델에 적용하여 기후변화에 따른 미래 유출특성의 변화를 예측하였다. 충청남도 서산시에 위치한 간월호 유역을 대상유역으로 선정하고, HSPF(Hydrological Simulation Program-FORTRAN) 모형을 적용하여 상류유역의 과거 및 미래 장기유출량 모의를 수행하였다. 모의된 시나리오별 유출량을 기반으로 최빈유량곡선법을 적용하여 미래의 기준유량 발생시점 및 지속기간의 변화를 분석하였으며, CVDs(Center-of-volume dates)의 변화를 통해 기후변화에 따른 홍수기의 시기적 변화 양상을 파악하고자 하였다. 본 연구의 결과는 미래 유역 환경변화를 고려한 담수호의 수자원 보전관리계획 수립에 있어 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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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.