• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.113-113
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• 2018

본 연구는 다목적 입자군집최적화(Particle Swarm Optimization, PSO) 알고리즘을 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형에 적용하여 자동보정 알고리즘의 적용 가능성을 평가하고자 한다. PSO 알고리즘은 Python을 활용해 다목적 함수를 고려할 수 있도록 새롭게 개발되었다. SWAT 모형의 유출 해석은 안성천의 공도 수위 관측소 상류유역($366.5km^2$)을 대상으로 하였으며, 공도 지점의 2000년부터 2017년까지의 일 유량 자료를 이용하여 검보정하였다. 모형을 위한 기상자료는 공도유역 주변 3개 기상관측소(수원, 천안, 이천)의 일별 강수량, 최고 및 최저기온, 평균 풍속, 상대습도 및 일사량을 구축하였다. SWAT 모형의 유출 해석은 결정계수(Coefficient of determination, $R^2$), RMSE(Root mean square error), Nash-Sutcliffe 모형효율계수(NSE) 및 IOA(index of agreement) 등을 활용하여, 기존 연구 결과와 PSO 알고리즘을 활용한 결과를 비교 분석하고자 한다. 본 연구에서 개발한 다목적 PSO 알고리즘을 활용한 SWAT모형의 유출 해석은 보다 높은 정확도를 얻을 수 있을 것으로 예상되며, Python으로 개발되어 SWAT모형 이외에도 널리 적용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.32-32
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• 2018

최근 여러 가지 요인으로 가뭄이 빈발하고 있으며, 가뭄을 대비한 과학적 저수지 운영이 절실하다. 유입량, 관개용수량, 저수량, 하천유지유량 등 저수지 물수지를 반영하여 실제 가뭄 상황에 적용할 수 있는 시스템으로 개발하였다. 여기서, 하류 하천의 수량을 양수하여 저수량을 확보하는 양수저류를 고려하였고, 시기별 관개용수량을 간단관개, 절수관개 등의 실제 상황을 반영하도록 하였다. 또한 저수량의 장기간 변화를 관찰하여 저수지 운영의 가이드라인을 설정할 수 있도록 하였고, 하류 하천의 유량 변화도 평가할 수 있도록 하였다. 최근 수차례 가뭄을 겪은 충남 홍성에 위치한 대사저수지에 개발된 시스템을 적용하였다. 대사 저수지는 유역면적 $2.9km^2$, 유효저수량 137만$m^3$, 수혜면적 163ha에 이르며, 유역면적 $72.2km^2$인 하류하천의 와룡천으로부터 $0.057m^3/s$씩 양수하여 저수량을 확보하고 있다. 일별 저수율 자료가 있는 1991년부터 2016년까지 분석한 결과는 다음과 같다. 양수는 1월 15일부터 5월 31일까지 실시하는 것으로 하고 결과를 정리하였다. 첫째, 일 저수위를 모의하여 검증한 결과 일평균하여 관측 저수위는 EL.84.58m, 모의 저수위는 EL.85.87m이었다. 이 때 강우량은 연평균 1,275.2mm, 유입량은 718.0mm, 유출률 56.3%, 수면증발량 11.5만$m^3$, 관개용수 공급량 117.5만$m^3$, 월류량 148.9만$m^3$이었다. 둘째, 양수로 인한 유입량의 변화는 양수 전에는 연평균 209만$m^3$(유출률 56.3%)에서 양수 후 276만$m^3$(74.7%)로 증가하였고, 양수량은 67.5만$m^3$(연유입량의 32.3%)이었다. 셋째, 하류 와룡천의 유량은 양수 전에는 연평균 연유출량 5,200만$m^3$(유출률 56.5%)에서 양수 후 5,120만$m^3$(55.6%)으로 나타났다. 넷째, 양수 전에는 일평균 저수량이 47만$m^3$에서 양수 후 76만㎥으로 증가하였고, 양수저류로 인해 이수안전도는 15.4%에서 92.3%로 개선되었다. 또한 양수로 인해 저수지 유입량은 연평균 32.3% 증가하였고, 하류하천의 유량은 1.55% 감소하였다. 이상의 분석 결과로 양수저류는 가뭄대응에 상당한 효과가 있다고 평가할 수 있다. 또한 다양한 여건을 고려한 저수지 운영 가이드라인의 합리적 설정으로 보다 적극적인 가뭄대응이 필요하다고 본다. 물관리 현황은 지구별, 저수지별로 다양하다. 향후 현장 상황에 적합한 물관리 방법을 적극 모색해야 하며, 자연과 인간의 평등한 물 이용 환경조성에, 여기 개발한 도구가 일정 부분 유용할 것이라 판단한다.

• 생태와환경
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• 제37권4호통권109호
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• pp.431-435
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• 2004

이 연구는 일본의 카나가와현 츠꾸이에 위치하고 있는 선상지에서 지하수 수질을 조절하는 요인들을 평가하기 위해 질산성 질소에 의해 오염된 지하수를 수문지구화학적으로 조사하였다. 2003년 월별 지하수의 수위는 강우에 의해 크게 증감하였지만, 지하수 내의 질산성 질소 농도는 약간의 변화만을 보여주었다. 뿐만아니라 년중 대부분 지하수 수질 기준의 최고 오염 수준 $10mgL^{-1}$을 초과하였다. 2003년 1년간 지하수의 재충전량은 1,730mm(지하수 수위의 일 증가의 년간 총합인 20,056mm와 일별 감소량의 년간 총합인 18,326mm의 차이)로 나타났다. 그러나 지하수 수위의 일별 증가량의 년간 총합(20,056mm)은 년간 강우량보다 약 10배 이상 높았다. 더욱이 일별 감소량의 년간 총합(18,326mm)은 많은 양의 지하수가 질산성 질소 오염과 함께 방출되었음을 보여주었다. 상당히 높은 질산성 질소를 보유한 강우가 있은 후, 선상지를 통해 많은 양의 지하수 유출입이 관찰되었다. 결과적으로, 산림지대를 포함한 이 선상지에서는 '질소 과잉' 또는 '질소 포화' 라고 하는 상태를 반영하고 있다. 많은 양의 지하수 방출은 지표수에서 질산성 질소의 오염과 같은 환경문제를 야기할 수 있으며, 본 연구를 통해 수문지구화학적 자료가 수질관리에 유용하길 기대한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.191-191
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• 2011

우리나라의 수질 관리는 점오염원 관리에 집중되어 왔다. 수계의 수질이 크게 향상되지 않는 이유는 점오염원의 관리가 엄격히 수행되고 있는 가운데 비점오염원의 영향이 큰 것으로 판단되었다. 본 연구에서는 수문수질 모의가 가능한 SWAT (Soil and Water Assessment Tool) 모형을 이용하여, 비점오염원 저감을 위한 BMP (Best Management Practice) 시나리오를 작성하여 비점오염 부하량의 저감효과를 모의하였다. SWAT 모형의 적용성 평가를 위해 충주댐 유역 ($6,585.1km^2$)을 대상으로 민감도 분석을 통해 최적의 유출 및 유사관련 매개 변수를 선정하였으며, 1998년 부터 2003년까지의 기간 동안 일별 유출, 월별 수질자료에 대한 보정 및 검증을 실시하였다. 전체 17개 소유역에 대한 검보정에 의해 산정된 수질자료인 TN (Total Nitrogen), TP (Total Phosphorus) 그리고 sediment의 부하량을 파악하여 소유역별 TN, TP, Sediment 오염부하특성을 파악하였고, 이에 대하여 선정한 7개의 BMP 시나리오를 소유역의 오염 특성에 맞게 적용하였다. 선정한 BMP 시나리오로는 Streambank stabilization, Porous gully plugs, Recharge structures, Conservation tillage, Terrace, Contour farming 그리고 Manure incorporation이 있고 각 시나리오는 흐름에서의 침전물 감소, 단기간의 토양침식 저감, 지하수양의 증가, 경작지의 침식감소, 지표유출 저하, 흐름에서의 영양물질 감소를 목적으로 최적의 매개변수를 설정하였다. 이상의 결과를 종합적으로 고찰해 볼 때 SWAT 모형은 실측자료를 바탕으로 비점오염에 의한 하천수질 모의가 가능하며, 이 결과를 가지고 BMP시나리오를 적용하여 비점오염 저감에 따른 하천수질 개선을 기대할 수 있다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제53권11호
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• pp.985-997
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• 2020

SWAT (Soil Water Assessment Tool)-MODFLOW은 준분포형 연속강우유출모형과 분포형 지하수 모형을 결합한 모델이다. 본 연구는 남한강에 위치한 복하천 유역의 지하수에 대해 SWAT과 SWAT-MODFLOW의 모의결과를 비교평가 하였다. 두 모델간의 비교에 앞서 각 모델은 유역 내 흥천 수위 관측소의 일별 유출량 자료와 율현 지하수위 관측데이터의 9년(2009 ~ 2017년)의 자료로 보정 및 검증되었다. SWAT의 경우 기저유량과 감수위에 영향을 주는 GW_DELAY, GWQMN과 ALPHA_BF를 이용하여 보정하였고 그 결과 결정계수(R²)는 0.70, Nash-sutcliffe 모델효율(NSE_Q, NSE_inQ)은 각각 0.73, -0.1을 나타냈다. SWAT-MODFLOW의 경우는 토양속성별 대수층 수리전도도(K, m/day), 비저류량(S_s, 1/m), 비산출량(S_y) 및 유효토심(m) 자료가 추가로 적용되었다. 동일 기간의 모의 결과 R², NSE_Q, NSE_inQ는 각각 0.69, 0.74, 0.51을 나타냈다. 특히, SWAT-MODFLOW 적용결과 대수층의 수리지질학적 자료 입력을 통해 저유량 모의가 상당히 개선되었다. SWAT과 SWAT-MODFLOW의 총 유출량은 각각 718.6 mm, 854.9 mm이며 기저유량은 각각 342.9 mm, 423.5 mm로 산정되었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제36권1호
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• pp.117-128
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• 2003

본 연구에서는 소유역에서의 오염총량을 추정하기 위하여 위성영상 카테고리분류 인공신경망 모형과 지리정보시스템 기반의 오염총량모의시스템(Total maximum daily Loads simulation System, TOLOS)을 개발하였으며, 발안유역의 HP#6 소유역을 시험유역으로 선정하여 유역 수문·수질 모니터링을 수행하였고, 시험유역의 도형 자료를 구축하여 TOLOS의 적용성을 평가하였다. TOLOS의 오염총량추정 모듈인 SWAT 모형은 논에서의 지표배수량을 고려하여 구성하였다. TOLOS을 이용하여 일별 측정 자료인 유출량, 유사량, 그리고 영양물질에 대하여 SWAT 모형의 보정과 검정을 실시하였으며, 그 결과 적용 가능성이 있는 것으로 나타났다.

• 한국해양공학회:학술대회논문집
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• 한국해양공학회 2004년도 학술대회지
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• pp.210-215
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• 2004

The Purpose of this study are to develop the simulation(Tank model, Rainfall-runoff model) for the estimation of wily river discharge and for evaluation of wily pollutant loads from the watersheds of the objected basin area. As apply this constructed Tank model to Nakdong river region, we evaluated the wily river discharge of Nakdong river from use-land conditions, precipitation and evaporation data of 3 years(from 1998 to 2000) and investigate the seasonal fluctuation of SS, COD, TN, TP inflowing into Nakdong river. The result shows that summer has high pollutant level than winter in seasonal characteristic and the down stream has high pollutant level than the upper stream. The annual average of SS, COD, TN, TP flawing in Nakdong river(Samranjin) was estimated each 691ton-COD/year, 1854.2ton-SS/year, 382.8ton-TN/year and 13.0ton- TP/year.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1505-1509
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• 2010

유역면적 $406.5km^2$인 진천군의 도심하천에 맑은 물 공급을 위해 상류에 위치한 배곡지의 높이를 높여 도심구간의 하천유지유량이 얼마나 증가되는지 진단하기 위해 1966년부터 2007년까지 일별로 유량을 모의하여 평가한 결과는 다음과 같다. 첫째, 도심하천의 저폭, 수심, 유속 등을 고려하여 목표유량을 $0.43m^3/s$로 설정하였으며, 유량은 백곡지 방류량과 지류 유입량으로 한다. 둘째, 증고후 총저수량 26.65백만 $m^3$, 유효저수량 26.40백만 $m^3$, 수혜면적 1530 ha, 유역면적 $84.79km^2$인 백곡지의 용수공급능력을 분석한 결과, 유입량은 53.84백만 $m^3$, 634.9 $mm/d/km^2$였고, 유출률은 52.0 %였다. 저수면 증발량은 1.26백만 $m^3$였고, 이를 저수면적으로 나누면 765.3 mm으로 강우량의 62.7 %에 이르렀다. 용수공급량은 33.54백만 $m^3$, 9.2만 $m^3$/일 였고, 하천유지유량은 7.57백만 $m^3$, 월류량은 9.69백만 $m^3$, 저수량은 14.78백만 $m^3$였다. 셋째, 백곡천의 평균갈수량은 $0.815m^3/s$로 목표유량 $0.43m^3/s$을 달성하는 것으로 나타났으며, 백곡 저수지의 용수공급능력에 여유가 있는 것으로 이해할 수 있으며, 이로부터 하류하천의 유지유량 공급을 충족하는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.157-157
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• 2012

본 연구에서는 충주댐유역($6,642km^2$)을 대상으로 미래 기후변화가 다목적댐의 이수운영에 따른 하류하천유량에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. 이를 위해, 물리적 기반의 장기유출모형인 SWAT(Soil and water assessment tool) 모형과 저수지의 홍수조절, 용수공급계획, 저수지 제약사항 조사 및 실시간 의사결정지원이 가능한 HEC-ResSim 모형을 적용하였다. 먼저, 미래 댐유입량 산정을 위해 IPCC(Intergovernmental panel on climate change)에서 제공하는 A1B 배출시나리오를 포함하는 MIROC3.2 hires 모형의 결과로부터 충주댐 유역의 총 6개 기상관측소에 대한 과거 30년(1997~2006) 실측자료를 바탕으로 미래 온도와 강수에 대한 편이보정(Bias correction) 및 상세화(Downscaling) 과정을 통하여 미래 기후자료(2040s, 2080s)를 생산하였다. 그 결과, 미래 연평균 온도는 기준년도인 2010년에 비해 최대 $+4.8^{\circ}C$(2080s)의 온도증가를 보였으며, 강수량의 경우 여름과 가을 강수량이 다소 감소하였으나 연평균 강수량은 최대 +34.4%(2080s) 증가하는 것으로 전망되었다. 기후변화에 따른 충주댐의 유입량 산정은 SWAT모형을 이용하여 수자원공사에서 제공하는 1995~2010년까지의 일별 댐유입량 자료를 제공받아 모형의 보정 및 검증을 실시하였다. 기후변화 시나리오 적용에 따른 연평균 댐 유입량은 2080s에 39.8% 증가는 것으로 전망되었다. 이러한 댐유입량의 변화는 댐운영의 변화를 가져올 것으로 예상된다. 따라서, 본 연구에서는 HEC-ResSim모형을 이용하여 충주댐의 월별 용수공급계획(생공용수, 발전용수, 관개용수, 하천유지용수) 및 저수지 운영룰(Rule)에 따른 이수운영모의를 통해 미래 댐유입량 시나리오별 저수위변화 및 방류량을 산정하고 하류 하천의 유황변화를 분석하였다.