• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1686-1690
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• 2010

우리나라 면적의 약 67%에 이르는 660만ha의 산림 중 침엽수림은 혼효림을 포함하여 약 74%를 차지해 활엽수림보다 넓게 분포하고 있다. 이와 같이 넓은 산림은 가뭄, 홍수와 같은 수문현상과 관련이 있으며 강우에 따른 유출에의 기여하는 바가 클 뿐만 아니라 강우, 증발산, 침투 유출에 이르는 다양한 수문현상이 복합적으로 나타난다. 특히, 최근 임목밀도의 증가가 오히려 증발산량의 증가, 옆면에 의한 강우 차단량의 증가 등을 발생시켜 가뭄과 홍수 또는 산사태의 원인이 될 수 있으며, 수자원 함양을 저해하는 요소로 작용하고 있다는 우려의 목소리가 나오고 있다. 따라서 산림지역의 증발산과 관련 있는 토양수분의 지속적인 모니터링과 감쇄특성 및 토양수분 환경에 대한 연구는 중요한 요소 연구가 될 수 있다. 봄에서 여름으로 진행되는 시기에는 강우발생에 비해 수목의 생육이 활발하여 증발산에 따른 토양수분 변화 및 감소가 급격하게 일어나며, 여름에는 토양수분의 감소도 뚜렷한 반면, 강우사상도 많이 발생하여 이에 따른 변화폭이 크게 나타난다. 또한, 가을에서 겨울로 진행되는 시기에는 수목의 생육의 둔화와 기온 하강으로 인하여 토양수분 감쇄현상 및 변화가 적게 나타나 토양수분의 변화양상이 계절마다 다르게 나타난다. 이에 토양수분의 감쇄현상을 파악하면 곧 산림지역에서의 증발산량 및 토양수분 소비특성을 파악할 수 있기 때문에, 산림에서 실제 토양수분 모니터링과 이를 통한 시간별, 깊이별 토양수분 변화 및 감쇄현상을 파악하는 것은 중요하다. 따라서 본 연구에서는 침엽수 산림에서의 토층별 월별 토양수분의 감쇄특성을 분석하기 위하여 침엽수림에서 토양수분 장기 모니터링 시스템을 구축하여 시간별, 토층별 토양수분 모니터링을 실시하고, 이를 바탕으로 침엽수림에서의 토양수분 감쇄현상을 분석하였다. 또한 토양수분 데이터 및 기상자료를 활용하여 월별, 기간별 토양수분 감쇄곡선을 산정하고 감쇄상수를 비교하였으며, 감쇄특성에 대하여 비교 분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.401-401
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• 2021

최근 급격한 기후변화로 인한 기온, 강수량 등의 시·공간적 변화는 홍수, 가뭄 등과 같은 자연재해의 빈도와 규모를 증가시키고 있다. 특히 한강수계 주요 하천에서는 급격한 도시화 및 산업화로 인한 물 수요의 증가와 기후변화로 인한 강수량 감소 그리고 하천변 시설에서의 과다한 지하수 이용으로 인해 지하수위 변동이 발생하고 있다. 2017년 국가 지하수관측연보 및 지하수조사연보에 따르면 한강수계에 위치한 전체 569개 관정 중 암반층 관정과 충적층 관정의 최근 5년간 지하수위 평균 변동폭은 각각 3.91 m, 2.73 m로 조사되었으며, 10년 이상 장기관측 자료를 보유한 430개소 관정 중 228개소 관정에서 지하수위 하강 추세를 보이는 것으로 조사된 바 있다. 이처럼 강우나 하천수위 등 자연적인 원인과 양수, 유출 등 인위적인 원인에 의해 발생하는 지하수위의 하강은 지반 침하의 주요 원인이 되며, 하천 기저유출의 변화에도 큰 영향을 미치고 있다. 기저유출은 하천으로 단기 유출되는 지하수로 평수기 및 갈수기 하천 유량의 대부분을 차지하고 있기 때문에 건기시 하천 수질과 수생태계 관리에 있어 매우 중요한 요소에 해당된다. 따라서, 기후변화에 의한 이상가뭄 발생 등을 대비하기 위한 비상용수 또는 대체수자원으로서의 지하수 개발수요가 증가하는 추세에 따라 기저유량 확보 및 수질 개선 방안을 수립하는 것은 지속가능한 수자원 이용·관리 측면에 있어서 매우 중요하다. 현재 활용되는 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)과 HSPF(Hydrological Simulation Program Fortran) 수문모형의 경우 지표유출 모의에 있어서 다양하게 활용되고 있으나 기저유량의 특성을 고려하기 위해서는 지표하 수문거동 모의가 어렵다는 한계가 있다. 또한 지표하 수문거동 모의가 가능한 MODFLOW의 경우 지표유출을 모의하기 어려운 한계가 있다. 이를 극복하기 위하여 SWAT-MODFLOW 모형이 개발되었으며, 본 연구에서는 SWAT-MODFLOW 모형을 활용하여 신둔천 유역을 대상으로 유량 및 지하수위 모의결과를 검보정하여 기저유량을 산정하고 변동특성을 분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.172-172
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• 2021

주된 물관리 시설의 신뢰성 있는 운영 계획의 수립을 위하여 충분한 길이의 유입량을 확보하는 것은 중요하나 현실적으로 제한된 관측 자료만 존재한다. 본 연구에서는 충분한 길이의 유입량을 생성하기 위하여 유입량의 모의 방법론을 제안하고자 한다. 제안하는 모형은 크게 3가지의 방법론을 기반으로 한다. 첫 번째는 연 유입량과 월 유입량의 생성단계로 Wavelet 기반으로 Autoregressive-moving-average(ARMA)을 적용할 것이다. 다음으로 일 유입량의 생성에 있어서 과거 관측값을 기반으로 한 Z-Score-based jittering 방법론을 적용할 것이다. 이렇게 각각 생성된 연 유입량, 월 유입량 그리고 일 유입량을 K-Nearest Nedighbors (K-NN) 방법론을 이용하여 최종 유입량을 결정하고자 한다. 생성된 유입량의 유용성을 판단하기 위하여 본 연구에서는 단기와 장기에서의 시계열의 지속성을 허스트 지수와 상관계수를 사용하여 검증할 것이며 이를 과거 관측치와 비교하고자 한다. 또한 각각의 연, 월, 일별의 기준으로 주요 통계치인 평균과 표준편차를 과거 관측 시계열의 통계치와 비교하여 그 유용성을 판단할 것이다.

• 한국습지학회지
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• 제21권4호
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• pp.312-320
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• 2019

남조류의 대발생은 대량 번성 및 사멸에 따라 수체 내 산소 고갈 및 유기물 증가와 같은 문제를 야기하고 있다. 매년 여름철 폭염 및 가뭄의 영향으로 조류대경보가 발령되고 있으며, 낙동강 본류 구간의 선제적 녹조관리를 위해 남조류 발생특성을 정량적으로 규명할 필요가 있다. 본 연구에서는 시각화 분석 및 상관관계 분석을 이용한 남조류 발생 주요 영향인자 분석과 더불어 머신러닝 기법인 의사결정나무를 이용하여 영향인자에 따른 남조류 발생조건을 정량적으로 분석하였다. 8개 보 모든 지점에서 기상학적 요인인 기온과 SPI 가뭄지수는 남조류 세포수와 유의한 상관관계 특성을 보였다. 이는 폭염일수 증가 및 가뭄에 따른 수체 내 물의 혼합 차단 및 성층현상이 지속되어 남조류 발생을 촉진시키는 것으로 보여지며, 장기적으로 기상학적 영향을 고려한 남조류 발생의 선제적 관리도 필요할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.328-328
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• 2016

우리나라는 생활용수의 대부분을 지표수에 의존하고 있는 실정이다. 그러나 지표수는 가뭄과 같은 기상변화, 수질사고 등으로 물 공급의 안정성에 문제가 되기도 한다. 향후 기후변화는 가뭄의 빈도와 강도를 증대시킬 것으로 파악되므로 수질 및 수량의 문제를 더욱 악화시킬 것으로 예상된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 지표수를 대수층 내에 인공적으로 함양한 뒤 대수층의 자연정화 기능에 의해 여과된 양질의 청정원수를 생산하는 기술을 본 연구에서 현장에 실증 적용하는 시설을 구축하였다. 이러한 기술은 기존의 지하 대수층을 이용하는 강변여과 등이 갖는 장점을 취하고 단점을 보완하였으며 친환경적이며 지속가능한 용수공급뿐만 아니라 청정 원수 확보를 통해 정수처리비용을 절감, 장기간의 가뭄이나 지표수 수질사고 시에 비상용수 공급 등 기존 취수원들과 달리 많은 장점을 갖고 있는 대규모 청정지하저수지 시험시설이다. 청정 지하저수지 기술이 주로 적용되는 지역은 해안지역 또는 하구 델타지역을 대상으로 한다. 해안 또는 델타지역은 해수침투로 인하여 염지하수가 부존되어 있기 때문에 지하수자원 활용에 매우 제한적이다. 따라서 지표수(담수)를 전처리하여 대수층에 인공적으로 함양을 하여 염지하수 대수층 안에 담지하수(담수체)를 형성할 수 있다. 이는 염수와 담수의 밀도차에 의해 희석되지 않는 특성을 이용한 기술이다. 청정 지하저수지 시험시설은 크게 지표수 취수시설, 전처리시설, 주입정, 양수정, 운영시스템으로 나눌 수 있다. 주입정 및 양수정은 원형의 형태로 지하저수지 조성범위 중심부에 9개의 주입정과 외각에 8개의 양수정을 설치하였다. 시험시설의 운영 과정은 하천수를 취수하여 전처리시설에서 탁도를 제거한 후, 피압대수층 염지하수에 동력으로 주입을 한다. 이때 기존에 부존되어 있던 염지하수를 밀어내고 담수체 지하수 형성을 유도한다. 일정기간 주입을 통해 목표 담수체를 만들어 내면 양수정에서 담수를 취수하되, 대수층의 모래자갈층을 일정거리 이동하여 취수하는 방식이다. 즉, 하천수를 대수층에 함양하고, 일정거리를 이동하여 취수하는 ASTR 방식의 대체수자원 확보 기술이다. 시험시설은 통합운영센터를 통해 원격감시 및 각종 제어/계측을 실시하며, 모니터링된 자료는 운영시스템에서 관리한다. 본 연구시설에서는 대수층 주입, 관정폐색, 미생물/지화학 수질반응, 지하수모니터링, 지반변형 등이 주요 핵심 연구를 진행하고 있도록 시설을 구성하였다. 본 시험시설은 2015년 8월 착공하여 2016년 4월에 완공 예정이며, 2016년 3월부터 주입을 시작하여 6개월간 피압대수층에 주입을 실시하고 이후부터 주입과 양수를 병행할 계획이다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제56권9호
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• pp.587-602
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• 2023

기후변화, 인구증가 및 경제발전으로 도시물순환시스템 내 용수 수요량과 물 이용에 필요한 에너지는 지속적으로 증가하고 있다. 따라서 도시물순환시스템을 효율적으로 관리하기 위해 물 부문만을 고려하는 전통적인 방식을 벗어나 물과 에너지 부문 간 상승효과와 상충관계를 고려하는 넥서스 접근법이 주목받기 시작하였다. 이러한 넥서스 방법론을 적용하여 도시물순환시스템이 에너지 집약적인 시스템임을 증명하고, 에너지 원단위로 표현되는 물-에너지 효율 관계를 분석하며, 기후(장기 기후변동, 가뭄, 유형), 지리적 특징(표고차, 평지비, 위치), 시스템 특징(총급수량, 인구, 인구밀도, 관로연장) 및 운영관리 현황(상수관망 수압, 누수율, 물절약)이 미치는 영향을 규명하고자 하는 연구들이 수행되어왔다. 그러나 이를 통해 도시물순환시스템 관리자에게 정책 및 제도의 방향을 제시할 수 있으나 구체적인 정책을 수립하고 시행하는 데 한계가 있었다. 본 연구에서는 기존에 제시된 문헌 조사를 통해 시스템 및 공정별 에너지 원단위 매트릭스 구축하고, 물-에너지 넥서스 모델을 활용하여 도시여건, 외부영향 및 운영관리수준이 시스템에 미치는 영향을 정량화하였으며, 관리자가 벤치마킹할 수 있는 물-에너지 사용효율 기준을 제시하였다. 이를 활용하여 도시물순환시스템 관리자는 시스템의 효율적인 운영관리를 위한 전략과 실행계획을 도출할 수 있으며, 계획의 시행 후 적합성 및 타당성에 대한 평가가 가능할 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.7-7
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• 2016

인도네시아 산불에 의한 연무는 동남아시아 인접한 국가들에 있어서 심각한 환경문제 중 하나이다. 국제적으로 심각한 문제를 야기하는 인도네시아의 산불은 건조기에 강수량이 적게 내리는 극심한 가뭄 조건에서 발생한다. 건조기 강수량을 모니터링 하는 것은 산불 발생 가능성을 예측하기 위해 중요하지만 산불을 사전에 예방하고 영향을 최소화하기에는 부족하다. 따라서 산불에 대한 선제적 사전예방을 위해서는 수개월의 선행예측 기간을 갖는 조기경보 시스템이 절실하다. 따라서 본 연구는 인도네시아 산불에 대한 선제적 대응을 위한 강수량 예측시스템을 개발하고 예측성을 평가하여 동남아시아 지역의 화재 연무 조기경보 시스템의 시제품(Prototype)을 개발하는데 있다. 강수량 예측을 위해서 APEC 기후센터의 계절예측정보의 활용 정도에 따라서 4가지 서로 다른 방법을 통합하여 사용하였다. 예측정보 기반의 방법들로는 대상지역의 강수량 예측을 위해서 대상 지역 상공의 계절예측 강수자료를 보정을 통해 직접적으로 사용하는 SBC (Simple Bias Correction) 방법과 대상 지역 상공의 강수 예측자료를 사용하는 대신에 지역 강수량과 높은 상관 관계를 보이는 다른 지역의 대리변수를 예측인자로 사용하는 MWR (Moving Window Regression) 방법이 있다. 또한 예측자료의 사용 없이 과거자료 기반의 기후지수(Climate Index) 중에서 지체시간을 고려하여 지역 강수량과 높은 상관관계를 갖는 경우 예측에 활용하는 관측자료 기반의 CIR (Climate Index Regression) 방법과 예측기반 MWR과 관측기반의 CIR 방법에서 선정된 예측인자를 동시에 활용하는 ITR (Integrated Time Regression) 방법이 사용되었다. 장기 강수량 예측은 보르네오 섬의 4개 지역에서 3개월 이하의 선행예측기간에 대하여 0.5 이상의 TCC (Temporal Correlation Coefficient)의 값을 보여 양호한 예측성능을 보였다. 예측된 강수량 자료는 위성기반 관측 강수량 및 관측 탄소 배출량 관계에서 결정된 강수량의 임계값과의 비교를 통해 산불발생 가능성으로 환산하였다. 개발된 조기경보 시스템은 산불 발생에 가장 취약한 해당지역의 건조기(8월~10월) 강수량을 4월부터 예측해 산불 연무에 대한 조기경보를 수행한다. 개발된 화재 연무조기경보 시스템은 지속적인 개선을 통해 현장 실효성을 높여 동남아국가 정부의 화재 및 산림관리자들에게 보급함으로써 동남아의 화재 연무로 인한 환경문제 해결에 기여할 수 있으리라 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제39권1호
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• pp.33-44
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• 2019

최근 기후변화 현실화로 강우 발생 시기와 패턴이 변화하면서 유역에 따라 유황이 변화하고 있는 실정이다. 이로 인한 하천 유황의 장기적 변화는 수중생태계의 구조와 기능에 커다란 변화를 야기한다. 하지만 국내에서는 기후변화와의 연계성은 물론, 유량변화와 생태학적 특성을 포함한 수생태계 관점에서의 분석은 대부분 이루어지지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 기후변화로 인한 현재-미래의 유황 변화가 만경강 하도와 홍수터 영역에서 감돌고기의 서식환경에 미치는 영향을 정량적으로 평가하였다. 그 결과, 현재보다 미래에 홍수와 가뭄 등 극한 수문 조건이 심화됨을 확인하였고, 특히 크기, 빈도, 지속시간, 시기와 변화율 등을 비교 분석함으로써 유황 특성의 변화를 명확히 파악하였다. 그리고 유황 특성과 물리서식처 해석을 연계함으로써 기후변화로 인해 미래 생태환경 변동에 대한 위험성이 크게 증대될 것이라는 결과 제시가 가능하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.516-516
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• 2016

기후변화는 농업생산량 감소와 식량 안보 문제와 같이 농업에 심각한 영향을 미칠 수 있다. 또한 기존의 농업수리 및 관개배수 시설 운영에 영향을 줄 수 있다. 따라서 지속가능한 농업 수자원 관리를 위해서는 기후변화의 영향을 고려한 장기적인 계획 수립이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 논벼 지역의 설계용수량의 확률론적 분석을 통한 논벼 필요수량 및 설계용수량에 대한 기후변화영향 평가를 실시하였다. 이를 위해서 본 연구에서는 23개 GCM의 36개 산출물을 활용하여 Multi-model ensemble 구축하였다. 먼저 GCM별 증발산량과 유효우량을 산정한 결과 중부지역에서는 IPSL-CM5A 모델의 기후변화자료를 활용할 경우 증발산량과 유효우량이 타 GCM 모델들과 비하여 크게 산정되었다. 남부지역에서는 CanESM2 모델을 적용할 경우 가장 많은 증발산량과 유효우량이 모의되는 것으로 나타났다. 이처럼 GCM별로 다양한 결과가 모의되기 때문에 농업시설 설계에 적용되는 설계용수량의 경우 안전성을 위하여 Multi-GCM models을 활용할 필요가 있다. Multi-model ensemble의 RCP 4.5와 RCP 8.5 시나리오를 적용한 결과, 모든 경우에서 1995s(1981-2014)에 비해 설계용수량은 점차적으로 증가하는 것으로 나타났다. 평균 증가율은 RCP 4.5에서 중부지역이 9.4%, 남부지역이 6.0% 증가하는 것으로 나타난 반면, RCP 8.5에서는 중부지역이 11.1%, 남부지역이 8.2% 증가하는 것으로 나타났다. 또한 여러 GCM 산출물간의 불확실성은 RCP 4.5보다는 RCP 8.5 시나리오가, 중부 지역보다는 남부 지역이, 논벼 증발산량 보다는 유효우량이 더 큰 것으로 분석되었다. 본 연구는 향후 미래 가뭄 위험성을 최소화하기 위한 농업 수자원관리 전략수립에 활용될 수 있을 것이다. 또한 본 연구결과는 기후변화 영향 평가에 있어서 적합한 GCM 자료를 선택하는데 있어, 불확실성을 가늠할 수 있는 유용한 척도로 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.200-200
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• 2023

기후변화로 홍수 및 가뭄의 빈도 증가로 인해 수자원 부족 현상이 지속되고 있다. 하천유량은 기저유출과 직접유출으로 구성되어 있으며 갈수기의 유량의 대부분은 기저유출로 이루어져 있다. 기저유출의 감소는 어류의 서식지 감소, 수질 악화 등 부정적인 영향을 하천 환경에 준다. 하천의 유역별로 직접유출과 기저유출을 분리하여 기저유출량을 정량적으로 산정하고 그 변동성을 해석하는 것은 유역관리에 있어 반드시 필요하다. 기저유출 분리 방법 중 BFlow (Baseflow filter program)는 유역 단위 모형인 SWAT과 연계되어 장기유출에 대한 기저유출 특성을 파악하는데 사용되어 왔다. BFlow는 유역의 특성에 따라 총 3개의 filter 중 한 개를 선택하여 하천유량에 대한 filter의 통과량으로 기저유출을 계산하며 총 세 번의 filter값을 각각 pass 1 ~ 3로 표현한다. 기존의 연구에서는 pass 1, pass 2를 이용해서 기저유출을 산정하였으나 pass 2보다 pass 1의 첨두가 하천유출수문곡선의 하강부에 있는 변곡점에 접근하여 기저유출이 분리된다. 또한, BFlow에서 기저유출 분리시 단일 β parameter가 적용되며 수문곡선의 감수부에 민감도가 높은 변수이다. SWAT 모형을 통해 모의된 유출량은 실측자료를 기반으로 검,보정하였고 모의 결과의 기저유출량과 BFlow의 β parameter를 유황별로 적용한 pass 1의 기저유출량 결과를 비교하였다. 기존 SWAT 기저유출량보다 수정된 BFlow를 통해 하천유량에서 기저유량을 분리한 결과가 수문곡선감수부의 변곡점에 기저유출 첨두가 위치되는 것으로 분석되어 유황별로 β parameter를 적용시켜 감수부 특징을 반영할 수 있게 수정하였다고 판단된다. 본 연구의 결과는 하천 및 유역 환경 관련 정책 수립 시 필요한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.