• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.179-179
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• 2021

가뭄은 농작물 수확량 및 농업생산시스템에 영향을 주는 등 농업분야의 주요 문제이며 이는 피해를 야기하므로 농업가뭄의 대안 마련 및 모니터링이 필요한 실정이다. 농업현장에서의 용수공급의 경우 기상학적 가뭄이 발생하더라도 농업용 수리시설물에 의한 농업용수 공급이 가능하여 기상학적 가뭄과 농업현장에서 체감하는 가뭄은 상이하다. 따라서 농업가뭄 피해를 최소화하기 위해서는 농업현장에 직접적인 영향을 주는 농업용 수리시설물의 관리는 매우 중요하다. 본 연구에서는 국내 100만톤 이상의 농업용 저수지 중 시범지역을 선정하여 2017년의 일별 저수율을 정규화한 후 미국국립가뭄경감센터 (National Drought Mitigation Center, NDMC)에서 가뭄을 모니터링하는데 사용하는 Percentile을 활용하여 농업용 저수지의 관리기준을 제시하고자 한다. Percentile을 활용하여 저수율 기준을 관심, 주의, 경계, 심각 수준으로 분류하고 당해 저수율의 단계별 빈도를 파악하고자 한다. 그 후 표준강수지수(Standrad Precipitation Index, SPI)를 활용한 2017년 가뭄의 공간분포와 2017년 저수율 관리기준 빈도에 따른 공간분포를 구축하여 비교 분석 해보고자 한다. 본 연구는 농업가뭄 모니터링을 위한 정책 마련에 활용될 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1121-1124
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• 2008

저수분석(low flow analysis)은 수자원공학에서 중요한 분야 중 하나이며, 특히 저수량 빈도분석(low flow frequency analysis)의 결과는 저수(貯水)용량의 설계, 물 수급계획, 오염원의 배치 및 관개와 생태계의 보존을 위한 수량과 수질의 관리에 중요하게 사용된다. 그러므로 본 연구에서는 저수량 빈도분석을 위한 점빈도분석을 수행하였으며, 특히 빈도분석에 있어서의 불확실성을 탐색하기 위하여 Bayesian 방법을 적용하고 그 결과를 기존에 사용되던 불확실성 탐색방법과 비교하였다. 본 논문의 I편에서는 Bayesian 방법 중 사전분포(prior distribution)와 우도함수(likelihood function)의 복잡성에 상관없이 계산이 가능한 Bayesian MCMC(Bayesian Markov Chain Monte Carlo) 방법과 Metropolis-Hastings 알고리즘을 사용하기 위한 여러과정의 이론적 배경과 Bayesian 방법에서 가장 중요한 요소인 사전분포를 구축하고 이를 비교 및 평가하였다. 고려된 사전분포는 자료에 기반하지 않은 사전분포와 자료에 기반한 사전분포로써 두 사전분포를 이용하여 Metropolis-Hastings 알고리즘을 수행하고 그 결과를 비교하여 저수량 빈도분석에 합리적인 사전분포를 선정하였다. 또한 알고리즘의 수행과정에서 필요한 제안분포(proposal distribution)를 적용하여 그에 따른 알고리즘의 효율성을 채택률(acceptance rate)을 산정하여 검증해 보았다. 사전분포의 분석 결과, 자료에 기반한 사전분포가 자료에 기반하지 않은 사전분포보다 정확성 및 불확실성의 표현에 있어서 우수한 결과를 제시하는 것을 확인할 수 있었고, 채택률을 이용한 알고리즘의 효용성 역시 기존 연구자들이 제시하였던 만족스러운 범위를 가지는 것을 알 수 있었다. 최종적으로 선정된 사전분포는 본 연구의 II편에서 Bayesian MCMC 방법의 사전분포로 이용되었으며, 그 결과를 기존 불확실성의 추정방법의 하나인 2차 근사식을 이용한 최우추정(maximum likelihood estimation)방법의 결과와 비교하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.60-60
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• 2023

태풍 힌남노에 경주에 위치한 총저수량 184만m³, 유역면적 22km²인 왕신저수지는 303m의 제체가 2시간여 동안 전면 월류하는 초유의 사태를 겪었다. 그때 다행히 저수지 수위는 10분 단위로 기록됐다. 이 자료를 이용하여 제체 월류현상을 평가하기 위해 저수지 운영의 기본자료인 유입량, 저수량, 방류량 등을 10분 단위로 생산코자 했다. 방법은 인근에 위치하고 운영자료가 있는 총저수량 260만m³, 유역면적 3.7km²인 감포댐에 대해 유입량 모의방법을 검증하고, 왕신저수지에 그대로 적용하여 유입량을 모의하고, 물수지에 의해 방류량을 계산하는 것으로 했다. 모의결과는 저수량 오차로 신뢰도를 확인했다. 여기서 저수지 유입량은 ONE 모형을 이용하여 10분 단위로 생산했다. 2022년 9월 5일부터 6일까지 10분 단위로 모의한 결과는 다음과 같다. 첫째, 감포댐 유역은 강우량은 10분 최대 32.3mm, 총강우량 196.0mm였고, 유입량은 10분 최대 80.1m³/s, 총유입량 59만m³로 모의됐고, 신뢰도는 RMSE 2.120mm, NSE 0.947, R²는 0.949로 매우 높게 나타났다. 그리고 저수량 모의 신뢰도도 RMSE 0.153m, NSE 0.993, R²는 0.997로 높았다. 둘째, 왕신저수지 유역은 강우량은 유역내에 위치한 환경부 관리의 화산리 관측소에서 10분 최대 21.0mm, 총강우량은 10시간 동안 422.0mm였고, 유입량은 10분 최대 716.5m³/s, 총유입량 904만m³로 모의됐고, 유출률은 95.7%로 강우량 거의가 유입되는 것으로 나타났다. 셋째, 왕신 저수지의 방류량은 10분 최대 610.8m³/s, 총방류량 848만m³로 계산됐고, 총유입량의 93.8%에 상당한 것으로 나타났다. 그리고 저수지 물수지에 의해 10분 단위 모의 저수위의 신뢰도는 RMSE 0.117m, NSE 0.994, R²는 0.999로 매우 높게 나타났다. 넷째, 왕신저수지의 제체고 EL.59.20m를 월류한 시간은 9월6일 5시50분부터 8시까지 2시간10분 동안였으며, 관측 저수위는 EL59.24m~EL.60.28m, 모의 저수위는 EL.59.31m~EL.60.29m로 나타났다. 월류되는 동안 총유입량은 544만m³, 총방류량은 527만m³로 나타나, 유입량의 96.8%가 월류되는 것으로 계산돼 저수지의 저류효과는 거의 없는 것으로 나타났다. 이때 유입량은 전기간의 60.2%, 방류량은 62.1%에 상당했다. 다섯째, 힌남노에 따른 왕신저수지의 홍수조절효과는 첨두유입량을 105.7m³/s 저감시켰고, 홍수량을 56만m³을 저류시킨 것으로 분석됐다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.708-708
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• 2012

국내에는 농업용수 공급을 목적으로 축조된 저수지가 2008년 통계연보기준에 따르면 17,649개소가 있으며, 이 중 3,326개소는 한국농어촌공사에서 관리하고, 나머지 14,323개소는 지자체에서 관리하고 있는 것으로 파악되고 있다. 유효저수량으로 보면 공사관리가 24억4천7백만$m^3$, 지자체관리가 3억2천3백만$m^3$으로 각각 88.3%와 11.7%를 관리하고 있는 셈이다. 경상북도와 같은 산이 많은 지방은 지자체관리가 전체 대비 34.5%인 4,943개소이지만 유효저수량으로 보면 전체 27억7천만$m^3$ 중 8천4백만$m^3$ 3%수준, 지자체관리 대비 26.1%수준의 저수지가 있는 셈이다. 저수지의 축조년도를 지자체관리 저수지의 58%인 8,352개소의 저수지가 1948년 이전에 축조된 일명 '밀가루 댐'으로 불리는 저수지가 대부분이다. 축조된 지 60년 이상 된 시설물은 공용내구연한이 경과한 시설로서 노후손상부위를 복구해야 함은 물론 이상기후에 따른 강우사상의 변화로 설계빈도를 달리하여 재해대비 보강이 필요한 시설이다. 2002년 8월 제15호 태풍 루사나 2003년 9월 제14호 태풍 매미 등에 의해 저수지의 피해가 발생하는 빈도가 점차 늘어가고 있다. 따라서 지자체관리 저수지의 안전관리방안의 마련을 통한 재해대비보강 및 기능강화가 시급한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 시 군 관리 농업용 저수지에 대하여 저수지 준공년도별 설계빈도에 대한 등급 구분 및 홍수배제 능력 등 수리 수문학적 안정성 기준을 설정하여 검토한 결과 1960년대 이전에 축조된 저수지의 경우 50%이상의 저수지에서 안정성에 문제가 생긴 것으로 파악되며, 1970년대에는 38%, 1980년대에는 34%, 1990년대에는 24%로 검토되었다. 이와 같이 안정성에 문제가 있는 저수지는 주기적인 모니터링과 보강이 필요하다고 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.1312-1316
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• 2010

2007년 현재 농업기반시설관리시스템에 등록 관리되고 있는 저수지는 3,319개소로서 총 저수량은 2,795백만$m^3$, 유호 저수량 2,448백만$m^3$, 유역면적 1,431천ha이고 수혜면적은 392천ha이다. 용수원 중 저수지 유효저수량이 약 93%이다(한국농촌공사, 2008). 또한 2004년 기준 총 3,328개의 저수지 중 홍수조절용 게이트가 설치된 저수지는 28개소로서 대부분 자연유하식 물넘이를 통하여 홍수량을 배제할 수밖에 없어 집중호우나 폭우를 감당하기에는 구조적으로 취약한 실정이다. 따라서 현재 운영 중인 저수지는 가뭄 대비 용수확보의 기능도 홍수시 홍수배제 능력도 부족한 현실이다(김필식, 2009). 본 연구에서는 형산강 유역에 위치한 수위관측소 지점에 대해 저수지 고려유무에 따른 유출특성 분석을 실시하였다. 먼저 형산강 유역에 위치한 저수지 유역면적을 검토한 결과 형산강 전체 유역면적대비 51.23%를 차지하는 것으로 나타났으며, 형산강 본류에 위치한 경주2, 모아, 안강 지점의 유출률은 저수지 유역면적을 고려하지 않았을 경우 각각 30.1%, 38.9%, 34.2%로 분석되었고 저수지 면적을 고려하였을 경우 각각 37.2%, 50.2%, 45.1%로 분석되었다. 결과적으로 형산강 유역에서 저수지 유역면적이 전체 유역면적의 50% 이상을 차지하고 있으며 저수지를 고려한 유출률은 저수지 유역면적을 배제한 유출률에 비해 7.06%~11.22%의 높은 유출특성을 보이는 것으로 분석되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.536-536
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• 2012

댐은 하천의 흐름을 막아 그 저수를 생활 및 공업용수, 농업용수, 발전, 홍수조절, 특정용도로 이용하기 위한 구조물을 일컫는다. 여러 가지 용도로 만든 댐의 저수지에는 상류에서 들어오는 유사가 저수지 바닥에 가라앉아 쌓이게 되는데 이를 저수지 퇴사(reservoir sedimentation)라 하며, 이는 저수지 유효 용량을 감소시키고 홍수시 유입 하천의 홍수위를 상승 및 저수지 수질을 악화시키는 등의 문제를 일으킨다. 저수지를 관리함에 있어 저수지로 유입되어 바닥에 가라앉는 퇴사량을 분석하고 저수용량과 수면적의 감소율을 예측하는 것은 효율적인 저수지 장기운영에서 매우 중요한 사항이다. 본 연구에서 향후 저수지로 유입되는 일유출량의 예측을 위해 과거 1987~2011년(25년)의 충주 댐 일유입량($m^3/s$) 자료를 단순반복시켜 향후 50년 동안의 일유량($m^3/s$)을 산정하였고, 일단위 모의가 가능한 유역단위의 분포형 장기 강우-유출모형인 SWAT를 이용하여 산정된 일유량($m^3/s$) 자료를 비교 평가하여 모형의 검증을 실시하였다. 유량-유사량 관계곡선을 이용하여 분석 대상 기간 동안의 총유사량을 구할 수 있으며, 한강유역조사(2002)에서 유도한 충주댐 상류 정선지점의 유량-유사량 관계식으로부터 향후 50년의 일유량($m^3/s$) 자료를 이용하여 총유사량를 산정하였다. 또한, 경험적 면적감소법을 이용하여 임의의 기간에 대한 실측치와 모의치 각각에 대한 퇴사분포 및 퇴사량을 산정 및 평가하였다. 이를 통해 효율적인 용수관리를 위한 저수지 퇴사관리 방안의 시기별 도출이 가능하였다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.53 no.4
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• pp.293-301
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• 2020

This study determined appropriate threshold level (cumulative period and percentage) of precipitation for drought management in dam basin. The 5 dam basins were selected, the daily dam storage level and daily precipitation data were collected. MAP (Mean Areal Precipitation was calculated by using Thiessen polygon method, and MAP were converted to accumulated values for 6 cumulative periods (30-, 60-, 90-, 180-, 270-, and 360-day). The correlation coefficient and ratio of variation coefficient between storage level and MAP for 6 cumulative periods were used to determine the appropriate cumulative period. Correlation of cumulative precipitation below 90-day was low, and that of 270-day was high. Correlation was high when the past precipitation during the flood period was included within the cumulative period. The ratio of variation coefficient was higher for the shorter cumulative period and lower for the longer in all dam, and that of 270-day precipitation was closed to 1.0 in every month. ROC (Receiver Operating Characteristics) analysis with TLWSA (Threshold Line of Water Supply Adjustment) was used to determine the percentage of precipitation shortages. It is showed that the percentage of 270-day cumulative precipitation on Boryung dam and other 4-dam were less than 90% and 80% as threshold level respectively, when the storage was below the attention level. The relationship between storage and percentage of dam outflow and precipitation were analyzed to evaluate the impact of artificial dam operations on drought analysis, and the magnitude of dam outflow caused uncertainty in the analysis between precipitation and storage data. It is concluded that threshold level should be considered for dam drought analysis using based on precipitation.

• Spatial Information Research
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• v.17 no.2
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• pp.223-239
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• 2009

The low fow analysis for small-mid sized river basins is very difficult because of insufficient flow data or ungauged basins. The objective of this study is to suggest effective method of low flow using area function method for calculating Total Maximum Daily Loads (TMDL) by considering environmental carrying capacity. Two watersheds which are Juchon watershed having $606km^2$ areas and ungauged watershed having $4,551km^2$ areas were selected for this study. As a result of application, the low flow in the downstream of Juchon River and the Han River after confluence of Okdong River were $1.9m^3/s$ and $20.7m^3/s$, respectively. Then we consider the target BOD of 1.0-1.2mg/l in Youngwol prefecture, the TDML was estimated 164-197kg/day and 1,788-2,146kg/day, respectively. This approach will useful for estimating TDML to insufficient watershed of flow data and ungauged watershed of flow data.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.54 no.7
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• pp.535-544
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• 2021

Agricultural water occupies 48% of water demand, and management of agricultural reservoirs is essential for water resources management within agricultural basins. For more efficient use of agricultural water, monitoring the distribution of water resources in agricultural reservoirs and agricultural basins is required. Therefore, in this study, three threshold determination methods (i.e., fixed threshold, Otsu threshold, Kittler-Illingworth (KI) threshold) were compared to detect terrestrial water bodies using Sentinel-1 images for 3 years from 2018 to 2020. The purpose of this study was to evaluate methods for determining threshold values to more accurately estimate the reservoir area. In addition, by analyzing the relationship between the water surface and water storage at the Edong, Gosam, and Giheung reservoirs, water storage based on the SAR image was estimated and validated with observations. The thresholding method for detecting a waterbody was found to be the most accurate in the case of the KI threshold, and the water storage estimated by the KI threshold indicated a very high agreement (r = 0.9235, KGE' = 0.8691). Although the seasonal error characteristics were not observed, the problem of underestimation at high water levels may occur; the relationship between the water surface and the water storage could change rapidly. Therefore, it is necessary to understand the relationship between the water surface area and water storage through ground observation data for a more accurate estimation of water storage. If the use of SAR data through water resources satellites becomes possible in the future, based on the results of this study, it is judged that it will be beneficial for monitoring water storage and managing drought.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.2233-2237
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• 2008

기존 댐저수지 유입량 산정은 수위-저수량곡선에 댐축에서 측정된 수위를 적용하여 시간당 저수량변화를 계산한 후 방류량을 감안하여 산정하고 있으나, 특히 홍수시 저수지내의 수위가 균일하지 않아 유입량 산정 시 오차 원인이 되고 있다. 홍수기 댐 저수지의 운영에 있어서 가장 큰 불확실도를 가지고 있는 유입량의 정확한 모의를 위해서는 유역 상류 유입부 유량뿐 아니라 저수지 내에서의 수위관측 필요하며, 또한 기존 방법에 의한 유입량 계산의 오차 규명 필요하다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 GIS를 이용한 저수지의 저수위-저류량곡선 개선 및 댐저수지 구간별 수위관측을 통한 실시간 홍수 유입량 산정 시스템 도입이 절실히 요구되고 있는 실정이다. 본 연구에서 현행 댐 저수지에서 운영되고 있는 수위관측소를 포함하여 관측지점을 확대하고 실시간 수위관측이 가능한 통신체계를 구축하고자 하였다. 관측지점의 확대는 기존의 문제점을 해결하는데 있어 주요 지점의 수면 프로파일을 구축하여 호내 유입량 산정에 대한 재검토를 진행하고자 하였으며, 이를 위해 구간별 수위 모의가 가능한 HEC-RAS 모형을 이용하여 저수지 내의 수면곡선 분포를 모의하고 저수지 내에서 관측한 수위자료와 비교하였다. 또한 관측된 수위자료의 체계적인 관리 체계 구축을 위해 실시간 모니터링이 가능하고, 통신망의 안전성 확보를 통한 결측 자료가 발생하지 않도록 USN Gateway와 CDMA를 연동하여 통신망을 구성하였다. 나아가, 댐 저수지 유입량 산정에 대한 재검토와 실시간 수위관측 방법에 대한 신기술 도입을 통하여 물관리 부서에 즉시 적용이 가능하도록 유입량 산정 방법과 센서 기술 적용 방법 및 확장성을 제시하였다.