• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.408-408
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• 2011

수자원관리와 수문모형에 있어 강수, 증발산, 침투, 침루 등의 물 순환과정에 대한 실질적인 이해와 분석연구의 중요도가 높아지고 있는 실정이며, 그중에서도 토양수분은 강수의 침투, 유출 등의 지표면과 대기사이의 질량 및 에너지이동에 관여하는 중요한 요소로서 수자원 및 수문현상에 직접적인 영향을 미친다. 이를 위해 강수, 증발산, 토양수분과 같은 수문변수에 대한 다양한 관측이 실시되어야 하지만 국내에서는 지속적이고 안정적으로 지상관측을 할 수 없는 실정이며 관련 기반기술도 매우 취약하다. 따라서 이를 극복하기 위해서는 위성영상자료를 이용함으로써 한반도 전체에 대한 광역적인 토양수분자료의 획득을 용이하게 한다. 본 연구의 연구유역은 수자원 연구를 위해서 지정된 용담댐 시험유역으로 하였으며, 토양수분 관측지점의 지상관측 수문자료인 각 지점별 강수량, 지면온도, 인공위성자료인 MODIS 정규식생지수 등의 가용자료를 수집하고 신경망모형을 활용한 토양수분자료 생산 모형을 개발하여, 개선된 시공간 분해능과 공간정보 대표성을 가진 광역 토양수분자료를 생산하고 적용타당성을 분석하였다. 산정된 토양수분모형의 적용가능성을 파악하고자 용담댐 유역의 각 지점별 토양수분 관측데이터와 추정데이터를 비교한 결과 추천, 부귀, 상정 지점의 경우 평균 약 0.9257의 상관계수와 약 1.2917의 평균제곱근오차를 보였고, 검증지점인 천천2의 경우 약 0.8982의 상관계수와 약 5.1361의 평균제곱근오차의 결과를 보여주었으며 토양수분 추정모형의 적용가능성이 높음을 확인할 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.1991-1995
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• 2010

도시화로 인한 토지 피복 상태의 변화로 인한 불투수면적의 증가와 강우강도가 증가함에 따라 지하수로 침투하지 못하고, 바다로 유출되는 강우량이 점차 증가하고 있다. 또한, 인구의 증가와 산업발달에 따른 무분별한 지하수의 사용은 심각한 지하수위의 하강으로 이어지고 있다. 지하수위와 강우량간의 상관관계를 분석하여 지하수의 체계적인 관리 및 운용을 하고자 본 연구를 진행하였다. 본 연구에서는 경상도 지역의 지하수위 관측소와 강우 관측소간의 거리가 10km 이내인 지점을 선정하여, 관측 자료와 분석결과를 토대로 13개 지점을 선정하였다. 침투현상이 침루과정을 거쳐 지하수에 유입되는 과정을 고려하면 강우가 발생한 시점보다 시간이 경과 한 후에 이 지점의 하루에 내린 강우량이 이틀에 걸쳐 지하수위에 영향을 준다고 가정하였고, 1일째의 강우를 실제 강우량의 최대 100%에서 50%까지로 설정하고 2일째에 나머지 강우가 내렸다고 가정하여 각각의 강우이동평균값과 지하수위간의 상관관계를 분석하였다. 또한, 한계침투량을 고려하여 강우이동평균값과 지하수위간의 상관관계를 분석하였다. 그 결과 한계침투량 고려시 상관계수가 0.5 이상인 지점들 중 약 70%가 강우량을 강우사상이 발생한 당일과 명일로 나누었을 때, 상관계수가 높게 나타났다. 그러므로 기존 강우와 지하수위 관측자료만 이용하여 강우이동평균과 지하수위의 상관관계를 분석하는 것 보다 침투율을 고려한 강우이동평균과 지하수위의 상관관계 분석으로 인해 지하수의 체계적인 관리와 분석이 가능할 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.217-217
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• 2017

물 순환이란 물이 지표면으로부터 증발하거나 바다로부터 증발하여 습한 공기가 기단을 형성한 후 적합한 조건이 형성되면 강수를 초래하는 과정이라고 볼 수 있다. 여기서 강수는 여러 경로 즉, 증발산, 지표흐름, 침투, 침루 등을 통해 다시 순환과정을 거친다. 최근 도시화로 인한 불투수면적의 증가로 기후변화, 홍수지체시간 감소, 첨두 및 유출총량의 증가, 침투능 및 증발산량의 감소 등 자연하천의 유출특성과는 다른 유출특성이 나타나며, 물 순환 체계가 왜곡되어 지하수위는 낮아지고, 하천의 유량은 감소되는 등 하천의 정상적인 기능이 저하되고 있다. 이에 우리나라에서는 환경부 및 국토교통부 등 정부기관과 지방자치단체에서 법과 조례를 제정하여 저영향개발기법 (LID, Low Impact Development)을 적용하도록 권고하고 있으며 신도시 개발사업 시 왜곡된 도시의 물 순환체계를 개선하기 위하여 저영향개발기법을 적용하고 있다. 저영향개발 기법의 정량적인 효과를 검증하기 위해서는 미환경청 (U.S. EPA., United States Environmental Protection Agency)에서 개발한 SWMM모델을 이용하여야 한다. 본 연구에서는 도시화로 인해 왜곡된 물순환체계 개선을 위하여 다양하게 설계된 저영향개발기법의 정량적인 효율을 SWMM 모델을 통해 산정하고, 장기적인 측면에서 물순환 회복에 적합한 저영향개발기법의 배치 최적화를 제안하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.305-305
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• 2018

저수지 상류부 환경변화 분석을 위해 환경변화 시나리오 적용 분석할 수 있는 수문모형(SWAT)을 선정하여 수양(함동)호 유역을 포함하는 송산관측소를 유역출구로 하여 유출량 자료가 있는 2015~2016년을 대상으로 모형을 검?보정하였다. 수양(함동)호는 댐 높이 13.5m에서 15.1m로 증고 되었으며 총저수량은 7,472 천$m^3$에서 11,926 천$m^3$로 증가하였다. 모형 검증결과 모형효율이 0.9로 모형 적용가능성을 확인하였으며 둑높이기 사업 전(2001-2010)과 사업 후(2015-2016)을 모의하여 사업 전?후의 수문요소(강우, 유출, 침투, 증발산, 침루, 토양수분, 지하수 증발, 지하수함양) 모의결과를 정리하였다. 사업 전(2001-2010) 평균 강수량 1549.8 mm, 유출량 907.9 mm, 침투량 615.4 mm, 증발산량 624.2 mm, 침루량 241.1 mm, 토양수분 355.7 mm, 지하수 함양량 222.5 mm로 모의 되었다. 사업 후(2015-2016) 평균 강우량 1100.1 mm, 유출량 370.4 mm으로 극심한 가뭄으로 나타났다. 사업 전 비슷한 강우량을 나타낸 2006년 지하수 함양량은 186.9 mm이고 2016년은 222.9 mm로 지하수 함양량이 사업 후 증가한 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.516-516
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• 2015

본 연구는 한강유역($2,6018km^2$)을 대상으로 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)을 이용하여 지표수와 지하수의 상호작용에 의한 물수지 분석을 수행하고, 수량측면의 유역 건전성을 평가하였다. 유역의 물수지 분석을 위해 한강유역을 표준유역 단위로 구분하고, 기상자료, 하천유량, 다목적댐(소양강댐, 충주댐, 횡성댐) 운영자료, 다기능보(강천보, 여주보, 이포보) 운영자료, 증발산량, 토양수분 자료를 수집하였다. SWAT 모형의 신뢰성 있는 유출량 보정을 위해 한강유역 내 위치하는 다목적댐 및 다기능보의 실측 방류량을 이용하여 댐 운영모의를 고려하였고, 실측 지하수위, 증발산, 토양수분 자료를 이용하여 모형의 보정(2005~2009)과 검증(2010~2014)을 실시하였다. 그 결과 토양수분으로부터 증발산이 발생하고 유출 및 지하수까지 영향을 미치는 물수지 현상을 잘 재현하고 있음을 알 수 있었다. 이후 유역의 수량측면의 건전성 평가를 위한 수문요소로 하천 유출량, 증발산량, 침투, 침루, 기저유출, 토양수분, 지하수 함양량 등을 도출하고 유역의 물순환을 해석하여 유역의 건전성을 평가하였다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.33 no.6
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• pp.2277-2284
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• 2013

In this study, a groundwater table fluctuation method is suggested to predict groundwater level by means of groundwater table fluctuation due to recharge and discharge under unsteady condition. This model analyzes groundwater variation characteristics by using reaction factor related with groundwater flow and specific yield related with recharge. For the test of this model, measured groundwater level at JD Yongdam 1 and JW Konghang for 5 years (2006-2010) were used. At JD Yongdam 1, the estimated specific yield was 0.023, and the estimated reaction factor was 0.039. At JW Konghang, the estimated specific yield was 0.009 and the estimated reaction factor was 0.028, respectively. This model can estimate recharge and saturated parameters, thus it is expected that this model would be the proper tool for checking the parameter of hydrologic model and percolation features.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.1350-1354
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• 2010

SWAT 모형에서는 토양수량을 고려하여 유출곡선지수법에 따라 지표유출량과 침투량을 계산하고, 계산된 침투량이 토양수대가 받을 수 있는 최대용량인 토양수 최대보수용량(soil water capacity)을 초과할 경우에는 그 초과분을 강제적으로 토양수량에 더해지도록 처리하고 있다. 즉, 초과침투량이 연직 아래로만 유입되는 것으로 간주하고 있다. 이러한 방식은 경사가 매우 완만한 경우에는 적합하다고 할 수 있으나, 국내 유역에서와 같이 비교적 유역 경사가 급한 경우에는 지표유출량이 작게 계산될 수 있으며 특히 집중호우시 강우에 대한 유출 응답이 둔감하게 모의되어 홍수기 큰 강우로 인해 급격하게 증가하는 유출량을 잘 모사하지 못하게 되는 경우가 발생한다. 따라서 본 연구에서는 홍수기 큰 강우에 대해서 유출량이 민감하게 반응할 수 있도록 초과침투량 재분배 모듈($\underline{R}$edistributing $\underline{EX}$cessive $\underline{INF}$iltration module, 이하 SWAT-REXINF)을 개발하였다. 이 모듈은 토양층의 보수능을 초과하는 침투량 처리 방식을 개선한 것으로 지표유출의 집중시간과 토양수의 침루 유하시간의 상대적인 크기에 따라 초과침투량을 분배하여 지표유출량과 침투량에 할당하는 방식을 취하고 있다. 개발 모듈 SWAT-REXINF을 기 개발한 시간가중평균 유출곡선지수법에 의한 지표유출계산법과 접합-분리 방식의 토양층 구조화 기법 등의 유출계산 개선 기법과 접목하여 그 효과를 충주댐 유역에 대해 분석하였다. 시간가중평균 유출곡선지수법에 의한 지표유출계산법과 접합-분리 방식의 토양층 구조화 기법 등 다른 유출 개선 기법과 혼용하여 적용할 경우에는 지표유출량이 약 2배 증가, 첨두유량은 20~50% 증가하는 등 개선 효과가 매우 크게 나타났다. 모형 개선으로 인해서 강우량에 대한 유출량의 응답 민감도를 증가시켜 유출수문곡선의 증감을 보다 용이하게 모의할 수 있고 정확도 또한 높일 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.154-154
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• 2012

지표에서의 토양수분은 작은 구성비를 가짐에도 불구하고 여러 수문 현상을 연계하는 매우 중요한 인자로써 최근 관련 연구가 활발하게 진행되고 있다. 토양수분은 침투나 침루를 통하여 강우와 지하수를 연결하는 기능을 함과 동시에 강우사상에 따른 유출특성에 직접적인 영향을 미치며 증발산을 통하여 에너지 순환을 연결하는 중요한 기능을 한다. 토양수분을 측정하는 방법에는 세타 탐침(Theta Probe), 장력계, TDR(Time Domain Reflectrometry) 등이 이용되고 있으며, 광역 토양수분자료의 보다 정확한 공간 변동성의 관측을 위하여 항공원격탐사와 인공위성 원격탐사기술이 개발되어 적용되고 있다. 인공위성 영상은 자료의 분석이 간편하며, 공간자료이므로 공간 변화를 분석하는 데 있어 매우 편리하다. 그 중 MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) 위성영상은 저해상도 영상으로 극궤도 위성인 Terra와 Aqua 위성에 장착되어 있으며, NASA에서 필요한 정보를 받아 사용할 수 있다. 본 연구에서는 유역의 물리적 지형자료와 같은 방대한 양의 자료 수집 없이도, 모형이 구축되면 인공위성자료와 강우자료만으로도 신뢰성 높은 결과를 단시간 내에 효율적으로 산정할 수 있는 자료 지향형 모형인 ANFIS(Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System)를 사용하였다. 사용된 퍼지변수로는 시험유역의 토양수분 관측자료와 강수량 및 인공위성 자료인 MODIS NDVI(Normalize Difference Vegetation Index), MODIS LST(Land-Surface Temperature) 영상을 이용하였다. MODIS NDVI는 시간 해상도 8일, 공간해상도 250 인 Level 3 영상이며, MODIS LST는 시간 해상도 1일, 공간해상도 1 km인 Level 3 영상을 사용하였다. 위성자료를 사용하기 위해 Korea TM 좌표체계로 변환한 뒤, 토양수분 관측지점이 속한 각 셀의 속성값을 추출하였다. 위성자료와 수집된 자료 및 토양수분자료와의 관계를 분석하기 위하여 입력자료를 다양한 방법으로 구성하여 입력 변수를 생성하였다. 생성된 입력 변수와 ANFIS 모형을 연계하여 각각의 토양수분 산정모형을 구축하고 대상지점에 대한 토양수분을 산정 및 비교 분석하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.311-316
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• 2017

기후변화는 물 관리 측면에서 많은 변화를 일으키는 것으로 보고되고 있다. 주로 강우의 패턴을 변화시키며, 가용수자원의 지역적 편중을 심화시킨다. 기후변화에 적응하며 안정적이고 균등한 용수확보를 위해서는 홍수와 가뭄을 고려한 연속적인 물 순환 해석기술이 필요하다. 강우유출분석은 강우사상에 대한 수문순환과정을 통해 유출량을 산출하는 것으로, 주로 직접유출과 중간유출이 이에 해당된다. 강우발생 이후 무강우기간에 대해서는 기저시간 이후에 발생되는 유출량의 정량적 산출이 필요하다. 기저유출은 강우 발생 시점에 급격히 발생하기보다는 선행강우에 따른 유역 내 지하수위 분포와 대수층의 특성, 하천수위에 따라 다양한 패턴으로 나타나기 때문에 지하수대의 수리학적 성분들을 반영할 수 있어야 한다. 이를 위해서는 강우유출모의 시 지표유출량 산정과 지하수유동해석을 통한 기저유출량 산정이 동시에 이루어져야 한다. 최근 국내외에서는 다양한 형태의 수문모형과 MODFLOW를 연계한 장기유출분석에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 본 연구에서 활용한 K-DRUM(K-water Distribution Runoff Model)은 K-water에서 자체 개발한 물리적 기반의 분포형 강우유출모형으로 강우유출, 유사, 기초수질항목에 대한 3차원 분석이 가능하다. 본 모형의 A층(표층)은 지표유출을 고려한 운동파법이 적용되었고, B층과 C층(중간층), D층(지하수층)은 선형저류법이 적용되었다. MODFLOW(A Modular Three-Dimensional Finite-Difference Ground Water Flow Model)는 1980년대 USGS(United State Geolog ical Survey)에서 개발된 가장 범용적으로 사용되는 지하수유동모형이며, 모듈화 된 구조를 갖고 있어 다양한 패키지 중 필요로 하는 기능을 독립적으로 모의할 수 있는 장점이 있다. 본 연구에서는 향후 기후변화에 따른 강우의 불확실성에 대비한 유역의 장기 물순환 해석을 위해 강우유출모형인 K-DRUM과 지하수유동모형인 MODFLOW를 연계하고자한다. 연계방법은 K-DRUM에서 계산된 D층으로 침루되는 양을 MODFLOW의 함양량으로 적용하고, MODFLOW에서 산출된 기저유량을 K-DRUM의 하천유출에 적용하는 것이다. 본 연구의 성과를 갈수기 유출해석에 적용하면 정확성을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.320-320
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• 2016

본 연구에서는 자연환경, 수생태환경과 관련된 모니터링자료 및 수문/수질 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모델링 자료를 이용하여 유역건전성을 평가하기 위한 지수를 개발하고, 한강유역($34,148km^2$)을 대상으로 표준유역단위 유역건전성 평가를 수행하였다. 본 연구에서는 미국 EPA(Environmental Protection Agency)의 유역건전성 분석 사례를 개선하여 우리나라에 유역 특성에 맞는 통합 유역건전성 평가지수를 개발하였다. 본 연구에서 분석하고자 하는 유역건전성은 유역이 본래 가지고 있는 자연적인 건전성을 평가하고자 하는 것으로, 평가를 위한 지표로 자연토지피복, 하천환경, 수문, 수질, 서식지, 수생태 관련 요소를 각각 선정하였다. 자연토지피복 및 하천, 서식지 유역건전성 평가를 위해서 DEM, 토지이용도, 하천도, 저수지, 습지자료를 이용하였고, 수생태 유역건전성 평가를 위해서는 6년간(2008년~2013년) 모니터링 된 TDI, BMI, FAI 자료로 이용하였다. 수문/수질 유역건전성 평가를 위해서는 SWAT 모형의 장기모의 결과를 활용하였으며, 30년간(1985년-2014년) 모의된 강수량, 총유출, 지표유출, 침투, 토양수분, 중간유출, 침루, 지하수 충진, 기저유출, Sediment, T-N, T-P 결과를 이용하였다. 각 평가지표로부터 표준유역별 sub-index를 도출하였으며, 6가지 sub-index를 이용하여 통합 유역건전성 지수를 산정하였다. 산정된 지수는 0부터 1까지의 값으로 나타나며, 1에 가까울수록 유역건전성이 좋은 유역을 의미한다. 연구결과 한강유역의 통합 유역건전성은 상류에서 하류로 갈수록 건전성이 안 좋아지는 것으로 분석되었으며, 특정 표준유역에 대하여 자연환경, 수문, 수질, 수생태환경 각각의 유역건전성을 평가할 수 있었다.