• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.182-182
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• 2018

한강의 제1지류인 홍제천 수계에 속하는 지방2급 하천인 불광천 유역을 연구대상지로 선정하여 기후변화에 따른 유출량 영향성 분석을 수행하였다. 연구대상지인 불광천은 서울특별시의 서북쪽에 위치하여 $21.72km^2$의 유역면적과 9.83km의 유로연장을 갖고 행정구역상 은평구, 마포구, 서대문구에 걸쳐있다. 본 연구에서는 불광천 유역을 503개의 소유역으로 분할하였으며, 유역의 하수관망은 976개의 노드와 989개의 링크를 사용하여 XP-SWMM 모형으로 구축하였다. 또한 국토지리정보원에서 제공하는 1:5000축척의 수치지도를 DTM으로 변환하여 하수관에서 월류된 이후의 2차원 흐름분석을 위한 지형자료로 활용하였다. 기후변화를 고려한 유출량을 분석하기 위해 S0(1961년~2016년)인 1개의 과거기간과 S1(2017년~2046년), S2(2047년~2076년), S3(2077년~2100년)인 3개의 미래기간을 설정하여 총 4개의 시나리오를 구성하였다. 과거기간인 S0는 강우관측소에서 계측된 자료를 사용하여 빈도별 확률강우량을 구하였으며, 미래기간인 S1, S2, S3는 기상청에서 제공하는 기후변화 시나리오인 RCP 4.5의 강우자료를 사용하여 확률강우량을 산출하였다. 빈도별 확률강우량은 S0기간의 강우자료와 가장 유사한 Gumbel 모형을 사용하였으며, 도출된 확률강우량은 치수에 가장 보수적인 Huff의 4분위로 강우를 분포시켜 유출모형에 적용하였다. 976개의 노드 중 불광천 유역의 주요 76개 지점을 선정하여 유역면적에 따른 기후변화의 영향성을 분석하였다. 그 결과 유역면적과 재현기간이 작을수록 최대 유출량은 큰 변동성을 보이는 것으로 나타났으며, 과거기간인 S0 대비 미래기간인 S1, S2, S3의 최대 유출량 비율은 유역면적 100ha를 기준으로 100ha 미만은 80%~200%의 변동성을 100ha이상에서는 120%에 수렴하는 양상을 보이는 것으로 확인되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.515-515
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• 2017

하천에서 취수원을 개발하는데 있어 지층의 구성으로 물리, 화학적 여과, 흡착 등을 통해 자연 정화되는 간접 취수 방식이 활발히 도입되고 있다. 양질의 취수원을 공급할 수 있는 간접 취수 방식은 수량 확보 측면에서의 불확실성과 유지관리상의 어려움 때문에 많은 시행착오가 발생된다. 이와 같은 단점을 개선하기 위해 하상을 개착하여 불균질한 대수층을 치환하고 스크린을 통해 간접 취수원을 개발하는 하상여과 방식이 도입되고 있다. 대수층을 치환하여 여재를 구성함에 있어 오염물질 및 탁도의 저감 효율을 극대화하기 위해 다양한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 개착식 하상여과에서 치환하는 여재의 구성에 따른 탁도의 저감 효율을 분석하기 위해 축소 모형실험으로 구성하였다. 각각의 여재의 구성에 대해서는 상수도 시설기준을 통해 축소된 입경의 매질로 구성하였다. 실험실 규모의 모형 수조($1500mm{\times}500mm{\times}1700mm$)를 구성하고 하부에는 내경 80mm이고 길이 1300mm인 기능성 스크린이 부착된 취수관을 설치하였다. 모형 수조에서 여재의 두께는 총 1000mm로 구성하였고, 각각의 층에 대해서는 250mm로 하여 4개의 층을 구성할 수 있도록 하였다. 치환하는 여재의 매질에는 자갈, 왕사, 중사, 화산석을 사용하였고, 각각의 입경은 5-10mm, 2-5mm, 1-2mm, 2-5mm이고, 탁도를 유발하는 물질로는 입경이 $20{\mu}m$인 황토를 사용하였다. 단일매질 구성을 통해 각각의 여재 종류에 따른 탁도 저감 효과에 대해서 분석하였고, 세 가지의 혼합매질 구성을 통해 치환층 여재의 배치에 따른 탁도 저감 효과를 분석하였고, 각각의 구성은 중사-왕사-자갈-화산석, 화산석-중사-왕사-자갈, 중사-왕사-화산석-자갈로 하였다. 주입수는 30-50NTU를 유지하였으며 유출수의 탁도를 통해 저감 효율을 분석하였다. 분석된 결과를 통해 개착식 하상여과 방식의 여재 구성에 대해서 탁도 저감에 효율을 극대화할 수 있을 것으로 보여진다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.245-245
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• 2018

최근 도시화 및 산업화의 발달로 불투수면적이 증가함에 따라 건기 시 토지 표면에 축적된 오염물질이 강우유출수와 함께 하천으로 유출되는 등 수질오염의 가중과 불특정 지역에서 발생하는 비점오염원의 집중관리가 필요한 실정이다. 우리나라는 환경기초시설 등의 건설로 점오염원 관리는 강화되었지만, 비점오염원의 부하량은 점차 증가되고 있는 추세이며, 환경부 및 관계부처에서는 비점오염관리를 위한 여러 정책을 추진 중에 있다. 국내에서 사용하고 있는 비점오염저감장치는 자연형 시설과 장치형 시설로 구분되는데, 이 중 장치형 시설은 필터를 사용하여 비점오염저감의 효율성을 증가시키지만, 필터를 사용함으로써 유지관리 및 경제적인 측면에서 매우 불리하다. 이에 본 연구에서는 필터가 없는 장치형 시설을 고안하여 자연 순환기능을 최대한 유지하고, 오염물질을 최적으로 제거할 수 있는 방안을 마련하고자 수리실험을 통해 비점오염원의 제거효율을 분석하였다. 수리학적 상사법칙에 따라 원형대비 1/3축소모형과 2가지의 원형모형에 대해 총 3가지 모형에 대해 환경부에서 고시한 비점오염저감장치 기준을 뛰어넘는 유역면적, 강우강도 및 부유물질의 양으로 실험을 진행하였다. 실험결과는 유입수 농도에 대한 유출수의 농도로 계산하였으며, 장치에서 유출 직후 5분 간격으로 채취한 후, 수질공정시험법을 참고하여 부유물질에 대한 실험 중 하나인 유리섬유여과방법을 이용해 실험 결과를 도출하였다. 실험 결과, 본 연구에서 고안한 장치형 시설은 필터를 사용하지 않음에도 불구하고 환경부 기준인 부유물질 제거효율 80%이상을 만족한 것으로 나타나 현재 사용하고 있는 장치형 시설보다 유지관리 및 경제성 등이 우수할 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.344-344
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• 2017

Cisangkuy 유역은 인도네시아 제3의 도시인 반둥시의 주요한 식수공급원으로 반둥시 남측에 위치하며, Citarum 강의 제1지류에 해당한다. Cisangkuy 유역은 복잡한 수계 및 다양한 관리주체로 인해 수자원 운영에 많은 어려움이 있다. 반둥의 연간 강우량은 2,380 mm로 강우량은 풍족하나, 강우패턴이 건기(4~9월)와 우기(10~3월)로 구분되어 기간별 극심한 강우량 차이가 발생한다. Cisangkuy 유역은 우기에 Cileunca 및 Cipanunjang 저수지에 최대한 유량을 확보한 후 건기에 유량을 방류하는 시스템으로 운영되고 있다. 특히, 이 두 저수지는 전력회사인 인도네시아 파워에서 관리하고 있으며, 저수지 하류에 3개의 소수력 발전소(Plengan, Lamajan, Cikalong)가 운영되고 있다. Cisangkuy 주 하천 수량의 대부분이 소수력 발전소의 발전용수로 활용하고 있고, 세 발전소를 거친 최종 수량의 일부를 취수장에서 취수하여 식수원으로 사용하고 있기 때문에 상수 수급에 많은 어려움을 겪고 있으며, 우기시 가뭄발생 현상이 잦아지고 있다. 이에 본 연구에서는 Cisangkuy 유역의 장기적인 가뭄으로 인한 유출량 감소에 따른 용수 용도별 공급가능 일수 및 운영안을 검토하였다. 이를 위해 MODSIM 모형을 이용하여 현재 용수공급 체계를 물수지 분석 모형으로 구축하고, 현재 물공급 운영체계에 대해 모형을 검증한 후, 우기인 12월~3월에 대해 가뭄발생을 고려한 물공급 가능일 수를 산정하였으며, 강우 미발생을 고려하여 유역의 유출량을 배제하고, 발전유량 및 생활용수를 우선순위로 적용하였을 때, 공급 가능일수와 관개용수 공급에 따른 가능일수를 검토하였다. 금회 Cisangkuy 유역에 대한 가뭄발생에 따른 용수공급 가능량에 대한 연구결과는 유역 물관리 기관인 BBWSC(Balai Besar Wilayah Sungal or Association of River Region)와 공동연구기관인 PUSAIR가 가뭄극복을 위한 자료로 활용할 수 있을 것으로 예상된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.515-515
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• 2015

토양유실량을 산정하기 위한 모델로 Universsal Soil Loss Equation(USLE)가 전 세계적으로 가장 많이 사용되고 있다. USLE 모형은 농경지에서 면상침식(Sheet erosion)과 세류침식(Rill erosion)을 모의할 수 있는 시험포단위 모형(Field-scale)으로 농경지에서 유실된 토양이 하류 하천으로 얼마나 흘러 들어가 하류 수계의 탁수발생과 이에 따른 수질악화에 얼마나 기여하는지, 즉, 유역단위의 토양유실량을 평가하는데 이용될 수 없다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 Sediment Assessment Tool for Effective Erosion Control (SATEEC) ArcView 시스템이 개발되어 사용되고 있다. SATEEC ArcView 시스템은 USLE모형의 입력자료와 DEM만으로 유역면적에 따른 유달률을 산정하여 유역에서 유실된 토양이 얼마만큼 하류로 유달되는지를 모의할 수 있으며, 유역 경사도에 의한 유달률도 산정할 수 있어 지형적인 특성을 좀 더 다양하게 분석 할 수 있게 개발 되었다. 그러나 ArcView는 출시한지 오래되어 사용자가 많지 않고, 프로그램상의 오류가 많고, 대용량의 데이터 처리가 가능한 64비트 운영체제에서는 설치가 불가능한 단점이 있다. 또한, ArcView의 프로그래밍 언어인 Avenue는 클래스를 정의한다거나 상속을 한다거나 하는 문법을 제공하지 않기 때문에 객체지향 언어로 보기에는 부족하다고 할 수 있다. 또한, 최근의 ArcGIS 기반의 많은 모델들이 서로 연계하여 사용하고 있으나, Avenue는 기타 다른 프로그래밍 언어와 연계하여 사용하기가 쉽지 않은 단점이 있다. 그러나 최근 ArcGIS 버전들의 프로그래밍 언어인 Python은 간결하고 확장성이 좋으며, 다른 언어와의 연계가 쉽다. 또한, ArcGIS 10.x버전부터 제공되는 arcpy 모듈은 사용자와의 접근성이 매우 향상되었다. 따라서 SATEEC ArcView 버전을 ArcGIS 10.1 기반의 Python 으로 재개발하여 기존의 불편한 접근성과 대용량 데이터의 처리가 불가능했던 부분을 개선하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.424-424
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• 2018

인공신경망(Artificial Neural Network; ANN)은 뇌에 존재하는 생물학적 신경세포와 이들의 신호처리 과정을 수학적으로 묘사하여 뇌가 나타내는 지능적 형태의 반응을 구현한 것이다. 인공신경망은 학습(training)을 통해 입력과 출력으로 구성되는 하나의 시스템을 병렬적이고 비선형적으로 구축할 수 있으며, 유연한 모델링 특성으로 인하여 시스템 예측, 패턴인식, 분류 및 공정제어 등의 다양한 분야에서 활용되고 있다. 인공신경망에 대한 최초의 이론은 Muculloch and Pitts(1943)가 제안한 Perceptron에서 시작 되었으며, 기본적인 학습기법인 오차역전파 기법(back-propagation Algorithm) 이 1980년대에 들어 수학적으로 정립된 이후 여러 분야에서 활용되기 시작하였다). 본 연구에서는 하도추적, 구체적으로는 상류단의 복수의 수위관측을 이용하여 하류단의 수위를 예측하기 위하여 인공신경망 모델을 구성하였다. 대상하도는 금강유역의 용담댐과 대청댐 사이의 본류이며, 상류단 입력자료로써 본류에 있는 수통, 호탄 관측소 관측수위와 지류인 송천 관측소 관측수위를 고려하였다. 출력 값으로는 하류단의 옥천 관측소 수위를 3시간 및 6시간의 선행시간으로 예측하도록 인공신경망 모형을 구성하였다. 인공신경망의 학습(testing), 시험(testing), 검증(validation)을 위해 2000년부터 2012년까지 13년간의 시수위자료를 이용하여 학습을 진행하였으며, 2013년부터 2014년의 2년간의 수위자료를 이용한 시험을 통해 최적의 모형을 선정하였다. 또한 선정된 최적의 모형을 이용하여 2015년부터 2016년까지의 수위예측을 수행하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.421-421
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• 2019

본 연구의 목적은 HSPF 모델을 이용하여 비점오염물질이 수질에 미치는 영향을 평가하는 것이다. 합천댐 유역을 연구대상지역으로 선정하였으며, 입력자료는 유역도, 하천도, 토지이용도, 수치표고모델 및 기상자료 등을 이용하였다. HSPF 모형은 2000년부터 2016년까지의 실측값을 이용하여 보정 및 검증이 이루어졌다. 수문 보정을 위한 매개변수는 사용자 설명서와 참고문헌에 근거하여 선정하였으며, 시행착오법에 의해 수행되었다. 모델의 적용성 평가는 $R^2$, RMSE, RMAE, NSE를 사용하였고 $R^2$가 0.78에서 0.83, RMSE는 2.55에서 2.76mm/day, RMAE는 0.46에서 0.48mm/day, NSE는 0.81에서 0.82까지의 범위로 나타났으며, 연간 유출량이 ${\pm}4%$ 오차 이내로 산정되었다. 수질 모형을 구동하기 위한 수질 자료는 환경부에서 제시한 지침에 따라 생활계, 축산계, 산업계, 토지이용량에 따른 발생 부하량과 배출부하량을 산정하였다. 수질 모형 또한 수문과 같은 기간의 자료를 이용하여 보정 및 검정이 이루어졌다. 보정 결과 연평균 BOD의 차이가 0.22mg/L이고 오차범위는 13%였으며, T-N과 T-P는 0.66mg/L, 0.027mg/L의 차이를 가지며 오차범위는 각각 16%, 13%로 나타났다. 수질항목 중에서도 비점오염 관리의 효과를 평가하기 위해 비점오염물질 중 가장 큰 비중을 차지하는 축산계에 감소 시나리오를 적용하였다. 축산계의 배출부하량 감소율이 20%일때의 BOD, T-N, T-P는 각각 3%, 1%, 3% 감소하였으며 40% 감소율을 적용하였을때는 5%, 3%, 4% 감소하였다. 이러한 수질 해석을 결과를 토대로 효과적인 오염물질 방법을 적용하여 수질 개선과 합천댐 유역의 목표수질을 달성 할 수 있을 것으로 판단된다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제5권4호
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• pp.210-218
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• 2018

본 연구에서는 침수된 계단 흐름의 변화에 따른 인명의 대피 안전성을 분석하기 위하여 실규모의 계단 수로 모형을 제작하여 수리 실험을 수행하였다. 실험에서는 계단 각각의 단에서의 수심과 유속을 측정하였으며 이를 이용하여 단위 폭당 비력을 산출하였다. 그리고 산출된 단위 폭당 비력 값을 이용하여 침수된 계단 흐름의 변화에 따른 구간별 대피 안전성을 제시하였다. 실험을 통해 측정된 수심 값과 Ishigaki의 단위 폭당 비력에 따른 대피 안전성 그래프를 결합하여 분석한 결과 계단 흐름 수심 0.20 m 이상에서는 도움 없이 성인 남성의 대피가 어려운 것이 확인되었으며, 수심 0.15 m 이상에서는 성인 여성과 노인 남성이 도움 없이 대피가 어려운 것으로 확인되었다. 노인 여성의 경우 수심 0.13 m 이상에서 도움 없이 대피가 어려운 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제51권spc1호
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• pp.1149-1159
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• 2018

본 연구는 우리나라 113개 중권역에 대한 기후변화에 따른 미래 홍수 피해액의 예측을 위하여 26개 GCM 모형에서 생산한 강우자료와 1시간 최대 강수량, 10분 최대 강수량, 1일 강수량이 80 mm 초과한 일수, 일 최대 강수량, 연강수량, 유역고도, 시가화율, 인구 밀도, 자산 밀도, 도로와 같은 사회 간접 시설, 하천개수율, 하수도 보급률, 배수펌프시설, 유수지용량 및 과거 홍수 피해액 자료를 활용하였다. 구축된 자료에 대하여 구속 다중선형회귀 모형(Constrained Multiple Linear Regression Model)을 적용하여 홍수 피해액과 여타 입력자료 사이의 상관관계를 구축하고 RCP 4.5와 8.5에 대한 26개 GCM 모형 산정자료를 활용하여 미래 홍수 피해액을 예측하였다. 홍수피해에 주된 요인이 되는 연강수량, 극치 강우량 등 강우관련 요소들이 전반적으로 증가하며 이로 인하여 과거 홍수로 인한 피해액이 광범위하게 증가할 것으로 판단되고 특히 동해안 및 남강댐 유역에 미래의 홍수피해액이 높게 예측되는 경향을 보인다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제6권1호
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• pp.1-11
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• 2019

본 연구는 생태 물길 복원 조성에 따른 어류 군집종에 미치는 영향을 파악하기 위하여 물리 서식처 분석을 수행하였다. 대상 어종은 피라미, 쉬리, 참갈겨니, 돌고기, 줄납자루, 밀어, 묵납자루, 꾸구리, 가는돌고기로 선정하였으며, 총 9개 어종으로 달천 내 서식하는 어류 중 95%를 차지한다. 흐름 분석은 2차원 모형인 River2D 모형을 사용하였으며, 서식처 분석은 서식처 적합도 곡선을 이용하는 서식처 적합도 모형을 사용하였다. 생태 물길 복원은 하도 내 위치한 돌보 철거 및 여울-소 구조 조성과 하상고 및 하폭의 변화를 통하여 조성하였다. 그 결과 생태 물길 복원 조성을 통하여 최적의 환경 생태 유량 조건 ($Q=7.0m^3/s$)에서 총 9종 군집종의 가중가용면적을 약 16% 향상시키는 것으로 나타났다. 이를 통하여 생태 물길 복원 조성이 하천 내 서식하는 다양한 군집종에 대하여 매우 유용한 방법임을 확인할 수 있다.