• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.260-260
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• 2023

일반적으로 수위·유량 거동은 시간에 따른 수위·유량의 변화량으로 분석이 가능하며, 이를 토대로 연간, 특정 기간의 수위·유량을 분석 및 예측하여 수자원을 효율적으로 활용하고, 재해 예방에 활용할 수 있다. 이러한 수위·유량의 거동에는 다양한 요인들이 영향을 미치며, 대부분의 경우 해당 요인들이 복합적으로 산재하여 각 요인의 영향이 중첩되어 수위 거동을 이해하기에 어려움이 존재한다. 그에 따라 본 연구에서는 웅천천 보령시(노천교) 지점을 대상으로 강우, 유출, 유입에 따른 수위·유량의 거동분석을 실시하였다. 보령시(노천교) 지점은 다양한 외부 요인들이 존재하며, 각 요인이 비교적 독립적으로 작용한다는 가정을 하여 지점의 수위·유량의 요인별 거동 양상을 분석하고자 한다. 우선 금강홍수통제소에서 제공되는 보령시(노천교) 10분 수위 자료와 일 강수량을 비교하여 강우에 따른 수위 패턴을 분석하였다. 이후 보령시(노천교) 10분 수위 자료를 한국수자원조사기술원에서 개발한 수위-유량관계곡선식을 이용해 10분 단위 유량으로 환산하고, 이를 한국수자원공사에서 제공하는 보령댐 10분 단위 총방류량 자료 중 하천 방류량(소수력, 관개(몽리), 하천유지, 등)에 해당하는 내용들을 추출해 비교하였다. 그 결과, 하천의 기저유량은 방류량에서 결정되는 것으로 확인되었으며, 강우량에 따른 수위상승은 비교적 직접적인 요인으로 일어났다. 1순위 수위(2.52m)는 강우에 의해 영향을 받고, 2순위 수위(2.24m)는 방류량에 영향을 받은 것으로 분석되었다. 또한 4~5월 기간에는 기저수위 이하로 떨어지는데, 이는 농업용수 취수의 영향으로 기저수위 이하의 수위거동을 보인 것으로 분석되었다 이를 통해 하천수위 거동을 요인별로 분석할 수 있었으며, 향후 물수지적 관점으로의 추가분석이나 강우에 따른 댐 방류량 조절을 수위로 치환해 더욱 세밀하게 조절할 수 있을 것으로 예상된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.266-266
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• 2020

본 연구에서는 기후변화로 인한 남북공유하천유역의 미래 수문특성 변화를 전망하기 위해 ArcGIS 프로그램을 통해 산정된 격자형 수문특성 매개변수를 분포형 모형인 GRM에 적용하여 임진강유역의 미래 유출수문특성 변화를 분석하였다. 분포형 모형에 사용되는 강우량 자료는 기상관측소 단위로 상세화된 13개 전지구 기후 모델 중 RCP4.5, 8.5 시나리오의 공유하천유역 인접 11개 관측소별 빈도해석 결과를 시·공간적으로 분포하여 사용하였다. 또한 미래기간별 유출특성 변화추이를 분석하기 위하여 참조기간(1981-2005), 21세기 전반기(F1, 2011-2040), 중반기(F2, 2041-2070), 후반기(F3, 2071-2100)로 구분하여 분석을 실시하였다. 분석 결과 본 연구의 대상지점인 임진강유역은 기후변화로 인해 확률강우량이 증가하여 유역의 유출수문특성에 직접적인 영향이 있을 것으로 예측되었다. RCP 4.5 시나리오에서는 21세기 후반기인 F3에 확률강우량 및 유출량의 증가추세가 줄어들 것으로 전망되나, 참조기간 대비 F1에서 20.4%, F2에서 35.7%, F3에서 34.6%의 평균 유출량 증가율을 보였으며, RCP 8.5 시나리오에서는 F1에서 19.9%, F2에서 38.3%, F3에서 67.8%로 지속적인 증가가 전망되었다. 또한 첨두홍수량 발생시각은 참조기간 대비 약 4.6~13.3% 감소가 예상되었다. 기후변화로 인한 홍수량의 변화는 재해위험을 증가시킬 수 있으며, 이러한 상황에서 남한과 북한의 협력을 통한 유역통합관리의 필요성은 점차 커질 것으로 보인다. 이를 위해서는 정확한 수문학적 분석을 선행하여야 하며, 본 연구가 남북공유하천유역의 재해위험을 평가하는 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.230-230
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• 2022

최근 기후변화로 인해 예측이 어려운 국지성 호우가 빈번하게 발생하고 있다. 국지성 호우는 대량의 홍수를 일으켜 유송잡물을 동반한 흐름을 야기할 수 있다. 대량의 유송잡물이 하상에 퇴적되면 통수능을 저하시키기도 하며 식생효과와 마찬가지로 유목주변으로 유속이 증가하면서 세굴현상이 발생하게 되는데, 이는 하상저하를 일으키며 수공구조물의 안정성에 지속적으로 피해를 줄 수 있다. 기후변화는 또한 강우패턴을 변화시켜 식생의 성장과 활착에도 영향을 미치게 된다. 본 연구지역인 내성천 회룡포의 경우, 2015년 대가뭄 발생 이후 식생활착으로 인해 식생대 면적이 증가하고 잇는 상황이다. 이는 연구지역의 흐름과 사주교란 및 하상변동에도 큰 영향을 미칠 것으로 판단되며, 특히 식생의 증가는 유송잡물의 증가를 야기 할 수 있기 때문에 식생과 유송잡물의 영향이 하천에 미치는 영향을 예측하는 연구가 필요할 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 2차원 흐름모형인 Nays2D와 입자법기반의 유목동역학 모형을 활용하여 식생과 유송잡물이 하상변동에 미치는영향에 대한 수치실험을 수행하고 결과를 분석하였다. 여기서, 식생의 경우, 식생성장모형을 적용하여 시간에 따라 식생이 성장하여 항력이 증가하는 것으로 가정하였으며 유송잡물의 경우, 하상에 퇴적되는 유송잡물의 개수와 면적만큼 항력이 증가하는 것으로 가정하였다. 흐름의 경계 조건은 일반화된 부정류 수문곡선을 입력하였으며 초기 하도의 형상은 일정한 경사를 가지는 평지로 가정하여 부정류에 따라 하상변동이 발생하는 것으로 모의하였다. 시뮬레이션 결과, 유송잡물보다 식생대 번성이 하상변동에 상대적으로 큰 영향을 주는 것으로 나타났으며, 유송잡물의 경우 국부적으로 퇴적 분포되어 그 주변으로 침식을 일으키는 것으로 나타났다. 또한 유송잡물은 하안의 얕은수역에서 주로 퇴적되었다. 본 연구는 만곡부 하상변동에 대해 식생과 유송잡물을 고려하여 예측모의를 수행한 사례로서, 식생과 유송잡물이 흐름과 하상변동에 미치는 영향을 이해하는데 도움이 될 것으로 판단된다. 또한 이는 추후에 식생을 고려하는 하천관리방안을 수립 시, 식생과 유송잡물의 영향을 물리적으로 설명할 수 있는 근거자료로 제시할 수 있을 것으로 보인다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.289-289
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• 2023

4차산업 혁명이 도래한 이후로 전세계적으로 AI 기술이 유래 없는 속도로 발달 및 활용되고 있으며, 다양한 분야에서 AI 기법을 도입한 연구가 활발히 진행 중에 있다. 최근 수자원 분야에서는 단기 강우 예측, 댐 유입량 예측 및 하천 수위 예측 등의 분야에서 AI 기술이 접목되어 꾸준한 기술 개발이 이루어지고 있다. 그러나 단변량으로 축척된 자료를 활용하여 중·장기 모형 개발 연구가 다수 진행되고 있지만, 급격한 기후변화 현상과 복잡한 매커니즘을 보이고 있는 기상현상의 경우 단변량 분석으로서는 정확도가 저하 될 수 있는 우려가 있는 것이 현실이다. 이에 본 연구에서는 상기에 제시된 단점을 극복하고자 다양한 기상자료를 검증·예측인자로 활용함과 동시에 Deeplearning 모형과 결합하여 신뢰성 있는 단기 강수 예측이 가능한 모형을 개발하였다. 본 연구에서는 유럽중기예보센터(ECMWF, European Center for Medium-Range Weather Forecasts)에서 제공하고 있는 ERA5 재해석 자료를 활용하였으며, Deeplearning 모형과 결합하여 단기 강우 예측이 가능한 모형을 개발하였다. 1차적으로 격자자료(25km×25km)로 제공되고 있는 ERA5 자료를 상세화(downscaling) 모형에 적용하여 기상청 관측소와 비교·검증하였으며, Deeplearning 모형을 통해 단기 예측이 가능한 모형으로 확장하였다. 이때 Deeplearning의 다양한 모형 중 시계열 분석에 있어 예측 성능이 높은 LSTM 모형을 활용하였으며, 제공되고 있는 대기 변수의 상호관계를 노드간 연결을 통해 결과의 정확도와 신뢰성을 확보하였다. 본 연구 결과는 기관별로 제공하고 있는 예측 수준을 상회하는 결과를 도출하였으며, 홍수기에 집중되는 강우량을 예측하여 대비·대책을 선제적으로 마련할 수 있는 자료로써의 활용성이 높을 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2004.05b
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• pp.977-981
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• 2004

댐 건설로 인한 인위적인 당류량 조절은 댐 하류지역에서 홍수 피해저감에 기여하고 있지만, 자연적인 유출 리듬이 파괴되며 유속, 수심, 건조지 확대와 같은 수량의 변동과 용존산소량, 영양염류, pH 같은 수질 변화, 그리고 하천 형태의 변화를 가져오게 된다. 하천에서의 생물 서식공간은 산림 등 육지 지역과는 단리 무엇보다 하천의 유체역학적인 영향을 받아 형성되고 발달한다. 인위적인 댐 방류량은 하류지역의 건조 면적을 증가시키기 때문에 하천 형태가 변화하는 결과를 가져오고, 댐 건설로 인하여 자연적인 홍수 유출이 급감하게 되면 건조면적이 확산되어 수변식물과 어류의 서식처 환경 변화를 유발하여 기존의 생태 균형이 파괴될 것으로 예상된다. 지금까지 국내에서 댐 건설로 발생되는 피해를 분석한 연구들을 분석해 보면, 수량 및 수질 변화에 대하여는 많이 제시하고 있지만 생태변화에서는 정량적인 피해를 제시한 연구가 없기 때문에 용담댐 건설로 인한 하류구간의 수변식물과 어류를 대상으로 정량적인 피해를 분석하는 것이 매우 필요하다. 따라서 본 연구에서는 용담댐 건설로 인한 인위적인 유출량 감소가 댐 하류 8km 구간에서 수변식물과 어류에 미치는 영향을 예측하고자 하였으며, 이를 위해 용담댐 기점 약 5km지점(조사지점 I)인 전북 진안군용담댐 감동리 주변지역에서 수변식물과 어류 군집에 내하여 2003년 5월부터 7월까지 3회 조사하였고, 추가로 약 1km지점(조사지점II)인 전북 진안군 용담면 월계리 주변지역에서 수변식물을 중심으로 2003년 9월에서 10월까지 2회 조사하였다. 수변식물은 조사지점(I)인 5km지점에서는 전체적으로 13과 21종으로, 벼과가 4종, 국화과가, 3종, 버드나무과, 콩과, 마디풀과가 2종씩, 바늘꽃과, 속새과, 십자화과, 장미과, 사초과, 삼과, 현삼과, 닭의장풀과가 각 1종씩 조사되었으며, 조사지점(II)인 1km지점에서는 15과 26종으로, 벼과가 4종, 마디풀과, 국화과가 3종, 버드나무과, 십자화과, 콩과가 2종씩, 바늘꽃과, 속새과, 자라풀과, 장미과, 사초과, 백합과, 현삼과, 골풀과, 닭의장풀과가 각 1종씩으로, 조사지점( I )보다 좀 더 많은 종이 분포하는 것으로 조사되었다. 또한 어류는 조사지점( I )에서 3회에 걸쳐 총 396개체가 채집되어 3목 8과 21종이었다. 이 중 한국 고유종은 11종이었고, 외래 어종은 검정우럭과 2종이 조사되었으며, Zacco platypus(피라미), Zacco temmincki(갈겨니), Acheilongnathus koreanus(칼납자루), Odontobutis platycephala(동사리), Coreoleuciscus splendidus(쉬리) 순으로 분포하고 있었고, Acheilognathus signifer(묵납자루)는 댐 건설 전에는 많이 분포하였으나 현장조사에서 서식을 확인 할 수 언어 개체수의 큰 감소내지 멸종된 것으로 추정되었다.

• Water for future
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• v.27 no.1
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• pp.141-150
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• 1994

The purpose of this study is develope the algorithm of channel routing model which can be used for flood forecasting. In routing model, the hydrulic technique of the implicit scheme in the dynamic equation is chosen to route the unsteady varied flow. The channel routing model is connected with conceptual watershed model which is able to compute the flood hydrograph from each subbasin. The comparative study shows that the conceptual model can simulate the watershed runoff accurately. As a result of investigating the channel routing model, the optimal weighting factor $\theta$ which fixes two points between time line is selected. And also, the optimal error tolerance which satisfies computing time and converge of solution is chosen.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.30 no.6
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• pp.597-610
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• 1997

One-dimensional numerical models using finite difference methods for unsteady sediment transport on alluvial river channel are developed. The Preissmann implicit scheme and the Lax-Wendroff two-step explicit scheme with the Method of Characteristics for water motion and a forward time centered space explicit scheme for sediment motion are developed to simulate the sediment transport rate and the variation of channel bed level. The program correctness of each model is successfully verified using volume conservation tests. The sensitivity studies show that higher peak stage level, steeper channel slope and longer flooding duration produce more channel bed erosion. and median grain size, $D_{50}=0.4mm$ give maximum volume loss in this study. Finally, the numerical models are found to produce reasonable results from the various sensitivity tests which reveal that the numerical models have properly responded to the changes of each model parameter.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.42-42
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• 2017

현재 도시지역의 침수피해는 매우 복잡한 형태로 발생하고 있으며, 침수 발생으로 사유재산 및 사회적 피해가 증대되고 있다. 불투수면이 높은 도시의 침수현상은 지표수의 이동, 매설된 관거의 형상과 통수능에 의한 월류가 주된 원인으로 작용한다. 인구와 건물 및 기반시설이 밀집한 도시지역은 침수피해 발생시 막대한 피해를 입을 수 있으며, 발생한 강우와 설치된 우수저감시설 및 내수배제시설에 따라 침수현상이 다르게 나타난다. 이러한 피해를 줄이고 재산을 보호하기 위해 적절한 치수사업이 필요하며, 시설의 도입에 따른 피해액 감소 및 경제성 분석이 우선시 되어 효율성과 타당성을 판단할 수 있어야 한다. 침수에 의한 피해액을 산정하기 위해 정확한 침수예측이 필요하며, 지형, 건물, 도시의 복잡한 도로 등을 잘 반영한 유출해석이 선행되어야 한다. 정밀한 침수해석이 수반되지 않을 경우, 침수예상지역을 다소 과소, 과대하게 나타낼 수 있다. 홍수피해의 경제성을 분석하기 위한 방법에는 다차원 홍수피해 산정방법이 있으며, 경제성 분석은 하천의 정비상태, 하도 및 관거, 제방 및 유수지 등 홍수 방지시설 등 구조적, 비구조적 대책을 모두 대상으로 하여야 하며, 인명과 재산이 집중된 도시의 경우 보다 정확한 피해액을 산정할 필요가 있다. 본 연구에서는 과거 침수피해가 있었던 도림천 유역을 대상으로 펌프시설의 도입에 따른 건물 피해액 분석을 실시하였다. 우수관망과 도시지역의 유출모의에 적합하다고 알려진 SWMM 모형을 활용하여 침수현상을 분석하였으며, 다차원 홍수피해 산정방법을 활용하여 건물 피해와 건물 내용물 자산피해액을 분석하여 시설 도입에 따른 피해액 감소와 경제성을 분석하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.37-37
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• 2015

본 연구는 남강댐 유역($2,293km^2$)을 대상으로 이중편파 레이더 강우자료와 격자기반 분포형 강우-유출 모형인 KIMSTORM(KIneMatic wave STOrm Runoff Model)을 이용하여 홍수추적을 수행하고, 침수실적자료와 비교하여 레이더 강우자료의 효용성을 검토하였다. 2012년 4개의 강우 이벤트(집중호우, 카눈, 볼라벤, 산바)에 대하여 한강홍수통제소로부터 보정된 비슬산 레이더 강우자료를 제공받아 사용하였다. 레이더 강우와 지점 강우를 비교하기 위해 면적평균강우량을 산정하여 분석한 결과, 유출량산정 지점별 면적평균 강우량은 대체적으로 레이더가 지점 강우보다 더 낮은 값으로 예측되었지만, 강우의 패턴은 상당히 일치하는 것으로 나타났으며, 평균 $R^2$는 0.97로 매우 우수하게 분석되었다. 이후 분포형 홍수추적을 위해 KIMSTORM을 이용하였으며, 격자크기 $500{\times}500m$ 해상도의 156행${\times}$137열의 총 21,372개의 셀로 모형을 구축하였다. 분포형 모형의 보정을 위해 지상강우를 적용하여 모형을 보정하고, 보정된 매개변수를 레이더강우에 그대로 적용하여 적용성을 평가하였다. 모형의 보정 결과, $R^2$(coefficient of determination), ME(model efficiency), VCI (volume conservation index)의 평균이 지점강우를 이용한 경우 각각 0.85, 0.78, 1.09%, 레이더 강우를 이용한 경우 각각 0.85, 0.78, 0.96으로 모의유량이 관측유량을 잘 재현하였다. 이후 태풍 산바에 의한 하천범람 침수실적자료의 침수지역(신연, 문대, 신기지구)과 레이더에 의한 침수지역 유출분석 결과를 비교하였다. 침수지역 호우 및 유출의 공간분포를 분석한 결과 레이더 강우가 침수지역 상류유역의 호우와 유출상황을 자세하게 재현하였으며, 침수지역의 침수기간 전 후를 분석한 결과 지점강우 보다 레이더 강우가 실제 첨두유량에 가깝게 우수하게 모의되었다.

• Journal of the Korean Geographical Society
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• v.51 no.6
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• pp.779-797
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• 2016

A calibrated hydrological model is a useful tool for quantifying the impacts of the climate variations and land use/land cover changes on sediment load, water quality and runoff. In the rainy season each year, the Xe Bang Fai river basin is provisionally flooded because of typhoons, the frequency and intensity of which are sensitive to ongoing climate change. Severe heavy rainfall has continuously occurred in this basin area, often causing severe floods at downstream of the Xe Bang Fai river basin. The main purpose of this study is to investigate the climate change impact on river discharge using a Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model based on future climate change scenarios. In this study, the simulation of hydrological river discharge is used by SWAT model, covering a total area of $10,064km^2$ in the central part of country. The hydrological model (baseline) is calibrated and validated for two periods: 2001-2005 and 2006-2010, respectively. The monthly simulation outcomes during the calibration and validation model are good results with $R^2$ > 0.9 and ENS > 0.9. Because of ongoing climate change, three climate models (IPSL CM5A-MR 2030, GISS E2-R-CC 2030 and GFDL CM3 2030) indicate that the rainfall in this area is likely to increase up to 10% during the summer monsoon season in the near future, year 2030. As a result of these precipitation increases, the SWAT model predicts rainy season (Jul-Aug-Sep) river discharge at the Xebangfai@bridge station will be about $800m^3/s$ larger than the present. This calibrated model is expected to contribute for preventing flood disaster risk and sustainable development of Laos