• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.477-477
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• 2022

환경문제가 사회적으로 크게 대두되면서, 환경 보전 및 복원에 대한 국민들의 관심이 높아졌다. 특히 하천의 경우, 시민들의 레저 활동 및 휴식을 위한 공간으로도 활용되고 있어 청정한 환경 유지를 위한 노력이 필요하다. 하천의 생태기능은 하천에서 살아가는 각종 생물의 서식 조건을 유지함으로써 하천이 환경적으로 건강한 상태를 유지하도록 하는데 매우 중요한 역할을 한다. 우리나라는 70년대 이후부터 오염물질로부터의 수량 보장 등의 목적으로 하천 유지유량을 설정하여 관리하고 있다. 최근에는 이러한 단순 수질 환경 및 물수요의 충족을 위한 취수량 확보 목적을 넘어 수생태계 보호를 위한 유량인 환경생태 유량의 확보가 중요한 문제로 대두되고 있다. 일반적으로 생태계 기능을 보존하는데 필요한 최적 또는 최소 유량에 대한 평가는 다양한 종의 어류에 대한 하천의 유량과 서식지 가용성 사이의 관계를 정의하는 서식지 기반 모델에 의해 수행되어왔으며, 이를 위해서 우선적으로 하천 단면에 대한 수위, 유량, 지반고 등의 하천 고유 특성에 대한 정보를 필요로한다. 이에 본 연구는 생태유량 산정에 앞서 HEC-RAS(하천 분석 시스템)를 이용하여 한강권역내 생태유량 산정을 위한 취약지역 3지점에 대한 하천 단면 정보에 대한 분석을 진행하였다. 본 연구 결과는 한강권역 환경생태유량 산정 및 하천 관리를 위한 기초자료로 활용할 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.51-51
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• 2021

환경생태유량은 수생태 건강성 유지를 위한 최소한의 유량으로 K-water에서는 유량증분방법론 기반의 1차원 물리적 서식처 모형인 PHABSIM(Physical habitat simulation system)을 이용해 고시지점에 대해 환경생태유량을 산정하여 제시하고 있으나, PHABSIM을 이용하여 환경생태유량을 산정하기 위해서는 지형, 수문 및 어류조사와 같은 현장조사를 지속적으로 실시해야한다는 한계점이 존재한다. 따라서 본 연구에서는 안동댐 하류유역(4,565.7 km²)을 대상으로 SWAT(Soil and water assessment tool)과 PHABSIM을 연계하여 수문모형을 이용한 유량 모의에 따른 대상 어종의 환경생태유량을 산정하고자 한다. SWAT 구축을 위해 DEM과 토양도 및 토지이용자료와 유역 내 위치한 7개의 기상관측소에 대한 40년(1980~2019)의 기상자료를 수집하여 적용하였으며, SWAT의 검보정을 위해 유역내 위치한 2개의 다목적 댐(안동댐, 임하댐)의 실측 운영자료와 1개의 수위관측소의 유량자료를 수집하였다. PHABSIM의 경우, 안동댐 하류유역에 대한 하천정비기본계획 보고서에 기반하여 지형자료를 입력하였으며 문헌조사를 통해 대상어종의 서식적합도지수를 수집하여 적용하였다. 3개 지점에 대한 SWAT 검보정결과, 평균 R², NSE 및 RMSE는 각각 0.51~0.76, 0.47~0.74, 0.61~1.84 mm/day로 나타났다. PHABSIM과의 연계를 위해 검보정된 SWAT의 하천유량에 대해 유황분석을 실시하였고, 산정한 Q10과 Q355를 유량의 최대·최소 범위로 설정하여 PHABSIM의 유량 경계조건으로 활용하였다. 이를 이용하여 SWAT과 PHABSIM의 연계모델링 적용성을 평가하고 대상어종의 환경생태유량을 산정할 예정이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.440-440
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• 2021

본 연구에서는 다양한 수문지수와 생태지수간의 상관성 분석을 통해 하천의 유량이 하천 생태계와 하천 건강성에 어떤 영향을 끼치는지 분석했다. 수문지수는 각 유역의 유량 자료를 이용하여 구하였다. 각 유역의 평균 일일 유량, 평균 월 유량, 일 중앙 유량, 월 중앙 유량, 유량의 왜곡, 유량의 변동계수, 유량 빈도 등을 구하였다. 생태지수는 Benthic Macroinvertebrates Index (BMI)를 이용하였다. 피어슨 상관계수 분석(Pearson's correlation coefficient analysis)을 통해 수문지수와 생태지수 간의 상관성을 분석했다. 또한 Gaussian Process Regression(GPR) Model을 이용하여 수문지수와 유역의 지형적 특성을 이용한 회귀모형을 통해 미래의 BMI를 예측할 수 있었다. 각 수문지수별로 생태지수와 높은 상관성을 보이는 것과 낮은 상관성을 보이는 것을 확인할 수 있었다. GPR 모형을 이용하여 미래의 BMI의 값을 예측해 하천 건강성 평가로 이용될 수 있는 수문지수를 얻을 수 있었다. 본 연구를 통해서 수문학적 지수와 생태지수를 이용해 정량적으로 건강성을 평가할 수 있을 것으로 기대한다. 또한 GPR 모형을 통해 미래 생태지수의 값을 예측해보고 해당 연구 유역의 하천 건강을 위한 하나의 지표를 제안 할 수 있을 것으로 예상된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.389-389
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• 2022

상수도 관망에서의 유량 측정은 유수율을 결정하는 데 있어서 중요한 평가 수단이다. 따라서, 유량 측정을 위해 유량계를 활용하는데, 높은 빈도의 자료를 획득할 수 있는 수압계는 시중에서 저가로 활용 가능하지만, 상수도관망 예산의 상당부분을 차지하고 있는 유량계는 수압계보다 고가에도 낮은 빈도의 자료만을 획득하는 비용 대비 낮은 효율을 가진다. 만약 수압계의 측정자료를 유량자료로 고속전환하는 기술을 개발하면 기존의 유량계보다 적은 비용으로 고빈도의 유량자료를 획득할 수 있다. 상수도 관망에서 수압자료를 유량 자료로 전환하는 기술은 기존 관망에서 유도된 지배방정식에서 임의 관망에서 일련의 유도과정을 거쳐 상하류 단사이 수압과 유량의 관계를 형성하고, 이러한 관계를 활용하여 간단한 저수조-관망-밸브 체제에서 관망 내의 특정지점에서의 시간상 수압자료와 시간상 유량자료의 비를 정의한 다음, 임의의 지점에서 측정된 수압자료를 정의한 비로 나타나는 임피던스 역수를 역푸리에 전환하면 시간상의 유량자료를 획득할 수 있는 원리이다. 이러한 수압-유량 전환기술의 원리를 가지고 개발된 기술의 정확도를 확인하는 과정을 수행하였으며, 이는 전통적 천이류 해석 방법인 특성선 모델로 비교하는 수치해석적인 방법 그리고 실제 설치된 관망을 사용해서 수압을 측정하고, 지정된 지점에서 유량을 정밀측정하여 비교하는 실험적인 방법을 통해 정확도를 비교해봄으로써 개발된 기술을 검증해보고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.622-627
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• 2007

최근 하천의 모습은 이수 및 치수를 위해 설치된 수공구조물과 각종 오염원으로 인한 수질악화, 산업화 및 도시화에 따른 물순환시스템의 변화로 하천의 물순환 시스템이 바뀌게 되고 하천을 찾는 시민들의 환경의식 미성숙으로 인한 직간접적인 하천오염 활동이 이루어지고 있다. 하천에 대한 이러한 변화는 수질, 수량 및 하천의 구조적 측면에서 하천 생태계에 많은 영향을 끼치고 있다. 따라서 하천의 정상적인 기능을 회복시켜 하천 생태계 보전과 환경적으로 안정된 하천 조성이 이루어지도록 하기 위해서는 하천을 보다 자연스럽고 지속적으로 관리하기 위한 효율적인 환경유량의 관리가 필요하다. 하천의 전체적인 생태시스템을 고려한 환경유량의 관리를 위해서는 기존 환경유량의 개념, 산정방법 등 현황을 분석하고 하천 생태계에 영향을 미치는 인자들에 대한 관리방안을 마련하는 것이 중요하다. 본 연구의 목표는 하천생태계에 대한 영향인자의 장단점을 분석하고 이들이 어느 정도의 영향을 미치고 있는지를 정량적으로 파악함으로써 사회적으로 요구되는 환경유량을 산정할 때 어류 및 식생 등 하천의 생태계와 하천의 수량 및 수질, 하천의 수리구조물 등 하천의 구조적인 변화를 고려할 수 있는 방안을 마련하는 것이다. 이를 위하여 우선적으로 국외 선진국에서 활용되고 있는 다학제간 전문가 그룹(Multi-disciplinary Expert Team, MET)을 통해 하천 생태시스템을 분석하고 환경유량 산정 모형을 활용하여 저수지 댐과 연계 운영함으로써 어류 및 식생 등 생태서식처와 사회환경 개선에 필요한 유량을 유지할 수 있는 방안을 적용하고자 한다. 본 연구에서는 대상유역인 금강유역에 대해 환경유량을 산정하기 위한 개념모형을 구축하였다. 개념모형은 대청댐 건설 이전, 대청댐 건설이후${\sim}$용담댐 건설 이전, 대청댐과 용담댐 건설 이후 등 3개의 시나리오를 통해 하도 및 수변공간과 유량변화에 따른 유황분석 등을 통해 손실된 생태시스템을 정량화하여 궁극적으로는 복원을 위한 대응방안을 마련하도록 할 수 있도록 구축되었다. 또한 댐으로 인한 하류지역의 영향범위 및 하천생태계에 미친 영향을 감소하기 위하여 적절한 환경유량을 산정하기 위한 것이다. 구축된 개념모형을 바탕으로, 금강유역에 대한 기초적인 수문, 하천특성, 현장조사 등을 실시하였다. 향후에는 본 연구결과를 기초로 하여 환경유량을 산정하기 위한 모형을 개발하고 산정된 환경유량을 확보 및 관리하기 위한 방안과 친환경적인 댐 운영방안을 마련하게 될 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.116-116
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• 2022

현재 인공지능은 공학적 문제 해결 외에도 다양한 분야에 적용되어 매우 친숙하게 활용되고 있다. 특히 하천 분야에서는 시설물 주위 국부세굴 또는 어류 서식처 분석과 같이 관련 변수들의 복잡성으로 적절한 결과를 쉽게 얻어내기 어려운 것들에 적용되고 있다. 그 외에도 인공지능 기법을 적용할 수 있는 분야로 하천에서의 수위를 이용하여 유량을 예측하는 것이 있다. 기존에는 수위-유량 관계 곡선을 만들어 수위를 이용하여 유량을 예측하였으나, 관계곡선 제작에 활용된 수위와 유량 범위에서 벗어나는 경우 과다한 유량으로 계산되는 경우가 있다. 본 연구에서는 인공지능 기법 중 하나인 인공신경망 기법을 사용하여 하천의 유량 예측을 수행하였다. 기존 국가수자원관리종합정보시스템에 기록된 자료를 활용하여 수위와 유량 자료를ANN에 학습시키고 학습에 활용하지 않은 시기의 자료를 이용하여 전반적인 유량 예측 성능과 루프형 수위-유량 관계 곡선을 생성할 수 있는지를 검토하였다. 또한 학습 범위를 벗어난 홍수량에 대한 측정 결과를 검토하고, 기존 수위-유량 관계곡선과 비교하여 그 성능을 검토하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.104-104
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• 2015

국내 외에서 생태 수리해석 및 생태 서식 조건을 충족시키기 위한 최적 생태유량 (생태 유지유량) 산정에 대한 연구는 다양하게 진행되어 왔다. 그러나 상대적으로 생태 유지유량을 확보하기 위한 연구는 기존의 방법에서 크게 변화하지 못하고 있는 실정이다. 하천 유지유량을 확보하는 방안은 신규 댐/저수지 개발, 하수처리장 방류수 활용 등과 같은 직접 확보 방안과 댐/저수지 운영 효율 개선, 하천 유수점용허가 관리 등과 같은 간접 확보 방안으로 구분할 수 있다. 그러나 도시 하천에서 유지유량을 확보하기 위해 기존의 방법을 적용하는 것은 현실적으로 한계가 있다. 본 연구는 2차원 물리서식처 모형인 River2D를 이용하여, 물리서식처가 생태유량에 미치는 영향을 분석하였다. 대상구간은 한강의 제1지류인 홍제천으로 선정하였으며, 대상 구간은 하수처리장 방류수를 통해 유지유량이 확보되고 있으며, 추가적인 유지유량을 확보하기 현실적으로 어려운 구간이다. 물리서식처가 생태유량에 미치는 영향을 파악하기 위하여 현재 상태와 추가적인 물리서식처를 고려한 2차원 물리서식처 모의를 진행하였다. 이를 통해 물리서식처를 추가적으로 적용할 경우 현재 상태대비 물리 서식환경이 증가되어 생태유량이 일정부분 확보되는 것으로 나타났다. 본 연구는 도시하천에 물리 서식처를 도입하여 생태 서식공간이 증가함으로써 생태유량을 확보할 수 있는 방안에 대한 방법론을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.525-525
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• 2016

도심지역의 대단위 주거 단지 조성에 따른 다양한 하천 생태계에 대한 문제가 야기되어 하천 생태계에 대한 환경영향평가가 때때로 시도되고 있다. 토지이용의 변화에 따라 유역의 물순환 경향이 달라지고 이로 인하여 하천 수생태계에 영향이 달라지게 된다. 본 연구에서는 토지이용 변화와 물순환 변수인 유량인자와 하천 수생태환경의 상관관계를 조사해 보고자 하였다. 대상 유역으로는 한강 하류지역인 서울특별시 주변의 30개 소유역을 대상으로 하였으며, 일유량 자료와 BMI 지수, 유역의 불투수율등을 사용하였다. 또한 환경부에서 제공하고 있는 2012-2014년 자료중 한강 유역에서 조사된 저서성대형무척추동물지수 관측소와 유랑 관측소와 일치하는 33개 지점을 선정하여 유량지표와 생태환경 지수와의 관계를 조사 분석하였다. 본 연구에서는 수생태환경을 나타낼 수 있는 지수인 저서성대형무척추동물지수 (Benthic Macroinvertebrates Index, BMI)를 조사하여 자료를 구축하고, 토지이용변화와 유량변화에 따른 BMI 지수의 영향을 조사하고, 토지이용 변수와 수문학적 변수와의 상관관계를 조사하고자 하였다. 유역의 불투수율과 마찬가지로 일평균 유량, 0.5년 초과빈도, 0.1년 초과빈도, 0.01년 초과빈도 유량과 BMI 지수와의 상관관계를 조사하였다. 이러한 상관관계 도출을 통하여 유역의 개발에 따른 하천 수생태에 영향을 수문변수 중의 하나인 유량지표로 유추 할 수 있으며 수생태에 대한 영향을 저감할 수 있는 저감 방안으로 유량자료를 사용할 수 있을 것으로 기대할 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.166-166
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• 2017

현재 우리나라에서 많은 연구에 활용되고 있는 오염부하지속곡선(Load duration curve, LDC)은 단일 기준유량의 문제점을 개선하기 위해 전체 유량 범위를 고려한 수질오염총량관리제(Total Maximum Daily Loads, TMDL) 평가 기법으로 개발되었다(Choi et al., 2012). LDC를 이용해 목표수질 달성여부를 분석하기 위해서는 일유량자료를 바탕으로 유량지속곡선(Flow Duration Curve, FDC)의 작성이 선행되어야 하는데(Park and Oh, 2012), 365일 연속적으로 측정된 실측 자료를 이용하는 것이 가장 확실하고 정확한 방법이다. 그러나 현재 환경부에서는 총량관리 단위유역에서 8일 간격으로 실측 유량 및 수질 측정이 이루어지고 있고, 특히 주로 비강우 시에 측정이 이루어지고 있는 실정이기 때문에 고유량에 대한 모니터링 자료가 부족한 실정이다. 이 같은 이유로 많은 연구에서 불연속적인 평균 8일 간격 유량을 그대로 사용하거나 일유량자료를 확보하기 위해 다양한 방법을 이용하고 있다. 그러나 이러한 유량자료의 변동은 유랑지속곡선에 변화를 주고 결과적으로는 LDC를 이용한 목표수질 달성여부를 판단함에 있어 불확실성이 있다. 이에 본 연구의 목적은 환경부 총량측정망 8일유량자료와 이와 연계성이 있는 국토교통부 하천유량 측정망 일유량자료를 이용하여 각각의 LDC를 작성하고, 이러한 일유량과 8일유량 사용이 LDC를 이용하여 목표수질에 대한 오염부하 특성분석에 어떠한 영향을 미치는지 유량 조건별로 차이를 비교분석하는 데 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.144-144
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• 2020

국내의 하천은 급격한 도시화 및 산업화로 인해 자연하천의 모습은 사라지고 이수와 치수 기능 위주의 하천관리가 이루어졌다. 하천은 치수기능을 강조하여 인공적으로 변화하였을 뿐만 아니라 하천생태환경 내에 서식하는 동식물의 서식 환경에도 교란을 야기하였다. 최근 하천관리의 패러다임이 변화함에 따라서, 하천이 갖는 자연적 특성을 회복하는 환경적 측면을 강조한 생태하천 복원사업에 대한 관심이 높아지고 있으나, 수생생물 서식지 복원과 생태계에 필요한 환경유량에 관한 정량적인 평가를 위한 연구는 부족한 실정이다. 본 연구는 경상북도 김천시와 구미시를 관류하여 낙동강으로 합류되는 감천을 대상으로 하였으며, 댐 건설로 인한 하천 생태계 변화 및 하천유량에 대한 통계적 분석, 수리 모델링, 하천구역의 공간적 분석을 진행하였다. 통계적 분석을 위한 시계열 자료 구축은 감천 하류에 있는 선산관측소의 2002년 ~ 2019년까지 수위, 유량을 사용하였으며, 김천부항댐이 건설 된 2014년 1월 1일을 기점으로 댐 건설 전(2002 ~ 2013)과 댐 건설 후(2014 ~ 2019)로 구분하였다. HEC-EFM(Ecosystem Function Model)을 활용하여 어류를 포함한 수생생물의 성공적인 서식을 위한 환경유량을 산정하였다. 산정된 환경유량을 HEC-GeoRAS(Geographic River Analysis System)와 HEC-GeoEFM(Geographic Ecosystem Function Model)을 적용·연계하여 수생식생 도입이 가능한 하천 구간과 어류 산란 및 성장에 적합한 하천구간을 표현하였으며, 댐 건설 전후의 서식지 면적을 계산하여 수생생물의 성공적인 서식환경이 조성되었는지 확인하였다. 본 연구를 바탕으로 수생생물의 하천 서식지 개선을 위한 명확한 환경유량을 수립하는 데 도움이 될 것으로 판단된다.