• 한국농공학회논문집
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• 제63권2호
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• pp.85-96
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• 2021

Irrigation return flow is defined as the excess of irrigation water that is not evapotranspirated by direct surface drainage, and which returns to an aquifer. It is important to quantitatively estimate the irrigation return flow of the water cycle in an agricultural watershed. However, the previous studies on irrigation return flow rates are limitations in quantifying the return flow rate by region. Therefore, simulating irrigation return flow by accounting for various water loss rates derived from agricultural practices is necessary while the hydrologic and hydraulic modeling of cultivated canal-irrigated watersheds. In this study, the irrigation return flow rate of agricultural water, especially for the entire agricultural watershed, was estimated using the SWMM (Storm Water Management Model) module from 2010 to 2019 for the Madun reservoir located in Anseong, Gyeonggi-do. The results of SWMM simulation and water balance analysis estimated irrigation return flow rate. The estimated average annual irrigation return flow ratio during the period from 2010 to 2019 was approximately 55.3% of the annual irrigation amounts of which 35.9% was rapid return flow and 19.4% was delayed return flow. Based on these results, the hydrologic and hydraulic modeling approach can provide a valuable approach for estimating the irrigation return flow under different hydrological and water management conditions.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.99-99
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• 2022

Jeju island has a humid subtropical climate and this climate zone is expected to migrate northward toward the main land, Korea Peninsula, as temperature increases are accelerated. Vegetation type has been inevitably shifted along with the climatic change, having more subtropical species native in southeast Asia or even in Africa. With the forest composition shift, it becomes more important than ever to analyze the water balance of the forest wihth the ongoing as well as upcoming climate change. Here, we implemented the Ecosystem Demography Biosphere Model (ED2) by initializing the key variables using forest inventory data (diameter at breast height in 2012). Out of 10,000 parameter sets randomly generated from prior distribution distributions of each parameter (i.e., Monte-Carlo Method), we selected four behavioral parameter sets using remote-sensing data (LAI-MOD15A2H, GPP-MOD17A2H, and ET-MOD16A2, 8-days at 500-m during 2001-2005), and evaluated the performances using eddy-covariance carbon flux data (2012 Mar.-Sep. 30-min) and remote sensing data between 2006-2020. We simulated each of the four RCP scenarios (2.6, 4.5, 6.0, and 8.5) from four climate forcings (GFDL-ESM2M, HadGEM2-ES, IPSL-CM5A-LR, and MIROC5 from ISIMIP2b). Based on those 64 simulation sets, we estimate the changes in water balance resulting from the forest composition shift, and also uncertainty in the estimates and the sensitivity of the estimates to the parameters, climate forcings, and RCP scenarios.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.124-124
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• 2022

가뭄시 유역 수문량은 하천수/지하수 취·배수, 하·폐수방류량, 용수재이용 등 복잡한 물이용체계에 따른 영향이 크지만 기존 가뭄시 수문량 평가는 이러한 복잡한 물이용체계를 고려하지 않아 정도 높은 예측에 어려움이 있다. 따라서 가뭄시 유력 내 상세물이용체계 및 수문환경특성 인자들의 상호작용 규명을 통한 정도 높은 수문량 평가 기술의 개발이 시급하다. 대하천 주변 광역상수도 공급지역은 가뭄 발생시에도 안정적으로 물이용이 가능하나, 중소하천을 수원으로 하는 하천의 상류지역은 가뭄시 물공급 안정성이 취약하다. 따라서 중소하천을 대상으로 가뭄시 물 공급시설의 효율적 운영, 물부족 위험도 평가, 가용수자원의 최적이용 등 종합적인 대책 마련을 위해서는 신뢰성 높은 수문량(하천유출량 및 수자원가용량) 예측이 필요하다. 가뭄에 따른 중소하천유역의 수문학적 유출거동을 평가하기 위한 해석 모형으로는 국내의 복잡한 유역 수문환경특성을 평가하기 위해 개발된CAT (Catchment hydrologic cycle Assessment Tool)(김현준 등, 2012)을 이용하였다. CAT은 기후변화나 토지이용변화에 따른 유역의 수문환경특성 변동성을 정량적으로 평가하기 위해 개발된 모형이다. CAT은 인위적인 물이용체계 즉, 광역급수, 용수재이용, 지하수 취수, 하천수 취·배수 등을 분석하기 위한 툴을 제공하므로 가뭄시 상세물이용체계에 따른 시·공간적 수문환경특성 분석 및 수문량 평가를 위한 최적의 모형으로 선정하였다. 본 연구에서는 중소하천유역의 수문량 예측기술 실용화 기반을 마련하기 위하여 낙동강, 금강, 영산/섬진강 중권역을 대상으로 정밀 시공간 수문량을 평가하였다. 각 권역별 보정지점을 기준으로 관측유량 자료와 모의자료의 1:1비교를 통해 수문량 예측정확도를 산정하였으며, 모형효율(Nash Sutcliffe Efficiency, NSE) 및 결정계수(Coefficient of Determination, R²)의 권역별 평균은 NSE 72%, R2 79%로 나타났으며, 대부분의 지점에서 70% 이상을 나타내어 환경부 및 지자체의 가뭄시 물관리 정책을 지원하기 위한 실용화 기반을 마련하였다.

• 자원환경지질
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• 제46권4호
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• pp.339-344
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• 2013

물의 순환의 복잡한 기작을 이해하는 데 수증기동위원소는 중요한 단서를 제공할 수 있으며 지구과학의 다양한 영역(고기후학, 수리지질학, 대기학, 해양학 및 생태학)에 적용될 수 있다. 수분의 전지구적 또는 지역적 이동에 대한 연구는 물의 순환 및 대기에서의 에너지이동을 좀 더 잘 이해하는 데 도움을 줄 것이다. 본 연구에서는 해안근처에서의 수분의 이동을 파악하기 위해서 태풍 볼라벤이 한반도를 통과하는 기간동안(2012년 8월 27일부터 8월 29일까지) 수증기의 안정동위원소를 극지연구소에 설치된 동위원소분석기를 이용하여 측정하였다. 수분동위원소의 두 동위원소의 선형관계식($D=7.8x^{18}O+10.1$)으로부터 해양 기원의 수증기가 증발에 의해 이동되어 측정되었음을 알 수 있었다. 날씨가 맑을 때는 해양으로부터 증발되어 다른 물리적인 변동없이 직접 이동된 수증기의 동위원소 조성(산소동위원소, ${\delta}^{18}O$=-14‰)을 보여 주었으며, 태풍이 통과하면서 수분동위원소의 값은 10‰ 정도 낮은 값을 보였다. 태풍의 통과로 인해 상대습도는 증가하였으며 수분동위원소값은 감소하는 소위 "우량효과(amount effect)"를 보여주었다.

• 한국농림기상학회지
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• 제13권2호
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• pp.87-92
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• 2011

본 연구에서는 광릉 활엽수림의 수문순환과정에서 낙엽층의 역할을 이해하기 위해 낙엽층의 차단저류능을 산정하였다. 낙엽층 두께의 공간 분포를 조사하여 낙엽층 두께 지도를 작성하였으며, 낙엽층의 두께와 차단저류능 간의 관계를 확인하고자 낙엽 표본을 채집하여 실험을 수행하였다. 25~100mm 두께의 낙엽 표본에 대한 실험 결과, 둘 간에 선형 비례 관계가 존재함을 확인하였다. 낙엽층의 응집이 상대적으로 적은 0~25mm 두께에서는 낙엽층 두께의 증가에 따라 더 급격한 차단저류능 증가가 일어나는 비선형적인 관계를 보였다. 또한 강우 강도가 약한 경우에도 낙엽층 두께와 차단저류능 간의 비선형 관계가 더 크게 나타날 수 있음을 확인하였다. 제작된 낙엽층 두께 지도와 낙엽층 두께와 차단저류능 사이의 관계식을 통하여 산정한 낙엽층의 차단저류능은 평균 $0.94{\pm}0.39mm$ 이었다. 산정된 낙엽층(평균 두께 $59{\pm}32mm$)의 차단저류능은 군락의 차단저류능과 비교할 때 그 크기가 비슷하였으며, 이는 낙엽층이 광릉 활엽수림의 수문순환에 중요한 역할을 할 수 있음을 보여준다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제38권8호
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• pp.645-653
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• 2005

청계천 유역(유로연장: 13.75 km, 유역면적: $50.95\;km^2$)의 물순환 해석에 물리적 개념의 공간 분포형 강우-유출 모형인 WEP 모형을 적용하였다. 모형 적용 결과, 청계천 유역은 전형적인 도시 유역의 특성을 나타내었는데, 강우시의 지표면 유출량이 크고, 강우의 유출에 대한 반응이 빠르며, 증발산의 경우는 산림지역보다 도시지역이 상대적으로 적었다. 또한 관측값과 비교한 결과 청계천의 하천 유출을 모의하기에 적절함을 알 수 있었고, 이를 토대로 청계천 유역 자체의 복원후 유지유량 공급능력에 대해 추정하였다. WEP 모형의 적용 결과, 2002년 청계천 유역의 물수지는 연간 1,388 mm의 강우에 대하여 830 mm의 지표면 유출이 발생하고 388 mm가 침투되며 397 mm가 증발산에 의해 대기중으로 방출되었다. 하천유출량은 1,228 mm로 이 중 지표면 유출, 중간 유출, 지하수 유출의 비율은 각각 $67.6\%,\;12.7\%,\;19.7\%$이었다.

• 한국지리정보학회지
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• 제18권1호
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• pp.156-169
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• 2015

본 연구는 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형을 이용하여 임하댐 유역($1,355.5km^2$)을 대상으로 RCP(AR5) 기후변화 시나리오에 따른 미래 수문순환 영향을 평가하였다. 3지점의 실측된 유출량을 활용하여 모형의 보정(2002~2007년) 및 검증(2008~2013년)을 실시하였다. 검 보정 결과 결정계수($R^2$)는 0.70~0.85로, Nash-Sutcliffe 모형 효율(NSE)은 0.67~0.82로 분석되어 신뢰성 있는 유출량 모의 결과를 나타내었다. 기후변화 시나리오는 기상청에서 제공하는 HadGEM3-RA 모형의 RCP 4.5 및 8.5 시나리오를 수집하여, 과거 34년(1980-2013, baseline period)의 기상자료를 기준으로 편이보정(Bias Correction)하여 SWAT모형에 적용하였다. 기후변화 분석 결과 강수량과 평균기온이 10.8%, $4.9^{\circ}C$ 증가하였으며, 강수량과 기온의 증가로 증발산 11.2%, 토양수분 1.9%, 지표유출 10.0%, 중간유출 12.1%, 회귀유출 18.2%이 각각 증가함에 따라 총 하천유출량이 11.2% 증가하였다.

• 한국지리정보학회지
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• 제21권4호
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• pp.50-63
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• 2018

급격한 도시화를 겪으면서 자연적인 물순환 체계의 왜곡을 초래하였다. 이러한 물순환 구조의 변화는 기존 수자원 이용 경향을 변화시키며 하천 건천화 현상을 유발하고 있다. 이를 관리하기 위해 건천화 평가 및 예측이 가능한 하천 건천화 영향 평가 기술이 필요하다. 하천 건천화 영향평가 기술 수행을 위해서는 기초자료로써 GIS 기반의 공간자료 구축이 필수적이나, 관련 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 하천 건천화 평가를 위한 GIS 기반의 시계열 공간자료 활용에 대한 연구를 수행하였다. 이에 6개 하천 건천화 영향요소(기상, 토심, 산림밀도 및 높이, 도로망, 지하수 이용량, 토지이용)을 대상으로, 과거 수십년 간의 변화과정을 전국 단위 GIS 자료로 구축하여 연속수문모형 운용에 대한 기초자료로 활용하였다. 이러한 영향요소를 대상으로 시계열에 따라 하천 건천화 원인을 분석하고 해석할 수 있는 분포형 연속수문모형 기반의 DrySAT을 활용하여 하천 건천화 영향요소별 연유출량 및 건천화 평가를 수행하였다. 그 결과, 다른 요소들은 고려하지 않고 주어진 기상 조건하에 연유출량은 기본값 977.9mm로 산출되었다. 반면, 토심 감소, 산림 높이 증가, 도로 개발 증가, 지하수이용량 증가, 토지이용 개발변화를 고려하였을 때의 연평균 유출량은 각각 1,003.5mm, 942.1mm, 961.9mm, 915.5mm, 1003.7mm로 산출되었다. 산출된 결과는 하천건천화의 주요 원인으로서 지표유출량을 증가시켜 하천유량을 감소시키는 토심의 감소, 지표유출량을 감소시키는 산림 밀도의 증가, 지표하유출량을 감소시키는 도로의 증가, 기저유출량을 감소시키는 무분별한 지하수 개발과 지하수이용량의 증가, 지표유출량을 증가시키는 불투수지역의 증가를 들 수 있다. 또한, 하천 건천화 정의 및 등급 범위를 통해서 건천화 등급에 따라 표준유역별로 나타내었으며, 기상, 토심 감소 고려, 산림 높이 증가, 도로 개발 증가, 지하수이용량 증가, 토지이용 개발변화를 고려하였을 때의 건천화 등급은 각각 2.1, 2.2, 2.5, 2.3, 2.8, 2.2로 나타났다. 기본값인 강우조건을 제외한 5개 하천 건천화 영향요소에 대한 건천화 영향순위는 지하수 이용량 변화에 대한 건천화 영향이 제일 컸으며, 산림 밀도 변화, 도로 건설 변화, 토지이용 변화 및 토심 변화 순으로 나타났다. 향후 전국 하천 건천화 평가시스템 개발을 통해 6개 하천 건천화 영향요소에 대한 미래 자료 변화 및 이에 대한 건천화의 진행전망 등 시스템에 의한 평가결과를 토대로 맞춤형 하천 건천 관리 및 방지 방안을 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

• 미생물학회지
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• 제50권2호
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• pp.137-151
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• 2014

댐의 존재가 하천 생태계에 미치는 영향을 연구하기 위해 다양한 연구가 지금까지 수행되어 왔지만, 댐이 하류의 탈질화에 미치는 영향은 잘 알려져 있지 않다. 대한민국 낙동강의 댐 원류에서 탈질화 효소 활성도(잠재 탈질율)와 탈질균 분포(nirS, nirK, nosZ 유전자를 표지유전자로 사용)를 조사하였다. 자갈 혹은 모래로 채워진 하천의, 갈대가 우거진 하변지역과 강바닥의 침전물을 채취하여 조사하였다. 이 실험의 가설은 다음과 같다. (i) 하천 침전물의 N과 C의 사용유효량이 높을수록 대조군에 비해 미생물 군집의 탈질화 작용이 더욱 증진한다, (ii) 하천생태계마다 상이하게 나타나는 잠재 탈질율 간의 차이는 탈질 미생물의 양에 비례한다. 30여 년간 댐에 의해 수문학적으로 큰 차이가 있었고 또한 댐 하류의 저서에 무기질소와 용존유기탄소 농도가 대조군에 비해 매우 높았음에도 불구하고, 탈질균 군집의 양과 잠재 탈질율은 하천 간에 큰 차이가 없었다. 하지만 nirS 유전자와 nosZ 유전자의 양과 잠재 탈질율은 댐 하류에 존재하는 자갈이 많은 하변과 모래가 많은 하천 바닥에서 홍수빈도와 계절별 온도변동에 관련하여 크게 증가함을 알 수 있었다. nirK 유전자는 모든 시료에서 발견되지 않았다. Canonical correspondence analysis (CCA) 분석결과는 탈질균 군집 양과 영양염류 가용도와 잠재 탈질율 사이에는 약한 상관관계가 있음을 보여주었다.

• 대한원격탐사학회지
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• 제33권6_1호
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• pp.947-960
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• 2017

토양수분은 지구복사에너지평형과 물순환에 영향을 미치는 중요한 인자이므로, 수문학 연구에 있어서 토양수분의 함량을 파악하는 것은 매우 중요하다. 현재 수동형 마이크로파 위성의 토양수분 자료는 10~36 km의 저해상도로서 국지규모의 수문분석에 사용하기에는 어려움이 있다. 또한 현장관측 토양수분자료는 지점 자료이므로 공간연속성을 보장하지 못하는 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 Sentinel-1의 SAR(Synthetic Aperture Radar) 영상을 이용하여 우리나라 농지에서 10 m 해상도의 토양수분 산출 가능성을 살펴보았다. 2015-2017년 4월부터 10월까지 5개의 토양수분 지상관측지점을 대상으로, Sentinel-1 후방산란을 이용하여 선형회귀와 SVR(support vector regression) 방법으로 토양수분 산출을 수행하였다. 편파에 따라 후방산란계수의 토양수분에 대한 민감도가 다르지만, 산출정확도는 VV 편파와 VH 편파가 유사하였다. 토양수분은 식물계절학(phenology)보다는 수문기상과 지면특성에 보다 더 영향을 받기 때문에 토양수분 산출에 있어 특별한 계절성은 발견되지 않았다. 대체로 입사각이 작을수록 후방산란과 토양수분간의 관계 패턴이 더 뚜렷하게 나타났으며, 또한 지면에 수분이 충분히 고르게 분포하는 경우 표면 간섭이 줄어들어(시간적으로는 강수시, 공간적으로는 논에서) 산출정확도가 상대적으로 높게 나타났다. 전체적으로 RMSE(root mean square error) 6.5% 정도의 오차를 보였으나, 향후 지면 거칠기, 지형, 토성 등 다양한 지면 변수의 영향을 반영한다면 보다 더 정확도 높은 토양수분을 산출할 수 있을 것으로 사료된다.