• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권5호
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• pp.325-331
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• 2016

본 연구에서는 홍수 시 부유물의 충돌하중을 고려하여 교량의 홍수 취약도 곡선을 도출하였다. 자연재해에 의해 불가피하게 발생하는 사회기반시설물의 손상 또는 기능 손실은 심각한 인명피해 뿐만 아니라 국가적으로 사회적, 경제적 손실을 불러올 수 있다. 따라서 국가주요시설물을 재난으로부터 효과적으로 유지관리하기 위해 취약도 곡선은 중요한 도구로 사용되고 있다. 특히 한국은 산지 지형이 많이 형성되어 있고 하절기에 강수량의 2/3이상이 집중되어, 홍수 피해 가능성이 매우 높다. 홍수 시 교량 파괴의 주원인으로는 부유물의 충돌과 하상세굴이 있는데, 부유물의 충돌은 여러 가지 불확실성으로 인하여 상대적으로 연구가 부족한 실정이다. 본 연구에서는 FERUM-ABAQUS 기반의 취약도 해석 시스템을 도입하여, 홍수시 부유물의 충돌에 대한 교량의 취약성을 평가하였다. 교량의 취약도 해석을 효과적으로 수행하기 위하여 한계상태함수, 손상도 지수, 확률변수, 유한요소모델, 취약도 해석 소프트웨어 시스템을 주로 고려하였으며, 가속도 및 변위 응답해석을 통하여 모델 상태를 확인하였다. 다음으로는 홍수 시 부유물 충돌에 발생 가능한 다양한 파라미터를 기반으로 교량의 취약도 곡선을 성공적으로 도출하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.365-365
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• 2012

이수 및 치수를 위한 수공구조물 설계 및 하천기본계획 수립의 요점은 설계홍수량의 산정에 있으며, 통계적으로 유의성을 가지는 설계홍수량을 산정하기 위해서는 일반적으로 30년 이상 관측된 홍수자료가 요구된다. 우리나라의 경우 대부분의 유역이 미계측 유역이거나 관측년수가 비교적 작은 경우가 많으므로, 상대적으로 자료 연한이 긴 강우자료를 빈도분석한 후 이를 강우-유출 모형에 입력하여 확률홍수량을 추정하는 간접적인 방법이 주로 이용되며 사용된 강우의 빈도가 홍수의 빈도와 동일하다는 가정을 기본으로 한다. 그러나 동일한 강우량이 발생하더라도 강우의 강도, 지속시간, 유역의 선행함수조건 등과 같은 유역 특성에 따라 유출의 특성은 현저히 다르게 나타나며 결국 이러한 특성은 입력자료, 강우-유출 모형, 기후변동성 등과 같은 불확실성 요소로 인식될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 불확실성을 고려할 수 있는 강우-유출 모의기법을 개발하여 이를 통해 홍수빈도곡선을 유도할 수 있는 방법론을 제시하고자 한다. 불확실성 분석을 위해 기존 HEC-1 강우-유출 모형에서 Bayesian MCMC 기법을 적용하여 매개변수들의 사후분포를 추정하여 매개변수들의 최적화 및 불확실성 분석을 수행하였다. 마지막으로 기후변화 영향을 통합한 홍수빈도곡선을 유도하기 위해서 극치강수를 모의하는 것이 필요하며, 본 연구에서는 극치값 재현에 있어서 우수한 성능을 발휘하는 Kernel-Pareto Piecewise분포 기반의 강우모의발생 기법을 적용하여 HEC-1모형과 연동되도록 모형을 개발하였다. 본 연구에서 제안하는 방법론은 기존 홍수빈도곡선 유도 방법에서 불확실성을 분석하기 위해 모든 변수들을 독립사상으로 간주하고 Monte Carlo Simulation을 수행함으로서 매개변수들간의 상호연관성, 상관성, 조건부 확률들을 고려할 수 없었던 점을 Bayesian 모형을 통해 매개변수들간의 조건부 확률을 고려한 매개변수의 사후분포 도출을 가능하게 하여 보다 현실적인 강우-유출 관계 도출이 가능하고 불확실성 구간이 자연적으로 도출됨으로서 향후, 신뢰성 있는 수자원 계획수립에 유용한 자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.930-930
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• 2012

최근 기후변화로 인하여 전 세계적으로 물 부족현상이 대두되고 있는 가운데 우리나라 또한 물 부족국가에 편재되어 있다. 더군다나 제주도는 최대 다우지임에도 불구하고 다른 타 지역과 마찬가지로 제주도 곳곳에서 물 부족 현상이 야기되고 있다. 이러한 현상은 제주도의 강우가 대부분 년 중 6월~9월에 집중되고, 그 기간 홍수유출 역시 경사가 급하고 15km 미만의 짧은 유로연장을 갖는 대부분의 하천의 특성상 홍수유출 지속시간이 단 시간에 불과하여 수자원 관리에 큰 어려움이 있기 때문으로 사료된다. 다만 일부하천의 경우 해안과 가까운 지점의 하상과 측벽에서 기저유출 성분인 용천수가 유출됨으로 1970년대부터 상수원으로 개발하여 일부분 이용되고 있다. 하지만 이 또한 정확한 용출량 산정이 어려워 수자원으로써의 활용이 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 대상유역의 기저유출로 발생되는 용천수의 용출량을 산정하여 용천수의 이용 및 보전관리계획을 수립하는 중요한 척도를 제시함은 물론 제주 수자원의 대부분을 차지하는 지하수의 함양, 배출, 순환연구에 중요한 기초자료로 활용하기 위하여 진행되었다. 본 연구는 제주도 중서귀수역 주요 기저유출유역(강정천, 악근천)에 대하여 연구대상기간(2011.7~2011.12) 동안 하천의 유출량을 ADCP(Accoustic Doppler Current Profiler, SonTek사)와 전자기식 유속계(FLOW-MATE)를 이용하여 매월 2회 현장 계측을 실시하여 유출량 자료를 확보하였고, 일 단위의 모의가 가능한 유역단위의 준 분포형 장기 강우-유출 모델(continuous rainfall-runoff model)인 SWAT(Soil Water & Assessment Tool) 모델을 적용한 물수지 결과값과 비교 검정하여 제주도 기저유출 하천의 유출율 및 수문곡선의 특성을 분석하고 SWAT 모델을 통한 물수지 산정을 실시하였다. 중서귀수역의 기저유출 대상유역에 대한 지속적인 관측자료와 세계적인 SWAT모델을 이용한 정밀 수자원 해석결과는 서귀포시의 주 식수원으로 이용되고 있는 대상유역의 물순환 및 물수지분석과 통합 수자원의 연구진행, 향후 기후변화에 대비한 효율적인 수자원의 이용 및 확보를 위한 귀중한 자료로 이용될 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.123-123
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• 2012

일강수량은 수공구조물 설계 및 수자원계획을 수립하기 위한 입력 자료로 이용된다. 일반적으로 수자원계획은 장기적인 목적을 가지고 수행되어지며, 장기간의 일강수량 자료를 필요로 한다. 하지만 장기간의 일강수량 자료의 획득의 어려움으로 단기간의 일강수량자료를 이용하여 모의한 장기간 강수자료를 이용하게 된다. 이처럼 수자원계획의 수립에 있어서 일강수량 모의기법의 성능은 수자원계획의 신뢰성 및 결과에 큰 영향을 준다. 일강수량 모의기법은 국내외적으로 매우 활발하게 이루어지고 있으며, 수자원계획 및 수공구조물 설계 외에도 매우 다양한 목적으로 활용되어 지고 있다. 일강수량을 모의기법 중 강수계열의 단기간의 기억(memory)을 활용한 Markov Chain 모형이 가장 일반적이지만, 기존 Markov Chain 모형을 통한 일강수량 모의는 극치강수량을 재현하기 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 일강수량 모의 기법의 목적인 수자원계획 및 수공구조물 설계 등의 입력자료로 활용되어지기 위해서는 모의 결과가 유역내 지점별 공간 상관성을 재현함으로써 모형의 우수성과 자료결과의 신뢰성을 확보할 수 있어야 하겠다. 이러한 점에서 본 연구에서는 내삽에서 우수한 재현능력을 갖는 핵 밀도함수와 극치강수량 재현에 유리한 GPD분포의 특징을 함께 고려할 수 있는 불연속 Kernel-Pareto Distribution 기반에 공간상관성 재현 알고리즘을 결합한 일강수량모의기법을 개발하였다. 한강유역의 18개 강수지점에 대해서 기존 Gamma분포를 사용한 Markov Chain 모형과 본 연구에서 제안한 방법을 적용하여 모형을 평가해 보고자 한다. Gamma 분포기반 Markov Chain 모형의 경우 일강수량 모의 시 1차모멘트인 평균과 2-3차 모멘트 모두 효과적으로 재현하지 못하는 문제점이 나타났다. 그러나 본 연구에서 적용한 다지점 불연속 Kernel-Pareto 분포 모형은 강수계열의 평균적인 특성뿐만 아니라 표준편차 및 왜곡도의 경우에도 관측치의 통계특성을 매우 효과적으로 재현하며, 100년빈도 강수량 모의결과 기존 모의모형의 문제점을 보완할 수 있는 개선된 결과를 보여주었다. 본 연구에서 제시한 방법론은 유역내의 공간상관성을 재현하며, 평균 및 중간값 등 낮은 차수의 모멘트 등 일강수량 분포특성을 더욱 효과적으로 모의할 수 장점을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.977-977
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• 2012

하천의 유량 측정은 대부분 홍수 예보지역, 댐 상류지역, 대하천 및 유역내 주요지점을 위주로 수행되고 있으나, 중소하천과 소유역에 대한 관측자료는 전무한 실정이다. 그로 인해 중소하천과 소유역 등 미계측 유역에 대한 유량 산정에 어려움이 있다. 본 연구에서는 미계측 유역에 대한 적합한 유량 산정방법의 검토를 위해 미호천의 소유역인 증평유역을 대상으로 9개의 개념적 강우-유출모형(3개의 토양저류모형과 3개의 유역유출모형의 조합)을 적용하였으며, 이에 대한 적용성 검토를 위해 국내 홍수량산정에 많이 활용되고 있는 HEC-HMS 모형으로 비교평가를 실시하였다. 이를 위하여 총 6개의 단기 홍수사상을 Monte Carlo 분석(Nash Sutcliffe Efficiency, NSE*)의 목적함수를 통하여 모형 매개변수의 검정 및 검증을 수행하였다. 두 모형의 단기 유출 모의 결과 검정에서 HEC-HMS는 목적함수값 0.06~1.44(NE S*)의 모형성능을 보여주었으며, 개념적 강우-유출 모형은 0.00~0.66(NES*)의 모형성능을 나타내었다. 개념적 강우-유출 모형과 HEC-HMS모형의 매개변수 최적화를 통한 검증 결과 HEC-HMS는 0.25(NES*)의 목적함수 값을 나타내었고, 9개의 개념적 강우-유출모형은 0.14~0.83(NES*)의 목적함수 값을 나타내었다. 이 중 CWI-3PAR, CWI-2PMP, PDM-3PAR와 PDM-2PMP 모형이 0.16~0.26(NES*)으로 우수한 성능을 보이며, HEC-HMS 모형의 첨두유량 과소평가에 대한 문제점을 해결하였다. 이를 통하여 CWI-3PAR, CWI-2PMP, PDM-3PAR와 PDM-2PMP 모형이 증평유역의 지역화를 위한 단기사상 강우유출모형으로 적합하다고 판단된다. 향후 연구유역을 확장하여 추가적인 연구를 통해 일반화된 결론을 얻을 필요가 있다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제45권12호
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• pp.1243-1258
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• 2012

본 연구에서는 지하수 양수에 따른 하천수 감소량을 예측할 수 있는 상관관계식을 지표수-지하수 통합모의 결과를 이용하여 유도하였다. 신둔천과 죽산천 두 개의 시험유역에 대해 지표수-지하수 통합모형 SWAT-MODFLOW을 적용하여 다양한 양수조건에 따른 하천수 감소량 자료를 모의 생성하였으며, 생성된 자료를 바탕으로 다중회귀분석을 실시하여 지하수 양수량, 하천과 양수정 이격거리, 대수층 및 하천바닥의 수리특성, 강수량 등의 함수인 하천수 감소량 산정 식을 유도, 제시하였다. 개발된 상관관계식은 하천인근 지하수 양수에 따른 하천수 영향을 평가하는데 간편하게 적용될 수 있으며, 지하수 양수량 중 하천수에 해당하는 부분인 하천수 기여도를 산정하는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제35권3호
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• pp.295-306
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• 2002

지표하부에 이중 저류체계를 고려해주는 수정 TOPMODEL을 일반화된 지표하 투수량계수 감소함수와 연결시켰으며, 대공극으로의 수직배수 효과, 지표저류 효과, 토양층 내에서의 상대 저류 부족량에 대한 영향을 검토하기 위해 세가지 형태의 지하수 충전함수를 도입하였다. 이러한 접근은 사면 수문학에 대한 30가지 형태의 모형구조를 제공한다. 개발된 모형들은 설마천 유역의 여러 강우사상에 적용되었다. Monte-carlo 모의를 통한 수행결과는 지수함수적 투수량계수 감소형태가 설마천 유역의 물리적인 수문모의에 적절함을 제시하였고, 대공극 흐름을 표현해 주는 재충전 함수가 일반화시킨 수정 TOPMODEL의 예측적 향상에 기여하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제39권4호
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• pp.321-334
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• 2006

본 연구에서는 3차원 공간상에서 구면 좌표계값을 가지는 레이더 반사도 자료를 직교 좌표계로 변환하기 위한 CAPPI(Constant Altitude Plan Position Indicator) 산출 프로그램을 개발한다. 오염되지 않은 CAPPI 자료의 산출을 위해서 레이더 반사도 자료에 대한 품질검사 과정이 선행되었다. 개발된 모형은 3차원 공간상에서의 연속성을 유지하기 위해서 가장 근접하고 가장 적은 자료수를 운영함으로서 최적의 반사도 자료를 보간하였다. 개발된 모형은 자료의 이용목적에 따라서 다양한 해상도 및 고도에 대한 자료가 필요할 수 있다는 생각 하에 임의의 해상도 및 고도등에 대한 자료를 효율적으로 계산해 낼 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.89-89
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• 2011

한 유역에서 유출 모형의 성공을 좌우할 수 있는 중요한 요소 중 하나는 강수 손실량(precipitation loss)을 결정하는 것이다. 손실량은 홍수 예측이나 수자원 평가를 위한 유출 모형의 주요 입력 자료가 된다. 만족할 만한 유출 모형을 구현하기 위해서는 손실량의 정확한 평가가 요구된다(Najafi, 2003). 총 강우량 중에서 손실량을 뺀 초과 강우량 또는 유효 강우량은 치수적 측면이든 이수적 측면에서 요구되는 직접 유출량(direct runoffs)에 상당하는 규모로서 유출 모형에서 매우 중요하다. 이제까지 많은 경우에 직접 유출되는 유효 강수량은 총강수량에서 주요 손실량 성분인 침투량을 감하여 산출하여 왔다. 이 때 침투량은 호우사상별로 적게는 유출량의 30%에서 많게는 100%까지 차지할 만큼 주요한 손실 성분으로 취급되었다(Chow, 1964 ; Singh, 1989). 침투량을 산정하기 위한 기존 모형내 포함되는 매개변수 값은 실용적으로 잘 정립되지 않았기 때문에 유출 모형에 실제 적용하는데 어려움이 있다. 한편 침투량 산정 모형 중에 Horton 모형은 가장 잘 알려져 있는 모형 중 하나이다(Horton, 1939 ; 1940). 후속 성과(Blake et al., 1968; Rawls et al., 1976)은 있었지만 모형내 매개변수 값을 결정해야 하는 실용상의 어려운 점이 있다(Singh, 1989). 그리고 국내 초과 강수량 산출 모형에 관한 연구사례가 다수(조홍제,1986; 남선우와 최은호, 1990; 정성원과 김승, 1991; 안태진 등, 2000; 박햇님과 조원철, 2002; 유주환, 2006) 있었지만 시간적으로 연속함수를 갖는 Horton 침투 모형을 실무적으로 이산화 하여 적용할 수 있도록 하는 방법의 절차 및 원칙이 제시되지 않아 유출 모형에 직접 적용하기 쉽지 않은 형편이다. 이에 본 발표에서는 한 유역에서 Horton 매개변수를 결정한 기존 연구(2006, 유주환)의 성과를 적용한 Horton 침투모형을 강수사상별 이산화한 시간별로 적용하는 절차와 적용 원칙을 소개하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.293-293
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• 2011

고성군의 상수도 보급률은 2008년 기준으로 61%이며, 인근지역인 통영시의 92%에 비하여 매우 낮은 실정이다. 고성군 용수공급 전망을 살펴보면 2014년 일 최대 $25,830m^3$/일의 수요가 예상되나 현재 광역상수도를 전량 수수하는 고성군의 배분량은 $20,500m^3$/일로 $5,330m^3$/일이 부족하여 용수 확보가 필요한 실정이라고 볼 수 있다. 이러한 배경을 바탕으로 본 연구에서는 고성군의 218개소 저수지중 주변의 오염요소가 적은 42개소 저수지 유역에 대해서 강우-유출모형을 모의 수행하였으며, 토양과 관련된 각종 자료와 이를 GIS기법을 이용하여 매개변수를 산정하여, 연속유출분석모형인(NWS-PC)를 통하여 42개 유역의 유입량을 모의 수행하였다. 이러한 산정된 매개변수를 통해 2006년~2009년 동안의 강우량을 토대로 유출모의를 수행하였으며, 2008년 강우량을 토대로 극한 가뭄시의 경우도 모의 수행하였다. 최악의 가뭄시 최저 강우량을 2008년으로 선정하였기에 고성군의 평균유입량은 2,866.8천$m^3$/년으로 나타났다. 1990년~2005년도 평균 농업용수 이용량은 5,879.4천$m^3$/년이며, 2006년~2007년의 평균 농업용수 이용량은 2,186.2천$m^3$/년으로 2005년 이전 농경지 면적이 50%이상 줄어듦에 따라 이용량도 줄었다. 고성군의 평균 식수량은 406.3천$m^3$/년으로 산정되었으며, 고성읍, 하이면, 마암면, 거류면에서 유입량과 농업용수 및 식수량 차이에서 부족한 현상이 나타났으나 고성군 전체 평균으로 봤을 때는 274.3천$m^3$/년의 양이 남는 것으로 나타났다. 본 연구를 통하여 고성군 지역은 대부분의 농촌지역에서 생활용수를 마을상수도나 지하수에 의존하며 생활한다. 고성군 관내 농업용 저수지 중 식수겸용 저수지로 활용함으로써 인근 마을의 생활용수를 공급하게 되면 안정적인 마을상수원확보와 이상기후에 대비한 물 부족 대책을 수립할 수 있으며, 상습가뭄지역의 물 부족 문제가 해결하는데 기초자료로 활용할 수 있다고 판단된다.