• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권2호
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• pp.434-442
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• 2019

도시 내 빈번히 발생하는 홍수 피해를 해결하기 위한 대응 방안으로 자연상태의 수문순환 체계를 회복하기 위한 저영향개발(Low Impact Development, LID) 기법이 대두되고 있다. LID 요소기술 중 하나인 생태저류지는 유역에서 발생하는 유출수를 저류 및 침투하여 우수 유출수 및 비점오염물질 저감효과를 갖는 시설로 다양한 연구가 진행되고 있으나, 유출저감효과에 대한 분석은 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 수문 해석이 가능한 K-LIDM을 이용하여 소규모유역에서 생태저류지의 유출 저감효과를 분석하였다. 시나리오를 구성함에 있어 생태저류지의 저류용량을 증가시키거나 유역과 생태저류지를 분할하였고 확률강우량을 활용하여 단기강우를 모의하였다. 분석결과 저류용량 증가에 따라 20%, 분산형 시스템에서 5~15% 이상의 유출 저감효과를 나타냈으며 향후 생태저류지의 저류깊이, 지반의 침투능 및 유출부의 직경과 높이 등 다양한 시나리오에 대한 연구가 수행된다면 생태저류지의 물순환 효율성에 관하여 보다 정량적인 분석이 가능할 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제52권1호
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• pp.71-82
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• 2019

본 연구에서는 기후변화에 따른 메콩강 유출변화 분석을 목적으로 하고 있다. HadGEM3-RA로 부터 생산된 동아시아 지역 RCP 4.5 및 8.5 시나리오의 일 자료를 기반으로 편의보정을 통해 미래 기후변화 시나리오를 구축한 후, SWAT 모형을 이용하여 메콩강 주요지점인 Kratie(유역면적: $646,000km^2$, 메콩강의 연평균 유량의 88%)에서의 유출변화 모의하고 유황분석을 수행하였다. 기후변화 분석 결과 Kratie 유역의 미래 강수량은 기준 년 연평균 강수량 대비 미래 년 기간의 연평균 강수량은 두 시나리오 모두 증가하는 것으로 분석되었으며 월별 강수량 변화 분석을 통해 6월~11월에 강수량의 증가가 비교적 크게 나타나며 특히 RCP 8.5 시나리오에서 강수량의 변동 폭 및 증가량이 크게 나타남을 확인하였다. 시나리오별 월평균 최대 및 최소기온의 변화는 두 시나리오 모두 미래 기온의 상승을 전망하고 있으며 특히 RCP 8.5 시나리오의 온도증가 폭이 크게 나타나는 것을 확인 하였다. 또한 하천유황변화 분석결과 유역의 유량변동성이 더욱 커질 것으로 분석되었으며 저수계수 값이 52~57% 감소하고 갈수계수 값이 67~74% 감소하는 것으로 나타나 하천의 갈수상황이 지속되어 미래에 가뭄이 보다 심화될 것으로 분석되었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제52권4호
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• pp.235-243
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• 2019

급격한 기상변화로 인한 극한 강우와 집중폭우의 발생빈도 증가로 기존 수방시설의 한계 용량을 초과해 도심지 침수피해가 빈번하게 발생하고 있다. 최근 도시화 추세가 급격하게 빨라지면서 수방시설 등 사회기반시설에 대한 지하공간 개발의 필요성이 증가하고 있으며, 지하공간을 활용한 지하방수로와 지하저류지 기술이 급부상하고 있다. 본 연구에서는 지하유입시설의 대표적 형상인 접선식 유입구와 나선식 유입구에 대한 공기 배출효과를 분석하기 위해 유입유량 변화에 따른 수직갱 내부 공기공동(air-core)의 형상 크기를 계측했다. 나선식 유입구의 경우, 저유량 유입조건에서 와류 유도 효과를 개선하기 위해 유입부 바닥면에 계단형 다단식 구조를 도입했다. 수직갱 내부 공기공동의 전체적인 평균 단면적의 경우, 다단식 나선 유입구가 접선식 유입구보다 10% 정도 크게 나타나 고유량 유입조건에서 높은 공기 배출 효과와 유입효율을 나타냈다. 접선식 유입구의 경우, 유입구가 가지는 고유 성능을 유지할 수 있는 최대 유량 조건을 초과하면서 공기 배출 효과가 감소하기 시작했다. 또한, 실험에서 사용된 접선식 유입구와 다단식 나선 유입구 모형에 활용 가능한 기초자료를 제공하기 위해 수직갱 내부 위치에 따른 공기공동 단면적에 대한 실험식(empirical formula)을 제시했다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제7권4호
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• pp.327-335
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• 2020

본 연구에서는 홍수해석 등 수치모형을 이용한 기존의 홍수위험지역 선정 시 필요한 시간과 노력을 절감하고자 유출메커니즘 기반의 지형 분석을 통해 홍수취약지역을 제시하고자 한다. 유출메커니즘 기반의 홍수취약지역은 강우-유출수의 지표면 흐름누적 특성에 유리한 지역으로 일반적으로 저지대, 완경사, 하천 등이 해당된다. 분석을 위해 대상지역인 서울시의 수치지형도를 이용하여 표고, 경사도, 수직 및 수평 사면 곡률, 지표습윤계수 (Topographic Wetness Index, TWI), 유수력 지수 (Stream Power Index, SPI), 하천 및 맨홀과의 거리 등 8개의 지형학적 인자를 고려하였다. 지형학적 인자들과 실제 침수흔적자료와의 ROC (Receiver Operation Characteristic) 분석 결과, 표고, 경사도, 지표습윤계수, 맨홀과의 거리 등 4개의 지형학적 인자가 침수지역을 잘 설명하는 것으로 나타났다. 홍수취약지역 선정 시 본 연구에서 제안하는 다양한 인자에 대한 우선순위 산정 방안은 홍수에 기여하는 지형학적 분석 요소를 간소화 시킬 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제16권3호
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• pp.541-550
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• 2021

야적퇴비는 농경지의 작물 양분 공급원으로 가치를 가지는 반면, 강우 시 환경에 악영향을 미치는 오염원으로 작용하게 되며, 이에 대한 관리가 요구된다. 본 연구에서는 광범위 영상 취득 및 자동 경로 비행이 가능한 고정익 무인항공기를 이용한 야적퇴비 적재량 산출 정확도 분석 및 활용 가능성을 파악하고자 하였다. 야적퇴비 3개소에 대한 적재량 산출 정확도를 평가하고자 지상 LiDAR 측량 및 회전익 무인항공기를 이용한 정밀 측량을 수행하였으며, 고정익 무인항공기를 통해 취득된 적재량과 비교하였다. 지상 LiDAR를 기준으로 야적퇴비 적재량 산출 비교 결과 회전익 기체의 오차율은 ±5 %, 고정익 기체의 오차율은 -15 ~ -4 %로 추정하였다. 고정익 기체에서 산출된 1개의 야적퇴비 적재량이 약 -15%로 과소추정 하였으나 야적퇴비 적재량의 편차는 2.9 m3로 큰 차이는 없었다. 또한 고정익 무인항공기를 이용한 주기적인 모니터링 결과 대상 지역에 위치한 야적퇴비 적재량의 시계열 변동 파악할 수 있었다. 이러한 결과는 고정익 무인항공기를 이용한 넓은 범위의 대한 효율적인 야적퇴비 모니터링 및 농경지의 비점오염원 관리가 가능함을 제시하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권2호
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• pp.111-120
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• 2022

물의 흐름을 제어하는 토양의 기능을 정량적으로 계산하기 위한 방법인 토양수분 메모리(soil moisture memory)는 토양에 도달한 강수가 저장되고 배출되기까지 평균적으로 체류하는 시간을 평가한다. 본 연구에서는 2019, 2020년 한반도 지역에서 강수와 토양수분 위성 기반 모델 산출물을 활용하여 표층(0~5 cm)토양에서의 토양수분 메모리를 산출하고 이를 활용하여 연구지역 내 토양수분 메모리의 시공간적인 분포를 지표면의 경사 및 토양의 특성과 함께 평가하였다. 토양수분 메모리를 특성분석을 위해 강수 사건에 따라 토양수분의 증가를 추적하여 저장 강수율(F_p(f))이라는 새로운 측정 지표를 활용하였다. 강수 발생 초기(3시간 후)에는 산맥을 기준으로 토양 내 저장 강수율이 우선적으로 감소하여 토양수분 메모리의 공간적인 편차가 컸으며 24시간 이후 전반적으로 편차가 감소하였다. 토양 내 저장 강수율은 경사가 증가할수록 감소하는 형태가 뚜렷하게 나타났으며 토양 입자 크기의 구성 비율에 따른 토양 내 수분의 배수 활동에 의한 영향을 확인할 수 있었다. 또한 수리전도도 증감에 기여하는 평균토양수분이 저장 강수율에 미치는 영향을 확인하였다. 본 연구 결과는 강수가 지면에 체류하는 시간에 대한 척도인 토양수분 메모리가 지표의 경사와 토양 특성과 갖는 관계를 규명하고 토양수분의 시공간적 변동성을 이해하는 데 기여할 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권11호
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• pp.969-977
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• 2022

기후변화와 도시화로 인한 수재해의 증가에 대응하기 위해 저영향개발(Low Impact Development, LID) 기법에 관한 연구와 도시 적용이 확대되고 있다. LID 기법은 도시 내 우수유출수를 저감시키며 돌발 홍수등 다양한 수재해 문제를 친환경적으로 제어하고, 도시 물순환 체계를 자연 물순환 체계로 회복시키는 기술이다. 하지만 LID 기법을 통한 우수유출수 저감의 정량적 분석이 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 투수성 포장을 활용하여 구도심의 불투수 유역면적에 대하여 강우(25 mm/hr, 50 mm/hr, 100 mm/hr)의 지표유출 저감시 필요한 투수면적의 비율을 분석하였다. 분석 결과 25 mm/hr에 대하여 전체면적대비 7.14~12.63%의 투수면적이 필요하며, 50 mm/hr에 대하여 15.79~26.97%, 100 mm/hr에 대해 30~55.81%의 투수면적비가 필요한 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.308-308
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• 2021

다목적댐의 홍수조절운영에 있어서 댐유입량은 직접 관측의 어려움과 오차로 인해 정확한 유량을 산정하는데 한계가 있다. 남강댐 유역의 경우 유역면적대비 과소한 저수용량으로 말미암아 급격한 홍수유입이 발생할 경우 유출률이 비정상적 수치를 보이는 경우가 종종 발생하고 있다. 본 연구에서는 물리기반의 격자형 유출모형을 댐 직상류 잔유역에 적용하여 유출률을 산정 후 남강댐 계측유입량의 타당성을 간접적으로 검증할 수 있는 방법론을 제시하고자 한다. 댐유역에서 잔유역은 직상류 수위표지점 하류의 유역을 일컬으며, 이들 수위표지점에서 홍수시의 배수영향은 최소화될 만큼 이격되어 있고, 댐체 혹은 취수탑에 부착된 수위표와는 달리 기계적 진동의 영향이 최소화되어 있다고 가정한다면, 수위계측지점의 유량을 경계조건으로 활용하여 작은 면적에 대한 정밀한 수문학적 유출모델링을 통하여 비교적 신뢰성있는 유출값을 추정할 수 있다는 장점이 있다. 남강댐 잔유역은 유역 내 산청, 신안, 창촌 수위관측소를 기준으로 상류의 유역을 제외한 부분으로 설정하였다. 본 연구에서는 210m 격자에 대하여 모든 입력자료를 가공하였으며, 입력자료 중 지형자료는 WAMIS에서 제공한 DEM, 토지피복도, 토양도를 활용하였다. 강우자료는 유역 내 위치한 25개 강우관측소의 시단위 강우자료를 활용하였고, 강우사상은 진주 기상관측소의 일우량 100mm 이상을 기준으로 총 8개의 강우사상을 선정하였다. 남강댐 유역의 유출률을 산정하기 위해 산청, 창촌, 신안 등 3개의 수위관측소의 관측유량을 경계조건으로 사용하였고, 모의된 수문곡선의 총유량과 첨두유량을 관측값과 비교하였다. 유출률을 산정하기 위한 기준시간은 강우시작부터 강우종료 후 48시간으로 설정하였다. 유출률은 강우사상별로 편차가 심한 특성을 보이고 있었으며, 전체적으로는 계측유량기준 106~39.1%의 유출률이 보정된 유량을 통해서는 85~33%의 유출률로서 계측유량이 전반적으로 과대추정 되는 경향이 있었음을 확인할 수 있었다. 이들 중 2010년 7월 강우사상은 관측 유입량 기준 95.6%의 유출률을 보여, 추정유량 58.5%대비 상당한 과대추정 경향을 보인 사례로 판단할 수 있었다. 수문학적 유입량 추정방법은 현장계측을 대체할 수 있는 기법으로는 무리가 있으나 현장계측의 신뢰도를 평가하기 위한 목적으로는 유용한 대안이 될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2021년도 춘계학술대회
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• pp.43-45
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• 2021

초단기 강수예측 시스템은 단시간 발생하는 집중호우와 같은 위험기상에 대응하기 위해 사회·경제적으로 중요하다. 최근 국내·외에서 심층신경망을 활용한 초단기 강수예측 연구가 활발히 진행되고 있다. 심층신경망을 이용한 강수예측 모델은 훈련 데이터를 만들 때 기상데이터의 구조와 종류가 복잡하고 방대하므로 기상학적 이해를 바탕으로 복잡한 전처리 과정이 필요하다. 또한, 비선형적인 패턴의 강수 현상을 예측하기 위하여 기상의 상호작용에 대한 이해를 바탕으로 입력 데이터를 구성해야 한다. 따라서 본 연구에서는 다음과 같은 접근법을 제안하고자 한다. i) 기상레이더 합성 강수장과 강수발달에 영향을 줄 수 있는 주요 인자(레이더, 지형, 온도, 등)를 훈련 데이터 구축을 위해 패턴 분석에 적합한 형태로 정제하고 이를 구조화하여 통합한다. ii) 합성곱 신경망과 합성곱 장단기 기억 신경망을 접목하여 초단기 예측 강수장을 산출한다. 2020년 강수 사례를 이용하여 제안한 모델의 정확성을 검증하였다. 제안한 모델은 비선형적인 패턴의 강수 현상을 잘 모의하였고, 강수의 규모 및 강도에 대한 예측성능이 향상되었다. 이는 강수를 동반한 초단기 위험기상의 방재에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제24권8호
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• pp.5-11
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• 2023

최근 이상기후로 인한 집중호우가 빈번히 발생함에 따라 비탈면의 표층 유실 및 간극수압의 증가로 인한 비탈면의 붕괴가 자주 발생하고 있다. 비탈면의 붕괴를 방지하기 위해서 활동저항력을 증가시키거나 간극수압을 감소시키는 등의 다양한 공법들이 적용되고 있으며, 활동저항력과 간극수압의 조건을 동시에 만족시킬 수 있는 공법이 적용되면 비탈면 붕괴에 효율적으로 대응할 수 있기 때문에 이에 관한 연구가 꾸준히 수행되고 있는 추세이다. 따라서 본 연구에서는 기존 수평으로 적용되는 배수재의 매설 경사를 상향 방향으로 매설하여, 비탈면의 보강 및 배수 기능을 모두 만족시킬 수 있는 상향식 비탈면 보강 공법을 제안하였다. 또한, 제안한 공법의 보강 및 배수효과가 가장 우수한 매설각도를 확인하기 위해 대표 단면에 수평 배수재를 0°~60°로 10° 단위로 설정한 조건에서 공법의 보강 및 배수 효과를 확인하였으며, 배수효과가 가장 뛰어난 40°와 안전율이 가장 우수한 20°의 조건으로 실내 모형실험을 수행하여 수치해석 결과를 검증하였다. 그 결과, 수치해석 결과와 마찬가지로 40°에서 상대적으로 배수효과가 높게 나타났으며, 20°의 경우 원활한 배수가 이루어지지 않아 비탈면이 붕괴되는 현상을 관찰할 수 있었다. 또한, 상향식 비탈면 보강재의 보강 및 배수효과를 확인할 수 있었다.