• 한국물환경학회지
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• 제27권5호
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• pp.670-679
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• 2011

Chlorophyll-a is a major water quality indicator for an algal bloom in streams and lakes. The purpose of the study is to estimate chlorophyll-a concentration in tributaries of the Seonakdonggang by an artificial neural network (ANN). As the tributaries are ungauged streams, a watershed runoff and quality model was used to simulate water quality parameters. The tributary watersheds include urban area and thus Storm Water Management Model (SWMM) was used to simulate TN, TP, BOD, COD, and SS. SWMM, however, can not simulate chlorophyll-a. The chlorophyll-a series data from the tributaries were estimated by the ANN and the simulation results of water quality parameters using SWMM. An assumption used is as follows: the relation between water quality parameters and chlorophyll-a in the tributaries of the Seonakdonggang would be similar to that in the mainstream of the Seonakdonggang. On the assumption, the measurement data of water quality and chlorophyll-a in the mainstream of the Seonakdonggang were used as the learning data of the ANN. Through the sensitivity analysis, the learning data combination of water quality parameters was determined. Finally, chlorophyll-a series were estimated for tributaries of the Seonakdonggang by the ANN and TN, TP, BOD, COD, and temperature data from those streams. The relative errors between the estimated and measured chlorophyll-a were approximately 40 ~ 50%. Though the errors are somewhat large, the estimation process for chlorophyll-a may be useful in ungauged streams.

• 한국농공학회논문집
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• 제63권2호
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• pp.1-10
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• 2021

Agricultural reservoirs have a great influence on the water circulation in the watershed. It is necessary to evaluate the impact on water circulation by the agricultural reservoir. Therefore, in this study, we simulated the agricultural watershed through linkage of Hydrological Simulation Program Fortran (HSPF) and Module-based hydrologic Analysis for Agricultural watershed (MASA) and evaluated the contribution of the agricultural reservoir to water circulation by watershed water circulation index. As a result of simulating the Idong reservoir watershed through the HSPF-MASA linkage model, the model performance during the validation period was R2 0.74 upstream, 0.78 downstream, and 0.76 reservoir water level, respectively. To evaluate the contribution of agricultural reservoirs, three scenarios (baseline, present state, and present state without reservoir) were simulated, and the water balance differences for each scenario were analyzed. In the evaluation through the agricultural water circulation rate in the watershed, it was found that the water circulation rate increased by 1.1%, and the direct flow rate decreased by 13.6 mm due to the agricultural reservoir. In the evaluation through the Budyko curve, the evaporation index increased by 0.01. Agricultural reservoirs reduce direct runoff and increase evapotranspiration, which has a positive effect on the water circulation.

• 한국농공학회논문집
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• 제64권6호
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• pp.1-12
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• 2022

Estuary reservoirs were artificial reservoir with seawalls built at the exit points of rivers. Although many water resources can be saved, it is difficult to manage due to the large influx of pollutants. To manage this, it is necessary to analyze watersheds and reservoirs through accurate modeling. Therefore, in this study, we linked the Hydrological Simulation Program-FORTRAN (HSPF), Environmental Fluid Dynamics Code (EFDC), and Water quality Analysis Simulation Program (WASP) models to simulate the hydrology and water quality of the watershed and the water level and quality of estuary lakes. As a result of applying the linked model in stream, R² 0.7 or more was satisfied for the watershed runoff except for one point. In addition, the water quality satisfies all within 15% of PBIAS. In reservoir, R² 0.72 was satisfied for water level and the water quality was within 15% of T-N and T-P. Through the modeling system, We applied upstream pollutant management scenarios to analyze changes in water quality in estuary reservoirs. Three pollution source management were applied as scenarios, the improvement of effluent water quality from the sewage treatment plant and the livestock waste treatment plant was effective in improving the quality of the reservoir water, while the artificial wetland had little effect. Water quality improvement was confirmed as a measure against upstream pollutants, but it was insufficient to achieve agricultural water quality, so additional reservoir management is required.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.386-386
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• 2023

본 연구는 청계천 유역에 대하여 미래 저영향개발을 고려한 도시 수문순환 변화를 전망하였다. 새로운 기후변화 시나리오에 대하여 유출량 변화 특성 및 저영향개발 요소기술의 적용을 통하여 유출량 감소 변화를 분석하기 위하여 18개의 GCM을 선정하였고, 이를 통하여 생산된 강수량 자료를 활용하였다. 그리고 기후변화 시나리오의 새로운 개념인 SSP 시나리오를 적용하였다. SSP2-4.5 및 SSP5-8.5 시나리오에 대하여 2046년~2075년 기간에 대한 강수량의 변화는 현재 대비 SSP2-4.5 시나리오에서 13.9%와 SSP5-8.5 시나리오에서 20.6%의 증가가 전망되었다. 그리고 미래 기간에 대하여 저영향개발을 고려하여 SWMM을 이용하여 유출량의 저감 변화를 모의하였다. 그 결과 GCM별 또는 저영향개발 요소기술의 조합에 따라 유출량 저감 차이는 있으나 투수성포장 및 침투도랑을 유역 전체에 적용했을 경우 가장 효과가 좋았다. 그 효과는 투수성포장은 SSP2-4.5 시나리오에서는 14.2%, SSP5-8.5 시나리오에서는 13.5%의 유출량 저감 효과를 나타내었고, 침투도랑은 SSP2-4.5에서 14.0%, SSP5-8.5에서 14.2%씩 유출량이 저감되는 것으로 분석되었다. 이 연구는 약 10년 이상 소요되는 도시 수문순환 계획의 이행을 고려하여, 앞으로 20년 후의 기후에 대한 도시 수문순환의 변환을 전망하였다. 그러므로 향후 우리나라 수도 서울의 도시 수문순환 등의 지속가능성 확보에 기여 할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.249-249
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• 2021

도시지역의 우수유출해석 모형인 SWMM 모형의 매개변수는 유역유출관련 매개변수와 우수관로 매개변수로 구분이 된다. 이중 우수관로내 수리거동에 영향을 대표적인 매개변수는 조도계수가 있다. 우수관로 조도계수는 우수관로의 규격 및 재료에 따라 적용범위가 제시되어 있지만 현상태 관로내 퇴적 및 협잡물 등에 의한 조도변화가 발생하게 된다. 따라서 본 연구에서는 우수관로 조도계수의 변화에 따른 유량의 민감도를 검토하고 모니터링 유량과 비교를 통한 연구 대상지역의 최적 조도계수를 선정하였다. 연구 대상지역은 울산광역시 삼호동 일대이며 대상지역 내 발생한 우수유출은 최종적으로 태화강으로 방류되는 구조를 갖고 있는 배수분구이다. 조도계수 민감도 분석에 적용한 조도계수의 범위는 일반적인 원형 우수관로의 조도계수 0.013을 기준으로 하고 0.002씩 증감을 시켜 총 6개 CASE에 대한 민감도 분석을 수행하였다. 모의 유량의 비교군이 되는 관측 유량의 경우는 초음파 유량계로 관측한 총 3개 지점의 유량자료를 이용하여 민감도 분석에 활용하였다. 조도계수 민감도 분석결과 조도계수 증가에 따라 첨두유량은 감소하게 된다. 각 지점별 첨두유량 변화 폭은 지점 4, 5, 6에 각각 7.0% (-3.4~3.6%), 14.3% (-7.5~6.8%), 15.6% (-7.7~7.9%) 증감 폭을 갖는 것으로 분석되었으며, 유역의 하류부로 갈수록 변동 폭이 커지는 것으로 분석되었다. 시계열 수문곡선 비교결과 지점 4에서는 조도계수 0.011, 지점 5는 0.013, 지점 7은 0.015를 적용하는 것이 실측치와의 상관계수가 가장 높게 나타나는 것으로 분석되었다. 이상의 분석 결과를 토대로 유역의 관 흐름 상태의 변화는 관로의 퇴적, 부유물, 폐유부착 등의 유지관리 상태에 따라 달라지며 특히 유역의 하류부로 갈수록 퇴적, 부유물 등의 축척이 누적되어 조도계수를 상류부 보다 기준 값보다 크게 적용해야 관측치 유량과 유사하게 모의되는 것을 확인하였다. 따라서 도시유출해석 모형에서의 조도계수 적용은 우수관로의 유지관리 상태 등을 고려하여 우수관로별 적용 값 다르게 입력하는 것이 타당한 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.169-169
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• 2020

According to the IPCC analysis, severe climate changes are projected to occur in Korea as the temperature is expected to rise by 3.2 ℃, the precipitation by 15.6% and the sea level by 27cm by 2050. It is predicted that the occurrence of abnormal climate phenomena - especially those such as increase of concentrated precipitation and extreme heat in the summer season and severe drought in the winter season - that have happened in Korea in the past 30 years (1981-2010) will continuously be intensified and accelerated. As a result, the impact on and vulnerability of the water management sector is expected to be exacerbated. This research aims to predict the climate change impacts on streamflow of Daecheong Lake area of Geum River in South Korea during the summer and winter seasons, which show extreme meteorological events, and ultimately develop an integrated policy model in response. We projected and compared the streamflow changes of Daecheong Lake area of Geum River in South Korea in the near future period (2020-2040) and the far future period (2041-2060) with the reference period (1991-2010) using the HEC-HMS model. The data from a global climate model HadGEM2-AO, which is the fully-coupled atmosphere-ocean version of the Hadley Centre Global Environment Model 2, and RCP scenarios (RCP4.5 and RCP8.5) were used as inputs for the HEC-HMS model to identify the river basins where cases of extreme flooding or drought are likely to occur in the near and far future. The projections were made for the summer season (July-September) and the winter season(November-January) in order to reflect the summer monsoon and the dry winter. The results are anticipated to be used by policy makers for preparation of adaptation plans to secure water resources in the nation.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.338-338
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• 2020

강우-유출 모형에 의한 유출해석은 하천의 기후변화 및 재난대응, 수자원확보, 유역개발 등의 정책수립을 위한 가장 기본적인 과정이다. 이를 위해 다양한 물리적 강우-유출모형이 개발되었으며 많은 연구들에 의해 유용성이 증명되었다. 그러나 메콩강 유역과 같이 물리적 데이터의 양적, 질적 신뢰도가 부족한 지역을 대상으로 하는 경우 모형의 기본적인 불확실성 외에 다양한 기초자료 및 매개변수의 결정 또는 추정에 의한 추가적인 불확실성이 포함된다. 본 연구에서는 물리적 강우-유출모형에 대한 대안으로 데이터 기반의 black-box 모형인 LSTM 모형을 이용하여 메콩강 본류 Kratie지점을 대상으로 강우-유출해석시스템을 구축하였다. 이후 기후변화시나리오를 적용하여 미래유출변화를 모의를 수행하였다. 도출된 결과는 물리적 강우-유출모형인 SWAT 모형의 유출해석결과의 비교를 수행하고 이를 통해 LSTM 모형의 적용성을 판단하였다. 관측유량 및 기온자료를 제외한 모형에서 요구되는 기초자료는 범용 입력자료를 이용하고 미래기간의 예측을 위해 편의보정 된 RCP 4.5 및 8.5 기후변화시나리오가 적용되었다. 두 모형의 Kratie 지점에 대한 미래 유출예측결과는 경향성 분석결과 두 모형 모두 시나리오 별 통계적으로 유의한 수준의 경향은 도출되지 않았으나 RCP 4.5 시나리오에 대비 RCP 8.5 시나리오에서 연평균 유량의 변동성이 크게 나타나는 것으로 분석되는 등 결과의 유사성을 보이고 있는 것으로 분석되었다. 이를 통해 LSTM 모형에 의한 유출예측결과가 단순 시계열 변화에 따른 유출변화 모의에 있어서 SWAT의 결과에 비해 높은 재현성을 보이는 것을 확인하였다. 본 연구와 같이 유출량의 시 계열 변화만을 필요로 하는 경우 적은 데이터만으로 비교적 정확한 결과를 도출하는 LSTM 모형은 매우 효과적으로 사용될 수 있다고 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.324-324
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• 2020

기후변화에 따른 기상 요소별 추세 변화는 유역유출량의 변동성을 증가시켜 안정적인 수자원 확보 및 홍수 대비에 어려움을 줄 수 있다. 따라서 기후변화에 따른 유역 유출량 변화를 평가하기 위한 많은 연구가 이루어져 왔다. 기존에는 기후변화 자료의 공간적 해상도의 한계로 인해 중대유역을 중심으로 연구가 다수 이루어져 왔으나, 최근 들어, 기후변화 자료의 공간적 상세화 기법이 발달함에 따라 소유역별 유역 유출량 평가에 관한 연구가 증가하고 있다. 특히, 소유역의 경우 유역 특성에 따라 기후변화에 따른 유출량 변화 민감도가 높을 수 있으며, 유출 성분별 변화가 상이할 수 있다. 하지만 기존의 연구에서는 소유역을 대상으로 기후변화에 따른 유출 성분별, 예를 들어 직접유출량과 기저유출량을 구분하여 변화를 평가하는 연구가 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 기후변화에 따른 소유역의 유출 성분별 특성을 분석하기 위하여, RCP 4.5, 8.5 시나리오별 기후모델 10개에 대하여 모의한 유출량을 직접유출량과 기저유출량으로 구분하고 결과를 비교 분석하였다. 본 연구의 대상지역은 유역면적이 112.9 ㎢이며, 토지이용이 단순하고, 농경지의 비율(약 50%)이 높은 농업 소유역을 대상으로 하였다. 유출량을 모의하기 위한 모형으로는 농업 소유역 유출량 모의 연구에 다수 사용된 바 있는 SWAT 모형을 이용하였으며, 직접유출량과 기저유출량의 분리는 Recursive Digital Filter 방법을 이용하였다. 기후변화 자료는 기후모델의 연산능력의 한계나 복잡한 자연조건의 불완전한 반영 등의 이유로 지역 기후변화 예측 과정에서 발생하는 불확실성을 지니고 있으므로 RCP 4.5, 8.5 시나리오별 각각 10개 기후모델의 결과를 이용하여 유출 특성 분석에 활용하였다. 본 연구의 결과는 향후 소유역의 미래 유량특성을 파악하기 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.317-317
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• 2020

수재해는 수자원 인프라의 부족 및 관리 미흡 등 많은 요인들이 있지만 강우의 유무와 크기가 가장 원초적인 요인들 중 하나이다. 정확한 강우량 추정 및 강우발생시간 예측은 수재해로 인한 피해를 예방하고 빠르게 대처할 수 있다. 그러나 강우예측에는 많은 불확실성을 내포하고 있기 때문에 이러한 불확실성을 이해하고 줄여 나가는 것이 필요하다. 최근 컴퓨터의 성능의 발전에 비례해 강우 예측 자료들도 점진적으로 발전을 거듭하고 있다. 이를 강우-유출 모형에 적용시 유출량 예측의 정확성 또한 비례하여 한층 더 발전할 수 있을 것이다. 하지만 신뢰성이 낮은 입력자료를 대상으로 하는 유출해석 모형은 많은 불확실성을 내포할 것이다. 따라서 본 연구에서는 위천 유역에 대해 LENS(Limited area ENsemble prediction System) 강우앙상블 예측자료의 적용성을 검토하고 그리드 기반 강우 유출 모델 GRM(Grid based Rainfall-runoff Model) 에 적용하여 유출예측의 불확실성을 평가하고자 하였다. 또한 강우예측 및 유출예측은 수 많은 매개변수를 포함하며 최종적인 예측은 더 큰 불확실한 범위로 산출될 수 있다. 이에 따라 본 연구에서는 Python3 기반 코딩으로 LENS 자료 구축 및 GRM 모형의 매개변수 보정을 각 2000회 씩에 걸쳐 총 2회 실시하여 수문학적, 지형학적 인자에 따른 불확실성 범위를 보정하고자 하였다. 매개변수의 보정은 비정형우도(Informal likelihood) NSE, 정형우도(Formal likelihood) Lognormal(Log-likelihood function)의 우도에 따른 행위모델을 산정하여 보정하였다. 따라서 본 연구에서는 선행연구들을 참고한 정형, 비정형 우도의 임계치를 이용한 불확실성해석에 적용하였으며 이는 사용자의 행위모델선정 임계치 범위 선정으로 인한 불확실성을 줄여나감에 기여할 수 있을것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.256-256
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• 2020

하천의 유출률은 하천의 경사, 연장, 강우특성 및 규모 등에 따라 크게 영향을 받으므로, 제주도의 지역별 고도별 토양 및 강우 특성과 독특한 지형에 따른 간헐하천의 유출특성을 고려할 때 관측에 의해 유출특성을 파악하는 것은 현실적으로 어렵다. 특히나 홍수시 관측되는 유량의 불확실성과 지역별·고도별 강우량의 편차를 고려한다면 강수대비 정확한 관측유출률의 산정 자체가 쉽지 않다. 이는 기존 관측된 유출률이 하천유역별로 대상기간별로 차이가 크게 나타나는 것을 통해서도 알 수 있다. 따라서 특정 지점에서의 몇 개의 강우사상에 대한 유출률이 아닌 다양한 사상과 지역적 특성을 고려한 유출특성을 파악하기 위해서는 모델링에 의한 접근법이 필요하다. 본 연구에서는 제주도 하천유역에서의 건천화 현상과 간헐적 유출특성을 모의하는데 최적화된 제주형 SWAT-K 모형을 기반으로 제주도 11개 하천유역(유역면적 30 ㎢ 이상)에 대한 유출특성을 분석하였다. 유출률을 중심으로 계절별, 지역별, 하천유역별 차이를 비교 분석함으로써 강우규모에 따른 유출 특성과 시·공간적 유출률 변화를 평가하였다. 1992~2013년 기간에 대해 분석한 결과 제주도 전역에 대한 연간 유출률은 13.3%~30.5% (평균 21.8%)로 나타났다. 하천유역별로는 천미천(31.6%), 가시천(31.1%), 화북천(29.3%), 창고천(27.4%), 의귀천(27.1%)의 유출률이 상대적으로 크게 나타났으며, 효돈천(18.9%)와 도순천(19.0%)은 상대적으로 낮은 것으로 분석되었다. 11개 하천유역에 대한 월별 평균 유출률은 강수량이 많은 8월에 가장 높은 유출률(26.1%)을 보였다.