간행물
한국수자원학회 논문집 KCI 등재 Journal of Korea Water Resources Association
- 발행기관 한국수자원학회
- 자료유형 학술지
- 간기 월간
- ISSN 1226-6280 (Print)2287-6138 (Online)
- 수록기간 1997 ~ 2019
- 주제분류 공학 > 환경공학 공학 분류의 다른 간행물
- 십진분류KDC 454DDC 551
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Vol. 45 No. 9 (2012년 9월) 9건
1.
2012.09
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홍수 발생 시 모래하천의 수위-유량 관계가 고리형을 이룬다는 것은 많은 현장 계측을 통해 보고되어 왔다. 또한, 홍수파 해석이나 사련에서 사구로 변동되는 하상해석을 통해 고리형 수위-유량 관계의 원인이 규명되어서 고리의 형태나 진행 방향 등에 대해서는 이론적으로도 상당부분 입증되어 있다. 그러나 경사가 급한 자갈 및 암반으로 구성된 산지하천의 경우, 현장유량계측의 어려움과 관측 정확도의 문제로 고리형 수위-유량 관계에 대한 연구가 매우 드물었다. 본 논문은 자갈 및 암반 지형의 산지하천인 제주도 한천에서 2011년 태풍 무이파 때 계측한 홍수 유량을 바탕으로 수위-유량 관계를 구축하고, 자갈하천에서 형성되는 고리형 수위-유량 곡선을 분석하고자 한다. 유량계측 방식으로는 홍수기에 적합한 비접촉식인 전자파 표면유속계를 사용하여, 홍수의 상승기와 하강기의 유량을 시간 단위로 계측하는 데 성공했다. 계측결과 수위-유량관계에서 뚜렷한 고리 형상을 확인할 수 있었다. 그리고 고리의 이력이 모래하천과 정반대로 동일수위에서 상승기의 유량이 하강기의 유량보다 작은, 고리 경로의 역전 현상을 발견하였다. 이러한 역전현상은 자갈하천의 조도의 변화가 모래하천의 경우와 반대로 발생하는 데 기인하는 것으로 추정한다.
2.
2012.09
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SWAT (Soil and Water Assessment Tool) 모형의 적용성 검증을 위해서는 매개변수 민감도 분석 및 검·보정, 예측 불확실성 분석을 필요로 한다. 최근 SWAT 모형의 불확실성을 분석하기 위한 다양한 기법들이 개발되었는데, 본 연구는 충주댐 유역(6,581.1 km2)을 대상으로 유역출구점의 실측 일 유출량 자료(1998～2003)를 바탕으로 SWAT 모형의 유출관련 매개변수에 대한 불확실성 분석을 실시하였다. 이때 사용된 분석 기법으로는 SUFI2 (Sequential Uncertainty FItting algorithm ver.2), GLUE (Generalized Likelihood Uncertainty Estimation), ParaSol (Parameter Solution) 등을 적용하였다. 이러한 기법은 모두 SWAT-CUP (SWAT-Calibration Uncertainty Program; Abbaspour et al., 2007) 모형에 탑재되어있으며, 모형의 결과로써 검·보정, 매개변수의 민감도 분석, 각종 목적 함수 및 불확실성의 범위 등이 자동으로 산출되므로 모형의 사용자가 불확실성 평가 기법의 분석 및 비교를 손쉽게 할 수 있다. 그 결과 대표적인 목적 함수인 결정 계수(R2; Legates and McCabe, 1999)와 NS (Nash and Sutcliffe, 1970) 모형 효율은 모두 0.67에서 0.92 사이의 값을 나타내어 대체적으로 모의가 잘 이루어졌음을 알 수 있었다. 그러나 불확실성의 범위를 나타내는 지표인 p-factor 및 r-factor 에서는 평가 기법 별로 그 차이가 확연하게 드러났다. 여기서 p-factor는 불확실성 범위에 실측치가 포함되는 비율이며, r-factor는 불확실성의 상대적인 범위로 각각 1과 0에 가까울수록 모의 기법의 성능이 우수함을 의미한다. 세 가지 알고리듬 중에서 SUFI2의 p-factor가 약 0.79로 가장 높게 나타났으며, ParaSol의 r-factor가 0.03으로 가장 작게 나타났다. 본 연구의 결과는 SWAT 모형을 이용한 수문 모의에서 수문분석에 따른 예측결과의 불확실성을 정량적으로 평가함으로서, 모형의 적용성 평가 및 모의결과의 신뢰성 확보에 근거자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.
3.
2012.09
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본 연구에서는 미계측 강수자료를 생성하여 공간 해석함으로써 제주도의 정확한 수문총량을 산정하였다. 미계측 강수자료는 본 연구에서 제시된 수정된 다중회귀선형 모형으로 생성하였으며 공간강수량은 PRISM을 적용하여 구하였다. 수정된 다중선형회귀 모형에 의한 미계측 강수자료의 추정 값들은 기존의 강수 패턴과 유사한 양상을 나타내어 모형의 정확도가 우수한 것으로 나타났으며, 공간강수량의 해석 결과는 Case 1(원자료)과 Case 2(미계측 강수자료를 보완한 자료)의 연평균 강수량이 약 1.5%의 미미한 차이를 나타내었으나 고도별 연평균 강수량 차이는 최대 37.4%가 증가하는 것으로 산정되었다. 따라서 본 연구에서 제안한 미계측 관측 자료 생성방법은 현재 관측소의 밀도가 낮은 곳과 국지적으로 강수량의 변화가 큰 곳에서의 수문총량의 산정시 유용할 것으로 판단된다.
4.
2012.09
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가뭄은 자연의 무시할 수 없는 재해이며, 비록 가뭄의 정의가 많이 있지만 가뭄은 장기간의 강우의 부족으로부터 기인한다. 기상학적 가뭄심도의 정도를 표현하기 위해 널리 이용되는 표준강수지수(Standardized Precipitation Index, SPI)는 강수 이외의 기온과 관련된 변수를 고려하지 않기 때문에 기후변동으로 인한 강수, 증발산 등의 물수지 변화를 고려할 수 없다는 한계점이 있다. 그러나 최근에 SPI와 유사하지만 기후변동으로 인한 강수 변화뿐만 아니라 기온의 변동성이 미치는 영향을 반영할 수 있는 새로운 개념의 가뭄지수인 표준강수 증발산지수(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index, SPEI)가 개발되었다. 본 연구에서는 기상청 산하의 60개 기상관측소의 1973～2011년까지 기상자료를 대상으로 SPEI를 적용하여 남한지역의 가뭄발생의 변화를 평가하였다. 적용 결과, 전국적으로 SPI와 SPEI 모두 봄과 겨울에 가뭄이 심화되고 여름철에는 가뭄이 완화되는 경향을 보였으며, SPEI는 SPI보다 가뭄심도를 크게 나타내었다. 또한, 지속기간 12개월의 SPI와 SPEI는 전반적으로 6년 내외의 저빈도 주기성을 갖는 극심한 가뭄이 반복되고 있음을 보였다.
5.
2012.09
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본 연구는 불확실성을 고려하여 홍수 취약성 평가를 정량화하기위한 새로운 방법을 제시하였다. 현실 세계로부터 얻는 많은 정보들은 불확실성을 가지고 있으므로 본 연구는 우리나라의 공간적 홍수 취약성을 산정하기 위해 Fuzzy TOPSIS기법을 사용하였다. 또한 Fuzzy TOPSIS의 결과를 TOPSIS 및 가중합계법을 적용한 결과와 비교하였다. 그 결과 일부 지역의 취약성 순위가 큰 폭으로 역전되는 현상을 보였다. Spearman 순위 상관분석을 실시한 결과 TOPSIS와 가중합계법의 순위는 높은 일치성을 보였으나 Fuzzy TOPSIS의 순위와는 상당히 일치하지 않은 결과를 나타냈다. 즉, Fuzzy 개념을 반영하여 지역별 취약성을 산정할 경우 우선순위의 변동이 크게 발생할 수 있으므로 본 연구에서 제시한 모형도 하나의 취약성 평가의 방법이 될 수 있다.
6.
2012.09
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한강하구 염하수로 주변의 조석·조류 변형과 창·낙조 우세를 분석하기 위해서 4개 정점에서 동기간에 관측한 조류자료와 기 관측된 조석자료를 분석하였다. 조석 및 조류의 변형 정도는 M4/M2 진폭비를 분석한 결과 상류로 갈수록 증가하며, 조석의 상대 위상차(2M2-M4)를 계산하면 모든 정점의 값이 180˚ 이하로 창조 우세를 보여준다. 그러나 조류자료의 통계분석 결과를 보면 조석 조화상수의 상대 위상차 결과와는 다르게 최강·평균 낙조가 창조에 비하여 강하게 나타나며, 정조시각을 이용하여 창조, 낙조 지속시간을 계산하면 낙조 지속시간이 길게 나타난다. 각 조류 관측정점의 주축 방향 유속성분의 상관도를 분석한 결과 인천항 이후 염하수로 북쪽입구까지는 상관도 값이 0.9 이상으로 높게 나타났다. 조류 분석결과에서 보여지는 낙조가 우세하고 낙조 지속시간이 긴 형태의 원인을 분석하기 위해서 조화분해 결과를 재구성하였다. 주 분조(M2)와 천해 분조(M4)를 결합하면 창조가 우세하고 낙조 지속시간이 긴 전형적인 창조우세 형태의 곡선이 나타난다. 그러나 이 곡선에 조류 성분의 산술 합으로 계산한 비 조류성분(잔차류)의 값을 더하면 낙조가 강해지고 낙조 지속시간이 긴 형태로 나타난다. 즉, 천해분조에 의해서 발생하는 상류방향의 흐름을 극복하는 담수와 하구 비선형 효과에 의해서 생성되는 장주기 조류성분과 같은 낙조방향의 평균적인 흐름이 존재하기 때문에 독특한 낙조심화 현상이 염하수로에서 나타난다.
7.
2012.09
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최근 농업용저수지를 포함한 농촌지역 하천의 친수활동이 증가하면서 농촌수계의 경관, 수질 및 생태보전 등 환경에 대한 관심이 고조되고 있고, 이로 인해 농촌지역 용수수요 다변화와 물 부족 심화현상 등을 해결할 수 있는 수자원 개발의 필요성이 증대되고 있다. 이러한 측면에서 4대강 살리기 사업의 일환으로 추진되는 농업용저수지 둑높이기 사업은 추가로 필요한 농업용수뿐만 아니라 하천 수질개선을 위한 하천유지용수 확보를 위해 필요한 사업임에도 불구하고 운영계획 및 운영방안이 명확하지 않은 실정이다. 따라서 본 연구는 낙동강의 특정 소유역을 대상으로 농업용저수지 둑높이기 사업을 통해 확보할 수 있는 추가 저수량을 검토하였고 저수지 운영방안에 따라 하천유지용수로 방류할 경우 하류하천 수질개선효과를 평가하고자 하였다. 저수지 운영시나리오에 따른 추가적인 물공급량 확보는 하류하천 수량과 수질에 영향을 줄 것으로 예측되었으며 유량은 1∼8%의 증가효과와 2∼10%의 수질개선효과를 나타냈다. 특히, 저수지 운영상 2월에서 4월 사이에 추가로 방류를 실시할 수 있으며, 하천의 수량 및 수질 개선에 효과적인 것으로 나타났다. 그러나 농업용저수지의 수질은 지류하천뿐만 아니라 낙동강 본류 수질에 큰 영향을 미칠 수 있기 때문에 저수지 수질개선 및 관리가 중요할 것으로 판단된다.
8.
2012.09
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본 연구에서는 프랙탈 이론의 하천유역분야 적용성을 고찰을 통하여 하상의 불연속 경계면을 보간하기 위한 침식모형기반 프랙탈 기법을 제시하고, 이를 이용하여 적용 대상인 하상 경계부분의 3차원 지형을 생성하여 실제 측량성과와의 비교, 공간 통계학적 분석을 통해 이론의 적용성을 검증하였다. 침식모형기반 프랙탈 기법의 검증을 위해 표본을 추출하여 실제 지형측량 결과 및 IDW 기법에 의한 보간 지형과의 분산분석을 수행하였다. 표본집단이 모집단과 동일 분산을 갖고 있는지에 대한 표고값 간의 F-검정 결과, 유의확률 0.501로 유의수준 0.05보다 큰 것으로 분석되어 표고의 표준차이는 없는 것으로 나타났다. 분산분석 결과 RMSE는 IDW 및 침식모형기반 프랙탈 기법 각 0.802, 0.384로 침식모형기반 프랙탈 기법이 우수한 것으로 나타났다. 이러한 결과로 부터 3차원 정밀 하상 지형 생성 방법으로 침식모형기반 프랙탈 기법의 적용성이 우수한 것으로 사료된다.
9.
2012.09
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주운수로 홍수기 수위 산정을 위하여 미 공병단에서 개발한 HEC-RAS 모형을 적용하였다. 아라뱃길은 다양한 수리구조물의 조작을 통하여 선박운항 및 홍수처리가 이루어지며 유입홍수, 한강수위, 그리고 서해조위 변동과 연계하여 귤현보, 서해배수문, 체절수문, 그리고 배수펌프장등의 대표적인 구조물 운영을 지원할 수 있는 홍수위 계산모형이 필요하다. 특히 서해배수문의 개도를 결정하기 위하여 외조위와 내수위 변동을 동시에 고려한 수문운영이 필요하여 HEC-RAS의 Rule-script 기능을 적용하여 이러한 특성을 반영하였다. 모형의 검보정을 위하여 2010년 9월 홍수사상을 적용하였으며 모형으로부터 계산된 수위값과 관측된 수위값이 서로 잘 일치함을 확인하였다. 본 연구에서 구축된 HEC-RAS모형은 홍수기 주운수로 운영에 기여할 것으로 판단된다.
