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. 50 No. 11 (2017년 11월) 8건
1.
2017.11
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생체고분자물질은 수자원환경에서 점토, 미생물, 바이오매스 등 부유입자들을 응집시키고, 침전, 퇴적시키는 역할을 한다. 본 연구는 다양한 수질화학 조건이 생체고분자물질에 의한 부유입자 응집에 미치는 영향을 파악하고자, 수질화학 조건을 제어하여 응집실험을 수행하였다. 각 응집실험은 이온강도, 2가 양이온 농도, 휴믹물질 분율이 제어된 실험조건에서 Kaolinite 현탄액에 생체고분자물질인 Xanthan Gum을 주입하여 수행하였다. 수체가 가지는 응집능은 응집체 크기 및 잔류 고형물 농도를 측정을 통하여 평가하였다. 본 연구에서, 이온강도 증가는 점토입자 및 생체고분자물질 간 정전기적 반발력을 감소시키고 생체고분자물질이 점토 입자 간 가교를 형성하여 응집을 증대시킨 것으로 파악되었다. 이온강도가 0.001에서 0.1 M NaCl로 증대될 경우, 응집을 증진시켜 응집체 크기는 약 3배 이상 증 대되고 부유고형물농도는 약 2.5배 이상 저감되었다. 또한, 2가 양이온이 수체에 존재하는 경우, 점토입자-생체고분자물질 혹은 생체고분자물질 상호 간 가교를 형성하여, 즉 점토-Ca2+-고분자 또는 고분자-Ca2+-고분자 가교를 형성하여, 생체고분자물질에 의한 부유입자 응집을 증대시켰다. 수체에 Ca2+가 낮은 농도라도 존재 할 경우, 응집을 크게 증진시켜 부유고형물농도가 원주입농도에 비하여 20배 이상 저감되는 것으로 나타났다. 하지만, 휴믹물질이 존재하는 경우, 점토입자 표면에 흡착되어 점토입자의 정전기적 반발력을 증대시켜 생체고분자물질의 흡착을 방해하고 응집을 감소시켰다. 수체에 휴믹물질이 존재할 경우, 응집을 저감시켜 부유고형물농도는 저감되지 않고 원 주입농도와 유사하게 나타났다. 본 연구의 결과는 수자원환경에서 부유입자 및 퇴적물 거동을 이해하고 수질 및 퇴적물에 대한 최적 관리 방안을 도출하기 위한 기초 자료로 활용될 수 있으리라 기대된다.
2.
2017.11
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본 연구의 주목적은 조양하 유역의 유출응집구조와 에너지소비 양상을 멱함수 법칙분포의틀 내에서 해석하는 것이다. 이를 위하여 GIS를 기반 으로 대상유역 내 지점별 배수면적과 함께 소류력 및 수류력을 정의하는 지형학적 인자를 추출하고 해당 인자들의 여누가 분포에 대한 도해적 해석과 함께 멱함수 법칙분포의 적합을 수행하였다. 주요한 결과로서 세 가지 지형학적 인자들의 여누가 분포는 세 개의 개별적인 거동특성 구간으로 구분할 수 있었다. 멱함수 법칙분포 확률밀도함수의 매개변수를 최우도법을 이용하여 추정해 본 결과 배수면적과 수류력은 대표적인 규모를 유한 하게 결정할 수 없는 규모 불변성 지형인자이지만 소류력은 유한한 규모를 갖는 규모 종속성 지형학적 인자로 판단할 수 있었다. 또한 소류력의 경우 제한된 범위 내에서만 복잡계 거동을 보여 멱함수 법칙분포를 따르지 않는 것으로 판단되었다. 최우도법을 적용하여 추정한 배수면적의 멱함수 법칙분포 지수는 선행연구에 비하여 큰 수치로서 해당 지수의 추정에 사용된 방법론의 차이에 기인하는 것임을 확인할 수 있었다. 또한 수류력의 멱함수 법칙분포 지수는 선행연구에 비하여 다소 작은 수치로서 대상유역의 규모에 따른 수로경사의 특성에 기인하는 것으로 판단되었다.
3.
2017.11
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기후변화에 대한 우려와 함께 증가하고 있는 극한호우의 피해를 줄이기 위해서는 호우사상 발생 이전에 홍수위험을 미리 파악하여 피해를 대비 할 시간을 늘리는 것이 중요하다. 본 연구에서는 기상청 동네예보를 기반으로 하는 간단한 확률적 홍수위험 산정방법을 제시하였다. 예보강수를 조건부로 하는 6시간 강수량의 확률밀도함수를 이용해 다수의 임의 강수량을 생성한 후 추계학적 모형으로 1시간 단위로 분해하여 간단한 강우-유 출모형에 입력하는 방법을 사용하였다. 보청천 유역의 2017년 주요 강우사상에 제안된 방법을 적용한 결과, 7월 4일 최대홍수량이 나타났던 사상에 대해서는 예보강수를 이용한 모의는 홍수위험을 과소평가하였음을 확인하였고 반면 8월 15일 사상에 대한 동네예보는 강수량을 다소 과대추 정하였지만 홍수위험을 충분히 알릴 수 있는 정보로 평가되었다. 본 연구는 확정론적 모형과 확률론적 강수량을 결합하여 기상예보의 불확실성을 고려한 자료기반 홍수위험도 산정방법을 제시한다.
4.
2017.11
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Copula 함수 기반의 모형들은 가뭄빈도해석 및 수문시계열분석 등 수문학적 모델링을 위해 다각적으로 활용되고 있다. 그러나 기존 연구에서는 Copula 함수 및 주변확률분포 매개변수에 대한 불확실성을 정량적으로 평가할 수 있는 모형의 개발 사례는 국내외적으로 미진한 실정이다. 이러한 점에서 본 연구에서는 기존 Copula 모형에 Bayesian 기법을 도입하여 매개변수의 불확실성을 평가할 수 있는 이변량 가뭄빈도해석 기법을 개발 하였다. 본 연구에서는 우선적으로 모의자료를 대상으로 모형의 적합성을 평가하였으며, 모형 적용결과 가정한 매개변수를 정확하게 재추정하는 것을 확인할 수 있다. 최종적으로 기 개발된 Bayesian Copula 함수 기반의 이변량 가뭄빈도해석 모형을 한강유역에 적용하여 최근 2013~2015 년에 가뭄 사상을 평가하였다. 서울, 경기 및 강원 지역에서 특히 가뭄이 심한 것으로 나타났으며, 대부분의 지역에서 결합재현기간이 100년을 상회하는 것으로 평가되었다. 본 연구를 통해 제안된 모형의 검증과정과 도출된 결과를 기준으로 판단해보면 가뭄자료의 분포특성 및 자료간의 상관성을 효과적으로 재현하는데 유리할 뿐만 아니라 매개변수의 불확실성을 평가할 수 있는 장점을 확인할 수 있었다.
5.
2017.11
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NRCS-CN 방법을 이용해서 유출량을 결정하는 과정에 가장 큰 영향을 주는 변수는 유출곡선지수와 초기손실률이다. 수자원 실무에서 유출곡선 지수와 초기손실률은 대부분 미국 National Engineering Handbook의 지침에 따라 결정하지만, 우리나라 유역의 토양 및 수문학적 특성은 미국과 다르기 때문에 유출량을 과대 또는 과소 산정하게 된다. 따라서 본 연구에서는 우리나라 유역특성에 적합한 유효우량을 산정하기 위하여 점근유 출곡선지수법을 이용하여 총 8개의 유효우량 산정 모형(M1~M8)을 제시하였다. RSR (RMSE-observations standard deviation ratio)과 NSE (Nash-Sutcliffe Efficiency)의 두 가지 지표를 이용하여 모형을 평가하였으며, 그 결과 계측 유역에서는 M6 (평균 RSR: 0.76, 평균 NSE: 0.39), 미계측 유역에서는 M7 (평균 RSR: 0.82, 평균 NSE: 0.31)이 최적의 모형으로 선정되었다. 또한 대부분의 유역에서 기존에 사용되고 있던 초기손 실률 0.20보다 더 작은 값(0.01-0.10)을 적용할 때 더 좋은 결과를 나타내는 것을 확인하였다.
6.
2017.11
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최근 우리나라에서 빈번하게 발생되는 가뭄으로 인하여 많은 피해가 발생하고 있으며, 이에 대한 사전대응의 필요성이 커지고 있다. 가뭄에 대한 효과적인 사전대응을 위해서는 신뢰성 있는 가뭄 예측 정보가 필수적이다. 본 연구에서는 수문학적 가뭄에 대한 확률론적 예측을 수행하기 위하여 가뭄의 전이현상을 베이지안 네트워크 모형에 반영하였다. 가뭄의 전이현상을 고려한 베이지안 네트워크 기반의 가뭄 예측 모형(PBNDF)은 과거, 현재, 미래에 대한 다중 모형 앙상블 예측결과와 가뭄전이 관계를 결합하여 새로운 수문학적 가뭄 예측 결과를 생산하도록 구축되었다. 본 연구에서 PBNDF 모형은 파머수문학적 가뭄지수를 활용하여 낙동강 유역의 10개 지점을 대상으로 가뭄을 확률적으로 예측하는데 적용되었다. PBNDF 모형의 ROC 분석 결과 ROC 점수가 0.5 이상의 유의한 결과를 나타내 실제 예측 모형으로 활용가능하다는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 기존에 개발된 모형(지속성 예측, 베이지안 네트워크 예측 모형)과 평균제곱오차의 제곱근(RMSE), 기술 점수(SS)를 활용하여 비교를 수행하였으며, 그 결과 PBNDF 모형의 RMSE는 상대적으로 낮은 값을 가지며, SS는 약 0.1~0.15 정도 높은 것으로 나타나 예측성능이 향상되었다는 것을 확인할 수 있었다.
7.
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본 연구에서는 우리나라 56개 연구지역에 대해서 증발량 산정방법 중에 하나인 공기동력학적 방법의 적용성을 검토하였다. 이를 위해 과거 연구 자들에 의해서 제안된 공기동력학적 증발량 산정식들을 7가지 형식으로 구분하고 일반화하여 증발량 산정모델을 유도하였다. 또한, 공기동력학적 방법 적용에 필요한 기상요소자료들(풍속, 포화미흡량, 기온, 대기압)을 이용하여 4가지의 다변량 선형회귀모델을 유도하고 그 적용성을 검토하였다. 기상자료들의 자기상관의 영향을 고려하기 위해 변수들을 차분시켜 회귀분석을 실시하고 자기상관을 고려하지 않은 경우와 비교한 결과 결정 계수 값에 큰 차이가 없음을 확인하였다. 연구결과에 의하면 공기동력학적 모델이나 다변량 선형회귀모델 모두에서 산정된 월 증발량과 관측된 월 증발량 사이에 매우 높은 상관성이 있는 것으로 나타났다. 하지만 대부분의 증발량 산정모델에서 8, 9, 10, 11, 12월에 증발량을 과다 산정하고 있는 것으로 나타났다. 다변량 선형회귀모델들에 사용된 기상요소자료들은 모두 증발량 산정에 유의한 영향력이 있는 것으로 나타났으며, 특히 포화 미흡량이 가장 중요한 기상요소이며, 두 번째로는 기온, 세 번째로는 풍속, 그리고 마지막으로 대기압인 것으로 나타났다.
8.
2017.11
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본 연구는 지하댐에 의한 수자원 개발량을 평가하는 방법론을 제시한다. 연구 대상지역으로 선택한 쌍천 지하댐은 동해안 쌍천유역 하구에 위치 하며 비피압 충적 대수층을 형성하고 있다. 동해안에는 지형적으로 유사한 지하댐 후보지가 여러 개 존재한다. 본 연구에서는 대수층의 지하수위를 평면 2차원 FDM 모형으로 산출하였으며, 여기서 유역 유출은 대수층 표면에 침투항으로서 입력된다. 3개의 유역 유출모형의 평균으로서, 기저유량은 0.5 m3/sec로 산출되었다. 그리고 이 기저유량 근처의 유입량을 갈수기 유입으로 간주하여, 유입량 및 양수량 변화에 따른 지하수위를 산출 하는 방법으로 수자원 개발량을 평가하였다. 구체적으로는 현재 속초시 생활용수를 공급하고 있는 실제 양수량(28,000 m3/day)을 적용하여, 우물 수위가 대수층 바닥에 도달하거나 지하수위가 대수층 표면을 상회하여 지표수 흐름이 발생하는 유입량을 추정하였다. 또한 수자원 개발량을 증대시키기 위하여 우물의 양수량을 증가시키거나 추가 우물을 설치하는 상황을 재현하고, 극심한 갈수기에 가능한 양수량을 산출하였다.
