There are exits bibliographically interrelations among Meridian-Qi, electricity and magnetism. However, it is difficult to provide one dimensional reductionism such a thought that nervous system is meridian system and their function is involved directly to Meridian-Qi, because many unkwon factors are conducted to the function of organism. Furthermore, it's in need of a detail study to understand the characteristics of common feature and difference among Meridian-Qi, electricity and magnetism in the organism.

본 연구에서는 기후변화에 따른 메콩강 유출변화 분석을 목적으로 하고 있다. HadGEM3-RA로 부터 생산된 동아시아 지역 RCP 4.5 및 8.5 시나 리오의 일 자료를 기반으로 편의보정을 통해 미래 기후변화 시나리오를 구축한 후, SWAT 모형을 이용하여 메콩강 주요지점인 Kratie(유역면적: 646,000 km2, 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 6 월∼11월에 강수량의 증가가 비교적 크게 나타나며 특히 RCP 8.5 시나리오에서 강수량의 변동 폭 및 증가량이 크게 나타남을 확인하였다. 시나리 오별 월평균 최대 및 최소기온의 변화는 두 시나리오 모두 미래 기온의 상승을 전망하고 있으며 특히 RCP 8.5 시나리오의 온도증가 폭이 크게 나타 나는 것을 확인 하였다. 또한 하천유황변화 분석결과 유역의 유량변동성이 더욱 커질 것으로 분석되었으며 저수계수 값이 52∼57% 감소하고 갈 수계수 값이 67∼74% 감소하는 것으로 나타나 하천의 갈수상황이 지속되어 미래에 가뭄이 보다 심화될 것으로 분석되었다.

본 연구는 물리적 수리·수문모형의 적용이 제한적인 감조하천에서의 수위예측을 목적으로 하고 있으며, 이를 위해 한강 잠수교를 대상으로 딥러닝 오픈소스 소프트웨어 라이브러리인 TensorFlow를 활용하여 LSTM 모형을 구성하고 2011년부터 2017년까지의 10분 단위의 잠수교 수위, 팔당 댐 방류량과 한강하구 강화대교지점의 예측조위 자료를 이용하여 모형학습(2011~2016) 및 수위예측(2017)을 수행하였다. 모형 매개변수는 민감도 분석을 통해 은닉층의 개수는 6개, 학습속도는 0.01, 학습횟수는 3000번로 결정하였으며, 모형 학습 시 학습정보의 시간적 양을 결정하는 중요한 매개변수인 시퀀스길이는 1시간, 3시간, 6시간으로 변화시키며 모의하였다. 최종적으로 선행시간에 따른 모의 예측능력을 평가하기 위해 LSTM 모형의 예측 선행시간을 6개(1 ~ 24시간)로 구분하여 실측수위와 예측수위와의 비교·분석을 수행한 결과, LSTM 모형의 최적의 성능을 내 는 결과는 시퀀스길이를 1시간으로 하였을 때로 분석되었으며, 특히 선행시간 1시간에 대한 예측정확도는 RMSE는 0.065 m, NSE는 0.99로 실 측수위에 매우 근접한 예측 결과를 나타내었다. 또한 시퀀스길이에 상관없이 선행시간이 길어질수록 모형의 예측 정확도는 2017년 전기간에 걸쳐 평균적으로 RMSE 0.08 m에서 0.28 m로 오차가 증가하였으며, NSE는 0.99에서 0.74로 감소하였다.

아시아 지역의 인구증가와 하천주변 및 삼각주 평야 저지대의 인구밀도 집중으로 인해 우기 시 아시아의 많은 지역에서 홍수로 인한 대규모 인명 및 재산 피해가 발생하고 있다. 본 연구에서는 NOAA에서 제공하는 1992년부터 2003년까지의 나이트라이트 위성영상자료를 수집하여 인명 및 재산피해 정보와의 상호 공간분석을 통해 메콩강 유역의 홍수피해에 대한 분석을 실시하였다. 인명 및 재산피해 자료는 EM-DAT에서 제공하는 지 역 공간분포자료를 활용하였으며, 메콩강 주하천 격자로 부터 모든 임의 격자의 떨어진 거리를 계산하여 해당 격자에서의 나이트라이트 강도와 인명 및 재산피해와의 상관분석을 수행하였다. 그 결과, 나이트라이트 강도가 클수록 홍수피해가 큰 것으로 분석되었으며, 특히, 하천으로부터 가까 운 거리에서 나이트라이트 강도가 높게 나타났다. 이는 높은 나이트라이트 강도를 갖는 격자, 즉 인구밀집도가 상대적으로 높은 격자가 메콩강 하 천주변으로 분포되어 있으며, 홍수피해와 양의 상관관계를 갖고 있음을 의미한다. 이와 같이 나이트라이트 위성영상정보는 에너지소비, 재해 등 다양한 공간분석을 통해 사회경제적 영향성 평가를 위한 대리변수로 사용이 가능할 것으로 판단된다.

최근 기후변화 및 유역개발로 인하여 메콩강 유역의 수문환경이 급격히 변화하고 있으며, 메콩강을 공유하는 국가의 수재해 예방 및 지속가능한 수자원개발을 위해서는 메콩강 주요지점에서의 유량 정보의 분석 및 예측이 요구된다. 본 연구에서는 물리적 기반의 수문모형인 SWAT과 데이터기반 딥러닝 알고리즘인 LSTM을 이용하여 메콩강 하류 Kratie 지점의 유출모의를 수행하고, 유출모의 정확도 및 두 가지 방법론의 장 ․ 단점을 비교 ․ 분석한다. SWAT 모형의 구축을 위해 범용 입력자료(지형: HydroSHED, 토지이용: GLCF-MODIS, 토양: FAO-Soil map, 강우: APHRODITE 등)을 이용하였으며 warming-up 및 매개변수 보정 후 2003~2007년 일유량 모의를 수행하였다. LSTM을 이용한 유출모의의 경우, 딥러닝 오픈소스 라이브러리인 TensorFlow를 활용하여 Kratie 지점기준 메콩강 상류 10개 수위관측소의 두 기간(2000~2002, 2008~2014) 일수위 정보만을 이용하여 심층신경망을 학습하고, SWAT 모형과 마찬가지로 2003~2007년을 대상으로 Kratie 지점에 대한 일수위 모의 후 수위-유량관계곡선식을 이용하여 유출량으로 환산하였다. 두 모형의 모의성능 비교 ․ 검토를 위하여 모의기간에 대해 NSE (Nash-Sutcliffe Efficiency)을 산정한 결과, SWAT은 0.9, LSTM은 보다 높은 0.99의 정확도를 나타내는 것으로 분석되었다. 메콩강과 같은 대유역의 특정 지점에 대한 수문시계열 자료의 모의를 위해서는 다양한 입력자료를 요구하는 물리적 수문모형 대신 선행시계열자료의 변동성을 기억 ․ 학습하여 이를 예측에 반영하는 LSTM 기법 등 데이터기반의 심층신경망 모형의 적용이 가능할 것으로 판단된다.

최근 기후변화와 이상기후의 영향으로 인한 홍수재해의 시 ․ 공간적 패턴의 변화가 복잡해짐에 따라 홍수범람 예측은 점점 어려워지고 있다. 이러한 기상이변에 따른 홍수피해를 예방하고 대응하기 위한 비구조적 대책으로 홍수위험등급 및 범람범위 등의 정보를 포함하고 있는 홍수위험지도의 작성이 필요하다. 실제로 고정밀도 홍수위험지도를 작성하기 위해서는 1차적으로 지형, 지질, 토지피복, 기상 등의 자료를 기반으로 강우-유출- 범람해석을 통해 침수면적 및 침수깊이 등 범람 정보를 획득해야 되며, 2차적으로 피해액 산정을 위해 사회 ․ 경제와 관련된 다양한 DB를 필요로 한다. 하지만 개발도상국에서는 이러한 자료가 부족하고, 일부지역에서는 자료자체를 획득할 수가 없어 홍수위험지도 제작이 불가능하거나 그 정확도가 매우 낮은 실정이다. 본 연구에서는 ASTER 또는 SRTM과 같은 범용 지형자료로부터 주요 지형학적 인자를 선정하고, 선형이진분류법(Liner binary classifiers)과 ROC분석(Receiver Operation Characteristics)을 사용하여 실제 홍수유역을 유사하게 모의하는 최적 지형학적 인자를 도출하고, 이를 기반으로 광역 홍수범람지도를 작성하는 방안을 제시한다. 본 연구에서 제시하는 방법론의 정확도 검증을 위해 북한(2007), 방글라데시(2007), 인도네시아(2010), 태국(2011), 미얀마(2015) 5개국의 대규모 홍수범람에 대해 적용하였다. 실제 홍수범람 영상정보에서 획득된 침수면적과의 공간적 비교 ․ 검토 결과, 최저(38%, 방글라데시), 최고(78%)으로 평균적으로 약 60%의 정확도를 나타내는 것으로 분석되었다. 본 연구에서 제시하는 지형학적 인자 기반의 홍수범람지도 작성방법은 미계측유역에 대해서도 DEM만을 사용하여 홍수위험 지역을 쉽게 구분할 수 있다는 장점을 가지고 있어 1 ․ 2차원 범람해석 모형의 적용이 어려운 대유역에 대해 홍수범람 우려지역에 대한 공간정보를 제공해줄 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구에서는 오프라인 및 온라인 매개변수 자동보정기법을 이용하여 개념적 집중형 수문모형의 매개변수를 보정한 후, 각 보정기법에 따른 강 우-유출 해석 결과를 비교·분석하여 기법별 적용성을 평가하였다. 이를 위해 용담댐 상류 천천 유역을 대상으로 9개의 단기 강우사상을 선정하고, 강우-유출 모의를 위한 수문모형으로 저류함수모형을 선택하였다. 또한 저류함수모형의 매개변수 보정을 위한 자동보정기법으로 오프라인 기법 으로는 SCE-UA, 온라인 기법으로는 파티클 필터를 선정하여 해석을 수행하였다. 각 기법에 따른 유출 해석결과의 재현성 평가를 위해 관측수문곡 선의 평균유량을 근거로 하여 저수부(평균유량 이하)와 고수부(평균유량 초과)로 구분하여 모의결과를 비교․ 검토하였다. 그 결과, 매 시간 입력자 료를 이용하여 매개변수를 실시간으로 업데이트하는 파티클 필터의 경우, 저수부와 고수부에 구분없이 전반적으로 우수한 재현성을 보여주었다. 반면에 SCE-UA의 경우, 대상 사상에 대한 전체기간의 정보를 활용하여 선택된 목적함수 RMSE와 HMLE를 최소로 하는 최적 매개변수를 추정함 에 따라 일정규모 이상의 홍수사상에서는 목적함수에 따라 매개변수의 변동성이 나타났으며, 고수부에서는 RMSE, 저수부에서는 HMLE가 비교 적 우수한 유출모의 결과를 나타내는 것으로 분석되었다.

최근 공간정보 및 컴퓨터기술의 발달과 함께 시공간적인 토양침식의 프로세스를 구현할 수 있는 다양한 물리적 기반의 모델이 개발되고 있다. 비록 물리적 기반의 토양침식모델이 다양한 지점에서 다양한 형태로 발생하고 있는 침식, 이송 및 퇴적에 관한 일련의 정보를 제공하지만, 파라메타, 모델의 구조 및 관측 자료의 불확실성 등으로 인하여 모델을 예측 혹은 특정 목적을 위하여 활용하는 경우에는 많은 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 유역기반의 토양침식모델(CSEM)의 최적 파라메타의 추정 및 그 불확실성을 평가하기 위하여 자료동화기법 중의 하나인 파티클 필터를 적용하였다. 파티클 필터를 CSEM과 연계한 모형(CSEM-PF)은 비선형 시스템의 특성을 갖는 물리적 기반 모형인 CSEM의 파라메타를 추정하기 위하여 매 시간의 관측 유량 및 관측 유사량을 활용하여 각각의 가중치를 계산하고, 이를 바탕으로 필터링을 수행하여 유출량 및 유사량과 관련된 다양한 파라메타를 추정하였다. 또한 이를 통하여 각 파라메타에 대한 불확실성 뿐만 아니라, 시변성을 갖는 파라메타에 대한 특성을 고려할 수 있음을 확인하였다. CSEM-PF를 용담댐의 소유역을 대상으로 과거의 기록적인 3개의 태풍에 의하여 발생한 사상에 적용하여, 각 사상에 대한 최적의 파라메타를 추정하고, 그에 대한 불확실성 분석을 수행하였다.

It has been widely recognized that accurate landslide susceptibility assessments are essential and effective to prevent disasters and minimize casualties as well as property damages. In recent decades, many slope stability assessment models have been developed and applied, including both steady and transient (time-variant) modeling approaches. None of them, however, solve well the relationship between rainfall and slope instability due to many simplifications in the boundary conditions and the flow in soil. As another slope stability modeling method, a new time-variant slope stability model is introduced in this study, the proposed model is then applied to 2011 Mt. Umyeon landslide event for model verification. The integrated surface and subsurface flow model is used to assess time-varying subsurface water amount governed by hydrological processes. In this flow model, a two-dimensional shallow water equation with diffusion wave approximation and a three-dimensional Richards’ equation are used to formulate the surface flow system and the saturated–unsaturated subsurface flow system, respectively. A widely used time-variant slope stability analysis model, TRIGRS, is also applied to the same event for comparison. The proposed model produced significantly improved results as compared with those of TRIGRS in terms of agreement with observation.

본 연구는 수계관리 측면에서 물 공급의 기준이 되는 하류 제어지점에서 발생할 수 있는 물 부족을 최소 허용하면서 저수지군 최적 운영방안을 제공할 수 있도록 위험도 평가기준을 목적함수 및 제약조건에 반영한 hedging rule을 혼합정수계획법(MIP, Mixed Integer Programming)으로 구성하고 이에 대한 이행도를 분석함으로써 기존의 용수공급 신뢰도에 중점을 두었던 저수지군 최적 운영 분석기법을 개선하고자 하였다. 이를 위해 한강수계 5개 저수지(소양강댐, 충주댐, 화천댐, 청평댐, 팔당댐)군을 대상으로 수계관리를 위한 모형을 구축하였으며, 한강수계 내에 총 8개의 가상 제어지점을 구성하여 댐 하류 제어지점에서의 물 부족에 대해 위험도를 평가하였으며, 개발된 hedging rule의 적정성을 검증하기 위하여 2개의 유입량 계열(’93. 1월～’97. 12월, ’99. 1월～’03. 12월)에 대하여 적용 검토하였다. 팔당댐 하류 제어지점의 월별 최소유량을 비교하면 ’93. 1월～’97. 12월의 모의기간에서는 hedging rule 적용 시 317.5×106m3으로 단독운영의 310.6×106m3, 연계운영의 56.3×106m3보다 많은 유량을 보였으며, ’99. 1월～’03. 12월의 모의기간에서도 hedging rule 적용 시 243.7×106m3으로 단독운영의 204.2×106m3, 연계운영의 111.2×106m3에 비해 최소유량이 많은 것을 확인하였으며, 이는 제안한 hedging rule에 의해 하류 제어지점에서의 최대 물 부족량이 감소하는 결과를 보여주고 있다.

본 연구에서는 격자기반의 공간분포 강우장에서 호우지속기간동안 지속시간별 면적최대강우량을 산정할 수 있는 탐색기법을 개발하여 DAD 분석을 실시하고 그 적용성을 평가하고자 한다. 우선, 세 가지 탐색기법(Box-tracking, Point- tracking, Advanced point-tracking)의 알고리즘을 구성하고, 가상의 강우장(1hr 지속시간)을 대상으로 각 탐색기법의 성능을 검증하였다. 다음으로 용담댐 유역의 실제 강우사상을 선택하여 개발된 탐색기법과 GIS를 이용한 고전적인 방법을 사용하여 DAD 분석을 실시하고 그 결과를 비교·분석하였다. Box-tracking의 경우, Point-tracking과 Advanced point-tracking에 비하여 상대적으로 빠른 검색이 가능하지만, 강우장의 공간분포 형태를 고려하지 못하여 타 탐색기법에 비해 유역크기별 면적최대강우량이 과대 산정되었다. 반면, Point-tracking과 Advanced point-tracking은 강우장의 공간분포 형태를 적절하게 반영하여 면적최대강우량 산정이 가능하였으며, 특히 두개 이상의 호우중심이 존재할 경우 Advanced point-tracking은 Point-tracking보다 우수한 탐색성능을 보여주었다. 따라서 본 연구에서 제안하는 탐색기법은 DAD 분석 및 면적감소계수 계산을 위한 유용한 도구로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

기후변화로 인해 일강우 50mm의 호우일수는 1970년대 7.4일에서 2000년대 14.4일로 두 배 이상 증가하였으며, 산사태 발생면적은 1970년대 289ha에서 2000년대 713ha로 세 배 이상 증가하고 있고, 복구비도 연평균 14억에서 867억으로 기하급수적으로 증가하고 있는 추세이다. 특히, 2011년 서울시 우면산 산사태 이후, 산림청을 중심으로 도시생활권에 대한 사방사업이 지속적으로 수행되고 있으나, 기술적으로 산사태의 규모나 피해지역, 발생시기 등을 정확하게 예측할 수 없으며, 국토개발에 따라 전용되는 지역에 대해 합리적인 관리가 수행되고 있지 못해 근본적 피해예방에 제약적인 상황이다. 따라서 산사태로 인한 피해를 최소화하고 효율적이고 체계적인 사면(산지 또는 급경사지) 관리를 위해서 관리부처(또는 담당업무)별 법·제도 분석을 통한 개선방안 및 산사태 관련정보의 통합관리를 위한 기술적 개선방안이 요구되며, 이러한 통합관리가 가능할 경우 보다 신속하고 정확한 산사태 예방사업의 계획과 대응 및 복구가 가능하고 경계피난체계의 확립이 용이해질 것으로 기대된다. 이에 본 연구에서는 산사태 발생 위험지의 효율적인 통합관리을 위한 법제도적, 기술적 개선방안을 제시하고자 한다.

현재 우리나라는 기후변화로 인해 강우의 강도가 증가하고 있으며, 국지성 집중호우의 발생빈도가 높아지고 있다. 또한 산사태 발생면적은 1970년대에 비해 2000년대는 세 배 이상 증가하고 있고, 북구비도 기하급수적으로 증가하고 있는 추세이다. 최근 2011년 서울시 우면산과 춘천 천전리의 산사태를 계기로 도시생활권 및 대형구조물, 인구 밀집구역 등에서 사방사업의 지속적으로 수행되고 있으며 산사태에 관련된 전반적인 관심이 증폭되고 있는 실정이다. 그러나 우면산 산사태에서도 나타났듯이 각 기관별 관리주체의 문제로 많은 혼선과 이에 대한 효과적인 대책이 수립되지 못하고 있다. 또한 기술적으로 산사태의 규모나 피해지역, 발생 시기 등을 정확하게 예측할 수 없으며, 국토개발에 따라 전용되는 지역에 대해 합리적인 관리가 수행되고 있지 못해 근본적 피해예방에 제약적인 상황이다. 본 연구에서는 국내·외 산사태 발생 위험지 관리현황을 비교·분석하여 문제점을 도출해 보다 효율적인 통합관리를 위해 국내 산사태 관련 방재정책은 산림청과 소방 방재청을 중심으로 이루어지고 있어 각 유관기관의 법·제도를 분석하여, 국내 유관기관의 산사태 취약지역인 산지, 급경사지, 절토사면 등 관리와 관련한 관리시스템에 대한 개발 및 관리현황 비교·분석을 통하여 기술적 개선방안을 제시하고 국외 산사태 발생 위험지의 관리현황을 분석하여 동북아시아와 미국, 캐나다의 관리사례를 국내의 산사태 발생 관련한 관리시스템의 적용성을 검토하고 산사태 발생 위험지 통합관리를 위한 법·제도적 개선방안 및 기술적 개선방안을 제안하여 효율적인 통합관리를 위한 개선방안을 제시하는데 그 목적이 있다.

최근 이상기후로 인해 홍수 등 자연재해의 강도 및 빈도가 증가하고 있다. 2002년 태풍 루사, 2003년 태풍 매미 등 집중호우에 따른 대규모 홍수로 인해 인명 및 재산피해의 급격한 증가가 나타났으며, 이는 불규칙한 기상변화에 대한 기존의 방재대책과 홍수예측시스템의 한계를 보여주고 있다. 이러한 이상홍수에 효율적으로 대응하기 위해서는 홍수범람 양상을 정확하게 모의할 수 있는 범람모형을 통해 효과적인 대응방안 마련하는 것이 중요하지만 기존의 홍수범람해석모형은 해석시간의 과다소요 및 해석결과의 정확성 등의 문제가 존재한다. 따라서 본 연구에서는 2002년 8월 집중호우로 인해 붕괴된 낙동강 유역의 백산제를 대상으로 쿼드트리격자를 사용하는 Gerris모형을 이용하여 홍수범람해석을 수행하였으며, 기존의 홍수범람모형 중 비구조격자를 사용하는 FLUMEN모형 및 실제 범람지역과의 비교를 통해 쿼드트리 격자기반 홍수범람모형의 적용성 및 효율성을 판단하였다.

본 연구에서는 용담댐 상류, 천천 시험유역을 대상으로 분포형 수문모형을 이용하여 강우의 공간분포 특성에 의한 유역에서의 침식 및 퇴적양상을 분석하고, 유출 및 유사량 모의결과에 미치는 영향을 분석하였다. 일반적으로 강우의 공간적 분포를 묘사하기 위해 사용되는 지점 강우 내삽기법(Thiessen Polygon: TP, Inverse Distance Weighting: IDW, Kriging) 및 레이더 강우 합성기법(Gauge-Radar ratio: GR, Conditional Merging: CM)을 이용하여 태풍으로 인한 3개의 집중호우 사상기간동안의 강우장을 생성한 후 각 기법들에 의해 생성된 강우장의 양적, 공간적 특성을 평가하였다. 또한, 각 기법별로 생성된 공간분포형 강우를 분포형 수문모형에 적용하여 강우의 공간분포에 따른 유역에서의 강우-유사-유출 분석 및 유역에서의 침식 및 퇴적양상을 비교·분석하였다. 그 결과, 지상 우량계를 이용한 내삽기법의 경우 유사한 우량주상도 및 수문응답을 나타내었으며, 원시 레이더 자료 및 GR기법에 의한 결과는 각각 과소, 과대산정된 반면 CM기법은 레이더 강우의 공간적 특성을 유지하면서 양적으로도 개선된 결과를 보여주었다. 또한 양적으로 유사한 강우장임에도 불구하고, 각 기법에 의한 강우장의 공간적 특성으로 인하여 대상유역내 침식 및 퇴적양상은 매우 상이하게 나타났다.