분포형 FLO-2D 수문모형에서 초기토양함수가 유출결과에 미치는 영향

이길하,Lee, Khil-Ha 한국환경과학회 2021 한국환경과학회지 Vol.30 No.8

Soil water enters the atmosphere via evapotranspiration, where it transforms into atmospheric water vapor and plays important role in the surface-atmosphere energy exchange. Soil conditions have a direct influence on the effective rainfall, and initial soil moisture conditions are important for quantitatively evaluating the effective rainfall in a watershed. To examine the sensitivity of the initial saturation to hydrologic outflow, a two-dimensional distributed FLO-2D hydrologic model was applied to a small watershed. The initial saturation was set to 0.3, 0.5, and 0.7 and the obtained results were compared. The Green-ampt model was chosen to calculate the penetration loss. Depending on the initial soil moisture, the peak flow rate varied by up to 60%, and the total water volume in the watershed by approximately 40%.

우리나라 연안의 팬증발량 변화 양상 분석

이길하(Lee, Khil-Ha),오남선(Oh, Nam-Sun),정신택(Jeong, Shin-Taek) 한국해안해양공학회 2007 한국해안해양공학회 논문집 Vol.19 No.3

장기간에 걸친 증발량의 변화는 지표-대기간의 수문반응을 변화시키고, 농작물의 경작에도 영향을 미치며, 해안지방에서는 하천유입량 등의 변화로 생태계의 변화를 가져올 수 있다. 최근의 기후 상승에 따라 실제 증발량이 증가할 것으로 판단되나, 외국의 다양한 연구는 남반구와 북반구에 걸쳐 팬증발량이 감소하는 추세를 보여주었다. 이러한 현상은 기후 변화와 어느 정도 관련이 있을 가능성이 충분히 있으므로 외국의 연구 결과에 부응하여 우리나라에서도 팬증발량이 감소하는 추세를 보여 왔는가를 확인할 필요가 있다. 이 연구에서는 우리나라 14개 지점에서의 1970년도부터 2000년도까지의 증발량 관측치를 선정하여 심도있게 분석하였으며, 우리나라 해안지역과 내륙지역의 팬증발량 변화를 비교하였다. 증발량 1차 추세선 분석 결과 14개의 지점 중 청주, 여수, 진주를 제외한 11개 지점이 감소하는 추세를 보여주었다. 14개 지점의 총 평균에서는 연간 1.6 mm/yr 감소하는 추세를 보여주었으며, 이는 전체 자료의 기간인 30년 동안 연평균 팬증발량 약 50 mm의 감소한 것이다. 연평균증발 산량의 값은 내륙지역에 비하여 해안지역에서 10% 가량 큰 값을 보이는 것으로 나타났으며, 증발산량의 연변화량은 내륙지방의 연간 -0.82 mm/yr에 비하여 해안지방에서 연간 -2.46 mm/yr으로 훨씬 빠르게 감소하는 경향을 보였다. Mann-Kendall trend test 결과는 95% 유의수준 내에서 4개 지점이 감소를 보여주며 10개 지점은 95% 유의수준 내에서 변하지 않는 것으로 나타났다. 그러나 전 지역에 대한 평균값은 감소추세를 보이는 것으로 나타났다. 이 결과는 외국의 기존 연구 결과와 일치하는 것으로 앞으로 우리나라 기후변화에 따른 다양한 연구에 기여할 것으로 기대한다. A long-term change in the evaporation rate have an influence on the hydrologic processes at the interface between the land surface-air and crop yield. Several previous studies have reported declines in pan evaporation rate, while actual evaporation rate is expected to increase due to anthropogenic global change in the future. The decreasing trend of pan evaporation rate might be involved with global warming and accordingly the trend of annual pan evaporation rate also needs to be checked here in Korea. In this study, 14 points of pan evaporation observation are intensively studied to investigate the trend of pan evaporation for the time period of 1970-2000. Annual pan evaporation is decreasing at the rate of 1.6mm/yr, which corresponds to approximately 50mm for 30 years. Annual pan evaporation rate is larger by ∼10% at the coastal area and decreasing rate is faster as -2.46 mm/yr per year, while that is -0.82 mm/yr per year at the in-land area. The results of the Mann-Kendall trend test shows 4 points are decreasing and 10 points are unchanged with 95% confidence interval. But national annual average values show the decreasing trend of pan evaporation rate as a whole, which corresponds to general trend all over the world. This study will contribute to a variety of studies on water resources, hydrology, agricultural engineering, meteorology, and coastal engineering in association with future global climate change.

연안 해역의 미래 기온변화 예측을 위한 GCM 자료 Downscaling 기법의 신뢰수준 분석

이길하(Lee, Khil-Ha),조홍연(Cho, Hong-Yeon),조범준(Cho, Beom-Jun) 한국해안해양공학회 2008 한국해안해양공학회 논문집 Vol.20 No.1

미래 연안 생태환경변화 예측을 위한 기후변화에 따른 수온변화 예측이 필요하며, 연안 수온변화는 GCM 자료에서 제공하는 미래 기온변화 예측자료를 국지적인 기온자료로 Downscaling 기법을 적용하여 사용할 수 있다. 본 연구에서는 선형회귀분석기법을 이용하여 2000년~2005년 우리나라 평균기온자료를 연안해역의 국지적인 기온자료로 Downscaling 하는 방법을 제안하고, 제안한 방법의 검증을 수행하였다. Downscaling 방법의 보정과정에서의 RMS오차 평균은 1.584정도이며, 2006년~2007년 자료를 이용한 검정과정에서의 RMS 오차 평균은 1.675, 1.448 정도로 추정오차는 보정과정에서의 오차수준을 유지하고 있는 것으로 파악되었다. 또한, NSC 값도 보정과정에서는 0.962, 2006년~2007년 자료를 이용한 검정과정에서는 0.955, 0.963으로 보정과정에서의 일치수준을 유지하고 있는 것으로 파악되어 선형회귀분석 기법을 이용한 우리나라 연안의 국지적인 기온은 RMS 오차 1.0~2.0?C 수준으로 전국 평균기온을 이용하여 추정할 수 있다. Future impact of anthropogenic climate-induced change on ecological regime has been an issue and information on water temperature is required for estimating coastal aquatic environment. One way to induce water temperature is to relate water temperature to air temperature and GCM is able to provide future air temperature data to do this. However, GCM data of low spatial resolution doesn't incorporate local or sitespecific air temperature in need of application, and downscaling processes are essential. In this study, a linear regression is used to relate nationally averaged air temperature to local area for the time period of 2000-2005. The RMSE for calibration (2000-2005) is 1.584, while the RMSE for validation is 1.675 for the year 2006 and 1.448 for the year 2007. The NSC for calibration (2000-2005) is 0.962, while the NSC for validation is 0.955 for the year 2006 and 0.963 for the year 2007. The results show that the linear regression is a good tool to relate local air temperature to nationally averaged air temperature with 1.0~2.0?C of RMSE. The study will contribute to estimate future impact of climate-induced change on aquatic environment in Korean coastal zone.

기술보고 : 홍수위험지도 작성을 위한 하천 제방 붕괴 유량공식 제안

이길하 ( Khil Ha Lee ),김성욱 ( Sung Wook Kim ),최봉혁 ( Bong Hyuck Choi ) 대한지질공학회 2015 지질공학 Vol.25 No.4

하천 제방 붕괴로 인한 홍수위험지도를 작성하기 위하여 수치모형을 이용한 잠재적 피해 대상 지역 파악이 선행되어야 한다. 하천제방 붕괴로 인하여 빚어지는 홍수위험지도 작성에서도 흔히 수치모형이 이용되며 붕괴 시 첨두 유량은 결정 인자인 하천의 수량과 제방 붕괴 형성 및 진행에 민감하므로 이런 요소를 포함하는 물리적 모형이 필요하다. 제방 붕괴 메커니즘과 수리학적 현상이 모든 붕괴에 같다고 가정하고 하나의 물리적 제방 붕괴 수치 모형을 구축하였다. 이 연구에서는 하도 추적은 언급하지 않았으며, 단지 제방 붕괴지점에서 수문곡선을 추정하는데 초점을 두어 붕괴 지점의 경계조건을 구축하는데 집중하였다. 여기서 제안된 물리적 모형은 제방 붕괴 형성과정에 필요한 역할과 붕괴를 통한 흐름의 수리학적 설명을 담고 있다. To compile a flood hazard map it is essential to identify the potential risk areas. A scenario-based numerical modeling approach is commonly used to build a flood hazard map in the case of a levee-break. The model parameters that capture peak discharge, including breach formation and progress, are important in the modeling method. In this study an earth-levee-break model is constructed under the assumption that the failure mechanism and hydraulic processes are identical for all levee-break river activities. Estimation of the hydrograph at the outlet as a function of time is highlighted. The constructed hydrograph can then serve as an upper boundary condition in running the flood routing model downstream, although flood routing is not considered in this study.

유역 내 강우관측소의 공간분포 특성을 고려한 레이더 강우추정에 관한 연구

이길하(Khil-Ha Lee),김태국(Tae-Kook Kim),고익환(Ick-Hwan Ko),김우구(Woo-Koo Kim) 대한토목학회 2005 대한토목학회 학술대회 Vol.2005 No.10

논문 : 시나리오에 따른 백두산 천지의 외륜산 붕괴에 의한 홍수재해 모의

이길하 ( Khil Ha Lee ),김상현 ( Sang Hyun Kim ),최은경 ( Eun Kyeong Choi ),김성욱 ( Sung Wook Kim ) 대한지질공학회 2014 지질공학 Vol.24 No.4

화구호를 가지고 있는 화산에서 분화는 단순히 화산분출물에 의한 피해와 더불어 칼데라 호수에 저장된 많은 양의 물이 방류하여 대규모의 재해를 유발한다. 최근 백두산 분화의 전조가 관측되고 있고 백두산의 분화 시 천지칼데라호로 인해 예상되는 화산성 홍수의 피해를 추정하고 화산 재해에 대비하여 사회적, 경제, 문화, 정치적 파급 효과에 대한 정보와 적절한 대응방안의 마련이 필요하다. 백두산의 화산활동으로 인하여 천지의 외륜산이 붕괴되고 천지에 저장된 물이 방류될 경우를 가정하여 2차원평면 흐름 수치모형을 이용하여 잠재적 홍수피해 위험지역을 파악하였다. 방류되는 물의 양은 외륜산 붕괴 메커니즘을 표현하는 미분방정식을 풀어 시간의 함수로 유량곡선을 작성하였다. 구성된 유량곡선을 수치모형의 상류부 경계조건으로 하였고, 하류 부 경계조건은 백산수고의 수위를 설정하여 10일 동안 송화강 유역으로 흐르는 홍수피해 지역을 모의하였다. 지형자료는 USGS의 SRTM3 수치 표고 자료를 바탕으로 100 m × 100 m의 격자(Grid)를 생성하였다. 지표면 특성은 인공위성 MODIS자료를 사용하여 유출곡선지수와 조도계수를 산정하였다. FLO-2D로 모의한 침수지역을 위성영상과 중첩하여 침수면적을 계산한 결과, 외륜산(outer rim) 붕괴가 발생하고 붕괴율이 10 m/hr인 경우 이도백하부근 도심지 면적 22.4 km2 중 80%정도가 침수되며, 붕괴 율이 100 m/hr인 경우 98%의 지역이 침수되는 것으로 나타났다. Volcanic eruptions alone may lead to serious natural disasters, but the associated release of water from a caldera lake may be equally damaging. There is both historical and geological evidence of the past eruptions of Mt. Baekdusan, and the volcano, which has not erupted for over 100 years, has recently shown signs of reawakening. Action is required if we are to limit the social, political, cultural, and economic damage of any future eruption. This study aims to identify the area that would be inundated following a volcanic flood from the Cheon-Ji caldera lake that lies within Mt. Baekdusan. A scenario-based numerical analysis was performed to generate a flood hydrograph, and the parameters required were selected following a consideration of historical records from other volcanoes. The amount of water at the outer rim as a function of time was used as an upper boundary condition for the downstream routing process for a period of 10 days. Data from the USGS were used to generate a DEM with a resolution of 100 m, and remotely sensed satellite data from the moderate-resolution imaging spectroradiometer (MODIS) were used to show land cover and use. The simulation was generated using the software FLO-2D and was superposed on the remotely sensed map. The results show that the inundation area would cover about 80% of the urban area near Erdaobaihezhen assuming a 10 m/hr collapse rate, and 98% of the area would be flooded assuming a 100 m/hr collapse rate.

기후변화에 따른 미래 하천 수온 예측을 위한 비선형 기온­수온 상관관계 구축

이길하 ( Khil Ha Lee ) 한국환경정책평가연구원 2014 환경정책연구 Vol.13 No.2

지구의 온난화로 인하여 기온이 상승하고 이에 대응하여 수온 증가가 감지되고 있다. 하천의 수온 변화는 수질과 생태계, 특히 용존산소변화와 생물체의 이동으로 이어진다. 기온 변화가 하천의 수질과 생태 환경에 미치는 영향을 추정하기 위해서 수온 상승의 시기와 하천 어종에 대한 이해가 필요한데 이를 위하여 미래의 수온을 예측할 필요가 있다. 환경부 산하 국립환경과학원에서 설치한 국가수질관측망 자료와 기상청 기상관측소의 기온 자료를 활용하여 기온-수온 비선형 상관관계모형을 구축하였다. 기온-수온 대표 관계인 비선형 로지스틱(Logistic) 함수에 포함된 4개의 매개변수를 결정하기 위하여 SCE최적화 기법을 이용하였다. 기온-수온 상관관계는 시간규모에 따른 최대 온도와 최소 온도에 차이가 있으나 수질 또는 생태 반응의 적당한 시간규모에 해당하는 주 평균 온도를 이용하여 분석하였다. 전반적으로 우리나라 하천의 기온-수온 관계는 선형보다는 비선형 모형에서 NSC와 RMSE가 더 우수하여 비선형 모형이 적합한 것으로 나타났다. 연구 결과는 미래의 기온 상승 변화에 반응하는 수질, 수문 및 생태반응에 대비하여 공학기술자 또는 정책입안자에게 적절한 기후변화 대책 방향을 설정하는 데 지침을 제공할 것이다. In response to global warming, the effect of the air temperature on water temperature has been noticed. The change in water temperature in river environment results in the change in water quality and ecosystem, especially Dissolved Oxygen (DO) level, and shifts in aquatic biota. Efforts need to be made to predict future water temperature in order to understand the timing of the projected river temperature. To do this, the data collected by the Ministry of Environment and the Korea Meteororlogical Administration has been used to build a nonlinear relationship between air and water temperature. The logistic function that includes four different parameters was selected as a working model and the parameters were optimized using SCE algorithm. Weekly average values were used to remove time scaling effect because the time scale affects maximum and minimum temperature and then river environment. Generally speaking nonlinear logistic model shows better performance in NSC and RMSE and nonlinear logistic function is recommendable to build a relationship between air and water temperature in Korea. The results will contribute to determine the future policy regarding water quality and ecosystem for the decision-driving organization.

수질 영향평가 신뢰수준 향상을 위한 낙동강 유역 미관측 지점에서의 일사량 추정 수정형 Angstrom모형과 투과율모형의 비교

이길하 ( Khil Ha Lee ) 한국환경영향평가학회 2012 환경영향평가 Vol.21 No.1

Daily solar radiation is essential for water resources planning and environmental impact assessment. However, radiation data is not commonly available in Korea other than in big cities, and there has been no direct measurement for rural areas where water resources planning and environmental impact assessment is usually most needed. In general, missing radiation data is estimated from nearby regional stations within a certain distance, and this study compared two dominant methods (modified Angstrom equation and transmittance interpolation method) at six stations in Nakdong River watershed area. Two methods shows a similar level of accuracy but the transmittance interpolation method is likely to be superior in that there is no need for any measurement element since the modified Angstrom equation require the sunshine hour measurement. This study will contribute to improve water resource and water quality management in Nakdong River watershed.

논문 : 홍수위험지도 작성을 위한 댐 붕괴 지점에서의 유량곡선 산정

이길하 ( Khil Ha Lee ),김성욱 ( Sung Wook Kim ),유순영 ( Soon Young Yu ),김상현 ( Sang Hyun Kim ),조진우 ( Jin Woo Cho ),김진만 ( Jin Man Kim ) 대한지질공학회 2013 지질공학 Vol.23 No.4

홍수위험지도를 작성하기 위하여 수치모형을 이용한 잠재적 피해 대상 지역 파악이 선행되어야 한다. 댐 붕괴로 인하여 빚어지는 홍수위험지도 작성에서도 시나리오 별로 댐 붕괴를 모의하기 위한 댐 붕괴 수치 모의가 필요하다. 댐 붕괴 시 첨두 유량은 결정 인자인 댐 붕괴(breach)나 저수지의 수량과 댐 붕괴 형성 및 진행에 민감하므로 이런 요소를 포함하는 물리적 모형이 필요하다. 댐 붕괴 메커니즘과 수리학적 현상이 모든 댐 붕괴에 같다고 가정하고 하나의 물리적 댐 붕괴 수치 모형을 구축하였다. 댐 붕괴지점에서 수문곡선을 추정하는데 초점을 두어 댐 하류의 하도 추적 시 상류부의 경계조건 역할을 하도록 하는것이며, 연구에서 하류부의 하도 추적은 다루지 않았다. 물리적 모형은 댐 붕괴 형성과정에 필요한 역할과 댐 붕괴를 통한 흐름의 수리학적 설명을 담고 있다. 2008년 중국의 장지산(Tangjishan) 댐 붕괴 시 관측된 현장 자료를 이용하여 모형의 수행능력을 검정하였다. 모의 결과는 만족할만한 수준의 정확도를 가지는 것으로 나타났으며 결정계수는 0.974, NSC는 0.94, RMSE 는 610 m3/sec 정도로 나타났다. 이로 미루어보아 연구에서 구축된 댐 붕괴 모형은 실제 댐 붕괴 관측 자료를 현실적으로 잘재현해내는 것으로 확인되었으며, 댐 붕괴로 인한 홍수위험지도 구축 시 상류부 경계조건으로서 활용성이 높은 것으로 나타났다. In compiling flood hazard maps for the case of dam-failure, a scenario-based numerical modeling approach is commonly used, involving the modeling of important parameters that capture peak discharge, such as breach formation and progress. In this study, an earth-dam-break model is constructed assuming an identical mechanism and hydraulic process for all dam-break processes. A focus of the analysis is estimation of the hydrograph at the outlet as a function of time. The constructed hydrograph then serves as an upper boundary condition in running the flood routing model downstream, although flood routing is not considered here. Validation was performed using the record of the Tangjishan dam-break in China. The results were satisfactory, with a coefficient of determination of 0.974, Nash-Sutcliffe Coefficient of Efficiency (NSC) of 0.94, and Root Mean Square Error (RMSE) of 610 m3/sec. The proposed model will contribute to assessments of potential flood hazards caused by dam-break.

파이핑에 의한 댐붕괴 및 침수 현황 경주 산대저수지를 중심으로

이길하 ( Khil Ha Lee ),손명호 ( Myung Ho Son ),김성욱 ( Sung Wook Kim ),최은경 ( Eun Kyeung Choi ),김진만 ( Jin Man Kim ),조진우 ( Jin Woo Cho ) 대한지질공학회 2014 대한지질공학회 학술발표회논문집 Vol.2014 No.1