• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2023.05a
• /
• pp.230-230
• /
• 2023

딥러닝 알고리즘 중 과거의 정보를 저장하는 문제(장기종속성 문제)가 있는 단순 RNN(Simple Recurrent Neural Network)의 단점을 해결한 LSTM(Long short-term memory)이 등장하면서 특정한 유역의 강우-유출 모형을 구축하는 연구가 증가하고 있다. 그러나 하나의 모형으로 모든 유역에 대한 유출을 예측하는 지역화 강우-유출 모형은 서로 다른 유역의 식생, 지형 등의 차이에서 발생하는 수문학적 행동의 차이를 학습해야 하므로 모형 구축에 어려움이 있다. 따라서, 본 연구에서는 국내 12개의 유역에 대하여 LSTM 기반 분포형 지역화 강우-유출 모형을 구축한 이후 강우 이외의 보조 자료에 따른 정확도를 살펴보았다. 국내 12개 유역의 7년 (2012.01.01-2018.12.31) 동안의 49개 격자(4km²)에 대한 10분 간격 레이더 강우, MODIS 위성 이미지 영상을 활용한 식생지수 (Normalized Difference Vegetation Index), 10분 간격 기온, 유역 평균 경사, 단순 하천 경사를 입력자료로 활용하였으며 10분 간격 유량 자료를 출력 자료로 사용하여 LSTM 기반 분포형 지역화 강우-유출 모형을 구축하였다. 이후 구축된 모형의 성능을 검증하기 위해 학습에 사용되지 않은 3개의 유역에 대한 자료를 활용하여 Nash-Sutcliffe Model Efficiency Coefficient (NSE)를 확인하였다. 식생지수를 보조 자료를 활용하였을 경우 제안한 모형은 3개의 검증 유역에 대하여 하천 흐름을 높은 정확도로 예측하였으며 딥러닝 모형이 위성 자료를 통하여 식생에 의한 차단 및 토양 침투와 같은 동적 요소의 학습이 가능함을 나타낸다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2020.06a
• /
• pp.321-321
• /
• 2020

도시화로 인해 유역의 불투수면적이 증가함에 따라 수문학적 요소와 수질에 큰 변화를 가져왔다. 불투수면적의 증가는 강우시 지표유출의 증가, 토양층 침투 차단으로 인한 지하수 재충전 감소 및 지하수위 감소를 초래하여 결과적으로 기저유출을 감소시킨다. 이러한 증가된 불투수면적이 강우유출수의 수문 및 수질에 미치는 영향을 완화하기 위해 최근 저영향개발 (Low Impact Development; LID) 기법이 개발되어 적용되고 있다. LID 기법은 개발 이전의 수문순환 상태에 최대한 근사하도록 개발하는 기법으로 우수 유출 속도 감소, 유역에서의 저류, 침투 및 증발산 과정 촉진, 하류로의 오염물질을 저감시킨다. 효과적인 저영향개발 기법 적용을 위해서는 시설 설치 전 모형을 이용한 저영향개발 기법의 적용 효과를 파악해야 한다. 이에 따라 많은 저영향개발 기법 모형들이 개발되었으며, 그 중 SWMM (Storm Water Management Model) 모형이 LID 효과분석을 위해 많이 이용되고 있다. 그러나 SWMM 모형의 경우, 저영향개발 기법으로 모의되는 침투 후 토양 물 흐름이 토양의 수분 조건을 고려하지 않고 모의가 되고 있다. 본 연구에서는 HSPF(Hydrological Simulation Program: FORTRAN) 모형을 이용하여 LID 시설 내에서의 저류현상을 구현하고 수문요소에 대한 영향을 분석하고자 한다. HSPF 모형의 입력자료를 구축하여 모형을 구축하고 LID 모형 적용 전에 모형의 보정 및 검정을 수행하였으며, LID 시설을 적용하여 유역내 수문요소들의 변화를 분석하였다. 본 연구의 결과는 향후 LID 효과 분석을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2011.05a
• /
• pp.267-272
• /
• 2011

수문학적인 물의 순환은 여러 기상인자들과 영향을 주고 받으며 복합적으로 발생하는 자연현상이다. 바로 이 물의 순환과정을 통해 물의 이동은 시간 및 공간적인 변동성을 가진다. 강수량이 많을 때는 하천의 통수능력을 초과함으로써 홍수를 발생시키기도 하며, 반대로 장기간에 강수가 전혀 없어 하천유출이 중단되어 가뭄을 발생시키기도 한다. 이에 따라 본 연구에서는 강우 자료의 확보가 용이하고, 과거로부터의 관측자료의 신뢰성이 높은 기상청 자료와 2007년부터 2010년 동안의 낙동강 본류와 주요지점을 대상으로 강우특성 및 강우량에 의한 첨두홍수량 비교분석, 지점별 강우에 따른 유출률변화 특성을 비교분석을 실시하였다. 대상지점의 자료는 유량조사사업단 실시한 낙동강유역의 실측된 유량자료를 이용하였다. 강우특성에 의한 낙동강 본류 주요지점을 선정하여 첨두홍수량을 비교 하였으며 유출률 비교를 위해 선정된 지점은 연속적인 수위-유량관계곡선식이 개발되어 안정적인 시계열자료를 산출할 수 있는 지점으로 낙동강권역의 유역특성을 대표할 수 있는 낙동강하류에 위치한 진동 지점과 도시하천의 특성을 나타내는 금호강유역에 위치한 동촌 지점 및 남강댐 하류에 위치하여 댐방류량에 의한 하천유지유량이 발생하는 정암 지점을 선정하여 유출률분석을 실시하였다. 세 지점의 유출률은 해당연도의 강우량에 따라 변화 되는 양상을 보였다. 이는 저 평수기 토양 침투 및 증발에 의한 자연적인 손실과 가용하천유량이 적어짐에 따른 취수량의 유출량에 대한 양적 비율의 증가가 원인으로 예상된다.

• Journal of Wetlands Research
• /
• v.15 no.4
• /
• pp.535-541
• /
• 2013

The urbanization affects significantly on a natural water circulation system by increasing the imperviousness rate. It is also negatively affecting on urban temperature, environmental pollution, water quality, and aqua-ecosystems. The Korea MOE (Ministry of Environment) adapted a new environmental policy in order to reduce the impact of urbanization, which is the Green Stormwater Infrastructure (GSI) program. The GSI can be achieved by protecting conservable green spaces, enlarging more green spaces, and constructing more permeable pavements. The GSI is including many different techniques such as bioretention, rain garden, infiltration trench and so on. Also It is the infrastructures using natural mechanisms of soils, microorganisms, plants and animals on a water circulation system and pollutant reduction. In this research, a multi functional GSI technology with infiltration-filtration mechanisms has been developed and performed lab-scale tests to evaluate the performances about infiltration rate restoration and pollutant reduction. The most of pollutants including metals, organics and particulates were reduced about 50~90% due to water infiltration and storage functions. The clogging was found when the TSS loading rate was reached on $8.3{\sim}9.0kg/m^2$, which value is higher than the values in literatures. It means the new technology can show high performances with low maintenances.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2015.05a
• /
• pp.402-402
• /
• 2015

본 연구에서는 사과재배지에서 발생하는 비점오염물질 유출 및 수질특성을 살펴보고자 2014년 5월부터 9월까지의 총 15회의 강우사상에 대해 유출특성을 분석하고 오염물질별 유량가중평균농도(Event Mean Concentration, EMC) 및 오염부하를 산정하였다. 모니터링 기간동안 3.2~80.3 mm의 강우가 발생하였으며, 조사된 총 15회의 event 중 3회 유출이 발생하였다. 강우강도는 0.39~4.46 mm/hr의 범위로 나타났으며, 선행무강우일수는 0.3~20.1일, 총 유출량은 $2.7{\sim}100.8m^3$, 유출율은 0.02~0.3의 범위로 나타났다. 강우모니터링 결과, EMC는 TOC 7.1~18.7 mg/L(평균 12.0 mg/L), BOD 4.3~7.8 mg/L(평균 5.9 mg/L), COD 16.9~30.2 mg/L(평균 22.3 mg/L), SS 35.6~738.1 mg/L(평균 293.1 mg/L), T-N 2.342~11.043 mg/L(평균 6.563 mg/L) 그리고 T-P 1.563~2.563 mg/L(평균 1.961 mg/L)의 범위로 나타났으며, 각 강우사상에 대한 단위면적당 오염부하는 TOC 0.12~2.4 kg/ha, $BOD_5$ 0.03~1.0kg/ha, $COD_{Mn}$ 0.12~7.1 kg/ha, SS 0.34~173 kg/ha, T-N 0.068~1.478 kg/ha, T-P 0.011~0.601 kg/ha의 범위로 산정되었다. 사과재배지의 경우 대부분 투수지역으로 강우 초기에 지하로 침투하는 양이 많기 때문에 초기세척효과는 크게 발생하지 않는 것으로 나타났으며, 대체적으로 30 mm 이하의 강우에서는 유출이 발생하지 않는 것으로 분석되었다. 하지만, 사과재배지에서 발생하는 비점오염물질의 유출특성은 기상조건 및 영농활동 조건등에 따라 상이하게 나타나기 때문에 강우시 비점오염원 유출특성을 보다 정량적으로 파악하기 위해서는 체계적이고 지속적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2017.05a
• /
• pp.137-137
• /
• 2017

우리나라는 산지가 64%를 차지하고 있기 때문에 토양침식 위험성이 큰 급경사지가 많다. 산지사면 토양은 대부분 사질토와 사양토로 이루어졌다. 급경사면에서의 토양침식이 많이 발생함에도 이에 대한 연구결과는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 사양토로 구성된 나지사면에 대한 토양침식 특성을 파악하고자 강우모의 실험을 수행하였다. 강우모의 실험의 강우강도는 전국의 확률강우분포 3~200년 빈도의 30분 강우강도인 60mm/hr~130mm/hr의 범위였다. 사면경사는 급경사지 범위을 대표하는 $24^{\circ}$와 $28^{\circ}$에서 실험을 하였다. 실험은 발생하는 지표유출과 지표하유출를 수집하여 측정하였으며, 지표표면에 잉크를 뿌린 다음 실험을 동영상 촬영하여 속도를 측정하였다. 지표유출량을 건조로에 넣고 건조시켜 토양침식량을 측정하였다. 그리고 강우운동에너지는 광학디스트로메터(Pasivel)을 이용하여 측정하였다. 강우운동에너지를 측정한 결과 $800J/m^2{\sim}1700J/m^2$ 범위였다. 강우강도가 클수록 지표유출량과 토사유출량은 증가하였다. 경사가 증가함에 따라 지표유출량은 큰 변화가 없으나, 토양침식량은 크게 증가하였다. 지표하유출량은 강우강도와 경사가 증가하여도 큰 변화가 없었으며, 강우 발생이 멈추면 즉시 감소하였다. 사양토의 점토성분이 강우의 침투를 저해하고, 모래보다 많은 양의 물을 함유하는 있는 것으로 파악 되었다. 그러나 사질토보다 토양입자가 작은 사양토에서 상대적으로 많은 토양침식이 발생하였다. 강우에너지가 증가하면 유사농도는 감소하는 경향을 보였다. 이는 강우에너지가 증가함에 따라 지표유출량의 증가율에 비해 토양침식량의 증가율이 작기 때문인 것으로 판단된다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
• /
• v.42 no.3
• /
• pp.333-342
• /
• 2022

Due to climate change, increased heavy rainfalls result in flood damage every year. To investigate the storm-runoff reduction effects of Low Impact Development (LID), this study performed runoff analyses using the U.S. Environmental Protection Agency (EPA) Storm Water Management Model (SWMM) for past and future representative storm events of the Yongdu Rainwater Pumping Station basin. As a result, the infiltration loss for representative future rainfalls increased by 3.17 %, and the surface runoff and peak runoff rate increased significantly by 32.50 %, and 128.77 %, respectively. To reduce the increased surface runoff and peak runoff rates, this study investigated the applicability of LID approaches, including a permeable pavement, green roof, and rain garden, by adjusting the LID parameters and the ratio of installation area. We identified the ranges of LID parameters that decreased peak runoff rate and surface runoff, and increased infiltration. In addition, when the application ratio of permeable pavement, green roof, and rain garden was 2:1:3, best performance was attained, leading to a reduction of peak runoff of 26.85 %, infiltration loss 12.01 %, surface runoff 15.11 %, and storage 509.47 %. Based on analyzing the effect of storm runoff reductions for various return periods, it was found that as the return period increased, the proportion of peak runoff and surface runoff increased and the proportion of infiltration loss and storage decreased.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
• /
• v.31 no.2B
• /
• pp.99-108
• /
• 2011

In this study a hybrid design scheme for the purpose of designing infiltration-based retentions and a detention is applied to reproduce urban hydrologic regime to natural hydrologic regime. The proposed method is based on the NRCS-CN stormwater estimation technique, and applied to determine the size for stormwater control facilities on the Oncheon stream as an example. Urban area, corresponding to less than 70 m height of the Oncheon stream basin area is targeted. The results indicate that the proposed scheme is very useful to reproduce its undeveloped flow-duration curve.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2022.05a
• /
• pp.37-37
• /
• 2022

유효우량 산정을 위하여 국내에서 주로 사용되는 모형은 NRCS-CN(Natural Resources Conservation Service - curve number) 모형으로, 유역의 유출 능력을 나타내는 유출곡선지수(runoff curve number, CN)와 같은 NRCS-CN 모형의 매개변수들은 관측 강우-유출자료 또는 토양도, 토지피복지도 등을 이용하여 유역마다 결정된 값이 사용되고 있다. 그러나 유역의 CN값은 유역의 토양 상태와 같은 환경적 조건에 따라 달라질 수 있으며, 이를 반영하기 위하여 선행토양함수조건(antecedent moisture condition, AMC)을 이용하여 CN값을 조정하는 방법이 사용되고 있으나, AMC 조건에 따른 CN 값의 갑작스런 변화는 유출량의 극단적인 변화를 가져올 수 있다. NRCS-CN 모형과 더불어 강우 손실량 산정에 많이 사용되는 모형으로 Green-Ampt 모형이 있다. Green-Ampt 모형은 유역에서 발생하는 침투현상의 물리적 과정을 고려하는 모형이라는 장점이 있으나, 모형에 활용되는 다양한 물리적인 매개변수들을 산정하기 위해서는 유역에 대한 많은 조사가 선행되어야 한다. 또한 이렇게 산정된 매개변수들은 유역 내 토양이나 식생 조건 등에 따른 여러 불확실성을 내포하고 있어 실무적용에 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는, 현재 사용되고 있는 강우손실 모형들의 매개변수를 추정하기 위한 방법을 제시하고자 하였다. 본 연구에서 제시하는 방법은 인공지능(AI) 기술 중 하나인 딥러닝(deep-learning) 기법을 기반으로 하고 있으며, 딥러닝 모형으로는 장단기 메모리(Long Short-Term Memory, LSTM) 모형이 활용되었다. 딥러닝 모형의 입력 데이터는 유역에서의 강우특성이나 토양수분, 증발산, 식생 특성들을 나타내는 인자이며, 모의 결과는 유역에서 발생한 총 유출량으로 강우손실 모형들의 매개변수 값들은 이들을 활용하여 도출될 수 있다. 산정된 매개변수 값들을 강우손실 모형에 적용하여 실제 유역들에서의 유효우량 산정에 활용해보았으며, 동역학파 기반의 강우-유출 모형을 사용하여 유출을 예측해보았다. 예측된 유출수문곡선을 관측 자료와 비교 시 NSE=0.5 이상으로 산정되어 유출이 적절히 예측되었음을 확인했다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2012.05a
• /
• pp.879-879
• /
• 2012

강우현상의 공간적 변동성에 대한 해석은 수자원 계획 및 관리를 위해 중요한 관심사가 되고 있다. 일반적으로 우리가 얻을 수 있는 강우자료는 한 지점에 설치되어 있는 우량계에 의한 관측된 지점강우량자료이다. 기존의 집중형 수문모형이 유출과정의 공간적인 분포 및 변화를 유역단위로 평균화해서 취급하는 개념기반의 모형임에 반해서 분포형 수문모형은 유역을 수문학적으로 균일한 매개변수를 갖는 소유역 또는 격자망으로 구분하여 적용하는 것으로, 도시화 등 토지이용의 변화나 기타 유역내의 물리적인 특성의 변화가 수문과정에 미치는 영향을 잘 모의할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 Vflo$^{TM}$ 분포형 강우-유출 모형과 IDW, Ordinary Kriging, Thiessen 등의 강우 분포 기법을 이용하여 낙동강 제 1지류인 금호강의 동촌 수위관측소 유역($1,544km^2$)을 출구로 하여 강우-유출모의를 하였다. 이를 위하여 강우-유출에 영향을 주는 매개변수를 선정하고 동촌 수위관측소의 실측 유량자료를 바탕으로 하여 IDW, Kriging, Thiessen 등의 면적강우량 산정방법별로 모형의 보정(2007, 2009) 및 검증(2010)을 실시하였다. 모의 된 유출량과 실측유량의 상관성은 결정계수 $R^2$에서 IDW 과 Kriging의 경우 0.95 ~ 0.99의 상관성을 나타냈으며 Thiessen 의 경우 0.94 ~ 0.99의 값을 나타냈다. Nash-Sutcliffe 모형효율은 IDW의 경우 0.95 ~ 0.98, Kriging의 경우 0.94 ~ 0.99를 나타냈으며 Thiessen의 경우는 0.90 ~ 0.98의 모형효율을 나타내었다. 이때 포화투수계수와 조도계수가 전체 유량과 첨두시간에 영향을 주었다. 호우사상을 선정하여 검보정을 실시 한 결과, 유역의 유출 모의를 수행하였을 때 선행강우량에 따라서 토양의 침투능에 영향을 많이 주고 있기 때문에, 선행 토양함수조건(Antecedent Moisture Condition: AMC)으로 분류한 뒤에 AMC 조건에 따라서 유출-모의를 수행하는 것이 타당하다고 판단된다.