• Journal of Korean Society of Disaster and Security
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• v.15 no.2
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• pp.45-56
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• 2022

The countermeasure for the shortage of water during dry season and drought period has not been considered with return flowrate in detail. In this study, the outflow of STP was predicted through a data-based machine learning model, LSTM. As the first step, outflow, inflow, precipitation and water elevation were utilized as input data, and the distribution of variance was additionally considered to improve the accuracy of the prediction. When considering the variability of the outflow data, the residual between the observed value and the distribution was assumed to be in the form of a complex trigonometric function and presented in the form of the optimal distribution of the outflow along with the theoretical probability distribution. It was apparently found that the degree of error was reduced when compared to the case not considering where the variance distribution. Therefore, it is expected that the outflow prediction model constructed in this study can be used as basic data for establishing an efficient river management system as more accurate prediction is possible.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.65-65
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• 2023

최근 기후변화로 인해 홍수, 가뭄 등 수재해가 세계 곳곳에서 빈번하게 발생하고 있다. 이로 인해 정확한 강우-유출 해석의 중요도는 높아지고 있으며 강우-유출 해석에 따라 수자원 관리 및 계획수립의 정도가 달라질 수 있다. 본 연구 대상 지역인 메콩강 유역은 중국과 동남아시아 5개국(라오스, 태국, 미얀마, 베트남, 캄보디아)을 관통하는 국가공유하천으로 기초자료의 획득이 어렵고 국가별로 구축된 자료가 질적, 양적 품질이 상이하여 수문해석에서의 기초자료로 사용하기에 불확실성이 있다. 최근 기술의 발달로 글로벌 격자형 강수자료 획득이 용이함에 있어 미계측 대유역에서의 다양한 연구들이 수행되고 있지만, 지점강수자료와 시·공간적 오차로 인한 불확실성을 내포하고 있다. 이에 본 연구에서는 글로벌 격자형 강수자료의 적용성을 평가하기 위하여 지점 격자형 강수자료(APHRODITE)와 4개의 위성강수자료(CHIRPS, CMORPH, PERSIANN-CDR, TRMM)를 수집하고 합성곱 신경망 모형인 ConvAE 기법을 이용하여 위성강수자료의 시·공간 편의 보정을 수행하였다. 또한, 하천 수위에 대한 장기간 정보 수집이 가능한 메콩강 본류 4개 관측소(Luang Prabang, Pakse, Stung Treng, Kratie)를 선정하였으며 SWAT 모형을 이용하여 매개변수 보정(2004~2013)과 격자형 강수자료의 보정 전·후의 유출모의(2014~2015) 결과를 비교·분석하였다. 격자형 강우를 이용한 보정 및 유출 분석 결과 4개의 위성강수자료 모두 성능이 향상되었으며 그 중 보정된 TRMM이 가장 우수한 성능을 보여 해당 유역에서의 APHRODITE를 대체할 수 있다고 판단하였다. 따라서 본 연구에서 제시하는 ConvAE를 이용한 보정기법과 이를 이용한 강우-유출 해석은 향후 다양한 격자형 강수자료를 활용한 미계측 대유역에서의 수문해석에서 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.109-109
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• 2023

지구 온난화 등 기상이변으로 추정되는 단시간 동안 특정지역에 집중되는 국지성 집중호우가 빈번해지고 있으며, 내수침수가 홍수재해의 주된 원인이 되고 있다. 내수침수의 원인으로는 하수관로의 통수능력 부족(39%), 저지대 침수(37%), 내수배제불량(16%) 및 기타(8%)로 조사된 바 있으며, 이중 하수관로의 경우 용량 및 통수능 부족, 구배불량, 토사퇴적에 의한 배수 불량 등으로 이에 대처하기 위해서는 기초자료의 조사가 우선 되어야 한다. 하수관로의 문제로 인한 내수침수의 원인으로 첫째 하수관로 내·외부 불량으로 인한 통수능 저하로 측구 및 빗물받이에 토사 등 장애물, 관로내부 장애물, 관로내부 불량(뿌리침임, 영구장애물, 관붕괴, 관파손, 관변형, 내피생성, 토사퇴적 등)이 있으며, 두 번째로 하수관로 구배불량과 마지막으로 외수위(또는 해수위) 상승으로 인한 내수침수로 구분될 수 있다. 이러한 하수관로의 문제점은 많은 부분이 불탐지역으로 조사가 매우 어려워서 대안 없이 방치되는 실정이다. 금회 연구에서는 이러한 불탐지역의 조사를 위한 장비의 개발 및 정밀조사를 통해서 하수관로를 진단하고 내수침수 예방을 위한 대책을 찾고자 하였다. 특히, 계단부 관로조사용 내시경 VR장비, 준만관 조사용 부유식 VR장비, 가스 및 안전위험 지역 조사용 지하 드론 장비를 개발하여 시험검증을 하고자 하였다. 또한, 스마트 하수관로 체계에 빅데이터를 기반으로 한 하수관로 토탈 솔류션(nPASS) 시스템으로 내수침수대응 및 하수관로 유지관리를 위한 시스템의 필요성을 규명하고자 하였다. 하수관로의 선진화를 통한 내수침수예방의 시작은 불탐지역 하수관로 조사를 통한 정확한 원인 파악이며, 조사 및 축적되는 빅데이타를 기반으로 하수관로 토탈 유지관리 시스템의 구축을 제안하고자 하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.96-96
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• 2023

지구온난화는 집중호우 및 태풍의 빈도와 규모를 증가시키는 원인이 되었으며, 전 세계적으로 홍수로 인한 피해가 발생하고 있다. 한국에서는 2020년 홍수로 인하여 1조 이상의 피해가 발생하였으며, 2021년에는 호우로 인한 피해가 60%이상을 차지하였다. 과거에는 구조적인 대책을 수립하기 위하여 경제성 높은 치수사업을 결정하는 연구들이 수행되었다. 하지만 치수 사업은 지구온난화를 가속시키게 되며 그로 인해 집중호우의 빈도와 규모가 증가하는 악순환이 발생하게 된다. 따라서 최근에는 비구조적 대책인 홍수 예경보를 수행하여 홍수에 대응하고자 홍수 예경보 지점을 확대하고 있다. 홍수 예경보는 강우-유출 모형을 이용하여 유출량을 산정하고, 일정 수위를 초과하면 홍수 경보가 발령된다. 하지만 강우-유출 모형의 경우 많은 매개변수 값을 요구하며, 강우 사상에 따라 다른 매개변수를 산정하는데 많은 시간을 필요로 한다. 따라서 특정 강우 사상에 따라 매개변수 값을 고정하여 유출량을 산정하고 있으나, 이는 실제 유출량과 예측 유출량과의 오차가 발생할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 강우-유출 모형의 오차를 AI로 예측하여 유출량을 보정하는 연구를 수행하고자 하였다. 강우-유출 모형에서는 유출량을 산정하고 그에 따른 오차를 생성하게 된다. 그리고 산정된 오차들을 이용하여 오차를 예측할 수 있는 AI 모형을 개발하게 된다. 최종적으로 강우-유출 모형의 유출량과 AI 모형의 오차가 결합되어 보정된 유출량을 산정하게 된다. 강우-유출 모형과 AI 모형이 결합된 Hybrid model은 기존의 단일로 사용했을 때의 발생할 수 있는 강우-유출 모형의 문제를 개선할 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.461-461
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• 2023

하구담수호는 하구에 방조제를 축조하여 인공적으로 조성된 저수지로 배수갑문을 통해 적정수위를 유지하고 담수된 물은 농업용수, 공업 및 생활용수로 활용되고 있다. 최근 담수호 수질을 살펴보면 호소수 수질환경기준 IV등급을 상회하여 농업용수로 부적합한 것으로 나타났다. 하구담수호 수질은 간척농지와 담수호 유역내 농경지, 축사 등에서 배출되는 영양염류, 유사 등에 의해 오염되며, 이들은 경지의 경사, 토양, 강우 특성 등과 같이 다양한 인자들에 의하여 영향을 받는다. 도시화와 기후변화 등으로 인해 변화하는 환경에서 지속가능한 수자원 관리를 위해 하구담수호 물환경의 변화를 분석할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 간월호 유역을 대상으로 유역-호소 연계 모형을 이용하여 미래 기상, 토지이용, 용수수요량 등의 변화에 따른 담수호 물환경을 분석하였다. SSP(Shared Socioeconomic Pathways) 기후변화 시나리오를 활용하여 미래 기상을 적용하였으며 Markov Chain기법 및 FLUS (Future Land-Use Simulation model)모형을 통해 미래 토지이용을 구축하였다. 미래 환경 변화를 적용하여 HSPF-EFDC-WASP 모형을 구동하여 담수호의 수문, 수질 분석을 수행하였다. 이 연구의 결과는 미래의 환경 변화에 대응하기 위해 하구담수호를 관리하기 위한 효과적인 전략을 개발하는 데 활용될 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.491-491
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• 2021

댐·보 운영은 과거부터 많은 양의 데이터를 근간으로 분석 및 의사결정을 진행하였으나, 자연 현상의 복잡성 및 다양한 영향 관계로 인해 기술개발은 답보 상태에 머물러 있다. 또한 댐·보 운영의 기술개발은 개별적인 일부 요소기술에 국한되어 있는 실정으로 댐·보 운영의 전체 의사결정체계에 대한 미래의 방향성에 대한 전략이 부재한 상황이다. 이에 기후변화, 물관리일원화, 환경대응용수의 활용, 복합적 제약사항 도출 등 최적 댐·보 운영을 위한 의사결정지원 고도화에 대한 사회적 니즈가 증가를 반영하고, 기존의 재래적 의사결정지원 시스템 및 홍수분석기술에서 탈피하여 AI, Big Data 등 혁신 기술적용 및 최신기술 트렌드를 반영한 미래 물관리 로드맵의 제시가 필요한 상황이다. 본 연구의 목적은 홍수기 댐운영을 위해 기존 반복 분석하는 일련의 절차 자동화와 운영자의 경험에 따라 달라지는 운영방법의 일반화를 위한 AI의 도입에 있다. 기존 홍수분석체계를 살펴보면 저수지 홍수분석, 저수지 수위계산, 방류량 결정, 분석결과와 제약사항의 비교 같은 일련의 절차에 대해서 합리적인 결과가 도출될 때까지 반복 분석을 수행하여야 한다. 분석모형간 연계와 재래적 방법의 자동화를 도입하면 홍수분석에 소요되는 시간을 줄일 수 있어, 사전에 대비할 수 있는 시간을 추가적으로 확보할 수 있게 된다. 또한 홍수기 댐운영 방법이 운영자의 경험에 의존하다 보니 운영자마다 다른 운영방법을 도출하게 되는데, 과거사례의 최적 운영방안을 학습시킨 AI를 도입하게 되면 일관성있는 최적 댐운영이 가능할 것으로 판단된다. 이에 본 연구에서는 홍수분석 절차의 자동화, DB 및 통계모형 구축, 분석결과 및 제약사항의 직관적인 표출화, AI 도입을 통한 운영방안의 일반화 등 기존 재래기술의 개선을 통해 최적 댐운영 의사결정지원시스템의 고도화를 추진하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.352-352
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• 2021

가뭄은 강수량의 부족으로 인한 기상학적 가뭄과 지표수 및 지하수의 부족으로 인한 수문학적 가뭄, 토양의 건조 상태로 인한 농업적 가뭄, 용수 및 전력공급의 제한으로 인한 사회·경제적 가뭄으로 분류될 수 있으며, 일반적으로는 어느 지역의 인간생활 및 사회 경제 활동이나 동식물 생육에 피해를 가져올 정도로 강수량 부족이 장기화되는 비정상적인 현상으로 정의할 수 있다. 메가가뭄의 선제적인 대비를 위한 메가가뭄의 사전감지를 위해 본 연구에서는 매년 가뭄 발생 및 확산 여부 판단을 통해 메가가뭄 예방/대비 목적의 년 단위 가뭄 전주기 분석을 위한 메가가뭄상태 판단 절차 방법론을 제시하였다. 메가가뭄 상태 판단 절차 방법론은 메가가뭄 확산 유무에 따라 6단계의 절차로 진행된다. 1단계로 전년도의 가뭄상태(Carry over의 유무)와 가뭄피해 실적자료(통합가뭄위험도 활용 )를 분석하여 확산여부를 판단하며, 2단계로 당해연도에 가뭄이 발생할 것인지를 장기예보와 더불어 MODIS 위성자료를 이용한 평년대비 토양건조상태로 감지한다. 3단계로 1개월 및 10일 예보자료를 이용해 기상학적 가뭄의 발생 여부를 가뭄지수로 판단하고, 4단계로 기상학적 가뭄 하에서 농업 및 수문학적 가뭄의 진행여부를 저수율, 지하수위, 현장대응 정보의 신속한 수집을 통해 확산여부를 판단한다. 5단계는 가뭄 관련 인터넷 뉴스데이터기반의 농작물 피해, 식수제한, 녹조발생 등의 피해상황을 통해 가뭄 피해발생지역을 도출하여 확산여부를 판단하며, 6단계는 기상, 농업, 수문, 사회 경제적 가뭄을 평가함과 더불어 다음년도 가뭄확산에 대비하는 순으로 메가가뭄 상태 판단 절차 방법론이 진행된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.129-129
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• 2020

전국적으로 약 18,000여개가 축조되어 있는 농업용 저수지는 국내농업용수 사용량 중 약 60%를 공급하는 핵심 농업기반시설로서 홍수기에 풍부한 수량을 저류한 후 관개기 혹은 갈수기에 주로 논벼 재배지역에 용수를 공급한다. 최근에는 가뭄에 의한 피해 심각성이 증가함에 따라 농업용 수확보대책 수립, 저수지 준설, 관정개발, 양수저류 등의 다양한 대응 방안을 마련하여 농업가뭄 극복을 위해 노력하고 있으나, 농업용수공급은 현장 물관리자의 경험을 토대로 공급되고 있어 공급량 관리가 정성적이고 제한적인 한계가 발생한다. 따라서, 농업용수의 효율적인 물 관리, 수원공으로부터 물공급의 합리적인 분배, 말단 수로 및 포장까지 안정적인 용수공급을 위한 물공급 및 분배 효율 분석이 필요하다. 본 연구에서는 서산지역의 신송저수지를 대상으로 2019년 5월부터 8월까지 통수일지 자료를 활용하여 농업용수 물공급 및 분배 모의, 관개효율을 분석하였다. 이를 위하여 부정류해석이 가능한 SWMM (Storm Water Management Model) 모형을 기반으로관개지구 용수공급 체계 네트워크와 들녘별로 용수공급이 가능하도록 구축하였고, 해당 지구의 실제 통수 시 수위 유량 계측을 통해 모델의 필수 변수 입력자료를 구축하였다. 전체면적 대비 수혜면적 비율과 전체 관개량 대비 해당 간선의 관개량 비율의 비교를 통해 수혜면적에 따른 관개효율을 분석하였으며, 각 수로별 공급량 대비 관개량 비율을 산정하여 수로별 관개효율을 분석하였다. 농업용수공급 효율 평가 결과는 수혜면적의 용수부족지역 파악, 시기별 용수배분의 공간적인 분포 모니터링 등 농업용수 이수대책에 활용하여 농업가뭄 상황 시 효율적인 물 배분 및 관리에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.15-15
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• 2021

최근 기후변화에 따른 서울의 강수 특성이 변화하고 있으며, 장마철 국지성 집중호우에 의한 하천 내 고립사고 발생 등 그 피해가 가속화될 전망이다. 하천의 안전사고 예방을 위해서는 상류에서 빠르게 유입되는 유량의 계측을 통한 홍수 예·경보가 무엇보다 중요하며, 실시간 계측된 유속과 유량 정보는 하류 지역의 홍수 도달시간 확보로 한 발 빠른 대응을 가능하게 한다. 본 연구에서는 우이천 시범유역을 대상으로 총 6개 지점에 대하여 CCTV기반 자동유량계측 기술을 시범적용하였으며, 사용된 자동유량계측 지점은 기존 환경부의 월계2교, 중랑교 지점과 더불어 추가로 중랑천 월계1교지점, 우이천 본류(창번2교)와 소하천구간(인수천: 지성교, 백운천: 청담교) 지점이다. 우이천과 중랑천 합류 후에는 하도구간에 대하여 중랑교 지점에 설치된 환경부의 계측 정보를 활용하여 홍수파의 도달시간을 검증하였다. 분석결과, 유량계측 오차는 0.9~8.9%로 분석되었으며, 유속계측 오차 또한 현장 계측 결과와 10%이내의 오차범위를 보임으로서 안정된 수리량 계측이 가능함을 검증하였다. 또한, SWMM 모델링 결과와 결합하여 Flow Nomograpgh 작성을 실시하였으며, 상하류 연계 홍수 예·경보 가능성을 진단하였다. 이는 실시간 계측된 자료와 모형을 통한 시뮬레이션 정보를 활용한 유역 단위의 신뢰성 있는 유출응답(강우-유량-수위 관계) 규명을 가능하게 하였다. 향후 지방하천과 소하천의 경우, 국가하천 수준에 부합하는 표준화된 수리량 계측 체계를 마련할 필요성이 있으며, 소유역 규모의 수량-수질 수자원 기초조사자료 생산은 지방하천설계 및 관련 이·치수계획 수립에도 도움이 될 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.269-269
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• 2021

최근 기후변화로 인하여 과거 대비 강수패턴의 변화로 연중 총 강수량은 증가하였으나, 강우일수의 감소, 강우강도의 증가, 연속 무강우일수의 증가 등(기상청, 2018) 유역 내 수문환경 변동이 나타났고, 이로 인한 유역 내 연중 일정한 수자원 확보 및 안정적인 관리 측면에서 문제점들이 발생하고 있다. 2012~2017년 동안은 강수량 감소로 인한 전국적인 가뭄이 기록되었고, 최근 2020년에는 우리나라 뿐만 아니라 일본, 중국 등을 포함한 동아시아 지역에는 장기간의 폭우 발생으로 인한 기록적인 홍수 피해가 발생하였다. 기후변화를 피할 수 없는 현 상황에서(IPCC, 2013) 장래에 홍수·가뭄과 같은 수재해의 빈도가 증가하고, 강도가 심화될 것으로 예측되는 가운데 수재해에 대응·대비가 가능하고, 지속적이고 안정적인 수자원 확보가 가능할 수 있도록 수량과 수질을 모두 고려한 유역 단위의 수자원 관리 방안 마련에 대한 사회적 요구가 높아지고 있다. 이에 본 연구에서는 인구가 밀집되어 있는 수도권의 하천 유역 중 산지, 농지, 도농복합지 등 다양한 유역의 공간적인 특성이 혼합된 경안천 중유역을 대상으로 소유역 별 지하수자원 관리 취약성 평가 연구를 수행하였다. 기존의 연구에서는 지하수자원 관리 취약성 평가 시 강수에 따른 지하수위의 증감 여부, 사회적 인자로 인구, 수자원 이용량 중 지하수 이용량 등의 인자를 선정하여 지하수자원 관리의 취약성을 평가하였다. 최근 삶의 질 향상에 따라 안정적인 수량 확보와 유역 생태 보전을 위한 수질 안정성을 함께 확보 할 수 있는 다양한 연구들이 진행되고 있다. 기존 연구의 발전 및 기존 연구와의 차별성을 위하여 본 연구는 강수-하천수-지하수와 같은 수문순환 요소와 하천 수질 관측 요소 간의 상관관계 규명을 통한 유역 내 수문-수질 요소 간 상호영향을 고려하고, 안정적이고 지속가능한 수자원 관리를 위하여 지하수자원 관리 취약성 평가를 수행함으로써 수문순환과 수질을 모두 고려한 새로운 방법의 지하수자원 관리 취약성 평가 연구를 수행하였다. 본 연구의 결과는 유역 내 수문순환 요소와 함께 유역 내 수질관측 인자 간의 상호영향을 고려한 차세대 수자원 관리 방안 마련의 과학적·정책적 근거가 될 것으로 기대하고 있으며, 이를 통한 대국민 물 복지 실현에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.