• 한국수자원학회논문집
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• 제54권12호
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• pp.1243-1254
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• 2021

수자원 운영이나 농업용수 관리 등을 위해서는 계절 또는 월 단위 이상의 장기간의 미래에 대한 증발산량의 정확한 예측이 중요하다. 본 연구에서는 한강권역을 대상으로 통계적으로 예측된 월 기온자료와, 기온자료를 기반으로 한 Hamon 증발산량 추정식을 활용하여 기준증발산량에 대한 장기전망(최대 12개월까지)을 수행하였다. 먼저 한강권역의 월 단위 기온예측정보를 시공간적으로 상세화하여 한강권역 내 15개 지점에 대한 일 단위 기온자료를 도출하였다. 지점별 상세화된 기온자료의 적합도를 분석한 결과, 월평균 최고기온에 대해서는 PBIAS는 1.3~6.9%, RSR은 0.22~0.27, NSE는 0.93~0.95, r은 0.97~0.98이었으며, 월평균 최저기온에 대해서는 PBIAS는 7.8~44.7%, RSR은 0.21~0.25, NSE는 0.94~0.96, r은 0.98~0.99로 대체로 관측값과 유사하게 상세화가 수행되었다. 상세화된 기온자료를 이용하여 Hamon 방법에 의한 기준증발산량을 산정하고 한강권역 전체에 대해 면적평균하여 관측값과 비교한 결과, PBIAS는 2.2~5.4%, RSR은 0.21~0.28, NSE는 0.92~0.96, r은 0.96~0.98로 매우 높은 적합도를 나타내었다. 통계적 모형의 특성상 과거와 전혀 다른 기온이 관측되는 경우의 예측성 저하, 시공간적 상세화 과정에서의 불확실성 등으로 인해 일부 기간에 대해서는 예측된 기준증발산량이 관측치와 다소 편차를 나타내기도 하지만 미래기간에 대한 예측결과라는 점을 고려할 때, 미래의 가용수자원에 대한 평가 및 수자원 관리를 위한 정보로 충분히 활용성이 있을 것이다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제54권10호
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• pp.835-848
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• 2021

제주도는 지질 및 수문계의 특이성으로 인해 수문기상인자 분석을 통한 수문 분석 및 효율적인 물관리가 필수적이다. 하지만 수문기상인자의 지상관측자료는 주변 환경에 의한 영향이 크게 작용하여 공간적인 대표성을 띄기 힘들며, 이를 극복하기 위해 원격탐사 방법이 사용된다. 본 연구에서는 제주도에서 기존에 다른 지역들에서 적용성이 검증된 바 있는 MOD16 증발산량, Global Land Data Assimilation System (GLDAS) 증발산량, GLDAS 토양수분, Advanced SCATerometer(ASCAT) 토양수분 산출물들의 적용성을 평가하였다. 증발산의 경우 강수량과의 총량 비교 및 플럭스타워 증발산량 관측자료와의 비교를 시행하였고, 토양수분의 경우 6개 토양수분 관측소의 관측자료와 비교하였다. 그 결과 증발산량의 경우 연 강수량의 57%가 증발산량으로 산출되었고, MOD16 증발산량과 GLDAS 증발산량의 상관계수는 0.759로 양호한 값이 산출되었으나, 플럭스타워 증발산량 데이터와 MOD16 증발산량의 상관계수는 0.289, GLDAS 증발산량과의 상관계수는 0.434로 상대적으로 적합성이 낮게 나타났다. 토양수분의 경우 GLDAS 자료의 경우 모든 지점에서 지점자료와 비교하였을 때 RMSE 값은 0.05 미만의 값을 나타냈고, 상관계수의 유의성 검정 결과 통계적으로 유의미한 결과를 얻었다. 하지만 위성자료의 경우 월각지점에서 0.05 이상의 RMSE 값이 나타났고, 세화, 한동 지점에서 상관성이 없다는 상관계수의 유의성 검정 결과를 확인하였다. 이는 제주도에 설치된 증발산량 및 토양수분 센서의 품질관리 및 공간대표성을 띄는 면단위 센서가 충분히 제공되지 않아 위와 같은 결과가 나타나는 것으로 판단된며 더불어 지점 자료의 관리 및 위성, 재분석 자료의 경우 관측 픽셀이 해안과 인접할 시 나타나는 오차로 추정된다. 본 연구를 통해 기존 수문기상인자 지상관측 자료의 개선 필요성을 역셜하고, 이를 통해 제주도에서의 효율적인 물관리 를 위한 기반을 구축하고자 한다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제54권10호
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• pp.819-833
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• 2021

본 연구는 안동댐 하류(4,565.7 km²)를 대상으로 준분포형 수문모델인 SWAT과 서식처모델인 PHABSIM을 연계하여 적용성을 평가하고, 대상어종에 대해 환경생태유량을 산정하였다. 대상유역 내 다목적 댐 2개(안동댐: ADD, 임하댐: IHD)의 실제운영자료를 구축하여 SWAT에 적용하였으며 추가로 1개의 수위관측소(구담: GD)을 선정하여 ADD, IHD, GD에 대해 유입·유출량 검보정을 수행하였다. 검보정 결과 R²는 0.52 ~ 0.74, NSE는 0.48 ~ 0.71, RMSE는 0.92 ~ 2.51 mm/day로 분석되었다. 검보정된 GD의 유출량을 이용하여 2012년부터 2020년까지의 유황분석을 실시한 결과, 관측값의 유황분석 결과와 비교하여 평균 Q185는 36.5 m³/sec (-1.4%), 평균 Q275는 23.8 m³/sec (0%)로 분석되어 Q185와 Q275를 PHBASIM의 유량 경계조건으로 적용하였다. PHABSIM의 대상하천은 GD가 위치한 410 m 구간으로 선정하였고 하천기본계획보고서 기반으로 하천단면 및 수리인자를 구축하였다. 대상하천의 우점종은 피라미, 아우점종은 돌고기로 분석되었으며 문헌조사를 통해 대상어종의 HSI를 수집하였다. PHABSIM 수위 모의결과, Q185, Q275에서 각각 -0.12, +0.00 m의 오차가 발생하였고, 유속모의의 경우 Q185, Q275에서 각각 +0.06, +0.09 m/s의 오차가 발생하여 연계모의가 적절하게 된 것을 확인하였다. PHABSIM의 서식처 모의 결과, 피라미의 평균 가중가용면적 WUA와 환경생태유량은 76,817.0 m²/1000m, 20.0 m³/sec, 돌고기의 평균 WUA와 환경생태유량은 46,628.6 m²/1000m, 9.0 m³/sec로 분석되어 피라미가 돌고기보다 대상하천에 대해 적응성이 높은 것을 확인할 수 있었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제41권4호
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• pp.347-355
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• 2021

다층 구조물의 경우 1층이 연약한 경우 지진 시 1층에 변형이 집중되어 기둥 부재에 심각한 손상이 발생하거나 파괴되어 구조물이 붕괴하는 사례가 발생하게 된다. 국내의 경우 포항지진 당시 필로티 구조물의 손상사례를 예로 들 수 있다. 2016년 국립재난 안전연구원의 "국내 비내진 건축물의 내진보강공법 조사 및 소요비용 분석 연구"에 따르면 민간 철근콘크리트조 건축물 중 주택의 내진화 비율은 38.3 %고, 그 중 2층 구조물 7.1 %에서 6층 96.3 % 그 외 99.4 %로 2~5층 구조물의 경우 내진비율이 50 %이하로 저조한 것으로 보고하였다. 이에 정부는 지원사업을 통해서 내진화율을 개선코자 하고있으나, 종래의 보강법은 여전히 시공비용이 고가이고 긴급시공이 어려운 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 2014년 국토교통부의 연구사업을 통해서 개발된 저렴하고 긴급시공이 가능한 벨크로를 사용한 내진보강법의 성능을 개선하고자 벨크로와 콘크리트 기둥 사이에 고발포의 경질 우레탄 내부 충진을 통해서 벨크로의 초기긴장력을 도입하고, 이를 통해서 콘크리트 구속효과에 따른 벨크로의 연성보강성능 개선을 목표로 이를 평가하기 위한 실험을 수행하였다. 시험체의 최대 연성도를 통한 평가에서 벨크로 내진 보강재의 최대 연성도 증진 효과를 재확인할 수 있었다. 에너지 소산 능력을 통한 평가에서는 VELCRO1 대비 VELCRO2 눈에 띄는 개선을 보인 반면, VELCRO1와 VELCRO2 시험체의 최대 연성도는 큰 차이를 보이지 않았다. 결과적으로 충진재가 사용된 VELCRO2 시험체에서 에너지 소산 능력은 크게 증진되었으나, 최대 연성도 평가에서 최대변위(∆_max)의 증가가 크지 않은 것을 확인하였다. 따라서 내부 충진재 재료의 개선과 균일한 충진재 시공을 개선의 필요성이 확인되었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제54권10호
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• pp.795-805
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• 2021

본 연구는 소양강댐 유역을 대상으로 LSTM 기반의 일유출량 추정 딥러닝 모형을 개발한 후, 모형구조 및 입력자료의 다양한 조합에 대한 모형의 정확도를 살폈다. 첫 12년(1997.1.1-2008.12.31) 동안의 유역평균 일강수량, 일기온, 일풍속 (이상 입력), 일평균 유량 (출력)으로 이루어진 데이터베이스를 기반으로 모형을 구축하였으며, 이후 12년(2009.1.1-2020.12.31) 동안의 자료를 사용하여 Nash-Sutcliffe Model Efficiency Coefficient (NSE)와 RMSE를 살폈다. 가장 높은 정확도를 보인 조합은 64개의 은닉유닛을 가진 LSTM 모형 구조에 가능한 모든 입력자료(12년치의 일강수량, 일기온, 일풍속)를 활용한 경우로서 검증기간의 NSE와 RMSE는 각각 0.862와 76.8 m³/s를 기록하였다. LSTM의 은닉유닛이500개를 초과하는 경우 과적합으로 인한 모형의 성능 저하가 나타나기 시작했으며, 1000개를 초과하는 경우 과적합 문제가 두드러졌다. 12년치의 일강수만 입력자료로 활용한 경우에도 매우 높은 성능(NSE=0.8~0.84)의 모형이 구축되었으며, 한 해의 자료만을 활용하여 학습한 경우에도 충분히 활용 가능한 정확도(NSE=0.63~0.85)를 가진 모형을 구축할 수 있었다. 특히 유량의 변동성이 큰 한 해의 자료만을 활용하여 모형을 학습한 경우 매우 높은 정확도(NSE=0.85)의 모형이 구축되었다. 학습자료가 중유량과 양극한의 유량을 모두 포함한 경우라면 5년 이상의 입력자료는 모형의 성능을 크게 개선시키지 못했다.

• 통합자연과학논문집
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• 제14권1호
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• pp.11-20
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• 2021

2019년 11월 17일, 중국 우한에서 당시 우한 바이러스라는 이름으로 한 폐렴 증상이 나타나는 감염병이 발발했다. 코로나19 (COVID-19)로 공식 명명됐으며 해당 바이러스가 전 세계 곳곳으로 퍼지면서 세계보건기구(WHO)는 감염병 최고 경고 등급인 "팬데믹(Pandemic)"을 선언을 하였다. 코로나19는 대한민국 역시도 큰 혼란에 빠뜨렸다. 이는 큰 감염자들을 낳았는데, 2020년 1월 20일에 첫 확진자가 발생했으며 여러 번의 파동을 겪으면서 감염자가 꾸준히 증가 중이고, 해가 지난 2021년도 역시 많은 코로나 확진자가 발생 중이다. 전 세계가 팬데믹 상황에 접어들면서 사람과 사람 사이에, 기업과 기업 사이에, 나라와 나라 사이에 벽이 생기면서 인간관계, 국내사업 및 산업, 해외산업까지 모든 성장이 멈추거나 하락하는 추세에 들어서면서 전반적인 사회가 많은 침체를 겪는 중이다. 이 중 우리나라의 모든 성장의 기본이 되는 중소기업과 사회에 진입하여 국가 발전에 이바지하려 하는 청년들은 구인 구직활동에 애를 먹고 있다. 코로나가 발생하기 전에도 구인·구직의 어려움이나 중소기업의 전망은 크게 좋지 못했다. 이런 상황에 코로나까지 발생하여 국가의 전반적인 경제상황이 좋지 않으니, 중소기업의 활력도 많이 감소하고, 전망도 좋지 않아 일자리도 줄여가고, 신입사원 채용도 꺼려하여 많은 어려움이 있다. 본 연구에서는 2019년을 코로나 시대 이전, 2020년을 코로나 시대 이후로 두고 코로나 시대 이전과 이후의 중소기업과 전반적 구인·구직 활동에 대해 평균 차이분석을 통해 비교해보고, 상관분석을 통해 영향을 미치고 있는지에 대해 분석한다. 이를 통해 중소기업의 전망을 우선적으로 높인 이후 기업과 정부의 정책을 통해 구인 구직을 늘리는 방향을 제시한다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제54권spc1호
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• pp.1143-1154
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• 2021

활성화함수의 선택은 인공신경망(Artificial Neural Network, ANN) 모델의 지하수위 예측성능에 큰 영향을 미친다. 특히 제주도의 중산간 지역과 같이 지하수위의 변동폭이 크고 변동양상이 복잡한 경우 적절한 지하수위 예측을 위해서는 다양한 활성화함수의 비교분석을 통한 최적의 활성화함수 선택이 반드시 필요하다. 본 연구에서는 지하수위의 변동폭이 크고 변동양상이 복잡한 제주도 표선유역 중산간지역 2개 지하수위 관측정을 대상으로 5개의 활성화함수(sigmoid, hyperbolic tangent (tanh), Rectified Linear Unit (ReLU), Leaky Rectified Linear Unit (Leaky ReLU), Exponential Linear Unit (ELU))를 ANN 모델에 적용하여 지하수위 예측결과를 비교 및 분석하고 최적 활성화함수를 도출하였다. 그리고 최근 널리 사용되고 있는 순환신경망 모델인 Long Short-Term Memory (LSTM) 모델의 결과와 비교분석하였다. 분석결과 지하수위 변동폭이 상대적으로 큰 관측정과 상대적으로 작은 관측정에 대한 지하수위 예측에 대해서는 각각 ELU와 Leaky ReLU 함수가 최적의 활성화함수로 도출되었다. 반면 sigmoid 함수는 학습기간에 대해 5개 활성화함수 중 예측성능이 가장 낮았으며 첨두 및 최저 지하수위 예측에서 적절하지 못한 결과를 도출하였다. 따라서 ANN-sigmoid 모델은 가뭄기간의 지하수위 예측을 통한 지하수자원 관리목적으로 사용할 경우 주의가 필요하다. ANN-ELU와 ANN-Leaky ReLU 모델은 LSTM 모델과 대등한 지하수위 예측성능을 보여 활용가능성이 충분히 있으며 LSTM 모델은 ANN 모델들 보다 예측성능이 높아 인공지능 모델의 예측성능 비교분석 시 참고 모델로 활용될 수 있다. 마지막으로 학습기간의 정보량에 따라 학습기간의 지하수위 예측성능이 검증 및 테스트 기간의 예측성능보다 낮을 수 있다는 것을 확인하였으며, 관측지하수위의 변동폭이 크고 변동양상이 복잡할수록 인공지능 모델별 지하수위 예측능력의 차이는 커졌다. 본 연구에서 제시한 5개의 활성화함수를 적용한 연구방법 및 비교분석 결과는 지하수위 예측뿐만 아니라 일단위 하천유출량 및 시간단위 홍수량 등 지표수 예측을 포함한 다양한 연구에 유용하게 사용될 수 있다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제54권12호
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• pp.1339-1348
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• 2021

하천법에 의거하여 국내 하천들에는 상당한 국가예산으로 하천정비기본계획이 5-10년 주기로 수립되고 있으며, 홍수위 계산을 위한 HEC-RAS 모의에 필요한 하천단면 등 다양한 하천측량이 실시되고 있다. 그러나, 하천측량자료들은 하천관리지리정보시스템(RIMGIS)에 pdf 보고서 형태로만 제공되고, 원자료는 CAD 형식으로 하천정비계획을 수행한 설계사 등이 분산 소유하고 있어 관리 부재로 망실의 우려도 있어, 다른 용도로의 활용성이 상당히 저하되어 있는 실정이다. 그리고, 측량된 CAD 형식의 단면자료 등을 HEC-RAS에 활용할 때, 'Dream'과 같은 툴을 활용하나 거의 수작업에 가까운 시간과 비용이 소요되는 현실에 있다. 본 연구에서는 이러한 문제들을 해결할 수 있는 툴인 RAUT(River information Auto Upload Tool)를 개발하였다. RAUT 툴은 첫째, 실무에서 하천기본계획 수립 시 활용되는 HEC-RAS 1차원 모형의 입력자료를 CAD 측량자료를 직접 수기로 입력 및 모의를 실시하는 복잡한 단계를 자동화시키고자 하였다. 둘째, 하천공간정보인 CAD측량 자료를 직접 읽어 표준 데이터 모델 (ArcRiver)기반 하천공간정보 DB에 자동 업로드하여 전국단위의 하천정비계획의 하천측량자료 관리가 가능하게 할 수 있다. 즉, 만약 RIMGIS가 RAUT와 같은 툴을 사용하면 하천단면과 같은 전국단위 하천측량 자료를 체계적으로 관리할 수 있게 된다는 의미이다. 개발한 RAUT는 제주도 한천유역을 대상으로 하천정비기본계획의 하천공간정보 CAD자료를 읽어들여 mySQL기반 공간 DB로 구축하고, 구축된 DB로부터 HEC-RAS 1차원 모의 실시하기 위한 지형자료를 자동으로 생성시키는 과정을 시범적으로 구현하였다.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제9권4호
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• pp.537-544
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• 2021

표층처분시설 처분고의 채움단계를 묘사하기 위하여 목업테스트를 진행하고 채움단계에서 발생할 수 있는 구조물의 거동을 조사한다. 가로 6600mm, 세로 6600mm, 두께 400mm의 현장타설 콘크리트 기초 위에 4개의 프리캐스트(PC) 코너벽체와 8개의 PC 사이드벽체로 구성된 가로 5600mm, 세로 5600mm, 높이 6800mm, 두께 800mm의 철근 콘크리트 처분고를 제작한다. 처분고 안에 폐기물 드럼통을 가로 6개, 세로 6개, 총 36개로 배치한 후, 비어 있는 공간을 그라우트 채움재로 채우고 양생한다. 이 과정들을 5층까지 반복하며, 채움단계별로 벽체의 수직도와 벽체 간 이음부의 벌어짐을 측정한다. 수직도는 사이드벽체 한 개당 좌측과 우측에서 각각 3개씩 총 6개의 위치, 즉 4개의 사이드벽체에 대하여 총 24개의 위치에서 수평기를 사용하여 측정한다. 이음부 벌어짐은 사이드벽체 한 개당 좌측, 중앙, 우측의 이음부에서 각각 3개씩 총 9개의 위치, 즉 4개의 사이드벽체에 대하여 총 36개의 위치에서 균열팁을 이음부 좌우에 설치 후 버니어 캘리퍼스를 사용하여 측정한다. 목업테스트를 통해 얻은 측정된 수직도는 초기단계(ST0)를 기준으로 ±0.1°인 것으로 나타났고, 이음부 벌어짐 결과는 최대 0.38mm인 것으로 나타났다. 이는 구조물에 미치는 영향이 미미한 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제54권7호
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• pp.535-544
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• 2021

농업용수는 용수수요의 48%를 차지하고 있으며, 농업 유역내의 유량관리를 위해서는 농업저수지의 관리가 중요하다. 효율적인 농업용수의 활용을 위해서는 농업저수지 및 농업 유역 내 수자원의 분포를 모니터링 할 수 있는 기술이 요구된다. 이에 본 연구에서는 2018년부터 2020년까지 3년간의 Sentinel-1 영상을 활용하여 지상의 수체를 탐지하기 위한 임계값 결정 방법 세 가지(고정 임계값, Otsu 임계값, Kittler-Illingworth (KI) 임계값)을 비교하여, 정확한 저수면적을 산정하기 위한 임계값 결정 방법을 평가하고자 하였다. 또한 이동, 고삼, 기흥저수지에서 저수면적과 저수량의 관계를 분석하여, SAR 영상 기반의 저수량을 산정하였고 지상관측 자료와의 검증을 수행하였다. 수체를 탐지하기 위한 임계값 결정 방법은 KI 임계값의 경우가 가장 정확한 것으로 나타났으며, KI 임계값을 활용하여 산정된 저수량은 이동, 고삼, 기흥저수지의 지상관측 자료와의 검증에서 평균 r = 0.9235, KGE' = 0.8691 로 높은 일치도를 나타냈다. 계절에 따른 오차 특성은 충분히 관측되지 않았으나, 저수면적과 저수량 간의 관계가 급격하게 바뀌는 고수위에서의 과소 산정 문제가 발생할 수 있다. 따라서 정확한 저수량 추정을 위해서는 지상관측 자료를 통한 저수면적-저수량 관계 파악이 선행되어야 한다. 추후 수자원위성을 통한 SAR 자료의 활용이 가능해지면, 본 연구의 결과를 바탕으로 저수량 모니터링 및 가뭄 대응을 위한 활용에서 유용할 것으로 판단되나, 홍수예방 등의 목적으로 활용하기 위해서는 추가적인 연구가 필요하다.