• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.104-104
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• 2022

임진강 수계는 북측 지역이 다수를 차지하는 유역 특성으로 예고 없는 상류 급방류, 강우 등으로 인해 댐 운영에 근본적 어려움이 있으며, 이에 따라 홍수조절지 및 댐 하류 계측 가능 지역의 취득 자료를 고려한 하천 수위 변화에 대한 사전 예측을 필요로 하고 있다. 홍수기 하천 도달시간 및 수위예측 기법으로는 물리 기반 및 데이터 기반 모델들이 다양하게 연구되어 왔으며, 일부 연구성과들은 현업에 활용하고 있다. 물리기반 모델은 하천 지형 변화에 대한 자료 취득 및 분석에 많은 시간을 요하는 단점은 있으나, 설명 가능한 모델을 구현할 수 있을 것으로 사료 된다. 반면, 데이터 기반 인공지능 모델은 짧은 시간 및 비용으로 모델을 개발할 수 있으나, 복잡한 알고리즘구현 시 설명이 불가하여 일관성을 의심 받을 수 있다. 본 논문에서는 홍수 도달시간과 하류 수위 상승에 대하여 설명 가능한 인공지능 알고리즘 및 시뮬레이션 프로그램을 개발하고자 하였다. 홍수 도달시간 예측은 기존 조견표 방식에서 고려하지 않았던 홍수파의 영향을 추가 변수화 하고, 데이터의 전후처리를 통하여 도달시간을 예측하였다. 실시간 하류 수위 예측은 댐 방류량, 주변 강우, 조위 등을 고려하여 도달시간 후 수위를 예측할 수 있도록 구현하였으며, 자료 동화 기술을 일부 적용하였다. 미래 방류조건에 대한 시뮬레이션을 위해서는 미래 방류량, 예상 강우 입력 시 하천 지점별 수위 상승을 예측할 수 있도록 알고리즘 및 프로그램을 개발하였다. 이를 구현하기 위하여 다양한 인공지능 알고리즘을 이용한 학습, 유전자 알고리즘을 이용한 가중치 학습 제한 조건내 최적화, 수위파와 조위파의 중첩의 정리 등을 이용하여 예측 정확도 및 신뢰성을 제고 하였다. 인공지능 분석결과의 현업활용성 제고를 위하여 시뮬레이터 프로그램을 개발하여 현업에 적용하였다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.47 no.11
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• pp.1007-1015
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• 2014

This study investigates the discharge coefficient of Improved-Pneumatic-Movable (IPM) weir through the weir, a kind of movable weirs, to estimate much more accurate rating curves using laboratory flume experiments. The discharge coefficient ($C_d$) is from 0.613 to 0.634 by the stand-up angle of the weir. The upstream Froude Number ($F_{r1}$), relative crest length(${\xi}$), Headwater Ratio ($H_1/W$), the Overflow depth ratio of weir crest ($y_c/y_1$) was changed by the upstream. And the downstream Froude number ($F_{r2}$), the Overflow depth ratio of weir crest and Downstream Water depth ($y_c/y_2$) was changed by the downstream. The ratio of Downstream and Up and Downstream water Depth (${\Delta}y/y_2$) was found to be changed by both of the up and downstream flow. They considered the major influence variables and derived the Discharge coefficient Formula at this study. The Discharge coefficient of the Improved-Pneumatic-Movable (IPM) weir was settled by the height of the Movable weir, that is to say, it was settled by the flow conditions of upstream approach flow head and physical data according to the standing angle.

• Water for future
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• v.29 no.6
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• pp.225-235
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• 1996

This study deals with hydraulic characteristics and their effects on upstream migration of fish by the weir type in a pool-weir fishway, and presents an optimal type of weir for an easy upstream migration. Experiment was performed to estimate hydraulic conditions by the weir type and to determine which type was good. The results showed that a rectangular weir with a small rectangular notch installed by a zig-zag type was preferable to a simple weir with no notch or to a trapezoidal weir, since it makes possible for upstream migration even when a water level draws down and moreover, it makes falling flow through a notch which facilitates upstream migration. It was proposed that the notch must be designed that the flow situation may keep the streaming flow so long as the maximum flow velocity does not exceed the critical swiming velocity, i.e., the dimensionless flow rate may exist whthin the range of 0.27 and 0.41.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.196-196
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• 2022

최근 기후변화로 인한 집중호우가 발생함에 따른 도시 저지대홍수의 대표적인 사례로, 외수위 상승으로 인한 내수 침수 발생과 배수위(backwater) 발생은 상류 저지대의 내수배제 불량으로 인한 홍수피해가 주된 원인 중 하나로 판단된다. 저지대 내수침수사례로는 서울 강남 및 서초 일대 지역이 대표적이며, 내수침수해 저감을 위한 다양한 치수 사업이 제안된 바 있다. 반포천의 경우 반포천 상류 저지대의 홍수 저감을 위해 중·상류 지역의 유역변경계획이 수립되었다. 또 한, 사당천의 경우 이수-과천 복합 터널을 건설, 홍수 저류지를 조성하여 도심지 상류 침수 저감 계획을 수립하였다. 반포천은 한강의 제1지류로서 제2지류인 사당천과 함께 대표적인 도시하천으로서 상습적으로 내수침수가 과거에 빈번히 발생하였다. 따라서, 본 연구에서는 1차원 동수역학 모형인 HEC-RAS 모형을 사용하여 반포천 및 사당천의 계획홍수량 변화에 따른 반포천 유역 합류부에서 계획홍수위의 배수효과 발생 및 내수침수피해의 저감효과를 분석하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.135-135
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• 2018

한강의 잠수교는 평상시에는 사람과 차의 통행이 가능하나 예측수위가 5.5m일 경우, 보행자통제, 6.2m일 경우, 차량통제를 실시한다. 잠수교는 국토교통부의 홍수예보 지점은 아니지만 그 특수성으로 인해 정확한 홍수위 예측을 통해 선행시간을 확보할 필요가 있다. 일반적으로 하천 홍수위 예측을 위해서는 강우-유출 모형과 하도추적을 위한 수리모형을 결합한 모델링이 요구되나 잠수교는 하류부 조위로 인한 배수 및 상류부 팔당댐 방류량의 영향을 받아 물리적 수리 수문모형의 구축이 상당히 제약적이다. 이에 본 연구에서는 딥러닝 오픈 라이브러리인 Tensorflow 기반의 LSTM 심층신경망(Deep Neural Network) 모형을 구축하여 잠수교의 수위예측을 수행한다. LSTM 모형의 학습과 검증을 위해 2011년부터 2017년까지의 10분단위의 잠수교 수위자료, 팔당댐의 방류량과 월곶관측소의 조위자료를 수집한 후, 2011년부터 2016년까지의 자료는 신경망 학습, 2017년 자료를 이용하여 학습된 모형을 검증하였다. 민감도 분석을 통해 LSTM 모형의 최적 매개변수를 추정하고, 이를 기반으로 선행시간(lead time) 1시간, 3시간, 6시간, 9시간, 12시간, 24시간에 대한 잠수교 수위를 예측하였다. LSTM을 이용한 1~6시간 선행시간에 대한 수위예측의 경우, 모형평가 지수 NSE(Nash-Sutcliffe Efficiency)가 1시간(0.99), 3시간(0.97), 6시간(0.93)과 같이 정확도가 매우 우수한 것으로 분석되었으며, 9시간, 12시간, 24시간의 경우, 각각 0.85, 0.82, 0.74로 선행시간이 길어질수록 심층신경망의 예측능력이 저하되는 것으로 나타났다. 하천수위 또는 유량과 같은 수문시계열 분석이 목적일 경우, 종속변수에 영향을 미칠 수 있는 가용한 모든 독립변수를 데이터화하여 선행 정보를 장기적으로 기억하고, 이를 예측에 반영하는 LSTM 심층신경망 모형은 수리 수문모형 구축이 제약적인 경우, 홍수예보를 위한 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.411-411
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• 2022

보는 수로나 하천의 수위를 조절하고 취수 등의 편의를 제공하기 위해 건설되는 하천 구조물이다. 일반적인 보(고정보)는 상시 담수 되어 농업용수, 생활용수, 공업용수 등의 취수원으로 활용되지만, 최근에 설치되는 보(가동보)들은 수문을 설치하여 필요에 따라 수위를 조절할 수 있게 되어 있다. 이와 같은 보의 운영은 보 상류의 유속, 수심, 흐름 특성, 하천 형상 등의 변화를 발생시킨다. 특히 하류 보는 운영현황에 따라 하천 흐름에 직접적인 영향을 주기 때문에 하천 흐름 특성에 핵심적인 요소로 볼 수 있다. 따라서 이에 대한 모니터링이 필요하며 이에 따른 수위-유량관계를 규명할 필요가 있다. 본 연구에서는 함평천 유역에 위치한 함평군(영수교)관측소를 대상으로 하류 약 1.3km에 위치한 개량형 공압식 가동보의 2021년 기립각도 변화에 대한 보 모니터링을 실시하여 수위-유량관계 변화를 분석하였다. 2021년에는 가동보의 기립각도 변화 및 취수조건에 따라 총 37회의 수위관측 및 유량측정을 하였으며 총 29회의 가동보의 기립각도를 계측하였다. 2021년 전반기에는 부분개방1, 부분개방2, 부분개방3, 완전개방, 취수조건으로 기간 분리되었고 후반기에는 완전개방, 부분개방3, 부분개방4, 부분개방5 조건으로 가동보의 기립각도에 따라 총 6개의 기간분리가 발생하였다. 결과적으로 본 연구에서는 하류 가동보 운영현황에 대한 보 모니터링과 흐름 특성이 변화하는 기간의 유량측정성과 확보를 통해 신뢰도 높은 수위-유량관계곡선식을 개발하였고 이를 통해 생산된 유량자료는 정확도가 매우 높은 것으로 분석되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.302-302
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• 2022

최근 태풍, 집중호우로 인한 홍수피해가 빈번히 발생함하고 있다. 특히 상류에 저수지가 있을 경우 홍수조절을 통해 하류지역의 홍수피해를 저감하기도 하지만 급작스런 방류량의 증가 등으로 인해 하류지역의 피해가 증가되는 경우도 있다. 따라서 하류지역 홍수피해 저감을 위해 저수지의 홍수관리기능에 대한 관심도가 높아지고 있다. 대규모 다목적댐의 경우 다양한 저수지운영룰을 통해 수문을 운영하고 있어 홍수조절기능을 충분히 수행하고 있지만, 농업용저수지는 홍수관리에 있어 수문조작 전문성의 부족과 운영룰의 미정립 등으로 인해 취약성을 가지고 있는 상황이다. 본 연구에서는 수문이 설치된 1백만m³이상의 저수지 중 성주저수지를 연구대상저수지로 선정하였다. 비상수문을 통한 사전방류방안과, 저수지운영을 연구하여 농업용저수지의 홍수조절용량 확보를 위한 사전방류방안에 대해 연구하였다. 저수지운영은 Auto ROM을 적용하였고 홍수조절용량 확보를 위하여 홍수기 수위관리기법 중 사전방류기법을 채택하였다. 사전방류기법은 모의기법에 의한 사전방류와 최적화기법에 의한 최적사전방류량을 결정하는 방법으로 연구하였다. 홍수기의 제한수위는 유효저수량의 70%인 EL.179.7m, 65%인 EL.178.8m, 60%인 EL.177.8m로 설정하여 분석하였다. 모의기법에 의한 사전방류방법은 초기수위는 만수위에서부터 1.0m씩 감소하였고, 비상수문은 0.5m씩 개방하여 4.0m까지 개방 하였다. 사전방류의 시간은 24hrs, 48hrs를 적용하였다. 최적화기법에 의한 사전방류방법은 초기수위는 모의기법과 동일하고 목표수위를 제한수위(70%, 65%, 60%)가 되는 최적방류량을 산정하고 최적방류량을 방류할 수 있는 수문의 개방높이를 분석하였다. 2012년, 2020년의 호우사상에 대해 사전방류가 없는 경우와 모의기법, 최적화기법에 의한 사전방류결과를 적용한 경우를 비교하여 검토하였다. 그 결과 제한수위 70%를 유지할 경우 2012년은 모의기법이 5.6%, 최적화기법이 5.4%의 방류량 감소효과가 있으며 2020년은 모의기법이 9.0%, 최적화기법이 8.8%의 방류량 감소효과가 있는 것으로 검토되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.390-390
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• 2011

본 연구는 기초기술연구회의 위성정보 활용 지원 운영사업(과제명: 위성영상을 이용한 하천정보 생산 및 활용에 관한 연구)의 연구비 지원에 의해 수행되었습니다. 지난 2010년 6월 발사된 천리안 위성이 약 9개월간의 정지궤도 시험운행을 마치고 본격적으로 위성자료 서비스를 시작함에 따라 한반도 악기상 관측 및 예측 정확도 향상에 기여할 것으로 예상된다. 최근 기후분야 외에도 수자원, 방재, 농업, 해양 등 다양한 응용분야에서 기상위성을 활용하고자 하는 연구가 수행되고 있으며 자료제공 시간의 단축과 기상자료 산출물의 제공으로 천리안 위성은 향후 광범위하게 활용 될 것으로 예상된다. 본 연구는 천리안 위성의 수자원 분야 활용을 위한 기반연구로 천리안 위성과 동일한 채널 특성을 보유한 MTSAT-1R 기상위성을 이용하여 면적강우량을 추정하고 이를 지상관측소를 이용하는 강우보정기법에 적용하며 강우산정 결과를 레이더 및 티센, 크리깅 등과 비교하였다. 강우추정은 NOAA NESDIS의 Power-law 공식을 이용하였으며 지상관측소를 이용한 강우보정은 조건부 합성기법을 적용하였다. 연구대상 유역은 충주댐 유역과 충주댐 유역 상류에 위치한 영월수위표 지점 상류유역을 대상으로 하였으며 레이더 차폐에 따른 레이더 강우량의 감쇄 효과를 분석하고 지형적 특성에 영향 받지 않는 기상위성을 이용한 강우량 산정 기법의 활용성을 제시하였다. 연구결과 레이더 차폐에 영향 받지 않는 영월 수위표 상류유역의 경우 레이더를 이용한 강우량 산정결과와 기상위성을 이용한 결과가 큰 차이가 없으나 전체 유역면적의 절반 정도가 레이더 차폐 지역에 포함되는 충주댐 유역의 경우 레이더를 이용할 경우 20%~35% 가량 강우량이 과소 추정되는 것으로 나타났다. 본 연구를 토대로 산악지형에 의해 레이더 차폐가 발생되는 유역에 대해 기상위성의 활용을 기대할 수 있을 것으로 판단되었다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.31 no.4B
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• pp.333-341
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• 2011

This study analyzed the propagation of dam-break waves in an area directly downstream of a dam by using 3D numerical modeling with RANS as the governing equation. In this area, the flow of the waves has three dimensional characteristics due to the instantaneous dam break. In particular, the dam-break flows are characterized by a highly unsteady and discontinuous flow, a mixture of the sharp flood waves and their reflected waves, a mixture of subcritical and supercritical flow, and propagation in a dry and movable bed. 2D numerical modeling, in which the governing equation is the shallow water equation, was regarded as restricted in terms of dealing with the sharp fluctuation of the water level at the dam-breaking point and water level vibration at the reservoir. However, in this 30 analysis of flood wave propagation due to partial dam breaking and dam-break in channels with $90^{\circ}$ bend, those phenomena were properly simulated. In addition, the flood wave and bed profiles in a movable bed with a flat/upward/downward bed step, which represents channel aggradation or degradation, was also successfully simulated.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.709-709
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• 2012

보는 하천을 횡단하는 대표적인 수공구조물로써 수위를 유지하여 각종 용수의 취수 기능 및 주운 기능을 가지고 있다. 그러나 보를 설치할 경우 상류부의 유속이 점차 감소하여 유사 퇴적이 일어나며, 흐름 정체에 따른 수질 저하 및 수위 상승의 원인을 제공한다. 이러한 보의 단점을 개선하기 위해 래버린스 보에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. Hay 등(1970) 연구에 따르면 래버린스 보의 월류능력은 동일 수두 조건에서 선형 보보다 높은 특성을 가진다. 또한 Tsang(2000) 연구에 따르면 큰 유량 및 낮은 월류고 조건에서 폭기 효율이 뛰어난 것으로 나타났다. 박호상(2009) 연구에 따르면 경사형 마루 래버린스 보가 일반형 래버린스 보의 수심유지 범위보다 더 크며, 산소전달효율도 더 높은 것으로 나타났다. 그러나 기존 보에서 발생되는 유사퇴적 및 흐름정체 등의 문제는 여전히 존재하였다. 이와 관련하여 본 연구에서는 유사의 연속성을 유지하고 흐름의 정체를 해소하는 퇴적방지 구조를 구비한 래버린스 보(현대건설, 2011)를 제안하였다(그림 1, 2 참조). 본 연구에서는 퇴적방지 구조를 구비한 래버린스 보의 홍수안정성 및 유사연속성에 대한 효과를 3차원 수치모형(FLOW-3D)을 통해 분석하였다. 수치모의에 사용된 수로 연장은 9.25 m이고 폭은 0.82 m이며, 상류의 수심변화에 따라 수치모의를 수행하였다. 수치모의 결과 에너지 감세 효과와 상류의 수심을 유지하는 효과가 나타났다. 또한 이격된 벽체로 흐르는 유속에 의해 래버린스 보 내의 마찰속도가 증가하였다. 이러한 결과, 퇴적방지 구조를 구비한 래버린스 보가 홍수 안정성 및 유사배제에 효과가 있는 기술로써 가능성이 있는 것으로 판단된다. 향후, 수리모형실험을 통한 연구가 수행된다면 수리특성에 관한 기초자료를 통해 설계 인자가 도출될 수 있을 것이며 나아가 기술의 상용화에도 크게 기여할 수 있을 것이다.