• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.387-387
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• 2015

최근 기후변화에 따른 국지성 집중호우 및 돌발홍수 증가로 도심지역에 많은 침수 피해가 발생하고 있다. 본 연구는 이러한 내외수에 영향을 받는 도시 중소하천의 침수 저감을 위하여 침수 예측모형에 적용 가능한 수리학적 계산모형을 개발하는 것이다. 일반적으로 자연하천은 수지형 수계가 대부분이며, 도시 우수관로와 관계배수 시스템 등은 폐합형 수계에 포함되어 수지형 계산모형으로는 도시 중소하천의 유출 모의를 할 수 없다. 폐합형 수계의 계산모형은 수지형에 비해 복잡하지만, 적용대상 수계가 폐합형이 아닌 경우에도 합류점의 유입량을 처리하기가 편리하고, 역방향의 월류 흐름이 존재하는 감조하천에서의 월류 흐름 모의가 가능한 장점을 갖고 있어 도시 내배수 시스템은 물론 자연하천에도 적용 할 수 있다. 본 모형은 절점, 수로 및 계산점으로 구성되는데 동력학적 방법인 1차원 Saint-Venant의 연속 방정식과 운동량 방정식에 수치해법을 이용하여 구하고자 하는 시간과 지점의 수위와 유량을 계산할 수 있게 구성하였다. 수치해법으로는 가장 보편적으로 사용되는 유한차분법 중 안정성과 정확성이 우수한 것으로 평가된 Preissmann의 4점 음해법으로 차분방정식에 Newton-Raphson 방법을 사용하여 유량과 수위 보정치에 Double Sweep 알고리즘을 적용하였다. 유한차분법은 안정성 문제를 수반할 수 있기에 시간 증분이 작을수록 Courant 조건을 만족할 수 있다. 모형 비교 검증을 위하여 동력학적 방법을 적용한 대표적인 폐합형 수계모형인 EPA SWMM을 지원하는 CHI사의 PC-SWMM 프로그램을 이용하여 가상의 폐합 수계를 구축하였다. 일반적으로 상류지점의 경계조건은 하류로 추적될 입력 자료로써, 상류지점과 합류지점은 유입되는 유량값을 그리고 하류지점은 유출되는 수위값을 경계조건으로 입력하였다. 운동량방정식의 에너지 경사와 마찰경사 항에 포함된 조도계수는 변화량에 중요한 물리적 요소이지만, 고정 상수값인 0.03을 적용하여 검증에 용의하도록 하였다. 구축된 모형과 PC-SWWM을 통해 산출된 계산점별 수위와 유량에 RMS 오차를 비교한 결과 만족할만한 결과를 얻을 수 있었다. 따라서 향후 내외수를 연계에 침수예측모형에 적용 가능할 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.131-131
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• 2022

기후변화의 영향으로 극치강우의 변동성이 커지고 있으며 계획빈도를 초과하는 폭우로 피해가 증가하고 있다. 기존의 물리기반의 홍수예측모델은 개념적 및 구조적 제약과 함께 다양한 유역조건 및 수문기상 조건에 기인한 강우-유출 관계의 불확실성을 고려하는 데 한계가 있다. 특히 한정된 홍수 사상을 통해 구축된 관측 자료로 인해 새로운 홍수 사상 예측 능력이 저조할 수밖에 없다. 따라서 기존 물리모형 기반의 홍수예측과 함께, 딥러닝(deep learning) 모형을 고려한 홍수예측 모델 개발과 개선이 필요하다. 본 연구에서는 다양한 분야에서 활용되는 인공지능(artificial intelligence, AI) 기술을 종합적으로 검토하고, 홍수 예측 측면에서의 활용 가능성 및 신뢰성을 고려하여 AI 기법을 채택하였다. 한강수계에 존재하는 댐 중 일부를 선정하여 대상 댐의 수문·기상학적 자료를 전처리한 후, 인공지능 기반의 홍수예측모형을 구축 및 최적화하였다. 다양한 예측인자와 모델 구성으로 홍수예측력에 대한 평가를 다각적으로 수행함으로써 홍수예측모델의 신뢰성을 제고하였다. 전반적으로 우수한 결과를 도출하였고, 유역면적이 작을수록 결과가 좋았다. 이는 넓은 유역일수록 복잡한 강우-유출 과정이 내재되어 있기 때문으로 판단되며, 넓은 유역에는 본 연구에서 활용한 자료에 추가적인 자료를 도입하여 모형 개선이 이루어져야 할 것으로 판단하였다. 수문 예측 연구에 통계모형이나 기계학습모형의 적용은 많이 있었지만, 딥러닝 기법 활용은 새로운 시도라는 점에서 의미가 있다.

• 농약과학회지
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• 제18권4호
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• pp.236-246
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• 2014

농약은 작물을 보호하기 위하여 사용되지만 환경을 오염시키는 원인이 되기도 한다. 그러므로 농약의 물리화학적 특성, 독성 자료 및 환경행적 자료를 통해 위해성 평가를 수행하여 안전하게 관리가 가능하다면 등록이 결정된다. 환경중 행적을 예측하기 위해 우리나라의 기상자료, 작물 재배력 및 토양통을 이용하여 butachlor, iprobenfos, carbofuran, tebuconazole을 대상으로 수계 중 잔류농도를 추정하였다. 예측모형으로 과수용 농약은 PA5를, 벼재배용 농약은 RICEWQ와 SCI-GROW를 이용하였다. 수계모니터링에서 butachlor와 iprobenfos의 최대값은 예측모형의 peak 농도보다 낮았고 최소값은 예측모형의 연평균농도보다 낮아 RICEWQ를 벼 재배환경 중 잔류농약의 농도 추정에 이용할 수 있음을 확인하였다. 토양흡착계수가 낮은 carbofuran은 RICEWQ와 SCI-GROW에 적용시 지표수계보다 지하수로의 이동량이 훨씬 많은 것으로 산출되어 RICEWQ는 지하수로의 수계노출농도를 예측하기에는 적절하지 못하였다. 수계 모니터링에서 과수용 농약인 tebuconazole이 검출되지 않아 예측모형으로 산출한 값과 비교하기 어려웠으나 수계를 통한 잔류농약의 추정에 이용할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.289-293
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• 2005

본 연구에서는 일별 저수지군 최적연계운영 모형(CoMOM 4.0 : Coordinated Multireservoir Operating Model version 4.0)을 낙동강 수계 실시간 일별 운영에 CoMOM을 적용할 경우를 상정하여, 불확실성을 고려한 실시간 모의 운영을 수행하였다. 실시간 일 운영 시 며칠 정도의 유입량 예측은 가능할 것으로 예상하여 유입량 예측일수의 정확도 증가에 따른 연계 운영 효과를 산정해 본 결과, 전반적으로 과거 실적치에 비하여는 좋지만, 예측일 수가 늘어남에 따라 수계 내 연간 평균 저수량은 감소하는 대신 평균 발전량은 증가하여, 연계운영 총체적 효과가 기하급수적으로 증가됨을 알 수 있었다. 미래 유입량을 전혀 예측하지 못할 경우에는 일평균 유입량을 예측 유입량으로 하여 실시간 댐군 연계모의운영을 하였고, 그 경우에도 여수로 방류로 인한 수계 외 유출을 연 평균 약 214백만$m^3$ 정도 감소시키는 반면, 수계 내 전체 댐 군의 평균저수량을 55백만$m^3$ 증가 시키며, 연간 평균 발전량은 25GWh (약 22.5억원/년의 추가 발전수입) 증가 시킬 수 있을 것으로 분석되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1272-1276
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• 2007

하천유황, 하상재료, 하도지형의 자연적 또는 인위적 변화에 의한 장 단기적 하상변동의 해석 및 예측은 하천계획 및 관리를 위해 필수적이다. 본 연구에서는 하상변동 수치모형들을 적용하여 형산강의 장기 하상변동을 모의하고 그 결과를 통하여 각 모형별 특성을 비교하였다. 모의 과정으로는 형산강 수계에서 수위표 설치지점인 형산강교, 강동대교, 국당2교, 신형산강교 4지점에서 유사량 측정을 실시하여 실측자료를 확보하였다. 형산강 수계의 하상변동을 예측하기 위한 하상변동모형으로는 HEC-6, GSTARS모형을 선정하였고, HEC-6모형에서는 유사량 산정공식으로 하상상승 현상을 가장 잘 보여주는 Laursen공식을, GSTARS모형에서는 상대적으로 가장 안정적인 Ackers & White공식을 사용하였다. HEC-6, GSTARS모형을 상호 비교한 결과, HEC-6모형이 상대적으로 하상변동을 크게 산정하는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.212-212
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• 2017

친수공간은 하천주변의 가치를 적극 활용하고자 공원, 캠핑장, 관광 및 레져시설 등으로 조성된 친환경적 하천공간을 말한다. 그러나 이러한 친수공간은 주로 제외지의 고수부지에 조성되어 있음에 따라 중규모의 강수량에도 불구하고 쉽게 침수될 가능성이 상존하고 있다. 따라서 본 연구는 영산강과 섬진강수계를 대상으로 공원 캠핑장 자전거도로 등 하천 내 친수지구를 안전하게 관리하기 위해 침수도표 및 침수정보를 제공하고, 언제 어디서나 홍수정보를 쉽게 제공받을 수 있도록 홍수정보제공체계를 구축하는데 목적이 있다. 이를 위해 연구 대상 수계에 대하여 자료수집 및 현장조사를 실시함으로써 친수지구내 시설물 현황을 파악하였으며, 이를 근거로 4대강사업이후 여건변화를 반영한 최신 지형정보 활용하여 침수예측모형을 구축하였다. 다만 친수지구 예측모형의 정확도 및 효율성 향상을 위해 친수지구 특성을 고려한 수치표고모델의 격자크기 및 해상도를 달리하였으며, 친수지구 예측모형의 정확도 검 보정을 위해 홍수흔적조사를 실시하였다. 이러한 연구를 통해 기존 홍수예보시스템의 수행능력을 개선하고, 친수지구에 대한 침수도표 및 침수정보 등의 홍수정보를 실시간으로 제공함으로써 홍수로 인한 피해를 최소화할 수 있도록 하였다. 또한 침수예측모형 및 홍수정보제공시스템을 구축하고 이를 검증 및 보완하여 공간 홍수예보를 실현함으로써 홍수예보 모형의 정확도 및 활용성을 향상시켰다는 점에서 의미가 있다. 더불어 본 연구의 결과는 하천업무 담당자의 업무추진 효율성이 증대가 되고, 공간홍수예보 실현으로 친수지구를 이용하는 국민의 안전이 담보될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.161-161
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• 2016

본 연구는 Matlab GUI 언어를 기반으로 제작된 수질관리모형(WAQUMURIN; Water QUality Management program for Urban RIver Networks)의 개발 및 적용, 검증을 통한 수질분석을 목적으로 둔다. 서울한강수계를 대상지역으로 한강 상류의 팔당댐부터 한강 하류에 위치한 가양대교까지의 오염원 이동에 따른 BOD, T-P 농도를 분석하였다. 한강의 본류를 따라 분류되는 지천들과 한강서울수계 관할 하 4곳의 물재생센터(탄천, 중랑, 서남, 난지)의 배출부하량, 유량, 반응속도상수는 본 모형의 main factor로 설정되었으며 격자화된 데이터의 입출력이 가능토록 하였다. 6곳의 수질측정망(암사, 구의, 잠실, 똑도, 보광, 노량진, 영등포, 가양) 지점을 기준으로 실측치와 모형의 모의결과를 비교함으로써 정확도를 검토하였다. 이는 기존의 사용법이 어려운 수질모형의 한계를 깬 간단한 입출력 방식으로 비전문가들 또한 사용이 가능하며 예측 모형의 단순화라는 점의 연구 목적에 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.237-237
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• 2018

자연재해로 인한 국민의 인적 물적 피해는 해마다 증가되고 있으며, 자연재해 피해 중 대다수가 홍수에 의한 피해를 보이고 있다. 홍수 피해를 줄이기 위한 재해저감 활동 중 비구조적 대책의 하나인 홍수예 경보시스템은 수리학적 모형을 활용하여 하천의 홍수위를 예측하고 범람 위험성과 제방 붕괴 가능성을 사전에 경보하는 시스템으로서 하천변 주민 대피와 홍수피해 대응 활동에 매우 중요한 역할을 담당하고 있다. 홍수예 경보시스템이 본연의 역할을 제대로 수행하기 위해서는 수리학적 모형이 지형적 특성을 잘 반영하고 있어야 하며, 높은 정확도로 홍수위를 예측하여야 한다. 이에 본 연구에서는 4대강 중 홍수위험도가 높고 최근 하상단면 측량으로 인하여 수리학적 모형의 개선이 필요한 영산강 수계에 대하여 주요 지류인 황룡강과 지석천의 하도자료를 고려한 수리학적 모형을 구축하였다. 2013년 7월과 2014년 7월 2개의 홍수사상을 이용하여 시행착오법을 통한 조도계수를 보정하였으며, 2012년 8월과 9월 홍수사상을 통하여 검증하였다. 향후 본 연구를 통하여 개선되어진 영산강 수계 수리학적 모형을 활용하여 정확하고 신속한 홍수 예 경보가 이루어지길 기대한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1619-1623
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• 2008

현재 섬진강 수계에서는 댐방류에 따른 하류하천의 하도추적은 수문학적 모형에 의해 운영되고 있으나, 하구의 조위 및 하천내 존재하는 수공구조물의 영향 그리고 지류에 의한 흐름분석을 위해서는 정교한 수리학적 모형이 필요하게 된다. 섬진강으로 유입하는 대표수계는 경천, 요천, 그리고 보성강이 있으며, 보성강의 상류에는 주암댐이 보성강의 유하량을 조절하게 되는 데 이를 반영한 모형구축을 지속적으로 수행할 예정이다. 또한 섬진강 하구유역에서는 조위에 의해 본류의 홍수위가 영향을 받게 되므로 이에 대한 영향도 분석하였다. 섬진강 하구에서는 여수관측소와 광양조위지점이 있는데, 두 지점 모두 일년치의 예측이 가능하게 되며 여수지점에서는 실시간 조위관측이 수행되고 있기 때문에 향후 두 지점의 조위결과값을 이용한 최적의 조위산정방법을 결정하게 된다. 본 모형은 하천에서 발생하는 부정류 수리학적 해석모형에 의해 다양한 수행결과를 제시하게 된다. 각각의 관측수위표지점과 비교한 결과 전체적인 경향에서는 합리적인 결과를 나타냄으로서 모형의 적합성을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통하여 대상구간의 전체하도에 대한 적용절차 및 분석기법 등을 참조하여 다른 수계로의 확장이 가능하게 되었다. 단면변환 및 경계조건 산정방법, 모형의 수행 및 결과 분석 등이 댐방류 또는 지류의 유입을 고려한 합리적인 하천관리를 위한 방향을 제시할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2004년도 학술발표회
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• pp.272-276
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• 2004

이수기와 같이 장기적인 관점에서 저수지운영을 해야 하는 관리자는 해당 기간동안의 이익을 최대화하는 전략을 필요로 한다. 이를 위해서는 미래 유입량의 불확실성을 고려한 최적화 모형에 근거한 운영률을 수립해야 할 것이다. 본 연구에서는 금강수계의 이수기를 대상으로 추계학적 최적화 기법인 표본 추계학적 동적계획법(Sampling Stochastic Dynamic Programming)을 적용하여 최적 연계운영 시스템을 개발하였다. 본 연구를 통해 개발된 모형은 상용프로그램인 CSUDP와의 비교를 통해 검증되었으며 이를 기반으로 과거자료를 이용한 SSDP/Hist모형과 앙상블 유량예측(Ensemble Streamflow Prediction)을 이용한 SSDP/ESP모형을 개발하여 두 모형의 장${\cdot}$단점을 비교 분석하였다. 발전부분은 두 모형이 비슷하였으나 용수공급 측면에서는 SSDP/ESP가 SSDP/Hist 보다 우수함을 알 수 있었다.