• 한국해안·해양공학회논문집
• /
• 제34권6호
• /
• pp.315-324
• /
• 2022

2차원 조파수조 내에서 취득된 규칙파 실험데이터를 머신러닝 기법으로 분석하여 천수 변형을 경험한 파랑으로부터 조파기의 입력파고를 예측하는 모델을 수립하고 그 성능을 검증하였다. 이를 위해 가장 대표적인 머신러닝 기법인 인공신경망(NN)과 비모수 회귀분석 방법 중 하나인 가우시안 과정 회귀(GPR) 모델을 각각 수립하고 두 모델의 예측 성능을 비교하였다. 전체 실험자료를 모두 한꺼번에 활용한 경우와 쇄파 발생 여부에 따라 자료를 구분한 경우에 대해 독립적으로 분석을 수행하였다. 데이터를 구분하지 않은 경우에는 NN 및 GPR 모델 모두 조파기 입력파고 값과 계측값 사이의 오차가 비교적 크게 나타났다. 반면에 데이터를 비쇄파 및 쇄파 조건으로 구분하면 조파기 입력파고의 예측 정확도가 크게 향상되었다. 두 모델 중에서는 NN 모델보다 GPR 모델의 성능이 전반적으로 더 우수한 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
• /
• pp.84-84
• /
• 2023

소하천의 유속계측을 위해 가장 많이 사용되고 있는 표면영상유속계는 표면유속을 계측하는데, 계측된 표면유속을 이용하여 유량을 산정하기 위해서는 수심 평균유속으로 변환할 필요가 있다. 이때 평균-표면유속 환산계수가 주로 사용되는데, 적정 환산계수를 산정하기 위해서는 수심별로 유속을 직접 계측하고 계측된 유속분포를 이용하여 평균-표면유속 환산계수를 산정하는 방법을 사용한다. 그러나 소하천은 홍수시 유속이 매우 빨라 물속에 직접 들어가는 것이 어렵고 장비를 이용하여 간접적인 방법으로 계측을 한다고 하더라도 소류사와 유송잡물 등으로 계측기가 파손되어 직접 계측에는 한계가 있다. 또한 직선구간 확보나 식생 등으로 부자를 이용한 계측도 어려워 계측 결과를 이용하여 환산계수를 산정하는 방법은 한계가 있다. 이런 이유로 대부분은 USGS가 제시한 0.85 ~ 0.95 범위 값 중에서 현장 여건을 고려하여 최적값을 결정·사용하고 있다. 본 연구에서는 홍수시 수심-유속분포를 직접 계측하기 어려운 소하천에서 표면영상유속계를 이용하여 계측한 수심별 표면유속분포를 이용하여 평균-표면유속 환산계수를 산정하는 방법을 개발하였다. 개발한 방법을 정량적으로 평가하기 위하여 건설기술연구원의 안동 하천실험시설에서 표면영상유속계로 수심상승에 따른 횡방향 유속분포를 계측하고 수위가 완전히 상승한 이후의 안정된 흐름 조건에서 플로우트래커를 이용하여 수심별 횡방향 유속분포를 계측하여 두 계측결과를 1:1로 비교하였다. 비교 결과 표면영상유속계로 계측한 수심별 표면유속분포와 플로우트래커로 계측한 수심-유속분포 결과는 유사한 분포를 보이는 것으로 나타나 표면영상유속계로 계측한 수심별 표면유속분포를 이용하여 평균-표면유속 환산계수를 산정하는 것이 가능하다는 결론을 도출하였다. 본 연구에서는 개발한 평균-표면유속 환산계수 산정방법의 적용성을 검토하기 위하여 표면영상유속계가 설치된 5개 시범소하천에서 7년(2016~2022)간 계측한 수심별 표면유속 자료를 수집하고 이 결과를 이용하여 평균-표면유속 환산계수를 산정하였다. 산정결과 대부분 USGS가 제시한 범위내의 값을 보이는 것으로 나타나 향후 본 연구의 개발 방법을 평균-표면유속 환산계수 산정에 활용할 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 개발한 환산계수 산정방법은 향후 보다 많은 수리실험과 현장실험 등으로 정밀검증을 수행한다면 홍수시 수심-유속분포를 직접 계측하기 어려운 소하천에서 간편하면서도 적용성이 큰 신기술 확보가 가능할 것으로 기대된다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
• /
• 제10권3호
• /
• pp.51-63
• /
• 2023

하천내 수목관리는 홍수와 생태 관리의 균형점을 찾는다는 점에서 매우 중요하며 이를 위해서는 수목이 하천 수위에 미치는 영향을 정확하게 평가할 필요가 있다. 본 연구에서 수목에 작용하는 항력을 고려하는 수목조도공식 8개에 대해 검토하여 실무 수리계산의 관점에서 수목 조도계수 공식의 특성과 적용성을 평가하였다. 개별 수목 조도계수 공식의 수심별 조도계수 산정 특성을 비교하고, 수관부 영향, 수목밀도와 직경 영향, 수목 강성계수 영향, 수위 산정 결과 등을 분석하였다. 동일 조건 수심별 조도계수 비교를 통해 Kouwen and Fathi-Moghadam 공식과 Fischenich 공식은 타 공식에 비해 과도한 조도계수를 산정하였다. 수관부, 수목 직경, 수목 밀도 등은 공식에 따라 상이한 경향을 나타내나 과도한 특이점은 없는 것으로 나타났다. 수목 강성계수를 고려하는 Freeman et al. 공식과 Whittaker et al. 공식은 강성계수에 따라 조도계수가 매우 큰 차이를 나타낸다. 8개 공식의 조도계수 산정 결과를 이용하여 국내 중소규모 가상 하천에 적용한 결과 최대 약 0.2 - 0.4 m 정도의 수위 상승효과를 나타내고 있다. 이상의 검토를 통해 유사한 특성을 가지며 입력자료의 불확실성이 낮은 Baptist et al., Huthoff et al., Cheng, Luhar and Nepf 등의 4개 공식이 실무 적용에 적합한 것으로 판단하였다.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제22권9호
• /
• pp.61-68
• /
• 2006

최근 대규모 토목 건설 프로젝트는 용지 매입비용 및 각종 민원으로 인하여, 공유수면을 매립하거나 해안 및 하천지역의 용지를 활용하고 있다. 공유수면을 매립한 지반이나 해안 및 하천 지역의 지반은 충분한 지지력을 발휘하지 못하는 연약지반이 대부분이다. 이러한 연약지반은 주로 점토나 실트와 같은 미세한 입자의 흙이나 간극이 큰 유기질토 또는 이탄, 느슨한 모래 등으로 이루어진 토층으로 구성되어 있으며, 지하수위가 높기 때문에, 제체 및 구조물의 안정과 침하 문제를 발생시킬 수 있다. 본 연구에서는 지오컴포지트의 수리특성을 평가하기 위해 상재하중에 따른 통수성과 전수성 실내시험을 수행하였으며, 지하수위가 높은 지반에 지하구조물을 축조할 경우 발생될 수 있는 지하수 누수 및 양압력을 제거하기 위하여 토목섬유를 적용한 배수시스템을 연구하였다. 지반의 조건상 양압력으로 인한 문제점이 많이 발생되는 매립지의 준설토를 이용하여 실내배수실험을 수행하였다. 실내 배수실험에서는 실험기 하부에 토목섬유 배수층을 설치한 후에 상부에 준설토를 다져 넣고 상부에서 단계별 수압을 가하여 배수량과 간극수압을 측정하여 각각의 수압에 따른 계측값들과 이론적인 값들과 비교하였다. 실내배수실험의 타당성을 분석하기 위하여 흙이나 암석과 같은 다공질 재료의 간극수압 분포나 이동을 해석하기 위한 2차원 유한요소 해석프로그램을 이용하여 수치해석을 수행하여 실내실험의 결과와 비교하였다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제43권3호
• /
• pp.321-335
• /
• 2023

자연하천에서의 유사량 계측은 하천공학적으로 중요한 의미를 가지지만 계측 방법의 비용 문제로 유사량 실측에 어려움이 따른다. 특히 소류사량 계측의 어려움으로 인해 주기적인 유사량 모니터링의 대부분이 부유사 농도 계측에만 제한되어 있는 실정이다. 본 연구에는 자동유량관측소에 설치된 횡방향 도플러 유속계(H-ADCP)의 후방산란값과 부유사 농도의 상관관계를 이용해 실시간으로 부유사 농도를 산정하고 총유사량을 산정하는 서포트벡터회귀 모형을 제안한다. 제안하는 실시간 총유사량 모니터링 시스템은 부유사 농도 모형과 수정 아인슈타인 방법을 모사하는 총유사량 산정 모형으로 구성된다. 각 모형의 매개변수와 입력변수는 K겹 교차검증 기반 격자검색 방법과 재귀적 특징 제거법을 이용해 결정되었다. 교차검증에서 부유사 농도 모형과 총유사량 산정 모형의 R²가 각각 0.885와 0.860으로 유사량-유량 관계곡선에 비해 정확한 것으로 나타났다. 시계열 유사량 관측을 통해 새로 제시되는 실시간 총유사량 관측 시스템이 자연하천에서 발달하는 유사량-유량 이력관계와 미세한 유량 변화에서 나타나는 유사량 변화를 성공적으로 관측할 수 있음을 확인했다. 본 연구에서 제안하는 방법은 마찰경사나 부유사 입도 등의 수리 조건을 가정할 필요 없이 H-ADCP의 원시자료만으로 부유사 농도와 총유사량을 산정할 수 있어 기존 방법에 비해 불확도가 적으며 경제적이다. 본 방법은 H-ADCP가 설치된 유사량 관측소에 광범위하게 적용 가능해 유사량 모니터링의 시간적 해상도를 경제적으로 크게 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제28권4C호
• /
• pp.231-238
• /
• 2008

본 연구에서는 오염용질의 이동특성을 분석하기 위한 측정방법으로서 전기저항센서를 부착한 주상실험기를 개발하였으며 3가지의 포화사질토에 비반응성 추적자를 주입하여 그 적용성을 평가하였다. 측정된 전기저항 값을 바탕으로 전기전도도 파과곡선을 얻었으며, 추정된 농도자료를 이류-확산 방정식에 대입하여 수리분산계수를 산정하였다. 유출수 파과곡선에서 추정된 평균간극유속과 종분산계수를 바탕으로 전기전도도 파과곡선의 신뢰성을 평가해본 결과 전제된 ${\sigma}_{sat}-{\sigma}_w-C$(흙의 전기전도도-간극수의 전기전도도-간극수 내 용질의 농도) 사이의 선형 조건이 성립할 시 측정된 전기저항치는 흙 매질내 간극수 용질의 상대농도를 간접적으로 추정할 수 있는 인자임을 확인하였다. 전기전도도 파과곡선은 실제농도(resident concentration)의 시간적 변화를 나타낼 수 있는 만큼 시간연속적인 전기저항 측정은 많은 시간과 노력이 요구되는 용출수 샘플링과 분석을 효과적으로 대체할 수 있을 것으로 판단되었다. 불확실성을 줄이기 위해 저항측정위치와 주입되는 용액과 포화간극수와의 전기적 차이가 고려되어야함을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
• /
• pp.484-484
• /
• 2022

서식지적합도지수(Habitat Suitability Index, HSI)는 어류의 환경생태유량(Environmental Ecological Flow) 산정과 관련해 국내외에서 PHABSIM (Physical Habitat Simulation System)이나 River2D 모형과 같은 생태수리 모형에 적용되고 있으며, 특히 물리적서식지모의시스템은 흐름특성(유량유속, 수심 등)의 변화에 대한 하도구간 내 대표어종의 물리적 서식지 변화를 예측하여 대상 어종에 대한 가용서식지면적(어류가 살 수 있는 서식지 면적, Weighed Usable Area, WUA)유량 관계를 통해 서식에 필요한 최적 유량을 산정하는 데 목적이 있다. 물리적 서식지적합도지수 산정과 화학적 서식지적합도지수 산정방법은 WDFW (Washington Department of Fish and Wildlife, 2004)방법과 IFASG (Instream Flow and Aquatic Systems Group, 1986)의 방법으로 산정하였다. 섬진강에서 2020년에는 3개지점, 2021년에는 2020년 3개지점과 새로운 3개지점에 대하여 각각 4, 5, 6, 9, 10 및 11월에 어류 조사 및 물리적 조건 등에 대하여 현장 모니터링을 실시하였다. 2차년도 동안 모니터링 결과 섬진강에서는 줄납자루, 섬진자가사리, 참중고기, 참몰개, 잉어, 붕어, 칼납자루, 큰납지리, 누치, 모래무지, 피라미, 치리, 블루길, 배스 14종에 대하여 물리적 및 화학적 HSI를 산정하였다. 주요종의 WDFW 방법에 따른 큰줄납자루는 수심 0.3~0.6 m, 유속 0.1~0.4 m/s, 섬진자가사리는 수심 0.2~0.5 m, 유속 0.3~0.7 m/s, 참중고기는 수심 0.4~0.8 m, 유속 0.1~0.6 m/s, 피라미는 수심 0.3~0.7 m, 유속 0.1~0.5 m/s로 산정되었다. IFASG 방법으로 큰줄납자루는 섬진강에서는 수심 0.64 m에서 최대의 출현도를 보였으며, HSI는 0.46~0.83 m, 유속은 0.59 m/s에서 최대의 출현도를 보였고, HSI는 0.38~0.83 m/s, 하상기질의 선호도는 평균입경(𝚽m) -1.14(grevel)에서 최대의 출현도를 보였으며, HSI -3.35~0.65(grevel~sand)로 산정되었다. 화학적 HSI 산정결과 큰줄납자루는 BOD는 1.0 mg/L에서 최대 출현도를 보였고, HSI는 0.7~1.2 mg/L, T-N은 0.925 mg/L에서 최대 출현도를 보이며 HSI는 0.604~1.277 mg/L, T-P는 0.028 mg/L에서 최대 출현도를 보이며 HSI는 0.021~0.034 mg/L, SS는 3.6 mg/L에서 최대 출현도를 보이며, HSI는 2.1~5.2 mg/L의 범위로 산정되었다. 산정된 범위는 환경부 생활환경기준 BOD 매우좋음(Ia)~좋음(Ib), T-P 매우좋음(Ia)~좋음(Ib) 등급으로 각각 확인되었다. 본 과제는 3차년(2022년)이 아직 남아 있어 HSI에 대하여 약간 보정이 있을 것이며, 최종 HSI가 산정이 되면 향후 환경적 기능을 고려한 중장기 정부 정책의 활용성 높은 기초자료가 될 것이다.

• 한국해양학회지:바다
• /
• 제28권4호
• /
• pp.158-177
• /
• 2023

하구역은 강과 하천을 통해 육상과 해양을 연결하는 전이수역으로 해양으로 공급되는 많은 물질들은 연안환경의 일차 생산성을 결정하는 중요한 역할을 담당하며, 이러한 연안생태계는 생물량에 의해 제거되는 탄소인 블루카본의 탄소 저장소로서 기후변화를 완화시키는 역할을 한다. 우리나라의 서-남해 하구역(한강, 금강, 영산강, 섬진강, 낙동강)과 동해 용승해역에서 지난 6년간 표층퇴적물의 평균입도와 유기탄소 함량의 변화와 두 인자들 사이의 상관관계를 분석하였다. 조사기간(2015-2020년) 동안 서-남해 하구역과 동해 용승해역 표층퇴적물의 평균입도와 유기탄소 함량은 계절적 변화가 관찰되지 않았으며, 전반적으로 각 해역의 다양한 해양환경 및 수리역학적 조건에 의해 두 인자들이 조절되는 것으로 해석된다. 조사된 모든 시료채취의 동시성이 없는 문제점에도 불구하고 연구지역에서 분석된 모든 퇴적물 평균입도들의 평균값과 유기탄소 함량의 평균값은 양의 상관관계를 보이며 각 하구역과 동해 용승해역을 구분한다. 동일한 양의 상관관계를 보이는 각 하구역에서는 아마도 같은 과정에 의한 퇴적물 점토입자의 퇴적이 유기탄소 축적에 중요한 역할을 담당한다. 그러나 동해 용승해역은 하구역과 다르게 추가적인 유기탄소 축적의 요인이 나타난다. 국내 주요 하구역들이 연안환경에서 중요한 탄소저장소로서 평가되기 위해서는 탄소 저장량 계산을 위한 추가적인 자료(퇴적률, 전밀도 등)가 요구된다.

• 환경영향평가
• /
• 제32권6호
• /
• pp.473-487
• /
• 2023

1970~1980년대 준공된 우리나라의 다목적댐 저수지에는 발전방류를 위한 고정식 취수구가 심층에 설치되어 있어 일부 댐 하류에서는 냉수 방류에 의한 농작물 냉해, 안개 일수 증가 등의 문제점이 제기된 바 있다. 본 연구에서는 고정식 취수구를 통해 심층 취수가 이루어지고 있는 합천호를 대상으로 취수 수심이 저수지의 수온 성층 구조와 방류 수온에 미치는 영향을 분석하였다. 3차원 수리수질모형인 AEM3D를 이용하여 합천호의 연직 수온 분포를 재현하고 계절별 수온성층 구조를 분석하였으며, 수문 조건에 따른 수온성층 변화를 비교 분석하기 위하여 풍수해와 갈수해를 대상으로 모델링 하였다. 또한 취수심 변경 시나리오를 적용함으로써 취수 수심이 수온성층 구조에 미치는 영향을 분석하였다. 모의 결과 심층 취수를 표층 취수로 변경할 경우 수온약층의 형성 위치가 풍수해 6.5 m, 갈수해 6.8 m 감소하여 더 얕은 수심에 형성될 것으로 분석되었다. 또한 수체 안정도 지수인 Schmidt Stability Index (SSI)와 Buoyancy frequency (N²)가 증가하여 수온성층 강도가 증가하는 것으로 나타났다. 표층 취수시 연평균 방류수온이 풍수해 3.5℃, 갈수해 5.0℃ 증가하여 하류하천의 영향은 감소하나, 호내의 저수온층 수체적과 수온성층 강도가 증가하므로 추후 수질관리를 위해 취수심을 댐 운영의 주요인자로 고려해야 할 것으로 판단된다.

• 정보처리학회 논문지
• /
• 제13권4호
• /
• pp.199-207
• /
• 2024

지역 저수지들은 농업용수 공급의 중요한 수원공으로 가뭄과 같은 극단적 기후 조건을 대비하여 안정적인 저수율 관리가 필수적이다. 저수율 예측은 국지적 강우와 같은 지역적 기후 특성뿐만 아니라 작부시기를 포함하는 계절적 요인 등에 크게 영향을 받기 때문에 적절한 예측 모델을 선정하는 것만큼 입/출력 데이터 간 상관관계 파악이 무엇보다 중요하다. 이에 본 연구에서는 1991년부터 2022년까지의 전라북도 400여 개 저수지의 광범위한 다변량 데이터를 활용하여 각 저수지의 복잡한 수문학·기후학적 환경요인을 포괄적으로 반영한 저수율 예측 모델을 학습 및 검증하고, 각 입력 특성이 저수율 예측 성능에 미치는 영향력을 분석하고자 한다. 신경망 구조에 따른 저수율 예측 성능 개선이 아닌 다변량의 입력 데이터와 예측 성능 간의 상관관계에 초점을 맞추기 위하여 실험에 사용된 예측 모델로 합성곱신경망 또는 순환신경망과 같은 복잡한 형태가 아닌 완전연결계층, 배치정규화, 드롭아웃, 활성화 함수 등의 조합으로 구성된 기본적인 순방향 신경망을 채택하였다. 추가적으로 대부분의 기존 연구에서는 하루 단위의 단기 예측 성능만을 제시하고 있으며 이러한 단기 예측 방식은 10일, 한 달 단위 등 중장기적 예측이 필요한 실무환경에 적합하지 않기 때문에, 본 연구에서는 하루 단위 예측값을 다음 입력으로 사용하는 재귀적 방식을 통해 최대 한 달 뒤 저수율 예측 성능을 측정하였다. 실험을 통해 예측 기간에 따른 성능 변화 양상을 파악하였으며, Ablation study를 바탕으로 예측 모델의 각 입력 특성이 전체 성능에 끼치는 영향을 분석하였다.