• 한국방재학회 논문집
• /
• 제11권2호
• /
• pp.127-136
• /
• 2011

본 연구에서는 연최대치 호우사상을 결정하기 위해 총강우량과 강우강도를 함께 고려하여 계산한 재현기간을 기준으로 판단하는 방안을 제안하였다. 이러한 방법론은 서울 지점의 1961년 이후 관측된 자료를 대상으로 수행되었으며, 그 결과를 정리하면 다음과 같다. 먼저, 연최대 호우사상의 결정을 위해 이변량 지수분포를 적용하였다. 이변량 지수분포의 적용을 위한 모수추정은 전기간에 대해 수행하는 것보다는 연도별로 추정하는 것이 보다 합리적인 것으로 판단하였다. 선정된 호우사상들의 특성을 살펴보면, 먼저, 강수량이 많은 다우해에는 총강수량이 제일 많은 호우사상이 연최대 호우사상으로 선정되는 경향을 보인다. 강수량이 적은 과우해에는 상대적으로 강우강도가 큰 호우사상이 선정되는 경향이 있다. 이 두 특성은 각각 토양이 습윤한 경우와 건조한 경우 유출의 규모가 큰 호우사상을 선정할 가능성을 크게 해 주는 것이므로, 수문학적 최대호우의 개념도 어느 정도 만족시킨다고 할 수 있다. 선정된 연최대 호우사상의 평균적인 형태는, 강우지속기간이 1시간인 경우에는 강우강도 32.7 mm/hr(총강우량 32.7 mm), 지속기간 24시간인 경우에는 강우강도 9.7 mm/hr(총강우량 231.6 mm), 그리고 지속기간 48시간인 경우에는 강우강도 7.4 mm/hr(총강우량 355.0 mm) 등이다.

• 한국습지학회지
• /
• 제23권2호
• /
• pp.189-200
• /
• 2021

인공습지는 농업용 저수지의 수질개선을 위하여 많은 곳에 적용되고 있다. 인공습지는 수심분포, 유입량 및 유출량, 물흐름 분포, 체류시간, 수질 처리효율, 종횡비, 개방수역/폐쇄수역 구성비 등이 중요한 설계인자이다. 특히, 인공습지 높은 효율 증대를 위해서는 취입보 형식, 유입보, 인입수로 길이, 셀(Cell) 형태, 셀 연결 형태 등의 설계는 매우 중요하다. 본 연구는 농업용 저수지에 조성되어 운영중인 23개 인공습지의 현장조사를 통하여 설계시 고려하여야 할 인자 및 효율적 운영방안을 제시하고자 수행되었다. 인공습지 중에서 비정상적 운영이 나타나는 습지는 수위센서 미작동, 취입보 내부의 유사퇴적 및 기계식 수문틀의 협잡물 문제가 중요한 원인으로 나타났다. 또한, 인입수로의 길이가 길어질수록 취입보 하류부와 상류부의 생태적 단절구간이 늘어나는 것도 문제점으로 분석되었다. 습지 대부분은 2~5개의 셀로 조성되었으며 셀의 크기가 지나치게 클 경우 수리학적 효율이 떨어지고 관리가 어려운 것으로 평가되었다. 작은 규모의 습지에 많은 셀이 존재하는 경우 큰 수두손실로 인하여 적절한 유수흐름이 나타나지 않는 것으로 평가되었다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제21권12호
• /
• pp.60-66
• /
• 2020

우리나라에서는 매년 집중호우로 인하여 다양한 산사태 피해가 발생하고 있다. 특히 2011년 집중호우는 우면산 전체에 걸쳐 여러 지점에서 산사태를 야기하였고, 이로 인하여 인명 및 재산 등에 많은 피해가 발생하였다. 우면산 산사태는 특히 도심지에서 발생하였기 때문에 사회적으로 큰 이슈가 되었고, 국민적 관심을 받음에 따라 다각적인 조사와 피해복구를 위한 대책들이 빠르게 시행되었다. 폭우로 인한 산사태는 발생 당일 강우량에 큰 영향을 받으며, 상부에서 발생한 산사태가 유로를 침식하면서 그 규모가 커지게 되어 하부에 많은 피해를 야기한다. 본 연구에서는 우면산의 피해 지역 중 전원마을을 대상지역으로 선정하여, 항공 LiDAR로부터 취득한 DSM 자료를 이용하여 산사태 발생 전후 지형의 종단면 변화를 분석하였다. 이 지역은 크게 3개의 수문학적 유역으로 나눌 수 있으며, 발생부와 유하부의 평균경사를 비롯해 토사 흐름으로 인한 침식과 퇴적에 대한 분석을 수행하였다. 분석 결과 전원마을에서 발생한 토사의 총 유출량은 15,300㎥으로 추정되었다. GIS를 기반으로 한 이러한 현장 데이터는 향후 비슷한 조건의 재해 발생시 그 피해를 예측하는데 기초 정보로 활용될 수 있으며, 다양한 토석류 시뮬레이션 결과를 비교분석하는데 도움이 될 수 있다.

• 한국해양학회지:바다
• /
• 제27권1호
• /
• pp.17-32
• /
• 2022

2020년 8월 한국 남부해역 해양 조사를 통해 수집된 수온, 염분, 용존무기탄소(DIC), 총알칼리도(TA) 자료를 사용해서 표층수의 완충역량을 정량화하였다. 기존의 Revelle 인자의 문제점을 보완한 여섯 가지 완충 인자의 지리적 분포와 변동성을 분석하고, 수문학적 요인인 수온, 염분과의 관계를 논의하였다. 모든 완충인자들은 수괴에 따른 공간적 분포를 보였다: 완충역량은 용승이 발생했던 동해표층혼합수(ESMW)와 남해표층혼합수(SSMW)에서 낮았으며, 황해표층수(YSSW)에서는 중간값을 보였다. 또한 고온인 대마난류수(TWC)와 장강희석수(CDW) 순으로 크게 나타났다. 이는 하계의 장강유출수가 연구해역의 완충역량을 강화하는 것을 의미하며, 높은 수온과 생물학적 생산력, 하계의 성층화에 의한 혼합 약화가 원인으로 판단된다. 수온-완충역량은 수괴와 상관없이 유의한 양의 상관관계(R²=0.79)를 보였으나 염분-완충역량은 약한 음의 상관관계(R²=0.30)를 보였다. 높은 수온은 열역학적 과정인 기체 교환과 탄산계 화학종 분배를 통해 완충역량을 강화한다. 염분의 경우는 연구해역의 표층 염분이 증발이나 강수가 아닌 국지적인 담수의 유입과 용승수와의 혼합에 의해 변하므로 염분과 완충역량의 관계가 역전된다.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제55권8호
• /
• pp.565-575
• /
• 2022

최근의 수자원공학 분야는 4차산업혁명과 더불어 비약적으로 발전된 딥러닝 기술을 활용한 시계열 수위 및 유량의 예측에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한 시계열 자료의 예측이 가능한 LSTM 모형과 GRU 모형을 활용하여 수위 및 유량 예측을 수행하고 있지만 시간 변동성이 매우 큰 하천에서의 유량 예측 정확도는 수위 예측 정확도에 비해 낮게 예측되는 경향이 있다. 본 연구에서는 유량변동이 크고 하구에서의 조석의 영향이 거의 없는 한강의 팔당대교 관측소를 선택하였다. 또한, LSTM 모형과 GRU 모형의 입력 및 예측 자료로 활용될 유량변동이 큰 시계열 자료를 선택하였고 총 자료의 길이는 비교적 짧은 2년 7개월의 수위 자료 및 유량 자료를 수집하였다. 시간변동성이 큰 시계열 수위를 2개의 모형에서 학습할 경우, 2개의 모형 모두에서 예측되는 수위 결과는 관측 수위와 비교하여 적정한 정확도가 확보되었으나 변동성이 큰 유량 자료를 2개의 모형에서 직접 학습시킬 경우, 예측되는 유량 자료의 정확도는 악화되었다. 따라서, 본 연구에서는 급변하는 유량을 정확히 예측하기 위하여 2개 모형으로 예측된 수위 자료를 수위-유량관계곡선의 입력자료로 활용하여 유량의 예측 정확도를 크게 향상시킬 수 있었다. 마지막으로 본 연구성과는 수문자료의 별도 가공없이 관측 길이가 상대적으로 충분히 길지 않고 유출량이 급변하는 도시하천에서의 홍수예경보 자료로 충분히 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
• /
• pp.301-301
• /
• 2021

영산강 유역은 상류 급경사 지역에 있는 유역 내 댐들의 홍수조절용량과 평야지역에 있는 하굿둑의 홍수배제능력이 부족하여 나주시 등 하류부에 홍수피해가 빈번하였다. 영산강에서 4대강 사업의 주요내용은 하도내 퇴적토준설과 홍수조절지 건설, 농업용저수지 증고를 통한 홍수방어능력 증대, 다기능 보설치를 통한 용수확보, 하구지역 홍수배제능력 증대 등이었다. 동 사업에서 본류 하천의 홍수위 저감과 내수배제 개선을 위해 담양댐 하류부터 영암천 합류점까지 하도를 준설하고, 담양과 화순홍수조절지, 나주 강변저류지, 승촌보와 죽산보를 건설하고, 하굿둑 배수능력 증대와 농업용 댐 및 저수지들을 증고를 수행하였다. 4대강 사업이 준공된 2012년 이후로 2014년부터 5년간 가뭄이 지속되었고 큰 홍수가 없다가 2020년 8월에 장기간의 집중호우로 영산강 중상류인 광주시와 영산강 하류지역에서 큰 수해가 발생하였다. 따라서 시설물 운영 실적에 근거한 홍수저감 효과의 기술적 검토를 수행하였다. 사업전·후 수문관측자료와 하천시설 운영 실적에 근거한 홍수저감 효과를 분석하기 위해 사업전·후 유사 규모의 강우 발생 시 수위표 지점별로 계측된 첨두 수위 및 유량자료를 비교하여 홍수저감 효과를 분석하였다. 사업전·후 유사 규모 강우를 선정하기 위해 발생된 강우 사상 중 호우특보 발령 기준이상의 강우 사상에 대하여 총 강우량 및 강우의 지속시간, 시간 분포를 비교하여 유사 규모의 호우를 선정하였다. 사업전·후 유사 규모의 호우 사상 발생 시 계측된 홍수위와 홍수량 비교 결과 영산강 중·상류부와 중·하류부 수위표 지점(극락교,승용교,나주대교)에서 사업 시행 후 사업 전보다 첨두 수위가 1.36~2.81m 감소한 것으로 검토되었다. 이는 여러 가지 사업들의 복합적인 결과로 영산강유역의 홍수관리여건이 개선된 것으로 판단된다. 한편 2020년 8월7일~8일 발생한 호우에 의해 영산강 본류의 중·상류부와 중·하류부의 주요 수위표 지점에서는 200년빈도 계획홍수위를 초과한 홍수가 발생하였다. 상시개방과 철거로 처리방안이 결정된 승촌보와 죽산보의 여건을 반영하여 2개보 유무에 따른 홍수위 검토를 실시하였다. 홍수위 비교 결과보가 없을 경우 영산강 중·상류부(극락교,승용교)와 중·하류부(나주대교,영산교) 수위표 지점에서 홍수위가 0.01~0.07m 감소되는 것으로 검토되어 홍수시 보의 영향은 비교적 작은 것으로 나타났다. 홍수시 상류댐과 저수지, 홍수조절지, 하굿둑, 하천의 연계운영에 대해서는 추가연구가 필요하다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
• /
• pp.88-88
• /
• 2021

최근 수자원과 수질관리 분야에 자료기반 머신러닝 모델과 딥러닝 모델의 활용이 급증하고 있다. 그러나 딥러닝 모델은 Blackbox 모델의 특성상 고전적인 질량, 운동량, 에너지 보존법칙을 고려하지 않고, 데이터에 내재된 패턴과 관계를 해석하기 때문에 물리적 법칙을 만족하지 않는 예측결과를 가져올 수 있다. 또한, 딥러닝 모델의 예측 성능은 학습데이터의 양과 변수 선정에 크게 영향을 받는 모델이기 때문에 양질의 데이터가 제공되지 않으면 모델의 bias와 variation이 클 수 있으며 정확도 높은 예측이 어렵다. 최근 이러한 자료기반 모델링 방법의 단점을 보완하기 위해 프로세스 기반 수치모델과 딥러닝 모델을 결합하여 두 모델링 방법의 장점을 활용하는 연구가 활발히 진행되고 있다(Read et al., 2019). Process-Guided Deep Learning (PGDL) 방법은 물리적 법칙을 반영하여 딥러닝 모델을 훈련시킴으로써 순수한 딥러닝 모델의 물리적 법칙 결여성 문제를 해결할 수 있는 대안으로 활용되고 있다. PGDL 모델은 딥러닝 모델에 물리적인 법칙을 해석할 수 있는 추가변수를 도입하며, 딥러닝 모델의 매개변수 최적화 과정에서 Cost 함수에 물리적 법칙을 위반하는 경우 Penalty를 추가하는 알고리즘을 도입하여 물리적 보존법칙을 만족하도록 모델을 훈련시킨다. 본 연구의 목적은 대청호의 수심별 수온을 예측하기 위해 역학적 모델과 딥러닝 모델을 융합한 PGDL 모델을 개발하고 적용성을 평가하는데 있다. 역학적 모델은 2차원 횡방향 평균 수리·수질 모델인 CE-QUAL-W2을 사용하였으며, 대청호를 대상으로 2017년부터 2018년까지 총 2년간 수온과 에너지 수지를 모의하였다. 기상(기온, 이슬점온도, 풍향, 풍속, 운량), 수문(저수위, 유입·유출 유량), 수온자료를 수집하여 CE-QUAL-W2 모델을 구축하고 보정하였으며, 모델은 저수위 변화, 수온의 수심별 시계열 변동 특성을 적절하게 재현하였다. 또한, 동일기간 대청호 수심별 수온 예측을 위한 순환 신경망 모델인 LSTM(Long Short-Term Memory)을 개발하였으며, 종속변수는 수온계 체인을 통해 수집한 수심별 고빈도 수온 자료를 사용하고 독립 변수는 기온, 풍속, 상대습도, 강수량, 단파복사에너지, 장파복사에너지를 사용하였다. LSTM 모델의 매개변수 최적화는 지도학습을 통해 예측값과 실측값의 RMSE가 최소화 되로록 훈련하였다. PGDL 모델은 동일 기간 LSTM 모델과 동일 입력 자료를 사용하여 구축하였으며, 역학적 모델에서 얻은 에너지 수지를 만족하지 않는 경우 Cost Function에 Penalty를 추가하여 물리적 보존법칙을 만족하도록 훈련하고 수심별 수온 예측결과를 비교·분석하였다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제30권2B호
• /
• pp.107-120
• /
• 2010

본 연구에서는 기후변화를 평가하기 위해 장기수문유출모형인 SLURP 모형이 선택되었으며, 모형의 적용성을 평가하기 위하여, 고도, 기상, 토지이용, 토양, 식생과 같은 기본 입력 자료를 구축하였고 공도 수위관측소 상류유역을 대상으로 유역 내에 포함되어 있는 농업용 저수지인 고삼과 금광저수지를 고려하기 위하여 저수위, 저수량, 내용적 곡선 자료를 수집하였다. 한편, 미래 기후변화를 분석하기 위해 미래 기상, 토지이용, 식생자료를 구축하였다. 미래 기상자료는 IPCC에서 제시하고 있는 SRES 특별보고서에 의한 GCMs 중 CCCma CGCM2 A2, B2 시나리오 결과자료를 수집한 후, 편이보정(bias correction) 및 CF(Change Factor) 다운스케일 기법을 적용하여 각 기상관측소별 기상자료를 재구축하였으며, 미래 토지이용자료는 과거 토지이용자료를 이용하여 개선된 CA-Markov기법에 의해 전망하였다. 또한 미래 식생자료는 NOAA/AVHRR을 이용하여 구축한 과거의 월 NDVI와 평균온도와의 선형 회귀식을 이용하여 기후변화 시나리오별 월 NDVI를 구축하였다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제30권5B호
• /
• pp.479-486
• /
• 2010

신뢰성 있는 수문자료의 획득은 효율적인 물 관리를 위한 가장 기본적인 조건인 동시에 가장 필수적인 조건이다. 특히 최근 이상기후의 영향으로 빈번하게 발생하고 있는 도시홍수에 대응하기 위한 경보체계 등을 구축하는데 있어 사용자가 관측하고자 하는 임의 지점에서 유황자료의 획득은 매우 중요하다. 지속적인 하천정비 사업을 통해 외수범람에 의한 홍수 발생빈도는 점차 낮아지고 있지만, 하수관거의 노후화, 관리 소홀 등의 원인으로 내수배제가 원활하지 못해서 발생하는 내수침수로 인한 도시홍수는 지속적으로 발생하고 있다. 이러한 도시홍수 저감을 위해서는 도시배수시스템에 대한 지속적인 관리와 현황파악이 필수적이다. 본 연구에서는 CDMA(Code Division Multiple Access) 무선통신기술과 Bluetooth 근거리 무선통신기술을 사용하여 전문적인 지식이 없는 사용자라도 누구나 언제, 어디서든 도시배수시스템의 임의의 지점에서 유황을 파악하고, 배수관망에서는 유황 관측과 동시에 유출 경로 추적이 가능한 도시배수관망 유속측정 시스템의 개발을 목표로 하였다. 도시배수관망 유속측정 시스템은 세 단계로 구성되어 운영된다. 첫 번째 단계에서 ubiquitous floater를 사용하여 획득한 유황 정보를 서버로 전송하면, 두 번째 단계에서 서버 컴퓨터를 통해 도시 배수시스템의 현황을 판단하고, 마지막 단계에서 정보를 GUI(Graphic User Interface)를 통해 사용자에게 제공하게 된다. 개발된 도시배수관망 유속측정 시스템을 경기도 수원의 원천천에 위치한 배수관망에 적용하여 현장 실험한 결과, 도시 배수관리를 위해 필요한 정보들을 실시간으로 획득하고 관리할 수 있었다.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제56권8호
• /
• pp.509-520
• /
• 2023

가뭄은 강수량, 토양수분 그리고 유출량 등 여러 가지 요인으로부터 영향을 받으며, 가뭄의 상황 판단을 위하여 다양한 가뭄지수가 널리 활용되고 있다. 가뭄지수의 산정에 활용되는 수문기상학적 자료와 가뭄지수 산정공식에 따라서 지수값은 달라지며, 가뭄 상황에 대한 판단에도 차이가 발생 할 수 있다. 본 연구에서는 국내외에서 널리 활용되는 표준강수지수(SPI)의 산정과정에서 결정해야 하는 강수량의 자료길이, 누적기간, 확률분포 모형, 매개변수 추정기법 등을 불확실성 영향 요인으로 가정하고, 각각의 조합에 대한 불확실성을 평균제곱근오차와 선형혼합모형(LMM)을 활용하여 평가하였다. 평균제곱오차는 SPI 산정과정에 발생되는 전반적인 오차를 추정하며, LMM은 영향 요인들의 상대적인 불확설성을 평가하는데 활용되었다. 그 결과, SPI 산정에 활용된 자료의 기간과 누적기간이 길어질수록 평균제곱오차가 감소하였다. LMM을 통하여 불확실성 영향요인들의 기여도를 비교한 결과, SPI의 불확실성에는 자료기간의 영향이 가장 크게 나타났다. 또한, 자료기간이 증가하면, 자료기간에 의한 불확실성은 감소하고 누적기간과 매개변수 추정기법에 의한 불확실성이 상대적으로 증가하였다. 본 연구 결과, SPI 산정과정에서 발생되는 불확실성을 줄이기 위해서는 장기간의 자료 확보가 우선이며, 자료의 특성을 적절히 반영하는 확률분포모형과 매개변수 추정기법이 적용되어야 한다.