• 한국농업기계학회:학술대회논문집
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• 한국농업기계학회 2017년도 춘계공동학술대회
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• pp.148-148
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• 2017

방역 차량의 약액탱크, 차량의 연료, 워셔액 등의 탱크 내부에는 잔존량을 측정하기 위해 기둥과 floating box로 이루어진 부력식 수위레벨센서가 사용되고 있으나 액체레벨에 따라 float이 상하로 움직이는 측정원리상 차량 주행 중 정확성이 매우 떨어진다(Park et al. 2016). 방역차량이 주행 중 분사할 때, 슬로싱 현상과 방역소독기의 노즐과 펌프에서 발생하는 진동으로 인해 기존의 부력식 센서를 이용한 약제 살포량 측정방법은 정확성이 매우 떨어지는 경향이 있다. 본 연구의 목적은 방역차량이 주행하면서 분사할 때, 수위레벨 센서를 이용한 약제살포량 측정의 정확성을 개선하는 것으로 디지털 칼만필터, Low pass filter와 댐퍼를 제작하여 이용했다. 본 연구에서는 압력식 레벨센서를 이용해 약액탱크의 높이당 단면적과 수위를 측정하여 약제살포량을 계산했다. Python 2.7을 이용해 디지털 칼만필터와 Low pass filter(LPF)를 구현하였으며 3D프린터를 이용해 댐퍼를 제작했다. 실내에서 슬로싱 현상을 인공적으로 만들어 필터와 댐퍼의 수위 측정 정확성 개선효과를 확인 후 실제 방역차량에 부착하여 비포장도로에서 주행하면서 분사할 때 필터와 댐퍼의 효과를 확인하였다. 댐퍼의 공극률(p)을 바꿔가며 수위 측정 정확성 개선효과를 확인하였다. 실내, 현장 실험 결과, 칼만필터가 LPF보다 개선효과가 더 크지만 데이터 50개 처리에 1.71초의 시간지연이 발생했다. 댐퍼는 수위센서를 고정시키고 유체의 운동을 방해하여 이상치와 큰 오차제거에 효과적이었다. 칼만필터와 댐퍼를 동시에 이용할 경우, 수위 측정정확성 $R^2$는 0.9985, 0.9981로 ${\pm}4.3cm$의 범위내에서 수위를 측정할 수 있었다. 필터의 시간지연과 수위 측정정확성을 고려하여 데이터 기록간격을 3초로 설정하면 ${\pm}3cm$이내에서 약탱크 내 수위를 측정할 수 있었다. 공극률(p)가 0.294, 0.291, 0.17에서 측정정확성 $R^2$는 각각 0.9897, 0.9858, 0.9872 로 p가 0.294에서 개선효과가 가장 좋았으나 개선효과의 차이는 크지 않았다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권8호
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• pp.565-575
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• 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
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.2048-2052
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• 2009

최근 우리나라는 선진 외국과 같이 하천자연환경 보전에 대한 관심이 증가하고 있다. 이에 따라 하천은 단순한 치수 및 이수 뿐만 아니라 다양한 자연 그대로의 환경적 잠재기능을 복원하는 방향으로 전환되고 있다. 하천복원은 하도내 식생, 여울과 소, 기타 국부적인 자연 서식처를 제공하기 때문에 하천단면 축소, 하천식생에 의한 흐름과 조도 변화 및 하상의 변동으로 인하여 홍수해가 발생할 것이라는 역기능도 발생시킨다. 본 연구에서는 수위-유량자료가 부족한 하천 유역을 대상으로 생태공학적 접근을 고려한 식생 설치를 상정하여 하천의 식생복원에 따른 홍수위 안정성 검토를 실시하였다. 이를 위해, HEC-RAS를 이용하여 수리학적 요소들을 산출하고, 도출된 값들을 연직 2차원 수리해석에 입력하는 방법을 사용하여 대상구간의 식생 전 후 홍수위를 산정하였다. 그 결과, 식생전 후의 수위차는 $0.00^{\sim}1.25m$로 계산되어 식생으로 인해 최고 1.25m의 수위 상승 효과가 발생하였다. 가용할 자료가 부족한 하천의 식생복원에 따른 수리안정성 검토시 위 두 방법을 연계 이용한다면 하천복원 전후의 수리특성 변화를 정확히 파악할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1298-1306
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• 2010

그 동안 우리나라 수자원 관리의 주요 목적은 치수관리에 치중되어 있었으며, 이로 인하여 하상계수가 낮아지고 유황도 개선되어 도시 지역에서의 홍수발생은 거의 일어나지 않고 있다. 그러나 최근들어 급격한 산업화와 도시의 발달로 인하여 용수수요가 급증하여, 지속적이고 안정적인 용수공급이 한계를 나타내고 있으며, 또한 수질 악화 등과 같이 환경 문제 역시 발생하고 있다. 따라서, 수자원의 관리를 위하여 갈수기의 유출 특성을 파악하는 것은 매우 중요한 요소가 되었고, 이와 같은 문제들을 해결하기 위하여 갈수량의 조사는 필수적이다. 본 연구의 목적은 갈수량의 유출 특성을 파악하기 위해 2008년 금강 수계 수위관측소 지점에 대하여 유량측정을 수행하고, 측정된 성과를 기존 수위-유량관계곡선식에 적용하여 시계열 유량 자료를 획득하는데 문제가 없는지를 검토하였으며, 하천 지형 특성의 변화 및 수위 시계열의 변화 등을 파악하여 안정적인 갈수량 자료를 생산하는데 문제가 없는지 검토하였다. 금강 본류 및 1, 2차 하천의 41개 지점에 대하여 갈수량을 조사한 결과 안정적인 유량자료를 생산하는 지점은 9개소로 전체 중에 약 22%를 차지하고 있으며, 기존 수위-유량관계곡선식과 실측값 간에 오차가 발생하는 지점은 14개소로 전체 34%를 차지하고 있다. 또한 저수위 곡선식이 개발되지 않아 유량자료를 생산하지 못하는 지점이 18개소로 전체 약 44%를 차지하고 있는 것을 알 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.359-359
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• 2019

2011년 4대강 다기능보 설치에 따라 배수영향을 받는 구간은 기존의 측정방법으로는 유량측정이 어려워 보 구간별로 자동유량측정시설을 설치하여 실시간으로 유량을 생산하고 있다. 하지만 현재 수질개선 및 하천 자연화를 위해 보 운영수위를 저하시켰다. 이에 수위 저하에 따른 측정영역 한계로 정상적인 운영에 어려움이 발생하고 있다. 본 연구에서는 낙동강 합천창녕보 영향 구간 내 합천군(율지교), 합천군(적포교) 지점을 대상으로 상하류 유량관계를 활용하여 결측 및 오측자료를 보완하고자 한다. 대상지점은 2018년 수문개방에 따른 수위저하로 인한 결측과 부유물에 걸림에 의한 유속자료 오측으로 자료의 보완이 필요하였다. 이로 인해 자료 보완을 위하여 각 지점의 환산유량을 이용하여 경향성 검토를 하였으며, 상하류 환산유량과 검보정 측정성과와의 관계를 활용한 관계식을 개발하여 유량을 산정하였다. 산정된 유량과 검보정 측정결과 상관도(R2)는 0.95 이상으로 나타나 매우 합리적으로 판단되나 수문조작 시에 일부 편차는 보인다는 결과를 나타냈다. 단기적인 자료보완은 품질관리를 통해 다양한 방법으로 가능하지만 상하류 유량관계를 활용한 방법이 장기적인 자료를 보완하는 방법으로 적절하다고 판단된다. 향후 보완방법을 다른 보 구간의 지점에도 적용하여 보 수위저하에 따른 시설물 개선공사가 진행되는 동안 실시간 유량자료의 제공으로 연속적인 유량자료 생산이 가능하도록 하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.78-78
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• 2018

자동수문이란 설정된 관리수위 이하에서는 수문이 개방되지 않고, 유량이 증가하여 관리수위 이상이 되면 수문이 개방되어 관리수위까지 방류하게 되면 다시 수문이 닫히게 되어 자동으로 관리수위를 유지한다는 것을 의미한다. 이러한 연직 자동수문의 방류특성이 수동식 연직수문과 다른 점은 유량에 따라서 수문 개방고의 증감과 수문개폐가 자동으로 이루어진다는 것이다. 따라서 자동수문의 운영 중 수문개방고의 거동과 자동개폐 시점을 예측하는 것은 정밀한 수문설계를 위해 매우 중요하다. 수문 개방 시 흐름이 정지되어있다고 가정하면, 정수압 상태의 부력이론에 의한 부력수문의 개방고는 어렵지 않게 계산할 수 있다. 그러나, 흐름이 정지되어 있다가 수문의 하단으로 방류가 시작되면 수문 선단을 포함한 주변에 압력 차이로 인해 동수압 하중이 발생하게 되어 수문에 진동을 유발하고, 수문개방을 억제하는 힘이 발생하여 수문 운영에 큰 영향을 미친다. 본 연구에서는 부력식 수문의 모형실험을 통하여 정수압 상태의 부력이론에 의한 수문 개방율과 측정에 의한 수문 개방율을 비교하였으며, 압력계수를 이용하여 이론과 측정 수문 개방고의 차이는 동적하중에 의한 효과임을 확인하였다. 모형실험에서 측정된 자료와 수치모형 ANSYS - Fluent의 사용성을 검증하였고, 부력식 수문의 형상에 따른 동적하중을 분석하였다. 수문 형상비는 0.24~1.09로 설정하였고, 분석결과 부력식 수문은 수문 개방율이 커짐에 따라 압력계수는 감소하는 경향을 보였으며, 동적하중은 증가하는 경향을 보였다. 또한, 부력식 수문의 형상비에 따라서는 형상비가 증가함에 따라 동적하중이 감소하는 관계를 확인하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제35권6호
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• pp.155-163
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• 2023

말뚝이 결합된 블록식 안벽의 말뚝 근입깊이의 영향에 따른 거동파악을 하기 위해 잔류수위차 크기와 상치 콘크리트 유무 조건에 대하여 2차원 수치해석을 실시하였다. 수치해석 결과, 말뚝의 근입에 따라 안벽의 수평변위의 억제 효과가 나타나는 것을 확인하였으며, 말뚝이 사석층까지 근입된 경우에서 수평변위 억제 효과가 가장 크게 나타났다. 말뚝이 근입되지 않은 조건에서는 잔류수위차가 증가함에 따라 안벽의 수평변위도 비례적으로 증가하는 것으로 나타났다. 하지만 말뚝이 지반에 근입된 경우 잔류수위차가 증가하더라도 안벽의 수평변위에 대한 제어가 크게 발휘되었다. 상치콘크리트 유·무에 따른 블록식 안벽의 수평변위는 차이가 거의 없는 것으로 나타났다. 말뚝의 근입깊이가 사석층까지 근입된 경우 조건에서는 말뚝이 짧은 말뚝에서 보이는 회전 거동을 보이는 것으로 나타났다. 말뚝의 근입깊이가 더 깊어짐에 따라 중간 말뚝의 거동과 같은 휨거동 양상을 보이는 것으로 해석되어 말뚝이 결합된 블록식 안벽에서 말뚝이 수평변위 억제에 크게 기여하는 것을 알 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.132-136
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• 2007

최근 지구온난화로 인한 이상기후의 영향으로 강우일수는 줄고 있으나 강수량은 예년과 비슷한 수준을 보이고 있다. 이로 인해 갈수기의 용수부족 현상은 더욱 심해지고. 장마철의 홍수피해와 게릴라성 집중호우로 인한 피해가 커지는 등 해가 갈수록 홍수 예경보의 중요성은 더욱 높아지고 있다. 그럼에도 불구하고 현재 홍수 예경보 체계는 몇 가지 문제를 가지고 있다. 기존 예경보 체계의 경우 한 번의 예측을 수행하기 위해 수반되는 전처리과정과 주계산과정을 거치는 동안 각 과정에서 발생한 오차들이 반복, 누적되어 최종 결과물(예측된 유출량) 속에 모두 포함된다. 또한 기존 체계에서는 유출모형을 적용하기 위해서 토양형. 피복상태 등에 관련된 매개변수들이 필요한데. 이러한 매개변수의 결정에 어려움이 있고. 불확실성을 갖고 있다. 본 연구에서는 불확실성을 적극적으로 인정하고 수학적으로 해석하려는 fuzzy 이론을 신경망 이론에 도입하여 홍수 예경보 시스템의 운영과정에서 발생하는 불확실성의 문제를 해결하고자 하였다. 본 연구에서 사용한 ANFIS(Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System)은 data driven model(자료에 기반을 둔 모형)의 하나로 다음과 같은 장점을 가진다. 우선 data driven model은 유역의 물리적, 지형적 특성을 고려하지 않고(매개변수설정에서 발생하는 문제 해결 가능), 입력자료와 출력자료만을 고려하여 구축되는 모형이므로, 유역의 물리적 자료나 지형 자료와 같은 방대한 양의 자료 수집이 필요 없고, 일단 모형이 구축되면 자료의 입력만으로도 신뢰성 높은 결과를 단시간 내에 효율적으로 획득할 수 있다. 그리고 유역 내의 상황이 변화하더라도, 이들의 영향을 고려하여 쉽게 모형을 갱신할 수 있다. 마지막으로 모형의 구축 과정이 물리적 모형에 비해 비교적 간편하다는 장점이 있다. 본 연구에서는 ANFIS를 통해 탄천유역의 강수량 자료와 대곡교의 수위자료를 입력자료로 사용하여 대곡교의 수위를 예측하였다. 입력 자료는 시간차 계열의 강우량과 수위 자료를 사용하였으며 모형을 통하여 t+1, t+2, t+3 시간 후의 수위를 예측하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.284-284
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• 2017

최근 한강, 낙동강, 금강, 영산강 등 주요 하천에 설치된 다기능 보는 평수위 및 홍수위의 수위차를 상당히 감소시켰으며, 가동보 운영으로 홍수초기 일정기간동안 수위를 조절할 수 있으므로 친수 목적으로 활용할 수 있는 고수부지 공간과 보로 인하여 유지되는 수면공간 등 새로운 가치를 창출할 수 있는 하천공간이 조성되었다. 새롭게 펼쳐진 하천공간을 다양한 여가 및 문화활동 공간으로 이용하고자 하는 국민적 요구가 증가함에 따라 공원 캠핑장 자전거도로 등 하천내 친수지구를 안전하게 관리해야할 필요성 또한 증가되었으므로, 본 연구에서는 영산강 친수지구를 대상으로 침수예측 현황 및 개선방안을 검토하였다. 지금까지의 국내 하천 홍수관리 정책은 하천의 홍수피해로부터 하천변 저지대의 범람피해를 최소화하는 방향으로 추진되었다. 이에 따라 홍수예보 또한 홍수주의보, 홍수경보 등 비교적 규모가 큰 홍수를 대상으로 사전에 예측하여 발령함으로써 홍수피해를 대비하는 것이 목적이었다. 그러나 하천 친수지구 침수는 지금까지의 홍수예보와는 대상홍수 유량규모에서부터 큰 차이를 나타낸다. 본 연구에서는 친수지구 지형 반영 개선, 지류 유입량의 민감도 분석을 통한 주요 지류유입 유량의 정확도 개선, 다기능 보 운영에 따른 보 배수영향의 반영 등을 통하여 현재 국토교통부의 홍수예측 모형인 FLDWAV 모형의 홍수위 예측 정확도를 개선하였다. 그 결과, 황룡강 합류 상류구간과 하류구간 모두 침수시작 시점의 포착, 수위수문 곡선의 형태 등 다양한 관점에서 수위해석의 정확도가 개선되었다. 삼지 지점의 경우, 홍수초기 수위해석 오차가 크게 줄어서 RMSE가 1.33m에서 0.30m 홍수해석 정확도가 개선되었으며, 광주지점의 경우의 RMSE는 1.60m에서 0.56m로 개선되었다. 황룡강 합류 하류 지점인 본동과 나주지점의 RMSE는 각각 0.30m, 0.39m에서 0.02m, 0.42m로 수정되었으며, 나주지점의 경우 저유량 규모에서 모형의 보정이 좀 더 수행될 필요가 있음을 확인하였으나 침수시점의 포착(본동 7.8 EL.m, 나주 4.0 ELm)에서 크게 개선됨을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.92-92
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• 2019

최근 기존의 격자방식의 해석 방법을 벗어나 해석 영역에 대한 분할을 별도로 고려치 않는 수치기법의 실무적 적용사례가 증가 하고 있으며, 이러한 방식중 SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics) 방식이 근자에 수자원 분야에서도 도입되어 관수로 및 개수로 해석 또는 복합해석 등에 활용된 바 있다. 최초 도입된 무격자방식의 모형들은 주로 복잡한 형상을 지니는 유체기계 등에 활용성이 높았던 바, 큰 규모의 해석 도메인을 가지는 수자원 분야에서의 SPH의 실무적용 평가와 효율성의 확보를 위해서, 본 연구는 국내 댐을 시범 대상으로 하여 SPH 수치해석 툴을 적용하고자 하였다. 분석 대상댐은 국내 P댐으로서 관리수위의 변동은 크지 않으나, 댐 직상류의 만곡이 심하고 다수의 대규모 취수구를 가진 곳으로 상시 발전방류 및 수시 댐 수문방류에 의해 유체의 흐름이 2,3차원의 복잡성을 띄고있기 때문에, 3차원 전산유체역학 Tool의 적용이 적절한 것으로 판단하였다. 해석을 위해 하류경계조건을 댐축과 문비로 설정하였고 상류 1km까지를 해석의 도메인으로 설정하였다. 소요시간을 줄이기 위해 여러 번의 모의를 거쳐 입자의 평균 입경은 0.6m로 제안하고 시격은 1초 미만(평균 0.5초)로 설정하였다. 수문 및 발전방류는 해당댐의 1~2년 빈도 수준에 해당하는 $5,000m^3/s$ 이하의 유량을 기준으로 하여 모의를 수행하였다. 모의의 안정성을 확보한 이후에는 해당 댐지역의 하류영향을 고려한 문비제어를 반영한 다양한 방식의 수문운영 및 취수지점의 순간 수위 영향을 검토하였다. 그 결과로 본 모의에서는 특정한 수문의 운영 조건에서는 댐수위 계측지점과 인근 취수지점 간에도 0.2m 수준의 순간 수위차가 발생할 수 있음을 보였으며, 이는 경우에 따라 취수시설의 일시적 장애요소로 발생할 수 있음을 의미한다. 따라서, 현재의 취수구조물과 문비운영 특성에 따라 발생가능한 취수장애를 줄일 수 있는 운영조건의 탐색을 위해서 수치모의를 추가로 하였으며, 이 때 댐축 상류의 유속분포에 대한 추가 검토도 수행하였다. 다만, 댐에서 방류시 하류조건에 대한 검토는 추후 보강되어야 할 것으로 판단된다.