• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.179-183
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• 2010

본 연구는 낙동강 중류 지역의 경북 구미시, 경북 왜관읍, 경북 성주군과 하류 지역의 경남 함안군, 창원시 북면과 대산면, 김해시 생림면의 하성충적층 내 지하수와 낙동강물의 연관성을 파악하였다. 중류와 하류지역에서 하성충적층의 주 대수층(모래자갈층)의 두께는 10m 내외로서 공간적으로 큰 차이를 보이지는 않는다. 하성충적층의 수리전도도는 $10^{-5}{\sim}10^{-3}$m/sec를 나타낸다. 하성충적층의 지하수위는 지역에 따라 해수면 기준으로 1.40~11.5m에서 변동하며, 지하수위와 낙동강 수위는 높은 상관성을 보인다. 지하수와 낙동강물의 화학분석 결과, 칼슘, 마그네슘, 나트륨, 칼륨, 염소, 규산, 중탄산, 망간, 철과 같은 무기성분의 농도는 지하수에서 더 높게 나타나고 있으나, 질산염의 농도는 낙동강물에서 더 높게 나타난다. 지하수내의 유기물질의 농도는 계절에 관계없이 비교적 일정하나, 낙동강물의 유기물질 농도는 우기보다 건기에 더 높은 경향성을 보이고 있다. 이러한 연구결과는 4대강 살리기 사업이나 하천주변지역의 수자원 개발에 활용될 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.1906-1910
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• 2010

산지하천은 지형적인 특성상 만곡지점이 많이 발달되어 있기 때문에 홍수시에는 유속이 매우 빠르며 수위상승과 횡방향 수위 변동이 심하다. 이러한 산지하천의 흐름특성은 집중호우가 발생할 경우 급격한 홍수위 상승과 함께 하상세굴이 발생하게 된다. 특히 집중호우로 인해 산간지역 지면의 침식이나 하천의 세굴로 인해 토석류가 발생하게 되며, 이로 인해 하천 주변에서 많은 재해가 발생하게 된다. 따라서, 본 연구에서는 영서지역 산지하천에 해당하는 시험유역 운영을 통하여 집중호우시 하천의 만곡지점에서 수위상승과 하상세굴로 인한 토석류의 발생으로 극심한 피해를 주고 있는 문제들을 해결하기 위해 고품질의 신뢰성 있는 수리/수문 자료를 지속적으로 확보하고자 한다. 강우관측소와 수위관측소 등의 계측시스템을 설치하여 실시간 수문관측 자료의 전송 및 현장 조사를 통해 얻은 수리/수문 자료에 대하여 DB 자료를 구축하였다. 2009년에 유량측정을 실시한 속사천에 위치한 의풍포교 이외에 2010년에는 장평교, 백옥포교, 상안미 3개의 지점을 추가하여 측정을 실시하고자 한다. 이와 같은 수리/수문 자료의 수집은 유역의 수문특성에 대해 보다 정확한 규명과 관측된 자료를 바탕으로 한 수문순환모형의 개발을 위한 검정 및 검증자료로 활용될 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.687-687
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• 2012

최근 도입 필요성이 계속하여 높아지고 있는 지하유입시설 유입구로는 유입구 효율과 성능으로 인하여 와류식 유입구가 많이 적용되고 있다. 그 중 나선식 유입구(spiral intake)는 가장 일반적으로 사용되는 형식으로 초기에 활용되었던 원형 유입구(circular intake)를 대신하여 사용되는 형식이다. 형상은 복잡하지만 구조물 내부에서 와류(vortex)를 안정적으로 형성시키기 때문에 많이 사용되고 있다. 나선식 지하방수로 유입구가 사용되는 가장 큰 이유는 유입구 내부에서도 수위가 안정적으로 유지되며, 유입 유량에 따른 수위의 변화가 다른 유입구 형식에 비하여 비교적 안정적으로 예측 가능하기 때문이다. 만약 지하방수로 유입구 내부에서 수위가 안정적으로 유지되지 못하고 도수 현상 등에 의한 수위 상승 현상 등이 발생할 경우 지하유입시설 내부로 안정적으로 유량을 배제하는 것이 어려워지고, 또한 도수 현상이 발생하는 동안 과도한 유량이 유입될 경우 다시 본류로 흐름이 역류할 가능성도 생각할 수 있다. 따라서 유입구 형상에 따른 수위의 변화를 정확히 예측하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서 검토할 종경사형 나선식 유입구(inclined spiral intake)는 일정한 바닥 경사를 도입하여 사류 흐름을 보다 안정적으로 가속시켜 유입구 내부에서의 도수 현상을 방지하는 형식으로 유입구 바닥의 외측 또는 중앙선을 따라서 일정한 경사를 주어 사류 유입 흐름을 안정적으로 유도함으로서 유량 배제 효율을 높인 형태라 할 수 있다. 본 연구에서는 유입구 외측을 기준으로 일정한 경사를 가진 종경사형 나선식 유입구 모형을 이용하여 경사 변화에 따른 방류 효율을 검토하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.423-427
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• 2012

지하수 관측이란 지하수위 하강, 수질오염 등 지하수 장해로부터 지하수를 보전 관리하고 대책을 수립하기 위하여 정기적 및 장기적으로 지하수위, 수질 등 부존된 지하수 특성의 상태와 변화하는 추이를 관찰하여 측정하는 행위를 말한다. 지하수는 지하의 보이지 않는 지층구조에서 매우 천천히 유동하므로 수위하강 및 수질오염 발생을 늦게 인지할 경우 원상회복이 불가능할 수 있고, 지하수 장해를 인지한 이후의 대처과정에서도 기존의 관측자료가 없거나 부족할 경우에는 원인분석과 대책수립이 지연되거나 불가능할 수 있으므로 지하수관리에 있어 관측정호를 설치하고 정기적으로 지하수의 부존 및 유동특성, 배경수질 등의 지하수 관측은 기본적이며 필수적인 요소이다. 따라서 지하수 관측망을 설치하고 운영하기 위해서는 관측 목적을 명확히 정의하고 관측 프로그램이 이를 만족시키도록 구성되어야하며 시간적, 공간적으로 지하수가 변동되는 것을 고려하여 관측 지역 대수층의 유형과 특성 등이 완전히 파악되어야 한다. 필요시 기존 관정을 활용하여 관측하며 관측 항목, 관측 유형, 위치측량 및 관측 주기 등은 관측의 목적에 부합되도록 한다. 관측 데이터의 생성, 전송 및 분석 진행과정 등이 완벽하게 정립되어 데이터의 생성에서부터 활용까지 체계화되어야 하고 지하수와 지표수는 연계된 단일 수자원으로서 지하수 관측은 지표수 관측과 연계되어 설계되고 분석되어야 한다. 또한 취득된 데이터의 정확성은 지속적으로 검토 확인되어야 하며 전문가의 능력을 활용하여 관련 자료의 분석이 이루어지고 데이터의 정도를 높이기 위한 후속조치들이 병행되어야 한다. 그리고 지하수위, 수질 등 관측 자료가 자연적인 지하수 유동 체계에 의하여 변화되는 것이라고 인식될 경우에는 관측 시스템 전반을 재평가하여 보다 효율적인 관측 시스템으로 발전시켜야 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.686-686
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• 2012

일반적으로 첨두 홍수량 경감을 위하여 유역종합치수계획 등에서 많이 계획되고 있는 방수로는 방수로 종단에서의 방류 방식에 따라 크게 자기 완결 방식과 타 하천 또는 해양 방류 방식으로 구분할 수 있다. 일반적으로 타 하천 또는 해양 방류 방식을 방수로라 부르며, 홍수 방어의 대상이 되는 지역을 우회하여 다시 본천으로 합류하는 자기 완결 방식으로 계획되는 방수로 즉 홍수 방어용 수로를 분수로라 부른다. 방수로를 계획하는 경우 가장 중요한 것은 본류에서의 첨두 홍수량 분담이기 때문에 방수로로 유입되는 분류량을 정확히 예측하는 것이 매우 중요하다. 하지만 분수로의 경우 다시 본천으로 재합류하기 때문에 재합류되는 지역에서 본류의 유량이 다시 크게 증가하고, 합류점 상류에서 예상치 못한 홍수위의 상승이 발생할 가능성이 있다. 따라서 만약 합류부에서 유황에 대한 적절한 검토 없이 합류 지역을 설계하는 경우 예상치 못한 수위 상승 및 국부 유속 증가에 의한 홍수 피해가 발생할 가능성이 있다. 따라서 본 연구에서는 분수로 형태의 방수로가 일정한 합류각을 가지고 본류로 합류하는 경우 본류에서의 유황 변화 및 수위 상승이 어떠한 형태로 나타나는지 실험을 통하여 검토하고자 하였다. 합류하는 분수로의 폭은 본수로의 폭이 에 대하여 0.50B, 0.75B, 1.00B가 되도록 하였으며, 합류각은 본류와 분수로 사이의 예각이 75도가 되도록 하였다. 이러한 수로 제원에 대하여 본류 유량 및 유입량을 다양하게 변화시켜 합류부에서의 수위 변화를 검토하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.683-683
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• 2012

영상 수위 계측 방법은 카메라와 목자판만으로 이루어진 비교적 간단한 시스템과 육안으로 수위를 직접 확인할 수 있다는 장점을 가지고 있으나 실제 하천에서 장기간 운영시 목자판이 하천수와 직접 접촉하면서 필연적으로 발생하는 오염, 훼손, 부유물 부착 및 걸림 등의 이유로 목자판의 시인성이 떨어지면서 수면을 정확히 인식하지 못하여 오측이 증가하는 문제점이 발생하였다. 본 연구는 이와 같은 기존 수면인식방법의 문제점을 해결하기 위하여 새로운 수면인식방법을 제안한다. 새로운 수면인식방법은 목자판 영역과 수역이 포함된 시차가 있는 두 장 이상의 연속적인 영상에서 유수의 이동, 바람에 의한 물결 등으로 인해 초래된 수역의 요동을 판단하여 수면을 인식하고 수위를 계측하는 방법이다. 이 방법의 성능을 검증하기 위하여 목자판이 오염된 경우에 대하여 실내 및 현장 실험을 실시하였다. 두 경우의 실험결과에서 모두 기존 수면인식방법에서는 오염된 부분을 수면으로 잘못 인식하였으나, 새로운 방법에서는 수면을 정확하게 인식하여 올바른 수위를 측정할 수 있었다. 따라서 새로운 수면인식방법을 이용하면 기존 수면인식방법보다 정확도를 향상시킬 수 있을 것이며, 홍수시 목자판에 부유물이 걸리거나 목자판이 일부 파손된 경우, 목자판이 다단으로 설치된 경우 등에서도 수면을 정확하게 인식할 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.135-139
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• 2012

하천에서의 정확한 유량 산정은 하천의 설계 및 운영 유지에 매우 중요한 요소이다. 현재 하천의 유량 생산은 수위-유량관계곡선을 통하여 이루어지고 있다. 수위-유량관계곡선법은 측정된 수위와 유량자료의 관계를 바탕으로 홍수기 때의 유량을 회귀 추정법으로 예측하여 사용하는 방법이다. 비교적 간편하게, 특히 측정이 어려운 홍수기 때의 유량을 예측하여 사용할 수 있다는 장점을 가지고 있지만 수위와 유량만의 관계를 사용하므로 하천의 수리학적 특성을 반영하기 곤란하기 때문에 기본적으로 개선되어야 할 사항이 있다. 따라서, 본 연구에서는 하천유량을 예측하는 새로운 방법론의 하나로 KSCE에 기 게재된 Choo 등(2011)의 방법에 따라, 개수로에서 널리 사용되어 오고 있는 Manning식과 Chezy식을 활용하여 하천의 전체적인 특성을 잘 반영하는 특성조도계수 n과 특성Chezy계수 C를 사용하여 하천의 유량을 예측하였다. 실험실 직선수로에서 측정된 정류 자료와 객관성 있는 해외 하천 유량측정 자료를 사용하여 증명하였고 결정계수 0.8 정도 수준의 높은 정확성을 보여주는 성과를 나타내었다. 따라서 본 연구결과를 통해 하천의 수리학적 특성을 반영하면서도 간단하게 유량을 예측할 수 있는 방법으로 실무에서 간편하게 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.378-378
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• 2015

연안지역에서 발생하는 퇴적 및 침식현상으로 발생하는 피해를 분석하기 위하여, 고립파를 이용한 연구가 계속 진행되어왔다. 고립파는 파고의 크기에 따라 파형이 결정되는 특징을 가지고 있어 연안지역 파랑에 관한 연구에 적합하다. 기존연구는 sluice gate를 순간적으로 개방하는 방식을 통해 갑작스러운 수위의 변화를 유도하여 급변부정류흐름을 발생시키는 연구를 수행하였으나, 고립파 발생 조건에 대한 상세한 분석은 수행하지 못하였다. 본 연구는 기존연구에서 사용한 방식과 동일하게 sluice gate를 개방하여 고립파를 발생시켰으며, 실험조건을 상류 headtank 수위와 하류 수심의 수위차를 이용하는 경우와 sluice gate 개방 속도에 따라 두 가지 경우로 나누어 실험을 수행하였다. 실험에 사용된 직사각형 수리실험수조는 폭 0.8 m, 높이 0.75 m, 수로길이 12 m에서 상 하류의 수위차를 0.05 m 단위로 높이는 방식과 수문개방속도를 0.5 m/s 부터 1.0 m/s까지 범위를 설정하여 두 가지 재현방식에 따라 실험을 진행하였다. 또한 Flow-3D GMO(General Moving Objects)기능을 활용한 수치모의를 수행하였다. 실험조건에 따른 수리실험 결과를 파랑의 특성인 고립파 파고와 파속을 수치모의결과와 비교하여 분석하였다. 수리실험결과와 수치해석결과 유사한 경향을 나타내었으며, 본 연구의 결과는 Sluice gate를 이용한 고립파 수리실험으로 경사면에서 발생하는 침식과 퇴적현상에 관한 기초적인 연구가 될 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.606-609
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• 2015

본 연구에서는 support vector regression (SVR) 및 매개변수 최적화 알고리즘을 이용한 하천수위 예측모델을 구축하고 이를 실제 유역에 적용하여 모델 효율성을 평가하였다. 여기서, SVR은 하천수위를 예측하기 위한 예측모델로서 채택되었으며, 커널함수 (Kernel function)로서는 radial basis function (RBF)을 선택하였다. 최적화 알고리즘은 SVR의 최적 매개변수 (C?, cost parameter or regularization parameter; ${\gamma}$, RBF parameter; ${\epsilon}$, insensitive loss function parameter)를 탐색하기 위하여 적용되었다. 매개변수 최적화 알고리즘으로는 grid search (GS), genetic algorithm (GA), particle swarm optimization (PSO), artificial bee colony (ABC) 알고리즘을 채택하였으며, 비교분석을 통해 최적화 알고리즘의 적용성을 평가하였다. 또한 SVR과 최적화 알고리즘을 결합한 모델 (SVR-GS, SVR-GA, SVR-PSO, SVR-ABC)은 기존에 수자원 분야에서 널리 적용되어온 신경망(Artificial neural network, ANN) 및 뉴로퍼지 (Adaptive neuro-fuzzy inference system, ANFIS) 모델과 비교하였다. 그 결과, 모델 효율성 측면에서 SVR-GS, SVR-GA, SVR-PSO 및 SVR-ABC는 ANN보다 우수한 결과를 나타내었으며, ANFIS와는 비슷한 결과를 나타내었다. 또한 SVR-GA, SVR-PSO 및 SVR-ABC는 SVR-GS보다 상대적으로 우수한 결과를 나타내었으며, 모델 효율성 측면에서 SVR-PSO 및 SVR-ABC는 가장 우수한 모델 성능을 나타내었다. 따라서 본 연구에서 적용한 매개변수 최적화 알고리즘은 SVR의 매개변수를 최적화하는데 효과적임을 확인할 수 있었다. SVR과 최적화 알고리즘을 이용한 하천수위 예측모델은 기존의 ANN 및 ANFIS 모델과 더불어 하천수위 예측을 위한 효과적인 도구로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.132-132
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• 2019

첨단 IT기술과 음파와 영상을 이용한 하천 계측 기술의 결합을 통해 하천 수위와 유속을 자동으로 측정하는 기술들이 개발되고 있다. 특히, 표면영상을 이용한 자동유량계측 기술은 카메라 외에 별도로 고가의 장비를 구입할 필요가 없을 뿐 아니라 현장 상황을 영상으로 확인할 수 있기 때문에 현장조사 인력이 필요가 없어 경제적이고, 비접촉식으로 안전하여 각광받고 있는 기법이다. 하지만 표면영상유속계는 기본적으로 원근에 따른 영상왜곡이 발생하기 때문에 이를 정사영상으로 변환하는 과정이 반드시 필요하다. 하지만 대하천과 같이 하폭이 넓은 경우에는 참조점을 이용한 영상왜곡 보정이 어렵다는 한계가 있다. 또한 참조점을 이용한 영상왜곡 변환 방법의 경우 수위변화가 있는 경우 대응이 어렵다는 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 참조점을 이용한 영상왜곡 보정 작업이 필요 없는 지표영상유속측정법(IIVM, Index Image Velocimeter)을 개발하였다. 지표영상유속측정법은 기존 표면영상유속계 달리 복잡한 영상좌표변환 과정을 매우 간단하게 처리할 수 있는 장점이 있다. 지표영상유속측정법은 지표영상유속과 카메라와 수표면 사이의 거리를 고려한 지표유속을 사용하고, 이를 통해 기존 표면영상유속계의 한계인 수위변화를 고려하기 어려웠던 점을 극복할 수 있었다. 본 연구에서는 수리실험과 현장영상을 활용하여 수위 변화에 따른 지표유속을 측정한 결과 하천 수위가 변화하는 상황에서도 표면유속을 정확하게 산정할 수 있었고, 실제 측정유속을 대신할 수 있는 지표유속으로도 활용 가능한 것을 확인하였다.