• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.364-364
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• 2012

수자원 연구의 주요 목적인 효과적인 홍수 및 가뭄관리를 하기 위해서는 그 연구의 기초가 되는 자료를 관측하고 정도(accuracy, 精度)를 향상시키는 연구 또한 매우 중요한 부분이라고 볼 수 있다. 이러한 점에서 수위-유량측정의 경우, 관측자의 숙련도와 계측기 오차에 따라 관측값에 미치는 영향이 큰 특징을 갖고 있어 유량측정의 정확성을 높이고자 진보된 계측기의 개발 및 분석 방법에 관한 연구는 꾸준히 진행되고 있다. 일반적으로 유량을 추정하기 위해서 특정 단면에서의 수위를 측정하여 이를 수위-유량 관계곡선을 통해서 유량으로 환산하고, 수위-유량 관계를 측정한 후 이를 회귀분석 방법으로 내삽 및 외삽을 실시하여 유량을 측정하게 된다. 그러나 수위-유량 관계곡선에서 저수위와 고수위를 하나의 곡선식으로 하게 되는 경우 정도가 낮아지게 되므로 많은 경우에 있어서 저수위, 고수위를 각각의 곡선으로 구하여 사용하고 있다. 문제는 이러한 경우 정량적으로 변곡점을 구하기보다는 경험적으로 저수위와 고수위를 구분하고 있으며, 수위-유량관계를 회귀식에 의해서 추정하게 되므로 이에 대한 불확실성이 발생하게 된다. 따라서 본 연구에서는 불확실성을 정량화시키기 위한 방법으로 Bayesian MCMC 기법을 활용하며 수위-유량 관계곡선식의 매개변수들의 사후분포를 추정하여 매개변수의 최적화 및 불확실성을 평가하였다. 앞서 언급되었듯이 저수위 및 고수위로 분리하여 수위-유량 곡선식을 도출하고 있으나 저수위 및 고수위를 분리하는 기준이 경험적이기 때문에 신뢰성이 저해되는 문제점이 발생한다. 본 연구에서는 수위-유량 곡선식의 매개변수들을 최적화 하는 동시에 Poisson 분포 기반의 변동점 분석이 연동되어 저수위 및 고수위를 분리할 수 있는 Bayesian 기반 통합 수위-유량 곡선 해석 방법을 개발하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.101-101
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• 2015

1986년 한강종합개발사업으로 대규모 준설이 실시되고, 수위가 낮아지면서 발생한 문제점을 해결하고자, 1988년 김포대교 직하류 지점에 신곡수중보를 건설하였다. 당시 수중보의 설치목적은 취수시설 유지를 위한 수위유지가 주요기능이었으나, 30년이 지난 지금 생활용수 취수시설은 잠실 수중보 상류로 모두 이전하였고, 농업용수와 일부 공업용수 등의 일부 시설만이 남아 있어 신곡수중보 시설의 필요성 및 현재 기능에 대한 재평가가 필요한 시점이다. 신곡수중보 철거시 변화하는 한강 본류의 수위를 모의하기 위해 수리학적 모형인 HEC-RAS를 이용한 부정류 모의를 실시하였다. 모형의 보정을 위해 저수기를 대표하는 2014년 4월부터 5월까지 45일간과 풍수기를 대표하는 2014년 8월부터 9월까지 45일간을 모의하였다. 조위영향을 받고 있는 강화대교 관측수위를 기점수위로 선정하고, 팔당댐 유량을 유량조건으로 모의하였으며, 본류구간의 전류, 행주대교, 한강대교 지점의 실측수위와 모의결과는 잘 일치하는 것으로 나타났다. 신곡수중보 철거시 평가를 위해 팔당댐 방류량이 최소가 되는 조건과 한강의 갈수량, 저수량, 계획홍수량 등 유량조건 변화에 따른 한강 본류수위를 비교하였다. 보 철거시 서해안의 조위영향이 잠실수중보 직하류지점까지 영향을 미치고, 일시적인 수위하강 현상이 발생하는 것으로 모의되었다. 보 철거에 의해 감조하천으로 변화되는 구간에서는 전반적인 유속이 증가하여, 현재 문제가 되고 있는 신곡수중보 직상류 및 지천 합류부 주변의 퇴적문제와 수질 문제개선에 도움을 줄 것으로 예상된다. 또한 신곡수중보 상류지역에서 잠실수중보 하류까지 발생하는 수위변화와 수면폭변화는 간조대 형성에 유리한 조건을 제공하여 한강변의 퇴적지 면적 증가 및 생태계 서식처 제공에 도움을 줄 것으로 기대된다. 다만 신곡수중보 하류지역의 수위는 현재보다 전반적인 상승이 예상되어 장항습지 면적이 일부 감소할 것으로 예상되지만, 홍수시 침식 및 퇴적이 가장 활발히 발생하므로 하상변동 등에 대한 면밀한 평가가 필요하다. 또한 홍수기 신곡수중보 구조물에 대한 평가 결과에서는 철거 시 한강 본류의 하천 수위가 일부 하강하는 것으로 모의되어 하천을 횡단하는 구조물이 홍수위 상승에 기여한다고 판단되므로 대안마련을 위한 종합적인 평가가 필요하다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.121-121
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• 2019

특정 지역에 집중적으로 비가 내리는 현상인 국지성호우가 빈번히 발생함에 따라 하천 주변 사회기반시설의 침수 위험성이 증가하고 있다. 침수 위험성 판단 여부는 주로 수위정보를 이용하며 수위 예측은 대부분 수치모형을 이용한다. 본 연구에서는 빅데이터 기반의 RNN(Recurrent Neural Networks)기법 알고리즘을 활용하여 수위를 예측하였다. 연구대상지는 조위의 영향을 많이 받는 한강 전역을 대상으로 하였다. 2008년~2018년(10개년)의 실제 침수 피해 실적을 조사한 결과 잠수교, 한강대교, 청담대교 등에서 침수 피해 발생률이 높게 나타났고 SNS(Social Network Services)와 같은 비정형화 자료에서는 청담대교가 가장 많이 태그(Tag)되어 청담대교를 연구범위로 설정하였다. 본 연구에서는 Python에서 제공하는 Tensor flow Library를 이용하여 수위예측 알고리즘을 적용하였다. 데이터는 정형화 데이터와 비정형 데이터를 사용하였으며 정형화 데이터는 한강홍수 통제소나 기상청에서 제공하는 최근 10년간의 (2008~2018) 수위 및 강우량 자료를 수집하였다. 비정형화 데이터는 SNS를 이용하여 민간 정보를 수집하여 정형화된 자료와 함께 전체자료를 구축하였다. 민감도 분석을 통하여 모델의 은닉층(5), 학습률(0.02) 및 반복횟수(100)의 최적값을 설정하였고, 24시간 동안의 데이터를 이용하여 3시간 후의 수위를 예측하였다. 2008년~ 2017년 까지의 데이터는 학습 데이터로 사용하였으며 2018년의 수위를 예측 및 평가하였다. 2018년의 관측수위 자료와 비교한 결과 90% 이상의 데이터가 10% 이내의 오차를 나타내었으며, 첨두수위도 비교적 정확하게 예측되는 것을 확인하였다. 향후 수위와 강우량뿐만 아니라 다양한 인자들도 고려한다면 보다 신속하고 정확한 예측 정보를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.138-138
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• 2017

가뭄, 집중호우와 같은 자연적인 요인과 불투수면적의 증가, 각종 용수로서의 지하수 이용 증가, 지하구조물 공사 등과 같은 인위적인 요인에 의한 지하수위 하강이 이슈화 되고 있다. 지하수 위의 하강은 지하수 고갈 같은 1차적 피해뿐만 아니라 생태계 교란, 농작물 피해, 지반 침하, 싱크홀 등의 2차 피해를 야기한다. 이에 따라 지하수위 시계열 자료를 이용하여 지하수위 관리 취약성에 대한 분석을 실시하였다. 연구지역으로 낙동강 중류에 위치한 상주, 대구, 밀양 지역으로 선택하였다. 자료 수집으로 국가지하수정보센터(www.gims.go.kr)에서 제공하는 국가지하수관측망 관측정 중 자료길이가 11개년 이상인 상주, 대구, 밀양의 지하수위 관측소의 일단위 지하수위 자료와 지하수이용량 자료를 수집하였다. 관측소 인근의 하천수위 자료는 국가수자원관리종합정보시스템(www.wamis.go.kr)에서 수집하였으며, 관측소 인근의 강수자료는 기상청(www.kma.go.kr)에서 해당 지역 관측소의 일단위 강수 자료를 수집하였다. 연구지역의 지하수 함양 자료는 국가통계포털(www.kosis.kr)에서 수집하였다. 수집한 일 단위 수문 자료를 이용하여 각 관측소의 연평균, 갈수기, 풍수기에 대해서 연구지역의 지하수위 관리 취약성 분석을 실시했고, 자료 분석 시 충적층 지하수위 자료는 인근 수계에 따른 변동이 크기 때문에 암반층 지하수위 자료에 대해서 분석을 실시하였다. 분석한 결과는 표준화 과정을 거쳐 지수로 산정하였고, 산정된 지수를 통해 연구지역 내 지하수위 관리 취약성 분석을 실시하였다. 본 연구를 전국단위 국가지하수관측망으로 적용하게 되면 지하수 개발 및 관리 정책 수립에 있어 큰 도움이 될 것으로 생각된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제37권5호
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• pp.19-31
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• 2021

지하수위 변동은 지반의 응력 상태에 변화를 일으켜 기초구조물의 지지력 및 침하에 직·간접적인 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 연구 대상지역을 선정하여 지하수위 영향인자 분석을 수행하였다. 그 결과 대상지역에 따라 지하수위에 미치는 영향인자들이 각각 달랐으며, 규모가 큰 하천변에 위치한 도심지역의 경우 하천수위가 지하수위 변동에 영향을 미치는 주요 인자였으며, 지표면 포장율이 낮은 도외지역의 경우는 선행강우를 고려하기 위해 도입된 강우이동평균이 주요 인자였다. 또한, 여러 입력 인자 조합을 고려하여 인공신경망을 통한 지하수위를 예측을 수행하였다. 분석결과 주요 지하수위 영향인자가 지하수위 예측 성능에 미치는 영향이 큰 것으로 나타났다. 결과적으로, 인공신경망을 이용하여 지하수위를 예측할때, 적절한 지하수위 영향인자 평가가 수행되어야 하며 이를 예측에 적용할 필요가 있는 것을 나타낸다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.470-470
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• 2023

하천 및 저수지의 수량자료 수집을 위해 부자식 또는 레이더식 수위계 등의 계측기를 이용하여 수위의 변화를 측정한다. 그러나, 수량 모니터링을 위해 설치되는 계측기와 유지관리를 위한 인력소모 비용의 이유로 일부 지역에서만 제한적으로 수행되고 있어 정확한 수문 해석에 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 저가의 센싱장비와 라즈베리파이를 활용한 ICT 기술을 수량 모니터링분야에 적용하여 수위 모니터링 기술을 개발하고자 한다. 라즈베리파이(Raspberry Pi 3 B Model)는 오픈소스 기반의 초소형 컴퓨터로 여러 센서를 연결하여 다양한 수문 인자(토양수분, 온도, 수위 등)들을 측정할 수 있으며, 통신 모듈이 기본 내장되어 있어 통신망 구축을 통해 측정데이터를 데이터베이스에 저장할 수 있다. 수위센서(eTape)와 초음파센서를 연결하여 실제 하천 유량 모니터링에 활용되고 있는 부자식 수위계 장비와 비교 분석을 통해 활용 가능성을 검증하고자 하였다. 검증방법은 인공강우실험을 위해 설치된 플륨관에 수위센서(eTape)와 초음파센서를 부착하여 기존 운영중인 부자식 수위계와 비교하였다. 부자식 수위계의 측정결과와 두 센서의 상관관계를 분석한 결과 결정계수(R²)가 0.94 이상으로 나타났다. 분석결과와 같이 기존 고가의 수위 관측장비들을 대체하여 저가의 센서 기반 모니터링 장비들의 실용화가 가능할 것이라 판단된다. 향후 연구에서는 다양한 센서(수위, 초음파, 카메라 등)를 이용하여 농업용수 물수지 분석에 활용할 계획이다. 농업용수는 수자원 총량 중 차지하는 비율이 높음에도 불구하고 정량적 데이터가 부족한 실정이며, 지역별 공급 특성이 다양하여 이를 계량화하기 위해서는 다수의 계측기가 필요하다. 따라서, 본 연구에서 개발중인 센서를 활용하여 물순환 과정의 정량적인 계측을 통해 농업용수의 효율적인 관리 및 농업용수의 하천기여도 평가 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.31-31
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• 2020

가뭄 발생 시 국내 농어촌 지자체 대부분은 추가 수원공 확보를 위한 긴급 대책으로 신규 관정을 개발하거나, 저수지와 하천을 준설하여 가뭄 수요에 대응하는 편이다. 이러한 방법은 즉시 대응에는 효과가 있지만, 고가의 비용이 소요되고, 무엇보다도 국지적으로 가뭄이 빈번하게 발생하는 지역에는 적용에 한계가 있다. 이러한 한계를 극복하기 위하여, 최근 기설 관정을 연계 이용하여 지하수 공급 극대화를 도모하는 기술이 제안되었다. 그런데 기설 관정 연계 이용 시 가장 중요한 사항은 모든 관정에서 최대 양수량을 유지하며 지하수를 공급할 수 있도록 관리해야 하는 점이며, 특히 암반관정의 과잉양수로 인한 간섭현상으로 충적관정이 고갈되어 공급가능한 지하수 수량이 오히려 감소되는 것을 사전에 방지하여야 한다. 이 연구에서는 가뭄 발생 시 암반관정(양수정)에서 최대로 양수했을 때에도 주변 충적관정의 양수능이 유지되는 최소 지하수위를 「지하수위 저하 한계치」로 지정하여 관정 연계 이용의 최적화를 도모하였다. 지하수위 저하 한계치 산정을 위하여, Theis의 자유면 대수층 정상류 우물수리 방정식과 지하수영향반겅 설정에 관한 경험식(Schultz, Weber, Kozeny 및 Jacob 경험식)을 이용하였다. 그런데 지정된 지하수위 저하 한계치는 충적관정의 지하수위이므로, 암반관측공만 소재하는 지역에 대해서는 충적층 지하수위 변동과 암반층 지하수위 변동 간의 상관분석을 통해 암반 관측공의 지하수위 저하 한계치를 추정하였다. 이후, 양수시험 자료(양수정과 주변 관측공의 수위변동 자료)를 이용하여 지하수 대수층의 이방성을 확인하였고, 이를 통해 암반관정의 양수에 따른 간섭을 크게 받는 충적관정과 그렇치 않은 충적관정을 구분하여 이방성에 따른 지하수위 저하 한계치를 수정하고, 상습가뭄 발생지역의 암반관정과 충적관정의 최적 지하수 양수를 도모하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권1B호
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• pp.81-87
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• 2010

쌍치 수위관측소는 과거 12년 동안 봉부자로 유량을 측정해왔다. 그러나 수위-유량관계곡선의 전이가 수용할 수 없을 만큼 너무 크다. 전이를 분석해 보기 위하여 주요인자들을 검토하였고, 특히 부자법에 의한 유량 산정을 위해서는 두 단면이 필요하나, 상 하단측선의 관측수위가 없어 수위관측소의 수위만을 사용하여 계산된 오류를 교정하였다. 이를 위해서 기준 수위-유량관계곡선을 작성하였다. 본 연구에서는 기준 수위-유량관계곡선에 대하여 RMA2모형으로 수면곡선을 모의하였다. 이를 바탕으로 기존유량을 재 산정하여 기존 수위-유량관계곡선을 재 작성하였다. 그 결과 전이의 변동 폭이 줄어들었으며 최근의 수위-유량관계곡선이 물리적으로 합당함을 확인하였다.

• 지질공학
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• 제23권2호
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• pp.105-115
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• 2013

보의 건설 및 하천 단면의 증가는 하천 수위 상승과 호우기 유출량의 증가를 가져왔다. 낙동강 중하류에 설치된 23개의 지하수 관측망 지하수위 자료를 사용하여 보 담수 전후의 지하수위 시계열 변동 유형의 변화를 분석하였다. 월평균 지하수위 자료를 토대로 담수 전후의 지하수위를 비교한 결과 보의 직상류 주변 지역에서 지하수위 변동이 가장 크게 나타났으며, 8월의 경우 하천 수위 조절 효과로 월평균 지하수위가 0.1 m 감소하였으나 10월에는 1.3 m 상승한 것으로 나타났다. 지하수위 시계열 자료와 하천 수위 자료를 사용하여 군집분석을 실시한 결과, 담수 이전에는 7개 지하수 관측망의 자료가 하천 수위와 유사성 거리가 가까운 그룹이었으나, 담수 이후에는 14개로 증가하여 하천 수위와 유사한 그룹의 범위가 넓어졌다. 지하수위 시계열에 대한 주성분분석 결과, 담수 이전에는 하천 변동성을 대표하는 주성분(주성분 1과 주성분 2)의 설명력이 총 82%이었으나, 담수 이후에는 하천 변동성을 설명하는 주성분(주성분 1)의 설명력이 45%로 줄어들어 지하수위 자료를 설명하는데 하천 요인의 기여도가 줄고 인위적인 양수 등과 같은 기타 요인의 기여도가 높아졌다. 이와 같이 변화되는 수문 환경에 대비하여 지속적인 조사 및 관측이 필요하며, 하천 주변에서는 지표수와 연계되는 지하수 관리 정책이 수립될 필요가 있다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제39권6호
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• pp.487-494
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• 2006

화원 지점의 홍수시 유량은 수위가 상승할 때와 하강할 때 동일한 수위에 대해 많은 차이를 나타내고, 이와 같이 이력효과의 크기가 클 경우에는 많은 오차가 발생할 수 있다. 유량 환산 오차를 줄이기 위해 낙동강 본류 화원 수위관측소 지점에 대한 고리모양 수위-유량 관계곡선을 작성하였다. 하천유량과 단순 환산된 유량의 편차를 계산하기 위해 부정류 모의 사례로부터 (수위, 유량) 자료쌍을 획득하여 단순 수위-유량 관계곡선식을 작성하였다. 이 관계에서 이탈하는 유량편차 ${\Delta}Q$와 수위변화 따른 하천폭과 시간변화율의 곱인 $B{\Delta}h/{\Delta}t$와의 관계로부터 고리모양 수위-유량 관계의 유량을 구하였다. ${\Delta}Q$와 $B{\Delta}h/{\Delta}t$는 높은 상관관계를 나타내었다. 이로부터 계산된 유량은 1997년의 수위 7m이상 관측유량 11개 중 7개가 고리모양 수위-유량 환산관계의 유량과 10% 이내의 차이를 보였고, 수위 9m이상의 1998년 관측유량은 고리모양에 근접하였다. 화원 지점과 같이 고리폭이 큰 지점은 단순 수위-유량 관계보다 고리모양 수위-유량 관계를 적용하는 것이 유량 환산의 오차를 줄 일 수 있을 것으로 기대된다.