• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.785-789
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• 2008

기존에 개발된 수위-유량관계곡선을 이용하자면 때에 따라서는 이 곡선의 적용 범위를 벗어나는 저수위나 고수위의 수위-유량관계곡선이 필요하며, 따라서 기존의 수위-유량관계곡선을 외삽할 필요가 있다. 저수위에 대하여 외삽할 때에는 흐름이 0인 수위(GZF)를 안다면 이 수위와 유량측정자료의 최소치를 연결함으로써 오차를 최소화시킬 수 있지만, 보통 고수위의 범위에 유량측정자료가 있는 경우는 거의 없기 때문에 고수위에 대한 수위-유량관계곡선의 외삽은 거의 모든 경우에 필요하다. 또한 설계홍수를 추정하기 위한 자료, 즉 홍수수문곡선이나 연최대유량계열의 유량자료를 구성하기 위해서는 고수위에 대한 수위-유량관계곡선의 외삽이 반드시 필요하다. 기존에 고수위에 대한 외삽법은 수위-평균유속-통수단면적법, 횡단면 측량자료와 Manning 식을 이용한 방법 그리고 Stevens 방법이 있다. 하지만 각 방법들마다 많은 단점을 가지고 있어 적용에 있어서 세심한 주의가 필요하였다. 따라서, 본 연구에서는 기존 방법들을 응용한 고수위 외삽법을 제시 및 적용하였다. 실제 2007년 한강수계 유량측정 지점 중 총 6개 지점인 경안, 퇴계원, 성남, 중랑교, 시흥 그리고 신정 지점에 대하여 적용하였다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.49 no.3
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• pp.253-262
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• 2016

A Rating curve is a regression equation of discharge versus stage for a given point on a stream where the stream discharge is measured across the stream channel with a stage and discharge measurement. The curve is generally used to calculate discharge based on the stage. However, the existing approach showed problems in terms of estimating uncertainty associated with regression parameters including the separation parameter for low and high flow. In this regard, this study aimed to develop a new method for the aforementioned problems based on Bayesian approach, which can better estimate the parameter and its uncertainty. In addition, this study used a Bayesian Multi-Segmented (Bayesian M-S) model which is provided a comparison between the existing and proposed scheme. The proposed model showed better results for the parameter estimation than the existing approach, and provided better performance in terms of estimating uncertainty range.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.277-277
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• 2020

연속 측정된 수위자료를 유량자료로 환산하는 방법중의 하나인 수위-유량관계곡선식은 국내에서 널리 사용된다. 현장에서 측정된 유량자료로 개발되는 수위-유량관계곡선식(이하 곡선식)은 일반적으로 측정성과의 정확도가 그 정도를 좌우하지만, 개발과정에서 개발자의 주관적인 판단에 의해 좌우되기도 한다. 정확한 곡선식을 개발하기 위해 개발자는 수리학적 특성(수위-${\sqrt{Q}}$, 수위-유속, 수위-단면적 등)을 검토하고, 수문학적 특성(상하류 관계, 유출분석 등)을 검토하여 최종 곡선식을 결정하게 된다. 이러한 여러 검토들 중에 수위-${\sqrt{Q}}$ 검토는 비록 정성적인 검토임에도 불구하고 곡선식의 구간분리, 기간분리, 성과의 이상유무, GZF(Gauge Height of Zero flow) 등을 확인할 수 있는 방법으로 실무에 많이 이용된다. 대부분의 곡선식은 측정성과를 기반으로 개발되어 내삽부분에서는 그 정확도가 상당히 높다고 할 수 있지만 외삽부분은 구간분리의 위치, GZF 등에 따라 큰 차이를 보일 수 있다. 그러나 기존의 수위-${\sqrt{Q}}$ 에 의한 정성적인 검토는 개발자의 숙련도에 따라 곡선식의 정확도가 좌우되는 경향이 있다. 본 연구에서는 수위-${\sqrt{Q}}$ 검토의 이론적 배경을 살펴보고 일본 곡선식의 사례를 응용하여 수위-${\sqrt{Q}}$ 검토의 정량화를 시도하였다. 또한 보다 객관적인 구간분리 위치 결정 및 GZF산정의 방법을 제시하여 개발과정에서의 오류를 최소화 할 수 있고 이는 정확한 유량자료의 생산으로 이어질 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.236-236
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• 2022

연속적인 하천의 유량을 추정하기 위해서는 관측된 수위값을 유량으로 변환하기 위해 일반적으로 수위-유량 관계 곡선을 사용하며 수위구간 별로 일대일 관계로 제시된다. 그러나 유량을 추정함에 있어서 수위 외에도 하상경사, 조도계수와 같은 지형인자, 시간에 따른 유량의 변화와 같은 흐름요소를 모두 고려하여야 정확한 유량을 산정할 수 있다. 즉, 평상시에는 적합한 수준의 유량을 추정할 수 있다고 하더라도 조석의 영향이 있는 구간이나 홍수와 같이 시간에 따른 수위와 유량이 급변하는 경우에는 관측값과 수위-유량관계곡선을 이용한 추정값의 차이가 상당히 증가하여 유량 추정값의 활용이 부적합할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 수위-유량관계곡선식의 적용이 어려운 조건에서 보다 정확한 유량을 추정하기 위해 1차원 유동해석모델을 이용한 계산 값과 관측 값과의 비교를 통해 정확도를 검토하고, 지점에 따라 차이가 발생되는 원인을 정성적으로 분석하고자 한다. 대상지점은 강우, 식생 등의 영향으로 수위와 유량의 관계를 단일 관계로 표현하기 어려워 구간분리가 발생된 지점으로 선정하였다. 흐름해석은 기지의 기점수위 조건으로부터 시작하며, 모델링을 통해 유량과 조도계수를 동시에 추정하였다. 분석 결과, 모델 내에서도 수위와 유량 관계의 루프형 특성, 조도계수의 변화를 대체적으로 잘 반영하는 것으로 나타났으며, 국내하천에서 유량추정의 정확도를 저하시키는 주된 원인에 대해 추정할 수 있었다. 향후 이 같은 방법을 통해 도출된 결과를 기반으로 수위-유량관계곡선의 불확실성을 평가하고, 유량 추정방식의 보완이 필요한 지점을 선별하는 기준에 대한 가이드라인을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.326-326
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• 2020

하천의 본류와 지류가 만나는 합류부 흐름특성은 단일 하천에 비하여 수위, 유속, 경사, 유량 등 복잡한 수리학적 특성이 나타나게 된다. 특히, 홍수기 큰 호우사상이 발생하는 경우 본류와 지류에서 유입되는 각 유량의 크기에 따라 수위에 영향을 미치고 지류와 본류에 배수(back water)가 발생한다. 이러한 배수영향은 합류부 유량 산정에 있어서 매우 복잡한 요소로 작용한다. 일반적인 단일 하천에서는 수위가 증가하면 유량이 증가하여 수위관측소 수위 자료를 기반한 수위-유량관계곡선식을 이용하여 유량을 산정한다. 그러나 합류부에서는 배수영향으로 인하여 수위가 증가하더라도 수면경사가 완만해져 수위-유량관계곡선식 변수인 수위를 이용한 방법으로는 유량산정에 어려움이 있다. 따라서 조석 및 배수 영향 등 고리형 수위-유량관계가 발생하는 하천에서는 ADCP를 이용한 자동유량계측 방법을 채택하고 있다. 그러나 자동유량계측 시설을 설치하기 위해서는 고가의 비용이 발생하기 때문에 경제적 측면만 본다면 주요 지점이 아닌 모든 합류부에 설치하는 것은 어려움이 많다. 금강에 위치한 영동군(양강교) 관측소의 경우 하류 약 400m 우안측에서 유입되는 영동천의 영향으로 호우사상이 발생 할 경우 배수영향으로 고수위에서 상류 금산군(제원대교) 관측소와 첨두유량의 도달시간 및 유량 크기에서 역전이 발생한다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위한 초기 단계로서 영동군(양강교) 관측소가 위치한 금강과 영동군(초강교) 관측소가 위치한 영동천이 만나는 합류부에 수위계를 설치하였다. 호우사상별 유출에 따른 본류와 지류의 수면경사를 분석하여 배수영향이 시작되는 수위와 수위 상승으로 배수영향이 미미해지는 수위를 분석하여 배수영향 특성을 검토하였다. 이러한 분석은 기존 배수조건에서 왜곡된 유량 자료를 생산하는 수위-유량관계곡선식의 문제점을 개선하여 앞으로 정확한 유량산정 방법을 제시할 것으로 판단된다. 이러한 분석을 통하여 추후 합류부에서 배수영향 조건의 고리형 수위-유량관계곡선식 매개변수로 수위 외에도 수면경사를 고려한 수위-유량관계곡선식을 개발하는데 목적이 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.380-380
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• 2021

수위관측소에서는 일반적으로 실시간 수위관측을 통해 연속된 수위자료가 계측이 되고 있는 반면, 하천의 유량은 실시간 측정이 어렵기 때문에 목적에 따라 시기 또는 수위별로 측정을 실시하고 있다. 이를 통해 확보한 유량자료를 이용하여 수위-유량관계곡선(Stage-Discharge relationship)을 개발하고, 이 곡선을 이용하여 연속적인 유량자료를 제시하고 있다. 자연하천의 경우 하도의 인공적 및 자연적 변화에 따라 수위-유량관계가 변화하게 된다. 특히 합류부에 위치한 관측소는 일반적인 단일 하천에서의 수위-유량관계와 다르게 배수(Backwater)가 발생한다. 이는 등류수위의 경사보다 완경사가 발생하고 단순 수위-유량 일대일 관계를 나타내는데 어려움이 있다. 따라서 수위-유량관계곡선을 이용한 유량환산에 있어 배수 발생기간은 왜곡된 유량자료를 생산하거나 유량환산 불가기간이 발생하는 문제점이 있다. 미호천의 지류인 한천에 위치한 진천군(인산리) 관측소는 하류 약 500m에서 미호천 본류와 합류하고 있다. 또한 합류점을 기준으로 본류인 미호천 상류 약 3km에 진천군(가산교) 관측소, 하류 약 2km에 진천군(오갑교) 관측소가 위치하고 있다. 따라서 호우사상의 크기에 따라 본류 배수영향으로 진천군(인산리) 관측소 중고수위에서 수위-유량관계곡선으로 산정된 유량의 크기가 과대 산정되어 진천군(가산교)와 합산한 유량이 진천군(오갑교) 관측소 유량과 상하류 역전이 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 합류부 보조수위계 설치를 통해 배수영향을 검토 할 계획이었으나 2020년 큰 호우사상으로 보조수위계가 유실되어 본류에 위치한 진천군(가산교)와 진천군(오갑교) 관측소의 연속적인 수위, 유량, 유속 등 수리학적 인자를 이용하여 에너지 방정식으로부터 합류부 수위를 산정하고 지류인 한천의 배수영향 검토를 통해 진천군(인산리) 관측소의 배수 발생기간을 검토하였다. 따라서 수위-유량관계곡선을 이용한 유량환산에 있어서 배수에 의한 왜곡된 유량 자료를 제외하였으나 배수에 의한 유량환산 불가기간은 추후 해결해야 할 과제로 남는다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.1834-1838
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• 2007

감조하천을 비롯한 주요 하천에서 수자원량의 정량화는 수위-유량관계곡선식 개발로부터 가능한 일이다. 그러나 신뢰성 있는 수위-유량관계곡선식을 개발하는 것은 수문관측의 불확실성과 현장의 열악한 사정 등으로 발생하는 오차들 때문에 어려운 일이다. 조위의 영향을 받는 감조하천은 무 강우에도 수위의 변동이 심한 특성으로 수위와 유량의 관계를 규정하는 것은 일반 하천의 경우보다 난해하다고 할 수 있다. 본 연구는 감조하천의 유출특성 분석에 관한 기초적인 연구로 향후 감조하천 구간에 설계되는 수공구조물의 설계, 혹은 치수목적으로 설계되는 유수지 등의 설계에 이용될 유량자료를 제공하기 위함이다. 유량자료를 생산하기 위해서는 대상 수위관측소지점의 수위-유량관계곡선식으로부터 수위-수문곡선을 유량-수문곡선으로 환산하여야 한다. 이렇듯 유량자료는 곡선식의 정밀도에 전적으로 좌우되기 때문에 신뢰성 있는 곡선식 개발은 중요한 일이다. 본 연구에서는 감조하천에서의 유량자료 생산과 유출 특성을 분석하고자, 만경강 수계에 위치하는 목천 지점을 대상유역으로 선정하였다. 2006년 저 평수기 및 홍수기에 걸쳐 유량측정을 실시하여 다수의 유량측정성과를 확보하였으나 조위의 영향으로 산만한 수리특성을 보였다. 따라서 본 연구에서는 이에 대한 영향을 파악하기 위해서 감조의 영향권에서 각각의 유량이 어떻게 변화하는지 검토하고자 국립해양조사원 해양자료실의 조위관측소에서 제공하는 군산외항 지역의 조석예보표를 이용하여 분석하였다. 본 연구의 분석 결과, 유량측정 당시 간조와 만조의 영향권에서 측정이 이루어진 관계로 유량과 유속 등의 수리 특성이 많은 변화가 발생한 것으로 분석되었다. 이와 같은 영향으로 목천과 같은 감조하천의 경우, 저수위 측정성과는 그 분산정도가 심해 일반화된 수위-유량관계 곡선의 개발이 의미 없다고 판단되며, 홍수기에 측정된 성과를 바탕으로 고수위대의 수위-유량관계 곡선식을 개발하여야 할 것으로 판단된다. 본 연구를 통해 일부 확인된 바와 같이, 일반적인 자연하천이 아닌 감조하천의 경우는, 각각의 수위대별 유량 값의 변화가 발생하는 바 기간별 혹은 간조와 만조부를 포함하여 유량측정을 하여야 할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2004.05b
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• pp.1242-1246
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• 2004

본 연구에서는 유속계와 봉부자를 동한 측정값의 불확실성를 검토한 후, 한강의 7개 지류의 실측 자료들의 불확실성을 ISO 규정을 통하여 추정하였다. Simulated Annealing 기법과 황금비 분할법을 이용한 비선형회귀식을 적용하여 기존의 수위-유량 곡선식자 비교해보았다. 불확실성 추정결과 유량 측정치들의 불확실성이 ISO 규정의 기준에 비해 높게 추정되었으며, 특히 무작위 오차와 계통 오차 중에 무작위 오차의 불착실성이 높게 나타났다. 또한, 기존 수위-유량곡선식과 Simulated Annealing 기법과 황금비 분할법을 이용한 방법을 비교해본 결과 황금비 분할법이 가장 좋은 결과를 얻었다. 이때 수위-유량곡선식의 영수위값을 황금비 분할법을 이용해 구한 후 비교해 본 결과는 기존의 선형회귀방법과 비선형방법에서 큰 차이를 보이지 않았다. 또한 곡선 분리시에는 하나의 수위-유량곡선일때보다 오차가 줄어드는 경향을 보였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.1814-1818
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• 2007

본 연구는 낙동강 본류 5개 유량 측정 지점에 대한 유량측정성과 검토와 더불어 개발된 수위-유량 관계 곡선식에 대한 검증 평가를 위해 객관적인 비교 분석항목을 이용하여 적절성을 평가 하였다. 이번 개발된 수위-유량관계곡선식을 이용하여 곡선식 불확실도 및 평수시, 홍수시 상하류 유량비교와 연간 유출률을 산정하였다. 그 결과, 낙동강 수계 본류의 주요 5개 대상 지점에 대해 신뢰성 있는 수위-유량관계곡선식을 개발할 수 있었다. 개발된 곡선식을 이용하여 확정된 유량자료는 양질의 수준을 갖는 것으로 평가되었다.