• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.19-19
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• 2022

하천에 발생하는 홍수를 예측하는 과정은 실무에서 많이 사용하는 HEC-HMS 와 같은 강우-유출 모형을 사용하여 산정한 하천의 강우빈도별 설계홍수량으로부터 HEC-RAS와 같은 수리학적 모형을 이용하여 홍수위를 산정하는 방법을 주로 의존하고 있다. 하지만 이러한 방법은 강우 강도를 통하여 하천에 발생하는 빈도별 유량으로 간접적으로 홍수위를 산정하기 때문에 실시간으로 발생하는 홍수위 또는 홍수 발생시간을 정확하게 알기 힘들다. 하지만, 최근 하천의 홍수파 또는 배수영향으로 인한 이력현상으로 하천의 수위-유량관계의 이력현상으로 인해 발생하는 유량자료의 오차를 줄이기 위해 수위관측소에 H-ADCP 초음파 센서를 활용한 자동유량측정장치를 설치, 운영하여 실시간으로 유량자료를 관측하고 있다. 이러한 자동유량측정장치에서 측정하는 유량자료는 H-ADCP에서 지표유속으로부터 유량자료를 산정하는데, 홍수파 또는 배수영향으로 지표유속, 유량, 수위의 수문곡선에 발생하는 이력현상을 관측 가능하다. 관측된 수문곡선의 이력현상은 유속, 유량, 수위 순으로 첨두의 발생시간이 나타나는데, 유속의 첨두 발생시간과 수위의 첨두 발생시간은 수문곡선의 형태 또는 규모에 따라 달라진다. 따라서 본 연구에서는 기존의 강우-유출 모의에 의존한 홍수예보기법을 보완하여 더 정확한 홍수위, 홍수 발생시간을 예측하고, 홍수예경보 시스템에 정량적인 기준을 제시할 수 있도록, 하천에 발생하는 수문곡선의 첨두유속과, 첨두수위의 발생시간, 규모를 분석하여 둘의 관계를 제시하고자 한다. 분석방법으로는 대상유역으로 이력현상이 발생하는 영산강유역에 위치한 남평교, 나주대교 두 지점을 선정하고 자동유량관측소 관측자료인 지표유속, 수위자료를 취득한다. 취득한 자료로부터 지표유속의 첨두 값과, 수위의 첨두 값, 지표유속의 첨두지점으로부터 수위의첨두지점 까지 발생하는 시간을 홍수 사상별로 정리하여 첨두유속-첨두수위, 첨두유속-첨두수위발생시간의 관계그래프를 산정하였다. 남평교의 경우 유속-수위의 이력범위는 거의 없었다. 나주대교의 경우 유속-수위 이력범위가 현저히 나타나 관계를 분석하기 용이 하였다. 하천에 이력현상이 현저히 나타나는 경우 첨두유속-첨두수위, 첨두유속-첨두수위발생시간의 관계가 뚜렷하게 나타나고 이러한 결과를 바탕으로 하천의 홍수예경보 판단의 정량적 기준을 제안하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2004.05b
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• pp.903-907
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• 2004

평저수시 유량측정법인 유속-단면적법의 대안으로 제시할 수 있는 기존 보를 활용한 유량측정법은 수위를 체크함으로서 손쉽게 유량을 알 수 있다는 장점이 있다. 표준유량측정구조물에 비해 정확도는 떨어지지만 기존 보에 대한 수위-유량관계곡선을 작성해 놓게 되면 높은 정확도에서 유량을 알 수 있게 된다. 구조물의 형태, 구조물 상하류조건, 수위-유량관계 곡선 개발시 정밀유량측정의 정도에 의존하겠지만 홍수시보다는 평저수시 크게 활용성이 있을 것으로 사료된다. 시험사이트로 탄천 1개소, 곡릉천 2개소의 보를 선정하여 수위-유량관계곡선과 유량공식을 개발해 보았다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.284-284
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• 2018

대부분의 물분쟁의 경우 강 또는 호수를 공유하고 있는 국가 간에 발생하고 있으며 국내에도 제한된 물로 인하여 다양한 지역에서 물 분쟁이 발생하고 있다. 이렇듯 물 부족으로 인한 물분쟁 현상은 점차 심화되고 있으며 특히 강을 공유하고 있는 인접지역에서 발생할 가능성이 높아지고 있다. 본 연구에서 Water Rights Analysis Package (WRAP) 모델의 국내 적용을 위한 기초자료 구축단계로서 수위별로 되어 있는 수위-유량 관계 곡선식을 단순화하여 자연하천유량 산정을 위한 절차를 간편화하였다. 첫째, 확률 분포곡선을 이용한 수위 자료 구간별 구분; 둘째, 구분된 수위 자료에 대한 회귀 분석 실시; 셋째, 실측 유량 자료 및 모의 유량 자료를 이용한 신뢰도 산정 및 비교를 통한 본 연구결과에 대한 타당성 검토를 수행하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.674-678
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• 2005

수문학 분야에서 수문자료의 정확도를 높이는 문제는 오래전부터 고민해왔던 사항이다. 이와 관련하여 정부에서는 수문자료의 정확도를 높이고 전국의 수자원 정보를 파악하기 위하여 수문관측 매뉴얼을 작성하고 전국의 주요 지점에 수위관측소를 설치하여 유량측정을 하고 있다. 2004년에도 5대강 권역별로 유량측정이 실시되었으며, 이중 섬진강에서 유량측정이 실시된 6개 지점에 대해 올해 처음으로 도입되어 수행된 유량측정 검증시스템의 적용 결과에 따른 유량측정성과, 수위-유량관계곡선 및 유량자료의 개선된 결과를 소개하고자 한다. 유량측정 검증시스템은 유량측정성과의 기본특성 검토, 이상치 여부 판별 및 평가 등 유량측정성과의 검증, 개선된 방법론에 따른 수위-유량관계곡선의 작성 환산된 유량자료의 평가 및 평가 결과 개선이 필요한 경우 수위-유량관계곡선의 재작성하는 피드백 과정으로 이루어진다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.1307-1311
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• 2010

수자원의 효율적인 관리를 위해서는 홍수량 자료뿐만 아니라 저 평수량의 자료도 매우 중요하며, 이는 최근의 가뭄 발생으로 인하여 용수공급 및 하천수질관리 문제에서 저수위 유량자료의 파악이 중요한 관심 대상이기 때문이다. 이를 위해서는 저수위에 대해 유량측정을 실시하여 유량자료를 확보해야 하며, 이와 더불어 연속적인 유량자료를 얻기 위해서는 신뢰성 있는 수위-유량관계곡선식이 필수적이다. 일반적으로 자연하천에서 수위-유량관계는 수위의 상승 및 하강에 따라 유량변화가 일정한 경향성을 가지고 변동을 하기 때문에 단일함수 관계로 설명이 가능하다. 하지만 갑문 조작에 영향을 받는 구간에서는 수위와 유량만의 단일함수 관계가 아닌 갑문의 개 폐에 따라 수위와 유량이 변동하는 특성을 가지고 있어 일반하천에 비해 수위-유량관계를 규명하는 것이 매우 어려운 문제이다. 본 연구는 금강 하구둑의 갑문조작에 의하여 배수영향을 받는 규암 수위관측소에 대하여 수위-하강고-유량관계를 이용한 유량환산방법, 수면경사를 매개변수로 추가한 다중 회귀식 개발, 자동유량측정 장치를 이용한 유속지수법, 기존 수위-유량관계곡선식을 이용한 유량환산, ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler)를 이용한 유량측정성과에 대하여 비교 분석을 통하여 갑문조작에 의한 배수영향을 받는 지점의 안정적인 유량자료를 제공하는데 목적이 있다. 이와 같이 각 유량환산 방법에 따라 실측 유량과 환산유량 비교의 결과 수위-하강고 유량관계의 경우 평균 26.60%, 기존 수위-유량관계곡선의 경우 130.29%, 유속지수법의 경우 36.48%, 다중회귀식의 경우 24.65%의 상대오차가 발생하였다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.33 no.5
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• pp.635-645
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• 2000

In tidal rivers, the river level, discharge and tide are interrelated. Therefore, the stage-discharge relation that takes no account of tidal effects is inaccurate. For the calculation of river discharge in low water level, this paper attempts to formulate a multiple regression equation of stage-discharge curve to calculate the river discharge in low water level with variables as river level and differences between sea level and river level. Numerical application were perfonned on Ulsan gaging station in Taehwa river, and the comparison with existing rating curve equation showed good applicability of this multiple regression equation.uation.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.261-261
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• 2020

물관리의 기본이 되는 연속적인 유량 자료 확보를 위해서는 정확도 높은 수위-유량 관계 곡선식 개발이 필수적이다. 수위-유량 관계곡선식은 모든 수문시설 설계의 기초가 되며 홍수, 가뭄 등 물재해 대응을 위해서도 중요한 의미를 가지고 있다. 그러나 일반적으로 유량 측정은 많은 비용과 시간이 들고, 식생성장, 단면변화 등의 통제특성(control)이 변함에 따라 구간분리, 기간분리와 같은 비선형적인 양상이 나타나 자료 해석에 어려움이 존재한다. 특히, 국내 하천의 경우 자연적 및 인위적인 환경 변화가 다양하여 지점 및 기간에 따라 세밀한 분석이 요구된다. 머신러닝(Machine Learning)이란 데이터를 통해 컴퓨터가 스스로 학습하여 모델을 구축하고 성능을 향상시키는 일련의 과정을 뜻한다. 기존의 수위-유량 관계곡선식은 개발자의 판단에 의해 데이터의 종류와 기간 등을 설정하여 회귀식의 파라미터를 산출한다면, 머신러닝은 유효한 전체 데이터를 이용해 스스로 학습하여 자료 간 상관성을 찾아내 모델을 구축하고 성능을 지속적으로 향상 시킬 수 있다. 머신러닝은 충분한 수문자료가 확보되었다는 전제 하에 복잡하고 가변적인 수자원 환경을 반영하여 유량 추정의 정확도를 지속적으로 향상시킬 수 있다는 이점을 가지고 있다. 본 연구는 머신러닝의 대표적인 알고리즘들을 활용하여 유량을 추정하는 모델을 구축하고 성능을 비교·분석하였다. 대상지역은 안정적인 수량을 확보하고 있는 한강수계의 거운교 지점이며, 사용자료는 2010~2018년의 시간, 수위, 유량, 수면폭 등 이다. 프로그램은 파이썬을 기반으로 한 머신러닝 라이브러리인 사이킷런(sklearn)을 사용하였고 알고리즘은 랜덤포레스트 회귀, 의사결정트리, KNN(K-Nearest Neighbor), rgboost을 적용하였다. 학습(train) 데이터는 입력자료 종류별로 조합하여 6개의 세트로 구분하여 모델을 구축하였고, 이를 적용해 검증(test) 데이터를 RMSE(Roog Mean Square Error)로 평가하였다. 그 결과 모델 및 입력 자료의 조합에 따라 3.67~171.46로 다소 넓은 범위의 값이 도출되었다. 그 중 가장 우수한 유형은 수위, 연도, 수면폭 3개의 입력자료를 조합하여 랜덤포레스트 회귀 모델에 적용한 경우이다. 비교를 위해 동일한 검증 데이터를 한국수문조사연보(2018년) 내거운교 지점의 수위별 수위-유량 곡선식을 이용해 유량을 추정한 결과 RMSE가 3.76이 산출되어, 머신러닝이 세분화된 수위-유량 곡선식과 비슷한 수준까지 성능을 내는 것으로 확인되었다. 본 연구는 양질의 유량자료 생산을 위해 기 구축된 수문자료를 기반으로 머신러닝 기법의 적용 가능성을 검토한 기초 연구로써, 국내 효율적인 수문자료 측정 및 수위-유량 곡선 산출에 도움이 될 수 있을 것으로 판단된다. 향후 수자원 환경 및 통제특성에 영향을 미치는 다양한 영향변수를 파악하기 위해 기상자료, 취수량 등의 입력 자료를 적용할 필요가 있으며, 머신러닝 내 비지도학습인 딥러닝과 같은 보다 정교한 모델에 대한 추가적인 연구도 수행되어야 할 것이다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.42 no.10
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• pp.867-876
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• 2009

In this study, the stage-discharge relation curve made in 2006 is selected with standard curves to seize the hydraulic and geometric characteristics for the temporal variation of the river bed. The relationships among the standard stage-discharge relation curve and the existing stage-discharge relation curves, water level, cross sectional area, and flow velocity are analyzed. Jeokpogyo and Jindong which are the key station of Nakdong river are chosen for the study, with respect to the current river bed to convert the existing stage-discharge curves. The relationships for conversion of previous data, between water level and flow velocity are got. Also the relation equation between water level and cross sectional area and water level, flow velocity are derived. These conversion relationships shows good agreement between observed values and estimated values. It will be very useful to convert past hydraulic quantitations to current one.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.1844-1848
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• 2007

본 연구에서는 섬진강유역에 위치한 주요 수위관측소 지점의 유출률을 산정하기 위해서 지리정보시스템(Geographic Information System : GIS)을 적용하였다. 유출률 산정에 이용된 GIS 소프트웨어로는 ArcInfo와 ArcView 등을 이용하였으며, 대상유역의 수치유역도, 강우관측망도, 수위관측망도, 수계망도, 주암댐 유역도, 섬진강댐 유역도, 순유역도 등을 일차적으로 생성하였다. 또한 수치표고모델(Digital Elevation Model : DEM), 토양도, 토지피복도, 유출곡선지수도(Curve Number : CN) 등의 기본도를 생성하였다. 일반적으로 미계측 유역에서의 유출률 산정은 강우모형과 유역모형, 하도모형 등에 의한 수문학적 방법으로 산정되나, 계측 유역은 수위관측소 지점의 수위-유량관계곡선식에 의해 수위 수문곡선을 유량 수문곡선으로 변환하여 산정하게 된다. 본 연구에서는 수위-유량관계곡선식에 의하여 유출수문곡선을 산정하였으며, 또한 산정된 유출률의 적정성을 파악하기 위해 GIS를 이용하여 산정한 CN의 값과 비교하였다. 본 연구는 섬진강유역을 대상으로 하는 유출률 산정에 관한 연구로 강우량자료의 일관성 분석 등도 수행하였다. 유출률 산정에 이용된 강우자료는 기상청 자료이며 평균 강우량은 강우의 시간적 분포와 강우량의 양적분포 등을 분석한 후 산술평균법에 의해 산정하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.2228-2232
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• 2008

삽교천 수계에 위치하고 있는 지점들은 유역면적이 작은 지점들과 삽교천 갑문의 영향에 의한 배수영향을 받는 지점들로 인하여 수문관측에 어려움이 많아 수위-유량관계곡선개발이 매우 어려운 지점들이다. 따라서 2007년 유량측정성과들을 이용하여 보다 정확한 수위-유량관계곡선개발을 하기 위해서 각 지점별 유량측정성과의 기준측선수, 최대구간유량비, 불확실도 분석 등을 통해 유량측정성과를 분석하였으며, 연유출률 분석, 상 하류 유량 비교, 평 저수시 동시유량 검토, 수위-유량관계곡선 불확실도 분석으로 수위-유량관계곡선의 신뢰도를 검토하였다. 금회 삽교천 수계에서 유량측정된 지점은 수촌, 원평, 매곡, 온천, 충무교 지점이며, 충무교 지점을 제외한 4개 지점은 2007년 수위자료를 이용하였고, 충무교 지점은 충무교 지점 하류의 보 영향으로 계기수위 0.855m(GZF)이상의 수위를 보이는 기간인 7월 19일$\sim$10월 24일까지 기간의 수위자료를 이용하여 순 유출률을 산정하였다. 각 지점별로 순 유출률을 보면 수촌 64.4%, 원평 44.1%, 매곡 56.3%, 온천 56.1%, 충무교 88.2%로 산정되었으며, 대체적으로 적절한 연 유출률을 보이고 있다. 본 연구에서 수행한 삽교천 수계 5개 지점의 측정성과를 이용한 유출특성 분석 결과, 기존의 성과에 비하여 좋은 결과를 얻은 것으로 판단되지만, 본 연구에서 수행한 유량측정에서도 많은 문제점이 발생하였기 때문에 이런 경험과 기술들을 지속적으로 축적한다면 향후 더 정밀한 유량측정성과를 확보할 수 있을 것으로 판단되며, 효과적인 치수 및 이수계획의 수립 등 수자원 개발에 가장 기초가 되는 정확한 수문분석 자료의 확보를 위한 기반을 마련할 수 있을 것이다.