• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.260-260
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• 2023

일반적으로 수위·유량 거동은 시간에 따른 수위·유량의 변화량으로 분석이 가능하며, 이를 토대로 연간, 특정 기간의 수위·유량을 분석 및 예측하여 수자원을 효율적으로 활용하고, 재해 예방에 활용할 수 있다. 이러한 수위·유량의 거동에는 다양한 요인들이 영향을 미치며, 대부분의 경우 해당 요인들이 복합적으로 산재하여 각 요인의 영향이 중첩되어 수위 거동을 이해하기에 어려움이 존재한다. 그에 따라 본 연구에서는 웅천천 보령시(노천교) 지점을 대상으로 강우, 유출, 유입에 따른 수위·유량의 거동분석을 실시하였다. 보령시(노천교) 지점은 다양한 외부 요인들이 존재하며, 각 요인이 비교적 독립적으로 작용한다는 가정을 하여 지점의 수위·유량의 요인별 거동 양상을 분석하고자 한다. 우선 금강홍수통제소에서 제공되는 보령시(노천교) 10분 수위 자료와 일 강수량을 비교하여 강우에 따른 수위 패턴을 분석하였다. 이후 보령시(노천교) 10분 수위 자료를 한국수자원조사기술원에서 개발한 수위-유량관계곡선식을 이용해 10분 단위 유량으로 환산하고, 이를 한국수자원공사에서 제공하는 보령댐 10분 단위 총방류량 자료 중 하천 방류량(소수력, 관개(몽리), 하천유지, 등)에 해당하는 내용들을 추출해 비교하였다. 그 결과, 하천의 기저유량은 방류량에서 결정되는 것으로 확인되었으며, 강우량에 따른 수위상승은 비교적 직접적인 요인으로 일어났다. 1순위 수위(2.52m)는 강우에 의해 영향을 받고, 2순위 수위(2.24m)는 방류량에 영향을 받은 것으로 분석되었다. 또한 4~5월 기간에는 기저수위 이하로 떨어지는데, 이는 농업용수 취수의 영향으로 기저수위 이하의 수위거동을 보인 것으로 분석되었다 이를 통해 하천수위 거동을 요인별로 분석할 수 있었으며, 향후 물수지적 관점으로의 추가분석이나 강우에 따른 댐 방류량 조절을 수위로 치환해 더욱 세밀하게 조절할 수 있을 것으로 예상된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.555-555
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• 2016

본 연구는 낙동강 유역의 대표지점별 과거 수문자료의 타당성을 검토하고, 발생된 오류에 대해서는 표준화된 방법으로 수정 보완하여 하천유량 적정관리를 위한 기초 통계자료를 구축하는데 그 목적이 있다. 따라서 수문자료의 정확성 확보와 향후 자료의 활용성을 증대하기 위하여 낙동강홍수통제소의 수문관측소를 중심으로 수위, 수위-유량관계곡선식, 유량자료를 다양한 근거자료 및 수문자료의 특성 등을 고려하여 기초적인 통계자료 구축을 위해 노력하였다. 과거자료를 검토한 결과 2000년대를 기점으로 수위자료의 정확도가 향상되는 것으로 판단하였으며, 사용자에게 신뢰성 있는 자료를 제공하기 위하여 2000년도 이후의 수위자료와 수위-유량관계곡선식을 수집하여 검토?분석하였고, 자료 보완을 통하여 신뢰성 있는 유량자료를 구축할 수 있도록 하였다. 대상지점 12개소에 대하여 취득기간별에 따른 각종 기초통계 특성에 대하여 요약 정리하였다. 자료의 취득률은 대부분 90% 이상의 양호한 결과를 나타내었지만, 몇몇 지점에서는 수위자료의 불안정으로 인하여 60% 이하를 나타내는 지점 또한 존재하였다. 연평균 손실고는 평균강수량에서 유출고를 뺀 값을 나타내고, 이에 대한 유출률을 산정하였다. 또한 취득기간 동안의 평균 풍 평 저 갈수량을 분석하였다. 치수 및 이수 측면을 고려하여 최고유량과 이에 대한 발생일을 조사하였으며, 최저유량의 경우는 7일 평균 최저유량과 이에 대한 발생일을 조사하였다. 최저유량 발생일은 7일 중 중간일을 기준으로 표시하였고 조석이나, 지속적인 배수의 영향을 받는 지점은 홍수위 및 홍수량에 대해서만 산출하였다. 비록 2000년 이전 자료에 대해서는 현실적인 한계로 인하여 검토를 실시하지 못하였으나, 최소 10년간의 자료에 대해서는 신뢰성을 확보하기 위한 노력을 기울였으며, 이러한 경험으로 다시는 재현되는 않는 자연현상에 대한 현장단위에서의 관측 및 측정뿐만 아니라 이를 바탕으로 축적된 자료의 구축, 검증을 통한 DB 구축 등에 더욱 각고의 노력이 필요할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.421-421
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• 2018

효율적인 수자원 관리를 위하여 전국유역조사, 수자원 장기종합계획 등 다양한 사업이 수행되고 있으며, 이를 위하여 유출해석은 필수적인 항목이라 할 수 있다. 유출해석을 위하여 수문모형 또는 관측소의 유량자료가 활용되고 있으나, 이는 기존에 관측된 유량자료를 바탕으로 구축된 수위-유량관계 곡선식(Rating-curve)을 활용하여 재생산된 자료라 할 수 있다. 즉, 수위자료는 매시간 관측소에서 측정이 되지만, 유량자료의 경우 측정이 어려울 뿐만 아니라 변동성 및 불확실성이 크기 때문에 시계열 수위를 곡신식을 통해 유량으로 변환하여 활용하고 있다. 이와 같이 수위-유량관계 곡선식의 정확성이 수문자료 생산에 핵심 요소임에도 불구하고 이에 대한 연구는 제한적이며, 특히 홍수터 등의 영향을 고려하여 분할된 곡선의 천이점 접합시 곡선식의 정확도 향상을 위한 연구도 드문 편이다. 따라서 본 연구에서는 구간 분할된 곡선의 최적 천이점 선정을 위하여 Particle Swarm Optimization(PSO)기법을 활용하였으며, 총 5개 구간까지 구간별 목적함수로 RMSE, RSR, 결정계수 적용시 특성변화에 대한 연구를 수행하였다. 구간에 대하여 절대적인 오차를 산정하는 RMSE를 활용하는 경우 저수위 부분에 대한 오차가 증가하는 것을 확인할 수 있었으며, 상대적인 오차인 RSR, 결정계수를 활용하는 경우 전체 구간에 대한 오차를 보완할 수 있는 것으로 나타났다. PSO기법을 활용하여 도출된 곡선식에 대해서는 구간 및 전체구간에 대한 오차(RMSE, 결정계수, RSR, MAPE)를 활용하여 불확실성을 검토할 수 있도록 하였고, 잔차분석을 통한 이상치 및 회귀곡선에 대한 정규성 검토를 수행할 수 있는 툴을 개발하였다. 레이팅 커브를 작성하는데 있어 최적화 알고리즘을 활용하여 구간분할시 천이점 선정의 자동화로 천이점 선정에 소요되는 시간을 대폭 감축할 수 있을 뿐만 아니라, 구간별 오차를 종합적으로 고려하여 우수한 품질의 레이팅 커브를 도출할 수 있는 기반을 구축하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.77-81
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• 2019

식생전이에 따른 기간분리는 해외 및 국내 논문에서 식생영향을 받지 않는 곡선식과의 차이를 검토하고, 측정성과별 분류를 통해 곡선식을 개발하는 방법이 제시하고 있으나 적용기간 설정에 대한 구체적인 방법이 없다. 또한 상하류 비교를 통해 기간분리의 적정성을 검토할 수 있다고 명시되어 있으나 비교 관측소가 없는 경우 검토에 어려움이 있다. 본 연구는 2017년 수위-유량관계곡선식의 적용시간 결정에서 현장 식생모니터링 자료와 함께 연간 수온변화를 참고 자료로 활용하였다. 연간 수온자료를 산정하기 위해 측정된 수온과 해당 기온에 대한 상관관계식을 개발하였다. 또한 산포가 발생하는 측정성과는 생성된 연간 수온자료를 참고하여 전이여부를 판단하였다. 2018년은 2017년의 계절별 수온변화 자료 및 수집된 주요 수중식생의 생활사를 참고하여 연간 측정계획에 활용하였으며, 수위-유량관계곡선식 개발 시 동일한 방법을 사용하였다. 2017년은 가뭄으로 인해 수중식생에 의한 전이가 활발했던 기간으로 측정성과에 대해 식생영향 최고 기간과 최대 기간의 동일수위에 대해서 유량을 비교한 결과 $0.003m^3/s{\sim}1.099m^3/s$의 범위를 보였다. 유출량 비교의 경우 기간분리를 적용하지 않았을 경우 약 40.1% 과대 산정되었다. 2018년은 잦은 강우로 인해 수중식생의 이탈 및 전이 영향수위의 발생빈도가 비교적 적어 동 수위 유량을 비교한 결과 $0.19m^3/s{\sim}0.49m^3/s$의 범위를 보였다. 연 유출량을 비교한 결과, 기간분리를 고려하지 않은 경우가 약 39.6%로 과소 산정되었다. 따라서 본 연구사례를 통해 식생에 의한 기간분리가 발생하는 지점에 대해서 비교적 합리적인 측정주기 계획을 위한 확립 근거와 기간분리 적용기간에 대한 합리적인 자료로 활용 될 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제38권4호
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• pp.271-280
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• 2005

본 연구의 목적은 기존 수위-유량곡선식에 내재되어 있던 발산과 처리 불능문제를 해결하기 위한 새로운 형태의 관계식($Q=p(h-e)^{\beta}-{\gamma}$)을 제안하고 그러한 수위-유량곡선식 산정모형을 개발하였다. 발산 문제는 영유량 수위 매개변수 e를 찾고 추정된 식의 총오차 값을 최소화하는 동안 승수 매개변수 ${\beta}$가 비정상적으로 커지는 것이다. 불능 문제는 e값이 계측 최소수위 이상의 값일 때 (h - e)값이 음수가 되어 로그값을 취하는 것이 불가능하다는 것이다. 이상의 두 가지 문제는 제어변수 ${\gamma}$를 도입함으로서, ${\beta}$를 감소시키는 효과와 "0" 이상으로 (h - e)를 제어할 수 있게 되었다. 본 연구에서는 물리적 분석과 민감도 분석을 통하여 수위-유량곡선식에서 매개변수 ${\gamma}$의 영향이 e 의 영향과 거의 같음을 보였다. 또한 개발된 WinCARD 시스템은 모든 수위국의 수문분석에 사용되는 기존 수위-유랑곡선식의 적합도를 평가하고, 하천유량 산정을 위한 신규 수위-유량곡선식을 작성하는데 활용될 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.223-227
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• 2010

하천의 수위와 유량에 대한 정확한 정보는 이수, 치수와 같은 수자원 관리에 있어서 가장 기본적인 기초자료가 된다. 하천 수위와 유량 자료를 확보하기 위한 지속적인 직접 계측 방법은 많은 시간과 비용이 소모되며, 홍수 시에는 위험성이 존재하여 자료 확보가 불가능하다. 따라서 수치모형을 이용한 수위-유량 자료의 예측과 활용이 필요하며, 2차원 수치모형의 경계조건을 설정할 경우에도 활용할 필요성이 있다. 본 연구에서는 복단면 개수로 및 불규칙한 하상을 보이는 횡단면 상에서의 단위유량 예측을 위한 유한요소모형을 개발한다. 지배방정식은 Wark 등 (1990)이 제시한 운동량방정식을 이용하며, 단면형상과 Manning 조도계수, 그리고 수위를 알면, 결과적으로 흐름방향 단위유량의 횡방향 분포를 얻을 수 있다. 개발된 모형의 검증을 위해 실측 자료와 비교하며, 또한 Darcy-Weisbach 마찰계수를 이용하는 Darby와 Thorne (1996)의 모형 결과와도 비교한다. 검증된 모형의 알고리즘을 2차원 모형의 상류단 경계조건 설정에 활용하여, 절점별 유입유량을 차등분배 시켰을 때와 그렇지 못했을 때의 결과를 비교한다. 또한 수위를 경계조건으로 입력하였을 때 개발 모형을 활용하여 유입유량을 예측하는 활용방안을 제시한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.850-854
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• 2005

본 연구에서는 홍수가 발생할 경우 그 피해에 대한 잠재위험도를 산정하는 방법론을 제시하고자 한다. 이를 위하여 대상유역의 연간 홍수피해 잠재위험도의 기대치를 나타내는 홍수피해 잠재위험 기대치(Expected Potential Risks of Flood Damage, EPR)라는 새로운 개념을 정의하고 이 개념을 이용해 잠재위험도를 산정하도록 한다. 우선 EPR을 선장하기 위한 요소로 대상유역의 노출성(E)과 취약성(V)을 정의하고, 빈도-유량 곡선, 수위-유량 곡선, 수위-노출성$\cdot$취약성 곡선, 빈도-노출성$\cdot$취약성 곡선을 정의하도록 한다. 빈도-유량 곡선은 대상유역의 하천정비기본계획 자료와 실측자료를 이용해 산정하고,, 수위-유량 곡선은 HEC-G대RAS 모형을 이용하여 산정하였다. 대상유역은 경기도 용인시에 위치한 금학천 유역으로, 산정결과는 최대 노출성 및 취약성 지수를 각각 100으로 볼 때, 노출성 지수는 28, 취약성 지수는 32.25이고, 50년 빈도 홍수피해 잠재위험도는 30.13로 산정되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1722-1726
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• 2008

배수 영향을 받는 가상수로에서 HPG방법과 HPG의 자료를 사용하여 수면경사에 의한 접근방법으로 유량을 보정하였다. 각 case에 대하여, 가정된 상류수위와 유량에 대한 기준유량은 동일하였지만, 하류수위가 상승할수록 배수 영향이 커져 가정유량의 보정량이 크게 나타났다. HPG방법으로 계산된 유량에 대한 수면경사에 의한 접근방법으로 계산된 유량은 고유량에서 4.0%이하의 낮은 상대오차가 나타났다. 따라서 관측자료가 적을 경우, 계산이 쉽지 않은 수면경사에 의한 수위유량곡선방법보다는 HPG방법이 용이하다고 판단된다. 이후 이 방법을 실제 하천에 적용하여 관측유량과 계산유량을 비교, 검토할 계획이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1469-1473
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• 2007

일반적으로 자연하천에서의 유량측정은 현장의 접근성 및 측정자의 작업숙련도 등의 문제로 인하여 측정자료의 신뢰도 저하는 물론, 강우관측이나 수위관측과 같이 연속적으로 유량자료를 확보하기에는 기술적, 경제적으로 매우 어려운 실정이다. 현재 실무에서는 연속적인 유량자료를 확보하기위해 하천수위와 관계로부터 수위-유량관계곡선(Rating Curve)을 작성한 후, 연속적으로 관측된 수위로부터 유량을 환산하여 유량자료를 생산하고 있다. 그러나 우리나라는 년강수량의 2/3가 홍수기인 $6{\sim}9$월 사이에 집중되는 반면, 갈수기인 10월에서 그 다음해인 3월까지는 년강수량의 1/5에 불과함에 따라 하천유황의 계절적 변동성이 심하게 발생하며, 이로 인해 홍수기를 전 후로 지속적인 하상변동이 발생하여 수위-유량관계를 크게 왜곡시키고 있다. 특히 본 연구의 대상유역인 금강수계 상 하류 5개 지점에서는 년유출량의 상대오차가 10%이하인 경우가 11%에 불과하여 왜곡된 수위-유량관계로부터 산정된 유량자료의 신뢰도는 매우 낮은 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서는 기 개발된 유역유출예측시스템(RRFS)의 실제 적용성을 평가하고 확장 보완하기 위해, 하천 본류의 제어지점(Control Point) 및 소유역 출구지점의 유량자료에 대한 신뢰도를 평가함은 물론, RRFS 주요제어지점에 대한 유출특성을 파악하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.393-393
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• 2015

대부분의 중규모 유역 내에는 하도가 형성되므로, 유역의 출구는 하도(지류)와 대규모 유역의 하도(본류)가 합류하게 되며, 합류부에서 멀리 떨어지지 않은 곳에 지류 유역의 유출량 산정을 위한 수위관측소가 위치하게 된다. 수위관측소에서는 일반적으로 연속적인 수위관측과 수위-유량관계곡선(rating curve)으로 유량을 산정하게 되는데, 배수영향을 크게 받는 합류부 구간에서는 단일 수위-유량관계가 나타나지 않으므로 유량산정이 어렵게 되는 문제가 발생한다. 이는 배수영향이 발생할 경우, 유량 함수의 주요 변수에는 수위 뿐만 아니라 수면경사 등의 매개변수가 추가되기 때문이다. 현장에서는 하천 흐름방향으로 두 개의 수위관측소를 설치하여 관측소 간의 수면경사를 측정하고, 이를 유량 산정에 활용할 수 있다. 그러나 지류 합류부의 배수 영향 구간에서 수면경사를 알기 위하여 두 개의 수위관측소를 설치하는 것은 경제적이지 않으며, 현재 설치되어 있는 장비와 시설을 활용하여 유량을 산정할 수 있는 방법의 개발이 필요하다. 본 논문의 목적은 합류부 배수영향을 받는 지류 구간에 설치된 수위관측소에서 유량을 산정하기 위한 방법을 개발하는 것이다. 이를 위하여 발생가능한 모든 하천 흐름조건에 대한 배수영향 수면곡선을 요약한 HPG(Hydraulic Performance Graph)를 본류와 지류가 합류하는 시스템에 적용하였다. HPG의 개발을 위하여 본류와 지류로 구성된 수지상 하천망을 HEC-RAS 모형으로 구축하고 부정류 모의로 구축된 모형을 보정 검증하였고, 본류와 지류에 위치한 기존 두 수위관측소 수위와 유량과의 관계 표를 작성하여 크리깅 보간을 수행하였다. 크리깅으로 보간된 HPG와 두 수위관측소에서 계측된 수위를 이용하여 대상 홍수사상 기간 금호강의 유출량을 산정하였고, 유량 산정 결과는 금호강 성서 자동유량측정 자료와 거의 일치하는 것을 확인하였다.