• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.488-493
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• 2010

하천 유량자료는 조사 목적에 따라 시간, 일, 월 등 다양한 시간범위를 갖는다. 이러한 특성을 갖는 유량 자료를 확보하기 위해 정해진 시간에 유량측정을 시행하는 것은 경제적, 기술적으로 매우 어려운 일이다. 따라서 연속적인 유량생산은 상대적으로 연속측정이 용이한 수위자료를 연속측정하고, 간헐적인 유량측정을 통하여 수위-유량관계를 수립하여, 수립된 관계를 연속적으로 측정된 수위자료에 대입하여 이루어진다. 그러나 준설에 의한 하상변동, 가물막이 등 하천횡단 구조물 설치에 따른 통제특성 변화, 공사 등에 의한 하천경사 변화 등에 의해 수위-유량관계의 연속적인 변화가 발생할 경우 하나의 수위-유량관계로 연속적인 유량환산이 불가능하게 된다. 따라서 자연현상 및 각종 공사에 의해 하도 특성이 변화할 경우 신뢰도 높은 유량을 신속하게 제공할 수 있는 새로운 기법 적용이 요구된다. 본 연구에서는 4대강 사업구간에 위치한 유량관측소에서 전통적인 수위-유량관계 곡선법, 기간분리에 의한 방법, Stout 방법, 비유량법 등 다양한 방법을 활용하여 연속 유량자료를 생산 기법을 제시하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.457-461
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• 2010

소하천에서의 효율적인 유량측정 수행을 위해서 K-water(한국수자원공사) 충청지역본부에서는 금강유역의 보청천 지류인 곰쟁이천에 원격유량측정시설 개념의 위어(weir)를 이용한 고정단면 시설물을 2006년도에 설치하였으며, 2007년부터 2009년까지 시설물 직하류에서 도섭을 통한 유량측정을 실시하였고 3차원 흐름해석 결과와의 비교를 통해 소하천 원격유량측정시설의 적정성을 분석하였다. 총 55회의 유량측정 성과를 이용하여 수위-유량 관계곡선식을 산정하였으며, FLOW-3D를 이용하여 3차원 흐름해석을 실시하였다. Francis 유량산정 공식인 Q=$1.84bH^{3/2}$을 통해 계산되는 수위별 유량, 유량측정 성과에 의한 수위-유량 관계곡선식, 그리고 FLOW-3D로부터 계산된 수위별 유량을 비교하였으며, 실측유량과 계산된 유량의 차이를 비교 검토하였다. 이러한 비교 검토를 통해 소유량 구간에 대해서는 원격유량측정시설의 적정성을 확인할 수 있었으며, 갈수시 미소유량이 흐르는 소하천에 위치한 지점에 대해서는 인력 및 비용이 많이 소요되는 도섭을 통한 직접 유량측정 수행보다는 검증된 유량측정시설(위어, 파샬플룸 등)을 통한 유량측정이 더욱 효과적인 것으로 판단되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.438-438
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• 2022

본류와 지류가 만나는 하천의 합류부는 물의 흐름에 변화가 생겨 수면 변화가 상류에 미치는 배수현상이 나타난다. 또한 한강과 평창강이 만나는 영월 지역의 경우 각 유역 면적이 비슷하기 때문에 홍수 사상에 따라 상호 배수 영향을 주어 상류 수위에 영향을 준다. 그러므로 하천 유량을 산정하는 기존 방법인 수위-유량관계곡선(stage-discharge relation curve)을 이용한 환산 유량은 실제 측정 유량과 차이가 있다. 본 연구에서는 2021년 강우 사상에 따른 영월군(영월대교) 지점, 영월군(팔괴교) 지점 간 수위관측소 수위 비교, 각 지점의 수위관측소 수위와 유량관측소 수위 비교, 각 지점의 수위-지표유속관계를 분석하여 기간별 상호 배수 영향을 검토하였고, 연속적으로 유속을 직접 측정하여 얻은 유속과 평균유속 간의 관계를 이용한 지표유속법(index velocity method)의 적용을 검토하였다. 검토 결과 배수 영향 발생 시 지표유속법을 이용하여 산정된 유량과 수위-유량관계곡선식으로 산정된 유량 간의 차이가 발생하였고, 배수 영향 기간에는 지표유속법을 활용하여 유량을 산정하는 것이 타당한 것으로 분석되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.421-425
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• 2009

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. 최근에 ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler) 및 유속지수법을 이용한 자동유량측정시설이 국내에 도입됨에 따라 저 평수량에 대한 연속측정이 가능하게 되었으나, 측정된 수위-유량자료를 이용하여 수위-유량관계곡선식을 개발하는 것은 아직까지 국내 외를 막론하고 명확히 해결하지 못하는 문제점이 남아 있다. 본 연구는 갑문의 조작에 따라 크게 영향을 받는 저 평수량에 대하여 수위-수면경사-유량관계를 이용한 산정방법과 자동유량측정시설에 의한 유량산정방법에 대하여 비교 검토하였으며, 이를 검증하기 위하여 ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler)를 이용하여 갑문 개 폐에 따른 연속 측정을 수행하였다. 이와 같은 유량 산정방법과 검증을 통하여 보다 신뢰도가 높은 저 평수량을 산정하는 것이 목적이다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.8 no.3
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• pp.61-71
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• 1988

The stage-discharge relation curve(rating curve) is the basic formula in hydrologic analysis. It plays an important role in converting to the discharge from available flood water level data including the daily mean stage. However, the river induces a cross section change at the gauging station because of the composed material of the river bed and three processes of the stream flow; i.e., erosion, transportation, and sedimentation. Rating curve has to be revised according to the temporal variation of the river bed due to the those factors. In this study, the basic rating curve is developed with respect to the current river bed to convert the existing rating curves and also to seize the hydraulic and geometric characteristics for the temporal variation of the river bed, relationships among the basic rating curve and the existing rating curves, water level, cross sectional area, and flow velocity are analyzed. Indogyo station, which is not only the key station of the Han river but also greatly changed the river bed after completion of the Han river development plan during the year 1983 to 1986, was chosen for the study. In this study, the river bed is assumed in a dynamic equilibrium condition. The basic rating curve is developed using hydrologic data of the physical year of 1987. For a given discharge, relationships for conversion of previous data, stage and velocity, the current one are formulated. To verify the usefulness of the relationships, stage-cross sectional area and stage velocity formula are also derived. Both hydrologic method using continuity equation and statistical method by the rating curve are compared and checked, then the validation of the both are positively shown.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.419-419
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• 2019

우리나라에서는 인공하천 중심의 개발에서 자연형 하천 복원으로 변화가 진행 중이다. 이에 따라 강우 발생에 따른 하도와 식생의 빈번한 변동이 발생하고 있다. 하천 내의 하도와 식생은 물과 유사의 상호작용을 바탕으로 형성되는 하상 형태로 하도와 식생의 변동은 건강한 하천을 나타내는 하나의 지표이다. 특히 하도와 식생은 하천의 흐름에 영향을 주고 다시 하천의 흐름은 하도와 식생에 영향을 주고받기 때문에 하천 흐름 특성에 핵심적인 요소로 볼 수 있다. 따라서 이에 대한 장기간의 모니터링이 필요하며 이에 따른 수위-유량관계를 규명할 필요가 있다. 본 연구에서는 만경강 유역에 위치한 완주군(용봉교)관측소를 대상으로 2017년부터 2018년까지 식생 및 하도 모니터링을 통한 수위-유량관계 변화를 분석하였다. 2017년에는 식생의 활착, 성장, 소멸에 따라 9개의 기간분리가 발생하였으며, 2018년에는 8개의 기간분리가 발생하였다. 2017년은 저수위1로 시작하여 성장 및 소멸을 반복하다 저수위3으로 회귀하였으며, 2018년은 2017년 저수위 3으로 시작하여 성장과 소멸을 반복하다 저수위9로 회귀하는 특성을 보여 주었다. 결과적으로 본 연구에서는 하천 내의 식생과 하도 변화에 대한 장기 모니터링과 흐름 특성이 변화하는 기간의 유량측정성과 확보를 통한 신뢰도 높은 수위-유량관계곡선식을 개발하였고 이를 통해 생산된 유량자료는 정확도가 매우 높은 것으로 분석되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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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.

• Proceedings of the Korean Environmental Sciences Society Conference
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• 2003.11b
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• pp.217-222
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• 2003

• 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.