• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1192-1196
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• 2008

본 연구는 설마천 시험유역의 신뢰성 있는 수문자료를 지속적으로 수집하여 정확한 물순환 과정을 규명하는데 있다. 2007년에도 지속적인 수문조사로 자료의 품질 향상을 위한 관측기기의 유지관리와 수집된 자료를 이용하여 산지 소유역의 강우-유출 특성 분석을 수행하였다. 시험유역에서 생성된 자료는 6개 우량관측소의 우량자료, 2개 수위관측소의 하천수위 및 지하수위, 유량 측정성과, 부유사량, 수질 자료, 1개 기상관측소의 기상자료 등이 있으며, 이로부터 산정된 유역평균우량과 유량자료 등이 있다. 조사자료와 가공자료는 10분, 1시간, 1일 자료로 구성하여 데이터베이스화하여 일반 사용자가 손쉽게 이용할 수 있도록 하였다. 실시간 전송장비와 설마천 시험유역 홈페이지로 구성된 자료제공시스템을 통해 실시간으로 자료를 제공하고 있으며, 확정된 자료는 신청을 통해 일반에게 제공하고 있다. 조사된 강우-유출 자료를 이용하여 강우 시.공간 분포 특성, 유출률 분석 등 기본적인 강우 및 유출 특성을 분석하였다. 또한, 유량측정성과의 불확실도를 분석하여 측정한 유량자료의 정확도를 검토하였으며, 유량자료의 정확도를 개선하기 위하여 유량정보시스템을 구축하였다. 설마천 시험유역에서 축적된 수문자료는 자료의 공유를 통하여 자료의 검증을 확보함과 동시에 시험유역의 연구성과가 수자원 개발 분야에 활용될 수 있도록 안정적인 자료확보와 수문조사 기술개발을 위한 기반 구축이 지속적으로 필요하다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.1797-1801
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• 2009

수문자료 정보시스템은 설마천 시험유역의 신뢰성 있는 수문자료를 체계적으로 저장하고 관리하며, 간단한 가입절차를 통해 사용자에게 온라인으로 신속하게 제공하는 시스템이다. 설마천 시험유역은 관측망 설계가 이루어진 1995년부터 현재까지 지속적으로 운영되고 있으며, 본격적으로 2000년부터 신뢰할 만한 관측자료가 생성되어 왔다. 구축된 설마천 시험유역의 수문자료 정보시스템은 1996년부터 현재까지 생성된 관측자료와 가공자료로 구성되어 있다. 관측자료에는 실시간-시계열 자료(6개소 우량, 2개소 하천수위, 1개소 유량), 비실시간-시계열자료(5개소 우량, 2개소 3종의 하천수위, 2개소 지하수위, 1개소 파샬플륨 수심, 1개소 14종의 기상), 비실시간-비시계열 자료(3개소 유량측정성과, 3개소 수질, 2개소 부유사량) 등이 있으며, 가공자료에는 2개소 유역면적우량, 2개소 유량환산자료가 있다. 관측된 자료는 수문자료 처리절차에 따라 비교·검토를 통하여 자료를 확정시킨다. 확정된 자료는 새로운 설마천 시험유역 홈페이지(http://seolmacheon.kict.re.kr)를 통해 간단한 등록을 한 후 필요로 하는 자료를 검색하여 추출할 수 있다. 제공되는 자료에는 6개 지점우량, 2개소 유역면적우량, 2개소 하천수위, 2개소 지하수위, 2개소 유량, 1개소 18종의 기상, 3개소 유량측정성과, 3개소 수질, 2개소 부유사량 자료 등이 있다. 설마천 시험유역에서 축적된 수문자료는 본 시스템을 통하여 널리 사용자에게 쉽게 제공이 가능함에 따라 자료의 이용도가 크게 증대될 것이며, 동시에 자료의 공유는 자료의 검증을 확보할 수 있을 것이다. 따라서, 자료의 공유와 검증이 이루어진 수문자료는 수자원 연구 및 개발 분야에 직접적인 이용이 가능할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.184-188
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• 2008

추계학적 시계열 분석은 크게 수문자료의 장기간 합성과 실시간 예측으로 구분해 볼 수 있다. 장기간 합성은 주로 수문자료의 추계적 특성을 반영한 수자원 시스템의 운영율 개발에 이용되어 왔다. 반면에 실시간 예측은 수자원 시스템의 순응적(adaptive) 관리에 적용되고 있다. 두 개념의 차이로 전자는 시계열 자료를 합성하여 발생 가능한 모든 수문조합을 얻고자 하는 것이라면 후자는 전 시간의 수문량을 조건으로 하는 다음 시간의 값을 순응적으로 예측하는 것이라 할 수 있다. 수문자료의 합성과 예측에는 크게 결정론적, 확률론적 방법의 두 가지 대별될 수 있다. 결정론적 모델링 방법에는 인공신경망이나 Fuzzy 기법 등을 이용할 수 있으며, 확률론적 방법에는 ARMAX 등의 모수적 기법과 k-NN(k-nearest neighbor bootstrap resampling), KDE(kernel density estimates), 추계학적 인공신경망 등의 비모수적 기법으로 분류할 수 있다. 본 연구에서는 대표적 비모수적 기법인 k-NN를 이용하여 충주댐을 대상으로 월 및 일 유입량 자료의 예측 정도를 살펴보았다. 전 시간 관측치를 조건으로 하는 다음 시간의 조건부 확률분포를 구하여 평균값을 계산한 후 관측치와 비교함으로써 모형의 정도를 살펴보았다. 그리고 실시간 저수지 운영에 이 기법의 활용성과 장단점도 살펴보았다. 모형개발 절차로 모형의 보정을 거쳐 검증을 실시하였다. 결론적으로 월 및 일 유입량 예측에 k-NN 기법이 실무적으로 적용될 수 있었으며, 장점으로는 k-NN 기법이 다른 기법보다 모델링 절차가 비교적 쉬워 저수지 운영 최적화 등 타 시스템과의 연계에 수월함이 인식되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.192-192
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• 2019

수위자료는 기초수문자료의 하나로서 자료 수집시 이에 대한 품질관리가 반드시 필요하다. 이에 우리나라 환경부에서는 국가수문자료 품질관리시스템을 개발하여 실시간으로 수집되는 수위자료의 품질을 관리하고 있다. 국가수문자료 품질관리시스템은 실시간으로 수집되는 수위자료의 품질을 수작업으로 검토하기 이전에 편의를 위해 수문자료의 품질(오류가 있는 자료인지 아닌지)을 자동으로 구분하는 프로세스를 적용하고 있다. 이러한 자동점검 기법은 실무자에 의한 수문자료의 검토 및 보완 작업을 돕기 위한 것으로 실무자가 집중해서 관리해야할 것과 아닌 것을 쉽게 판단할 수 있도록 하는 보조적인 역할을 하고 있으며, 간단한 통계에 의한 기준을 적용하여 활용하고 있는 수준이다. 본 연구에서는 수위자료 이상치를 자동으로 점검할 수 있는 기법을 개선하기 위하여 10분단위로 관측된 수위자료에 대해 다양한 통계적인 기법을 적용하여 이상치를 찾을 수 있는 방법을 고안하고, 기존의 방법과 결과 등을 비교하여 보았다. 이를 통해 향후 국가수문자료의 품질관리업무 효율을 향상시킬 수 있는 정교한 이상치 자동점검기법을 개발 할 수 있을 것으로 기대한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.678-682
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• 2012

본 연구는 한국건설기술연구원의 주요사업인 "산지하천 유역의 홍수예측을 위한 수문조사(2011~2015년)"의 Test-bed 유역중의 하나인 설마천 유역(경기도 파주시 적성면)을 운영하면서 신뢰성 있는 수문자료를 지속적으로 획득함과 동시에 산지하천 유역의 홍수량 예측과 재해방지 설계기법을 개선하고 수문정보를 제공하는데 있다(Test-bed 유역중의 또 하나인 차탄천 유역은 2011년 수문관측 기반구축 완성). 이를 위하여 2011년에도 지속적인 수문조사를 하였으며, 수문자료의 품질 향상을 위한 관측기기의 유지관리와 수집된 자료의 처리절차를 통하여 신뢰성 있는 수문자료를 생성하고, 이들 자료를 바탕으로 유역의 수문특성을 분석하였다. 또한 홍수량 예측과 재해방지 설계기법 개선을 위해서는 관련 기술조사, 평가와 취약 설계인자를 도출하였으며, 정량화를 위한 시험 및 조사방법을 결정하는 과정을 진행하고 있다. 설마천-차탄천 수문정보시스템(http://seolmacheon.kict.re.kr)은 Test-bed 유역(설마천 유역 이외에 차탄천 유역 포함)에서 생성되는 수문자료를 수집, 저장, 공유하는 기능을 포함하고, 홍수예측 모형(집중형 모형)과 강우레이더 자료(RDAPS 자료)를 결합한 산지하천의 홍수예측을 모의할 수 있는 기능을 추가하였으며, 향후 모의의 정도를 개선하고자 다른 모형과 다른 강우레이더 자료 도입을 목표로 진행할 예정이다. 그리고 Test-bed 유역을 기반으로 한 홍수량 예측 모형의 적용성 평가를 통해 중 소규모 산지하천 유역에 적합한 실시간 홍수예보 시스템 개발과 유역 수문조사 지침서 작성을 통해 가이드를 제시하고자 한다. 2011년 설마천 유역에서 생성된 자료로는 6개 우량관측소의 우량자료, 2개 수위관측소의 하천수위 및 지하수위, 유량측정성과 등이 있으며, 이로부터 산정된 유역평균우량과 유량자료 등이 있다. 확정된 강우-유출자료를 이용하여 강우의 호우사상 분석(강우강도, 지속기간), 강우의 지속기간별 최대강우량, 강우의 시 공간 분포 특성 분석, 월별 유출 및 주요 호우사상의 유출특성 분석 등 기본적인 강우-유출 특성을 분석하였다. 그리고, 유량측정성과의 불확실도 분석을 통하여 측정한 유량자료의 정확도를 제고하였다. 설마천 유역에서 축적된 수문자료는 자료의 공유를 통하여 자료의 검증을 확보함과 동시에 연구성과가 수자원 개발 분야에 활용되기 위해서는 지속적이고 안정적인 자료확보와 수문관측 기술개발을 위한 노력과 투자가 더욱더 필요한 상황이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.333-333
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• 2021

최근 전 지구적인 기후변화 및 온난화의 영향으로 태풍 및 집중호우가 빈번하게 일어나고 있으며, 이로 인한 한천범람 등 홍수재해로 인명 및 재산 피해가 크게 증가하고 있다. 우리나라에서도 태풍 및 집중호우로 인한 호수피해는 매년 발생하고 있으며, 피해 빈도와 강도가 증가하고 있는 실정이다. 이러한 현실을 고려하였을 때에 하천 인근 주민의 생명과 재산을 보호하기 위하여 실시간으로 홍수위 예측을 수행하는 것은 매우 중요하다 할 수 있다. 국내에서 수위예측을 위하여 대표적으로 저류함수모형(Storage Function Model, SFM)을 채택하고 있지만, 유역면적이 작아 홍수 도달시간이 짧은 중소하천에서는 충분한 선행시간과 정확도를 확보하기 어려운 문제점이 있다. 이는 유역면적이 작은 중소하천에서는 유역 및 기상 특성과 관련된 여러 인자 사이의 비선형성이 대하천 유역에 비해 커지는 문제점이 있기 때문이다. 본 연구에서는 위와같은 문제를 해결할 수 있도록, 수문자료와 딥러닝 기법을 적용하여 실시간으로 홍수위를 예측할 수 있는 방법론을 제시하였다. 지난 태풍 및 집중호우로 인하여 급격한 수위상승이 있던 낙동강 지류하천에 대하여 LSTM(Long-Short Term Memory) 모형 기반 실시간 수위예측 모형을 개발하였으며, 선행시간 30~180분 별로 홍수위를 예측하고 관측 수위와 비교함으로써 모형의 적용성을 검증하였다. 선행시간 180분 기준으로 영강 유역 수위예측 결과와 실제 관측치의 평균제곱근 오차는 0.29m, 상관계수는 0.92로 나타났으며, 밀양강 유역의 경우 각각 0.30m, 0.94로 나타났다. 본 연구에서 제시된 딥러닝 기반모형에 10분 단위 실시간 수문자료가 입력된다면, 다음 관측자료가 입력되기 전 홍수예측 결과가 산출되므로 실질적인 홍수예경보체계에 유용하게 사용될 수 있을 것이라 보인다. 모형에 적용할 수 있는 더욱 다양한 수문자료와 매개변수 조정을 통하여 예측결과에 대한 신뢰성을 더욱 높일 수 있다면, 기존의 저류함수모형과 연계하여 홍수대응 능력을 향상시키는데 도움이 될 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1320-1323
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• 2008

현재 건설교통부 한강홍수통제소에서는 96개의(2006 한국수문조사연보 기준) 수위관측소를 설치 운영하고 있으며 현장에서 수집되는 수위자료의 전송방법은 크게 두 가지로 중계소를 통해 실시간으로 전송되는 TM(TeleMetering) 방식과 기록지(Recording) 방식으로 구분된다. 고품질 수위자료의 생산 및 제공은 비단 수자원 관련 연구 분야에서 뿐만 아니라 하천의 효율적인 관리, 각종 국토개발계획 등에 다양하게 이용되고 있으며 특히 TM 자료의 경우는 실시간으로 현장에서 관측되는 수문자료를 수집하여 홍수예보시스템의 가장 중요한 입력자료로서 활용된다. 한강홍수통제소에서 구축 운영하고 있는 TM 수위자료와 일반 수위자료를 대상으로 현황을 검토한 결과 일반적으로 수위관측소의 자료 오류 유형을 관측기기부터 전송단계별로 분류하면 수위계 기기 고장(부자 걸림 등), 전송로 변경 및 통신 장비 고장 등으로 인한 오 결측으로 구분될 수 있다. 과거 오 결측된 자료를 보정하기 위한 방법으로는 2시간, 3시간 전(前)수위 자료를 이용해 이상치를 보정하는 것이 유일하게 활용되고 있었으나 작년에 한강수계를 대상으로 "국가수문자료 품질관리시스템구축(1차)" 연구 용역을 실시하여 시범 구축 결과를 금년부터 활용하고 있으며 본 시스템에 자료보정에 대한 다양한 방법이 탑재되어 있다. 이와 별도로 기왕자료의 보정방법으로 TM과 일반방식이 이중화 되어 있는 관측소의 경우에는 연속적인 자료를 나타내는 기록지 자료를 활용하는 것이 대안으로 제시되고 있다. 하지만, 기록지 자료를 통해 오 결측된 TM 자료를 보완하는 것에 대해서는 아직 연구된 바가 없으며 이와 관련된 다각적인 검토가 국내에서 부족한 실정이므로 본 연구에서는 실제 한강홍수통제소에서 관할하고 있는 이중화 기록방식의 관측소를 선정하여 TM과 기록지 수위관측자료의 비교 분석을 통해 오 결측된 TM 자료를 일반 기록지 자료로 보완에 하는 것에 대한 실효성을 심도 있게 검토하여 수위자료 품질향상의 기반을 마련코자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.286-286
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• 2023

물의 전체 순환 구조에서 토양수분이 차지하는 정량적 비중은 상대적으로 작지만, 강우-유출 과정의 비선형에 영향을 미치는 지배적 요인 중 하나이고, 토양 침식과 산사태, 농업생산량, 기후 변화 대응 등 광범위한 주제와 연관되어 있어, 토양수분의 물리과정에 대한 이해 증진과 예측 기술의 지속적인 개선이 필요하다. 본 연구에서는 금오공과대학교 유역 내에서 토양수분과 기상 요소를 실시간 관측하고, 기계학습 기법을 이용하여 토양수분을 단기 예측하는 기술을 개발하고 평가한다. 구체적으로는, 토양 관측 장비인 TEROS를 사용하여 표층 지점의 10cm, 심층 지점의 40cm에서의 토양수분, 토양장력과 토양온도를, 기상 관측 장비인 ATMOS를 사용하여 태양복사, 강수량, 기온, 풍속, 대기압 등 다양한 기상 요소를, 실시간 클라우드 방식으로 1여 년간 수집한 데이터를 활용한다. 또한, 과거 및 실시간 데이터를 기반으로 LSTM(Long-Short Term Memory) 기법을 사용하여 토양수분 예측 모형을 구축하고, 선행 예측 시간에 따른 모의 정확도를 평가한다. 기상 요소의 누적 등 자료 분석 방법이 표층 및 심층 토양수분 예측에 미치는 영향, 그리고 예측 모형 개선 방향에 대해 토의한다. 실시간 현장 관측 자료 및 인공지능 기반 단기 토양수분 예측 모의 기술은 소규모 유역의 수문순환 분석 및 물리기반 모형의 개선 등 다양한 분야에서 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.688-692
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• 2006

산지 소하천 유역을 대상으로 물순환 과정을 규명하기란 대단히 어려운 실정이다. 1차적으로는 수문자료의 부재가 제일 크며, 자료가 있다 하더라도 홍수기 중심 및 단기간 자료의 축적에 불과하다. 이중 설마천 시험유역은 한국건설기술연구원의 11년간 운영경험을 바탕으로 비교적 장기간의 수문자료를 축적하고 있다. 최근 6년간은 신뢰할 만한 양질의 수문자료를 구축하였으며, 현재는 신뢰도의 완성을 높이는 연구가 활발히 진행 중에 있다. 설마천 시험유역의 유역의 물순환 구조는 자연계의 유입과 유출이 지배적이며, 이들의 수문성분을 규명하기 위해서는 각각의 수문성분들의 관측 및 해석이 필요하며, 각 수문성분들의 물수지 분석을 통하여 정량적인 합의 결과를 가시적으로 확보함이 매우 중요하다. 신뢰도와 정확성에 근거한 관측자료를 이용한 물수지 분석결과는 수문성분들의 총체적 표현이라 할 수 있는 모형(model)의 중요 입력자료이며, 모형의 분석결과를 검증할 수 있는 중요한 기준이 된다. 모형의 결과와의 비교 검토를 통해 산지 소하천 유역의 물순환 관계를 규명하는 기반을 확보하게 될 것이다. 본 연구에서는 신뢰성 있는 수문관측 자료를 이용하여 물수지 분석을 수행하였다. 물수지 분석의 대상유역인 설마천 시험유역의 신뢰할 만한 관측자료에는 강우량, 유출량, 지하수이용량이며, 증발산량 산정을 위한 기상관측 및 대형증발계를 통한 실제 증발량 관측은 이루어지나 유역을 대표하는 증발산량의 관측이 연속적으로 이루어지지 못하는 실정이다. 그러나, 설마천 시험유역은 소규모이며, 대체로 동질성 있는 유역이라고 가정하여 1개 기상관측소에서 운영하는 기상자료를 이용하여 증발산량을 산정하고 물수지에 적용하였다. 또한, 그 동안 관측하지 못했던 지하수위 관측을 실시함으로써 정확한 물순환 해석을 할 수 있는 기반을 확보 하였으며, 가용한 장 단기간의 관측자료와 물수지 분석 연산식의 추정치를 바탕으로 관측자료에 의한 물수지 분석을 수행하였다. 분석 결과로 산지 소하천 유역인 설마천 시험유역의 각 수문요소의 물이동간의 정량적인 값을 알 수가 있었으며, 앞으로 추가적이고 지속적인 수문모니터링이 운영되고 물순환 해석 모형에 의한 검증이 수행된다면 정량적인 물순환 관계를 규명할 수 있을 뿐만 아니라 이와 관련된 수문요소기술을 확보할 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.1493-1497
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• 2007

산지 소하천 유역을 대상으로 물순환 과정을 규명하기란 대단히 어려운 실정이다. 1차적으로는 수문자료의 부재가 제일 크며, 자료가 있다 하더라도 홍수기 중심 및 단기간 자료의 축적에 불과하다. 이중 설마천 시험유역은 한국건설기술연구원의 12년간 운영경험을 바탕으로 비교적 장기간의 수문자료를 축적하고 있다. 최근 7년간은 신뢰할 만한 양질의 수문자료를 구축하였으며, 현재는 신뢰도의 완성을 높이는 연구가 활발히 진행 중에 있다. 설마천 시험유역의 유역의 물순환 구조는 자연계의 유입과 유출이 지배적이며, 이들의 수문성분을 규명하기 위해서는 각각의 수문성분들의 관측 및 해석이 필요하며, 각 수문성분들의 물수지 분석을 통하여 정량적인 합의 결과를 가시적으로 확보함이 매우 중요하다. 신뢰도와 정확성에 근거한 관측자료를 이용한 물수지 분석결과는 수문성분들의 총체적 표현이라 할 수 있는 모형(model)의 중요 입력자료이며, 모형의 분석결과를 검증할 수 있는 중요한 기준이 된다. 모형의 결과와의 비교 검토를 통해 산지 소하천 유역의 물순환 관계를 규명하는 기반을 확보하게 될 것이다. 본 연구에서는 신뢰성 있는 수문관측 자료를 이용하여 물수지 분석을 수행하였다. 물수지 분석의 대상유역인 설마천 시험유역의 신뢰할 만한 관측자료에는 강우량, 유출량, 지하수이용량이며, 증발산량 산정을 위한 기상관측 및 대형증발계를 통한 실제 증발량 관측은 이루어지나 유역을 대표하는 증발산량의 관측이 연속적으로 이루어지지 못하는 실정이다. 그러나, 설마천 시험유역은 소규모이며, 대체로 동질성 있는 유역이라고 가정하여 1개 기상관측소에서 운영하는 기상자료를 이용하여 증발산량을 산정하고 물수지에 적용하였다. 또한, 그 동안 관측하지 못했던 지하수위 관측을 실시함으로써 정확한 물순환 해석을 할 수 있는 기반을 확보 하였으며, 가용한 장 단기간의 관측자료와 물수지 분석 연산식의 추정치를 바탕으로 관측자료에 의한 물수지 분석을 수행하였다. 분석 결과로 산지 소하천 유역인 설마천 시험유역의 각 수문요소의 물이동간의 정량적인 값을 알 수가 있었으며, 앞으로 추가적이고 지속적인 수문모니터링이 운영되고 물순환 해석 모형에 의한 검증이 수행된다면 정량적인 물순환 관계를 규명할 수 있을 뿐만 아니라 이와 관련된 수문요소기술을 확보할 수 있을 것이다.