• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.496-496
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• 2017

위성을 이용한 원격탐사 기술이 발전하고 다양한 산출물이 나타남에 따라 수자원 및 하천관리에서의 원격탐사기술의 활용의 폭이 넓어지고 있다. 특히, 위성에서 관측할 수 있는 다양한 정보들을 이용하여 수자원 및 하천관리에 사용하려하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 기본적인 가시영상 이외에도 적외영상, 초분광영상, 수위정보, 레이더 반사도 등을 활용하여 수문량을 추정하려는 시도가 이루어져왔다. 원격탐사의 대표적인 장비인 위성은 광범위한 정보를 쉽게 취득할 수 있지만 위성마다 탑재된 센서에 따라 획득할 수 있는 자료가 서로 다르고, 산출물의 시공간 해상도에 따라 자료의 질이 결정된다. 본 연구에서는 원격탐사영상을 이용한 하천유량추정기법을 수립하기 위해 통제된 실험하천 규모에서 드론을 이용하였다. 실험은 대한민국 안동에 위치한 한국건설기술연구원 하천실험센터에서 수행되었으며, DJI Phantom 3 standard 드론을 활용하여 영상을 획득하였다. 하천유량추정의 방법론은 운동량 방정식과 Manning 유속공식을 활용한 하폭기반 유량추정 기법을 수립하였다. 1차 실험은 하천유량을 증가시키고 감소시키는 동시에 드론을 이용하여 하천을 촬영함으로써 하폭의 변화와 동시에 유량의 변화를 추정할 수 있는지 확인하였다. 2차 실험에서는 배수효과가 존재하는 조건에서 드론영상을 이용한 하천유량을 산정하고 보정계수를 산정하였다. 본 연구에서 수립된 하천유량추정기법은 위성영상을 이용한 하천유량 추정에 활용할 수 있으리라 기대한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.878-878
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• 2012

도시개발에 따른 인구증가와 강수의 계절적 편중 등으로 인하여 우리나라의 수자원량은 부족한 실정이다. 따라서 이러한 수자원을 효율적으로 이용하기 위해서는 유역의 가용 수자원량의 파악과 이에 따른 최적배분이 필요하다. 이러한 하천유량은 우량이나 수위와 같이 연속관측이 어렵기 때문에 관측치가 한정되어 있는 것이 일반적이며 자연하천에서 실시간으로 유량자료를 생산하는 것은 많은 인력과 장비, 경비가 필요하게 된다. 따라서 본 연구에서는 유량자료의 생산에 있어서 시간과 비용의 경제성 등을 고려하고 좀 더 효율적인 방법을 찾기 위하여 낙동강 유역의 제 1지류인 금호강 유역 내에 위치한 동촌 수위관측소의 유량자료를 이용하여 상류에 위치한 금호 단포교 지점을 미계측 유역이라 가정한 후 유량추정방법에 따른 적용성 검토를 위해 강우-유출모형인 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)과 유역면적만을 활용하는 비유량법(Drainage-area ratio method), 유출에 영향을 주는 지형인자를 이용하는 지역회귀방법(Regional regression method)을 적용하여 그 타당성을 비교하였다. 모의된 결과, 동촌 금호 단포교 지점의 연간 상하류 유량비교에서 유량반전은 없었으며 비유량법의 유량추정에서는 높은 상관성을 보였으나 2008년과 2009년의 가뭄으로 인하여 강우-유출모형의 유량추정에서는 낮은 상관성을 보여주었다. 지역회귀방법에서는 수위관측소별 유황자료를 종속변수로 유역면적, 유역평균경사, 유로연장을 독립변수로 하는 회귀식을 산정하여 비교하였으나 본 연구에서는 사용된 자료수가 적고 수리구조물을 이용한 회귀수량 등으로 인하여 갈수량이 실측유량과는 다소 차이가 발생하였다. 미계측 유역의 유량추정시에는 자료의 축척기간과 연도별로 안정된 호우사상, 유역의 적절한 배분에 따라 결과치가 좌우되며 본 연구에서 사용된 유량추정은 관측 자료를 기초로 한 간접적인 방법들이였다. 결과적으로 금호강 유역의 동촌 지점을 이용하여 유량추정방법들을 적용해본 결과 비유량법과 강우-유출모형을 사용하는 것이 적정하였으나 관측 자료의 축적기간이 길고 상하류 간의 유량이 안정된 유역에서는 지역회귀방법의 적용으로도 안정된 유량을 산정할 것이라고 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.401-401
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• 2017

일반적으로 설계홍수량 산정을 위해서는 시단위의 연최대홍수량 계열을 이용하여, 홍수빈도분석을 수행한다. 그러나, 국내에서는 홍수빈도분석을 수행할 수 있을 정도로 충분한 기록기간을 가진 양질의 시유량 자료를 확보하지 못한 실정이다. 이와 같은 이유로 국외에서는 최근에도 일유량 자료로부터 첨두유량을 추정하는 연구가 이루어지고 있으며, 크게 두가지 방법으로 구분되어진다. 첫 번째는 유역 특성인자를 이용하여 일유량과 첨두유량의 관계를 도출하는 방법이며, 두 번째는 연속 일유량으로부터 첨두유량을 도출하는 방법이다. 따라서, 본 연구에서는 일유량으로부터 첨두유량을 추정하는 방법론의 장단점을 검토하고, 실제 국내 다목적댐 유역의 연최대 홍수사상을 중심으로 일유입량 자료를 이용하여 첨두홍수량을 추정하였다. 도출된 결과는 대부분 일단위 기반인 장기유출모형의 홍수빈도분석을 위한 자료확보에 대한 대안이 될 수 있을 것이며, 홍수빈도 측면에서 일단위 기후변화 시나리오를 이용한 장기유출모형 결과의 활용성을 증대시킬 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.36-36
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• 2021

최근 기후변화로 인한 집중홍우 등으로 홍수 등 재난이 증가하고 있으며, 이를 과학적으로 조사하고 분석하기에는 공간적으로 범위가 넓다. 특히, 미계측유역은 자료를 수집하고 정량적으로 분석 및 예측하는 데에는 한계가 많은 실정이다. 따라서 본 연구에서는 위성영상 자료를 활용하여, 하천폭, 수면경사, 수위 등 자료를 추출하고, 이를 유량조사를 수행한 지점의 자료와 비교하여 수리 기하적 상관성을 분석하였다. 특히, 하도특성을 고려하여 중·하류로 구분하고 유량과 수리기하 학의 관계를 분석하였다. 위성영상 중 취득이 용이한 Sentinel 자료를 선별하여 수리특성인자를 추출하였다. 영상자료의 해상도가 20 m이며, 자료의 한계에 따른 하천폭, 경사, 수위에 대한 유효 기준을 제시하고 경사가 완만하고 하폭이 넓은 대하천에 적용하였다. 그리고, 하천수리인자 특성을 입력변수로 하는 유량을 추정하기 위한 회귀모형을 구축하고, 모의유량과 실측유량을 비교하여 그 적용성을 평가하였다. 개발된 모형은 규모가 유사한 시험유역을 미계측 유역으로 간주하여 평균제곱근오차(RMSE) 와 평균절대오차(MAE)를 이용하여 정확도를 추정하였다. 본 연구를 통해 주요하천의 수리기하 특성을 통계화하고 유량과의 특성을 도출하여 국내하천의 특성을 범주화 할 수 있었고, 미계측 유역에서의 유량을 원격탐사와 같은 간접적인 방법을 통해 추정하고 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1125-1128
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• 2008

본 연구에서는 Bayesian MCMC 방법과 2차 근사식을 이용한 최우추정(Maximum Likelihood Estimation, MLE)방법 방법을 이용하여 낙동강 유역의 본류지점인 낙동, 왜관, 고령교, 진동지점에 대한 점 빈도분석을 수행하고 그 결과로써 불확실성을 포함한 빈도곡선을 작성하였다. 통계적 실험을 통한 두 가지 추정방법의 분석을 위하여 먼저 자료의 길이가 100인 8개의 합성 유량자료 셋을 생성하여 비교 연구를 수행하였으며, 이를 자료길이 36인 실측 유량자료의 추정결과와 비교하였다. Bayesian MCMC 방법에 의한 평균값과 2차 근사식을 이용한 취우추정방법에 의한 모드에서의 2모수 Weibull 분포의 모수 추정값은 비슷한 결과를 보였으나, 불확실성을 나타내는 하한값과 상한값의 차이는 Bayesian MCMC 방법이 2차 근사식을 이용한 취우추정방법보다 불확실성을 감소시켜 나타내는 것을 알 수 있었다. 또한 실측 유량자료를 이용한 결과, 2차 근사식을 이용한 최우추정방법의 경우 자료의 길이가 감소됨에 따라 불확실성의 범위가 합성 유량자료를 사용한 경우에 비해 상대적으로 증가되지만, Bayesian MCMC 방법의 경우에는 자료의 길이에 대한 영향이 거의 없다는 결론을 얻을 수 있었다. 그러므로 저수량 빈도분석을 수행하기 위해 충분한 자료를 확보할 수 없는 국내의 상황을 감안할 때, 위와 같은 결론으로부터 Bayesian MCMC 방법이 불확실성을 표현하는데 있어서 2차 근사식을 이용한 최우추정방법에 비해 합리적일 수 있다는 결론을 얻을 수 있었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제34권5호
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• pp.543-549
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• 2001

수리학적 하도추적으로부터 하천유량을 간접추정하였다. 짧은 하천구간의 세 지점 연속수위자료와 하천 단면 자료만을 사용하여 조도계수 추정b과 하천유량 계산이 가능하였다. 유량의 간접추정 과정에서, 상류-하류 경계조건을 수위-수위 조건으로 사용하였다. 미국 미시시피 강의 상류 구간 자료가 사용되었고 수리학적 하도추적에는 DWO-PER (operational dynamic wave model)를 이용하였다. DWOPER 모형에서 수정 Newton-Raphson법에 의한 조도계수 추정과정을 개선하기 위하여 SCE-UA 전역최적화 기법을 적용하였으며, SCE-UA 기법의 결과가 적은 오차를 보였다. 특정 홍수에 대하여 유량을 추정한 결과, 몇 개를 제외한 대부분의 계산유량이 10% 이내의 오차를 보였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.159-159
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• 2017

효율적인 물 관리를 위해서는 하천 유량 파악이 필수적이지만, 경제적 이유 등으로 인하여 현장에서 정확한 유량 자료를 꾸준히 확보하는 데에는 한계가 있다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 극복하고자 SAR 영상을 이용하여 하천의 수위와 유량을 추정하였다. SAR 영상 자료는 악천후 및 주야의 영향을 받지 않는 ESA(European Space Agency)의 Sentinel-1 영상을 이용하였다. 위성자료에서 하천의 면적을 추출한 후 수위 및 유량과의 상관관계를 분석하였다. 촬영 시간 등에 의한 위성 영상의 조도 차이에 따른 하천 면적의 오차를 제거하기 위하여 영상을 보정하였고 주변 지역에 의한 오차를 줄이기 위하여 하천유역을 분리하여 면적을 추출하였다. 이를 통해 하천 면적과 수위 및 유량의 상관관계를 파악하였다. 국내 10여 개의 하천에 대하여 기법을 적용한 결과, 수위와 유량을 비교적 정확히 추정할 수 있었다. 본 연구의 결과는 미계측 유역의 수자원 관리 능력을 향상시킬 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.313-313
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• 2018

유량 자료는 수자원 계획 및 개발, 정책결정, 관련 시설 운영 등의 가장 기초가 되는 핵심 자료이다. 하지만 전세계적으로 많은 유역에서 경제적 이유 등으로 인해 현장에서 정확한 유량 자료를 확보하는데 한계가 있다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 극복하고자 SAR 영상을 활용한 하천의 유량 추정 기법을 개발하였다. 악천후 및 주야의 영향을 받지 않는 SAR 영상 자료인 유럽항공우주국 ESA(European Space Agency)의 Sentinel-1 영상자료와 함께 한강홍수통제소에서 제공하는 지상 관측 자료를 사용하여, 위성 영상자료에서 하천의 면적을 추출한 후 유량과의 상관관계를 분석하였다. 촬영 시간 등에 의한 위성 영상의 조도 차이에 따른 하천 면적의 오차를 제거하기 위하여 각 관측소별로 영상을 보정하였고 주변 지역에 의한 오차를 줄이기 위하여 하천유역을 분리하여 면적을 추출하였다. 이를 통해 하천 면적과 유량의 상관관계를 파악하였다. 국내 10여 개의 하천에 대하여 기법을 적용한 결과, 유량을 비교적 정확히 추정할 수 있었다. 본 연구의 결과는 미계측 유역의 수자원 관리 능력을 향상시킬 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.144-148
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• 2006

본 연구의 목적은 기존 수위-유량곡선식 개발과정에 내재되어 있던 목적함수 문제와 곡선식 개발과 정에서 대두된 발산과 처리 불능문제를 해결하기 위해서 새로운 형태의 관계식$(Q=p(h-e)^{\beta}-{\gamma})$과 비선형 매개변수 추정방법을 이을 제안하고 이러한 신개념의 수위-유량곡선식 산정모형을 개발하는데 있다. 기존 수위-유량곡선식은 기존수위-유량자료를 log변환하여 산정된 목적함수는 저수위에 비하여 고수위 부분에 잘못된 유량 값을 추정하는 문제를 갖고 있다. 기존의 발산 문제는 영유량 수위 매개변수 e를 찾고 추정된 식의 목적함수을 수렴하는 동안 매개변수 ${\beta}$가 비정상적으로 커지는 것이다. 이상의 두 가지 문제는 제어변수 ${\gamma}$를 도입하고 목적함수, $min{\sum}w(i)(Q-\hat{Q})^2$를 도입함으로서 개선 할 수 있게 되었다. 본 연구에서는 물리적 분석과 민감도 분석을 통하여 수위-유량곡선식에서 매개변수 ${\gamma}$의 영향이 e의 영향과 같음을 보였다. 또한 개발된 WinCARD 시스템은 기존의 목적함수에 의한 추정오차와 새롭게 제안된 목적함수의 개선사항을 상호 비교할 수 있게 하였다. 본 개발프로그램은 기존 수위-유량곡선식의 적합도를 평가하고, 하천유량 산정을 위한 신개념의 수위-유량곡선식을 개발하는데 활용될 수 있다.