• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.492-492
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• 2023

담수 생물종 시식역의 보전을 위해 하천 연결성 유지와 회복이 중요하지만, 하천관리에 있어 이를 고려하기 위한 기초자료나 관련 연구가 부족한 실정이다. 특히 인공장벽(artificial barrier) 영향에 대한 대부분의 연구는 어류이동에 초점을 두고 있거나, 그 공간적 범위를 제한하는 경향이 있다. 본 연구는 강과 하천을 연속체 개념으로 접근하여 생태학적 과정을 방해할 수 있는 모든 인위적 구조물을 인공장벽으로 간주하고, 댐과 저수지, 보와 같이 하천의 종적 연결성을 저해하는 3개 유형의 인공 구조물에 대해 공간자료를 구축하였다. 수치지형도로부터 하천중심선과 수리시설물(보), 호소 및 저수지 경계를 교차(intersection) 분석하여 유형별 구조물의 위치 정보를 추출하고, 기존 자료와의 비교·검증을 통해 자료의 신뢰성을 도모하였다. 인공장벽에 대한 공간자료는 구조물의 유형에 따라 국가하천과 지방하천, 소하천으로 구분하고 낙동강 대권역 내 총 195개 표준유역에 대해 밀도(barrier density)를 계산하였는데, 여기서의 밀도는 하천 연장에 대한 총 인공장벽의 수로 정의(barriers/km)된다. 본 연구의 주요 결과는 낙동강 유역 내 인공 장벽의 밀도와 유형, 하천별 공간분포에 대한 정량적 평가를 포함하고 있으며, 이를 기반으로 수생태계 연결성 회복을 위한 하천관리방안을 모색하고자 하였다. 분석 방법과 결과 등 자세한 내용은 발표를 통해 제시될 예정이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.212-216
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• 2011

현재 하천 건천화에 따른 수생태계 교란 및 수질악화 등의 근본적인 문제가 발생하고 있으며, 최근 정부의 저탄소 녹색성장기조에 따라 조성되고 있는 신도시, 소규모 및 대규모 택지개발사업의 경우는 환경 친화적인 단지조성 요구에 부응하기 위해 기존 도심하천의 복원 및 인공하천의 녹색성장을 고려한 친환경적 생태하천으로 조성하고자 하는 다양한 노력이 시도되고 있으나 안정적인 생태복원의 수원확보 방안을 마련하지 못해 실제 설계가 반영되지 못하고 있다. 또한, 조성하고자 하는 소하천 혹은 실개울 등의 수질보전 및 생태계 보호 등 하천이 본래의 기능을 유지할 수 있도록 생태하천유량을 확보하는 다양한 기술들이 개발되어 있지만, 공사 유형과 주변 환경에 적합한 생태하천유량 확보 방안을 선정할 수 있는 비구조적 대책마련이 부족한 실정이다. 이러한 실정과 문제점을 고려해 볼 때, 조성하고자 하는 도시 내 자연하천 및 인공하천 조성 등 수변환경을 고려한 단지조성에 맞는 생태하천유량 확보 방안 및 평가에 대한 연구가 단계적으로 이루어져야 할 것이다. 따라서 본 연구에서는 생태하천유량 확보와 하천수질 개선이 필요한 특정 지역 또는 다양한 유형의 공사 지구 내 하천이 정상적인 기능을 수행할 수 있도록 적용 가능한 생태하천유량 확보 방안들과 수리해석 모델인 HEC-RAS(River Analysis System), 생태하천유량 산정 모델인 PHABSIM(Physical HABitat SIMulation)을 연계한 물리서식처 평가 모듈을 개발하고, 이를 기초로 가중치부여매트릭스 평가(국토해양부, 2006) 기법을 적용한 최적의 생태하천유량 확보 방안과 수질개선 방안을 제시해 줄 수 있는 의사결정지원 시스템을 구축 하고자 한다. 본 연구에서 개발된 최적의 생태하천유량 확보 방안 도출을 위한 의사결정지원 시스템의 활용으로 필요유량은 물론, 기준을 만족하는 수질의 확보가 절실히 요구되는 중 소규모 하천에 실질적으로 적정수질의 생태하천유량을 확보함으로서 하천으로서의 역할을 위한 본 기능의 회복과 동시에 소하천, 도심하천 및 인공하천 등 중 소규모 수계의 수문순환을 정상화하여 하천의 지속 가능한 개발과 관리가 효율적으로 이루어지도록 하는데 이용될 수 있을 것으로 예상되어진다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.28-28
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• 2018

본 연구에서는 최근 급격히 발달하고 있는 인공지능 및 딥러닝 기술에 대한 소개와 수문기상을 포함한 수자원 분야에의 적용사례를 검토하였다. 본 연구의 목적은 우리 삶의 일부가 되어 가고 있는 인공지능 및 딥러닝 기술을 이해하고 보다 실효적인 측면에서 수자원 분야에 적용 활용하기 위한 연구 가이드라인을 제시하기 위함이다. 이를 위해 최근 널리 사용되는 인공지능 및 딥러닝 기법을 조사 분석하였다. 분석을 통해 수자원 분야에서 이러한 기술이 요구되는 분야와 신기술(emerging techniques)을 조망해 보고 기존 기술이 인공지능 및 딥러닝 기법의 적용으로 대체 가능한 정도를 가늠해 보았다. 이를 통해 인공지능 및 딥러닝 기술 적용의 장점과 한계를 고찰하고 향후 집중 연구가 필요한 기술을 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.546-550
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• 2017

하천의 수리 및 하도의 특성으로 대표되는 물리적 환경(하도 및 수리 특성)은 생태계 기반으로서 수질특성과 더불어 생물에 미치는 영향이 아주 크다. 따라서 하천의 물리적 환경을 진단하고 평가하는 경우에는 상 중 하류의 위치에 따른 하도의 지형학적 특성과 하천의 규모 및 유량의 크기 등에 따라 하천의 유형을 분류하고 그 유형별 특성에 따라 하천환경의 평가시스템을 구축할 필요가 있다. 1980년 후반 이후에는 세계 각국에서 환경보전, 하천복원 및 하천관리 등 종합적인 하천공학적 관점에서 적용할 수 있는 하천분류체계가 제시되었으며 1990년대 이후 선진국들은 정성적 또는 정량적인 하천의 서식환경 평가시스템을 구축하여 적용하고 있으며 대표적으로 정량적 평가시스템을 운영하는 국가는 독일과 미국이고, 정성적 평가시스템을 운영하는 국가는 영국이며, 호주는 영국과 미국의 평가시스템을 통합한 시스템을 운영하고 있다. 한편, 국내에서는 하천환경에서 생태계 기반인 하천의 물리적 특성(구조)에 대한 평가 및 진단 절차도 없이 시행되고 있는 사례가 대부분이다. 또한 지금까지는 하천의 자연도 평가 연구 등에서 선진국들의 하천환경평가시스템을 여과 없이 적용함으로써 국내의 하천특성을 제대로 반영하지 못하는 문제점을 노출하고 있다. 따라서 국내 하천의 물리환경 평가시스템에서는 생물 서식의 기반이 되는 하천의 하도지형 특성 및 수리특성을 반영할 수 있어야 한다. 하천평가에 앞서 하천유형 분류에 따른 하도특성은 하상경사에 따라서 급경사 하천(high-gradient stream), 중경사 하천(mid-gradient stream), 완경사 하천(low-gradient stream)으로 구분하였으며 하천의 물리환경 평가시스템의 평가영역 및 평가지표는 정량적 평가시스템을 운영하는 독일(LAWA, 2004)과 미국(EPA, 2004)의 연구결과를 참고하여 공통지표를 추출하고, 우리나라의 하천이용 및 정비현황을 반영하여 하천유형을 3가지로 분류하고 각 하천유형에 대하여 3개 영역 10개 평가지표를 5개 등급으로 구분하여 평가시스템을 구축하였다. 하천에 대한 하천 지형특성과 현황을 조사할 항목은 수리 및 하도영역의 6개 항목, 하안영역의 2개 항목, 하천교란 영역 2개 항목으로 3개 영역으로 구분해서 평가하고 그 점수에 따라 1등급은 매우좋음(1등급)상태의 $20>{\sim}18{\geq}$점, 좋음(2등급)상태의 $18>{\sim}14{\geq}$점, 보통(3등급)상태의 $14>{\sim}8{\geq}$점, 나쁨(4등급)상태의 $8>{\sim}14{\geq}$점, 매우나쁨(5등급)상태의 4>점으로 등급을 산정하였다. 매우 좋음의 1등급은 참조하천이며 좋음~매우나쁨의 2등급~5등급은 비교하천으로 구분하였으며 보통보다 높은 경우는 자연하천, 낮은 경우는 인공하천으로 나누어 서식처 기반에 따라 평가체계를 구축하였다. 한국형 하천환경 물리평가 체계가 확실히 구축되기 위해서는 각자의 평가 등급이 적절하게 평가 되는지를 검증해야 하기 때문에, 본 연구에서는 하천유형별 자연하천과 인공하천을 비교 분석하였고 평가 영역별 평가지표를 기준으로 상관분석을 통한 상관성을 분석하고 더 나아가 가중치의 적절성 및 각각의 등급에 미치는 영향을 검토하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.357-357
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• 2021

홍수로 인한 침수피해 발생을 최소화하기 위해 정확한 하천의 수위 예측과 리드타임 확보가 매우 중요하다. 특히 조석현상의 영향을 받는 감조하천의 경우 기존의 물리적 수문모형의 적용이 제한되어 하천수위 예측의 정확도가 떨어지기도 한다. 따라서 본 연구에서는 이러한 감조하천 수위 예측의 정확도를 높이기 위해 조석현상을 분리하고 인공신경망을 활용하는 하이브리드 모델을 제안 하였으며 다중 선형회귀분석과 비교 분석하였다. 감조하천에 위치한 교량의 수위데이터에서 Stationary Wavelet Transform으로 조석현상을 분리하였으며, 이외의 수위에 영향을 주는 time series data와 인공신경망(ANN)을 활용하여 1시간, 2시간, 3시간 후의 수위를 예측하였다. 하이브리드 모델은 96% 이상의 정확도를 보였으며 다중 선형회귀 분석과 비교하여도 높은 정확성을 보여주었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.116-116
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• 2022

현재 인공지능은 공학적 문제 해결 외에도 다양한 분야에 적용되어 매우 친숙하게 활용되고 있다. 특히 하천 분야에서는 시설물 주위 국부세굴 또는 어류 서식처 분석과 같이 관련 변수들의 복잡성으로 적절한 결과를 쉽게 얻어내기 어려운 것들에 적용되고 있다. 그 외에도 인공지능 기법을 적용할 수 있는 분야로 하천에서의 수위를 이용하여 유량을 예측하는 것이 있다. 기존에는 수위-유량 관계 곡선을 만들어 수위를 이용하여 유량을 예측하였으나, 관계곡선 제작에 활용된 수위와 유량 범위에서 벗어나는 경우 과다한 유량으로 계산되는 경우가 있다. 본 연구에서는 인공지능 기법 중 하나인 인공신경망 기법을 사용하여 하천의 유량 예측을 수행하였다. 기존 국가수자원관리종합정보시스템에 기록된 자료를 활용하여 수위와 유량 자료를ANN에 학습시키고 학습에 활용하지 않은 시기의 자료를 이용하여 전반적인 유량 예측 성능과 루프형 수위-유량 관계 곡선을 생성할 수 있는지를 검토하였다. 또한 학습 범위를 벗어난 홍수량에 대한 측정 결과를 검토하고, 기존 수위-유량 관계곡선과 비교하여 그 성능을 검토하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제33권7호
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• pp.536-543
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• 2011

다목적 여과저류지에 하상여과를 적용하기 위한 인공하천의 최적설계를 찾기 위해서 하천수의 에너지경사와 Manning의 평균유속공식을 이용하여 물 흐름에 대한 수학적 모델을 수립하였고, Euler의 방법을 이용한 수치해법으로 해석하였다. 모델을 이용하여 다양한 시나리오에 대한 모사를 수행함으로써 하상여과용 인공하천의 여러 설계요소를 검토하였다. 검토결과 면적이 100 ha인 강변저류지의 경우, 인공하천의 종단경사는 2/10,000, 하상에서의 침투율은 $2.5m^3/m^2-day$가 적당한 것을 알 수 있었다. 이 경우 수심은 1 m 이내이고 하상에서의 Manning의 조도계수는 0.026 정도로 예측되었으며, 인공하천의 길이가 길수록 유리함을 알 수 있었다. 한편, 인공하천에 빠른 유속을 발생시킴으로써 하상여과에 수반하는 하상의 폐색을 방지하는 방법은 효율적이지 않음을 알 수 있었고, 낙차가 큰 보의 주변에서 본 설비의 효율이 더 좋아짐을 알 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.116-116
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• 2012

하천유역 내의 인자를 이용하여 댐의 하천유량(stream flow)을 예측하는 일은 수문특성의 연구와 자연재해에 대한 대비 및 수공구조물과 방재시설의 설계 시 중요한 역할을 한다. 이러한 연구는 과거부터 활발히 이루어졌으며, 아직도 보다 높은 정확도의 결과를 얻기 위해 많은 연구들이 이루어지고 있다. 특히 기존의 유역 내 자료를 통해 비선형적 모델인 인공신경망(artificial neural network)을 이용한 하천유량을 예측하는 연구 역시 활발히 이루어지고 있다. 본 연구의 목적은 여러 유역인자들 중 하천유량에 가장 영향을 미치는 변수를 추출하고 보다 정확한 예측모델을 구축하는 것이다. 기존의 입력자료 선정기법중의 하나인 상호정보량(mutual information)과 수문기상자료의 비선형 동역학적 성분을 추출하는 웨이블렛 변환(wavelet transform)을 사용하여 인공신경망에 적용시켰다. 인공신경망을 적용하는 경우, 수문자료에 있어서 변수의 선택과 자료의 상태가 강우예측의 결과에 큰 영향을 미친다. 이러한 변수의 선택에 있어서 상호정보량을 바탕으로 한 인공신경망 입력변수 선택기법이 많이 사용되고 있다. 일반적으로 시계열자료는 경향성(trend), 주기성(periodicity) 및 추계학적 성분(stochastic component)의 선형조합으로 가정될 수 있으며, 특히 경향성과 주기성은 시계열 모형을 위해 제거되어야 할 결정론적 성분으로 취급한다. 즉. 수문 기상자료에 포함되어 있는 경향성과 주기성과 같은 비선형 동역학적 잡음(nonlinear dynamical noise)을 제거하고 입력자료의 카오스적 거동을 보이는 성분을 분리하기 위해 웨이블렛 변환을 사용하였다. 대상유역은 한강 유역에 포함되어 있는 충주댐으로 선택하였다. 유역 내 다양한 인자들과 하천유량사이의 상호정보량을 구해 영향력이 가장 큰 변수를 추출하고, 그 자료를 웨이블렛 변환을 적용하여 인공신경망의 입력자료로 사용하였다. 본 논문에서는 위와 같은 과정을 이용해 추정한 하천유량 결과와 기존의 방법인 상호정보량을 이용해 인공신경망을 적용한 결과를 실제자료와 비교하였다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2005년도 총회 및 춘계학술발표회
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• pp.408-411
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• 2005

현재 국내에서는 지하수 순환 특성에 대한 연구가 미약하며 그에 대한 연구가 요구 되고 있다. 본 연구에서는 지하수 순환을 중심으로 인공구조물에 의해 유도되는 지하수-하천수 시스템의 상호작용에 대하여 하천수의 수위/유량 변화와 주요 이온 변화에 따른 지하수의 변화를 모니터링을 통해 검토해 보았다. 연구결과 혼합대에 설치된 관측정에서 나타난 수위 및 주요 이온 변화에서 하천의 영향으로 인한 변화 패턴을 확인할 수 있었다. 추후 관측 자료가 누적되고 강수량, 하천수위, 지하수위, 지하수질, 하천수질 등에 대한 상호 상관성을 검토한다면 더 명확한 결과를 얻을 수 있을 것으로 본다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.633-637
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• 2007

하천환경 복원사업이나 자연형하천 정비사업의 근본 목표는 그 하천 고유의 하천경관이나 생태계 등 특성을 회복(Rehabilitation)시키거나 복원(Restoration)하는 것이다. 현재 이 치수기능 확보를 위한 댐 보의 건설, 하천정비 및 골재채취 등 하천의 인공화가 계속되고 있으며, 이에 따른 하천 및 하도의 물리, 화학, 생물에 미치는 영향은 심각한 수준이다. 이러한 하천의 인위적 교란은 요인, 규모, 빈도 및 강도는 다르지만 하천생태 서식처의 물리적, 화학적 특성이 변형, 변질되어 하천생태계가 변화, 단절, 절멸되는 심각한 상태가 빈발하고 있다. 하천교란(River disturbance)은 요인에 따라 유량 및 유사량 변화, 하상변동, 하도준설, 인공호안, 생태통로 차단 등 하천의 물리적 환경 변화를 초래하고, 그에 따른 영향으로 생물종의 감소 및 단순화, 개체수 감소 등과 같이 하천 생태계가 변화하게 된다. 그러나 하천의 교란평가에 대한 연구가 미흡하고, 또한 표준화된 평가체제가 구축되어 있지 않을 뿐 만 아니라 하천환경의 복원에 대한 의식 보급도 부족한 것이 현실이다. 따라서, 본 연구에서는 하천의 교란정도를 파악하기 위한 하천교란평가기법 개발을 위한 전단계로서 일본의 하천수변 국세조사, 영국의 River Habitat Survey, 호주의 River Assessment System, 미국의 Stream Corridor Restoration 등에서 제시하는 하천모니터링 및 평가체제를 비교, 분석하였다. 외국사례 분석 결과를 토대로 하천교란 요인을 하천정비, 댐건설, 골재채취로 유형화하고 교란요인별 조사해야 할 물리적 인자로서 유량, 유사량, 하도 제원, 특징적 내용, 하도형상, 여울과 소, 점사주, 인공구조물, 제방 호안의 재료 및 특징 등으로 선정, 검토하였으며, 생태계 인자로서는 제방 마루의 토지이용 및 식생구조, 하도의 식생유형, 하도주변 토지이용, 하안(bank) 형상 및 구조, 수종 및 구조, 하도 및 하안 특징 및 구조 등으로 선정, 검토하였다. 이상의 하천교란과 관계되는 지표를 선정하여 물리적, 생태적 조사 및 교란평가기법(안)을 개발, 제시하였다.