• 자원환경지질
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• 제51권4호
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• pp.393-400
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• 2018

2016년 9월 12일 발생한 $M_L5.8$ 경주 지진과 2017년 11월 15일 $M_L5.4$ 포항 지진은 국내에 지진 예측가능성에 대한 관심을 불러일으켰다. 지진 예측의 가능성에 대한 회의적인 의견이 있음에도 불구하고 세계적으로는 지진 발생 전 이상 변동을 보이는 인자들의 관측과 평가가 지속되고 있다. 본 연구에서는 양산단층대의 지하수위 정밀 관측을 위해 시범 운용 중인 양산 지하수 정밀관측공에서 2015년부터 관측된 지하수의 비정상적인 상승 사례를 보고하였다. 이 이상 변동은 다양한 수리지질학적 인자들을 고려하였을 때 지진 전조일 가능성이 높다고 판단된다. 그럼에도 불구하고 단일 관정의 단일 요소에서 나타난 자료만으로 지진 전조를 섣불리 판단할 수 없다. 장기적으로는 전조 현상 연구와 평가를 위한 전문기구의 설립이 필요하다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제20권6호
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• pp.589-601
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• 2008

한강 하구역에 존재하는 신곡수중보의 철거 유무에 따른 지하수위 변동을 MODFLOW 모형을 이용하여 분석, 예측하였다. 토양의 비균질성을 반영하기 위하여 유효투수계수를 산정하였으며, 그 값은 지표면과 수평방향의 경우 0.313 m/day, 지표면과 수직 방향의 경우 0.0423 m/day이며, 이방성비는 7.19이다. 수중보 철거로 인한 하천 수위 하강은 지하수위 하강을 초래하며, 새로운 평형에 도달하는 시간은 약 3개월이 소요된다. 또한, 수중보 철거전에는 한강 본류에서 굴포천 쪽으로 지하수 함양이 되지만, 수중보 철거후에는 그 반대의 방향으로 기저유출이 진행된다. 수중보 철거로 인해서 수중보 상류 한강 본류의 영향을 받는 인접 지역에서는 최대 30 cm의 지하수위 감소가 발생한다. 그러나 수중보 하류의 수위를 배수 기점 수위로 하는 굴포천의 영향을 받는 굴포천 인근 지역에서는 약 10 cm의 지하수 하강이 발생한다. 한편, 대상 지역 부근의 단위면적당($km^2$) 지하수 이용량은 $52m^3/day$이며, 이러한 지하수 이용량은 신곡 수중보 철거 전후를 망라하여 최대 1 m의 지하수위 하강을 유발한다. 즉, 수중보의 철거로 인하여 유발되는 지하수위의 변동은 상시의 지하수의 이용량에 의한 지하수위 변동에 미치지 못한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.205-205
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• 2011

우리나라의 중소하천에는 하상경사 조정과 농업용수 확보 등의 목적으로 많은 보가 설치되어 있다. 하천에 보를 설치하면 보를 기준으로 상 하류의 흐름특성이 변하고, 홍수시 소통이 원활하지 않아서 제방이 붕괴되는 등의 피해를 발생시킨다. 또한 유입유사의 흐름을 차단하여 상류단에 퇴적이, 하류단에는 침식을 발생시켜 하상변동이 일어나게 된다. 하상변동은 단기적으로는 하천에서의 취수, 배수와 주운 등 하천관리에 직접적인 영향을 주고, 장기적인 면에서는 하천 시설물의 안정, 홍수위 및 지하수위의 변화, 하천부지의 변화 등 하천 및 유역관리에 광범위한 영향을 주고 있다. 따라서 하천의 유황 및 하상재료의 인위적인 변화에 의한 하상변동을 예측하고 분석하는 것은 하천계획 및 운용 관리면에서 매우 중요하다. 본 연구는 경안천 유역에 설치된 보를 대상으로 설치 전의 지형자료 및 수리학적 자료를 이용하여 모델링을 하였고, 이를 토대로 설치 후의 수리학적 특성 및 하상변동을 분석하였다. 모델링은 종 횡단으로 모의할 수 있는 2차원 유한요소모형인 RMA-2를 이용하여 보를 설치하기 전 후의 수위, 유속 등의 흐름특성을 모의하였고, SED-2D를 이용하여 하상변동 특성을 비교 분석하고자 하였다. 그 결과 경안천 유역에 설치된 보로 인해 보의 상류단에서는 수위가 상승하고 유속이 감소하는 경향을 나타내고, 유사의 퇴적으로 인해 하상 상승이 발생하였다. 또한 보의 하류단에서는 보월류시 유속이 증가하여 수위가 하강하는 흐름특성을 보였고 침식이 발생하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.460-460
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• 2023

최근 범 지구적인 기후변화로 인해 집중호우가 빈번히 발생하고 침수피해가 증가하고 있다. 이에 따른 침수 피해 위험이 큰 지하상가, 지하 주차장, 반지하 주택 등의 침수 발생이 잦아지며 인명 및 재산 피해 발생이 커지고 있다. 이러한 지역은 인근 하수관로의 수위에 따라 침수 영향을 크게 받게 된다. 이에 따른 강우·유출 관계는 침수피해에 대해 대처하기 위해 시공간적 강우 특성이 반영된 하수관로 수위 예측이 중요하다고 판단된다. 이에 본 연구에서 수위 자료는 서울시 하수관로 수위 현황 자료를 활용하였으며, 강수량 자료는 서울 내 서초구 일대의 강수량 자료를 활용하여 연구를 진행하였다. 대상 지역은 저지대에 위치해 침수가 잦은 서초구 서초동으로 선정하였으며, 분석에 사용된 기간은 2012년부터 2021년까지의 수위 자료를 화용하여 이를 바탕으로 순환 신경망인 RNN의 일종이며, 다른 모델의 구조와 비교하여 더욱 간단하고 효율적인 ESN(Echo State Network) 알고리즘을 사용하여 수위 예측을 진행하였다. 분석을 위해 대상 지역의 강수 사상이 발생하여 하수관로의 수위의 변동이 큰 기간을 선정하여 분석을 실시하였다. 2012년부터 2018년까지의 자료를 학습(training) 자료로 활용하였으며, 모형의 검증 위해 통계분석을 실시하여 검증하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.376-376
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• 2020

최근의 기후변화는 이미 한반도에 평균온도의 상승과 강수량의 변화 등으로 인해 많은 수문기상학적 변화를 일으키고 있다. 낮은 빈도의 가뭄은 2~3년에 한번 꼴로 발생할 정도로 빈번하게 발생하고 있으며, 국지적인 폭우와 한반도에 영향을 미치는 태풍의 증가 등 이수와 치수측면에서의 강수의 변화는 예측하기에 어려운 정도로 그 변화의 속도가 빨라지고 있는 현실이다. 이에 수자원활용 측면에서도 기후변화를 고려하여 새롭게 평가하여야 한다. 특히나 낮은 빈도의 잦은 가뭄은 농업분야에서 용수를 공급하는 데 있어 여러 가지 문제점들을 발생시키고 농업용수 확보를 위한 대책이 필요하다. 대부분의 농업용수는 하천취수, 저수지, 지하수를 이용하고 있으며, 뚜렷한 용수원이 없는 농경지의 대부분은 지하수를 이용하는 것이 보통이다. 이러한 지하수는 물 순환 체계에서 강수에 의해 지하로 침투된 물이 토양간이나 지하대수층 등에 저류되어 지하수가 형성된다. 일반적으로 가뭄이 발생하면 우선적으로 선택되는 대책이 지하관정을 개발하여 활용하는 방안이 활용되고 있는 데 강수의 부족으로 인한 가뭄 발생시 지하수위는 어떻게 변화하는지에 대한 연구과 관측이 필요하다. 본 연구에서는 강수자료와 지하수위 그리고 강수를 활용하는 가뭄지표인 표준강수지수(SPI) 등의 자료를 활용하여 가뭄발생과 지하수위의 변동성의 상관관계를 검토하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제33권1호
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• pp.51-59
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• 2000

시계열모형과 시차분포모형을 결합한 동적모형을 이용하여 강우량과 지하수위의 관계를 파악하였다. 시차에 따른 현재 및 과거 강우량과 과거 지하수위를 독립변수로 하여 동적모형을 구성하였다. 지하수위에 미치는 시차에 다른 강우량의 영향을 Almon 다항식으로 분포시켜 시차분포모형의 매개변수를 추정하였다. IHP 대표유역의 방림과 탄부의 지하수위관측소에서 적용된 동적모형은 강우량에 따른 지하수위를 매우 잘 재현해 주고 있으며, 지하 수위의 예측에도 이용할 수 있음을 확인하였다. 또한 모형의 매개변수는 대수층의 지질특성을 반영하고 있다. 지하수위는 1일전 강우량과 가장 큰 연관성이 있으며, 방림의 경우 18mm/일, 탄부의 경우 30mm/일 이하의 강우량에서는 지하수위의 변동에 큰 영향이 없었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권7호
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• pp.481-494
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• 2022

본 연구는 미호천 유역의 월 단위 지하수위 관리 취약 시기 평가와 LSTM을 이용한 미래 지하수위 관리 취약 시기 평가 기법을 제안하였다. 미호천 유역 내의 지하수위 및 강수량 관측소 관측자료를 수집하고, LSTM을 구성한 후 강수량과 지하수위에 대한 2020~2022년 예측 값을 산정하고, 미래 지하수위 관리 취약시기 평가를 수행하였다. 지하수위 관리 취약시기 평가를 위하여 지하수위와 강수량 간의 상관관계를 고려한 가중치와 기후변화로 인한 관측자료의 변동을 고려하기 위한 가중치를 산정한 후, 이를 조합하여 최종 가중치를 산정하였다. 평가 결과 미호천 유역은 2월, 3월, 6월에 지하수위 관리 취약성이 높게 나타났고, 특히 천안수신 관측소 인근은 미래에 지하수위 관리 취약성 지수가 악화 될 것으로 분석되어 추가 관리 방안 도입이 필요할 것으로 나타났다. 본 연구의 결과는 지하수위 관리 취약 시기 평가 및 LSTM을 활용한 미래 예측 기법을 제시함으로써 발생할 수 있는 유역 내 지하수자원 문제에 선제적인 대응방안 도출에 기여할 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권11호
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• pp.903-911
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• 2022

물을 공급하기 위한 자원 중 하나인 지하수는 다양한 자연적 요인에 의해 수위의 변동이 발생한다. 최근, 인공신경망을 이용하여 지하수위의 변동을 예측하는 연구가 진행되었다. 기존에는 인공신경망 연산자 중 학습에 영향을 미치는 Optimizer로 경사하강법(Gradient Descent, GD) 기반 Optimizer를 사용하였다. GD 기반 Optimizer는 초기 상관관계 의존성과 해의 비교 및 저장 구조 부재의 단점이 존재한다. 본 연구는 GD 기반 Optimizer의 단점을 개선하기 위해 GD와 화음탐색법(Harmony Search, HS)를 결합한 새로운 Optimizer인 Gradient Descent combined with Harmony Search(GDHS)를 개발하였다. GDHS의 성능을 평가하기 위해 다층퍼셉트론(Multi Layer Perceptron, MLP)을 이용하여 이천율현 관측소의 지하수위를 학습 및 예측하였다. GD 및 GDHS를 사용한 MLP의 성능을 비교하기 위해 Mean Squared Error(MSE) 및 Mean Absolute Error(MAE)를 사용하였다. 학습결과를 비교하면, GDHS는 GD보다 MSE의 최대값, 최소값, 평균값 및 표준편차가 작았다. 예측결과를 비교하면, GDHS는 GD보다 모든 평가지표에서 오차가 작은 것으로 평가되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.406-406
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• 2022

댐은 물을 담아두어 강수량에 따른 유량을 조절하거나, 하천의 물을 끌어와 사용할 수 있게 하는 역할 또는 모래, 자갈 등을 막아 걸러주는 역할 등을 수행한다. 우리나라의 경우 지역별, 계절별 강수량의 차이가 크며, 그로 인해 유량이 지역과 계절에 영향을 크게 받는다. 이런 변동성을 조절하기 위해 치수와 이수, 두 분야 모두에서 댐의 중요성이 크다. 이뿐만 아니라 기후변화로 인한 변동성의 극대화로 인해 그 중요성이 나날이 커지고 있다. 댐을 운영하기 위해서는 강수량에 따른 댐 유입량의 예측을 하여, 적절한 방류 시기 및 방류량을 결정하는 것이 가장 중요한 요소이다. 기후변화로 인한 변동성의 증대로 홍수와 가뭄과 같은 재해의 빈도와 심도가 커지면서 댐 유입량의 예측이 어려워지고 있다. 댐의 설계나 유지관리를 위해 홍수에 대해서는 많은 연구가 이루어졌던 것에 비해, 갈수기의 경우 물 부족으로 인해 유량이 적어져 댐 유입량에 대한 정확한 산정이 어려워 가뭄 시 댐 유입량에 관한 연구가 홍수 시에 비해 적게 연구된 것이 실정이다. 따라서 가뭄 시 댐 연구를 위해 갈수기의 댐 유입량에 대한 정확한 산정 및 예측의 필요성이 대두되고 있다. 이번 연구에서는 댐 주변의 지하수위와 하천수위의 관계성을 보이고 각각 다른 변량 간의 시간적 종속성을 고려하는 동시에 상호연관된 변량의 시간적 종속성을 동시에 고려한VARX(vector autoregressive-exogenous) 모델을 이용하여 정확한 댐의 유입량을 산정 및 예측하고 그에 대한 검증을 시행하여, 댐 분야에서 가뭄에 대비할 수 있는 근간을 마련하였다.

• 자원환경지질
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• 제54권1호
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• pp.77-89
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• 2021

본 연구에서는 Jeong et al. (2020)의 연구에서 수행된 지하수위 변동 패턴의 저차원 특징추출 과정의 문제점을 분석하고, 이에 대한 개선방안이 제안된다. 해당 연구에서는 Denoising autoencoder (DAE)를 이용해 전국의 연 단위 지하수위 변동 자료로부터 저차원 특징이 추출되며, 추출된 자료를 이용해 대수층의 수리 특성값을 예측하는 회귀 모델이 개발되었다. 그러나 특정 지역의 연도별 강수 패턴이 달라질 경우, 지하수위 변동 패턴 및 저차원 특징 또한 달라지며, 이에 따라 동일 지역임에도 불구하고 저차원 특징으로부터 추정되는 수리 특성값이 다양하게 나타날 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 본 연구에서는 조건부 생성 모델인 Conditional variational autoencoder (CVAE)를 이용하였으며, 전국 71개 지역에서 10년 동안 획득된 지하수위 자료와 강수 자료 간 상관관계가 학습되었다. 학습된 모델을 통해 모든 지역에 대해 동일 강수 조건이 적용될 때의 지하수위 자료가 생성되었으며, 생성된 지하수위 자료로부터 저차원 특징이 추출되었다. CVAE를 이용해 동일 강수 조건으로 생성된 지하수위 자료의 저차원 특징과 기존 DAE를 통해 추출된 저차원 특징이 비교되었으며, 그 결과 CVAE를 이용해 추출된 저차원 특징 간 거리가 저차원 공간상에서 보다 가깝게 분포하는 것이 확인되었다. 따라서 제안된 방법을 이용할 경우 대수층 특성에만 영향을 받는 지역별 지하수위 자료 및 저차원 특징이 효과적으로 추출될 수 있으며, 이를 통해 기존 개발된 회귀 모델의 성능이 개선될 수 있을 것으로 판단된다.