• 한국방재안전학회논문집
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• 제12권2호
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• pp.73-82
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• 2019

최근 이상기후로 인한 집중호우에 따른 하천변 사회기반시설의 침수피해가 증가하고 있으며, 침수 가능성 여부에 대한 신속한 예 경보가 필요한 실정이다. 일반적인 홍수 예 경보는 하천수위를 이용하고 있으며, 수치모형을 이용하여 하천수위를 예측하는 연구가 대부분이었다. 그러나 수치모형을 이용한 하천수위 예측은 결과가 정확한 반면 수치모의 시간이 오래 소요된다는 한계점이 있어 최근에는 인공신경망 등을 적용한 자료기반의 수위예측 모형이 많이 이용되고 있다. 하지만 기존의 인공신경망을 활용한 수위예측 연구는 시간적 매개변수를 고려하지 못하였다는 한계점이 존재한다. 본 연구에서는 시간적 매개변수(Time delay= 2시간)를 고려한 NARX 신경망 모형을 사용하여 한강대교의 수위를 예측하였다. 또한 NARX 모형의 적합성을 판단하기 위하여 인공신경망(ANN) 모형과, 순환신경망(RNN)모형의 결과와 비교하였다. 2009년에서 2018년까지 10년간의 수문자료를 이용하여 70%를 학습시키고 검정과 평가에 15%를 사용하여 2018년의 한강대교 3시간 후 수위를 예측한 결과 평균제곱근오차(RMSE)의 경우 ANN, RNN, NARX model이 각각 0.20 m, 0.11 m, 0.09 m, 평균절대오차(MAE)의 경우, 각각 0.12 m, 0.06 m, 0.05 m, 첨두수위 오차(Peak Error)는 각각 1.56 m, 0.55 m, 0.10 m로 나타났다. 연구 대상지역에 대한 시간적 매개변수를 고려한 예측 결과의 오차분석을 통하여 NARX 신경망 모형을 사용하는 것이 수위예측 모형 구축이 가장 적합한 것으로 나타났다. 이는 NARX 신경망 모형이 과거의 입력자료를 고려함으로써 시계열 자료의 변동 추세도 학습 할 수 있으며, 또한 모형 내 활성함수를 쌍곡선탄젠트(Hyperbolic tangent) 및 Rectified Linear Unit(ReLU) 함수를 사용하여 고수위 예측 시에도 정확한 예측 값을 도출할 수 있기 때문이다. 그러나 NARX 신경망 모형은 시퀀스 길이가 길어짐에 따라 기울기 소실문제(Vanishing gradient)가 발생하는 한계점이 있어 향후에는 이를 보완한 LSTM(Long Short Term Model)모형을 이용하여 수위예측의 정확도를 검토하고자 한다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제8권5호
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• pp.137-145
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• 2008

이 연구는 계획규모를 초과하는 홍수량으로 인하여 예상되는 하천범람피해를 경감하기 위한 지하방수로 계획에서의 적정 위치선정 및 규모를 결정하기 위한 기초분석기술에 대한 것으로서, 1998년과 2001년에 집중호우로 일부제방의 범람 및 붕괴에 의해 막대한 손실이 발생한 중랑천을 대상으로 하였다. 지하방수로의 유입부 위치는 200년 빈도홍수에 취약한 서울시경계, 당현천 합류부, 월계 1교, 묵동천 합류부의 4곳을 후보지로 선정하였고, 유출부는 국공유지로서 사용이 가능한 중랑천하구부와 한강의 반포대교 우안부을 선정하였다. 유입부의 월류고별 횡월류량을 산정하고 홍수저감효과를 분석하였다. 검토결과, 유입부의 위치는 당현천 합류부가 적정한 것으로 판단되었는바, 이곳에 지하방수로 유입부를 설치하였을 때 홍수저감효과가 가장 큰 것으로 나타났다. 지하방수로의 적정규모검토를 위해 방류구 운영규칙을 단순저류, 일정률, 일정량, 일정률+일정량의 혼합방류의 4가지 방식을 기본으로 하는, 총 8가지 경우를 적용하여 비교 분석하였다. 200년 규모의 홍수에 대응하는 지하방수로의 적정규모를 검토한 결과 방수로의 크기는 단순저류(Rule D)일때 가장 큰 규모인 직경 12 m로 분석되었고, 일정률 방류(Rule E)에서는50%방류에서 직경 9 m, 일정량 방류(Rule F)에서는 직경 8 m, 일정량 + 일정률 방류(Rule G)의 경우는 직경 7 m로 각각 산정하였다. 이 연구에서 제시한 검토과정은 하천제방의 범람으로 연안의 침수피해가 막대할 것으로 예상되는 경우에 EAP 차원에서의 방수로 건설 계획에 유용할 것으로 판단된다. 또한, 중랑천 방수로를 건기시에는 서울시와 의정부지역을 연결하는 지하 도로로 활용하는 방안을 함께 고려함으로써 방수로의 활용성을 크게 증대시킬 수 있을 것으로 판단된다.