• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.448-448
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• 2021

최근 급격한 기후변화와 도시화 및 산업화로 인한 지류하천에서의 수량과 수질의 변동은 생물 다양성 감소와 수생태계 건강성 저하에 큰 영향을 미치고 있다. 효율적인 수생태 관리를 위해서는 지속적인 유량, 수질, 그리고 수생태 모니터링을 통한 데이터 축적과 더불어 면밀한 상관 분석을 통해 수생태계 건강성의 악화 원인을 규명해야 할 필요가 있다. 그러나 수많은 지류하천을 대상으로 한 지속적인 모니터링은 현실적으로 어려움이 있으며, 수생태계의 특성 상 단일 영향 인자만으로 수생태계의 건강성 변화와의 관계를 정확히 파악하는데 한계가 있다. 따라서 지류하천에서의 유량 및 수질의 시공간적인 변동성과 다양한 영향 인자를 고려하여 수생태계의 건강성을 효율적으로 예측할 수 있는 기술이 필요하다. 이에 본 연구에서는 경험적 데이터 기반의 머신러닝 모델 구축을 통해 미계측 하천에서의 수생태계 건강성 지수(BMI, TDI, FAI)의 등급(A to E)을 예측하고자 하였다. 머신러닝 모델은 학습 데이터셋의 양과 질에 따라 성능이 크게 달라질 수 있으며, 학습 데이터셋의 분포가 불균형적일 경우 과적합 또는 과소적합 문제가 발생할 수 있다. 이를 보완하고자 본 연구에서는 실제 측정망 데이터셋을 바탕으로 생성적 적대 신경망 GAN(Generative Adversarial Network) 알고리즘을 통해 머신러닝 모델 학습에 필요한 추가 데이터셋(유량, 수질, 기상, 수생태 등급)을 확보하였다. 머신러닝 모델의 성능은 5차 교차검증 과정을 통해 평가하였으며, GAN 데이터셋의 정확도는 실제 측정망 데이터셋의 정규분포와의 비교 분석을 통해 평가하였다. 최종적으로 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형을 통해 예측 된 미계측 하천에서의 데이터셋을 머신러닝 모델의 검증 자료로 사용하여 수생태계 건강성 등급 예측 정확도를 평가하였다. 본 연구에서의 GAN에 의해 강화된 머신러닝 모델은 수질 및 수생태 관리가 필요한 우심 지류하천 선정과 구조적/비구조적 최적관리기법에 따른 수생태계 건강성 개선 효과를 평가하는데 활용될 수 있을 것이다. 또한 이를 통해 예측된 미계측 하천에서의 수생태계 건강성 등급 자료는 수량-수질-수생태를 유기적으로 연계한 통합 물관리 정책을 수립하는데 기초자료로 활용될 수 있을 것이라 사료된다.

• Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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• 제26권5호
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• pp.161-170
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• 2022

The maintenance of bridges installed in rivers is carried out through facility safety inspection and repair & reinforcement procedures according to the results. Many studies have been so far conducted on the safety check of the bridge upperstructure because of the ease of access. However as it is impossible to directly investigate whether the pier foundation installed in the river has been scoured. Management of underwater foundations has remained based on theory. In this study, the scour of the bridge foundation installed in such a river was realized in 3D form by using an echo sounder and VRS. This made it possible to predict the scour pattern through comparison and analysis with the ground height of the riverbed at the time of the bridge installation. Based on these results, if the pier foundation is used as an initial data to determine whether or not local scour is present and to predict long-term scouring, bridge collapse due to foundation scour can be prevented.

• Proceedings of the Korea Society of Environmental Biology Conference
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• 한국환경생물학회 2003년도 학술대회
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• pp.98-102
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• 2003

서울의 대표적 도시하천인 중랑천의 수질 변화에 따른 어류군집의 장기적 변동과 군집의 안정성에 대해 1990년부터 2001년까지 조사하였다. 중랑천은 1980년대와 1990년대초까지는 수질악화, 수변대 훼손으로 물고기가 서식하지 못하였으나 1990년대 초반이후의 수질개선으로 잉어 및 붕어와 같이 오염에 강한 종들부터 서식하기 시작하여 현재까지 18종의 서식이 확인되고 있다. 연도별 출현종수는 1990년에는 어류의 서식을 확인할 수 없었으며, 1996년 6종, 1998년 9종, 2000년 11종, 2001년 14종으로 증가하는 추세다. 그러나 출현종 및 개체수 증가에 따라 갈수기인 봄철과 이른 여름철에는 산란장소를 찾는 잉어, 붕어 등이 한강에서 중랑천으로 대거 이동하는 과정에서 대량폐사가 발생하기도 하였다. 2000년 4월 및 6월, 2001년 6월에는 중랑하수처리장 하류와 수중보 정체구역에서 소량의 소나기성 강우 이후 발생한 일시적 용존산소 고갈로 대량의 잉어류폐사가 발생하였다. 수질사고 이후, 수중보 및 하상 저니 등에 관련된 중랑천 생태계의 구조와 기능에 대해 많은 연구와 개선이 이루어졌으나 본래의 자연성을 아직까지 회복하지 못하고 있다. 특히 중랑천은 2005년 9월에 하천 복원이 완료되는 청계천의 한강어류 이동통로 역활이 중요시되고 있는 하천이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.573-577
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• 2015

인북천과 북천 유역의 어류상 및 수리구조물을 조사하고 이를 통해 수생태복원 및 어류의 이동로 확보를 위한 개선 방안을 연구하였다. 인북천 유역을 대상으로 수환경을 조사한 결과 어류의 서식에 영향은 없을 것으로 판단되나 강우 후 탁도 증가에 대한 대책은 필요할 것으로 사료된다. 인북천 유역 6개 하천을 대상으로 어류상을 조사한 결과 인북천은 총 24종 2,944개체가 채집되었으며, 우점종은 참갈겨니(30.7%)였고, 아우점종은 피라미(13.5%)인 것으로 조사되었다. 인북천 유역의 보 및 어도 현황을 분석한 결과 인북천과 북천 수계의 보는 총 57개소, 어도는 23개소로 어도 설치율이 40.4%인 것으로 조사되었으며, 집괴분석 결과 인북천과 북천의 소하천 또는 지류의 어류상은 본류와 분리되어 어류상복원을 위해서는 본류와 지류의 연결이 필요하므로 하천 연결 흐름을 방해하는 요소인 보를 제거하거나 어도의 조성이 필요할 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1360-1364
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• 2010

도시유역 물순환 해석 모형(Catchment hydrologic cycle Analysis Tool, CAT)은 기존의 개념적 매개변수 기반의 집중형 수문모형과 물리적 매개변수 기반의 분포형 수문모형의 장점을 최대한 집약하여, 도시유역 개발 전/후의 장/단기적 물순환 변화특성을 정량적으로 평가하고 물순환 개선시설의 효과적인 설계를 지원하기 위한 물순환 해석 모형이다. 이 모형은 수문학적으로 균일하게 판단되는 범위를 소유역으로 분할하여 지형학적 요인에 의한 유출 특성을 객관적으로 반영할 수 있으며, 개발 공간 단위별로 침투, 증발, 지하수 흐름 등의 모의가 가능하도록 하는 링크-노드 방식으로 개발되었다. 모형의 UI(User Interface)는 사용자가 손쉽게 모형을 적용/관리하고, 여러 시나리오를 동시에 효과적으로 모의하여 분석할 수 있도록 설계되었다. 또한, 모든 입/출력 자료를 엑셀이나 텍스트 형식과 연동되도록 하여 프로젝트별 매개변수 관리가 용이하도록 개발하였다. 특히 본 모형에서는 사용자의 목적에 맞는 다양한 물순환 개선시설(침투시설, 저류지, 습지, 빗물저장시설, 리사이클 및 외부급수 등)의 구현 및 모의가 가능하도록 개발하였다. 여기서, 물순환 개선시설이란 빗물을 흡수하고 저류할 수 있는 도시녹지시설 혹은 구조물로서 도심 내의 불투수면을 저감시키고 유출수를 줄이면서 동시에 녹지를 확보하여 효과적인 물순환 기능에 영향을 미치는 시설들이다. 이러한 물순환 개선시설은 신도시 및 지역 혁신도시 개발 등의 대규모 토지이용변화가 예상되는 개발지역에 대한 평가 및 개선 기술을 제공하여 물순환 건전화를 위한 설계에 직접적으로 활용될 수 있는 큰 장점을 지니고 있다. 먼저 침투 시설은 계획침투량을 반영하며 토양으로의 침투량과 지하수로의 이동을 모의한다. 저류시설은 하도 내에 위치한 online 저류지와 하도 외에 위치한 offline 저류지로 구분하고 저류지 수면의 증발량과 취수량을 고려하며, 방류구를 통한 방류량을 반영하였다. offline 저류지의 경우는 하도 내의 흐름의 규모에 따라서 일정량을 넘는 경우만 offline 저류지로 유입될 수 있는 양을 산정하도록 하였으며 하류 하천으로의 방류를 반영하여 홍수 후에 저류지가 비워지도록 하였다. 유역 내의 습지는 식생과 수면에서의 증발산을 반영하였다. 습지의 저류능력을 넘는 양은 월류되어 하류로 유출되며, 방류구를 통한 방류량을 반영하였다. 빗물저장시설의 경우는 초기우수와 같은 일정량 이하의 유입량과 시설용량을 초과하는 양은 방류하도록 하였고, 물 사용량을 반영하였다. 또한, 본 모형에서는 하천 내에서 취수하여 유역으로 공급할 수 있도록 리사이클 처리노드를 계획하였다. 리사이클은 용수 이용 목적에 따라 필요지역으로 공급되는 것으로 하였으며, 하천유지용수의 목적으로 취수되어 상류 혹은 하류의 임의 지역으로 공급되는 것을 포함하였다. 또한, 유역외부에 광역으로 급수되는 공급량도 반영하도록 하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.946-946
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• 2012

현재 국내 하천의 설계홍수량은 하천정비 기본계획이나 유역종합 치수계획 등을 통하여 고시 되고 있다. 이러한 설계홍수량은 홍수량 산정 지침에 따라 산정되며, 최종적으로 결정된 설계홍수량을 기준으로 하도계획이나 교량, 암거 등의 설계를 실시하였다. 현재 많은 수의 홍수조절용 다목적 댐과 강변저류지 등 각종 수리조작 구조물들이 축조되면서부터 홍수량을 시간별로 조절할 수 있게 되었지만, 미계측 유역에서는 유역의 유출량을 예측하기가 쉽지 않기 때문에 수리조작 구조물들의 효과를 예상하고 조작 및 운영방법을 결정하기 어려운 실정이다. 이러한 이유로, 본 연구에서는 미계측 유역 내 축조하는 수공 구조물의 최적 설계 및 운영방법 결정을 위하여 설계홍수량과 함께 합성단위도법을 적용한 수문곡선을 적용할 수 있도록 Nash 모형을 이용하였다. 유역의 유출특성이 반영된 대표단위도를 산정하기 위해 여러 유역의 다양한 형상계수를 이용하여, 도달시간과 첨두유량에 관한 회귀식을 산정하였다. 이렇게 산정된 회귀식을 여러 형태의 유역과 강우-유출 사상에 적용하여, 미계측 유역의 특정지점에서 발생의 개연성이 충분하고 수공구조물의 설계와 효과에 가장 중요하게 영향을 미칠 수 있는 설계홍수수문곡선을 도출하는 것을 목적으로 하였다. 본 연구의 결과로 나타나는 대표홍수수문곡선을 미계측 유역에 적용한다면 미지의 설계홍수량을 추정함과 동시에 설계홍수량에 상응하는 수문곡선을 도출하여 수공구조물 설계에 이용할 수 있을 것이라 기대한다.

• Water for future
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• 제29권6호
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• pp.237-247
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• 1996

In this study two rainfall-runoff models, the NWS-PC model and the Storage Function Model (SFM), were compared to see their applicability in the flood forecasting at the river system. The SFM has been adopted in the flood-forecasting and warning system for the major rivers in Korea since 1974, and the NWS-PC model, a physically based model, has been developed to simulate soil moisture changing as well as the surface and subsurface flow at the watershed and in the river streams. Case studies were carried out using flood event data observed at the Mihochun watershed in Geum-river basin during 1985 to 1995. Simulated results from both models were compared with the observed data with respect to the RMS errors and relative errors for peak flow discharges and total runoff volumes to show the advantages and disadvantages of both models and to suggest the way to improve their performances.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.222-222
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• 2018

최근 이상기후로 인한 집중호우의 증가로 인해 하천의 홍수방어능력을 초과하는 침수피해가 급증하고 있다. 특히, 제주도는 태풍의 길목에 위치하고 있는 강우량이 약 2,061mm에 달하는 우리나라 최다우 지역으로 평시에는 건천인 상태의 하천이 집중호우 시 급격한 유출 발생으로 하류도심지역에 하천 범람으로 인한 많은 피해가 발생하고 있다. 제주도에서는 이를 방어하기 위해 하도 내 첨두 홍수량을 조절하여 하류지역의 피해를 경감시키기 위한 구조물인 저류지를 상류에 설치하여 운영하고 있다. 하지만 저류지의 건설을 통한 실제 홍수조절효과에 대한 정량적인 분석은 미흡한 실정이다. 이에 본 연구에서는 태풍 '나리' 때 가장 큰 피해가 발생한 한천의 한천1, 2 저류지를 대상지역으로 선정하여 2차원 수치모형인 Nays2d Flood 모형을 활용한 한천 저류지의 운영에 따른 홍수조절효과를 분석하였다. 지형자료는 드론을 활용하여 측정된 약 7cm 간격의 정밀한 하상 측량자료를 사용하였고, 태풍 '차바' 발생 시 계측된 저류지내의 수심 측정 센서 자료를 활용하여 모형의 검보정을 수행하였다. 보정된 모의결과를 활용하여 태풍 '차바' 때의 저류지가 활용되는 모습을 재현할 수 있었고, 이를 통해서 현재 설치된 저류지의 구조적인 문제점과 운영방법에 따른 홍수조절효과 개선방안을 제시하고자 하였다. 또한 저류지 설계 시 사용된 100년 빈도의 설계 홍수량을 바탕으로 모의를 수행하여, 기존에 제시된 한천저류지의 홍수 저감량과의 비교를 통해서 실제 저류지의 운영에 따른 홍수조절효과를 정량적으로 분석하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.373-373
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• 2023

기후변화로 인한 홍수재해는 우리나라를 포함한 모든 전세계의 이슈로 우리 앞에 다가와 있다. 수자원 인프라가 잘 구축된 우리나라와 달리 저개발국가로써 관련 인프라가 미흡한 국가의 경우대규모 예산 투입이 필요한 댐, 제방 등의 수자원 인프라 시설보다는 비구조적대책인 홍수예경보시스템 구축을 통해 재해취약지역내 우선적으로 도입하는 유역단위 비구조적인 홍수관리계획이 필요하다(김광기, 2022). 본 연구에서는 2012년 금강권역을 대상으로 구축된 홍수예측모형에 대한 개선을 위해 최신 하도자료와 시설물 현황 자료를 반영하여 수리학적 모형을 신규 구축하였다. 이를 위한 수리학적 홍수추적 모형은 FLDWAV 모형을 사용하였으며, 모형의 대상구간은 금강 상류에 위치한 용담댐에서부터 대청댐 구간까지 189.32 km 구간을 선정하였다. 대상구간은 총 773개의 하도단면으로 구성하여 대상하천에 대한 지형변화를 최대한 반영하고자 하였으며, 홍수사상은 유량이 많은 홍수사상뿐만 아니라 저유량에서도 모형의 정확도를 확보하기 위해 다양한 사상을 선정하여 보정과 검증을 실시하였다. 본 연구에서 구축된 금강의 용담댐에서 대청댐 구간에 대한 수리학적 해석모형은 다양한 홍수사상을 대상으로 모형에 대한 보정과 검증을 실시함으로써 보다 정확도 높은 홍수예경보시스템을 구축하여 하천 재해 발생을 예방하는데 활용할 수 있을 것으로 기대한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1244-1248
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• 2008

지표수-지하수 통합모형인 SWAT-MODLFOW는 토양수가 침루과정을 거쳐 지하수로 유입되는 일방향 구조를 갖고 있어 지하수위 상승 및 하강에 따른 토양수량, 침루량, 중간유출량 등 수문성분량의 변화를 고려할 수 없다. 따라서 본 연구에서는 지하수위 변화에 따른 토양수의 분포양상 변화를 고려할 수 있도록 토양수-지하수간의 연결 구조를 양방향으로 개선하여 두 영역간의 연결성을 강화하였다. 지하수위가 상승할 경우 토양대와 지하수대간의 중첩 영역이 생기게 되는데, 이 중첩 영역을 지하수대로 간주하여 영역 내 흐름거동이 지하수 유동 메커니즘을 따르는 토양수-지하수 결합루틴을 새롭게 제시하였다. 이 결합루틴은 지하수 상승, 하강에 따라 토양수대의 두께가 변하는 가변 토양층 방식(variable soil layer method)으로 계산을 수행할 수 있도록 코드를 구성하였다. 개선된 SWAT-MODLFOW 모형을 무심천 유역에 적용하여 토양수와 지하수간의 상호작용을 해석하고 하천저지대와 같이 지하수위 상승지역에서의 수문성분량의 분포를 보다 현실적으로 구현할 수 있음을 입증하였다.