• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.211-211
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• 2011

지형은 강우에 의한 유역 유출응답을 결정하는 중요한 인자이다. 따라서 유역의 지형형태학적 인자를 수문해석에 이용하기 위한 시도는 긴 역사를 갖는다(Rodriguez-Itube and Valdes, 1979). 지형을 구성하는 대표적인 요소로 하천망과 사면을 들 수 있다. 당연히 이들이 어떤 방식으로 결합되는지에 따라 유출특성의 차이가 발생하게 된다(Zevenbergen and Thorne, 1987; Brierley and Fryirs, 2005). 이에 본 연구에서는 하천유역에서 사면과 하천망의 방향적 특성을 정량화하고, 그 둘 사이의 관계를 살펴보고자 한다. 만일 사면의 방향성과 하천의 방향성이 일정한 관계를 가지고 정량화될 수 있다면, 이러한 특성은 보다 간단히 강우-유출 모형에 고려될 수 있을 것이다. 일례로 확률밀도함수 형태로 제시되는 사면과 하천 방향성을 GIUH 이론에 근거하여 재해석할 수 있다. 궁극적으로는 호우 방향성에 의한 유출응답의 차이를 파악할 수 있게 된다. 본 연구에서는 내성천 유역을 대상으로 하였으며, 대상유역의 수치지형도를 수집하여 DEM을 구축하였다. 하천망 추출을 위해 ArcGIS의 Hydro Tool을 이용하였다. 이들 하천망의 방향성은 von Mises 분포에 적용하여 정량화하였으며, 이를 통해 하천유역에서 하천망의 방향적 특성을 살펴보았다. 추가로 하천망과 사면의 방향적 구조를 확인함으로써 이들 특성이 강우-유출 모형에 유연하게 고려될 수 있도록 하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다. (1) 본 연구에서 고려한 von Mises 분포는 하천망의 방향적 특성을 적절히 표현할 수 있음을 확인하였다. 방위 기준으로 정리한 하천망의 방향성은 하나의 mode 특성이 뚜렷하고, 하천 합류점 하천을 기준으로 정리할 경우에는 두 개의 mode 특성이 뚜렷해짐을 알 수 있었다. (2) 하천망의 방향성은 사면의 방향성과 뚜렷한 관계를 갖는 것을 알 수 있었다. 하천망과 사면의 방향적 결합 구조는 유역의 특성을 보다 현실적으로 묘사할 수 있고, 이들 관계를 가정하고 하천망의 방향성이 정량화된다면, 강우-유출 모형에 이들 특성이 쉽게 반영될 수 있을 것으로 기대된다. (3) 하천망의 방향성은 고차 하천일수록 뚜렷한 mode 특성을 나타냄을 확인하였다. 이러한 결과는 고차 하천일수록 그 방향성이 한반도의 주구조선과 잘 일치하는 것으로 기존 연구성과와도 일치하는 것이다. (4) 하천망의 주방향은 하천연장에 대한 영향을 크게 받음을 알 수 있었다. 이는 대상 하천유역의 유역응답에서 하천유출이 사면유출보다 상대적으로 큰 영향력을 갖기 때문이다. 강우-유출 모형에 하천망 방향성을 고려하기 위해서도 하천연장을 고려하여 이들 방향성을 정량화하는 것이 호우 방향에 보다 뚜렷한 유출반응 특성을 나타낼 것으로 보인다. (5) 본 연구에서 고려한 하천망의 방향성 정량화 방안을 이용할 경우 이들 결과는 유출모형에 고려될 수 있을 뿐만 아니라 유출응답 특성을 정량적으로 파악하는데 이용될 수 있다. 방위 기준으로 정리한 하천망 방향성은 실제 유역에 대한 유출모형에 적용이 가능하며, 하천 합류점을 기준으로 정리한 결과는 호우의 방향성에 대한 유출응답의 반응을 정량적으로 살펴보는데 이용될 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.166-166
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• 2022

본 연구의 목적은 고전적 순간단위도 모형 중의 하나인 Nash 모형의 매개변수와 하천망의 동적 Fractal 차원 사이의 관계를 체계적으로 분석하여 해당 매개변수의 수문학적 의미를 추론해 보는 것이다. Nash 모형의 경우, GIUH 이론과의 결합을 통하여 Horton 비를 기반으로 한 두 매개변수의 지형학적 추정 방법이 일찍부터 제안되어 왔다 (Rosso, 1984; Bhunya, 2008). 특히 Liu(1992)는 2차원 자유 Euclidean 공간 내에서 percolation cluster 모형의 응집구조와 유역의 배수구조 사이의 비교를 통하여 하천망의 Fractal 차원을 정적 Fractal 차원과 동적 Fractal 차원으로 구분하고 양자의 수문학적 의미에 대하여 강조한 바 있다. 본 연구에서는 문헌 조사 (Morisawa, 1962; Marani et al., 1991; Rosso et al., 1991)를 통하여 수집한 비교적 신뢰성 있는 국외 하천망들에 관한 정보를 기반으로 Nash 모형의 매개변수와 하천망의 동적 Fractal 차원 사이의 관계를 분석해 보았다. 주요한 결과로서 Nash 모형의 형상 매개변수와 하천망의 Fractal 차원 사이에는 밀접한 상관관계가 존재함을 알 수 있었으며 이를 통하여 하천망의 Fractal 차원을 이용하여 해당 매개변수를 직접 추정할 수 있는 관계식을 제시할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 분광 차원과 Nash 모형의 첨두 좌표 사이의 관계를 통하여 겉보기에서로 다른 유역들 사이에 존재할 수 있는 수문학적 상사성을 평가할 수 있는 기준의 수립 역시 본 연구과정을 통하여 제시할 수 있으로 판단된다. 후속 연구로서 국내외 다수 유역들에 대한 지형분석을 통하여 본 연구에서 얻은 결과의 보편성을 검정하고 수문학적 자료들에 대한 검증을 통하여 Nash 모형을 기반으로 한 다양한 수문학적 모형들의 개선 방안을 제시해 보고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.102-102
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• 2020

자연 유역은 오랜 시간에 걸쳐 효율적인 하천망을 형성해왔다. 이와 유사하게 도시 유역의 배수관망은 강우 시 유역 내 강우를 빠르게 배수하는 것을 목적으로 발전해 왔다. 본 연구에서는 깁스모형을 이용하여 오랜 시간에 걸쳐 형성된 자연 유역의 하천망과 빠른 배수를 목적으로 인위적으로 형성된 도시 유역의 배수관망 간의 특성을 분석하여 비교하였다. 깁스모형은 추계학적 네트워크 모형으로, β 값을 기준으로 총 8 단계로 구분하여 네트워크 특성을 확인할 수 있다. 본 연구에서는 미국 중서부의 70 개의 자연 유역과 국내 도시 유역인 서울특별시의 총 239개의 유역에 깁스모형을 적용하였다. 깁스모형을 이용하여 자연 유역의 하천망과 도시 유역의 배수관망 간의 네트워크 특성을 비교 분석하였다. 본 연구의 결과로 자연 유역과 도시 유역의 네트워크 특징을 확인하고, 재해로부터 안전하고 지속가능한 도시 배수관망 설계 및 도시 방재 관련 사업 수립에 도움을 줄 것으로 기대한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.354-354
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• 2017

홍수예경보는 발생되는 홍수의 규모와 시간을 가능한 정확하고 빠르게 예측하여 홍수에 대한 위험성을 사전에 알리고자 하는데 목적이 있다. 따라서 하천범람에 따른 피해를 최소화하기 위한 홍수예경보는 일정시간의 선행시간을 확보하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 현재 하천에서 측정되고 있는 수위 관측 자료를 이용하여 하류의 수위를 예측하였다. 수위 예측을 위해 다중회귀모형 및 신경망 모형을 한강의 제1지류인 횡성댐 상류 섬강 시험유역에 적용하였다. 다중회귀모형 및 신경망 모형의 학습에는 섬강 시험유역의 2002년부터 2010년까지의 수위 관측 자료를 이용하였으며, 학습된 모형을 이용하여 30분 이내에 발생 가능한 수위를 예측하였다. 모의 결과 신경망 수위예측모형의 결정계수는 0.967으로 나타났으며, 다중회귀수위예측 모형의 결정계수는 0.815로 나타나 신경망을 이용한 수위예측모형이 다중회귀모형보다 좀 더 나은 예측 결과를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구결과는 향후 중소하천에서 선행시간을 확보한 홍수 예경보 구축에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.291-291
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• 2011

우리나라는 기상학적 지리학적 영향으로 여름철에 강우가 집중하여 내리며 최근에는 짧은 시간에 많은 양의 강우가 내리는 집중호우의 발생빈도가 증가하고 있다. 이러한 집중호우는 하천의 수위를 증가시켜 하천범람 및 제방붕괴의 위험을 가져와 많은 재산과 인명피해를 가져올 수 있다. 하천 수위의 예측은 기존에 물리적, 개념적 모형을 통해 강우-유출을 해석하는 과정에서 주로 다루어 졌다. 그러나 자연현상인 강우와 유출관계를 규명하는 과정은 지역의 다양한 특성, 강우의 시 공간적 분포 등 복잡하고 다양한 인자를 고려해야 한다는 문제와 부딪쳐 많은 어려움을 겪어왔다. 따라서 본 연구에서는 복잡한 비선형 과정들의 모형화가 가능한 인공 신경망 모형을 이용하여 수위예측 모형을 구성하고 100mm이상의 강우가 연속해서 내린 호우사상을 훈련시켜 집중호우 발생시 수위예측에 활용하고자 하였다. 이를 위해 구성된 인공신경망 모형을 금강유역 보청천에 적용한 결과 중소하천유역인 보청천 유역의 홍수위 예측에 적용이 가능함을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.556-556
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• 2012

본 연구는 수지상, 망상, 분기상 등을 모의 할 수 있는 1차원 고정확도 하천흐름 해석 모형을 개발하는데 그 목적이 있다. 이러한 복잡한 형태의 하천흐름 해석 모형 개발을 위해 기존 Fread(1973)가 수지상 하천흐름 해석을 위해 개발한 바 있는 Relaxation 알고리듬을 활용하였으며 이를 망상 및 delta 등에 적용할 수 있도록 확장하였다. 모형의 검증을 위해 한강 팔당댐 하류 한강대교 노들섬 지점에서 발생되는 유량 분기 현상을 모의하였다. 모의구간은 팔당댐~행주대교 구간이며, 대상호우는 2011년 8월 발생한 사상이다. 대상구간 내 팔당대교, 잠수교, 한강대교 수위관측소의 수위자료를 활용하여 조도계수 보정을 수행하였다. 한강대교 노들섬 구간에 대하여 망상하도를 구성하였으며 한강대교 남단과 북단에서 운영 중인 ADVM 유량관측 자료와 본 연구모형의 모의 결과를 비교 검토하였다. 추가로 HEC-RAS 모형의 입력자료를 구성하여 모의하였으며 이를 본 연구모형의 결과와 비교하였다. 이를 통해 본 연구 모형의 하도망 해석 알고리듬의 타당성을 입증하였다. 따라서 본 연구모형을 통해 복잡한 하도로 구성되는 하천 하구 지역의 흐름현상 규명이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제3권4호
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• pp.11-17
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• 2002

본 논문의 목적은 섬진다목적댐 유역의 하천을 대상으로 강우시에 단기 수질상태를 예측하기 위하여 병렬다중결선의 계층구조를 갖는 신경망이론을 이용하였다. 본 연구에 적용한 신경망이론의 학습알고리즘으로는 역전파알고리즘을 사용하였으며, 최적모형의 개발을 위해 모멘트법-적응학습율기법을 이용하였다. 하천 수질오염 부하량에 영향을 미치는 요소로서 상류로부터 유입되는 유입량과 수질인자인 BOD, COD, SS를 고려하였다. 섬진다목적댐 유역에 대해 단기 수질을 예측할 수 있는 다층신경망모형을 개발하기 위해 은닉층 노드수와 학습회수에 변화를 주어 각 수질인자별로 4가지씩 총 12개의 모형을 구성하여 학습을 실시하였다. 제안된 신경망모형의 검증을 위해 학습시키지 않은 수질자료를 예측한 결과 양호한 것으로 분석되었고, 하천수계의 단기 수질오염 예측에 활용할 수 있을 것으로 사료되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.512-512
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• 2015

시 공간적 관측에서 다양한 원인에 의해 강우 자료에 결측이나 오측이 발생할 수 있다. 강우를 측정하고 자료를 수집 관리하는 측면에서 결측 되거나 오측된 자료를 추정 보완할 필요가 있다. 현재까지 결측 강우 자료를 추정하기 위한 방법으로 결측 지점 인근의 관측소를 이용한 단순 가중 평균치 방법에서부터 복잡한 통계적 기반의 보간 방법에 이르기까지 많은 연구들이 진행되고있다. 본 연구에서는 결측 된 강우 자료를 추정하기 위해 인공 신경망을 이용하여 모형을 구축하고 주변 관측소의 강우자료를 이용해 신경망 학습을 실시하여 적용해 보았으며, 최근 관측의 단위가 짧아지고 있는 점을 고려하여 10분, 30분, 1시간 등 다양한 시간간격의 강우자료를 구축하고 선형회귀모형과 RDS 방법, 신경망 모형을 이용한 방법 등을 적용한 결과를 비교하여 신경망 모형의 적용성을 살펴보았다. 단순한 구조면에서는 기존의 RDS 방법에 대한 적용성이 높은 것으로 판단되었으나, 성능의 개선을 위한 별다른 방법이 없는 반면 신경망 모형은 입력 자료를 다양하게 변환하여 구성하는 경우 성능을 개선하여 적용성이 더 높아 질 수 있는 것으로 판단되었다. 향후 신경망 모형을 이용해 잘못 측정된 강우를 적절히 선별하고 결측된 보완함으로써 관측된 강우 자료의 활용성을 높일 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2004년도 학술발표회
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• pp.292-297
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• 2004

본 연구에서는 단일목적 저수지와 다목적 댐의 최적운영을 위하여 전역최적해를 탐색하는 SCE-UA법을 사용하는 비선형계획법을 적용한 최적화 모형을 구성하고 과거 운영자료를 사용하여 모형의 적용성을 검토하고 분석하였다. 또한, 다목적댐의 운영수위 상승으로 인하여 발생하는 추가용수를 댐하류로 추가적으로 공급함에 따른 댐운영상의 문제점과 해결책을 제시했다. 관개용 단일 목적 저수지의 유입량은 하천망 모형인 SSARR 모형을 이용하여 추정하였다. 관개용 단일 목적저수지의 용수배분을 최적화한 결과, 실측치와 최적방류량간의 상대오차가 $-2.6\~10.5\%$ 범위를 나타냈으며, 비교적 실측방류량과 유사한 형태로 용수를 공급하는 길과를 나타냈다. 다목적 저수지의 최적운영을 위해 발전량, 저수량 및 필요수량의 관계를 목적함수로하는 최적화 모형을 구성하여 섬진강댐의 최적운영에 적용하였다. 섬진강댐의 댐하류 방류량 증가에 따른 운영상의 문제점을 해결하기 위하여 댐하류 유지용수량을 0.17, 0.50, 0.70, 1.0, 1.5, $3.0m^3/sec$ 방류하는 경우로 구분하여 최적운영한 길과, 댐하류 유지용수량이 $1.0m^3/sec$ 이하인 경우에 발전량이 실적평균발전량에 근접한 결과를 나타냈으며, 용수공급량도 계획공급량인 377.4 백만 $m^3$ 보다 $28.9\~100.7$ 백만 $m^3$ 만큼 많은 양을 공급하는 결과를 나타냈다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.248-248
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• 2021

본 연구에서 개발한 하천흐름해석모형 HDM-2Di는 2차원 추적모형에 필요한 격자생성기(RAMS-G) 및 GUI (RAMS+)와 연계하여 요소망 생성기능 및 요소망 처리기능을 통해 실제 지형을 반영할 수 있는 전처리 과정을 수행할 수 있다. 장구간 하천에서 신속하고 정확하게 모의결과를 도출할 수 있도록 입출력 체계를 구조화하다. 또한 하천의 복잡한 지형과 자연 하천구조의 동역학적인 흐름환경을 효과적으로 재현할 수 있으며 흐름해석모의 결과인 2차원 평면상의 유속과 수심을 2차원 유해화학물질 추적모형(CTM-2D-TX)의 입력자료로 활용할 수 있도록 개발하였다. HDM-2Di 모형의 성능 검증을 위하여 정상류 및 준부정류, 부정류 조건 흐름해석 성능 테스트를 진행하였으며, 실제 자연하천의 물리적 구조를 재현한 사행수로 추적자 실험 결과와 모형 결과를 비교분석하였다. 또한 자연하천 적용을 위하여 구미보와 칠곡보 구간을 대상으로 ADCP 실측 결과와 상용모형인 Nays-2DH 모의 결과와의 비교를 통해 HDM-2Di 흐름해석모형의 정확성 및 적용성을 평가하였다.