• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
• /
• pp.88-88
• /
• 2020

수심평균 2차원 혼합모형은 하천환경에서 다양한 용존성 오염물질의 혼합현상을 모의하기 위해 널리 활용되어왔다. 2차원 혼합모형에서 분산계수는 하천의 전단 흐름에 의해 야기되는 오염물질의 퍼짐 현상을 표현하는 중요한 인자로서 작용하기 때문에 정교한 오염물질 혼합거동을 모의하기 위해서는 적합한 분산계수를 산정하는 것이 필수적이다. 분산계수를 실험적으로 산정하는 방법으로는 크게 모멘트법과 추적법으로 나뉘며, 비정상상태의 혼합거동에 대해 종방향 및 횡방향 분산계수를 동시에 산정할 수 있는 방법은 추적법 계열의 2차원 유관추적법(2D STRP)이 유일하다. 본 연구에서는 하천에 유입된 오염물질의 2차원 혼합해석을 위한 수치모형을 개발하였으며, 개발된 모형의 수치해를 바탕으로 다양한 Peclet 수의 범위에 대해 기존연구에서 제시된 2D STRP의 적용범위 및 성능을 정량적으로 분석하였다. 분석된 정보를 바탕으로 기존 2D STRP의 한계를 극복하기 위한 개선된 2차원 유관추적법(2D STRP-i)을 개발하고, 사행하천을 모형화한 실규모 하천실험시설에서 검증하였다. 기존 2D STRP의 성능평가 결과, Peclet 수가 낮은 조건일수록 농도분포의 예측 정확도가 감소하는 경향을 보였으며, 하안 경계에 도달하는 농도가 증가할수록 부정확한 결과를 초래하는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 기존 2D STRP의 한계를 보완하여 더욱 정확한 분산계수를 산정하고자 하안 경계면 조건을 고려한 2차원 유관추적법(2D STRP-i)을 개발하였다. 2D STRP-i는 직교-곡선좌표계 기반의 2차원 이송-분산 방정식을 바탕으로 횡방향 유속분포 및 하안 경계조건을 고려할 수 있도록 개선되었다. 2D STRP-i는 공간적으로 상이한 이송효과 및 하안경계 조건을 적절히 반영함으로써 농도분포의 예측 정확도를 개선 시키는 것으로 평가되었으며, 하안경계면에서 농도가 증가하는 구간에서 기존 2D STRP의 결과와 비교하여 더욱 정확한 농도분포 및 분산계수를 제공하는 것으로 밝혀졌다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
• /
• pp.470-470
• /
• 2021

기후변화로 인한 집중호우와 가뭄 등 물 관련 재해가 지속적으로 발생하고 있다. 여름철 강우가 집중되고 하천의 경사가 급한 우리나라의 기상 및 지형학적 조건은 기후변화의 영향과 함께 물관리의 어려움을 가중시키고 있다. 이와 같은 외부적 요인변화에 따라 댐, 보, 제방, 홍수조절지 등과 같은 수자원시설의 안전관리 및 효율적인 운영의 중요성이 높아지고 있다. 특히 「시설물의 안전 및 유지관리에 관한 특별법」 대상인 국가 주요 시설물 가운데 수자원시설의 고령화율이 타시설물에 비해 높아, 체계적인 관리가 필요한 상태이다. 수자원시설의 효율적인 운영 및 유지관리체계를 구축하기 위해서는 첫째, 시설물의 성능평가 제도를 적극적으로 활용하고, 둘째, 국가 주요 시설물의 범위를 확대하며, 셋째, 시설물의 자산관리 체계를 구축할 필요가 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
• /
• pp.651-651
• /
• 2015

최근에는 그동안 추진했던 점오염원 중심의 하천수질관리에서 벗어나 비점오염원도 중요한 오염물질로 고려되어 비점오염원 저감을 위한 많은 연구가 진행되고 있는 실정이다. 하지만 기존 비점오염원 저감시설의 설치 사례를 살펴보면 각각의 요소 기술들이 조화를 이루지 못하여 하천의 경관성을 훼손시키고 오염원 차단 및 저감 효과를 상쇄시키는 경우가 대부분이기에 이를 해결할 수 있는 통합적 운전 시스템이 필요하다. 이에 본 연구에서는 기존의 비점오염원 저감시설에 대한 연구를 발전시켜 요소기술의 개별 평가가 아닌 요소 기술들의 통합적 운영에 대한 성능 평가를 실시하고자 한다. 선정된 요소기술은 비점오염원 저감 목적으로 주로 사용되는 저류지, 인공습지, 호안을 선정하여 각 요소기술별 개별 운전과 연계처리 운전을 비교 분석하여 수질정화 능력을 검토하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
• /
• pp.137-137
• /
• 2023

해양쓰레기는 해안의 심미적 가치 저하뿐만 아니라 생태계 파괴, 유령 어업에 따른 수산업 피해 등의 사회적·환경적 문제를 발생시키며, 그중 70% 이상은 육상 기인으로 플라스틱 및 기타 쓰레기가 주를 이루는 해외와 달리 국내의 경우 다량의 초목류를 포함하고 있다. 다양한 부유쓰레기에 대한 기존의 해양쓰레기량 추정의 한계와 하천·하구 쓰레기 수거의 효율화를 위해 해양으로 유입되는 부유쓰레기 방지를 위한 실효성 있는 대책 수립이 필요한 실정이다. 본 연구는 해양 유입 전 하천의 차단시설에 차집된 부유쓰레기의 수거 효율화 및 지속가능한 해양쓰레기 데이터 구축을 위해 AI기반의 기술을 통해 부유쓰레기 성상 분석 기법(Object Detection)과 차집량 분석 기법(Semantic Segmentation)을 활용하였다. 실제와 유사한 데이터 수집을 위해 다양한 하천 환경(정수조, 소하천, 급경사수로)에 대해 탁도(녹조, 유사), 광량, 쓰레기형상, 초목류 함량, 날씨(소하천), 유속(급경사수로) 등의 실험조건에 대하여 해양쓰레기 분류 기준 및 통계를 바탕으로 부유쓰레기 종류 선정하여 학습을 위한 데이터를 수집하였다. 학습 목적에 따라 구분하여 라벨링(Bounding box, Polygon)을 수행하고, 각 분석 기법별 전이학습을 통해 Phase 1(정수조), Phase 2(소하천), Phase 3(급경사수로) 순서로 모델을 고도화하였다. 성상 분석을 위해 YOLO v4를 활용하여 Train, Test DataSet(9:1)을 구성하고 학습 및 평가는 Iteration마다의 mAP, loss 값을 통해 비교하였으며, 학습 Phase에 따라 모델 고도화로 Test Set의 mAP 값이 성상별로 높아짐을 확인하였으며, 차집량 분석을 위해 Unet을 활용하여 Train, Test, Validation DataSet(8.5:1:0.5)을 구성하고 epoch별 IoU(intersection over Union), F1-score, loss 값을 비교하여 정성적, 정량적 평가 모두 Phase 3에서 가장 높은 성능을 확인하였다. 향후 하천 환경에서의 다양한 영양인자별 분석을 통해 주요 영향인자 도출 및 Hyper Parameter 최적화를 통한 모델 고도화로 인해 활용성이 높아질 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
• /
• pp.76-76
• /
• 2021

물정보 중 가뭄 정보가 상대적으로 부족한 원인은 무엇을 가뭄으로 볼 것인지 정의하기 어렵기 때문이다. 특히 우리나라와 같이 댐 및 저수지, 광역상수도 등 수자원시스템 네트워크를 기반으로 물공급이 이루어지는 경우, 개별 요소만을 고려한 기존 가뭄모니터링 및 전망은 현실적이지 못하며, 가뭄 위험도 관리 측면에서도 부족한 부분이 있다. 가뭄 현상의 경우 기상학적 영향인 강수의 부족이 가장 큰 요소로 기여하지만 실질적으로 국민에 필요한 양보다 적은 양의 물이 공급될 때 국민들은 가뭄을 체감한다. 이러한 점을 보완하기 위하여 지역별로 사용하는 수원 및 물수급 시설 등을 세분화하고, 실적기반 분석을 통해 분석대상 지역의 가뭄을 정확히 판단하기 위한 합리적인 물수급 분석 모형 개발이 필요하다. 즉, 공간분석단위를 표준유역 단위 이하의 취방류 시설물을 기준으로 구성하고, 이들 시설물의 운영정보와 수문기상 빅데이터를 연계한 물순환 모형을 구현함으로써 댐, 저수지, 하천 등 다양한 수원을 가지는 유역 내 가용 수자원량을 준실시간 개념으로 평가하는 시스템의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 하천을 중심으로 물수급 관련 수요·공급 시설의 위치를 절점으로 부여하고 연결하는 물수급 네트워크 알고리즘을 통해 빅데이터 기반 물수급 분석 모형을 개발하였다. 주요 모니터링 지점 및 모든 이수 시설의 위치를 유역분석 기법을 통하여 점(point), 선(line), 면(shape)으로 구성된 지형공간정보의 위상(topology) 관계를 설정하여 물수급 분석의 계산순서를 선정하고, 시계열 DB를 입력하여 지점별 물수급 분석 결과를 도출하였다. 권역별 주요 수위-유량관측소 1:1 Nash 계수를 검증한 결과 저유량에서 0.8 이상의 높은 재현 성능을 보이는 것으로 나타났다. 이에 따라 본 연구에서 개발된 물수급 분석 모형은 향후 물관련 이슈 지역의 용수공급능력 평가 및 수자원장기종합계획 등 다양한 수자원 정책평가에 활용될 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
• /
• pp.154-154
• /
• 2020

최근 국지성 호우가 빈번하게 발생하고 있고, 이로 인해 국내 도시지역 홍수피해 발생빈도와 피해규모가 증가하고 있다. 2010년, 2011년, 2018년에 서울에서는 홍수로 인한 침수피해가 크게 발생하여 많은 인명과 재산의 피해가 있었다. 이렇듯 도시지역은 타 지역에 비해 인구와 재산이 밀집되어 있어 홍수 취약성이 상대적으로 높은 지역이다. 국내에서는 홍수피해 저감을 위해 홍수예보를 발령하고 있다. 하지만 국내 홍수예보는 국가하천 및 지방하천의 주요 하천 구간에서만 실시되고 있어 이러한 하천에 접하지 않는 지역은 국가 홍수예보의 수혜를 받을 수 없다. 그렇기 때문에 각 지역에서는 홍수 대응을 위해 기상청의 호우특보 기준을 사용하고 있으며 이 기준은 전국적으로 동일하다는 특징이 있다. 하지만 각 도시지역은 과거 홍수피해에 따라 방재시설을 추가로 설치하거나 보수하고 있어 각 지역의 방재시설 현황 및 홍수에 대한 취약성 정도가 다른 상황이다. 그러므로 전국적으로 동일한 강우기준이 적용되어 발령되고 있는 호우 특보는 실제 각 도시지역의 방재현황이 고려되지 못한다는 문제가 있다. 이와 관련하여 과거 낙동강 지역을 대상으로 지역별 홍수위험도에 따른 홍수위험지수를 산정하고 검토한 연구가 수행된 바 있다. 본 연구에서는 각 도시지역의 방재 현황을 고려하여 강우기준을 보정할 수 있는 가중치를 산정하는 방안에 대해 제시하였다. 이를 위해 서울 지역 25개 기초지자체를 대상으로 연구를 진행하였으며, 홍수 취약성을 평가하기 위한 세부인자는 노출도, 민감도, 적응도로 구분하였다. 각 세부인자 별 가중치를 산정하기 위해서는 엔트로피 방법을 적용하였고, 산정된 결과를 이용하여 각 지역 별 가중치를 산정하기 위해서는 유클리드 거리 산정법을 적용하였다. 그 결과 각 지역의 방재 특성을 고려한 가중치를 산정할 수 있었으며 향후에는 지역 별 방재특성이 고려된 강우기준을 제시 및 적용성을 검토할 계획이다.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
• /
• 한국산학기술학회 2012년도 춘계학술논문집 1부
• /
• pp.440-443
• /
• 2012

도시지역의 도로, 교량 및 주차장과 같은 포장지역은 작은 면적이지만 강우 시 다른 토지이용에 비해 강우 유출량이 높고, 상수원인 하천의 종 및 횡방향으로 존재하기 때문에 직접적인 오염 원인으로 작용하고 있다. 이에 대한 대책으로 최적관리기법(Best Management Practices, BMP) 또는 저영향개발(Low Impact Development, LID)과 같은 관리 방안을 적용하여 강우에 의해 발생되는 강우유출수와 비점오염물질을 동시에 저감하는 방안이 연구되고 있으나, 모델링을 통한 비점오염물질 배출량의 정량화와 저감시설의 성능평가에 대한 연구는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 주차장 지역에서 발생하는 비점오염물질의 배출량 모의 가능성을 평가하기 위해 국내 외에서 강우유출수의 모의와 저감시설의 성능평가에 많이 사용되고 있는 MUSIC(Model for Urban Stormwater Improvement Conceptualization) 모형과 SWMM(Storm Water Management Model) 모형을 이용하여 강우유출수 수문 수질 모의를 실시하여 각 모형의 적용성을 평가한 결과, 두 모형 모두 총 유출체적 오차가 ${\pm}6%$ 이내로 수문모의에 대한 적용성이 우수하게 나타났지만, 수질의 경우 SWMM 모형이 MUSIC 모형에 비하여 오염물질의 배출량을 실측치와 가깝게 모의함으로서, 결과적으로 대상지역에 대해 SWMM 모형이 MUSIC 모형에 비해 주차장의 초기우수현상을 더 잘 재현하는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
• /
• pp.316-316
• /
• 2023

2022년 8월 수도권 이상폭우로 인해 서울 도심지역의 지하시설, 도로, 주택 등에 침수가 발생하면서 인명 및 재산피해가 발생하였으며, 특히 동서로 가로지르는 정체전선으로 좁고 긴 비구름이 집중되면서 국지적으로 피해가 집중되었다. 서울시의 경우 도시화에 따른 불투수지역 증가 및 내수배제 불량에 따른 빗물 역류로 인한 피해가 지속적으로 발생하고 있으며, 최근에는 기후변화에 따른 방재성능목표 강우량을 초과하는 빈도의 이상폭우로 인해 하천범람과 내수배제 불량에 따른 복합적인 원인으로 침수피해 가중되고 있는 실정이다. 또한 서울시의 경우 전체 자연적, 사회적, 경제적, 환경적 요인 등의 지역적 편차가 매우 큰 도시로 지형적인 특성뿐만 아니라 취약시설(병원, 학교 등), 수방시설물(하천, 배수시설, 빗물펌프장 등) 및 방재시설(대피소, 구호소 등) 밀도 등에 따른 침수 취약성 및 위험성 등의 편차가 매우 크기 때문에 지역특성에 대한 피해사례가 다원화 되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 30년 이상의 종관기상관측(ASOS)과 서울시 자치구별 20년 이상의 방재기상관측(AWS)자료를 기반으로 CMIP6 SSP(Shared Socioeconomic Pathways, 공통사회 경제경로)시나리오에 따른 극한기후 지수(강수강도, 호우일수, 지속기간, 1일 최대강수량, 95퍼센타일 강수일수 등)에 대한 재현성을 평가하고 공간자기상관분석 등 시공간적인 강우특성에 대한 변화를 전망하였다. 특히 여름철 강우의 경우 자치구별 편차가 크게 나타났고 이를 통해 대도시의 도심지역의 경우 세분화하여 지역의 정확한 강우특성을 파악하는 것이 필요하다는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구의 결과는 도심지의 방재성능 초과강우 정의와 기준을 수립하고, 장기적인 수자원 및 도시계획 차원의 대책을 마련하는데 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 기후위기에 따른 기록적인 호우(지역별 방재성능을 초과하는 강우)에 따른 재해는 구조적인 대책을 통해 모두 저감할 수 없는 한계가 있다. 하지만 인명피해를 최소화하는 것을 목표로 기후위기에 대한 적응단계로 인식하고 수리·수문학적, 사회경제학적 등 지역특성에 따른 방재성능목표 강우량에 대한 재검토와 더불어 법제도(풍수해보험, 저류조설치 의무화 등), 개인별 재해예방, 취약계층 안전망 확보, 반지하주택 침수안전대책, 재해지도 개선 등 구조적/비구조적인 대책을 통합 수립 및 보완하는 것이 필요한 시점이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
• /
• pp.77-77
• /
• 2018

한국 건설기술연구원의 하천실증연구센터는 기존에 불가능했던 준 실규모 하천실험, 생태실험, 치수분야 대형 모형실험 및 하천관련 기준수립을 위한 치수분야 수요와 하천 구조물의 품질성능평가 등을 목적으로 설립된 대규모 하천실증연구센터이다. 안동 하천실증연구센터는 총면적 $193,051m^2$의 부지에 하천의 일반적인 형상을 갖고 있는 완경사, 급경사, 만곡수로가 있으며, 수리량 측정 실험을 위한 초음파 유속계, 프로펠러 유속계, 전자식 유속계 등의 유속 측정 장비를 보유하고 있고, Total Station, Lidar, RTK-GPS 등 지형 측량에 사용할 수 있는 장비들도 보유하고 있어, 하천관련 실험을 수행하기에 충분한 여건을 보유하고 있다. 하천실증연구센터는 2013년부터 내 외부활용에서 활용할 수 있도록 지원을 수행하였으며, 총 118건의 하천 수리 및 생태분야, 지반분야 등 다양한 토목분야의 연구자들이 하천실증연구센터를 방문하여 실험을 수행하였고, 국내 기관 및 대학뿐만 아니라 미국의 Iowa 대학, Idaho 대학, USGS, 네덜란드 Deltares, 프랑스 Irstea 등 외국의 대학 및 기관에서도 방문하여 실험 및 공동연구를 수행하였다. 안동 하천실증연구센터의 활용 범위와 활용 건수가 지속적으로 증가함에 따라 자체적인 검토 및 외부의 의견에 따라 센터의 실험시설에 대한 개선이 필요한 사항이 발생하게 되었다. 하천실증연구센터의 수로는 기존의 지반위에 성토를 하여 인공적으로 건설하였기 때문에 일반적인 실내의 실험수로와는 다르게 하상에서의 침투가 발생하며, 이에 따라 하류방향으로 흐름이 진행될수록 유량의 변동이 발생하게 된다. 이에 따라 침투로 인해 발생하는 유량의 변동이 하도 유량 공급의 안정화에 미치는 영향에 대한 신뢰성 검증의 필요성이 필요하다고 판단되어 펌프에서의 유량 공급 및 하도내에서의 유량 안정화에 대한 검증 실험을 수행하고자 한다. 유량 공급에 대한 검증 실험은 크게 두 단계로 구성하였다. 첫 번째 단계는 펌프의 유량 공급에 대한 검증실험을 수행하고, 두 번째 단계에서는 동일한 조건내에서 하류의 지하수 수심, 공급수조의 수심, 하도내의 수심과 ADV 및 ADCP로 측정된 유량과의 관계를 통해 하도내의 유량이 얼마나 일정하게 공급되고, 하류방향으로 갈수록 유량 손실의 경향에 대한 실험을 계획하였으며, 전체적인 실험은 장기적으로 각 수로에 대하여 수행하는 것을 목표로 하였으며, 본 실험단계에서는 완경사 수로를 대상으로 하였다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
• /
• 제3권4호
• /
• pp.238-246
• /
• 2016

본 연구에서는 그동안 방치되어 왔던 하천 제방 및 둔치 등의 수변공간에 저류지, 인공습지 및 생태호안의 세가지 요소기술을 연계 활용한 수질정화시설을 제조하여 설치한 뒤 강우시 및 비강우시에 따라 성능을 분석하였다. 연구 결과에 따르면 강우시에는 SS, BOD, T-N, T-P에 대하여 평균 48.6%, 30.5%, 18.4%, 27.3%의 제거효율을 보였으며, 비강우시에는 33.2%, 28.6%, 13.7%, 17.3%로 나타났다. 그러므로 본 연구에서 수변공간을 활용하여 설치한 수질정화시설은 강우시 및 비강우시의 운전방법에 따라서 충분한 제거효율을 보이는 것으로 나타났다.