• 제목/요약/키워드: 하천특성

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낙동강의 중·하류 4개보에서 남조류 우점 환경 요인 분석 (Factors analysis of the cyanobacterial dominance in the four weirs installed in of Nakdong River)

  • 김성진;정세웅;박형석;조영철;이희숙
    • 한국수자원학회:학술대회논문집
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    • 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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    • pp.413-413
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    • 2019
  • 하천과 호수에서 남조류의 이상 과잉증식 문제(이하 녹조문제)는 담수생태계의 생물다양성을 감소시키며, 음용수의 이취미 원인물질을 발생시켜 물 이용에 장해가 된다. 또한 독소를 생산하는 유해남조류가 대량 증식할 경우에는 가축이나 인간의 건강에 치명적 해를 끼치기도 한다. 그 동안 국내에서 녹조문제는 댐 저수지와 하구호와 같은 정체수역에서 간헐적으로 문제를 일으켰으나, 4대강사업(2010-2011)으로 16개의 보가 설치된 이후 낙동강, 금강, 영산강 등 대하천에서도 광범위하게 발생되고 있어 중요한 사회적 환경적 이슈로 대두되었다. 한편, 대하천에 설치된 보 구간에서 빈번히 발생하는 녹조현상의 원인에 대해서는 전 지구적 기온상승에 따른 기후변화의 영향이라는 주장과 유역으로부터 영양염류의 과도한 유입, 가뭄에 따른 유량감소, 보 설치에 따른 체류시간 증가 등 다양한 의견이 제시되고 있으나, 대상 유역과 수체의 특성에 따라 녹조 발생의 원인이 상이하거나 또는 다양한 요인이 복합적으로 작용하기 때문에 보편적 해석(universal interpretation)이 어려운 것이 현실이다. 따라서 각 수계별, 보별 녹조현상에 대한 정확한 원인분석과 효과적인 대책 마련을 위해서는 집중된 실험자료와 데이터마이닝 기법에 근거로 한 보다 과학적이고 객관적인 접근이 이루어져야 한다. 본 연구에서는 2012년 보 설치 이후 남조류에 의한 녹조현상이 빈번히 발생하고 있는 낙동강 4개보(강정고령보, 달성보, 합천창녕보, 창녕함안보)를 대상으로 집중적인 현장조사와 실험분석을 수행하고, 수집된 기상, 수문, 수질, 조류 자료에 대해 통계분석과 다양한 데이터모델링 기법을 적용하여 보별 남조류 우점 환경조건과 이를 제어하기 위한 주요 조절변수를 규명하는데 있다. 연구대상 보 별 수질과 식물플랑크톤의 정성 및 정량 실험은 2017년 5월부터 2018년 11월까지 2년에 걸쳐 실시하였으며, 남조류 세포수 밀도와 환경요인과의 상관성 분석을 실시하고, 단계적 다중회귀모델(Step-wise Multiple Linear Regressions, SMLR), 랜덤포레스트(Random Forests, RF) 모델과 재귀적 변수 제거 기법(Recursive Feature Elimination using Random Forest, RFE-RF)을 이용한 변수중요도 평가, 의사결정나무(Decision Tree, DT), 주성분분석(Principal Component Analysis, PCA) 기법 등 다양한 모수적 및 비모수적 데이터마이닝 결과를 바탕으로 각 보별 남 조류 우점 환경요인을 종합적으로 해석하였다.

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국내 강우의 이상치검정 방법의 비교 연구 (A Comparative Study on Methods for Outlier Test of Rainfall in Korea)

  • 이정식;신창동
    • 한국수자원학회:학술대회논문집
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    • 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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    • pp.359-359
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    • 2018
  • 이상치는 표본자료에서 크게 어긋나 다른 자료들로부터 떨어져 표시되는 자료로써, 실제로 발생할 확률이 매우 낮은 자료로 정의되고 있다. 설계홍수량을 산정하기 위하여 적용하고 있는 극치계열의 연최대치 강우자료에는 기계오작동 및 엔지니어의 표독오류가 발생하고 있으며, 기후변화에 따른 거대태풍 및 국지적인 집중호우 발생 등으로 인한 극치값 등에서 이상치가 관측되고 있다. 통상 이상치들은 통계분석시 자료 본연의 특성을 왜곡시켜 편향된 결과를 산정할 수 있으므로 빈도해석시 이상치해석 절차를 수행하여 자료의 적정성을 확인하여야 한다. 현재 실무에서는 설계홍수량 산정요령과 하천설계기준 해설 등에서 관련 내용을 기술하고 있지만, 국내 강우자료의 기록연수의 부족으로 인하여 빈도해석시 이상치 해석이 미수행되고 있어 이상치에 따른 자료편의가 발생하면 결과물인 확률강우량이 왜곡되게 산정될 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 국내 주요 도시의 강우자료를 이용하여 이상치검정을 수행하였다. 대상지점으로는 서울, 부산, 대전, 대구, 인천, 광주, 울산 등의 비교적 긴 관측년수를 보유하고 있는 광역시를 선정하였으며, 지속기간은 10분, 1~24시간의 25개 강우자료를 적용하였다. 이상치검정 방법으로는 타 방법에 비하여 이상치 검정력이 뛰어난 것으로 알려진 2가지 방법을 채택하였으며, 표본자료의 평균과 표준편차로 표준화된 z값을 이용하여 상 하 한계선를 초과하는 값을 확인하는 z-Score 방법중 향상된 중위수 절대편차(MAD)에 의한 수정 z-Score 방법(Hoaglin, 1993)과 Box-Plot 방법(Tukey, 1969)을 적용하였다. Box-Plot 방법(Tukey, 1969)은 전체 자료를 25%씩 사분위로 구분하는 방법으로 정렬된 자료계열을 중앙값, 박스, 수염(whiskers), 이상치로 구분한다. 정렬된 25~75% 값들을 박스로 포함하여 외곽의 수염값들을 이상치로 분류하며, 특히 사분위수의 도식화로 데이터의 분포를 파악하기 좋으며, 이상치들의 위치와 자료의 비대칭 여부를 쉽게 파악할 수 있다. 본 연구의 수행으로 수정 z-Score 방법의 경우에는 서울과 대구지점에는 이상치가 없으며, 부산지점에는 13개, 대전지점 7개, 인천지점 5개, 광주지점 32개, 울산지점 26개가 나타났다. Box-Plot 방법으로는 서울지점 35개, 부산지점 39개, 대전지점 32개, 대구지점 38개, 인천지점 51개, 광주지점 61개, 울산지점 65개의 이상치가 분석되었다. 연구를 수행한 결과, 수정 z-Score 방법에 비하여 Box-Plot 방법에 의한 이상치가 더 많이 발생하였으며, 각각의 방법으로 지속기간 및 연도별 이상치 발생자료를 확인하였다. 방법별 이상치 발생현황 등을 분석하여 지점별 발생횟수를 분석하였으며, 추후 지점 및 자료의 보완이 수행되면 활용성을 증대시킬 수 있을 것으로 판단된다.

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하수관망 내 모니터링 지점 선정 기법 (Method to Determinate Monitoring Points in Sewer Networks)

  • 이정호;전환돈;박무종
    • 한국방재학회 논문집
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    • 제11권3호
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    • pp.229-235
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    • 2011
  • 하수관거시스템(sewer system)의 효율적인 관리를 위해서는 관거 내의 유량, 수질, 불명수 및 CSOs (Combined Sewer Overflows) 등에 대한 지속적인 모니터링이 필요하며, 따라서 하수관망에서의 모니터링은 하천 방재 측면에서 매우 중요한 요소이다. 그런데, 하나의 유역 하수관거시스템에서 모든 지점에 대한 모니터링은 예산의 제약으로 인하여 불가능하다. 따라서 모니터링 지점들은 주어진 예산 내에서 최대의 효율적인 자료의 획득이 가능한 지점들로서 선정되어야 한다. 그럼에도 불구하고 모니터링 지점의 선정에 대한 명확한 기준 및 선정된 모니터링 지점에서 획득된 자료에 대한 정량화된 평가 방법에 관한 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하고 수질 자료의 효율적인 모니터링을 위하여 하수관거시스템 내에서 수질 측정지점의 선정에 대하여 유전자알고리즘을 이용한 최적화 방법을 제시하였다. 제시된 수질측정지점 선정 모형은 엔트로피 방법을 이용하여 지점별 획득 자료에 대하여 정량적으로 평가하며, 수질측정지점의 선정에 따른 수집 자료에 대한 총 엔트로피의 최대화를 목적함수로 한다. 여기서 수집 자료들에 대한 엔트로피 평가는 자료의 변동 특성을 반영하며, 자료의 획득 가능한 범위를 의미한다. 이때 수질의 측정은 유량의 관측과 동일한 지점에서 이루어져야 하므로, 수질측정지점 선정에 대한 제약 조건은 주어진 예산에 따른 유량계 설치 가능 개수로서 이루어졌다.

저영향개발기법이 도시 유출에 미치는 영향 (The Effect of Low Impact Development Techniques on Urban Runoff)

  • 김희수;정건희
    • 한국습지학회지
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    • 제23권4호
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    • pp.307-316
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    • 2021
  • 도시개발의 지나친 진행에 따라 불투수면의 증가로 인해 유출이 증가되어 도시 홍수에 대한 우려가 증가되고 있으며, 도시 유역의 물순환을 개발 이전과 같은 상태로 되돌리고자 하는 노력이 지속되고 있다. 이를 위한 노력으로 저영향 개발(Low Impact Development, LID) 기술이 저류, 침투, 증발산과 같은 기작을 통해 도시개발 전후의 수문 현상을 모사하기 위해 주목받기 시작했으며, LID를 실제 유역에 도입할 수 있는 기법에 대한 연구가 국·내외에서 활발하게 이루어지고 있다. 본 연구에서는 도시 소유역에 강우-유출 수문모형인 SWMM의 모의를 통해 LID를 적용하여 목표로 유출량 저감 효과를 시나리오 별로 분석 및 평가하였다. SWMM-LID 모형을 가산1빗물펌프장 유역을 대상으로 구축하였으며 옥상녹화와 투수성 블록 포장 기법을 기법별 정성평가를 통해 유역에 적용할 LID 기법으로 선정하였다. SWMM내에서 저류 및 침투를 통한 총 유출량 감소 효과를 위해 설정되어야 하는 각 인자들을 설계 하였으며, 6가지 시나리오를 선정하여 모의한 결과, 투수성 포장에 의한 저감 효과가 옥상녹화에 의한 저감 효과보다 더 크게 나타났다. 향후 유역의 특성에 맞는 LID 시설의 설계가 필요하며, 특히 서로 영향을 미치는 하천이나 지하수위 등 도시 수자원 요소들은 전체 시스템에서 고려할 수 있도록 고려되어야 한다.

SMOTE를 이용한 편중된 횡 분산계수 데이터에 대한 추정식 개발 (Development of empirical formula for imbalanced transverse dispersion coefficient data set using SMOTE)

  • 이선미;윤태원;박인환
    • 한국수자원학회논문집
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    • 제54권12호
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    • pp.1305-1316
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    • 2021
  • 본 연구에서는 과거 추적자실험결과를 이용하여 2차원 횡분산계수에 대한 새로운 추정식을 개발하고 추정식을 이용한 횡 분산계수 산정결과의 정확도를 검증했다. 다수의 추적자실험이 하폭 대 수심비가 50보다 작은 조건에서 수행되었기 때문에 기존 추적자실험결과만을 이용하여 개발한 추정식은 하폭 대 수심비가 50보다 큰 조건의 하천에 적용하는데 한계를 보인다. 따라서 특정 수리조건에 편중된 횡 분산계수 자료로부터 횡 분산계수 추정식을 개발하기 위해 SMOTE (Synthetic Minority Oversampling TEchnique)를 적용하여 기존 자료의 특성을 반영한 새로운 데이터를 생성했다. SMOTE 기법으로 하폭 대 수심비가 50보다 큰 조건에 대한 수리량과 횡 분산계수 데이터를 생성하였으며, ROC (Receiver Operating Characteristic) 곡선으로부터 생성된 데이터의 신뢰성을 검증했다. 새롭게 생성된 데이터를 포함하여 횡 분산계수 추정식을 개발했고, 추정식을 이용하여 계산한 횡 분산계수의 R2(결정계수)를 계산하여 기존 연구에서 제안한 추정식과의 정확도를 비교했다. 그 결과, 본 연구에서 개발한 추정식을 이용하여 계산한 횡 분산계수의 R2가 W/H < 50인 조건에서 0.81, 50 < W/H 인 조건에서 0.92를 나타내어 기존 추정식과 비교하여 향상된 정확도를 나타냈다.

앙상블 머신러닝 모형을 이용한 하천 녹조발생 예측모형의 입력변수 특성에 따른 성능 영향 (Effect of input variable characteristics on the performance of an ensemble machine learning model for algal bloom prediction)

  • 강병구;박정수
    • 상하수도학회지
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    • 제35권6호
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    • pp.417-424
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    • 2021
  • Algal bloom is an ongoing issue in the management of freshwater systems for drinking water supply, and the chlorophyll-a concentration is commonly used to represent the status of algal bloom. Thus, the prediction of chlorophyll-a concentration is essential for the proper management of water quality. However, the chlorophyll-a concentration is affected by various water quality and environmental factors, so the prediction of its concentration is not an easy task. In recent years, many advanced machine learning algorithms have increasingly been used for the development of surrogate models to prediction the chlorophyll-a concentration in freshwater systems such as rivers or reservoirs. This study used a light gradient boosting machine(LightGBM), a gradient boosting decision tree algorithm, to develop an ensemble machine learning model to predict chlorophyll-a concentration. The field water quality data observed at Daecheong Lake, obtained from the real-time water information system in Korea, were used for the development of the model. The data include temperature, pH, electric conductivity, dissolved oxygen, total organic carbon, total nitrogen, total phosphorus, and chlorophyll-a. First, a LightGBM model was developed to predict the chlorophyll-a concentration by using the other seven items as independent input variables. Second, the time-lagged values of all the input variables were added as input variables to understand the effect of time lag of input variables on model performance. The time lag (i) ranges from 1 to 50 days. The model performance was evaluated using three indices, root mean squared error-observation standard deviation ration (RSR), Nash-Sutcliffe coefficient of efficiency (NSE) and mean absolute error (MAE). The model showed the best performance by adding a dataset with a one-day time lag (i=1) where RSR, NSE, and MAE were 0.359, 0.871 and 1.510, respectively. The improvement of model performance was observed when a dataset with a time lag up of about 15 days (i=15) was added.

국립공원 서식지 유형 분류 체계 구축 (Habitat Type Classification System of Korean National Parks)

  • 김정은;노백호;이정윤;조형진;진승남;최진우;명현호
    • Ecology and Resilient Infrastructure
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    • 제8권2호
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    • pp.97-111
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    • 2021
  • 국립공원에 서식하는 생물종과 서식지 간의 관계를 공간적 평가에 활용하기 위해 생물종의 생태적 특성, 공간 유형, 식생군락, 지형 및 지질 조건을 기준으로 서식지 유형 분류 체계를 개발하고 서식지 분류 지도를 제작하였다. 서식지 유형의 체계적 분류 및 판정을 위해 분류기준표를 제작하였다. 분류 체계는 구조적 서식지를 중심으로 6개 대분류로 구분하였으며, 중분류는 59개의 생태계 유형으로 분류하였다. 산림생태계는 20개, 하천 및 습지생태계는 8개, 해안생태계는 16개, 농경지는 6개, 개발지는 9개, 해양생태계는 1개로 분류하였다. 서식지 분류 체계를 기반으로 정사영상, 정밀식생도, 임상도를 활용하여 서식지 분류 지도를 작성하였다. 서식지 분류 지도는 21개 국립공원에 대해 1,461개 도엽으로 구축하였다. 본 연구의 활용성을 높이기 위해 국내 서식지 조건을 고려한 서식지 분류 체계 고도화와 조사 프로토콜을 개발하여 서식지 평가에 적용하여야 한다.

2차원 수치모형을 이용한 남한강과 섬강 합류부 구간의 흐름 및 하상변동 해석 (Numerical analysis of flow and bed change at a confluence of the Namhan River and the Seom River using a two-dimensional model)

  • 박문형;김형석;백창현
    • 한국수자원학회논문집
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    • 제51권12호
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    • pp.1273-1284
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    • 2018
  • 본 연구에서는 4대강 살리기 사업 후 퇴적현상이 지배적으로 발생하는 남한강과 섬강 합류부 구간을 대상으로 2차원 수치모형인 CCHE2D 모형을 이용하여 하천의 흐름 및 하상변동에 대한 해석을 수행하였다. 대상지점 합류부는 남한강 본류의 만곡부에 지류 섬강이 유입되는 특성을 갖는다. CCHE2D 모형은 비평형 유사이송을 해석하며 소류사와 부유사 조정거리가 중요한 입력변수로 대상지점에서는 소류사 조정거리가 하상변동에 가장 큰 영향을 주는 것으로 나타났다. 수치모의 결과 유량비($Q_r$) 변화가 남한강과 섬강 합류부 지점에서 흐름 및 하상변동에 영향을 미쳤으며, $Q_r{\leq}2.5$인 경우에는 합류전 본류의 유속이 증가하여 흐름박리구역을 감소시켰으며 이로 인해 합류부 내측의 퇴적이 감소하였다. $Q_r$>2.5이면 합류부 구간에 퇴적이 증가하여 사주가 형성될 가능성이 높은 것으로 나타났다. 수치모의를 통해 2013년에 발생한 유량비 변화에 의해 합류부에 고정사주가 형성된 것을 알 수 있었다.

분포형 유역유출모형의 홍수예보시스템 적용을 위한 최적해상도 결정에 관한 연구 - GRM 모형을 활용하여 금호강 유역을 중심으로 (A Study on the determination of the optimal resolution for the application of the distributed rainfall-runoff model to the flood forecasting system - focused on Geumho river basin using GRM)

  • 김수영;윤광석
    • 한국수자원학회논문집
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    • 제52권2호
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    • pp.107-113
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    • 2019
  • 한국에서 현재 사용되고 있는 홍수예보모형은 집중형 강우-유출모형을 적용하여 유역의 유출을 계산하고 하도 및 저수지 추적모형 등을 활용하여 하천의 수위를 예측한다. 집중형 모형은 유역을 동질의 배수구역으로 가정한다. 따라서 유역내의 다양한 공간적 특성을 고려하지 못한다는 단점이 있다. 또한, 사용되는 강우자료도 지점강우를 활용하기 때문에 공간적인 분포를 자세히 고려하지 못한다는 한계가 있다. 따라서 홍수예보모형에 분포형 모형을 적용하기 위한 연구가 다양하게 진행되고 있다. 본 연구에서는 GRM모형을 한국 홍수예보시스템에 적용하기 위해 모형의 다양한 해상도에 따른 유역유출의 결과의 차이를 분석하여 최적의 해상도를 결정하고자 한다. 모형의 격자가 너무 조밀한 경우 계산시간이 과다하게 되어 홍수예보모형에 적용하기에는 적합하지 않다. 너무 성길 경우에도 분포형 모형을 적용하여 공간적인 분포를 파악하고자 하는 목적에 맞지 않게 된다. 본 연구의 결과로 유역유출 예측의 정확성을 만족시키고 홍수예보에 적합한 계산속도가 나올 수 있는 최적 해상도를 제시하였다. 유출량 예측의 정확도는 Nash-Sutcliffe model efficiency coefficient (NSE) 값의 비교를 통해 분석하였다. 본 연구에서 도출된 최적해상도 산정 결과는 분포형 유역유출모형을 홍수예보모형에 적용하기 위한 기초자료로 활용될 것이다.

용인시에 위치한 생태공학적 수질정화 비오톱의 식생 및 수환경 특성 (Vegetation and Water Characteristics of an Eco-technological Water Purifying Biotope in Yongin)

  • 남보은;김재근;홍문기
    • 한국습지학회지
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    • 제20권4호
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    • pp.432-445
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    • 2018
  • 조성 후 5년이 경과한 생태공학적 수질정화 비오톱을 대상으로 식생 및 수환경 분석을 수행하였다. 그 결과, 총 36과에 속하는 91종의 유관속식물종이 확인되었으며 갈대, 달뿌리풀, 줄, 큰잎부들 그리고 애기부들 등 초기 식재된 대형정수식물들이 주된 식생 요소로 확인되었다. 또한, 전기전도도(P < 0.01)를 포함하여 질산태(P < 0.05) 및 암모니움태 질소(P < 0.001)와 칼륨(P < 0.05), 나트륨(P < 0.01) 및 마그네슘(P < 0.01) 등에서 수질정화 효과가 확인되었다. 그 중에서도 질산태 및 암모니움태 질소의 경우 인공습지를 경유하는 과정을 통해 각각 약 60% 및 30% 수준으로 감소하는 수질 개선 효과를 나타내었다. 15개의 단위습지(다중셀습지)가 곡류형 하천과 같은 형태로 조성됨에 따른 '분리성'과 '곡률'은 본 인공습지가 온전한 생태공학적 수질정화 비오톱으로서 지속적으로 기능할 수 있도록 기여한 것으로 판단된다. 인공습지 조성에 있어, 습지로 하여금 다양한 기능들을 안정적으로 수행할 수 있도록 함으로써 습지의 생태적 가치를 제고하는 생태공학적 디자인 요소 반영을 적극 제안하는 바이다.