• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2023.05a
• /
• pp.462-462
• /
• 2023

최근 낙동강 하구는 35년만에 기수 생태 복원을 본격화하는 다양한 노력과 연구가 진행되고 있다. 또한, 하구에 접해 있는 낙동강 1지류인 서낙동강 수질개선을 위한 물순환 연구도 진행되고 있다. 하지만 하구에 다양한 물관리기관이 혼재하여 유기적인 물관리가 미흡하고, 이해관계자(농민, 어민, 시민단체, 지자체 등)간에 이견도 다양하다. 서낙동강의 "수량-수질-생태" 관리의 효율성을 확보하기 위한 다양한 물관리기관의 물정보 통합관리가 필요하며, 시스템과 수치모형을 구성하여 예측 분석후 수질 및 수질특성을 실측기반을 통해 검보정으로 모형의 정확성을 높이고, 지속적인 유역내 수리적 흐름과 수질개선할 필요가 있다. 본 연구는 서낙동강유역 소유역(33개)로 강우-유출 HSPF 모형으로 유량과 오염부하량을 소유역 15개의 하천에 수리·수질 EFDC 모형 입력자료로 반영되어 계산된다. 모형의 검증을 위해 본류 대저수문 15km 지점(서낙동강 유입부)에 수문개방을 통해 서낙동강 농업용수와 수질개선 유량공급시에 ADCP를 활용하여 대저수문을 포함하여 4개소에 유속과 측정 유량을 산정하여 모형 검보정에 활용하였다. 본 연구결과는 복잡한 하천구성(서낙동강, 평강천, 맥도강, 조만강, 지류하천 등) 및 수리구조물 운영과 수리-수질(염분 포함) 분석 필요성 등을 고려하여 기 구축된 낙동강 하구 통합물관리시스템 수문데이터와 연동되어 향후 서낙동강 물순환 연구에 활용이 될 것으로 기대가 된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2022.05a
• /
• pp.202-202
• /
• 2022

SWAT모형은 장기간에 모의가 가능하며 다양한 토양이용과 토지특성을 고려할 수 있는 유역 단위 모형으로 많은 연구에서 이용된다. 이러한 유역단위 수문모형의 평가는 통계적 지수(NSE, R2)들로 모형의 적합성을 평가한다. NSE, R2는 상대적으로 큰 값에 대한 영향을 많이 받는다. 따라서 많은 강우량이 발생하는 시점에서의 유출량과 SS농도가 중요시되었다. 하지만 강우시에 하천으로 유입된 토양 중 일부는 하천에 퇴적물로 침전된다. 이 침전된 토양이 비강우시 바람 등과 같은 이유로 재부유되며 이로 인해 수중 DO를 고갈시켜 수생태계 악영향을 미친다. 이에 따라 비점오염저감시설 평가는 강우시 발생하는 SS농도도 중요하지만 비강우시 재부유되는 SS농도도 중요한 부분이다. SWAT모형에서는 하천 SS농도를 계산하는데 사용되는 매개변수가 강우시와 비강우시에 동일하게 적용되어 비강우시에 과대 산정되어 비강우시 SS농도가 증가되도록 sediment routing이 진행되고 있었다. 본 연구에서는 sediment routing을 수정하여 비강우시 SS농도를 실측 농도와 비슷하게 보정할 수 있도록 개선하였다. 비점오염관리지역 중 하나인 자운천 유역에 개선된 sediment routing을 적용하였다. 개선된 모형은 비강우시 농도가 잘 반영하는 것으로 확인되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2006.05a
• /
• pp.1535-1540
• /
• 2006

하천의 평형상태를 판단하기위해 필요한 두가지 관점은 첫째, 대상 하천이 현재 평형상태에 있는 가이고 둘째, 하천에 하상변동을 일으킬 수 있는 인위적인 영향을 가한 후에 하천반응을 통해 궁극적으로 결정되는 평형상태를 예측하는 것이다. 따라서 본 연구는 하도의 특성을 토대로 하여 현 하도의 평형상태를 정성적인 측면에서 검토하고, 흐름과 유사 이송에 관련된 수학모형을 수치적으로 해석하는 하상변동모형의 분석을 통한 현하도의 안정성 및 하상변동 양상을 파악하는데 그 목적이 있다. 본 연구는 임진강 유역의 충적하천인 문산천을 대상으로 지배유량을 산정한 후 지배유량 유하시의 마찰속도와 무차원 소류력 등의 하도특성량을 산정하여 토사이송이 크게 발생하는 구간을 정성적으로 예측하였다. 예측된 구간의 현장조사결과 $No.29{\sim}No.35$ 구간의 하상의 상승은 개수공사와 수해복구공사로 인한 인위적인 굴착에 대한 퇴적으로 하천이 평형상태로 환원하고자 하는 것으로 판단되었고, $No.41{\sim}No.54$ 구간의 하상저하는 문산천 상류구간의 큰 하상경사와 보의 영향인 것으로 조사되었다. 또한 1, 2차원 모형에 의한 장 단기 하상변동 분석결과 하도특성량을 이용한 하도의 안정성 평가와 유사한 결과를 보였다. 따라서 문산천의 경우 하상변동의 양상 파악 및 하도의 안정성 판단을 하는데 있어 하도특성량을 근거로 판단하는 방법의 적용가능성을 파악할 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2020.06a
• /
• pp.63-63
• /
• 2020

최근 머신러닝 기술의 발전에 따라 비선형 시계열자료에 대한 예측이 가능해졌으며, 기존의 과정기반모형을 대체하여 지하수, 하천수 예측 등 다양한 수문분야에 활용되고 있다. 본 연구에서는 기존의 연구들과 달리 과정기반모형을 이용한 하천수 모의결과를 개선하기 위해 과정기반모형과 결합하는 방식으로 머신러닝 기술을 활용하였다. 머신러닝 기술을 통해 관측값과 모의값 간의 차이를 예측하고 과정기반모형의 모의결과에 반영함으로써 관측값을 정확히 재현할 수 있도록 하는 시스템을 구축하고 평가하였다. 과정기반모형으로는 Weather Research and Forecasting model-Hydrological modeling system (WRF-Hydro)을 소양강 유역을 대상으로 구축하였다. 머신러닝 모형으로는 순환 신경망 중 하나인 Long Short-Term Memory (LSTM) 신경망을 이용하여 장기시계열예측이 가능하게 하였다(WRF-Hydro-LSTM). 머신러닝 모형은 2013년부터 2017년까지의 기상자료 및 유입량 잔차를 이용하여 학습시키고, 2018년 기상자료를 이용하여 예상되는 유입량 잔차를 모의하였다. 모의된 잔차를 WRF-Hydro 모의결과에 반영시켜 최종 유입량 모의값을 보정하였다. 또한, 연구에서 제안된 새로운 방법론의 성능을 비교평가하기 위해 머신러닝 단독 모형으로 유입량을 학습 후 모의하였다(LSTM-only). 상관계수와 Nash-Sutcliffe 효율계수(NSE)를 사용해 평가한 결과, LSTM을 이용한 두 방법(WRF-Hydro-LSTM과 LSTM-only) 모두 기존의 과정기반모형(WRF-Hydro-only)에 비해 높은 정확도의 하천수 모의가 가능했으며, PBIAS 지수를 사용하여 평가한 결과, LSTM을 단독으로 사용하였을 때보다 WRF-Hydro와 결합했을 때 더 관측값과 가까운 모의가 가능함을 확인할 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2020.06a
• /
• pp.112-112
• /
• 2020

하천에서 유해화학물질 유입 사고 발생 시 수환경 피해를 최소화하기 위해 신속한 초기 대응이 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 수환경 화학사고 대응 시스템 구축을 위해 하천 실시간 모니터링 지점에서 관측된 유해화학물질의 농도 자료를 이용하여 발생원의 유입 지점과 유입량을 역추적하는 프레임워크를 개발하였다. 본 연구에서 제시하는 프레임워크는 첫 번째로 하천 저장대 모형(Transient Storage Zone Model; TSM)과 HEC-RAS 모형을 이용하여 다양한 유량의 수리 조건에서 화학사고 시나리오를 생성하는 단계, 두번째로 생성된 시나리오의 유입 지점과 유입량에 대한 시간-농도 곡선 (BreakThrough Curve; BTC)을 21개의 곡선특징 (BTC feature)으로 추출하는 단계, 최종적으로 재귀적 특징 선택법(Recursive Feature Elimination; RFE)을 이용하여 의사결정나무 모형, 랜덤포레스트 모형, Xgboost 모형, 선형 서포트 벡터 머신, 커널 서포트 벡터 머신 그리고 Ridge 모형에 대한 모형별 주요 특징을 학습하고 성능을 비교하여 각각 유입 위치와 유입 질량 예측에 대한 최적 모형 및 특징 조합을 제시하는 단계로 구축하였다. 또한, 현장 적용성 제고를 위해 시간-농도 곡선을 2가지 경우 (Whole BTC와 Fractured BTC)로 가정하여 기계학습 모형을 학습시켜 모의결과를 비교하였다. 제시된 프레임워크의 검증을 위해서 낙동강 지류인 감천에 적용하여 모형을 구축하고 시나리오 자료 기반 검증과 Rhodamine WT를 이용한 추적자 실험자료를 이용한 검증을 수행하였다. 기계학습 모형들의 비교 검증 결과, 각 모형은 가중항 기반과 불순도 감소량 기반 특징 중요도 산출 방식에 따라 주요 특징이 상이하게 산출되었으며, 전체 시간-농도 곡선 (WBTC)과 부분 시간-농도 곡선 (FBTC)별 최적 모형도 다르게 산출되었다. 유입 위치 정확도 및 유입 질량 예측에 대한 R²는 대부분의 모형이 90% 이상의 우수한 결과를 나타냈다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2019.05a
• /
• pp.236-236
• /
• 2019

전 세계 인구의 90% 이상은 북반구 지역에 거주하고 있으며, 약 67%는 해안 지역에 거주하고 있다. 최근 기후변화로 인해 해수면 높이가 상승하고 있으며, 태풍, 폭풍해일 등의 자연재해로 인해 해안 지역의 인명과 재산 피해가 점점 증가하고 있는 추세이다. 특히 조석의 영향에 따라 수위 및 유량이 변동하는 특성을 가지고 있는 감조하천의 경우, 만조시에 하천의 유량이 배수되지 않아 홍수피해가 가중되기도 한다. 본 연구에서는 조위의 영향을 받는 감조하천의 수위-유량 관계곡선식을 개발하였다. 이를 위해 울산 수위시계열을 wavelet 분석, curve fitting, high pass filter 방법을 이용하여 4가지의 성분(조석 성분, 파고성분, 강우-유출 성분, 잡음 성분)으로 분리하고, 분포형 모형인 GRM 모형을 통해 유출량을 산정하였다. 모의 유출량과 강우-유출 성분을 이용하여 수위-유량 관계곡선식을 개발하고, 모의 유출량에 따른 수위를 추정하였다. 나머지 3가지 성분과 합하여 통합 수위를 산정하고 관측 유량과 비교한 결과 오차가 약 10%이내로 감조 하천의 수위를 정확하게 예측할 수 있었다. 본 연구를 통해 감조하천에서 수위-유량 관계곡선식을 개발할 수 있었으며, 본 연구 결과를 활용하여 유량에 따른 수위를 예측하고 추가적인 다른 성분의 영향을 고려한다면 홍수기에 감조하천의 수위를 원활하게 관리할 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2006.05a
• /
• pp.618-622
• /
• 2006

충적 선상지(alluvial fan)는 자갈이나 유사가 과도하게 이송되어 부채모양으로 퇴적된 것으로서, 하류로 하폭이 증가하는 곳에서 형성된다. 충적 선상지는 유사가 이송하는 하천, 토석류, 그리고 박층류에 의해 형성된다. 토석류는 자갈에서부터 상대적으로 작은 진흙에 이르기까지 운반하는 밀도체이다. 충적하천의 흐름은 사행하천 및 망상하천에 이르는 흐름을 말하며, 박층류는 기본적으로 비하천 홍수류로서, 한 홍수사상에 대하여 선상지에서 부분분할로 형태로 흐른다. 본 연구에서는 충적 선상지에 대한 공학적인 문제를 검토하기 위한 예비연구로서 유입부에서 유사량의 유입조건에 따른 충적 선상지 델타의 형성 과정을 수치모형을 이용하여 파악하였다. 본 모형은 2차원 모형으로서, 이동경계좌표계를 사용하였고, 수치해석 기법으로는 CIP법이 이용되었으며, wet/dry를 고려하여, 유입 유사량의 변화에 따른 특성을 파악하였다. 초기에는 급격하게 선상지의 높이가 급격하게 증가하며, 유입 유사량의 증가에 따라 선상지의 높이가 평형상태를 유지하는 시간이 짧은 것을 보여주고 있다. 선상지의 면적은 유입 유사량이 적을 경우에는 평형상태가 지속적으로 유지되며, 완만한 증가 현상을 보여주었다. 유입 유사량이 증가할 경우에는 초기에 급격한 상승을 하다가 평형상태가 없이 지속적으로 상승하는 것을 보여주었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2009.05a
• /
• pp.575-578
• /
• 2009

자연하천에 적용가능한 수치모형은 지형의 변화를 합리적으로 계산할 뿐 아니라, 하도의 초기상태가 마름상태이거나 혹은 계산과정 중에 마름상태가 나타나더라도 충분히 계산할 수 있을 만큼 안정적이어야 한다. 본 연구에서는 비정형 및 비구조적 격자를 사용하여 지형변화를 고려한 흐름해석의 정확성과 효율성을 높이기 위해 보존변수의 재구성을 수면경사법과 MUSCL 기법을 연계하였으며, 하상경사항은 발산정리를 이용하여 이산화 하였다. 개발 모형의 정확성, 적용성 그리고 보존특성 등을 검증하기 위하여 해석해가 존재하는 불규칙 하상이 존재하는 하도 및 실험자료가 존재하는 실험하도에서의 댐 및 제방 붕괴와 같은 다양한 조건의 흐름에 적용하였다. 그리고 자연하천에 대한 적용 및 검증을 위해 Malpasset 댐 붕괴 모의를 수행하여 계산결과를 관측자료와 비교하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2010.05a
• /
• pp.689-693
• /
• 2010

본 연구는 최근 기상이변에 따른 집중호우에 의해 도시지역에서 빈번히 발생하고 있는 침수피해를 XP-SWMM모형을 이용하여 침수해석을 수행한 것으로서, 이를 위해 대상유역의 강우분석을 선수행하고 하천 외수위 상승에 따른 배수구역의 10년, 20년, 30년, 50년 설계빈도별 침수해석을 실시하였다. 이에 본 연구에서는 과거 하천 외수위 변화에 따른 내수배제 불량으로 인한 침수피해가 일어난 지역을 산정하고, 도시유역의 강우-유출해석과 하수관거 해석을 실시한다. 이를위해 XP-SWMM 모형을 이용하여 하수관망 시스템과 하천 외수를 연계 해석하여 장래 하천의 빈도별 홍수량에 대한 침수가능 여부를 분석하였다. 본 연구의 대상유역 면적은 62.35ha, 총 관로연장 12,741m, 소유역 60개, 하수관로 175개로 모형을 구성 하였고, 유출해석결과 설계빈도 50년의 임계지속시간은 90분, 총 침수량은 $15,362m^3$, 침수면적은 $65,384m^2$였으며, 최대 침수심은 0.81m인것으로 산정되었다. 침수피해 경감효과로는 245세대, 585명의 피해경감 효과가 있을 것으로 분석 되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2015.05a
• /
• pp.109-109
• /
• 2015

댐의 건설은 하천의 흐름 및 지형학적인 부분에 큰 영향을 초래한다. 댐은 홍수조절효과로 인하여 큰 유량의 발생을 줄이지만 발전방류로 인하여 풍수량이상의 유량이 빈번하게 발생하게 되며, 또한 유사의 흐름이 단절되어 하류의 침식 및 장갑화를 초래한다. 이는 하천의 생태적인 측면에서 큰 영향을 끼치게 되므로 영향을 분석하고 피해를 줄이기 위한 연구가 필요하다. 기존의 연구는 발전방류로 인한 유량의 변동에 따른 물리서식처 변화를 중심으로 이루어져 왔으며 장기적인 하천의 지형의 변화로 인한 물리서식처 변화에 대한 평가는 미미한 상황이다. 본 연구는 댐의 발전 방류 시나리오를 수립하여 장기적으로 댐 하류에 미치는 영향을 알아보았다. 연구 대상지역은 낙동강의 지류인 내성천이며 상류에 영주댐이 완공될 예정이다. 대상 어종은 피라미로 선정하였다. 이를 위해 흐름 모형은 1D 부정류 모형을 사용하고 유사량 산정공식은 Wu et al.의 공식을 사용하였다. 서식처 분석은 HSI모형을 사용하였으며 대상 어종은 피라미로 선정하였다. 발전방류 시나리오를 수립하여 댐 건설이 하천의 하류에 미치는 영향을 분석 하고 발전방류 형태에 따른 물리서식처 모의를 실시하였다.