• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2016.05a
• /
• pp.385-385
• /
• 2016

하천에서 임의의 한 단면을 통과하는 유량을 연속적으로 확보해 하천 수리특성을 파악하는 것이 하천 내 수공구조물 설계, 하도설계 및 하천관리 등에 필요하다. 그런데 자연하천에서 유량에 대한 정보를 연속적으로 생산하는 것은 현실적으로 어렵다. 그래서 매년 하천에서 수위와 유량을 동시에 측정한 결과를 바탕으로 수위-유량 관계곡선식을 만들어 사용하고 있다. 수위-유량 관계 곡선은 유량 자료를 편리하게 제공할 수 있다는 것이 분명 장점이다. 하지만 여기에서는 하천의 다양한 수리적 매개변수를 반영하지 않고 단지 수위와 유량의 두 수리적 인자만을 토대로 관계식을 설정하고 있다. 이에 따라서 고수위, 저수위 등 수위의 변화에 따른 불확실성을 내포하게 된다. 또한 매년 수위 유량 관계식을 재수립해야 하므로 적지 않은 비용 및 인력을 필요로 한다. 따라서 본 연구에서는 하천 수리적 특성을 반영할 수 있는 확률적 평균유속 접근법을 적용한 하천 평균 유량 산정공식을 제안하였다. 하천의 인위적인 임팩트 여부는 유속의 선형관계에서 ${\pm}10%$으로 설정하였다. 본 연구에서 제안하는 공식을 통해 산정된 평균유량은 RMSE 4.76으로 기존의 방법 대비 2배 이상의 신뢰성을 나타내는 것으로 밝혀졌다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2016.05a
• /
• pp.127-127
• /
• 2016

지난 수년간 4대강 살리기 사업으로 해당 하천은 16개 보로 막혔고 이로 인해 하천수위는 과거 대비 보상류지역은 높아지고 보 하류지역은 낮아졌다. 이에 따라 수문학적 관점에서 기존의 지표수-지하수 연계 특성에 많은 변화가 발생하였다. 이러한 특성 변화 등을 관측하기 위하여 4대강 사업 전, 후로 주요하천 주변 제내지에 지하수 관측정이 설치되었다. 본 연구에서는 4대강 주변 관측정을 대상으로 각 관측정의 지하수위와 지하수위 영향인자들 간의 상관관계를 분석하고, 관측정의 주요영향인자를 판단할 수 있는 지하수 관측정 평가방법을 제시하였다. 각 인자별 상관관계 분석은 피어슨 상관계수를 이용하였으며, 관측정 수위와 주요 영향인자(하천수위, 강우량)의 피어슨 상관계수가 0.7 이상이면 상관성이 높은 것으로 평가하였다. 낙동강 하천 주변 30개소 관측정에 적용한 결과, 10개소는 지하수위와 하천수위와의 상관계수가 0.70~0.93로 상관도가 높은 것으로 평가되었고, 20개소는 지하수와 하천수위와의 상관계수, 지하수와 강우량과의 상관계수 모두 낮은 것으로 분석되었다. 본 연구 결과는 대상 관측정의 모니터링 지속여부 결정, 목적에 맞는 대체 관측정 설치 등 향후 관측정들의 효율적이고 합리적인 관리를 위한 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2021.06a
• /
• pp.54-54
• /
• 2021

최근 홍수파 또는 댐 및 보 등의 하천 구조물과, 본류와 지류의 합류로 인해 발생하는 배수영향 등으로 하천에 고리형 수위-유량관계의 이력현상이 발생하여, 수위-유량관계식으 신뢰도가 저하된다고 판단하여, 대하천 본류와 합류부 인근 지류에 초음파기반유속계(ADCP)의 측정결과를 지표로 활용하는 자동유량관측소가 현재 58개소가 구축되어 운용되고 있다. 그러나, 4대강 사업으로 다기능보의 설치 등으로 인해 하천의 수리학적 특성이 변동되었고, 지류에서 주로 운용하는 수위-유량관계 기반 유량관측소에 수문사상으로 인해 발생한 홍수파 또는 배수영향으로 인한 하천에 수위-유량관계의 이력현상이 발생할 경우, 지류 수위관측소를 자동유량관측소로 대체할 필요성이 제기되고 있다. 기존의 자동유량관측소의 경우 홍수량이 기준이하로 발생할 경우 수위-유량 관계식으로 대체하는 경우도 있지만, 적용기준이 명확하지 않다. 또한, 하천의 수위-유량관계의 이력현상이 발생했을 경우 수위-수면경사의 이력현상도 같이 발생하게 된다. 수면경사의 경우 기존 수위관측소로부터 수위 측정결과로부터 산정할 수 있기에, 수면경사로부터 하천의 이력현상 현저성을 산정할 경우 자동유량 장치를 활용하지 않고 이력현상 현저성 진단을 할 수있다. 따라서, 본 연구에서는 신규 자동유량장치 설치, 기존 수위관측소의 자동유량관측소대체, 자동유량관측소에서 수위-유량관계의 활용 기준 마련 등을 명확하게 판단하기 위해 상류에 위치한 수위관측소의 수위 측정으로부터 하천의 수면경사를 산정하고 수면경사를 활용하여 수위-유량관계 이력현상의 패턴을 분석하여 현저성을 진단하는 기법을 개발하고자 한다. 이를 위해, 다기능보 설치 및 지류-본류로 인한 지류하천의 배수영향과 홍수파에 의해 발생한 수위-유량관계의 이력현상를 다양한 수문사상에 대하여 분석 하였다. 분석방법으로는 대상유역으로 수위-유량관계의 이력현상이 발생하는 영산강유역에 위치한 남평교, 나주대교 두 지점을 선정하고 자동유량관측소 상류에 위치한 기존 수위관측소의 수위 측정값으로부터 하천의 수면경사를 산정하고 수위-유량관계와 수위-수면경사관계의 패턴을 분석하고, 수위-수면경사의 이력현상으로 부터 수위-유량관계 이력현상의 현저성을 진단하였다. 분석결과 각 수문사상마다 수위-유량관계의 최대이력범위와, 수위-수면경사의 최대이력범위를 각각 무차원화시켜 관계그래프를 산정하였다. 남평교의 경우 수위-유량관계의 이력현상이 현저히 나타남에도 불구하고 수위-수면경사의 이력범위는 거의 없었다. 나주대교의 경우 수위-유량관계와, 수위-수면경사관계 각각의 이력범위가 현저히 나타나 관계를 분석하기 용이하였다. 또한, 나주대교관측소지점의 분석을 통하여 수위-수면경사 이력범위의 유의 수준을 두어 일정 이력범위(20%)가 발생한 경우, 수위-유량관계의 이력현상이 현저함을 알 수 있었다. 이러한 결과를 바탕으로 20%이상의 이력범위를 수위-수면경사의 이력범위로부터 수위-유량관계의 현저성을 판단하는 기준으로 제안하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2021.06a
• /
• pp.297-297
• /
• 2021

전 지구적 기후변화에 따른 돌발성 집중호우의 증가와 급격한 도시화로 인해 도시홍수의 위험성이 증가하고 있으며 침수로 인한 인명 및 재산피해가 급증하고 있다. 특히 중·소규모 도시하천은 대부분 홍수유출 도달시간이 매우 짧고 수위가 급격히 상승하는 특성이 있어 집중호우에 매우 취약하여 더욱 선제적이고 정확한 홍수 예·경보가 요구된다. 현재 중·소규모 도시하천의 경우 실시간 하천수위가 위험수위에 도달할 시 하천을 통제하고 위험경보를 발령하는 방식으로 대응하고 있지만, 둔치 침수에 이르는 시간이 매우 짧아 통제가 어려우며 이마저도 행정 자치구별로 예경보 운영 및 통제기준이 상이하여 실질적인 대응에 한계가 있다. 따라서 본 연구는 강우 발생 시부터 즉각적 대응을 위해 강우-수위 관계 및 상류 돌발홍수와 강우강도의 영향을 분석하여 구간별 둔치 범람 기준을 제시하고 자치구별로 상이한 예경보 수위 기준을 통합하여 산정하는 방법을 개발하였다. 본 연구는 서울시의 주요 침수취약지구인 도림천을 대상으로 수행하였으며, 도시하천 특성의 내외수를 연계한 강우-유출모형(SWMM)을 이용하여 확률강우 시나리오에 따른 대상하천의 수위변화 및 도달시간을 분석하였다. 본 연구의 성과는 중, 소규모 도시하천에의 홍수예경보시스템 구축 및 효율적인 하천방재계획 수립에 기여할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2016.05a
• /
• pp.563-563
• /
• 2016

국내 강우발생은 기상학적인 영향으로 인하여 장마기간(6~8월)에 집중되어있으며, 최근에는 기후변화의 영향으로 짧은 시간에 많은 양의 강우가 발생하는 집중호우의 발생빈도가 증가하고 있다. 또한, 시간과 지역에 관계없이 국지성호우의 발생빈도 역시 높아지고 있다. 집중호우와 국지성호우는 짧은 시간에 하천수위를 상승시키므로 홍수로 인한 물적 피해가 크게 발생된다. 국토교통부에서는 그동안 홍수예보에 필수적인 우량, 하천수위 등 기초자료를 확보하기 위해 관측소(500여개) 및 홍수량 측정지점(80여개)을 확대하였으며, 관측된 자료는 모두 전산망에 기록, 보관하고 있다. 또한 한강, 금강, 낙동강, 영산강의 경우 홍수통제소에서 홍수량 예측 계산 등을 통해 홍수 예경보를 실시하고 있다. 하지만 4대강을 제외한 중소하천의 홍수예경보에 대한 정보를 찾아볼 수 없으며, 현재 연구가 진행중이다. 강우-유출모형을 활용하여 중소하천의 강우와 유출의 관계를 해석하는 과정은 다양한 인자를 고려해야하지만 중소하천의 경우 하천단면 등 하천자료가 충분히 구축되어 있지 못하므로 유출량 계산에 많은 어려움을 겪고 있다. 이에 본 연구에서는 중소하천의 홍수위 예측을 위해 한강의 과거 수위와 현재 수위만을 활용하여 인공신경망(Artificial Neural Network, ANN)의 학습을 진행하였다. 첫 번째로 ANN을 활용하여 한강유역 중 홍수예보지점(잠수교)의 수위변화에 직접적으로 연관이 있는 5개 수위관측소를 선정하였으며, 과거 장마기간(6~8월)관측 자료를 활용하였다. 두 번째로 홍수예보지점(잠수교)과 5개 수위관측소의 과거 관측수위(2009~2014년)를 인공신경망의 학습자료로 활용하여 모델을 훈련시켰으며, 마지막으로 2015년의 관측수위를 이용하여 ANN의 학습정확도에 대한 검증을 하였다. 본 과정은 수위예측을 위한 ANN의 훈련단계로 Training/Test를 반복하였으며, 학습결과와 2015년 관측수위 비교시 $R^2=0.987$과 상관계수 r=0.994로 유사한 패턴을 보였으나 최대치와 최소치에 대한 오차가 있음을 확인하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2015.05a
• /
• pp.505-505
• /
• 2015

수위자료는 유량을 판단하기 위한 기초적인 수문자료이다. 하지만 관측자료는 항상 오류 가능성이 있으므로 이에 대해 지속적인 품질관리가 요구된다. 일반적으로 수위자료는 단일 지점에서 시간에 따라 수집되므로 시간에 따른 변화 등을 이용하여 수위자료의 오류 여부를 판단한다. 하지만 실제 수위자료는 상류와 하류가 공간적으로 연결되어 있으므로 상 하류의 관계를 비교함으로써 수위자료의 오류 여부를 판단하는 것도 가능할 것이다. 이에 본 논문에서는 하천의 수위자료를 해발수위 자료로 변환하여 하구로부터의 거리를 이용해 도시함으로써 수위 프로파일을 시각화하고 그 변화를 고찰함으로써 수위자료의 시공간적인 변화를 이용해 수위 오류를 찾을 수 있는 시각화 기법을 개발하였다. 그림 1에서 보는 것과 같이 각 관측소 수위의 정상 경사와 역 경사를 시간별로 구분하고 이를 연속적으로 추적함으로써 수위자료의 오류와 수위관측소 제원 정보의 오류 등을 찾는데 도움을 줄 수 있으며, 수위자료에 대한 향상된 품질관리를 가능하게 할 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2009.05a
• /
• pp.1580-1584
• /
• 2009

감조구간 하천에서는 조석의 영향에 의해 수위와 유량이 무강우에도 주기적으로 큰 변동을 하게 되며, 흐름이 역류하는 경우도 발생된다. 따라서 일반 자연하천과 달리 수위-유량 관계는 단일함수$(Q=a(h-b)^c)$로 해석할 수 없으며, 수면경사, 수위변화량 등의 변수를 추가하여 해석해야 한다. 본 연구에서는 섬진강 하류부에 위치하여 조석의 영향을 받는 하동2 지점에서의 측정된 수위와 유량(ADCP성과)을 이용하여 다변수 수위-유량관계곡선식을 개발하였다. 이를 위해 이용된 변수로는 측정된 수위, 유량, 그리고 유량의 체적변화량을 고려할 수 있는 수위변화량을 이용하였으며, 추가적으로 감조하천에서 역유량이 발생하기 때문에 지수형의 식형으로 식을 개발하기 위해 유량조정변수를 적용하였다. 그 결과 본 연구에서 개발한 수위-유량관계곡식에 의한 계산유량과 측정 유량이 잘 일치하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2018.05a
• /
• pp.64-64
• /
• 2018

하천에서 수위는 가장 기본적인 수리 수문학적 자료로서, 홍수나 가뭄 등의 피해를 막기 위한 치수와 물을 잘 통하게 하거나 물을 이용하기 위한 이수에 주로 사용된다. 예를 들면, 댐, 보, 저수지 등의 하천시설물 설계 및 관리를 위해 수위를 이용하며, 유량 산정을 위해서 수위-유량 관계 곡선식을 구축하여 수위를 이용한다. 따라서 하천에서 수위는 현재 국내에서 수자원분야에서 사용되는 자료 중에서 가장 중요하며, 동시에 광범위하게 사용되고 있으므로 수위를 관측하는 것이 수자원의 기초라 할 수 있다. 수위 관측의 필요성과 확장 필요성에 대한 인식에도 불구하고, 국내의 수위 관측소는 한강, 낙동강, 금강 등 대하천 위주로 설치되어 있어, 중소규모 하천에서 발생하는 다양한 수문사상에 대한 분석 및 예측이 어려운 실정이다. 특히, 홍수의 경우 같은 강우 사상에도 대하천보다는 중소규모의 하천이 더 극단적으로 유출이 발생하기 때문에, 즉각적인 수위의 계측이 필요한 실정이다. 하지만 한정된 예산 및 인프라의 부족은 중소규모 하천에 대한 수위 관측 시스템의 적용이 대하천에 비해 그 우선수위가 밀리는 원인이 되고 있으며, 지속적으로 중소규모 하천에 대한 수위 관측시스템 적용에 대한 수요가 증가를 야기 시키고 있다. 최근, 과거에 제품을 만들기 위한 전자회로, 자재명세서, 기판도면 등의 정보를 공개하지 않는 폐쇄적인 환경을 벗어나 제품을 만들기 위한 하드웨어 정보를 공개하고, 공개된 정보를 통해 기술을 개발하기 위한 움직임이 활발하다. 이러한 개념을 오픈소스 하드웨어라는 개념으로서, 하드웨어의 제작 없이 간단한 코딩을 통해 하드웨어를 컨트롤 하는 기술이다. 즉, 오픈소스 하드웨어는 초소형화된 PC를 활용하여 센서를 작동하는 것이라 할 수 있다. 이를 통해 기존의 기술을 저렴한 가격으로 제품으로 생산할 수 있다. 또한 사물인터넷(IOT)를 활용하여 온라인 상에서 이러한 오픈소스 하드웨어를 컨트롤 할 수 있으며, 웹서비스와 결합할 경우 센서를 통해 수집된 결과를 인터넷 상에서 확인 할 수 있는 기술들이 지속적으로 개발하고 있다. 이러한 기술이 접목되면 과거에 비해 적은 비용으로 고효율의 자료 수집을 수행 할 수 있다. 본 연구에서는 지속적으로 증가하고 있는 중소규모 하천에 대한 수위 관측시스템 적용에 대한 수요를 해결하기 위해서 기존의 시스템이 가지고 있는 경제적, 기술적 한계를 극복하기 위하여 오픈소스 하드웨어 플랫폼인 아두이노와 사물인터넷 기반 기술을 활용하기 위한 웹서비스를 이용하여 실시간 수위 관측기술을 개발하고, 적용성을 검토하고자 한다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
• /
• 2011.02a
• /
• pp.206-206
• /
• 2011

산지하천의 경우 집중호우 발생 시 급류나 범람, 산사태 등으로 인명과 재산 피해가 발생하며, 하류지역에는 홍수에 의한 피해가 증가하고 있다. 특히 강원도의 경우 2002년 태풍 루사, 2003년 태풍 매미, 2007년 집중호우 등으로 대규모 홍수피해가 발생하였다. 이를 계기로 강원도는 홍수에 대비하기 위해 초음파 수위계를 도내 주요 하천에 설치하고, 실시간으로 모니터링하며 긴급히 재난에 대비할 수 있는 재해 예 경보 시스템을 갖추었다. 초음파 수위계는 설치와 유지보수가 간단하며 실시간으로 계측자료를 전송하기 때문에 모니터링에 효과적이지만 온도나 습도 등과 같은 환경적 요건에 따라 초음파의 측정에 오차가 나타나며, 초음파가 반사되는 짧은 시간동안 측정된 수위는 홍수시 발생될 수 있는 파고의 영향이 많이 나타나 수문해석에 사용될 수 있는 수위를 대변하지 못하는 경우가 많다. 본 연구에서는 강원도의 양양남대천의 중류에 있는 놀골교를 선정하고, 기 설치된 초음파 수위계와 신규 설치한 부자식 수위계의 수위자료를 비교하였다. 두 수위자료의 비교분석은 유량에 따라 홍수위, 평수위, 갈수위로 구분하여 이루어졌다. 초음파 수위계에 의한 측정자료는 잡음이 많이 발생하였고 온도에 의한 영향이 많으며, 부자식 수위계에 비해 큰 수위로 측정되는 것으로 나타났다. 유량에 따라 비교하였을 때 홍수위에서는 수위를 과대관측하고 평수위, 갈수위에서는 수위변동의 폭이 심한 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2021.06a
• /
• pp.357-357
• /
• 2021

홍수로 인한 침수피해 발생을 최소화하기 위해 정확한 하천의 수위 예측과 리드타임 확보가 매우 중요하다. 특히 조석현상의 영향을 받는 감조하천의 경우 기존의 물리적 수문모형의 적용이 제한되어 하천수위 예측의 정확도가 떨어지기도 한다. 따라서 본 연구에서는 이러한 감조하천 수위 예측의 정확도를 높이기 위해 조석현상을 분리하고 인공신경망을 활용하는 하이브리드 모델을 제안 하였으며 다중 선형회귀분석과 비교 분석하였다. 감조하천에 위치한 교량의 수위데이터에서 Stationary Wavelet Transform으로 조석현상을 분리하였으며, 이외의 수위에 영향을 주는 time series data와 인공신경망(ANN)을 활용하여 1시간, 2시간, 3시간 후의 수위를 예측하였다. 하이브리드 모델은 96% 이상의 정확도를 보였으며 다중 선형회귀 분석과 비교하여도 높은 정확성을 보여주었다.