• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.312-312
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• 2011

최근 정보 통신의 발달에 따라 하천의 수위표, 제방, 수문 등을 관리하기 위해 수많은 CCTV가 설치되고 있다. 이들 CCTV는 하천 구조물의 상황을 감시할 수 있을 뿐 아니라, 하천의 유황 변화를 실시간으로 제공하고 있어, 홍수 방재 및 재해 대책 등에 효율적으로 활용되고 있다. 또한, 표면영상유속계(SIV, Surface Image Velocimetry)는 하천이나 수로의 표면 영상을 이용하여 유속을 측정하고 유량을 추정할 수 있는 장비이다. 표면영상 유속계는 수면에 나타나는 부유 쓰레기나 잔물결 등을 이용하여 하천 표면 유속을 측정할 수 있다. 이 두 기술을 연계하여, 수위표가 설치되어 있는 CCTV의 동영상에서 실시간으로 하천 유속을 측정할 수 있는 시스템을 개발하였다. 기존의 CCTV 시스템에서 나오는 영상 신호를 SIV에 직접 보내서, 초당 30프레임의 영상을 일정 간격으로 분석하여 유속을 산정하는 것이다. 여기에 수위계에서 나온 수위 자료를 덧붙여 유량을 추정하는 방법을 개발하였다. 개발된 방법을 서귀포시의 DVR에 수록되어 있던 영상 자료에 활용한 결과 측정하지 못하였던 유량을 산정할 수 있었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권12호
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• pp.1137-1147
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• 2022

하천수위와 지하수위는 수문학적 순환과정에서 나타나는 수문학적 요소로 상호 연관성이 높으며 이러한 수문학적 요소에 대해 확률적 시뮬레이션을 독립적으로 수행하는 경우 상호 관련 정보손실과 같은 문제가 발생할 수 있다. 하천수위와 지하수위는 수문학적·농업적 가뭄을 평가하는 중요한 지표로 활용되지만 하천수위의 경우 건기 중에는 정확한 관측을 얻기가 매우 어려우며, 지하수위의 경우 데이터 기간이 상대적으로 짧아 이를 활용한 가뭄지수 사용이 제한적이다. 이와 관련하여 손실 없이 자료를 최대한 이용하기 위해 본 연구는 각 변수의 시간 의존성을 고려하는 동시에 상호 연관된 변수의 시간 의존성을 고려하는 벡터자기회 모형VAR)을 구성했다. 하천수위와 지하수위 사이의 자기 상관 및 상관관계를 확인하고, 정보 손실을 최소화하는 하천수위 및 지하수위를 예측할 수 있는지 여부를 결정하기 위해 벡터 자기 회귀 모델의 최적 순서 결정과 매개변수를 결정하였다. 또한, 두 변수 간의 상관관계를 반영하지 않는 자기회귀모형(AR)을 구축하고 모의에 대한 DIC와 상관계수를 VAR 모형과 비교하여 VAR 모형 더 적합함을 보이고 하천수위와 지하수위의 간의 상호관계성을 효과적으로 반영함을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.666-666
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• 2012

수문조사는 효율적이고 안정적인 물관리를 위한 기초자료로서 매우 중요함에도 불구하고, 예산 부족 등의 문제로 인해 국가하천 및 방재상 중요 하천유역을 중심으로 이루어졌다. 따라서 국내에서는 지방하천, 특히 해안유역 지방하천의 수문조사가 매우 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 영산강서해와 섬진강남해 해안유역의 지방하천을 대상으로 도상 및 문헌을 통해 우선 현황을 파악하였으며, 이를 토대로 현장조사 등을 통해 수리 수문학적 중요성, 사회 경제적 분석과 수문조사 적정성을 검토하여 영산강서해유역에 총 7 개 지점, 섬진강남해유역에 총 13 개 지점에서 수위 및 유량 관측이 필요한 것으로 판단되었다. 이 중 12개 지점은 관측소 신설이 필요하며 이 지점들에 대해서는 수위관측시설의 설치 및 운영과 유량측정에 필요한 제반사항을 제시하여 향후 수위관측소 설치 및 유량측정 등에 활용할 수 있도록 하였다. 본 연구의 결과는 국토해양부 영산강홍수통제소 관할 해안유역에서의 균형적인 수문조사에 기여할 수 있을 것으로 기대되며, 향후 수위관측소 신설 후 생산되고 제공되는 수문자료들은 대상 해안유역에서의 효율적 물관리를 위한 중요 기초자료로서 충분히 활용될 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.290-290
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• 2023

하천의 조도계수는 하천의 수리특성을 나타내는 대표적인 지표로써 수리모형의 모의를 수행하는데 중요한 매개변수 중 하나이다. 하지만 현재 수리모형의 조도계수는 하천정비기본계획시에 수립된 하나의 조도계수를 사용하여 모의를 수행하고 있어 유량 또는 수위에 따라 동일한 조도계수를 적용하게 되면 수위를 과대 또는 과소 모의 할 수 있는 문제가 있다. 따라서 다양한 유량 조건에 따른 모의결과의 신뢰성을 확보하기 위해서는 유량 규모에 따른 조도계수를 산정하여 검토할 필요가 있다. 이에 본 연구는 삼례교를 대상으로 하였으며, 실측된 유량자료를 활용하여 유량 또는 수위에 따른 조도계수를 산정하였고 HEC-RAS 모의 결과와 비교하였다. 분석결과, 삼례교 지점의 경우 일반적으로 수위가 증가할 수록 조도계수가 감소하다가 일정한 경향을 보이는 것과 상이하게 수위가 증가할수록 조도계수가 증가하는 경향을 보였다. 이는 하천 내에 관목이 형성되어있어 조도계수가 증가한 것으로 판단된다. 추후, 다양한 지점을 대상으로 분석을 통해 환경부 등 하천 관련 사업과 하천기본계획 수립 시 조도계수 표준화를 통한 합리적 설계에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.198-198
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• 2021

최근 자연적, 사회적, 정책적 관점에서 하천관리의 중요성이 증대되면서 국가하천 정비를 통한 하천시설 관리의 책임이 증대되고 있다. 국가하천 5대강 본류의 친수지구 이용도 변화를 살펴보면 2015년에 비해 2019년에 면적당 이용객 수가 630,813(명/km²)이 증가하였음을 알 수 있었고(국토교통부, 2020) 본 연구에서는 이용자 수 증가율이 높은 편인 한강 내 하천이용시설을 대상으로 선정하여 해당 지역을 기계학습 기반의 수위예측 알고리즘에 적용하였다. 하천이용시설은 하천이용자가 편리하게 하천을 이용하기 위하여 설치한 시설로 공원시설(강서, 난지, 양화, 망원, 여의도, 이촌, 반포, 잠원, 뚝섬, 잠실, 광나루, 구리)을 위주로 분석하였다. 해당 시설의 침수피해를 고려하기 위해 시계열 자료에 특화된 LSTM(Long Short-term Memory)기법을 활용하여 수위예측 알고리즘을 개발하였고 이를 통해 도출된 홍수 예보로 재난을 대비하고 시설물을 체계적으로 관리하는 유지관리의 효과를 분석하고자 하였다. 입력 자료(input data)는 수위 (EL.m), 팔당댐 방류량 (m³/s), 강화대교의 조위(EL.m)를 사용하였으며 수위예측 알고리즘을 통해 6시간 후 예측 수위값을 도출하여 기존 2단계(주의보, 경보)였던 홍수 예보 단계에서 4단계(관심, 보행자통제, 차량통제, 경계)로 구축하였다. 기존과 세분화된 홍수예보를 적용했을 경우의 유지관리 비용과 편익을 산정하여 하천이용시설의 경제성을 비교·분석한 결과, 유지관리 비용이 기존 대비 약 5% 이상 절감되었고 편익은 약 1.5배 이상 증가하였으며 관리등급은 평균 C등급(보통) 이상 달성하였다. 이는 수위예측 알고리즘의 적용으로 하천이용 활성화 및 투자의 효율성에 목적을 두었으며 향후 분석결과를 토대로 경제성모델을 개발하여 국가하천 내 관리그룹에 적용하면 효율적인 유지관리체계를 제시할 수 있을 것으로 기대된다.

• 물과 미래
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• 제27권4호
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• pp.115-121
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• 1994

감조하천의 수위는 조석파와 상류의 유출량과의 상호작용에 의해 변화하며, 특히 만조상태에서는 홍수위가 증가하여 재해의 원인이 된다. 이러한 감조하천에서 수위는 유량만의 함수라기 보다는 유량과 조석파의 결합에 의한 함수이다. 본 논문은 조위와 하천 유량사이의 관게를 정식화하여 감조하천에서의 수위를 예측할 수 있도록 하는 것이다. 제시된 이론의 검증은 섬진강의 감조하천내에 있는 송정 및 하동수위표에 적용하였다. 적용 결과, 송정수위표에서는 수위에 대한 조위의 상관관계가 0.016으로 조위의 영향이 작으나, 하동 수위표에서는 0.558로 조위의 영향이 크게 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.137-137
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• 2018

표면영상유속계는 매우 간편하고 신속하게 하천의 유속장을 측정하는 기법이지만 하천의 넓은 구역을 카메라로 촬영하기 때문에 영상왜곡이 필연적으로 발생한다. 이러한 왜곡을 보정하기위해 많이 사용되고 있는 2차원 투영좌표변환법을 이용하여 유속을 분석하였다. 하지만 2차원 투영좌표변환법의 경우 표정점이 수표면의 높이와 같은 위치에 존재하지 않으면 유속 분석 결과에 큰 오차를 유발시킨다. 홍수 시 하천의 수위가 급변할 경우 표정점을 수위 변화에 맞추어 이동시키면서 영상을 촬영한다는 것은 현실적으로 불가능하다. 이러한 문제점을 극복하기위해 하천의 수위 변화에 대응하는 영상왜곡 보정 기법 개발이 필요하다. 이에 본 연구에서는 기존의 2차원 투영좌표변환법을 개선하기 위해 제방근처의 표정점 4개와 카메라의 좌표와 카메라와 수표면까지의 연직거리를 이용한 영상왜곡 보정식을 개발하였다. 그리고 표정점과 수표면의 높이를 다양하게 변화시키면서 개발한 보정식을 적용하였다. 표정점이 수위에 맞게 설정된 경우를 기준으로 수위보다 높게 설정된 표정점에 대하여 보정식을 적용한 경우의 유속은 표정점이 수위보다 높게 설정된 경우의 유속과 비교한 결과 오차가 크게 개선되었음을 확인하였다. 따라서 하천에 CCTV를 고정적으로 설치하여 유량을 산정할 경우 본 연구에서 제시한 표정점 보정식을 활용한다면 수위가 급변하는 상황에서도 정확한 표면유속을 산정할 수 있을 것으로 기대한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.422-422
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• 2022

최근 기후변화와 도시화 등의 영향으로 인해 전 지구적으로 홍수 피해의 규모와 홍수발생 빈도가 증가하고 있다. 특히, 전 세계 인구의 약 50% 이상이 거주하고 있는 연안지역의 홍수피해 위험성은 급격히 증가하고 있는 추세이며, 각 국가는 홍수 피해를 저감하고 예방하기 위한 노력을 지속적으로 기울이고 있다. 본 연구에서는 연안지역의 감조하천을 대상으로 홍수 예경보 의사결정기법을 개발하고자 하였다. 이를 위해 감조하천에서 관측된 수위는 조석에 의한 수위(조석 성분), 파고에 의한 수위(파고 성분), 강우에 의한 수위(강우-유출 성분), 그리고 잡음에 의한 수위(잡음 성분)의 4가지 수문 성분으로 구성되어 있다고 정의하였고, 감조하천의 예측 강우 성분에 해당하는 예측 수위를 추정하기 위해 수위-유량 관계 곡선식을 개발하고자 하였다. 또한 각 수문 성분별 위기 경보 단계를 설정하고, Bayesian Network를 활용하여 수문 성분들의 위험을 종합적으로 고려할 수 있는 홍수 예·경보 의사결정 기법을 개발하였다. 3가지 난수 발생 방법에 따라 Bayesian Network 모형을 통해 다양한 수문 조건에 따른 조건부 확률을 산정하였으며, 정확도 검토를 수행한 결과 F-1 Socre가 25.1%, 63.5% 및 82.3%의 정확도를 보였다. 향후 본 연구에서 제시한 방법론을 활용한다면 기상청에서 제공하고 있는 예측 강우 및 GRM 모형을 통해 유출량을 산정하고, 이를 예측 수위로 변환하여 연안 지역의 홍수 위험도 매트릭스를 통해 홍수 예·경보에 대한 의사결정을 수행할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.352-352
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• 2022

수위자료는 기초 수문자료의 하나로서 자료 수집시 이에 대한 품질관리가 반드시 필요하다. 이 과정에서 이상치 여부를 점검하여 이상치로 확인된 경우 소거하거나 수정하는 등의 처리를 해야 한다. 수위자료의 이상치 점검에는 다양한 방법이 있지만 아직 일반화된 방법은 없다. 이에 다양한 방법에 대한 적용가능성을 평가해 볼 필요가 있다. Hampel 필터는 신호처리 시 신호의 이상치를 찾아 보완하려고 개발된 필터이다. 시계열자료에서 이상치를 감지하는 고전적인 접근 방법은 이동평균과 이동표준편차를 이용하는 것이지만 고전적인 이동평균과 이동표준편차는 이상치의 영향을 받는다. 이에 따라 이상치의 추정이 어렵게 되는 경우가 있다. 이에 반하여 Hampel 필터는 이동평균 및 이동표준편차 대신 중앙값과 중앙값 절대편차(Median Absolute Deviation; MAD)를 이용함으로써 더 나은 결과를 얻을 수 있다. Hampel 필터는 신호처리용으로 개발되었기 때문에 부드러운 Sine 곡선에 적합할 것으로 보이며, 이미 하천수위 변화보다는 부드러운 변화를 보이는 저수지수위의 이상치를 점검하기 위해 사용되고 있다. 하지만 변화가 급격하고 첨두가 발생하는 하천의 수위에 대해서도 적용할 수 있는지에 대해서는 평가가 필요하다. 이에 본 연구에서는 신호처리에 사용되는 Hampel 필터를 이용하여 수위자료의 이상치 점검에 적용하고 과거 자료에 기록된 실제 이상치 자료와 비교하여 그 성능을 평가해 보았다.

• 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.