• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.1159-1163
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• 2010

최근의 극심한 기상이변으로 인하여 발생되는 유출량의 예측에 관한 사항은 치수 이수는 물론 방재의 측면에서도 역시 매우 중요한 관심사로 부각되고 있다. 강우-유출 관계는 유역의 수많은 시 공간적 변수들에 의해 영향을 받기 때문에 매우 복잡하여 예측하기 힘든 요소이다. 과거에는 추계학적 예측모형이나 확정론적 예측모형 혹은 경험적 모형 등을 사용하여 유출량을 예측하였으나 최근에는 인공신경망과 퍼지모형 그리고 유전자 알고리즘과 같은 인공지능기반의 모형들이 많이 사용되고 있다. 하지만 유출량을 예측하고자 할 때 학습자료 및 검정자료로써 사용되는 유출량은 수위-유량 관계곡선식으로부터 구하는 경우가 대부분으로 이렇게 유도된 유출량의 경우 오차가 크기 때문에 그 신뢰성에 문제가 있을 것으로 판단된다. 따라서 본 논문에서는 선행우량 및 수위자료로부터 단시간 수위예측에 관해 연구하였다. 신경망은 과거자료의 입 출력 패턴에서 정보를 추출하여 지식으로 보유하고, 이를 근거로 새로운 상황에 대한 해답을 제시하도록 하는 인공지능분야의 학습기법으로 인간이 과거의 경험과 훈련으로 지식을 축적하듯이 시스템의 입 출력에 의하여 연결강도를 최적화함으로서 모형의 구조를 스스로 조직화하기 때문에 모형의 구조에 적합한 최적 매개변수를 추정할 수 있다. 따라서 정확한 예측이 어려운 하천수위를 과거의 자료로 부터 학습된 신경망의 수학적 알고리즘을 통해 유출량의 예측에 적용할 수 있을 것이다. 유전자 알고리즘은 적자생존의 생물학 원리에 바탕을 둔 최적화 기법중의 하나로 자연계의 생명체 중 환경에 잘 적응한 개체가 좀 더 많은 자손을 남길 수 있다는 자연선택 과정과 유전자의 변화를 통해서 좋은 방향으로 발전해 나간다는 자연 진화의 과정인 자연계의 유전자 메커니즘에 바탕을 둔 탐색 알고리즘이다. 즉, 자연계의 유전과 진화 메커니즘을 공학적으로 모델화함으로써 잠재적인 해의 후보들을 모아 군집을 형성한 뒤 서로간의 교배 혹은 변이를 통해서 최적 해를 찾는 계산 모델이다. 따라서 본 연구에서는 인공신경망의 가중치를 유전자 알고리즘에 의해 최적화시킨후 오류역전파알고리즘에 의해 신경망의 학습을 진행하는 모형으로 감천유역의 선산수위표지점의 수위를 1시간~6시간까지 예측하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.327-331
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• 2010

충남 당진에 위치한 1,200만$m^2$의 석문 국가산업단지의 개발에 따라 용수수요는 $5m^3/m^2$/년를 적용하면 6,000만$m^3$/년 정도 예상된다. 충남 서북부의 다른 산업단지에서 요구되는 용수수요로 물 확보가 크게 대두되고 있으며, 석문 담수호가 조성돼 있지만 수질관리와 용수를 위해 자체유역에 추가로 수원을 확보할 필요가 있다. 석문 담수호는 유효저수량 910만 $m^3$, 총저수량 1,461만 $m^3$, 만수위 EL.-1.70 m, 사수위 EL.-3.00 m, 수혜면적 1,546 ha, 유역면적 $252.2km^2$이며, 당진읍의 인구 4만 6천명의 생활용수 회귀수와 유역의 농업용수 회귀수를 고려하여 유입량을 모의하고 담수호의 일별 저수량 변화를 분석한 결과 공업용수를 연간 3,500만 $m^3$ 공급할 수 있으며 2,500만 $m^3$이 부족한 것으로 분석되었다. 또한 상류에 유효저수량 937만 $m^3$, 총저수량 972만 $m^3$, 만수위 EL.86.90 m, 사수위 EL.64.60 m, 수혜면적 1,293.8 ha, 유역면적 $25.9km^2$인 고풍 저수지가 위치하고 있으며, 증고에 의해 총저수량을 1,946만 $m^3$로 증가시켜도 석문 담수호의 용수공급능력은 거의 증가되지 않는 것으로 분석되었다. 고풍저수지의 유역배율이 2배 정도가 돼, 증고에 의한 하류 하천 유량은 거의 증가되지 않는 것으로 분석되었으며, 고풍저수지를 이용한 석문 자체유역의 수원확보는 타당하지 않은 것으로 밝혀졌다. 따라서 다른 수원확보를 위한 면밀한 검토가 절실히 요구된다.

• Journal of Environmental Science International
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• v.23 no.4
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• pp.561-569
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• 2014

The water resources system of Jeju-do Island entirely depends on groundwater. This study is making a precision observation of baseflow, surface water, water shortage that might be vulnerable to climate change and drought in future. The field observation of baseflow discharges in Akgeuncheon stream has regularly been made with ADCP and ADC and Flowmate every two weeks for twenty-two (22) months (July 8, 2011 to April 27, 2013). This paper represent the results of calculating discharge of a number of hydraulic structures (broad-crested weirs) with comparing and has been calculated more accurate discharges with suitability of different observation methods. The average discharge has been observed 0.851 $m^3/s$, whereas the average ADC and Flowmate is 0.709 $m^3/s$. Meanwhile, stream discharge has been calculated 0.709 $m^3/s$ through the broad-crested weir equation. The discharge has calculated with the weir equation greatly changed according to even a small change in the water level. However, it showed a similar trend to one of the observed discharge. Although, in past there were generating errors caused by observers' strides, vertical and horizontal flow velocity distribution when the average flow velocity had been measured, non-prismatic flow, turbulent flow and others in ADC. This study comes up with the weir equation is more suitable for the characteristics of Jeju-do could be presented through an observations of baseflow discharge.

• Journal of Environmental Science International
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• v.23 no.4
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• pp.543-552
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• 2014

Fixed Electromagnetic Wave Surface Velocimetry (Fixed EWSV) has been started to be used to measure flood discharge in the mountain stream, since it has various advantages such that it works well to continuously measure stream discharge even in the night time as well as very strong weather. On the contrary, the Fixed EWSV only measures single point surface velocity, thus it does not consider varying feature of the transverse velocity profile in the given stream cross-section. In addition, a conventional value of 0.85 was generally used as the ratio for converting the measured surface velocity into the depth-averaged velocity. These aspects could bring in error for accurately measuring the stream discharge. The capacity of the EWSV for capturing rapid flow velocity was also not properly validated. This study aims at conducting error analysis of using the EWSV by: 1) measuring transverse velocity at multiple points along the cross-section to assess an error driven by the single point measurement; 2) figuring out ratio between surface velocity and the depth-averaged velocity based on the concurrent ADCP measurements; 3) validating the capacity of the EWSV for capturing rapid flow velocity. As results, the velocity measured near the center by the fixed EWSV overestimated about 15% of the cross-sectional mean velocity. The converting ratio from the surface velocity to the depth-averaged velocity was 0.8 rather than 0.85 of a conventional ratio. Finally, the EWSV revealed unstable velocity output when the flow velocity was higher than 2 m/s.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• v.1 no.2
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• pp.61-67
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• 2014

Dam construction changes flow regime and stream morphology in the downstream reach. These affect the ecosystem of downstream reach. This study provides the assessment of the impact of dam construction on the downstream fish habitat. For this, physical habitat simulations are carried out. The quasi-steady model is used for hydraulic simulation, The hydraulic model used in the present study is capable of simulating the morphological change due to sediment transport. The change of the fish habitat condition is investigated using the flow scenarios before and after the dam construction. Simulation results indicate that the habitat suitability decreases frequently due to hydropeaking after dam construction. In addition, erosion is expected to occur in a reach downstream of dam. This is a long term effect due to the shut-down of sediment supply from the upstream reach.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.33 no.11
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• pp.797-803
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• 2011

In this study, we developed the assessment method that evaluate the water demand management and calculate the water saving volume using water use indicator, and developed the system to link the water saving volume that occur through demand management and water supply and demand. The results from this study, local governments with poor water conditions should be followed to improve the water supply. And, future water demand estimates should be even considering it. We calculated the water saving volume of the Geum River basin using K-WEAP (Korea-Water Evaluation And Planning System) and performed the water budget analysis. We found that the change of river flow, ground water level and reservoir water level, and it can be utilized for other demand.

• Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.62 no.6
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• pp.51-62
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• 2020

The objective of this study was to estimate an optimum ecological flow rate in the Banbyeon stream based on the two representative fish species. Hydraulic stream environment was simulated with HEC-RAS for two water flow regimes and used for the PHABSIM hydraulic simulation. A dominant species of Zacco platypus and an endemic species of Squalidus chankaensis tsuchigae were selected as the representative fishes whose habitat conditions were evaluated for the spawning and adult stages. Weighted usable area (WUA) was estimated based on habitat suitability index (HSI) and PHABSIM habitat simulation. Overall deep water zone in the stream demonstrated greater WUA which implies better habitat status. The estimated WUA for Zacco platypus as the dominant species was about five times greater than Squalidus chankaensis tsuchigae at the stream flow of 12 ㎥/s. The optimum ecological flow rates were 15 ㎥/s and 25 ㎥/s for the respective spawning and adult stages of Zacco platypus, while 5 ㎥/s was estimated for both the life cycles of Squalidus chankaensis tsuchigae. Assuming that the dominant species may survive better in wider flow regimes, the optimum ecological flow rate should be determined rater based on the endemic species and flow rate of 5 ㎥/s was suggested for the Banbyeon stream.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.971-971
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• 2012

4대강 살리기 사업으로 인하여 4대강에 대한 전면적인 투자와 공사가 이루어지고 있다. 4대강 사업이 마치게 되면 전국에 많은 수의 대규모 보가 설치되고 설치되어진 보는 각각의 강의 관리에 많은 영향을 미치게 될 것이다. 그러므로 이 4대강 사업으로 조성되는 13억 톤 수자원을 융 복합기술을 이용하여 감시 및 관리를 해야 할 것이다. 이를 위해서 실시간 수질 감시 및 모니터링 시스템의 개발과 그에 따른 센서들의 개발을 통하여 4대강 보 운영관리를 위한 통합관리 시스템개발(Ubiquitous River Management)이 이루어 져야 할 것이다. 그동안 계산 시간의 제약을 받아 오던 3 차원 수리동역학의 모의가 컴퓨터관련 기술의 발달에 따라 계산에 소요되는 시간이 계속 단축되고 있으며 이를 수질예측에 사용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 그에 따라 실시간으로 얻은 데이터를 이용하여 모델링 기법을 통해 예측을 해봄으로써 보 내부에 존재하는 여러 취수원 관리에 적용을 할 수 있을 것이다. 본 연구에는 3차원 수리동역학 모델과 수질모델을 결합한 시스템이 저수지 내의 수리특성, 유사이동 및 탁수 현상을 모의하는데 사용이 가능한지를 알아보는 것을 주목적으로 하고 있다. 본 팔당댐 모의에서는 취수구에 따른 수질변화를 모의하기 위해 3차원모델의 사용이 필요하다. 따라서 본 모의에서는 미국 환경부에서 WASP에 이용하기 위해 수정한 EFDC1(2009, USEPA에서 입수)을 사용하였다. 본 연구에서는 팔당호의 2009년의 수위, 수온, 유량 및 농도의 실측자료를 이용하여 3차원 수리 모델링을 실시하고, 수위, 유사이동 및 탁도 예측 모델링을 실시하였다. 3차원 수리동역학 모델과 취수원의 적용에 적절한 모델을 구축하기 위하여 적당한 평면격자의 개수를 선택하여 선택되어진 평면격자에서 수직격자의 층수를 조절하여 매 층마다 DYE TEST를 하였다. 이는 각각의 유입 하천에서 오염물질이라 가정하고 농도가 유입되었을 때 수리특성에 의해서 연구지역에서의 농도 변화를 파악하여 미리 예측을 하여서 그에 따라 취수원에서의 취수 관리를 가능하게 할 수 있다. 이를 위해서 평면격자에 따라서 수직 층의 개수를 5층부터 40층까지 모의를 하여서 시간 및 이동변화에 따라 알맞은 모델을 구축하였다. 또한 층수마다 Sediment 모의를 통하여 호 내의 SS의 이동을 모의하였다. 이 역시 취수원의 관리를 가능하게 할 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.92-92
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• 2012

경안천은 팔당호로 직접 유입되는 하천 중 유입량 대비 오염도가 매우 높아 상수원보호를 위한 특별관리가 요구되는 지역이다. 또한 경안천 유역은 수도권과 인접하고 있어, 도시화에 의해 토지이용이 지속적으로 변화되고 있다. 이러한 토지이용의 변화는 불투수면적을 증가시켜 강우시 유출 및 수질오염 발생량을 증가시킨다. 그러므로 불투수면적 증가에 따른 영향을 줄이기 위해서는 친환경 도시개발에 적용하고 있는 LID기법을 도입하여, 개발지역의 불투수면적 발생을 최소화하여야 하며 오염원 발생을 사전에 제어해야 한다. 그러나 도시개발시 무분별한 LID기법 도입은 정부의 막대한 예산 및 인력낭비를 초래하므로 현장적용 전 모델링을 통해 LID기법의 기대효과 및 비용을 산출하여야 하며, 도시 계획 수립시 가장 효과적인 LID기법을 제시하여야 한다. 따라서 효과적인 LID기법을 제시하기 위해서는 LID기법 평가가 가능한 SWMM모형을 이용해야 한다. 하지만 경안천 유역과 같이 유역 내 도시 와 비도시지역이 혼재되어 있는 우리나라의 대부분의 유역은 SWMM모형만으로는 유역의 강우-유출 및 수질 평가가 불가능하기 때문에, 유역 내 도시와 비도시지역의 유출 및 수질관리 평가가 가능한 SWAT-SWMM 연계모델을 이용하여 유출량 및 수질관리 효과를 분석해야 한다. 본 연구에서는 SWAT-SWMM 연계모델을 이용하여 LID기법 별 시나리오를 구축하였고, 시나리오별 유출량 및 수질오염 발생량을 모의하여 분석하였다. 분석결과 상당량의 유출량 저감 및 수질개선 효과가 나타났다. 또한 SWAT-SWMM 연계모델을 이용하여 모의된 수질자료는 환경부에서 제시하고 있는 단위유역 대표지점 수질환경기준 달성의 객관적인 평가를 가능하게 한다. 향후 LID를 적용한 SWAT-SWMM 연계모델을 이용하여 정부에서 규제하는 개발제한구역이 포함된 유역에서의 도시개발시 수질환경기준에 맞는 친환경적인 개발을 할 수 있을 것이라 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.709-709
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• 2012

보는 하천을 횡단하는 대표적인 수공구조물로써 수위를 유지하여 각종 용수의 취수 기능 및 주운 기능을 가지고 있다. 그러나 보를 설치할 경우 상류부의 유속이 점차 감소하여 유사 퇴적이 일어나며, 흐름 정체에 따른 수질 저하 및 수위 상승의 원인을 제공한다. 이러한 보의 단점을 개선하기 위해 래버린스 보에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. Hay 등(1970) 연구에 따르면 래버린스 보의 월류능력은 동일 수두 조건에서 선형 보보다 높은 특성을 가진다. 또한 Tsang(2000) 연구에 따르면 큰 유량 및 낮은 월류고 조건에서 폭기 효율이 뛰어난 것으로 나타났다. 박호상(2009) 연구에 따르면 경사형 마루 래버린스 보가 일반형 래버린스 보의 수심유지 범위보다 더 크며, 산소전달효율도 더 높은 것으로 나타났다. 그러나 기존 보에서 발생되는 유사퇴적 및 흐름정체 등의 문제는 여전히 존재하였다. 이와 관련하여 본 연구에서는 유사의 연속성을 유지하고 흐름의 정체를 해소하는 퇴적방지 구조를 구비한 래버린스 보(현대건설, 2011)를 제안하였다(그림 1, 2 참조). 본 연구에서는 퇴적방지 구조를 구비한 래버린스 보의 홍수안정성 및 유사연속성에 대한 효과를 3차원 수치모형(FLOW-3D)을 통해 분석하였다. 수치모의에 사용된 수로 연장은 9.25 m이고 폭은 0.82 m이며, 상류의 수심변화에 따라 수치모의를 수행하였다. 수치모의 결과 에너지 감세 효과와 상류의 수심을 유지하는 효과가 나타났다. 또한 이격된 벽체로 흐르는 유속에 의해 래버린스 보 내의 마찰속도가 증가하였다. 이러한 결과, 퇴적방지 구조를 구비한 래버린스 보가 홍수 안정성 및 유사배제에 효과가 있는 기술로써 가능성이 있는 것으로 판단된다. 향후, 수리모형실험을 통한 연구가 수행된다면 수리특성에 관한 기초자료를 통해 설계 인자가 도출될 수 있을 것이며 나아가 기술의 상용화에도 크게 기여할 수 있을 것이다.