• 대한원격탐사학회지
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• 제36권2_1호
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• pp.103-119
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• 2020

최근 기후변화와 4대강 살리기 사업으로 인위적으로 조성된 하천의 급속한 재퇴적 및 침식이 의심스러운 상황이다. 이에 따라 최근 하천법을 개정하여 하상변동조사를 정기적으로 실시해야 한다고 규정하였다. 하지만 하상 조사의 공간적 범위 및 밀도가 대폭 증가하고 조사 간격은 줄어드는 추세에 반해 기술적인 한계가 존재하여, 국가기관 등에서 하상 조사 효율화를 위해 혁신적인 하상조사 기술 개발에 관심을 보이고 있다. 하상 조사의 핵심은 다양한 하천 조건에서 하천의 수심을 측정하는 것에 있으며, 일반적인 지상의 지형측량에 비해 수중에서의 직접 조사는 상대적으로 많은 위험과 시간, 비용을 수반한다. 이에 전통적인 기술의 한계를 극복하고자, 해양 수심측량에 주로 활용되어 온 음향측심기(Echo-sounder)를 하천에 적용하였지만, 여러 기술적 한계로 여전히 광범위한 영역에 대한 주기적인 조사에 어려움을 겪고 있는 실정이다. 이에 원격탐사를 활용한 기법이 그 대안으로 각광받고 있으며, 특히 분광특성을 활용한 수심 측정의 가능성을 보이고 있다. 본 연구에서는 분광특성 중 반사도를 활용하여 수심을 측정할 수 있는 기술을 개발하고 이를 검토하고자 한다. 본 연구에서 제시한 기법을 적용한 결과, 약 0.95 m이내에 해당하는 수심 범위에서 실제 측정된 수심과 0.986, 0.053 m에 해당하는 상관성과 오차를 나타냄을 확인하였다. 향후 본 연구를 드론에 탑재된 초분광 센서에 접목할 경우, 공간적인 수심 측정에 가능할 것으로 사료되며, 광범위한 영역의 주기적인 하상변동조사에 큰 기여를 할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.659-663
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• 2005

본 연구의 목적은 산악지역의 돌발홍수에 대비한 경보발령을 위한 한계유량을 산정하는 것이다. 돌발홍수는 강우-유출관계가 비선형적이어서 기존의 선형 강우-유출 해석이 곤란하므로 비선형적 접근 방법이 필요하다. 본 연구에서는 지형정보체계(GIS : Geographic Information System)를 이용하여 유역의 지형학적 특성인자와 GIUH 및 GCIUH의 매개변수를 산정함으로써, 유역특성자료의 불확실성을 감소시켰다. 이를 경보발령 체제가 기 설치 운영중인 단양군의 천동계곡에 적용하여 그 적합성을 판단하였다. 여기서, 경보발령을 위한 한계유량은 계곡의 수심이 위험수심(dangerous depth)이라고 판단한 0.5m이상이 될 때의 유량으로 정의하였고, 무강우가 30분간 지속되면 초기화 시키는 과정을 거쳤다. 그 결과 기존의 경보발령 체제와 비교하여 시간당 20mm의 강우량에 대해서는 경보를 발령하지 않으므로 기존에 잦은 경보발령에 의한 주민의 소음피해를 줄일수 있었으며, 시간당 100mm의 강우에 대해서는 2-3분 간격으로 경보를 발령하여 주민의 안전을 도모할수 있었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제31권1호
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• pp.115-120
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• 1998

본 논문에서는 수심적분 2차원 모형을 하나 소개하고, 이 모형이 가질 수 있는 오차의 한계를 민감도분석을 통해 제시하였다. 민감도 분석 결과, Manning 조도계수, 혼합계수, 침강속도, 한계전단력 등이 부유사농도에 대해 모형에 미치는 영향은 매우 크게 나타났으며, 조위와 확산계수의 영향은 거의 없는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.84-84
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• 2023

소하천의 유속계측을 위해 가장 많이 사용되고 있는 표면영상유속계는 표면유속을 계측하는데, 계측된 표면유속을 이용하여 유량을 산정하기 위해서는 수심 평균유속으로 변환할 필요가 있다. 이때 평균-표면유속 환산계수가 주로 사용되는데, 적정 환산계수를 산정하기 위해서는 수심별로 유속을 직접 계측하고 계측된 유속분포를 이용하여 평균-표면유속 환산계수를 산정하는 방법을 사용한다. 그러나 소하천은 홍수시 유속이 매우 빨라 물속에 직접 들어가는 것이 어렵고 장비를 이용하여 간접적인 방법으로 계측을 한다고 하더라도 소류사와 유송잡물 등으로 계측기가 파손되어 직접 계측에는 한계가 있다. 또한 직선구간 확보나 식생 등으로 부자를 이용한 계측도 어려워 계측 결과를 이용하여 환산계수를 산정하는 방법은 한계가 있다. 이런 이유로 대부분은 USGS가 제시한 0.85 ~ 0.95 범위 값 중에서 현장 여건을 고려하여 최적값을 결정·사용하고 있다. 본 연구에서는 홍수시 수심-유속분포를 직접 계측하기 어려운 소하천에서 표면영상유속계를 이용하여 계측한 수심별 표면유속분포를 이용하여 평균-표면유속 환산계수를 산정하는 방법을 개발하였다. 개발한 방법을 정량적으로 평가하기 위하여 건설기술연구원의 안동 하천실험시설에서 표면영상유속계로 수심상승에 따른 횡방향 유속분포를 계측하고 수위가 완전히 상승한 이후의 안정된 흐름 조건에서 플로우트래커를 이용하여 수심별 횡방향 유속분포를 계측하여 두 계측결과를 1:1로 비교하였다. 비교 결과 표면영상유속계로 계측한 수심별 표면유속분포와 플로우트래커로 계측한 수심-유속분포 결과는 유사한 분포를 보이는 것으로 나타나 표면영상유속계로 계측한 수심별 표면유속분포를 이용하여 평균-표면유속 환산계수를 산정하는 것이 가능하다는 결론을 도출하였다. 본 연구에서는 개발한 평균-표면유속 환산계수 산정방법의 적용성을 검토하기 위하여 표면영상유속계가 설치된 5개 시범소하천에서 7년(2016~2022)간 계측한 수심별 표면유속 자료를 수집하고 이 결과를 이용하여 평균-표면유속 환산계수를 산정하였다. 산정결과 대부분 USGS가 제시한 범위내의 값을 보이는 것으로 나타나 향후 본 연구의 개발 방법을 평균-표면유속 환산계수 산정에 활용할 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 개발한 환산계수 산정방법은 향후 보다 많은 수리실험과 현장실험 등으로 정밀검증을 수행한다면 홍수시 수심-유속분포를 직접 계측하기 어려운 소하천에서 간편하면서도 적용성이 큰 신기술 확보가 가능할 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.88-88
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• 2022

하천법 개정 및 수자원의 조사·계획 및 관리에 관한 법률 제정으로 하상변동조사를 정기적으로 실시하는 것이 의무화 되었고, 지자체가 계획적으로 수자원을 관리할 수 있도록 제도가 마련되고 있다. 하상의 지형측량은 직접 측량할 수 없기 때문에 수심 측량을 통해 간접적으로 이루어지고 있으며, 그 방법은 레벨측량이나 음향측심기를 활용한 접촉식으로 이루어지고 있다. 접촉식 수심측량법은 자료수집이 제한적이기 때문에 공간해상도가 낮고 연속적인 측량이 불가능하다는 한계가 있어 최근에는 LiDAR나 초분광영상을 이용한 원격탐사를 이용한 수심측정 기술이 개발되고있다. 개발된 초분광영상을 이용한 수심측정 기술은 접촉식 조사보다 넓은 지역을 조사할 수 있고, 잦은 빈도로 자료취득이 용이한 드론에 경량 초분광센서를 탑재하여 초분광영상을 취득하고, 최적 밴드비 탐색 알고리즘을 적용해 수심맵 산정이 가능하다. 기존의 초분광 원격탐사 기법은 드론의 경로비행으로 획득한 초분광영상을 면단위의 영상으로 정합한 후 특정 물리량에 대한 분석이 수행되었으며, 수심측정의 경우 모래하천을 대상으로 한 연구가 주를 이루었으며, 하상재료에 대한 평가는 이루어지지 않았었다. 본 연구에서는 기존의 초분광영상을 활용한 수심산정 기법을 식생이 있는 하천에 적용하고, 동일지역에서 식생을 제거한 후의 2가지 케이스에 대해서 시공간(Spatio-temporal)초분광영상과 단면초분광영상에 모두 적용해 보았다. 연구결과, 식생이 없는 경우의 수심산정이 더 높은 정확도를 보였으며, 식생이 있는 경우에는 식생의 높이를 바닥으로 인식한 수심이 산정되었다. 또한, 기존의 단면초분광영상을 이용한 수심산정뿐만 아니라 시공간 초분광영상에서도 수심산정의 높은 정확도를 보여 시공간 초분광영상을 활용한 하상변동(수심변동) 추적의 가능성을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.383-383
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• 2015

하천의 하상고 측량은 하상변동 분석, 서식처 구조 등을 이해하는데 매우 중요한 정보를 제공한다. 하지만, 현재까지 대부분의 하상고 측량은 일정한 간격의 하천 단면 측량에 의해서 행해져 왔다. 최근 GPS와 다중 빔 측심기를 이용하여 하상의 3차원적 형상을 조밀하게 측량하고 있으나 비용이 많이 들기 때문에 긴 하천 구간을 전부 측량하지는 못하고 특정한 부분에 대해서만 집중하고 있다. 항공 LiDAR의 경우 넓은 지역에 대해 신속하고 고해상도로 지형을 측량할 수 있으나 수중 투과 장비가 고가이며, 일반 적색 레이져 기반 LiDAR는 수중을 측정하지 못하여 하상 측량에 한계가 있다. 이에 대한 대안으로 활용할 수 있는 방법은 광학 기반의 원격 탐사에 의한 수심 측량 방법이다. 이 방법은 얕은 수심의 하천에 대한 활용되었는데, 광학 센서 이미지나 항공사진 등을 이용한다. 본 연구에서는 저고도에서 촬영한 고해상도 디지털 항공사진을 이용하여 모래하천의 수심을 추정하였다. 이 방법은 항공사진의 적색 및 녹색 색상값과 현장에서 정밀한 측위 하에 측량한 수심값 사이의 관계를 이용한다. 이를 통해 보정식을 수립하고 검사 자료를 이용하여 검증한 후 항공사진의 해당 지역에 대해 수심 부분을 마스킹 처리하여 하상고를 구축하였다. 검사 자료에 대한 RMSE는 약 12 cm로 나타났다. 이를 활용하여 대상 구간의 3차원적 지형 형상을 구축하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제31권3호
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• pp.146-157
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• 2019

최근 해양예보/재해 등의 주요 분야에서 해양수치모델의 수행 및 연구결과에 대한 활용도가 증가함에 따라 정확도 높은 수심자료의 중요성이 크게 부각되고 있다. 해양수치모델에 주로 활용되는 국내 수심자료는 Choi et al.(2002), Seo(2008)의 자료가 있지만, 제작년도가 오래되고 해도를 기반으로 작성했다는 제한사항이 있다. 해도는 항해를 목적으로 제작되어 수심 측량자료 중 최천소 자료를 사용하므로 실제 해저지형을 재현하는데 한계가 있다. 국립해양조사원은 매년 지속적인 수심측량을 통하여 해도를 생산하고 있지만, 수치모델을 목적으로 한 수심자료는 생산하지 않았다. 본 연구에서는 원시 수심측량자료를 이용하여 수치모델을 위한 해양수치모델 전용 수심 데이터셋(BADA Ver.1)을 구축하고, 공개된 해양 수심자료와 비교하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.101-101
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• 2016

하천원격탐사는 원격탐사의 하위 개념으로서 계측하고자 하는 대상인 하천이나 호소 수체에서 발생하는 빛의 반사, 복사 또는 방출되는 양을 획득하고 분석하여 수리량, 지형 등 하천 조사에 활용하는 기법이다. 일반적으로 원격탐사는 주로 위성영상 자료를 활용하여 수행되어 자료취득비용이 고가이고 해외 위성자료에 의존하여 시공간적인 해상도가 매우 낮아 유역에 비해 공간적인 규모가 작고 변동 시간이 짧은 하천에 적용하는 데 한계가 있어 왔다. 또한, 단순한 사진촬영으로 도출할 수 있는 정보에 한계가 있고 자료를 저장 및 분석할 수 있는 기법도 부족하여 하천조사에 원격탐사를 활용한 사례가 드물었다. 그러나, 최근 드론과 같은 운반체 기술이 획기적으로 개선되고 있고 다양한 영상촬영장비의 개발과 IT기술의 발전으로 인해 위성영상에 비해 시공간적 해상도가 매우 정밀한 자료를 저렴한 비용으로 획득 가능해졌다. 또한, 매우 조밀한 파장대로 세분된 빛의 세기를 측정할 수 있는 초분광 영상을 이용한 원격탐사기법도 하천과 같은 좁은 영역에 적용이 가능해졌다. 초분광영상은 가시광선 외에 자외선과 적외선 영역에 해당하는 반사광을 200개 이상의 조밀한 파장대로 나누어 측정할 수 있어 수리량, 하상, 식생 등 하천 수체와 관련된 정보를 조사할 가능성이 증가하였다. 본 연구에서는 하천 수체에서 취득한 초분광 영상을 이용하여 하천특성과의 상관관계를 규명하고 이를 통해 초분광 영상 기반의 하천특성 계측 기법을 개발하고자 하였다. 드론과 같은 항공영상에 적용하기 전에, 우선 지상에서 측정된 초분광 영상과 하상재료 및 수심과의 상관관계를 규명하여 초분광 영상의 하천조사로의 사용 가능성을 점검해 보았다. 폭 10m, 수심 1m의 저수심의 소하천에 적용한 결과, 초분광 영상의 표준화 및 패턴 분석을 통해 수중에 위치한 하상재료를 구분할 수 있었고 주성분분석 등을 통해 수심과 상관성도 일부 도출되어 하천조사에 초분광영상이 활용될 수 있음을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.54-54
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• 2023

하천유역조사는 관련 법률의 규정에 의해 물관리정책의 수립에 필요한 기초정보를 제공하는 것을 목적으로 기본현황, 이수, 치수 환경생태 등 유역관리에 필요한 주요 조사항목을 대상으로 수행되고 있다. 조사방법 중 원격탐사자료 활용한 조사는 드론 모니터링 영상 및 위성영상자료를 이용해 댐·제방과 같은 치수 시설물의 안전관리, 수질 모니터링, 하천지형조사, 하상변동조사 등에 활용되고 있다. 최근에는 일반 RGB 영상뿐만 아니라 수백개의 분광밴드를 포함한 초분광영상을 이용한 하천조사 연구가 이루어지고 있다. 초분광영상은 분광해상도가 높아 다항목 조사에 활용할 수 있다는 장점이 있지만, 많은 양의 분광정보를 포함하고 있기 때문에 초기 수집 자료의 용량이 너무 크고, 분석을 위한 전처리 과정이 까다롭다는 단점이 있다. 반면, 10개 이하 밴드의 분광정보를 수집하는 다분광영상은 2개 밴드를 이용해 정규식생지수(NDVI)를 즉각적으로 모니터링할 수 있고, 작물의 생육현황 등을 분석할 수 있어 농업 및 산림분야에서 널리 활용되고 있다. 초분광영상을 이용한 수심산정 연구는 최적 밴드비 탐색 기법(OBRA)을 활용해 측정수심과 상관관계가 높은 밴드비를 이용해 수심맵을 구축하는 방식이 활용되어왔다. 본 연구에서는 기존의 초분광영상을 활용한 수심산정기법을 다분광영상에 적용하여 분광밴드수가 축소된(경량화된) 자료를 활용한 수심산정 가능성을 확인하기 위해 동일한 현장에서 초분광과 다분광 두가지 영상을 촬영하였으며, 각각 수심맵을 구축해 하천분야에서 다분광영상의 활용도를 평가하였다. 또한, 기존의 OBRA의 한계를 개선하기 위해 가우시안 혼합 모델(GMM; Gaussian Mixture Model)을 활용해 영상을 군집화하여 수심산정 정확도를 개선하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.816-820
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• 2005

본 연구에서는 해안 도시 하천의 범람으로 인한 홍수 재해 발생시 예상될 수 있는 피해에 대해 적절한 홍수예경보 및 피난대책을 수립하고자 대표적인 해안 도시 하천의 특성을 가지는 부산시 온천천 유역을 대상으로 수치지도에서 각종 지형자료를 추출하였고 수문 GIS 자료를 구축하였다. 그리고, 하천 수리 분석을 위한 한계유출량 산정을 위해 HEC-RAS 모형을 이용 조위의 영향을 고려하여 홍수위 및 한계유출량을 산정하였고 수문 분석을 위한 도시 돌발 홍수 기준 우량 산정을 위해 PCSWMM 2002를 이용하여 기준 우량을 산정하였다. 전형적인 해안 도시 지역 유역 특성을 나타내는 부산시 온천천 유역에 대한 경보발령 기준을 설정하기 위하여 선정지점 세 곳의 한계수심 $H_{c1},\;H_{c2},\;H_{c3},\;H_{c4}$가 발생할 수 있는 강우량(위험 홍수량을 유발하는 위험 강우량(Trigger Rainfall))을 산정하였고 PCSWMM을 이용한 모형화 기법으로 해안 도시 돌발 홍수 기준 우량을 산정하였다. 산정 결과 온천천 유역의 홍수예경보 시스템과 이에 따른 홍수예경보 발령흐름도, 운영체계가 결정되어 해안 도시 돌발 홍수예경보 방안이 구축되었다. 해안 도시의 홍수 관리는 도시 우수 시스템, 하천, 해안 특성이 복합된 문제이다. 현재 해안 도시 지역의 홍수예경보 시스템 구축 실적이 전무한 실정임을 볼 때 현실적으로 실용화 할 수 있는 시스템 개발을 해내는 것이 무엇보다도 시급하고 중요한 문제이다. 앞으로 더욱 심도있게 연구하여 주요 하천에 대한 홍수예경보 시스템 구축이 절실히 요구된다.