• 제목/요약/키워드: 홍수위 분석

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Generalized Extreme Value 분포 자료의 교차상관과 L-모멘트 추정값의 교차상관의 관계 유도 (Derivation of Relationship between Cross-site Correlation among data and among Estimators of L-moments for Generalize Extreme value distribution)

  • 정대일
    • 대한토목학회논문집
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    • 제29권3B호
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    • pp.259-267
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    • 2009
  • GEV분포는 세계 여러 나라에서 홍수와 극한강우 등의 빈도분포로 널리 활용되고 있다. L-모멘트법은 GEV분포의 매개변수 추정을 위해 일반적으로 사용되고 있는 추정법이다. 본 연구에서는 Monte Carlo 실험을 이용하여 GEV분포를 따르는 서로 다른 두 지점의 자료의 교차상관계수를 이용하여 L-모멘트 추정값인 L-변동계수와 L-왜도계수들 간의 교차상관계수를 Simple Power 함수를 이용하여 유도하였다. 실험과정에서 생성된 비현실적이며 실험결과에 큰 영향을 미치는 음수값들을 배재한 GEV+분포를 이용하였다. 결과로, Simple Power 함수가 두지점간 자료의 교차상관과 L-모멘트 추정값들간의 교차상관 계수의 관계를 잘 모사하고 있음을 확인하였다. 다양한 GEV 분포의 매개변수 조합에 대한 Simple Power 함수의 매개변수 추정값과 정확성은 표로 제시하였다. 또한 위 연구결과를 활용할 수 있는 Generalised Least Square(GLS) 지역회귀 기법에 대해 설명하였다. 따라서 본 연구에서 도출된 관계식은 향후 GLS 회귀식을 이용한 GEV 분포의 지역 매개변수를 추정하는데 있어 L-모멘트 추정값들간의 정확한 교차상관관계를 제시할 수 있을 것으로 기대한다.

준 실시간 저수지 운영자료 생산을 위한 물수지 모형 (Modeling reservoir water balance for generating quasi realtime operation data)

  • 노재경;이재남
    • 한국수자원학회:학술대회논문집
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    • 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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    • pp.125-125
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    • 2022
  • 저수지 운영자료는 다목적 댐 경우와 마찬가지로, 유입량, 저수량, 방류량 자료로 구성된다. 여기에 강우량을 포함하여, 실시간으로 관리돼야 한다. 그러나 우리나라 저수지는 저수율 자료만 관리하고 있다. 유입량, 방류량이 없는 것이 아니고 관리를 하지 않는다. 강우량은 전혀 없다. 큰 문제인데, 아직도 그 심각성을 모르고, 대충하면 되는 줄 알고 있다. 가장 기초가 되는 일을 무시하고 물관리를 하고 있는 상황이고, 누구도 그 신뢰성을 믿지 않고 있다. 여기서는 이를 해결하는 방안으로 준 실시간 물수지 모형을 구축하여, 10분 단위, 30분 단위, 1시간 단위로 저수위, 저수량, 유입량, 방류량, 강우량을 연속하여 생산하고 검증하는 체제를 제시한다. 준 실시간의 뜻은 계산에 의하지 않고 유입량을 모의에 의해 적용하고 검증하는 과정이 필요하여, 실시간 보다 하루 이틀 늦게 자료를 생산한다는 의미다. 대상 저수지는 유역 내 강우량 수집이 가능한 유역면적 218.80km2, 유효저수량 3,494만m3, 수혜면적 5,117 ha인 탑정지를 선정했다. 탑정지 방류량은 탑정1(폭 7.5m×높이 1.5m), 탑정2(4m×1.6m), 양수장(3m×1.6m) 수로로 관개용수 공급량과, 9연의 수문(9m×7.5m)으로 홍수기 방류량으로 구성된다. 분석기간은 1월1일부터 1시간 단위로 연속하여 기간은 자유롭게 설정하여 검정하는 체제를 갖추고 검증된 결과를 제시토록 했다. 2021년 9월의 1시간 단위의 탑정지 저수지 물수지 모의 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 탑정지 유역의 환경부 관리 장선, 양촌, 연산 관측소의 면적우량은 최대 15.3mm, 총 160.4mm(3,510만m3)였고, ONE 모형에 의해 연속유량을 모의한 결과, 유입량은 최대 35.6m3/s, 총 1,464만m3로 유출률 41.7%였다. 둘째, 탑정1, 탑정2, 양수장 수로의 수위자료에 수위-유량 관계식을 적용해 수로유량을 산정한 결과 합하여 최대 16.8m3/s였고, 총 548만m3였으며, 수문 방류량은 최대 20.0m3/s였고, 총 108만m3였다. 셋째, 저수지 수위는 관측수위는 EL.28.21~29.38m, 평균 EL.28.87m, 모의수위는 EL.28.08~29.62m, 평균 EL.28.80m로 나타났고, R2는 0.910로 만족한 결과를 얻었다. 정리하면 저수지 운영자료가 없는데도, 10분, 1시간 단위로 연속으로 유입량, 저수량을 모의하여 관측저수량과 비교한 결과가 괄목할 신뢰도를 나타냈다. 이를 바탕으로 저수량, 유입량, 방류량, 강우량 등 준 실시간 저수지 운영자료 생산체제를 마련한 것으로 결론을 내렸다.

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제주도 표선유역 중산간지역의 최적 지하수위 예측을 위한 인공신경망의 활성화함수 비교분석 (Comparative analysis of activation functions of artificial neural network for prediction of optimal groundwater level in the middle mountainous area of Pyoseon watershed in Jeju Island)

  • 신문주;김진우;문덕철;이정한;강경구
    • 한국수자원학회논문집
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    • 제54권spc1호
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    • pp.1143-1154
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    • 2021
  • 활성화함수의 선택은 인공신경망(Artificial Neural Network, ANN) 모델의 지하수위 예측성능에 큰 영향을 미친다. 특히 제주도의 중산간 지역과 같이 지하수위의 변동폭이 크고 변동양상이 복잡한 경우 적절한 지하수위 예측을 위해서는 다양한 활성화함수의 비교분석을 통한 최적의 활성화함수 선택이 반드시 필요하다. 본 연구에서는 지하수위의 변동폭이 크고 변동양상이 복잡한 제주도 표선유역 중산간지역 2개 지하수위 관측정을 대상으로 5개의 활성화함수(sigmoid, hyperbolic tangent (tanh), Rectified Linear Unit (ReLU), Leaky Rectified Linear Unit (Leaky ReLU), Exponential Linear Unit (ELU))를 ANN 모델에 적용하여 지하수위 예측결과를 비교 및 분석하고 최적 활성화함수를 도출하였다. 그리고 최근 널리 사용되고 있는 순환신경망 모델인 Long Short-Term Memory (LSTM) 모델의 결과와 비교분석하였다. 분석결과 지하수위 변동폭이 상대적으로 큰 관측정과 상대적으로 작은 관측정에 대한 지하수위 예측에 대해서는 각각 ELU와 Leaky ReLU 함수가 최적의 활성화함수로 도출되었다. 반면 sigmoid 함수는 학습기간에 대해 5개 활성화함수 중 예측성능이 가장 낮았으며 첨두 및 최저 지하수위 예측에서 적절하지 못한 결과를 도출하였다. 따라서 ANN-sigmoid 모델은 가뭄기간의 지하수위 예측을 통한 지하수자원 관리목적으로 사용할 경우 주의가 필요하다. ANN-ELU와 ANN-Leaky ReLU 모델은 LSTM 모델과 대등한 지하수위 예측성능을 보여 활용가능성이 충분히 있으며 LSTM 모델은 ANN 모델들 보다 예측성능이 높아 인공지능 모델의 예측성능 비교분석 시 참고 모델로 활용될 수 있다. 마지막으로 학습기간의 정보량에 따라 학습기간의 지하수위 예측성능이 검증 및 테스트 기간의 예측성능보다 낮을 수 있다는 것을 확인하였으며, 관측지하수위의 변동폭이 크고 변동양상이 복잡할수록 인공지능 모델별 지하수위 예측능력의 차이는 커졌다. 본 연구에서 제시한 5개의 활성화함수를 적용한 연구방법 및 비교분석 결과는 지하수위 예측뿐만 아니라 일단위 하천유출량 및 시간단위 홍수량 등 지표수 예측을 포함한 다양한 연구에 유용하게 사용될 수 있다.

단일병원에서 관찰한 최근 10년간의 소아 우발사고에 관한 연구 : 이물흡인을 중심으로 (Clinical Study of Childhood Accidents from a Hospital Over Ten Years with Regard to Foreign Body Aspiration)

  • 김철민;송준영;김자형;김기수;홍수종
    • Clinical and Experimental Pediatrics
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    • 제45권9호
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    • pp.1134-1140
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    • 2002
  • 목 적: 소아에서 우발사고는 경제 및 문화수준의 향상으로 인한 생활의 기계화와 자동화에 의해 점차 증가하는 추세이며 소아기 사망의 중요한 원인이 되고 있다. 이에 저자들은 응급실을 방문한 우발사고 환아들을 대상으로 상부 위장관이나 기도내 이물흡인과 중독을 중심으로 후향적으로 의무기록을 조사하여 소아 우발사고의 예방대책을 수립하는데 도움이 되고자 본 조사를 시행하였다. 방 법 : 1990년 1월 1일부터 1999년 12월 31일까지만 10년간 서울아산병원 응급실을 방문한 만 15세 미만의 외상, 추락, 화상, 이물흡인 및 중독 환아 6410명을 대상으로 하여 사고의 유형별 분석 및 이물질의 종류, 성과 연령, 위치, 치료 방법에 대하여 병원의 입원기록지를 바탕으로 후향적으로 조사하였다. 결 과 : 1) 사고의 유형별 분포를 보면 외상환아가 5,038례로 가장 많았고 다음이 추락 803례, 화상 353례, 이물 흡인 188례, 중독 28례의 순으로 발생하였고, 남녀비는 1.8 : 1이었다. 2) 이물흡인의 경우 총 188례 중 남녀비는 2 : 1이었으며, 연령별 발생 분포는 6세 이하가 169례(89%)로 가장 많았고 특히 1-2세가 57례(30%)로 많은 분포를 나타내었다. 중독의 경우 남녀비는 1.3 : 1이었고, 연령별 분포는 1-2세가 12례(42%)로 가장 많았고 1세 이하에서 6례(21%), 6세 이상에서 6례(21%)가 관찰되었다. 3) 이물흡인의 위치는 상부 위장관이 112례(59%)로 가장 많은 분포를 보였고, 호흡기관 57례(30%), 외이도가 15례(7%) 순이었다. 상부 위장관 이물의 경우 식도가 69례(61%)로 가장 많았고 위가 43례(38%)를 보였다. 기도내 이물의 경우 우측 및 좌측 주 기관지가 각각 27례(47%)로 동일한 분포를 보였다. 4) 이물의 종류를 보면 상부 위장관의 경우 동전이 65례(58%)로 가장 많았고, 핀이 12례(10.7%), 장난감 및 열쇠가 각각 6례(5.3%), 반지 및 바둑알이 각각 5례(4.5%)였으며, 기도내 이물의 경우 땅콩이 36례(63%)로 가장 많았고, 장난감 부속품이 11례(19%)였다. 5) 이물흡인의 치료 방법으로 상부 위장관 이물의 경우 경성 식도내시경으로 제거된 경우가 60례(54%), 굴곡성 내시경으로 제거된 경우가 29례(26%), 수술을 받은 경우가 7례(6%)였으며, 16례(14%)는 자연 배출되었다. 식도내 이물과 위내 이물 중 핀과 같은 날카로운 경우 진단 즉시 내시경으로 제거하였고, 위내 이물 43례 중 20례는 진단 후 24시간 이내에 제거하였다. 그러나 추적 관찰시 시행한 단순 복부 방사선사진에서 위내 이물이 십이지장을 지난 23례 중 16례(70%)는 2주 이내에 모두 합병증이 없이 자연 배출되었고, 7례(30%)는 장폐쇄 증상 등이 동반되어 수술적으로 제거되었으며 수술 후 합병증은 동반되지 않았다. 기도내 이물의 경우 51례에서 경성 기관지내시경으로 제거되었으나 6례에서는 이미 심한 질식과 뇌손상으로 사망하였다. 6) 중독의 원인별 분포를 보면 약물이 원인인 경우가 14례(50%)였고, 그 중에서 경련성 질환을 가진 환아에서 Carbamazepine이 5례(18%), Valproic acid가 4례(14%)였다. 결 론: 지난 10년간 우발사고의 원인으로 외상이 가장 많았고, 추락, 화상, 이물흡인 그리고 중독의 순이었다. 최근에 이물흡인과 중독이 영유아에서 많이 증가하고 있으며, 특히 기도내 이물흡인의 경우 사망률이 가장 높기 때문에 기도 유지를 위한 적절한 처치가 필요함을 알 수 있다.

호도의 유통체계(流通體系)에 관(關)한 연구(硏究) -천원군(天原郡)의 사례조사(事例調査)를 중심(中心)으로- (A Study on the Marketing System of Walnut -With Special Reference to the Case Survey in Cheonwongun Districts-)

  • 전상돈;조응혁
    • 한국산림과학회지
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    • 제79권2호
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    • pp.187-195
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    • 1990
  • 천원군지역(天原郡地域))의 특산물(特産物)인 호도를 대상(對象)으로 유통과정(流通過程)에서 발생(發生)하는 각종(各種) 유통구조(流通構造) 및 가격형성과정(價格形成過程)을 분석(分析)해 본 결과(結果)는 다음과 같다. 1. 산지(産地)에서의 판매방법(販賣方法)은 개별판매(個別販賣)가 89.58%, 산임조합(山林組合) 등(等)을 통(通)한 계통출하(系統出荷)가 10.42%이며, 개별출하(個別出荷)의 농가수취율(農家收取率)은 54.93%, 계통출하(系統出荷)의 농가수취율(農家收取率)은 84.58%로 계통출하(系統出荷)로의 유도(誘導)가 필요(必要)하다. 2. 수집(蒐集) 위탁상(委託商)의 상위(上位) 3계소(系所) 집중솔지수(集中率指數)(CR3)는 0.8626으로 과점형태(寡占形態)의 시장구조(市場構造)를 나타내고 있어, 공동판매(共同販賣) 등(等)을 통(通)하여 시장교섭력(市場交涉力)을 증대(增大)시킬기구(機構)가 필요(必要)하다. 3. 호도의 주유통경로(主流通經路)는 농가(農家)-수집(蒐集) 위탁상(委託商)-도매상(都賣商)-소매상(小賣商)-소비자(消費者)로 전체생산량(全體生産量)의 49.63%가 이 경로(經路)로 판매(販賣)되었다. 따라서 생산자(生産者)와 소비자(消費者)를 위(爲)한 유통구조(流通構造)로의 개선(改善)이 필요(必要)하다. 4. 수집(蒐集) 위탁상(委託商)을 판매처(販賣處)로 선택(選擇)한 동기중(動機中) 편리(便利)함이 45.00%로 가장 많고, 다음이 생산량(生産量)이 적어서 20.00%로 나타난 것으로 보아 산림조합(山林組合), 농협(農協) 등(等)에 의(依)한 수매절차(收買節次)의 간소화(簡素化), 수매시기(收買時期), 수매물량기준(收買物量基準) 등(等)을 완화(緩和)시킬 필요(必要)가 있다. 5. 농가수취율(農家收取率)과 유통(流通)마진은 각각(各各) 54.93%, 45.07%로 농가수취율(農家收取率)은 다른 상품(商品)에 비(比)해 다소(多少) 높은편이나 유통(流通)마진 45.07% 중(中) 36.70%가 소매단계(小賣段階)에 집중(集中)되어 있고, 상품(商品)의 표준화(標準化), 규격화(規格化)가 요구(要求)된다. 6. 생산농가(生産農家)의 궁핍판매(窮乏販賣) 및 홍수출하(洪水出荷)로 계절지수(季節指數)는 4월(月)이 115.74로 가장 높으며, 11월(月)이 83.63으로 가장 낮아 계통조직(系統組織) 등(等)을 통(通)한 선대구매(先貸購買), 저장(貯藏) 등(等)을 통(通)한 가격안정대책(價格安定對策)이 필요(必要)하다.

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농업저수지의 저수량 추정을 위한 Sentinel-1 SAR 영상 기반 수체탐지 기법 (Sentinel-1 SAR image-based waterbody detection technique for estimating the water storage in agricultural reservoirs)

  • 정재환;오승철;이슬찬;김진영;최민하
    • 한국수자원학회논문집
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    • 제54권7호
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    • pp.535-544
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    • 2021
  • 농업용수는 용수수요의 48%를 차지하고 있으며, 농업 유역내의 유량관리를 위해서는 농업저수지의 관리가 중요하다. 효율적인 농업용수의 활용을 위해서는 농업저수지 및 농업 유역 내 수자원의 분포를 모니터링 할 수 있는 기술이 요구된다. 이에 본 연구에서는 2018년부터 2020년까지 3년간의 Sentinel-1 영상을 활용하여 지상의 수체를 탐지하기 위한 임계값 결정 방법 세 가지(고정 임계값, Otsu 임계값, Kittler-Illingworth (KI) 임계값)을 비교하여, 정확한 저수면적을 산정하기 위한 임계값 결정 방법을 평가하고자 하였다. 또한 이동, 고삼, 기흥저수지에서 저수면적과 저수량의 관계를 분석하여, SAR 영상 기반의 저수량을 산정하였고 지상관측 자료와의 검증을 수행하였다. 수체를 탐지하기 위한 임계값 결정 방법은 KI 임계값의 경우가 가장 정확한 것으로 나타났으며, KI 임계값을 활용하여 산정된 저수량은 이동, 고삼, 기흥저수지의 지상관측 자료와의 검증에서 평균 r = 0.9235, KGE' = 0.8691 로 높은 일치도를 나타냈다. 계절에 따른 오차 특성은 충분히 관측되지 않았으나, 저수면적과 저수량 간의 관계가 급격하게 바뀌는 고수위에서의 과소 산정 문제가 발생할 수 있다. 따라서 정확한 저수량 추정을 위해서는 지상관측 자료를 통한 저수면적-저수량 관계 파악이 선행되어야 한다. 추후 수자원위성을 통한 SAR 자료의 활용이 가능해지면, 본 연구의 결과를 바탕으로 저수량 모니터링 및 가뭄 대응을 위한 활용에서 유용할 것으로 판단되나, 홍수예방 등의 목적으로 활용하기 위해서는 추가적인 연구가 필요하다.

시계열 자료의 예측을 위한 자료 기반 신경망 모델에 관한 연구: 한강대교 수위예측 적용 (A Study on the Data Driven Neural Network Model for the Prediction of Time Series Data: Application of Water Surface Elevation Forecasting in Hangang River Bridge)

  • 유형주;이승오;최서혜;박문형
    • 한국방재안전학회논문집
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    • 제12권2호
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    • pp.73-82
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    • 2019
  • 최근 이상기후로 인한 집중호우에 따른 하천변 사회기반시설의 침수피해가 증가하고 있으며, 침수 가능성 여부에 대한 신속한 예 경보가 필요한 실정이다. 일반적인 홍수 예 경보는 하천수위를 이용하고 있으며, 수치모형을 이용하여 하천수위를 예측하는 연구가 대부분이었다. 그러나 수치모형을 이용한 하천수위 예측은 결과가 정확한 반면 수치모의 시간이 오래 소요된다는 한계점이 있어 최근에는 인공신경망 등을 적용한 자료기반의 수위예측 모형이 많이 이용되고 있다. 하지만 기존의 인공신경망을 활용한 수위예측 연구는 시간적 매개변수를 고려하지 못하였다는 한계점이 존재한다. 본 연구에서는 시간적 매개변수(Time delay= 2시간)를 고려한 NARX 신경망 모형을 사용하여 한강대교의 수위를 예측하였다. 또한 NARX 모형의 적합성을 판단하기 위하여 인공신경망(ANN) 모형과, 순환신경망(RNN)모형의 결과와 비교하였다. 2009년에서 2018년까지 10년간의 수문자료를 이용하여 70%를 학습시키고 검정과 평가에 15%를 사용하여 2018년의 한강대교 3시간 후 수위를 예측한 결과 평균제곱근오차(RMSE)의 경우 ANN, RNN, NARX model이 각각 0.20 m, 0.11 m, 0.09 m, 평균절대오차(MAE)의 경우, 각각 0.12 m, 0.06 m, 0.05 m, 첨두수위 오차(Peak Error)는 각각 1.56 m, 0.55 m, 0.10 m로 나타났다. 연구 대상지역에 대한 시간적 매개변수를 고려한 예측 결과의 오차분석을 통하여 NARX 신경망 모형을 사용하는 것이 수위예측 모형 구축이 가장 적합한 것으로 나타났다. 이는 NARX 신경망 모형이 과거의 입력자료를 고려함으로써 시계열 자료의 변동 추세도 학습 할 수 있으며, 또한 모형 내 활성함수를 쌍곡선탄젠트(Hyperbolic tangent) 및 Rectified Linear Unit(ReLU) 함수를 사용하여 고수위 예측 시에도 정확한 예측 값을 도출할 수 있기 때문이다. 그러나 NARX 신경망 모형은 시퀀스 길이가 길어짐에 따라 기울기 소실문제(Vanishing gradient)가 발생하는 한계점이 있어 향후에는 이를 보완한 LSTM(Long Short Term Model)모형을 이용하여 수위예측의 정확도를 검토하고자 한다.