• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.128-132
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• 2012

물은 생물의 생존을 위해 필수적인 요소로 인류가 시작된 이래로 물을 효율적으로 이용하고 안전하게 관리하기 위한 노력은 계속되어 왔다. 최근 지구 온난화가 주요 원인으로 알려진 국지성 집중호우의 피해는 매우 심각하며, 이로 인해 치수에 대한 중요성은 날로 커지고 있다. 지금까지 사용해 왔던 홍수 예 경보 과정은 특정 지점의 유출량을 예측하기 위해서 강우-유출 모형을 운영하였다. 그러나 물리적 모형의 경우 운영에 필요한 매개변수의 결정과정이 복잡하고, 매개변수 결정을 위해 많은 자료를 필요로 한다. 또한 그 매개변수의 결정과정은 많은 불확실성을 포함하고 있어서 모형의 운영을 위한 전처리과정과 계산과정을 거치는 동안 발생한 오차가 누적되어 결과물 속에는 많은 오차가 포함되어 있다. 본 연구에서는 기존의 홍수 예 경보 시스템의 문제점과 불확실성을 최대한 감소시키고 더 우수한 유출량 예측을 위해 neuro-fuzzy 추론 기법을 이용한 모형인 ANFIS(Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System)를 사용하여 하천수위를 예측하였다. ANFIS는 신경회로망과 퍼지이론을 결합한 기법으로 신경회로망의 구조와 학습 능력을 이용하여 제어환경에서 획득한 입 출력 정보로부터 언어변수의 membership 함수와 제어규칙을 제어 대상에 적합하도록 자동으로 조종하는 기법이다. 본 연구에서는 ANFIS를 사용하여 탄천 하류에 위치한 대곡교의 수위를 예측하였다. 분석을 위해 2007년부터 2011년까지의 탄천 유역의 관측 강우자료와 수위 자료 중 강우강도와 지속시간, 강우 형태에 따라 7개의 강우사상을 선정하였다. 학습자료 및 보정자료의 변화에 따른 예측 오차를 비교하여 모형의 적용성과 적정성을 평가하였다. 적용결과 입력자료 구성의 경우 해당 시간의 강우량 및 수위자료와 10분 전 강우자료를 이용한 모델이 가장 우수한 예측을 보였고, 학습자료의 경우 자료의 길이가 길고, 최대홍수량이 큰 경우 가장 우수한 예측 결과를 보였다. 본 연구의 적용결과 가장 우수한 모형의 경우 30분 예측 첨두수위 오차는 0.32%, RMSE는 0.05m 이고 예측시간이 길어짐에 따라 오차가 비선형적으로 증가하는 경향을 보였다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.51 no.10
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• pp.917-927
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• 2018

Seven heavy metal concentrations (As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn) were continuously analyzed for twenty rainfall events in 2017~2018 in an urban basin. The overall and dynamic correlations between runoff characteristics and heavy metal concentrations were examined. The peak metal concentration generally appeared in the initial runoff but found to be delayed when the rainfall intensity was low. The rainfall duration had no relationship with either heavy metal concentrations or their total mass. Dynamics of heavy metal mass (load), with the exception of Cu and Zn, showed strong correlation with the 30 minute rainfall intensity (0.60~0.88) and runoff volume (0.74~0.89). While event mean concentration (EMC) showed positive correlation (0.54~0.73) with antecedent dry days (ADD), no significant relationship was found between runoff volume and pollutant concentration. This implies that the pollutants built up on the surface during dry days are washed off even with low rainfall energy. The dynamics of heavy metal and TSS concentrations showed good correlation (0.68~0.87). This result shows that the metals are transported along with solid particles as adsorbate in surface runoff. Regular street sweeping will reduce significant amount of heavy metal loads in urban surface runoff.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.345-345
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• 2022

기후변화의 영향으로 도시하천의 홍수피해가 증가추세이며, 여름철 돌발호우 발생으로 하천내 고립사고 피해가 빈번히 발생하고 있다. 특히 중·소규모 도시하천은 홍수유출 도달시간이 매우 짧고 수위가 급격히 상승하여 돌발호우에 매우 취약하므로, 정확한 홍수발생 가능성 및 시점 예측을 통한 신속한 홍수 예·경보가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 강우강도, 강우시간분포, 강우지속시간 등에 따른 홍수발생여부 뿐만 아니라 홍수발생시간을 예측할 수 있는 Flooding Time Nomograph (FTN)를 개발하였다. 본 연구의 대상유역은 도림천 유역으로, FTN 개발을 위하여 도시하천의 강우-유출모의에 적합한 XP-SWMM 모형을 구축하여 활용하였다. 또한 Huff의 4분위 강우분포를 이용한 다양한 형태의 가상 강우시나리오를 설정하여 강우유출모의를 수행하였으며, 모의결과를 기반으로 강우강도와 홍수발생시간의 관계식을 산정하여 FTN을 생성하였다. 실제 호우 사상에 대한 관측 홍수발생시간과의 비교를 통해 FTN의 적용성을 평가한 결과, 상관계수 CC=0.8, NSE=0.6 이상으로 높은 정확도를 보이는 것으로 나타났으며, 강우발생 시 둔치수위 도달 홍수위 기준 최대 30분의 사전 대피시간 확보가 가능함을 확인하였다. 따라서 본 연구에서 개발한 FTN을 이용한 도시하천의 홍수 예·경보 시스템 구축의 경우, 강우정보에 따른 홍수발생여부 및 홍수발생시간을 합리적으로 판단할 수 있어, 둔치 수위 예·경보 등 보다 신속한 상황대응이 가능할 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.194-194
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• 2023

세류침식은 급경사 나지사면에서 증가하는 지표흐름에 의해 빈번하게 발생하고, 과도한 토사유출로 인해 홍수 및 토사재해 위험 증가와 수질오염 등의 문제를 야기한다. 본 연구는 개발지역의 마사토를 활용하여 1.2 m × 5.5 m 규모의 3개 중규모 플롯에서 세류발달 특성, 유출 및 토사유출량을 파악하고자 강우와 유입수 모의실험을 수행하였다. 경사 조건 15°와 20°에서 유입수 유무에 따른 4회의 반복실험이 진행되었으며 마사토의 평균입경은 0.89 mm이다. 강우강도 범위는 90~140 mm/hr이며, 유입수 유량은 합리식으로 계산하였으며 100~130 ml/sec이다. 하천 차수분석방법인 Horton방법을 사용하여 세류별 차수를 나누었다. 세류절개는 유입수가 없는 경우 실험 시작 약 1분 후에 발생하였고, 최대 2차수까지 세류가 발달하였으며, 유입수가 있는 경우 약 30초 후 발생하였고, 최대 3차수까지 세류가 발달하였다. 세류발달에 대한 수리학적 특성을 파악하기 위하여 염료 추적방법에 의한 동영상 이미지 분석결과 유속은 0.06~0.43 m/s의 범위를 보였다. 유입수와 강우가 함께 공급되는 경우 강우모의 공급수량에 비해 1.32~1.69배 증가했고, 이에 따라 지표유출수는 1.13~3.93배로 증가폭의 범위가 넓었다. 세류발달에 의한 토사유출량은 유입수 유무에 따라 6.7~32.3배로 증가하였다. 결론적으로 강우와 유입수가 상호작용하는 경우 강우에 의한 박리현상보다 유입수에 의한 측벽붕괴 활동이 활발하게 진행되었고 이는 세류 발달 과정에서 지배적으로 이루어졌기 때문으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.229-229
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• 2021

최근 이상기상으로 국지성 집중호우가 빈번하게 발생함에 따라 토사유출에 의해 피해가 증가하고 있다. 급경사 사면을 갖는 교란산지와 개발지의 경사면은 토양침식 위험에 노출되어 있다. 특히 지표유출수의 집중흐름에 의한 세류발달은 세류간침식에 비해 많은 토양침식과 토사유출을 발생시킨다. 이러한 급경사 사면에서의 세류발달에 대한 수리학적 메터니즘과 한계조건을 파악하고자 강우와 유입수 모의를 통한 토양침식 실험을 수행하였다. 강우와 유입수의 상호작용에 의한 세류발달의 특성과 토사유출량 증가를 파악하고자, 강우량의 증가와 유입수 유무에 따른 실험이 이루어졌다. 강우강도의 범위는 100~140mm/hr이고, 유입수는 170ml/s 이였다. 유입수량은 합리식으로 계산하였으며, 토양상자 상단에서 균등분사식으로 유입되었다. 세류발달의 수리학적 특성치를 취득하기 파악하기 위해, 염료주입 지표수 거동에 대한 동영상을 판독하였다. 세류발달은 유입수가 없는 경우 3분 이내 그리고 유입수가 있는 경우 30초 이내에 발생하였다. 토양상자내의 평균 유속범위는 7.83~29.27 cm/s 이였다. 실험에서 발달된 세류는 15분경과 후부터 평형상태를 유지하였다. 경사실험조건별로 세류 차수분석을 위해 각 세류의 최대길이, 폭, 넓이를 측정한 결과 세류의 차수는 강우만 있는 경우 1~2차로 발달하였으며, 유입수가 있을 때는 2~3차로 발달하였다. 지표유출이 증가하면서 세류발달의 개수는 줄었지만 규모는 더 크게 나타났다. 세류가 발달하는 시점의 한계유속은 10~20cm/s 범위인 것으로 파악되었다. 지표유출이 증가하면서 세류의 발달도 더 심화되지만, 동일한 강우에 일정시간동안 노출되면서 세류는 평형상태가 되어 더 이상 침식이 활발하게 진행되지는 않았다. 유입수가 있는 조건에서 수량은 약 2배가 증가하였지만, 토사유출량은 세류확장에 의해 약 4배가 증가하는 것으로 나타났다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.30 no.2C
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• pp.109-117
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• 2010

Gas hydrate dissociation can generate large amounts of gas and water in gas hydrate bearing sediments, which may eventually escape from a soil skeleton and form voids within the sediments. The loss of fine particles between coarse particles or collapse of cementation due to water flow during heavy or continuous rainfall may form large voids within soil structure. In this study, the effect of void formation resulting from gas hydrate dissociation or loss of some particles within soil structure on the strength of soil is examined. Glass beads with uniform gradation were used to simulate a gas hydrate bearing or washable soil structure. Glass beads were mixed with 2% cement ratio and 7% water content and then compacted into a cylindrical sample with five equal layers. Empty capsules for medicine are used to mimic large voids, which are bigger than soil particle, and embedded into the middle of five equal layers. The number, direction, and length of capsules embedded into each layer vary. After two days curing, a series of unconfined compression tests is performed on the capsule-embedded cemented glass beads. Unconfined compressive strength of cemented glass beads with capsules depends on the volume, direction and length of capsules. The volume and cross section formed by voids are most important factors in strength. An unconfined compressive strength of a specimen with large voids decreases up to 35% of a specimen without void. The results of this study can be used to predict the strength degradation of gas hydrate bearing sediments in the long term after dissociation and loss of fine particles within soil structure.