• 한국습지학회지
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• 제16권1호
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• pp.113-124
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• 2014

강우량은 관측소의 설치고도에 따라 관측량의 편차가 심하며, 이로 인해 도시지역과 산지지역의 강우발생 특성이 다르다. 산지효과로 인해 고도가 높아질수록 강우 관측시 불확실성이 커지는 것을 감안하면 산지지역에서의 강우관측소 밀도는 커야한다. 이러한 관측소의 고도특성이 반영된 관측망 평가는 산지효과를 반영하기 위한 것으로 산악지역에서 발생하는 돌발홍수의 효과적인 예측 및 레이더 자료의 보정에 있어 중요한 과정이 된다. 이에 본 연구에서는 강우관측소의 설치고 도를 고려한 강우관측망의 평가방법론을 제안하였다. 강우관측소의 고도별 설치밀도 파악을 위해 고정간격의 고도를 이용하는 등고도비별 설치밀도 산정방법과 유역의 면적비를 이용하는 등면적비별 설치밀도 산정방법을 적용하였다. 그 결과 등면적비를 이용하는 경우가 고도별 강우관측망의 평가에 보다 유리함을 확인하였다. 아울러 타유역과의 비교를 위해 등면적별 관측소 설치밀도의 변동계수를 이용하여 고도별 분포를 정량화 하였다. 이는 강우관측소의 설치고도분포의 균등함을 평가하는 정량적 지표가 되며, 제시된 방법론을 5대강 유역에 적용하였다. 그 결과, 설치밀도의 변동계수가 작은 유역에서는 고도별 강우설치밀도가 일정함으로 인해 보다 균등한 분포를, 반면 변동계수가 큰 유역에서는 상대적으로 고도별 설치밀도가 불균등함을 확인하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제47권9호
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• pp.767-776
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• 2014

최근 기후변화에 의한 기상이변이 발생하고 국지적 집중호우로 인한 홍수피해가 심각하게 증가하고 있다. 이러한 피해를 경감하기 위한 방법으로 정확한 홍수유출량 예측을 통한 홍수예경보 구축이 필요시 된다. 정확한 홍수유출량 예측을 위해 수문기상학적 요소와 특성인자들의 정확한 상호 연관성 규명과 공간적 변동성 해석은 강우-유출 모형에서 발생하는 불확실성을 감소시키는데 중요한 요소로 작용하게 된다. 본 연구에서는 정확한 홍수유출량을 산정하기 위한 강우-유출모형을 이용한 입력자료의 해상도에 따른 불확실성을 감소시키기 위해 강우격자 해상도와 지형인자 격자 해상도에 따라 강우-유출모형이 어떻게 반응하는지 분석하였다. 분포형 강우-유출 모형인 GRM 모형을 이용하여 내성천 및 감천 유역을 대상으로 이벤트를 산정하여 홍수유출 모의 및 검증을 실시하였다. GRM 모형 구성을 위한 입력자료(강우, DEM, 토지이용도, 토양도)의 해상도 격자크기는 500m 격자크기를 기본으로 각각 1 km, 2 km, 5 km, 10 km, 12 km 격자크기의 지형자료를 사용하여 유출모의를 실시하고 유출량 변화를 모의하였다. 입력자료별 모의결과로 DEM의 분석결과는 모든 시험유역에서 공통적으로 DEM의 격자크기가 증가할수록 첨두유량과 총유출량이 일정하게 감소하는 경향을 나타내고 있다. 나머지 입력자료로 토지이용 및 토양도에 격자크기에 따른 모의결과는 DEM과는 상반되게 일정한 경향성을 나타나지 않는 것으로 분석되었다. 특히 일정한 경향성이 나타나는 DEM의 분석결과는 DEM의 격자크기가 증가할수록 수평거리가 증가하여 경사도는 감소하는 특징으로 인해 나타나는 결과인 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제43권4호
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• pp.353-365
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• 2010

하천의 유량 측정은 대부분 홍수 예보지역, 댐 상류지역, 대하천 및 유역내 주요 지점을 위주로 수행되고 있으며, 이에 따라서 중소하천과 소유역에 대한 유량 산정에 어려움이 있다. 물리적 기반의 분포형 모형에서는 유역의 지형학적 매개 변수를 기반으로 강우-유출 현상을 해석하고 있으며, 특정 지점에 대해서 최적화된 매개변수를 이용하여 유역 내 모든 지점에 대한 유량을 모의할 수 있다. 본 연구에서는 물리적 기반의 분포형 모형인 GRM(Grid based Rainfall-runoff Model)을 이용하여 유출구 지점에 대해서 모형을 보정하고, 이를 통해서 상류의 하천지점에 대한 유량을 추정함으로써 동일 수계에서 유량 측정이 이루어지지 않는 중소하천의 소유역에 대한 모형의 지역화 가능성을 평가하고자 한다. 대상 유역은 낙동강의 위천 유역과 유등천의 복수 유역을 선정하였으며, 무성과 복수 수위관측소에 대해서 추정된 매개변수를 이용하여 미성 및 신대 수위관측소의 유량을 모의하였다. 연구결과 미성 및 신대 수위관측소의 모의결과는 첨두유량 및 첨두시간에 대해서 관측 수문곡선을 잘 재현하였으며, 총유출량과 첨두유량 및 첨두시간에 대해서 관측값과 선형의 높은 상관성을 일관되게 보이고 있다. 따라서 동일 수계에 있는 상류 미계측 중소유역의 유량 추정시 GRM은 충분히 적용성이 있는 것으로 나타났다.

• 한국방재안전학회논문집
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• 제11권1호
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• pp.31-38
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• 2018

국내 중소규모 저수지의 99.1%는 흙댐으로, 건설비용이 저렴하여 용이한 시공성을 갖고 있다. 그러나 흙댐은 월류에 취약하기 때문에, 홍수 시 급격한 붕괴 가능성이 있다. 이러한 붕괴가 발생할 경우 급격한 홍수량 증가로 이어지기 때문에, 하류 치수 안전성이 위협 받을 가능성이 크다. 이에 본 연구에서는 흙댐 사면에 포설한 사석의 붕괴 지연효과를 실험을 통해 검토하였다. 실험은 사각단면의 직선형 개수로에서 수행하였으며, 보호공 사석의 크기를 3가지로 결정하였다. 선행 연구들과 차이점은 부정류로 실험을 수행한 것이며, 대상은 일반적인 형태의 가물막이로 결정하였다. 실험결과 차원해석 및 선행연구를 이용하여 서석보호공이 포설된 흙댐 붕괴 시간에 대한 새로운 공식을 제시하였다. 또한 사석 보호공이 설치된 경우 실험을 통해 붕괴 지연효과에 대해 검토한 결과 포설된 사석의 2배 이상의 효과가 있는 것으로 확인되었다. 본 연구 결과는 EAP (Emergency Aciton Plan) 수립 및 제방 설계와 같은 하천 계획에 도움이 될 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.642-642
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• 2012

최근에 들어 지구온난화에 따른 기후변화의 영향으로 국지성 집중호우와 돌발성 호우가 한반도 뿐 아니라 전 세계적으로도 많이 나타나고 있고, 그로 인한 이상홍수의 발생이 우리나라의 인명 및 재산피해를 날로 증가시키고 있는 추세이다. 그러나 현재 국내의 홍수방어시스템은 정확도 및 선행시간 확보 등의 측면에서 국민들의 요구수준까지는 그 역할을 수행하지 못하고 있는 실정이다. 또한 최근 4대강 살리기 사업을 통해 수행된 보 설치 및 하도 준설로 인해 하천환경의 변화가 크게 발생하여, 보다 정확하고 신속한 홍수위 예측기법이 요구되고 있는 실정이다. 이에 따라 현재 4대강 홍수통제소에서는 정확한 홍수위예측을 위해 4대강 본류 및 주요 지류에 대해 수리모형을 구축하고 있고, 기존의 저류함수모형에 의한 강우-유출 해석기법을 적용하여 주요 지류에 대한 유입량을 산정하기 위한 모형을 구축중에 있다. 국내 홍수방어 시스템에 현재까지 사용되어 오고 있는 저류함수모형 및 수위-유량 관계식을 이용한 방법은 물리적 기반의 홍수예측모형으로 유역의 지형학적 인자와 그에 따른 여러 변수를 포함하기 때문에 하천환경의 변화로 인해 각각의 추적과정에서 오차들이 발생하여 해석결과에 영향을 미치는 단점이 있다. 이에 반해 데이터 기반 모형은 강우-유출 모형에서 사용되는 많은 수문학적 자료 및 매개변수들의 사용 없이 오직 수위 및 강우측정 자료만을 이용하여 홍수를 예측하는 모형이다. 본 연구에서는 낙동강 유역에 대해 보다 정확한 홍수위 예측을 위해 현재 낙동강홍수통제소에서 구축중인 낙동강 본류의 수리모형의 주요 지류의 유입량 산정을 위해 기존의 물리적 기반 모형이 아닌 뉴로-퍼지(Neuro-Fuzzy) 모형을 이용한 data 기반 모형을 적용해 기존 물리적 기반 모형과 비교 분석 하고자 하였다. 낙동강의 주요지류인 감천, 금호강, 남강, 내성천, 밀양강, 반변천, 위천, 황강을 적용유역으로 선정하여 유역별로 티센망을 구축하였고, 각 지류별로 수위관측소를 선정하여 최근 10년동안 낙동강유역의 홍수예 경보가 발령되었거나 많은 비가 온 사상을 선정해 모형을 검증하였다. 모형은 실시간 수위측정 자료와 강우자료 및 해당유역 댐의 방류량 자료를 이용해 유역별 최적 입력자료 조합을 선정하여 간단하게 구축할 수 있었다. 또한 10분 단위 및 30분 단위의 입출력 자료로 모형을 구축하여 비교하였다. 이번 연구에서 수행한 낙동강유역에서의 뉴로-퍼지(Neuro-Fuzzy) 모형을 이용한 홍수예측기법을 통해 몇가지 data만으로 유역의 주요지점에 대한 홍수위와 홍수량을 예측할 수 있음을 확인할 수 있었다. 모의 결과는 실측치와 비교해 정확도 면에서 우수함을 보여 주었으나 예측시간이 길어질수록 실측치의 경향을 벗어나는 결과를 보였다. 그러나 실시간 홍수예 경보에 있어서는 만족할만한 선행시간을 확보할 수 있었다. 구축된 Data 기반 모형이 물리적 기반 모형과 더불어 낙동강 홍수예 경보를 위한 모형으로 사용될 수 있다면 보다 효율적인 예 경보 체계 구축에 도움을 줄 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한원격탐사학회지
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• 제38권6_3호
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• pp.1761-1775
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• 2022

예측하기 힘든 기후변화로 인해 물 관련 재해의 발생 빈도와 피해 규모도 지속적으로 증가하는 추세이다. 재난관리의 측면에서 광범위한 지역의 피해면적을 파악하고, 중·장기적 예측을 위한 모니터링이 필수적이다. 수재해 분야에서 광역적 모니터링을 위해 Synthetic Aperture Radar (SAR) 위성영상을 활용한 원격탐사 기술 연구가 활발히 진행되고 있다. 수재해 모니터링을 위한 시계열 분석에는 방대한 양의 영상수집과 잡음이 많은 레이더 산란 특성을 고려한 복잡한 전처리과정이 필요하며, 이를 위해 상당한 시간이 소요되는 한계가 있다. 최근 클라우드 컴퓨팅 기술의 발전과 함께 위성 빅데이터를 활용한 시·공간 분석이 가능한 많은 플랫폼들이 제안되고 있다. 구글어스엔진(Google Earth Engine, GEE)은 대표적인 플랫폼으로, 600여개의 위성 자료를 무료로 제공하고 있으며 위성영상의 분석준비데이터를 기반으로 준-실시간 시·공간 분석이 가능하다. 이에 본 연구에서는 구글어스엔진을 활용한 즉각적인 수재해 피해 탐지와 중·장기적 시계열 관측 연구를 수행하였다. 변화탐지에 주로 활용되는 Otsu 기법을 통해 '20년 발생한 집중호우를 중심으로 하천 범람으로 인한 하폭의 변화와 피해 면적을 확인하였다. 또한 재난관리 측면에서 모니터링의 중요성이 요구되는 만큼 상습침수지역으로 선정된 연구대상 지역을 중심으로 '18년부터 '22년까지의 시계열 수체의 변화 경향을 확인하였다. 구글어스엔진은 자바스크립트 기반 코딩을 통한 짧은 처리시간, 시공간 분석과 표출의 강점으로 수재해 분야 활용이 가능할 것으로 판단된다. 더불어 향후 다양한 위성 빅데이터와의 연계를 통해 활용 분야가 확대될 것으로 기대된다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제36권2호
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• pp.80-86
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• 2024

전 세계적으로 대규모 지진이 다발적으로 발생하고 있다. 특히, 2011년 동일본 대지진으로 인해 동아시아 일대의 지각이 긴장상태에 있으며, 향후 발생할 수 있는 지진 활동에 대한 우려와 불확실성이 더욱 가중되고 있다. 동해안 지진해일에 대한 대책으로 국립재난안전연구원에서는 동해안을 대상으로 지진해일 수치모의를 통해 지진해일의 범람 특성 분석 및 침수예상도 작성에 관한 연구를 수행한 바 있다. 그러나 남해안의 경우 동해안에 비해 지진해일에 관한 연구가 매우 부족한 실정이다. 남해안의 경우 조차가 1~4 m로 조석의 영향을 무시할 수 없을 정도이기 때문에 조석의 영향이 지진해일 전파특성에 미치는 영향을 분석할 필요성이 있다. 남해안에 영향을 미칠 수 있는 지진해일 발생지는 해저의 단층운동이 활발한 유구열도(Ryukyu lsland)와 난카이트러프 단층대이다. 과거 남해안은 지진해일의 직접적인 피해가 없었으나, 지진해일 발생 가능성은 항시 존재하기 때문에 사전에 대비할 수 있는 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 남해안에 영향을 미칠 수 있는 지진해일 가상시나리오에 대한 지진해일 수치모의를 하였다. 아울러 조석과 지진해일의 상호작용으로 연안에서 나타나는 해일 전파특성을 분석하고자 한다. 이는 남해안 지진해일 위험성 평가를 통해 남해안에서 발생할 수 있는 지진해일 대비에 활용될 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제49권7호
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• pp.589-597
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• 2016

본 연구에서는 임진강 상류유역과 같이 수리수문학적 분석에 필요한 측정데이터가 존재하지 않거나 혹은 데이터의 확보가 어려운 유역에 대하여 위성 데이터와 데이터 기반 모형을 활용하여 유출량을 산정하였다. SDF 시그널(Satellite-derived Flow Signal)은 하도내의 유량변화에 따른 하천 폭의 변화를 반영할 수 있다고 알려져 있으며, 그 상관관계는 하도단면의 형태와 밀접한 관계가 있다. SDF 시그널 데이터와 유출량 간의 비선형 상관관계를 반영할 수 있는 인공신경망 모형을 활용하여, 모형의 입력변수인 SDF 시그널 데이터로부터 임진강의 임진교 지점에서의 유출량을 추정하였다. 15개의 위성 이미지 픽셀의 SDF 시그널 값이 0~10일의 lag가 되어 활용되었으며, lag된 데이터를 포함하여 총 150개의 변수 중 유출량과 가장 큰 관계가 있는 변수 선정을 위해 PMI(Partial Mutual Information) 기법이 활용되었다. 인공신경망 모형을 통해 산정된 유출량은 임진교에서 측정된 지점 유출량과 비교 분석되었으며, 학습(training)과 검증(validation)을 통한 상관계수는 각각 0.86, 0.72로 좋은 결과를 보여주었다. 추가적으로 SDF 시그널 데이터 외에 임진교의 1일 전 측정유량이 인공신경망 입력변수로 추가되었을 때 상관계수가 0.90, 0.83으로 증가함을 보였다. 결과로부터 계측수문자료가 부족하거나 접근 불가능한 유역에 대하여 하천 유량 변화에 대한 추정치인 SDF 시그널 데이터와 지상 데이터가 결합되었을 때 신뢰성 높은 유역의 유출량을 산정할 수 있으며, 큰 유량이 발생하는 홍수사상에 대해서도 첨두 유량과 첨두 발생시간을 잘 모의할 수 있음을 알 수 있었다. 향후 위성 데이터와 지점 데이터를 활용하여 미계측 유역의 홍수발생에 대하여 높은 정확도로 예측 가능할 것으로 기대한다.

• 한국방재안전학회논문집
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• 제15권1호
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• pp.1-12
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• 2022

수문모형의 최적 매개변수를 추정하기 위해서 자동최적화기법이 자주 이용되며, 이러한 최적화기법은 관측값과 모의값의 오차를 최소로 하기 위해 목적함수를 필요로 한다. 다만, 다양한 목적함수 선택에 따라 각기 다른 수문응답 결과를 제공할 수 있다. 본 연구에서는 국내·외에서 사용되는 다양한 목적함수를 활용하여 단기 강우-유출 수문모형의 매개변수를 추정하고, 목적함수에 따른 수문곡선의 재현성을 평가하고, 적정 목적함수를 제시하고자 하였다. 강우-유출 모형으로는 현행 홍수예보에서 유역 유출모의에 활용되고 있는 집중형 수문모형인 저류함수모형을 선택하였으며, 모형의 5개 매개변수에 대해서 전역최적화기법인 SCE-UA를 적용하여 모형의 최적매개변수를 추정하였다. 목적함수별 수문곡선의 재현성 평가를 위해 용담댐 상류유역인 천천유역을 대상으로 9개의 강우사상을 추출하였으며, 7개의 목적함수를 선택하여 개별 강우사상별로 저류함수모형의 매개변수를 추정하고, 이를 활용한 모의 수문곡선의 재현성을 비교·분석하였다. 분석결과, 목적함수에 오차제곱을 포함하고 있는 RMSE, NSE, RSR이 Event 7을 제외한 모든 강우사상에 대해 가장 높은 정확도를 나타냈으며, 관측유량과 모의유량의 오차만을 반영한 ABIAS의 경우, 정확도가 가장 낮은 것으로 분석되었다. 또한, 관측유량 대비 오차 항을 포함하고 있는 PBIAS 및 VE의 경우 역시, 상기 3개(RMSE, NSE, RSR)의 결과와 유사하게 비교적 안정적인 수문곡선 재현성을 보여주었다. 다만, 고유량과 저유량을 동시에 고려하여 이에 민감한 매개변수를 조정하도록 개발된 MIA의 경우, 수문곡선 재현성 성능이 매우 낮은 것으로 나타났다.