• 농업과학연구
• /
• 제47권3호
• /
• pp.471-483
• /
• 2020

Flood prediction is an important issue to prevent damages by flood inundation caused by increasing high-intensity rainfall with climate change. In recent years, machine learning algorithms have been receiving attention in many scientific fields including hydrology, water resources, natural hazards, etc. The performance of a machine learning algorithm was investigated to predict the water elevation of a river in this study. The aim of this study was to develop a new method for securing a large enough lead time for flood defenses by predicting river water elevation using the a long- short-term memory (LSTM) technique. The water elevation data at the Oisong gauging station were selected to evaluate its applicability. The test data were the water elevation data measured by K-water from 15 February 2013 to 26 August 2018, approximately 5 years 6 months, at 1 hour intervals. To investigate the predictability of the data in terms of the data characteristics and the lead time of the prediction data, the data were divided into the same interval data (group-A) and time average data (group-B) set. Next, the predictability was evaluated by constructing a total of 36 cases. Based on the results, group-A had a more stable water elevation prediction skill compared to group-B with a lead time from 1 to 6 h. Thus, the LSTM technique using only measured water elevation data can be used for securing the appropriate lead time for flood defense in a river.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제41권5호
• /
• pp.455-462
• /
• 2008

본 연구에서는 격자강우량과 격자기반의 수문정보와 연계하여 홍수기 유출량의 시공간적 분포를 파악할 수 있도록 물리적인 운동파(kinematic wave)이론에 근거한 분포형 강우-유출모형을 개발하였다. 이 모형은 홍수기동안의 지표흐름과 지표하 흐름의 시간적 변화와 공간적 분포를 모의할 수 있으며, 전처리과정으로서 ArcGIS 혹은 ArcView등의 GIS 프로그램을 이용하여 모형에 필요한 ASCII형태의 입력 매개변수 자료들을 가공하였다. 또한 후처리과정으로서 모형의 수행결과인 유역내의 유출량 분포 등을 GIS상에서 나타낼 수 있도록 ASCII형태로 출력하도록 구성하였다. 개발된 모형의 적용가능성을 검토하기 위하여 남강댐유역을 대상으로 유역을 500m의 정방형 격자로 분할하고 수계망을 통하여 유역 출구까지 운동파이론에 의해 추적 계산하였으며, 수문곡선 비교결과 재현성 높은 결과를 보여주었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
• /
• pp.767-771
• /
• 2012

남강댐은 평지에 위치하여 댐 높이가 낮고 댐운영 수위의 편차가 작기 때문에 계획홍수위 아래 완경사 비탈면이 갈수기인 3월부터 5월 사이에 장기간 노출되어 5월 전후에 발아하는 식생 특히, 버들류가 이입, 성장하여 대규모 군락을 이루고 있다. 현재 형성된 대규모의 버들류 군락은 댐수질을 악화시킬 뿐만 아니라 자기솎음질(self-thinning)에 의해 고사한 버들류의 유목으로 인하여 댐운영에 많은 애로를 초래하고 있다. 본 연구에서는 버들류 군락 형성과 댐운영수위와의 상관관계를 도출하여 버들류를 적절하게 제어할 수 있는 댐운영 방안을 마련하기 위한 기초자료로 활용하고자 하였다. 따라서, 버들류의 이입시점을 명확히 파악하기 위하여 현재의 남강댐 건설 직후인 1979년, 2003년 2010년의 항공사진과 수심측량에 의한 지형도를 이용하여 버들류 군락의 확장 경향을 분석하였다. 또한, 버들류의 이입시점을 명확히 파악하기 위하여 방형구를 설치하여 버들류의 밀도 및 흉고직경을 조사하고, 성장추에 의한 수령을 조사, 분석하였다. 연구결과를 요약하면 다음과 같다. 남강댐 연안대에 분포하는 버들류는 총 17종이며, 출현빈도가 높은 종은 선버들(Salix nipponica), 버드나무(Salix nipponica), 왕버들(Salix gracilistyla), 등으로서 선버들(Salix nipponica)이 우점종인 것으로 조사되었다. 남강댐 연안대에 분포하는 버들류의 수령을 조사한 결과 수령은 약 9년~10년, 흉고직경 10~15cm, 수고 7~8m인 것으로 조사되었다. 댐운영수위와 버들류의 수령을 분석한 결과 2002년 5월 댐수위 38.5~41.0m 일 때 연안대의 수면부근에서 1단계로 이입, 정착한 것으로 보이며, 2004년 및 2005년 5월경에 댐수위 36m일 때 2단계로 이입, 정착하여 현재 대규모 군락을 형성한 것으로 추정된다. 남강댐 버들류 군락의 형성은 버들류의 발아기에 댐수위 부근의 습지에서 발아환경이 최적인 온도와 저토환경에서 일시에 이입, 성장한 것으로 보인다. 따라서, 남강댐과 같이 평야부에 위치한 댐에서 댐운영 및 댐수질에 영향을 미치는 버들류를 제어하기 위해서는 버들류의 발아기에 댐운영 수위를 최대한 높여 현재의 버들류 군락에 의하여 발아, 성장이 불가능하도록 하거나 아니면 댐운영 수위를 낮추어 발아해도 홍수기 동안 장기간의 침수에 의하여 고사되도록 하는 댐운영 방안을 마련해야 할 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
• /
• pp.584-584
• /
• 2015

최근 기후변화로 인한 국지성 집중호우와 태풍 등으로 홍수피해가 급증하고 있음에 따라 침수지역에 대한 공간적인 분석과 사전 예측으로 피해를 최소화하려는 노력이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 소유역 별 평균화된 매개변수로 홍수량을 산정하는 집중형 모형이 아닌 분포형 모형을 적용하여 남강댐 유역의 유출량 산정 및 침수예측을 분석하였다. 분포형 모형은 격자체계를 기반으로 유역에 각 격자별 공간적 특성이 반영된 매개변수를 적용하므로 유역의 특성을 효과적으로 반영하므로 집중형 모형보다 정확한 해석이 가능하다. DEM, 토양도, 토지피복도 등의 격자크기 $240{\times}240$의 지형공간 자료를 ArcGIS를 이용하여 남강댐유역의 Flow direction, 경사도, 하도경사, 불투수율, 유효공극률, 조도계수, 토양심도, 수리전도도, 토양흡인수두 등의 수문매개변수를 추출하였다. 강우 자료의 경우 티센(Thiessen)법에 의해 선정된 남강댐유역 주변의 장수, 거창, 진주, 합천, 산청, 남원 강우관측소의 100년빈도 확률강우량 산정하여 24시간 확률강우를 3분위 Huff 분포시킨 후 강우의 공간적 통계특성을 반영하는 크리깅(Kriging)기법으로 적용하여 강우보간을 실시하였다. 침수예측을 위해 $Vflo^{TM}$모형을 이용해 48시간의 강우모의시간 홍수수문곡선 유도 및 홍수량 산정하였으며, 시간에 따른 침수 시뮬레이션하여 침수예측도를 작성하였다. 작성 시 침수심의 정도에 따라 5개의 구간으로 분류해 침수위험지역을 확인 할 수 있도록 도식화하였다. 본 연구에서는 남강댐유역의 침수위험지역을 개략적으로 예측할 수 있었으며, 추후 연구에서는 보다 조밀한 격자크기와 강우를 이용하여 분석한다면 향후 피난 정보 제공과 홍수재해지도 작성, 홍수방지 시설물 건설 또는 홍수보험계획 등에 응용이 될 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
• /
• pp.125-125
• /
• 2016

남강 권역은 5개의 단위유역으로 구성되어 있으며, 남강A, 남강B, 남강C, 남강D와 남강E로 명명되고 1단계 수질오염총량관리제도 시행 이후 유역 내 개발 등으로 인한 오염원이 증가하고 장기간 퇴적된 저니층으로부터 오염물질이 용출되는 등 수질의 자정능력보다 더 많은 오염물질이 수체내로 유입됨으로써 수질이 악화되자 수량확보 뿐만 아니라 남강의 수질관리에 대해서 관심을 가지기 시작하였다(GNDI, 2010). 남강 하류수계는 하상구배가 매우 완만하며 유속이 느리다. 따라서 물의 체류시간이 호수와 비슷한 양상을 보이고 있다. 더욱이 남강 하류수계는 주변의 도시와 농경지로부터 물의 소모량이 크기 때문에 하류수계의 물의 흐름이 더욱 완만해지고 이로 인하여 수질 악화가 가속화되고 수역의 영양단계가 점점 증가하는 부영양화현상이 발생되고 있다. 남강하류수계와 같이 부영양화 된 수계내의 미처리 된 영양염을 이용한 식물플랑크톤의 생산에 의해 자생BOD가 공급된다. 따라서 남강댐 하류지역과 같은 수리 수문학적 특징을 가진 유역은 수질관리를 위해서 특정 수역에 유입 BOD와 자생 BOD가 어느 정도 기여하는가를 정량적으로 파악한 후, 기여도에 따라 오염원인 물질을 줄이기 위한 수질관리 방안이 설정되어야 한다. 본 연구에서는 남강유역의 오염원의 기여율 분석을 위해 하천수질모델인 QUALKO2를 사용하였으며, 점오염원 뿐만 아니라 수질에 상당한 영향을 끼치는 비점오염원의 영향을 통합적으로 고려하기 위하여 유역 모델인 SWAT과의 연계방안을 제시하였다. 또한 모델의 연계 적용을 통해 산정된 내부오염원과 내부오염원의 기여율과 수질측정결과를 활용하여 분석한 기여도와의 비교를 수행하여 신뢰성을 확보하였다.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제51권spc1호
• /
• pp.1149-1159
• /
• 2018

본 연구는 우리나라 113개 중권역에 대한 기후변화에 따른 미래 홍수 피해액의 예측을 위하여 26개 GCM 모형에서 생산한 강우자료와 1시간 최대 강수량, 10분 최대 강수량, 1일 강수량이 80 mm 초과한 일수, 일 최대 강수량, 연강수량, 유역고도, 시가화율, 인구 밀도, 자산 밀도, 도로와 같은 사회 간접 시설, 하천개수율, 하수도 보급률, 배수펌프시설, 유수지용량 및 과거 홍수 피해액 자료를 활용하였다. 구축된 자료에 대하여 구속 다중선형회귀 모형(Constrained Multiple Linear Regression Model)을 적용하여 홍수 피해액과 여타 입력자료 사이의 상관관계를 구축하고 RCP 4.5와 8.5에 대한 26개 GCM 모형 산정자료를 활용하여 미래 홍수 피해액을 예측하였다. 홍수피해에 주된 요인이 되는 연강수량, 극치 강우량 등 강우관련 요소들이 전반적으로 증가하며 이로 인하여 과거 홍수로 인한 피해액이 광범위하게 증가할 것으로 판단되고 특히 동해안 및 남강댐 유역에 미래의 홍수피해액이 높게 예측되는 경향을 보인다.

• 한국물환경학회지
• /
• 제36권6호
• /
• pp.489-499
• /
• 2020

Effective science-based management of the basin water resources requires an understanding of the characteristics of the streams, such as the baseflow discharge. In this study, the base flow was estimated in the two watersheds with the least artificial factors among the Nakdong River watersheds, as determined using the chemical hydrograph separation technique. The 16-year (2004-2019) discontinuous observed stream flow and electrical conductivity data in the Total Maximum Daily Load (TMDL) monitoring network were extended to continuous daily data using the TANK model and the 7-parameter log-linear model combined with the minimum variance unbiased estimator. The annual base flows at the upper Namgang Dam basin and the upper Nakdong River basin were both analyzed to be about 56% of the total annual flow. The monthly base flow ratio showed a high monthly deviation, as it was found to be higher than 0.9 in the dry season and about 0.46 in the rainy season. This is in line with the prevailing common sense notion that in winter, most of the stream flow is base flow, due to the characteristics of the dry season winter in Korea. It is expected that the chemical-based hydrological separation technique involving TANK and the 7-parameter log-linear models used in this study can help quantify the base flow required for systematic watershed water environment management.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
• /
• pp.156-156
• /
• 2023

본 연구는 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)과 PHABSIM(Physical Habitat Simulation System)을 활용하여 남강댐유역(2,983.0 km²)을 대상으로 유역환경변화에 따른 환경생태유량 확보량을 산정하였다. 유역환경변화를 고려하기 위해 유역환경변화 요인(토지이용, 지하수 이용, 산림생장, 도로개발, 토양깊이)를 1980s(1976~1985), 2010s(2006~2019)로 구분하여 보정된 SWAT에 적용하였다. 유역환경변화 분석결과 토지이용은 1980s 대비 2010s에서 도시와 농업지역은 증가하였으나, 산림과 수역은 감소하였다. 지하수 이용은 1980s 대비 2010s에서 +18.9 백만 m³/년 증가한 평균 31.5 백만 m³/년으로 분석되었고, 산림높이는 1980s 대비 2010s에서 +0.6 m 증가한 평균 12.4 m의 수고를 가지는 것으로 분석되었다. 토양깊이와 도로망의 경우 각각 1980s 대비 2010s에서 -0.2 cm, +29.2 km 증가한 61.3 cm, 51.5 km로 나타났다. 유역환경변화 요인을 SWAT에 적용한 결과, 남강댐유역의 평균 유량은 1980s 대비 2010s에서 -9.5 m³/sec 감소한 77.3 m³/sec로 분석되었다. 남강댐유역의 환경생태유량을 산정하기 위해 하류에 위치한 정암교가 위치한 하천에 대해 PHABSIM을 구축하였고, 대표어종인 피라미에 대한 서식처적합도지수를 적용하여 환경생태유량을 산정하였다. 최적 환경생태유량은 21.0 m³/sec로 나타났고, 가중가용면적-유량 관계를 활용하여 가중가용면적 비율별(100%~25%) 환경생태유량을 산정하였다. 2010s에서 환경생태유량을 만족하지 못하는 73일(Q293~Q365)에 대하여 각 유황과 환경생태유량과의 차이를 일별로 계산한 후 10일 간격의 차이의 총합을 확보량으로 정의하여 산정하였다. 100% 환경생태유량 기준일 때 평균 확보량과 확보기간은 각각 5.36 m³/sec, 73일로 나타났고, 80% 기준일 때 평균 확보량과 확보기간은 각각 2.75 m³/sec, 20일로 나타났다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제28권4B호
• /
• pp.375-381
• /
• 2008

본 연구에서는 자체 개발한 물리적기반의 격자다층 분포형 홍수유출모형을 이용하여 남강댐유역을 대상으로 유출해석을 하고, 최적 매개변수 산정을 위하여 각 매개변수별 민감도 분석을 실시하였다. 그 중 유출량에 가장 큰 영향을 끼치는 유역의 초기 토양함수 상태 및 포화 투수계수를 중심으로 유출량에 미치는 영향의 정도를 파악하고자 하였다. 강우유출해석의 결과로부터 모형의 적합성을 평가하기 위하여 체적오차의 백분율(VER)과 첨두유량 오차의 백분율(QER)을 이용하여 모형을 평가하였으며, VER과 QER이 각각 16.7%, 6.7%로 나타나 매개변수 보정 전에 비해 약 6% 향상된 결과를 보였다. 매개변수 민감도 분석 결과, 개발된 분포형 모형에서 유출에 가장 큰 영향을 미치는 부분이 토양 조건 중에서 투수계수와 층 분할 비율이라는 것을 알 수 있었고, 분포형모형의 특성상 매개변수의 초기보정 없이도 유량의 크기와 첨두시간 모두 관측값과 비교적 잘 맞는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국습지학회지
• /
• 제1권1호
• /
• pp.29-44
• /
• 1999

습지생태계의 변화를 예측하고 적절한 보호 대책을 강구하기 위하여 경남 진주시 남강댐 상류의 습지에서 1997년 4월부터 1997년 11월까지 수생 및 습생 관속식물의 분포 및 군락 구조와 버들류의 생장 유형, 현존량, 양분 흡수량 등을 조사하였다. 분포하는 수생식물은 정수식물 27 종류, 부엽식물 4 종류, 부수식물 3종류, 침수식물 9종류 등으로 43종류이고, 습생식물은 241종류였다. 초본층에서 우점종은 여뀌였으며, 종다양도는 1.59~1.89이고 균등도는 0.87~0.96으로 매우 높았으며 군집유사도 지수는 0.35~0.83이었다. 관목층 및 아교목층에 분포하는 버들류(Salix spp.)는 선버들을 포함한 17종으로서, 조사지역에서 천이 초기의 개척식물로 추정되었다. 버들류의 단위면적 ($100m^2$) 당 밀도는 27.5개체이고, 수간에서 분지된 가지수가 개체당 평균 5.0개였다. DBH 분포는 2cm 미만의 유목과 함께 역J자형의 경사분포형으로서 자연적인 후계림을 기대할 수 있었다. 버들류의 단위면적 ($m^2$)당 기저면적은 $24.87cm^2$이고, 용적은 $12,008cm^3$였다. 조사지역 전체에서 버들류의 식물현존량은 12,894 ton으로서, 이는 $9,551ton/km^2$에 상당하는 양이었다. 버들류의 부위별 생물량 분포는 수간부 64.1%, 분지 및 소지 28.1%, 잎 7.8% 등으로서 수간부의 생물량이 가장 많았으며, 버들류에 흡수된 질소 및 인의 현존량은 각각 68,022 및 19,823 kg이었다. 습지대 식물군락을 이용하여 댐내 수질오염에 미치는 악영향을 감소하고 습지대 식물군락을 보존하기 위한 대책이 제시되었다.