• Journal of the Korean GEO-environmental Society
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• v.11 no.2
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• pp.13-21
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• 2010

The unsaturated slope usually is stable for a long time, but fails during heavy rainfall. And the factors of the rainfall intensity exhibit significant roles because the water content and the shear stress developed along the potential failure surface will be changed by the rainfall intensity. The objective of the study presented in this paper is to analyze the relationship between rainfall intensity and shear stress of the soil slopes by applying the laboratory slope model apparatus and undrained direct shear test with rainfall intensity controlled. The soil sample was taken from the field slope of Youngdong, and particle size analysis was done. To look over the relationship between rainfall intensity and shear strength of slope, the three-dimensional relationships among shear strength, normal stress and water content of the slope soil samples are examined; those are based on the data from the TDR sensor and undrained direct shear test.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.56 no.12
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• pp.919-928
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• 2023

Rainfall characteristics in Korea are concentrated during the summer flood season. In particular, when a large amount of turbid water flows into the dam due to the increasing trend of concentrated rainfall due to abnormal rainfall and abnormal weather conditions, prolonged turbid water phenomenon occurs due to the overturning phenomenon. Much research is being conducted on turbid water prediction to solve these problems. To predict turbid water, turbid water data from the upstream inflow is required, but spatial and temporal data resolution is currently insufficient. To improve temporal resolution, the development of the Turbidity-SS conversion equation is necessary, and to improve spatial resolution, multi-item water quality measurement instrument (YSI), Laser In-Situ Scattering and Transmissometry (LISST), and hyperspectral sensors are needed. Sensor-based measurement can improve the spatial resolution of turbid water by measuring line and surface unit data. In addition, in the case of LISST-200X, it is possible to collect data on particle size, etc., so it can be used in the Turbidity-SS conversion equation for fraction (Clay: Silt: Sand). In addition, among recent remote sensing methods, the spatial distribution of turbid water can be presented when using UAVs with higher spatial and temporal resolutions than other payloads and hyperspectral sensors with high spectral and radiometric resolutions. Therefore, in this study, the Turbidity-SS conversion equation was calculated according to the fraction through laboratory analysis using LISST-200X and YSI-EXO, and sensor-based field measurements including UAV (Matrice 600) and hyperspectral sensor (microHSI 410 SHARK) were used. Through this, the spatial distribution of turbidity and suspended sediment concentration, and the turbidity calculated using the Turbidity-SS conversion equation based on the measured suspended sediment concentration, was presented. Through this, we attempted to review the applicability of the Turbidity-SS conversion equation and understand the current status of turbid water occurrence.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.470-470
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• 2023

하천 및 저수지의 수량자료 수집을 위해 부자식 또는 레이더식 수위계 등의 계측기를 이용하여 수위의 변화를 측정한다. 그러나, 수량 모니터링을 위해 설치되는 계측기와 유지관리를 위한 인력소모 비용의 이유로 일부 지역에서만 제한적으로 수행되고 있어 정확한 수문 해석에 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 저가의 센싱장비와 라즈베리파이를 활용한 ICT 기술을 수량 모니터링분야에 적용하여 수위 모니터링 기술을 개발하고자 한다. 라즈베리파이(Raspberry Pi 3 B Model)는 오픈소스 기반의 초소형 컴퓨터로 여러 센서를 연결하여 다양한 수문 인자(토양수분, 온도, 수위 등)들을 측정할 수 있으며, 통신 모듈이 기본 내장되어 있어 통신망 구축을 통해 측정데이터를 데이터베이스에 저장할 수 있다. 수위센서(eTape)와 초음파센서를 연결하여 실제 하천 유량 모니터링에 활용되고 있는 부자식 수위계 장비와 비교 분석을 통해 활용 가능성을 검증하고자 하였다. 검증방법은 인공강우실험을 위해 설치된 플륨관에 수위센서(eTape)와 초음파센서를 부착하여 기존 운영중인 부자식 수위계와 비교하였다. 부자식 수위계의 측정결과와 두 센서의 상관관계를 분석한 결과 결정계수(R²)가 0.94 이상으로 나타났다. 분석결과와 같이 기존 고가의 수위 관측장비들을 대체하여 저가의 센서 기반 모니터링 장비들의 실용화가 가능할 것이라 판단된다. 향후 연구에서는 다양한 센서(수위, 초음파, 카메라 등)를 이용하여 농업용수 물수지 분석에 활용할 계획이다. 농업용수는 수자원 총량 중 차지하는 비율이 높음에도 불구하고 정량적 데이터가 부족한 실정이며, 지역별 공급 특성이 다양하여 이를 계량화하기 위해서는 다수의 계측기가 필요하다. 따라서, 본 연구에서 개발중인 센서를 활용하여 물순환 과정의 정량적인 계측을 통해 농업용수의 효율적인 관리 및 농업용수의 하천기여도 평가 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.320-320
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• 2021

홍수피해가 빈발하는 도시 및 소규모 산지 유역에서와 같이 지체시간이 짧은 유역에서 국지적으로 발생하는 돌발홍수는 우량계와 기존 하천유역 예보시스템만으론 예보가 불가능하다. 동일한 강우에서도 지역에 따라 침수시간이나 침수심이 달라지기 때문에 정확한 돌발홍수예보를 위해서는 지역에 따른 침수특성과 유속특성을 달리 고려해야 한다. '골든타임 확보를 위한 유역 시공간 상세 홍수예보기술 개발(환경부)'에서 개발한 '국지 돌발홍수예측 시스템'은 지역별 검증된 침수특성과 유속특성의 관계식을 산정하여 돌발홍수예보 기준을 설정하였다. 그리고 도달시간이 짧은 도시 및 산지에서 홍수예보 선행시간을 확보하기 위해 강우레이더 기반 돌발홍수 예측 시스템을 구축하여 시범 운영 중이다. 그러나 도시·산지 중소하천유역 등 홍수예보 취약지역에 대한 돌발홍수예보 정확도를 제고하기 위해서는 기 설정된 돌발홍수위험 예보 기준을 정밀하게 평가·검증·개선 할 수 있는 실증 체계가 반드시 필요하다. 이러한 배경에서 본 연구에서는 2021년부터 3개년 동안 홍수예보 취약지역에 강우레이더와 경제적 IoT 관측센서 정보를 기반으로 돌발홍수예보 실증기술을 개발하여 전국 돌발홍수예보 실용화 기반 구축하고자 한다. 홍수피해 취약지역인 도심지, 산지·계곡, 해안지역에 실증 테스트베드를 선정하고 강우레이더-IoT 실증 관측망을 구축하여 돌발홍수예보 기술 실증과 돌발홍수 위험기준 설정 가이드라인을 마련하고자 한다. 더불어 도시 중소하천유역 홍수예보 활용을 위한 소형강우레이더 강우량 정확도 개선 기술 개발과 홍수기 강우레이더 기반 홍수예보 관-연 협업 시범 운영을 추진할 계획이며, 최종적으로는 강우레이더와 IoT 정보 기반 돌발홍수 실증 시스템을 구축 운영하고자 한다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.46 no.11
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• pp.1129-1140
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• 2013

Precipitation is one of the important factors in the hydrological cycle. It needs to understand accurate of spatial precipitation field because it has large spatio-temporal variability. Precipitation data obtained through the Tropical Rainfall Monitoring Mission (TRMM) 3B43 product is inaccurate because it has 25 km space scale. Downscaling of TRMM 3B43 product can increase the accuracy of spatial precipitation field from 25 km to 1 km scale. The relationship between precipitation and the normalized difference vegetation index(NDVI) (1 km space scale) which is obtained from the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometers (MODIS) sensor loaded in Terra satellite is variable at different scales. Therefore regression equations were established and these equations apply to downscaling. Two renormalization strategies, Geographical Difference Analysis (GDA) and Geographical Ratio Analysis (GRA) are implemented for correcting the differences between remote sensing-derived and rain gauge data. As for considering the GDA method results, biases, the root mean-squared error (RMSE), MAE and Index of agreement (IOA) is equal to 4.26 mm, 172.16 mm, 141.95 mm, 0.64 in 2009 and 17.21 mm, 253.43 mm, 310.56 mm, 0.62 in 2011. In this study, we can see the 1km spatial precipitation field map over Korea. It will be possible to get more accurate spatial analysis of the precipitation field through using the additional rain gauges or radar data.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.154-154
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• 2023

수질모니터링은 수자원 보존과 공중 보건에 있어 매우 중요하다. 기후변화로 인한 이상강우와 산업화 등의 이유로 비점오염물질 및 오염원 배출량이 증가하여 하천과 호소에 영양염류가 증가하게 된다. 영얌염류의 증가로 하천에 부영양화 상태가 지속된다면 녹조발생 등으로 인해 생태계에 부정적 영향을 초래하게 된다. 또한 부영양화는 원수의 유기물량 증가로 인해 처리비용 증가, 이취미 문제 등 인간에게도 직접적인 문제를 유발한다. 특히 우리나라의 경우 하천 취수율이 높은 국가이며, 낙동강 중상류 지역에는 산업시설이 과도하게 밀집되어 있어 하천에 오염물질 유입이 되어 부영양화가 된다면 심각한 문제를 유발하게 된다. TN은 부영양화의 중요한 지표다. 우리나라의 TN 측정은 시료 채수 후 실험실에서 수질오염공정 시험기준에 따라 진행이 된다. 실험실 분석은 TN 농도를 분석하는 일반적인 방법이며, 정확한 검출 및 정량화를 목표로 한다. 하지만 이러한 방식은 정교한 장비를 갖춘 전문 실험실 및 전문 인력을 필요로 한다. 환경부에서 주요 하천에 수질측정망을 설치하여 수질현황에 대한 종합적인 조사를 통해 수질변화 추세를 파악하는 것이 가능하지만, 실시간 TN 농도를 감지하는데 매우 제한적이다. 현재 조사방식은 TN 농도 증가로 인한 문제에 대해 초기대응을 하기에는 한계가 있다. 최근 센서의 발전으로 다양한 항목을 신속하고 지속적으로 모니터링 할 수 있게 되었다. TN에 대한 직접적인 센서 모니터링은 불가능 하지만 여러 측정 항목이 TN과 상관관계가 있는 것이 여러 연구에서 입증되었다. 이러한 결과를 바탕으로 본 연구에서는 오염도가 높은 낙동강을 대상으로 TN 예측에 대한 기초 연구를 진행하였다. 과거 측정된 자료를 활용하여 센서로 측정 가능한 항목을 통해 TN 예측을 진행하며, 실제 활용을 위해 회귀식을 도출하고자 한다. 최근 환경부에서 실시간 수질 현황 및 오염도를 파악하기 위해 자동측정망 지점을 늘리는 추세인데, 본 연구의 결과를 활용한다면 실시간 TN 예측에 대한 기초자료 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2010.02a
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• pp.51.1-51.1
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• 2010

본 논문은 중소 도시하천을 위한 수해관리시스템 개발에 관한 것이다. 일반적으로 도시하천은 집중호우 발생 시 수위가 급격히 상승하는 특성이 있으므로 하천 재난관리 측면에 있어서 특별한 주의가 필요하다. 따라서 이와 같은 하천의 경우에는 강우와 유출 관계식으로부터 수립된 수문학적 모형을 사용하여 홍수 발생 여부를 예측하는 것 보다는 하천 수위의 실시간 변동 상황을 즉시 감지하고 위험상황 발생 시 이를 신속히 전파하는 것이 재난관리 측면에 있어 더욱 유리할 수 있다. 본 연구에서는 이를 위하여 실시간 센서 데이터를 보다 효율적으로 처리할 수 있는 복합 이벤트 처리기법을 사용하여 수해관리시스템을 개발하였다. 또한, 외부의 재난관리시스템과 정보를 공유하며 연동을 원활히 수행할 수 있으며 경보를 다수의 사용자에게 효과적으로 전파할 수 있는 이벤트 주도적 아키텍처를 적용하였다. 본 연구를 통해서 최근 실시간 데이터 처리기법으로 주목을 받고 있는 복합 이벤트 처리기법이 수해관리에 효과적임을 알 수 있었으며 타 분야의 재난관리에도 널리 적용될 수 있는 것으로 파악되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1774-1778
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• 2008

유량 환산에 이용되는 수위-유량 관계곡선식은 하천의 흐름을 정상 등류상태로 가정하고 유속계를 하천에 투입하여 년간 정해진 횟수의 유량측정을 실시하여 이로부터 갱신하여 작성하고 있다. 평수기에는 이렇게 기기를 이용하여 유량측정이 가능하지만 홍수기나 갈수기에는 접촉식 유속계를 이용한 하천유량 측정이 불가능한 실정이다. 홍수기에는 기기 손상과 관측자의 안전이 위협받는 실정이고, 갈수기에는 유속이 너무 느려서 (0.1 m/s 이하) 프로펠러 유속계의 경우 유속의 정확한 관측이 힘들다. 또한 전지구적 빈번한 이상기후의 현실정에서 가장 중요한 기초 수문자료인 홍수량의 정확한 측정 자료는 많지 않다. 홍수유량을 측정하기 위해서 현재에도 기존의 봉부자를 이용하거나 유비쿼터스 센서를 장착한 봉부자를 이용하는 유량측정 기법이 향해지고 계속적으로 소개되고 있는 실정이지만 봉부자의 특성상 정확한 유량을 계산하기에는 어려움이 많다. 현재 선진국에서는 흐름과 비접촉식 방법을 이용한 하천유량측정 방법이 지난 10 여년간 꾸준이 연구되어 왔다. 그중 대표전인 것이 전자파를 이용한 방법과 영상해석에 의한 방법이다. 전자의 경우 국내에서는 수자원공사에서 10년 이상 연구 개발하여 상품화 시킨바 현업에서 이를 이용하여 홍수유량측정을 실시하고 있다. 후자의 방법은 유체역학 분야에서 흐름해석에 주로 이용되어지던 PIV(particle image velocimetry) 기법을 하천과 같이 대규모의 흐름영역에 적용가능하도록 개발된 기술로 LSPIV (large-casle particle image velocimetry)라 불리우는 기술이다. 본 연구에서는 미국 Iowa 대학에서 개발한 LSPIV를 이용하여 홍수파의 진행시 수위와 유량의 두 변수 사이에 나타나는 Loop rating curve의 이론적인 관계를 하천현장에서 일정시간 간격으로 실측을 통하여 파악하고자 하였다. 현장실험을 위한 대상지점으로 미국 Iowa주 Coralville 시내 Clear Creek의 USGS (US Geologival Survey) 수위관측소 지점을 선택하여 본 연구에서 실시한 유량측정 결과의 비교가 가능토록 하였다. LSPIV는 그 특성상 야간에는 적용하는데 어려움이 있어 아침시간부터 해가 지기 직전까지의 자연채광 조건의 영상취득이 가능한 시간대에서 표면유속을 측정하였고 이에 수심평균유속환산계수를 적용하여 유량을 계산하였다. 강우의 발생으로 인한 홍수파의 진행시 총 43회의 유량을 측정하였는바 이를 이용하여 이 지점의 수위-유량 관계식과 비교한 결과 거의 일치하는 결과를 나타냈다. 특히 홍수파의 진행시 고수위 영역에서의 측정한 결과는 수위의 상승기에는 최고로 7.5% 까지 측정유량이 수위-유량관계식에서 계산한 유량보다 컸으며, 수위의 하강기에는 반대로 최고 5.4% 정도까지 측정유량이 수위-유량관계식에서 계산한 유량보다 작게 나타났다. 또한 최대유량의 발생시기는 최고수위 발생직전의 수위라는 것이 파악되었다. 이러한 경향은 수위-유량 관계곡선의 이론과 잘 일치하는 것이다.

• Korean Journal of Remote Sensing
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• v.32 no.2
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• pp.155-169
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• 2016

In this study, we developed a multi-sensor blending short-term rainfall forecasting technique using radar and satellite data during extreme rainfall occurrences in Busan and Gyeongnam region in August 2014. The Tropical Z-R relationship ($Z=32R^{1.65}$) has applied as a optimal radar Z-R relation, which is confirmed that the accuracy is improved during 20mm/h heavy rainfall. In addition, the multi-sensor blending technique has applied using radar and COMS (Communication, Ocean and Meteorological Satellite) data for quantitative precipitation estimation. The very-short-term rainfall forecasting performance was improved in 60 mm/h or more of the strong heavy rainfall events by multi-sensor blending. AWS (Automatic Weather System) and MAPLE data were used for verification of rainfall prediction accuracy. The results have ensured about 50% or more in accuracy of heavy rainfall prediction for 1-hour before rainfall prediction, which are correlations of 10-minute lead time have 0.80 to 0.53, and root mean square errors have 3.99 mm/h to 6.43 mm/h. Through this study, utilizing of multi-sensor blending techniques using radar and satellite data are possible to provide that would be more reliable very-short-term rainfall forecasting data. Further we need ongoing case studies and prediction and estimation of quantitative precipitation by multi-sensor blending is required as well as improving the satellite rainfall estimation algorithm.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.55 no.11
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• pp.931-939
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• 2022

In Korea, about two-thirds of the precipitation is concentrated in the summer season, so the problem of turbidity in the summer flood season varies from year to year. Concentrated rainfall due to abnormal rainfall and extreme weather is on the rise. The inflow of turbidity caused a sudden increase in turbidity in the water, causing a problem of turbidity in the dam reservoir. In particular, in Korea, where rivers and dam reservoirs are used for most of the annual average water consumption, if turbidity problems are prolonged, social and environmental problems such as agriculture, industry, and aquatic ecosystems in downstream areas will occur. In order to cope with such turbidity prediction, research on turbidity modeling is being actively conducted. Flow rate, water temperature, and SS data are required to model turbid water. To this end, the national measurement network measures turbidity by measuring SS in rivers and dam reservoirs, but there is a limitation in that the data resolution is low due to insufficient facilities. However, there is an unmeasured period depending on each dam and weather conditions. As a sensor for measuring turbidity, there are Optical Backscatter Sensor (OBS) and YSI, and a sensor for measuring SS uses equipment such as Laser In-Situ Scattering and Transmissometry (LISST). However, in the case of such a high-tech sensor, there is a limit due to the stability of the equipment. Therefore, there is an unmeasured period through analysis based on the acquired flow rate, water temperature, SS, and turbidity data, so it is necessary to develop a relational expression to calculate the SS used for the input data. In this study, the AEM3D model used in the Water Resources Corporation SURIAN system was used to improve the accuracy of prediction of turbidity through the turbidity-SS relationship developed based on the measurement data near the dam outlet.