• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.11-11
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• 2021

2018년부터 삼척지역에는 전파강수관측소(X-band 이중편파레이더)가 설치되어 현업 운영 중에 있다. 해당 지역은 영동지역은 산지로 둘러싸여 있어 지형적인 여건으로 지상강우관측망과 기존 대형 강우레이더로도 정확한 강우관측에 한계가 있었다. 설치 이후 전파강수관측소의 품질관리와 최적 관측전략 수립, 분포형 비차등위상차 기반의 강우추정 기법의 적용으로 정량적 추정강우의 정확도가 확보되어 75m의 고해상도 격자강우 정보가 제공되고 있다. 본 연구에서는 이러한 전파강수관측소의 정량적 추정강우를 홍수예보에 활용하기 위해서 강우기반의 하천 수위 예측 기법인 하천흐름계산도표를 개발하였다. 하천흐름계산도표가 개발된 지역은 삼척 전파강수관측소의 관측 반경에 포함되는 삼척오십천 유역이며, 해당지역은 수변공원으로 조성되어 있어 시민의 접근이 용이하여 하천 수위 급상승으로 인해 피해가능성이 높은 지역이다. 2019년과 2020년 호우사례를 대상으로 개발된 하천흐름계산도표에 전파강수관측소의 정량적 추정강우를 적용하여 하천수위 상승 예측성을 평가하였다. 또한 비교대상으로 강우관측소 강우자료와 환경부 대형 강우레이더 강우자료의 적용결과를 함께 비교하였다. 비차등 위상차 기반의 강우추정 기법을 적용하여 산정된 삼척 전파강수관측소의 정량강우는 기존의 강우추정 결과(SRI, CMP_HFC)보다 강우추정 정확도가 향상된 것을 확인하였다. 특히, 10km 관측 반경을 기준으로 분석하면 정확도가 상대적으로 높았다. 삼척 전파강수관측소 추정강우를 하천흐름 계산도표에 적용한 결과, 2020년 9월 7일 호우에 의해 삼척오십천 유역에서 관심수위 초과(10:20), 주의수위 초과(11:20)가 발생하였는데, 삼척 전파강수관측소 추정강우가 관심수위 초과 1시간 50분 전에 수위상승을 예측하였고, 주의수위 초과 30분전에 수위상승을 예측하였다. 이를 통해 개발된 하천흐름계산도표와 삼척 전파강수관측소의 홍수예보 활용 가능성을 확인하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.244-244
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• 2016

과거부터 지금까지 극한강수의 증가경향이 지속되어 미래에도 극한강수의 규모는 증가하고 빈도 또한 잦아지리라 전망되고 있으며, 특히 짧은 지속시간을 갖는 극한강수(국지성 호우)의 증가 경향이 확연한 편이다. 4대강 살리기 사업 이후 하천에 대한 접근성이 향상되어 하천의 기본 목적과 함께, 하천변의 친수지구로써의 활용이 증대되고 있다. 이렇듯 자연(기후) 및 사회환경 변화로 본류 보다는 작은 규모의 지류하천에 홍수위험도가 증가하겠고, 본류도 고(高)수위 보다는 하천변의 침수가 잦아지리라 전망된다. 홍수통제소는 변화하는 환경에 대응하기 위하여 '홍수예보지점의 확대', '홍수정보의 다양화'을 추진하고 있다. '홍수예보지점의 확대'를 통하여 현재 본류 중심의 홍수관리를 지류까지 확대하고, '홍수정보의 다양화'로 하천변(친수지구) 사용자가 요구하는 정보 컨텐츠를 발굴, 제공하여 홍수예보 및 홍수정보에 대한 맞춤형 서비스를 도입하고 있다. 따라서, 이 연구에서는 수요자 중심의 정보제공을 위하여 이용자가 많은 하천 시설물의 현황을 파악하여 현장조사 및 측량을 실시하였고, 측량결과를 바탕으로 친수지구의 위험이 예상되는 관심수위를 지정하였다. 연구결과, 하천변 용도별 현장조사, 위치, 고도 등이 포함된 DB가 구축되었고, 현장 측량으로 정해진 하천변 침수 관심수위의 재현정도를 조사하여 정보제공이 시급히 요구되는 지점을 결정하였다. 향후 이 결과를 기초로 하여 지형 및 하천특성 등을 추가 수집하고, 취약 구간에 대한 정보 제공 방안을 정형화하여 하천변 홍수피해의 최소화를 하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.1307-1311
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• 2010

수자원의 효율적인 관리를 위해서는 홍수량 자료뿐만 아니라 저 평수량의 자료도 매우 중요하며, 이는 최근의 가뭄 발생으로 인하여 용수공급 및 하천수질관리 문제에서 저수위 유량자료의 파악이 중요한 관심 대상이기 때문이다. 이를 위해서는 저수위에 대해 유량측정을 실시하여 유량자료를 확보해야 하며, 이와 더불어 연속적인 유량자료를 얻기 위해서는 신뢰성 있는 수위-유량관계곡선식이 필수적이다. 일반적으로 자연하천에서 수위-유량관계는 수위의 상승 및 하강에 따라 유량변화가 일정한 경향성을 가지고 변동을 하기 때문에 단일함수 관계로 설명이 가능하다. 하지만 갑문 조작에 영향을 받는 구간에서는 수위와 유량만의 단일함수 관계가 아닌 갑문의 개 폐에 따라 수위와 유량이 변동하는 특성을 가지고 있어 일반하천에 비해 수위-유량관계를 규명하는 것이 매우 어려운 문제이다. 본 연구는 금강 하구둑의 갑문조작에 의하여 배수영향을 받는 규암 수위관측소에 대하여 수위-하강고-유량관계를 이용한 유량환산방법, 수면경사를 매개변수로 추가한 다중 회귀식 개발, 자동유량측정 장치를 이용한 유속지수법, 기존 수위-유량관계곡선식을 이용한 유량환산, ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler)를 이용한 유량측정성과에 대하여 비교 분석을 통하여 갑문조작에 의한 배수영향을 받는 지점의 안정적인 유량자료를 제공하는데 목적이 있다. 이와 같이 각 유량환산 방법에 따라 실측 유량과 환산유량 비교의 결과 수위-하강고 유량관계의 경우 평균 26.60%, 기존 수위-유량관계곡선의 경우 130.29%, 유속지수법의 경우 36.48%, 다중회귀식의 경우 24.65%의 상대오차가 발생하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.349-349
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• 2021

일반적인 도시홍수모형은 수리-수문모형을 기반으로 한 홍수위 모형을 사용하고 있으나 강우사상이나 물리적 조건에 따라 모의시간의 변화가 있으며 경우에 따라서는 긴 모의시간이 소요된다. 알파고 이후 큰 관심을 갖게된 딥러닝을 이용한 데이터기반의 모의를 통해 수자원 부분에 적용하여 수위 예측을 진행하였다. 본 연구에서는 딥러닝을 이용하여 관측자료기반의 수위예측 연구를 수행하였다. 대상유역은 중랑천 유역으로 선정하였으며 2015년 ~ 2020년 사이의 10분단위 강우, 수위자료를 이용하였다. 지방자치단체에서 제공하는 강우, 수위자료의 경우 결측자료 또는 이상자료에 대한 보정이 미흡하여 기계학습을 통합 분석자료로 활용하는데 어려움이 있다. 이에, 결측 및 이상자료가 포함된 자료로부터 인위적으로 교란된 데이터 및 결측구간을 삭제한 데이터를 생성하여 자료의 시계열성을 제거하고, 딥러닝을 통한 수위 예측 결과를 정상 데이터를 적용한 결과와 비교하였다. 사용된 딥러닝 모형은 시계열 데이터 예측에 우수한성능을 보이는 LSTM모형과 GRU모형을 이용하였으며 RMSE, NSE를 이용하여 평가하였다. 본 연구에서는 결측자료 및 이상자료가 포함된 수문자료를 자료의 시계열성 제거를 통해 딥러닝 분석 입력자료 구성하기 위한 방안을 제시하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.421-425
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• 2009

수자원의 효율적인 관리를 위해서는 홍수량 자료뿐만 아니라 저 평수량의 자료도 매우 중요하며, 이는 최근의 가뭄 발생으로 인하여 용수공급 및 하천수질관리 문제에서 저수위 유량자료의 파악이 중요한 관심 대상이기 때문이다. 이를 위해서는 저수위에 대해 유량측정을 실시하여 유량자료를 확보해야 하며, 이와 더불어 연속적인 유량자료를 얻기 위해서는 신뢰성 있는 수위-유량관계곡선식이 필수적이다. 일반적으로 자연하천에서 수위-유량관계는 수위의 상승 및 하강에 따라 유량변화가 일정한 경향성을 가지고 변동을 하기 때문에 단일함수 관계로 설명이 가능하다. 하지만 갑문 조작에 영향을 받는 구간에서는 수위와 유량만의 단일함수 관계가 아닌 갑문의 개 폐에 따라 수위와 유량이 변동하는 특성을 가지고 있어 일반하천에 비해 수위-유량관계를 규명하는 것이 매우 어려운 문제이다. 최근에 ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler) 및 유속지수법을 이용한 자동유량측정시설이 국내에 도입됨에 따라 저 평수량에 대한 연속측정이 가능하게 되었으나, 측정된 수위-유량자료를 이용하여 수위-유량관계곡선식을 개발하는 것은 아직까지 국내 외를 막론하고 명확히 해결하지 못하는 문제점이 남아 있다. 본 연구는 갑문의 조작에 따라 크게 영향을 받는 저 평수량에 대하여 수위-수면경사-유량관계를 이용한 산정방법과 자동유량측정시설에 의한 유량산정방법에 대하여 비교 검토하였으며, 이를 검증하기 위하여 ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler)를 이용하여 갑문 개 폐에 따른 연속 측정을 수행하였다. 이와 같은 유량 산정방법과 검증을 통하여 보다 신뢰도가 높은 저 평수량을 산정하는 것이 목적이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.452-452
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• 2022

수문순환의 측면에서 지하수는 지속적인 하천의 흐름을 유지하고, 국내 물 이용의 측면에서 가용수량을 만족할 수 있는 취수량을 확보하기가 어려운 중·소규모 하천 유역에서 필요한 농업 및 생활용수 등 각종 용수를 확보할 수 있는 중요한 수원으로써의 역할을 하고 있다. 기존의 수자원 정책은 하천에서의 취수량 확보를 위한 수공 구조물의 설치 및 운영을 통한 용수 확보의 형태로 입안되었으나, 최근 2012~2018 한반도 가뭄 사태로 대표되는 강수 패턴의 변화로 인하여 하천에서의 취수량 부족 사태에 대응하기 위하여 지표수-지하수 연계를 고려한 수원 확보에 대한 정책적·공학적 관심과 요구가 증가하고 있다. 지하수의 효율적 운영과 안정적 관리를 위해서 지하수 이용에 대한 관리도 중요하나, 강수 사상의 발생 시 지하수 함양량을 정량적으로 평가하는 것 또한 매우 중요하다. 지하수 함양량은 강수량이나 하천유량 및 수위 등과 같이 정확한 양을 관측하기 어렵기 때문에 지하수 함양량을 산정하는 방법은 매우 다양하게 제시되어 있다. 본 연구에서는 지하수 함양량 산정 방법 중 비교적 간단한 방식의 지하수위 변동법(Water Table Fluctuation Method, WTF Method)를 이용하여 전국 행정구역 별 지하수 함양량을 분석하였다. 지하수위 변동법의 경우 신뢰도 있는 지하수위 관측 자료의 확보가 매우 중요한 단계이기 때문에 국가지하수관측망 및 농촌지하수 관측망, 해수침투관측망 등 공공기관에서 제공하고 있는 지하수위 관측 자료를 수집하여 적용하였다. 수집된 자료를 바탕으로 지하수 함양량을 산정하고, 최근 국내의 강수패턴의 변화와의 비교 분석을 통해 강수와 지하수 함양 간의 관계를 정량적으로 제시하였다. 본 연구의 연구 결과는 안정적인 지하수 개발 및 관리를 위한 기초적인 정책적 판단 근거로써 제시될 수 있고, 추후 연구에서 지하수위 회복 및 지하수자원 관리 방안 적용에 따른 효과 분석 연구에 활용 될 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.357-357
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• 2019

최근 한반도에서 예측하기 어려운 지진현상 및 가뭄, 폭우 등 이상기후현상이 지속적으로 발생하고 있다. 댐과 같은 수공구조물의 치수능력부족은 구조물의 파손이나 붕괴로 직결되며, 대규모 재산피해와 인명피해를 야기한다. 이에 댐의 안전성 위험요인들로부터 구조적 안전성을 평가하기 위한 방법에 대한 관심이 높아지고 있다. 비상방류시설은 여수로와 함께 저수지의 저류수를 안전하게 배제시킬 수 있는 구조물로서, 댐 비상상황 발생 시 가능한 빠른 시간 내 댐 수위를 낮춰 댐 손상을 최소화 시킨다. 이러한 점에서 비상방류시설의 적정성 평가하기 위한 방법의 도입이 필요할 것으로 판단되며, 본 연구에서는 비상방류시설의 수위강하율을 산정하여 댐 축조재에 따른 적합성을 평가하는 방법을 제시하였다. 필댐의 경우 5가지, 콘크리트, 석괴댐의 경우 3가지 사항에 대한 수위강하율의 적합성을 고려하였으며, 각각의 고려사항에 대한 결과의 점수화를 통해 비상방류시설의 적정성을 평가하였다. 최종적으로 경과연수가 50년 이상된 필댐을 선정하여 비상방류시설 수위강하율의 고려사항에 대한 적합성 평가를 수행하였다. 본 연구방법은 댐의 안정성 개선을 위한 노후화된 댐의 현황 파악 및 비상방류시설의 적정 운영방안을 수립하는데 있어 보다 합리적인 기준을 제시할 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.1159-1163
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• 2010

최근의 극심한 기상이변으로 인하여 발생되는 유출량의 예측에 관한 사항은 치수 이수는 물론 방재의 측면에서도 역시 매우 중요한 관심사로 부각되고 있다. 강우-유출 관계는 유역의 수많은 시 공간적 변수들에 의해 영향을 받기 때문에 매우 복잡하여 예측하기 힘든 요소이다. 과거에는 추계학적 예측모형이나 확정론적 예측모형 혹은 경험적 모형 등을 사용하여 유출량을 예측하였으나 최근에는 인공신경망과 퍼지모형 그리고 유전자 알고리즘과 같은 인공지능기반의 모형들이 많이 사용되고 있다. 하지만 유출량을 예측하고자 할 때 학습자료 및 검정자료로써 사용되는 유출량은 수위-유량 관계곡선식으로부터 구하는 경우가 대부분으로 이렇게 유도된 유출량의 경우 오차가 크기 때문에 그 신뢰성에 문제가 있을 것으로 판단된다. 따라서 본 논문에서는 선행우량 및 수위자료로부터 단시간 수위예측에 관해 연구하였다. 신경망은 과거자료의 입 출력 패턴에서 정보를 추출하여 지식으로 보유하고, 이를 근거로 새로운 상황에 대한 해답을 제시하도록 하는 인공지능분야의 학습기법으로 인간이 과거의 경험과 훈련으로 지식을 축적하듯이 시스템의 입 출력에 의하여 연결강도를 최적화함으로서 모형의 구조를 스스로 조직화하기 때문에 모형의 구조에 적합한 최적 매개변수를 추정할 수 있다. 따라서 정확한 예측이 어려운 하천수위를 과거의 자료로 부터 학습된 신경망의 수학적 알고리즘을 통해 유출량의 예측에 적용할 수 있을 것이다. 유전자 알고리즘은 적자생존의 생물학 원리에 바탕을 둔 최적화 기법중의 하나로 자연계의 생명체 중 환경에 잘 적응한 개체가 좀 더 많은 자손을 남길 수 있다는 자연선택 과정과 유전자의 변화를 통해서 좋은 방향으로 발전해 나간다는 자연 진화의 과정인 자연계의 유전자 메커니즘에 바탕을 둔 탐색 알고리즘이다. 즉, 자연계의 유전과 진화 메커니즘을 공학적으로 모델화함으로써 잠재적인 해의 후보들을 모아 군집을 형성한 뒤 서로간의 교배 혹은 변이를 통해서 최적 해를 찾는 계산 모델이다. 따라서 본 연구에서는 인공신경망의 가중치를 유전자 알고리즘에 의해 최적화시킨후 오류역전파알고리즘에 의해 신경망의 학습을 진행하는 모형으로 감천유역의 선산수위표지점의 수위를 1시간~6시간까지 예측하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.302-302
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• 2022

최근 태풍, 집중호우로 인한 홍수피해가 빈번히 발생함하고 있다. 특히 상류에 저수지가 있을 경우 홍수조절을 통해 하류지역의 홍수피해를 저감하기도 하지만 급작스런 방류량의 증가 등으로 인해 하류지역의 피해가 증가되는 경우도 있다. 따라서 하류지역 홍수피해 저감을 위해 저수지의 홍수관리기능에 대한 관심도가 높아지고 있다. 대규모 다목적댐의 경우 다양한 저수지운영룰을 통해 수문을 운영하고 있어 홍수조절기능을 충분히 수행하고 있지만, 농업용저수지는 홍수관리에 있어 수문조작 전문성의 부족과 운영룰의 미정립 등으로 인해 취약성을 가지고 있는 상황이다. 본 연구에서는 수문이 설치된 1백만m³이상의 저수지 중 성주저수지를 연구대상저수지로 선정하였다. 비상수문을 통한 사전방류방안과, 저수지운영을 연구하여 농업용저수지의 홍수조절용량 확보를 위한 사전방류방안에 대해 연구하였다. 저수지운영은 Auto ROM을 적용하였고 홍수조절용량 확보를 위하여 홍수기 수위관리기법 중 사전방류기법을 채택하였다. 사전방류기법은 모의기법에 의한 사전방류와 최적화기법에 의한 최적사전방류량을 결정하는 방법으로 연구하였다. 홍수기의 제한수위는 유효저수량의 70%인 EL.179.7m, 65%인 EL.178.8m, 60%인 EL.177.8m로 설정하여 분석하였다. 모의기법에 의한 사전방류방법은 초기수위는 만수위에서부터 1.0m씩 감소하였고, 비상수문은 0.5m씩 개방하여 4.0m까지 개방 하였다. 사전방류의 시간은 24hrs, 48hrs를 적용하였다. 최적화기법에 의한 사전방류방법은 초기수위는 모의기법과 동일하고 목표수위를 제한수위(70%, 65%, 60%)가 되는 최적방류량을 산정하고 최적방류량을 방류할 수 있는 수문의 개방높이를 분석하였다. 2012년, 2020년의 호우사상에 대해 사전방류가 없는 경우와 모의기법, 최적화기법에 의한 사전방류결과를 적용한 경우를 비교하여 검토하였다. 그 결과 제한수위 70%를 유지할 경우 2012년은 모의기법이 5.6%, 최적화기법이 5.4%의 방류량 감소효과가 있으며 2020년은 모의기법이 9.0%, 최적화기법이 8.8%의 방류량 감소효과가 있는 것으로 검토되었다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.42 no.8
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• pp.673-680
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• 2009

Alternatives to conventional water resources are being sought due to the scarcity and the poor quality of surface water. Riverbank filtration (RBF) is one of them and considered as a promising source of water supply in some cities. Changwon City has started RBF in 2001 and field data have been accumulated. This study is to develop a time-series model for groundwater level data collected from the pumping area of RBF. The site is Daesan-myeon, Changwon City, where groundwater level data have been measured for the last five years (Jan. 2003$\sim$Dec. 2007). Minute-based groundwater levels was averaged out to monthly data to see the long-term behavior. Time-series analysis was conducted according to the Box-Jenkins method. The resulted model turned out to be a seasonal ARIMA model, and its forecasting performance was satisfactory. We believe this study will provide a prototype for other riverbank filtration sites where the predictability of groundwater level is essential for the reliable supply of water.