• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.370-370
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• 2023

수자원이란 인간의 생활이나 경제활동 및 자연환경 유지 등을 하는데 이용할 수 있는 자원으로서의 물을 말하며 효율적인 수자원의 활용을 위해서는 수문조사가 필수적이라고 할 수 있다. 수문조사는 강수량, 수위, 유량, 유사량, 증발산량, 토양수분량을 측정, 조사, 분석하는 것이라고 할 수 있으며 이 중 유량은 강우-유출 관계 규명, 이수, 치수 등을 위해 높은 정확도의 관측자료가 필요하다. 그러나 하천유량은 장기간 연속적으로 관측하는 것이 어려우므로 특성 횟수의 유량조사를 통해 수위-유량관계곡선식(Rating curve)을 개발하여 수위로부터 연속적인 유량을 산정하여 활용하고 있어 이를 개선하기 위해 전자파표면유속계를 활용한 자동유량측정장치를 개발하였으며 측정자료 분석 및 알고리즘 고도화를 통해 신뢰도 높은 유량을 산정하고자 하였다. 운동하는 물체에 의하여 산란된 전자파의 주파수가 변하게 되는 현상을 도플러 효과라고 하며 이때의 주파수의 변화량을 도플러 주파수라고 한다. 전자파표면유속계는 하천 수면으로 전자파를 발사한 후 물 표면에서 반사되는 전자파의 도플러 효과를 이용하여 표면유속을 측정하는 것으로 전자파표면유속계를 교량 상류 방향으로 고정시켜 설치하였으며 측정된 자료는 유량관측 시스템에서 저장, 관리되고 물리적, 통계적 방법이 적용된 알고리즘을 통해 유량을 산정한다. 산정된 유량의 정확도 확보를 위해 바람 영향, 최적 환산계수 재산정, 통계분석 등을 통해 시스템의 유량산정 알고리즘 개선 방안을 도출하였으며 개선된 알고리즘이 적용된 유량은 NSE(Nash Sutcliffe Efficiency), PBIAS(Percent Bias), RSR(RMSE-observations standard edviation ratio)을 통해 평가하였다. 바람 영향은 유량 관측 고도화 매뉴얼(일본 토목연구소)의 경험식과 현장에서 관측된 풍향·풍속을 활용하여 분석하였으나 개선효과가 미미한 것으로 나타났으며 자동으로 관측된 유량자료에 포함된 무작위적인 변화량을 감소시키기 위해 경향성 분석을 병행하여 이동평균 방법을 적용하였다. 또한 ADCP 등을 활용한 유량측정성과와 수위-유량관계곡선식과의 비교·분석을 통해 수위별 최적 환산계수를 산정하여 유량산정 알고리즘에 적용한 결과 NSE는 0.980, PBIAS는 1.580, RSR은 0.142로 모두 Very Good(높은 상관성)으로 분석되어 유량자료의 정확도를 확보하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.1177-1180
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• 2009

현재 국토해양부 4대강 홍수통제소에서는 369개의(2007년 한국수문조사연보 기준) 수위관측소를 설치 운영하고 있으며 현장에서 수집되는 수위자료의 측정방법은 부자식, 레이더식, 초음파식, 영상수위계 등 다양하다. 한강홍수통제소에서 자체 시험연구과제로 수행한 "TM 및 일반수위관측자료 비교분석연구" (국토 해양부, 2007)에 의하면 홍수예보를 위한 주요지점을 위주로 부자식과 레이더식, 부자식과 초음파식 등으로 수위계가 이중화 설치된 것으로 조사된 바 있다. 최근 홍수예보시 수위계 장비 자체의 결함이나 통신이상 등으로 발생되는 결측치나 이상치 자료를 최소화하기 위하여 주 관측방식이 부자식인 수위관측소에서 부자식 수위계의 기기 고장이나 부자 걸림 등이 발생되어 정상적인 자료 취득이 어려운 경우, 보조로 설치된 레이더식 또는 초음파식 수위계의 자료를 수신 받아 자료 손실을 최소화하고 주요지점의 자료 생산 제공 활용의 안정화를 도모하기 위함이다. 따라서 이러한 활용성을 극대화하기 위해 평상시 주 수위계와 보조 수위계에서 생산되는 자료를 동시에 저장하여 두 자료를 비교 분석하여 향후 홍수통제소에서 적용 가능한 자료관리 및 운영에 대한 개선방안을 제안하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.408-408
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• 2022

환경부 홍수통제소의 경우는 전국단위의 강수량(지상, 레이더), 하천수위, 유사량 관측과 국부적으로 증발산량과 토양수분 관측이 이루어지고 있는 상황이며, 기상청 및 다른 공공기관도 각 목적에 맞게 수문기상관측이 이루어지나 유역(또는 지역) 단위의 물순환 과정(강우량, 유출량, 증발산량, 지하수함양량, 토양수분량 등 포함)을 규명하는 조사·연구는 매우 미비한 실정이다. 개별적인 물순환 성분별 수문조사에서 벗어난 전체적인 관점을 고려한 유역단위의 물순환 과정을 규명하는 것은 매우 중요하다. 즉 물순환 성분별 명확한 수문량 산정 결과는 수자원 개발과 물환경 보전에 중요한 정보를 제공할 수 있다. 따라서 물순환 성분별 명확한 분석을 위해서는 중·소규모 유역 단위를 대상으로 지속적이고 신뢰성 있는 자료의 획득과 축적이 중요하므로 중·소규모 유역 단위의 대표성 있는 시험유역의 운영은 매우 의미가 있다고 볼 수 있다. 본 논문에서는 한국건설기술연구원에서 운영하는 차탄천 유역(보막교 수위관측소 기준, 유역면적 88.17km², 유로연장 18.69km, 유로경사 1.62%, 경기도 연천군 소재)의 2021년 수문관측자료를 이용하여 지표수 물순환 성분인 강우량, 하천유출량, 증발산량의 자료를 산정하였다. 기본 관측자료인 강우량은 각 지점강우량의 관측자료의 비교·검토 등 품질관리를 통해 자료를 확정하고 유역평균강우량을 산정하였다. 하천수위는 기준수위표와의 검토를 통해 자료를 확정하였으며, 하천유출량은 기존 유량측정성과와 단면검토를 통해 수위-유량관계곡선식을 개발하고, 확정된 수위자료를 적용하여 산정하였다. 그리고 증발산량은 유역내의 기상관측자료와 유역인근 3개 관측소(동두천, 파주, 철원)의 기상자료를 이용하여 잠재증발산량을 산정하여 추정한 값이다. 각 물순환 성분별로 생성된 2021년의 차탄천 유역(보막교 수위관측소 기준)의 총강우량은 1,149.8mm이며, 하천유출량은 701.2mm(총강우량 대비 61.0%), 실제증발산량(잠재증발산량 추정값)은 381.3mm(33.2%)이며, 그 외는 유역 손실량이다. 이와 같이 산정된 물순환 성분별 자료는 유역의 물순환 과정 규명을 위한 기초자료로 매우 유용하게 활용될 수 있으며, 유역 물관리를 위한 의사결정 과정에 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.364-364
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• 2012

수자원 연구의 주요 목적인 효과적인 홍수 및 가뭄관리를 하기 위해서는 그 연구의 기초가 되는 자료를 관측하고 정도(accuracy, 精度)를 향상시키는 연구 또한 매우 중요한 부분이라고 볼 수 있다. 이러한 점에서 수위-유량측정의 경우, 관측자의 숙련도와 계측기 오차에 따라 관측값에 미치는 영향이 큰 특징을 갖고 있어 유량측정의 정확성을 높이고자 진보된 계측기의 개발 및 분석 방법에 관한 연구는 꾸준히 진행되고 있다. 일반적으로 유량을 추정하기 위해서 특정 단면에서의 수위를 측정하여 이를 수위-유량 관계곡선을 통해서 유량으로 환산하고, 수위-유량 관계를 측정한 후 이를 회귀분석 방법으로 내삽 및 외삽을 실시하여 유량을 측정하게 된다. 그러나 수위-유량 관계곡선에서 저수위와 고수위를 하나의 곡선식으로 하게 되는 경우 정도가 낮아지게 되므로 많은 경우에 있어서 저수위, 고수위를 각각의 곡선으로 구하여 사용하고 있다. 문제는 이러한 경우 정량적으로 변곡점을 구하기보다는 경험적으로 저수위와 고수위를 구분하고 있으며, 수위-유량관계를 회귀식에 의해서 추정하게 되므로 이에 대한 불확실성이 발생하게 된다. 따라서 본 연구에서는 불확실성을 정량화시키기 위한 방법으로 Bayesian MCMC 기법을 활용하며 수위-유량 관계곡선식의 매개변수들의 사후분포를 추정하여 매개변수의 최적화 및 불확실성을 평가하였다. 앞서 언급되었듯이 저수위 및 고수위로 분리하여 수위-유량 곡선식을 도출하고 있으나 저수위 및 고수위를 분리하는 기준이 경험적이기 때문에 신뢰성이 저해되는 문제점이 발생한다. 본 연구에서는 수위-유량 곡선식의 매개변수들을 최적화 하는 동시에 Poisson 분포 기반의 변동점 분석이 연동되어 저수위 및 고수위를 분리할 수 있는 Bayesian 기반 통합 수위-유량 곡선 해석 방법을 개발하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.31-31
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• 2020

가뭄 발생 시 국내 농어촌 지자체 대부분은 추가 수원공 확보를 위한 긴급 대책으로 신규 관정을 개발하거나, 저수지와 하천을 준설하여 가뭄 수요에 대응하는 편이다. 이러한 방법은 즉시 대응에는 효과가 있지만, 고가의 비용이 소요되고, 무엇보다도 국지적으로 가뭄이 빈번하게 발생하는 지역에는 적용에 한계가 있다. 이러한 한계를 극복하기 위하여, 최근 기설 관정을 연계 이용하여 지하수 공급 극대화를 도모하는 기술이 제안되었다. 그런데 기설 관정 연계 이용 시 가장 중요한 사항은 모든 관정에서 최대 양수량을 유지하며 지하수를 공급할 수 있도록 관리해야 하는 점이며, 특히 암반관정의 과잉양수로 인한 간섭현상으로 충적관정이 고갈되어 공급가능한 지하수 수량이 오히려 감소되는 것을 사전에 방지하여야 한다. 이 연구에서는 가뭄 발생 시 암반관정(양수정)에서 최대로 양수했을 때에도 주변 충적관정의 양수능이 유지되는 최소 지하수위를 「지하수위 저하 한계치」로 지정하여 관정 연계 이용의 최적화를 도모하였다. 지하수위 저하 한계치 산정을 위하여, Theis의 자유면 대수층 정상류 우물수리 방정식과 지하수영향반겅 설정에 관한 경험식(Schultz, Weber, Kozeny 및 Jacob 경험식)을 이용하였다. 그런데 지정된 지하수위 저하 한계치는 충적관정의 지하수위이므로, 암반관측공만 소재하는 지역에 대해서는 충적층 지하수위 변동과 암반층 지하수위 변동 간의 상관분석을 통해 암반 관측공의 지하수위 저하 한계치를 추정하였다. 이후, 양수시험 자료(양수정과 주변 관측공의 수위변동 자료)를 이용하여 지하수 대수층의 이방성을 확인하였고, 이를 통해 암반관정의 양수에 따른 간섭을 크게 받는 충적관정과 그렇치 않은 충적관정을 구분하여 이방성에 따른 지하수위 저하 한계치를 수정하고, 상습가뭄 발생지역의 암반관정과 충적관정의 최적 지하수 양수를 도모하였다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.30 no.1B
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• pp.81-87
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• 2010

On the SSang-chi gauging station, the discharge had been measured by the rod float method for the past twelve years. However the shifts of the rating curves are too big to be accepted. The major factors of rating curve variation were reviewed for shift analysis. To estimate the discharge measured by rod float method, two cross sections and their stages are generally required. But, the rating curves had been derived only with the observed depth of gauging station since the cross sections were not available. To correct the errors, the reference rating curve was developed. In this study, the water surface slopes of the curve were simulated by RMA2 model. The historical rating curves were re-developed by the calculated discharges on the base of the water surfaces. The results show that the range of fluctuation decreased and rating curves in recent years are physically reasonable.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.86-86
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• 2011

1922년 R. L. Parshall이 고안한 파샬플륨은 현재 사용되고 있는 개수로 유량계로서는 가장 많은 실험자료를 보유하고 있다. 위어에 비해 설치가 어렵고 경제성이 떨어지는 단점도 있지만 설치 후에는 상대적으로 다른 시설보다 토사이동이 원활하다는 장점이 있어 하수 및 폐수 등의 유량측정에 많이 적용되고 있다. 용담저수지의 주요 지천인 금강본류와 구량천 2곳에는 국가가 관리하는 수위관측소가 있다. 설치지점의 지명을 따 동향수위관측소와 천천수위관측소로 운용되고 있으며, 동향수위관측소 약 170 m 하류와 천천수위관측소 약 2.5 km 상류 2곳에 갈수기 유량조사를 위한 파샬플륨이 설치되었다. 동향파샬프륨과 천천파샬플륨은 갈수기 유량을 고려하여 Iso 9826의 파샬플륨 번호 10(Parshall flume No. 10)과 유사한 규격(설치당시 목부(Throat)폭 5ft))으로 설계되었으며, 플륨으로 흐름을 유도하는 유입부(Entrance section) 좌 우 횡단방향에 보를 연결하여 상대적으로 하폭이 넓은 자연하천에 적용하였다. 수년간의 현장운용 결과, 파샬플륨의 가장 큰 장점이었던 원활한 토사이동이 보로 인해 차단되고, 누적된 토사가 흐름을 왜곡시킴으로서 플륨내 수위로부터 환산한 유량값에 비교적 큰 오차를 발생시 킬 수 있음을 알게 되었다. 본 연구는 이러한 문제의 원인이 상류에 누적된 토사에 있음을 규명하고 대처방안을 제시하기위해 동향파샬플륨을 대상으로 수행되었다. 플륨을 통한 유량자료의 신뢰도는 (1) 플륨내 정밀유량측정, (2) 50 m 하류에서의 도섭법에 의한 유량측정 그리고 (3) 130 m 하류에서의 도섭법에 의한 유량측정을 통하여 비교 및 검증하였다. 조사결과 플륨내 수위는 상류에 퇴적된 토사로 인해 일정하지 않으며 이로 인해 유량에 오차가 발생하고 있음이 확인되었다. 또한 본 연구에서는 자연하천에서의 파샬플륨 적용을 위해 토사이동을 고려한 설비의 구조개량을 병행하였다. 새로운 형태의 파샬플륨은 '에코플륨'이라 명명하였으며 원활한 토사이동과 인공구조물에 의한 자연경관 훼손을 방지할 수 있는 두 가지의 효과가 기대된다. 현재 실물모형의 제작이 완료되어 실내실험을 수행하고 있으며, 머지않은 장래에 현장설치가 가능하다고 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.64-64
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• 2023

황강댐은 임진강 상류 군사분계선으로부터 약 42km떨어진 위치에 존재하며 약 3~4억톤의 규모로 추정된다. 이에 우리나라는 약 7천만톤 규모의 군남홍수조절지를 건설하여 임진강 상류로부터 기인하는 홍수를 방어하고 황강댐의 무단방류에 대비하고 있다. 과거 2009년 9월 6일 임진강 상류 황강댐에서의 대규모 방류로 인해 경기도 연천군 일대에 홍수가 발생하여 이로 인한 인명 및 재산피해가 발생한 바 있으며, 2020년 8월 5일에는 장마전선으로 인한 폭우와 더불어 임진강 필승교 수위관측소의 수위가 급상승하면서 관측 이래 역대 최고수위가 발생하여 홍수경보가 발령되고 인근 주민이 대피하는 사례가 발생하였다. 또한, 2022년 6월 27일부터 발생한 장마전선 및 집중호우로 인해 임진강 필승교 수위관측소의 수위가 급상승하면서 홍수주의보가 발령되고 인근 주민이 대피하는 사례가 발생하였으며, 7월에는 비가 내리지 않는 상황에서 황강댐의 방류로 추정되는 유입량이 필승교 수위관측소와 군남홍수조절지에서 관측되었다. 이에 본 연구에서는 인공위성 영상에서 추출한 황강댐의 수위를 이용하여 수문모형과 저수지 운영 알고리즘을 구축하고 당시 발생한 홍수사례를 분석하여 황강댐의 운영방식을 추정하였다. 분석결과, 2020년 8월 5~7일 사이에 발생한 유입량의 경우 자체 유역 유입량은 전체 유입량대비 약 33%이나 북한 황강댐으로부터 추가로 방류된 양은 약 67%로 군남홍수조절지 유입량의 3/2 가량이 북한 황강댐의 방류량으로부터 발생된 것으로 보이며 2021년 6월에도 유사한 양상을 보였다. 하지만, 북한 황강댐의 운영방식이 용수공급을 위한 고수위 유지 운영방식에서 홍수기에 댐 월류 및 파괴를 방지하기 위한 사전방류를 수행하는 것으로 추정되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.319-319
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• 2021

유량측정은 측정방법에 따라 측정위치가 변동된다. 도섭법은 관측자가 직접 하천을 횡단하며 측정하는 방법이며 수심이 얕은 경우 가능하다. 보트법의 경우 상대적으로 공간적 제약을 덜 받으며 교량법의 경우 이용 가능한 교량이 있어야 한다. 따라서 교량법은 현장여건에 따라 관측소와 멀리 떨어져 있는 경우가 있으며 이 경우 측정된 유량을 이용하여 수위-유량관계곡선식을 개발한다면 그 정확도가 떨어질 수 있다. 미국지질조사국(USGS)에서는 관측소와 측정위치가 멀리 떨어진 경우 측정된 유량을 보정하도록 규정하고 있다. 우리나라의 경우 유량 보정을 실시하지 않는 것으로 파악되었다. 하지만 이는 수위-유량관계곡선식, 특히 외삽부분에서 큰 오류를 유발할 수도 있어 신중할 필요가 있다. 본 연구에서는 수위관측소와 측정위치가 현저하게 먼 경우 유량 보정방법을 살펴보고 실측유량과 보정유량의 차이를 확인하였다. 대상지점인 낙동강 유역의 안동시(운산리) 지점은 홍수측정위치와 수위관측소 위치가 약 1.7km 이격되어 있으며, 2020년 측정성과(부자)를 이용하여 이를 보정하고 그 차이를 확인하였다. 보정결과 실측유량과 보정유량이 최고 5.0%, 평균 3.7% 차이를 보이는 것으로 확인되었다. 안동시(운산리)지점은 2020년 측정 최고수위가 3.35m이며, 이는 평수위에서 약 2.00m 가량 상승한 것으로 최고 홍수위로 보기는 어렵다. 즉 이보다 더 큰 홍수 사상이 발생하여 수위가 더 상승한다면 실측유량과 보정유량의 차이는 더 커질 것으로 예상된다. 또한 수위관측소와 측정위치가 이격된 경우 측정된 성과가 루프(Loop) 형태를 보일 수 있어 보정이 필요한 것으로 판단된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.55 no.7
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• pp.481-494
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• 2022

This study proposed a evaluation of the monthly vulnerable period for groundwater level management in the Miho stream watershed and a technique for evaluating the vulnerable period for future groundwater level management using LSTM. Observation data from groundwater level and precipitation observation stations in the Miho stream watershed were collected, LSTM was constructed, predicted values for precipitation and groundwater levels from 2020 to 2022 were calculated, and future groundwater management was evaluated when vulnerable. In order to evaluate the vulnerable period of groundwater level management, the correlation between groundwater level and precipitation was considered, and weights were calculated to consider changes caused by climate change. As a result of the evaluation, the Miho stream watershed showed high vulnerability to underground water management in February, March, and June, and especially near the Cheonan Susin observation well, the vulnerability index for groundwater level management is expected to deteriorate in the future. The results of this study are expected to contribute to the evaluation of the vulnerable period of groundwater level management and the derivation of preemptive countermeasures to the problem of groundwater resources in the basin by presenting future prediction techniques using LSTM.