• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.159-159
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• 2017

효율적인 물 관리를 위해서는 하천 유량 파악이 필수적이지만, 경제적 이유 등으로 인하여 현장에서 정확한 유량 자료를 꾸준히 확보하는 데에는 한계가 있다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 극복하고자 SAR 영상을 이용하여 하천의 수위와 유량을 추정하였다. SAR 영상 자료는 악천후 및 주야의 영향을 받지 않는 ESA(European Space Agency)의 Sentinel-1 영상을 이용하였다. 위성자료에서 하천의 면적을 추출한 후 수위 및 유량과의 상관관계를 분석하였다. 촬영 시간 등에 의한 위성 영상의 조도 차이에 따른 하천 면적의 오차를 제거하기 위하여 영상을 보정하였고 주변 지역에 의한 오차를 줄이기 위하여 하천유역을 분리하여 면적을 추출하였다. 이를 통해 하천 면적과 수위 및 유량의 상관관계를 파악하였다. 국내 10여 개의 하천에 대하여 기법을 적용한 결과, 수위와 유량을 비교적 정확히 추정할 수 있었다. 본 연구의 결과는 미계측 유역의 수자원 관리 능력을 향상시킬 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.1911-1915
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• 2010

영상수위계는 카메라에 의해서 수위표를 촬영하여 촬영된 영상을 처리하여 수위값으로 변환하여 자동적으로 수위를 측정하는 장비이다. 이 수위계는 기존 수위측정 장비인 부자식, 압력식, 기포식, 초음파식, 레이다식과는 달리 수위표를 촬영한 영상으로부터 수위를 직접 눈으로 확인할 수 있는 장점이 있다. 이로 인해 영상자료로부터 측정된 수위를 검증할 수 있어 수위측정의 정확도를 향상시킬 수 있다. 그리고 수위표 영상과 더불어 관측지점 주변의 전체 영상을 동시에 촬영하여 실시간으로 전송하기 때문에 홍수시 하천 상황에 대한 모니터링 목적으로 사용될 수 있다. 수위관측용으로 운영 중인 영상수위계의 수위측정자료를 분석한 결과, 안개가 짙게 낀 경우, 목자판이 오염된 경우, 목자판 내에 그림자가 진 경우 등에서 수면을 인식하지 못하거나 오인식이 발생하였다. 이와 같이 수위 오 결측이 발생하는 경우에 수면을 정확하게 인식할 수 있도록 수위 측정방법을 개선하였다. 영상의 분할 이진화 처리기법, 노이즈 제거 기법, 목자판 영역내의 영상농도에 대한 히스토그램을 통해서 목자판과 수면을 구분하는 기법을 영상처리방법으로 새롭게 적용하였다. 수위 오 결측이 발생하는 영상자료를 이용하여 개선된 영상처리방법의 성능을 검증한 결과, 기존 방법으로는 수면을 전혀 인식하지 못하였던 영상이 개선된 방법을 적용하면 안개가 낀 경우에 약 97%까지, 목자판이 오염된 경우에 약 89%까지, 목자판 내에 그림자가 진 경우에 약 92%까지 수면을 인식하였다. 따라서 이와 같이 개선된 방법을 적용하게 되면 영상수위계의 정확도를 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.326-326
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• 2020

하천의 본류와 지류가 만나는 합류부 흐름특성은 단일 하천에 비하여 수위, 유속, 경사, 유량 등 복잡한 수리학적 특성이 나타나게 된다. 특히, 홍수기 큰 호우사상이 발생하는 경우 본류와 지류에서 유입되는 각 유량의 크기에 따라 수위에 영향을 미치고 지류와 본류에 배수(back water)가 발생한다. 이러한 배수영향은 합류부 유량 산정에 있어서 매우 복잡한 요소로 작용한다. 일반적인 단일 하천에서는 수위가 증가하면 유량이 증가하여 수위관측소 수위 자료를 기반한 수위-유량관계곡선식을 이용하여 유량을 산정한다. 그러나 합류부에서는 배수영향으로 인하여 수위가 증가하더라도 수면경사가 완만해져 수위-유량관계곡선식 변수인 수위를 이용한 방법으로는 유량산정에 어려움이 있다. 따라서 조석 및 배수 영향 등 고리형 수위-유량관계가 발생하는 하천에서는 ADCP를 이용한 자동유량계측 방법을 채택하고 있다. 그러나 자동유량계측 시설을 설치하기 위해서는 고가의 비용이 발생하기 때문에 경제적 측면만 본다면 주요 지점이 아닌 모든 합류부에 설치하는 것은 어려움이 많다. 금강에 위치한 영동군(양강교) 관측소의 경우 하류 약 400m 우안측에서 유입되는 영동천의 영향으로 호우사상이 발생 할 경우 배수영향으로 고수위에서 상류 금산군(제원대교) 관측소와 첨두유량의 도달시간 및 유량 크기에서 역전이 발생한다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위한 초기 단계로서 영동군(양강교) 관측소가 위치한 금강과 영동군(초강교) 관측소가 위치한 영동천이 만나는 합류부에 수위계를 설치하였다. 호우사상별 유출에 따른 본류와 지류의 수면경사를 분석하여 배수영향이 시작되는 수위와 수위 상승으로 배수영향이 미미해지는 수위를 분석하여 배수영향 특성을 검토하였다. 이러한 분석은 기존 배수조건에서 왜곡된 유량 자료를 생산하는 수위-유량관계곡선식의 문제점을 개선하여 앞으로 정확한 유량산정 방법을 제시할 것으로 판단된다. 이러한 분석을 통하여 추후 합류부에서 배수영향 조건의 고리형 수위-유량관계곡선식 매개변수로 수위 외에도 수면경사를 고려한 수위-유량관계곡선식을 개발하는데 목적이 있다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2007.07a
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• pp.1708-1710
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• 2007

댐 및 저수지 운영에 필수 요소인 수위 데이터의 신뢰성을 높일 수 있도록 수위측정에 가장 많이 사용되고 있는 부자식, 초음파식, 레이다식 수위계의 특성시험이 가능한 표준시험장치와 표준시험장치에 대한 운영의 일관성을 확보하기 위한 표준시험절차를 개발하였다. 또한, 표준시험장치의 최고측정능력을 산출하여 수위계 시험에 따른 불확도를 산출할 수 있도록 수위 측정 모델식을 제시하여 합성불확도1.408 mm와 확장불확도 3 mm를 각각 얻었다. 본 연구에서 제시된 최고측정능력은 수위데이터의 신뢰성 있는 자료 확보와 일관성 있는 자료관리가 가능하도록 품질관리 기반을 구축하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.1844-1848
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• 2007

본 연구에서는 섬진강유역에 위치한 주요 수위관측소 지점의 유출률을 산정하기 위해서 지리정보시스템(Geographic Information System : GIS)을 적용하였다. 유출률 산정에 이용된 GIS 소프트웨어로는 ArcInfo와 ArcView 등을 이용하였으며, 대상유역의 수치유역도, 강우관측망도, 수위관측망도, 수계망도, 주암댐 유역도, 섬진강댐 유역도, 순유역도 등을 일차적으로 생성하였다. 또한 수치표고모델(Digital Elevation Model : DEM), 토양도, 토지피복도, 유출곡선지수도(Curve Number : CN) 등의 기본도를 생성하였다. 일반적으로 미계측 유역에서의 유출률 산정은 강우모형과 유역모형, 하도모형 등에 의한 수문학적 방법으로 산정되나, 계측 유역은 수위관측소 지점의 수위-유량관계곡선식에 의해 수위 수문곡선을 유량 수문곡선으로 변환하여 산정하게 된다. 본 연구에서는 수위-유량관계곡선식에 의하여 유출수문곡선을 산정하였으며, 또한 산정된 유출률의 적정성을 파악하기 위해 GIS를 이용하여 산정한 CN의 값과 비교하였다. 본 연구는 섬진강유역을 대상으로 하는 유출률 산정에 관한 연구로 강우량자료의 일관성 분석 등도 수행하였다. 유출률 산정에 이용된 강우자료는 기상청 자료이며 평균 강우량은 강우의 시간적 분포와 강우량의 양적분포 등을 분석한 후 산술평균법에 의해 산정하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.418-418
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• 2021

신월 빗물저류배수시설은 2010년 집중호우로 침수피해가 발생한 강서구 및 양천구의 저지대 침수문제 해결을 위해서 양천구의 지하 50m 깊이에 설치한 직경 10m, 길이 3.6km, 저류량 32만톤 규모의 지하 대심도 저류 터널이다. 해당 시설은 강우 발생시 유역의 중상류 하수관에서 횡월류 수문을 통해 우수를 저류터널로 유입 및 저류하고, 하류에 위치한 목동 빗물펌프장과 연계하여 배수할 수 있도록 구성되어 있다. 현재 시설의 운영은 유입부 인근에 설치된 수위계를 통해 수문 가동 여부를 판단하고 있으며, 운영 기준 및 매뉴얼은 서울기술연구원에서 지속적인 모니터링을 통해 고도화하고 있다. 본 연구의 목적은 실측 수위 기반의 신월 빗물저류배수시설 운영을 자동화하기 위한 방편으로, 딥러닝 기반의 RNN, LSTM, GRU 등의 알고리즘을 이용하여 유입부 관거 수위를 예측하는 모델을 개발하는 것을 목표로 하였다. 모델의 개발 및 검·보정을 위해 2010년부터 유역 내 구축되어 있는 강우 및 하수관 수위 자료와 목동 빗물펌프장 운영자료를 활용하였다. 현재 신월 빗물저류배수시설은 2020년 5월 준공되어 절대적인 자료 축적 기간이 부족하기 때문에, 향후 지속적인 강우-수위 모니터링을 통해 모델을 고도화하여 시설의 운영에 활용할 수 있도록 개선해 나갈 예정이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.2233-2237
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• 2008

기존 댐저수지 유입량 산정은 수위-저수량곡선에 댐축에서 측정된 수위를 적용하여 시간당 저수량변화를 계산한 후 방류량을 감안하여 산정하고 있으나, 특히 홍수시 저수지내의 수위가 균일하지 않아 유입량 산정 시 오차 원인이 되고 있다. 홍수기 댐 저수지의 운영에 있어서 가장 큰 불확실도를 가지고 있는 유입량의 정확한 모의를 위해서는 유역 상류 유입부 유량뿐 아니라 저수지 내에서의 수위관측 필요하며, 또한 기존 방법에 의한 유입량 계산의 오차 규명 필요하다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 GIS를 이용한 저수지의 저수위-저류량곡선 개선 및 댐저수지 구간별 수위관측을 통한 실시간 홍수 유입량 산정 시스템 도입이 절실히 요구되고 있는 실정이다. 본 연구에서 현행 댐 저수지에서 운영되고 있는 수위관측소를 포함하여 관측지점을 확대하고 실시간 수위관측이 가능한 통신체계를 구축하고자 하였다. 관측지점의 확대는 기존의 문제점을 해결하는데 있어 주요 지점의 수면 프로파일을 구축하여 호내 유입량 산정에 대한 재검토를 진행하고자 하였으며, 이를 위해 구간별 수위 모의가 가능한 HEC-RAS 모형을 이용하여 저수지 내의 수면곡선 분포를 모의하고 저수지 내에서 관측한 수위자료와 비교하였다. 또한 관측된 수위자료의 체계적인 관리 체계 구축을 위해 실시간 모니터링이 가능하고, 통신망의 안전성 확보를 통한 결측 자료가 발생하지 않도록 USN Gateway와 CDMA를 연동하여 통신망을 구성하였다. 나아가, 댐 저수지 유입량 산정에 대한 재검토와 실시간 수위관측 방법에 대한 신기술 도입을 통하여 물관리 부서에 즉시 적용이 가능하도록 유입량 산정 방법과 센서 기술 적용 방법 및 확장성을 제시하였다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.54 no.spc1
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• pp.1195-1204
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• 2021

Recently, local torrential rain have become more frequent and severe due to abnormal climate conditions, causing a surge in human and properties damage including infrastructures along the river. In this study, water surface elevation prediction algorithm was developed using the LSTM (Long Short-term Memory) technique specialized for time series data among Machine Learning to estimate and prevent flooding of the facilities. The study area is Jamsu Bridge, the study period is 6 years (2015~2020) of June, July and August and the water surface elevation of the Jamsu Bridge after 3 hours was predicted. Input data set is composed of the water surface elevation of Jamsu Bridge (EL.m), the amount of discharge from Paldang Dam (m³/s), the tide level of Ganghwa Bridge (cm) and the number of tweets in Seoul. Complementary data were constructed by using not only structured data mainly used in precedent research but also unstructured data constructed through wordcloud, and the role of unstructured data was presented through comparison and analysis of whether or not unstructured data was used. When predicting the water surface elevation of the Jamsu Bridge, the accuracy of prediction was improved and realized that complementary data could be conservative alerts to reduce casualties. In this study, it was concluded that the use of complementary data was relatively effective in providing the user's safety and convenience of riverside infrastructure. In the future, more accurate water surface elevation prediction would be expected through the addition of types of unstructured data or detailed pre-processing of input data.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.206-206
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• 2022

제주도는 투수성이 좋은 대수층이 발달한 화산섬으로 지하수가 가장 중요한 수자원이다. 인위적 요인과 기후변화로 인해 제주도의 지하수위가 저하하는 추세를 보이고 있음에 따라 지하수의 적정 관리를 위해 지하수위의 정확하고 장기적인 예측이 매우 중요하다. 다양한 환경적인 요인이 지하수의 함양 및 수위에 영향을 미치는 것으로 알려져 있지만, 제주도의 특징적인 기상인자가 지하수 시스템에 어떻게 영향을 미치는지를 파악하기 위한 연구는 거의 진행되지 않았다. 지하수위측에 있어서 물리적 모델을 이용한 방안은 다양한 조건에 의해 변화하는 지하수위의 정확하고 빠른 예측에 한계가 있는 것으로 알려져 있다. 이에 본 연구에서는 제주도 애월읍과 남원읍에 위치한 지하수위 관측정의 일 수위자료와 강수량, 온도, 강설량, 풍속, VPD의 다양한 기상 자료를 대상으로 인공신경망 알고리즘인 다층 퍼셉트론(MLP)와 Long Short Term Memory(LSTM)에 기반한 표준지하수지수(SGI) 예측 모델을 개발하였다. MLP와 LSTM의 표준지하수지수(SGI) 예측결과가 상당히 유사한 것으로 나타났으며 MLP과 LSTM 예측모델의 결정계수(R²)는 애월읍의 경우 각각 0.98, 남원읍의 경우 각각 0.96으로 높은 값을 보였다. 본 연구에서 개발한 지하수위 예측모델을 통해 효율적인 운영과 정밀한 지하수위 예측이 가능해질 것이며 기후변화 대응을 위한 지속가능한 지하수자원 관리 방안 마련에 도움을 줄 것이라 판단된다.

• 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.