• The Journal of Engineering Geology
• /
• v.28 no.4
• /
• pp.583-592
• /
• 2018

Recently, concern has arisen regarding the lowering of groundwater levels in the hinterland caused by the development of high-capacity radial collector wells in riverbank filtration areas. In this study, groundwater levels are estimated using Modflow software in relation to the water volume pumped by the radial collector well in Anseongcheon Stream. Using the water volume data, an artificial neural network (ANN) model is developed to determine the amount of water that can be withdrawn while minimizing the reduction of groundwater level. We estimate that increasing the pumping rate of the horizontal well HW-6, which is drilled parallel to the stream direction, is necessary to minimize the reduction of groundwater levels in wells OW-7 and OB-11. We also note that the number of input data and the classification of training and test data affect the results of the ANN model. This type of approach, which supplements ANN modeling with observed data, should contribute to the future groundwater management of hinterland areas.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2023.05a
• /
• pp.104-104
• /
• 2023

최근 2017년 청주, 천안의 홍수, 2020년 용담댐 상류와 대청댐 상류의 홍수, 2022년 청주의 도시침수를 비롯한 서울 도심의 침수피해와 같은 홍수 발생은 지역의 국민들에게 막대한 재산상의 피해를 입히고 있다. 국가적 차원에서 치수의 목적을 달성하고 경제적으로 적절한 규모의 수리구조물을 설계하기 위해 하천의 주요지점에 대한 신뢰성 있는 설계홍수량의 제시는 반드시 필요한 현실에 직면해 있다. 특히 해당 지점의 수리시설물은 점빈도분석에 의한 설계홍수량을 적용하나, 관측자료가 없는 미계측 지점에 위치한 수리시설물은 지역빈도분석에 의한 설계홍수량을 산정하여 적용해야 한다. 이에 본 연구에서는 금강 유역을 대상으로 점빈도분석과 지역빈도분석에 의한 설계홍수량 결과를 비교·분석하고자 한다. 지역빈도분석을 위한 수위관측소의 선정은 금강유역 80개 수위관측소 중 장기간 연최대홍수량 자료가 있고 유량자료의 연결성 및 신뢰성이 확보된 46개수위관측소를 대상으로 하였다. 46개 수위관측소의 연최대홍수량 계열을 대상으로 동질성, 독립성 및 이상치 검정을 수행하였으며, 세 가지 검정 모두 적절한 수위 관측소 지점은 36개 지점으로 분석되었다. 36개 수위관측소의 기본통계치(평균, 표준편차, 분산, 왜곡도 및 첨예도)를 산정한 후 3변수 Gamma 분포 계열인 GEV, GLO, GPA의 확률 분포를 적용하였다. 확률 분포별 매개변수는 전산화를 통해 L-모멘트의 차수를 0~4까지 변화시켜 LH-모멘트법에 적용하였다. LH-모멘트법에 의해 산정된 확률 분포들의 매개변수를 적용하여 적합도 검정을 수행하였다. 지역빈도분석을 위해 36개 수위관측소를 K-Means clustering 방법을 통해 4개 지역으로 구분하였다. 이를 통해LH-모멘트의 적정차수와 확률 분포에 따른 점빈도분석(지점 대상)과 지역빈도분석(지역 대상) 결과인 설계홍수량을 산정하였으며, 점빈도분석과 지역빈도분석에 의해 산정된 설계홍수량간의 분석결과를 제시하였다. 본 연구를 통해 수리구조물 설계 시 안정적인 조건 제시 및 관리체계 구축에 기여하고 방재대책 수립 시 경제·사회적 요소를 반영한 합리적 방안을 제시하고자 한다.

• Journal of Korea Water Resources Association
• /
• v.53 no.7
• /
• pp.533-543
• /
• 2020

In order to provide information for proper management of groundwater resources, it is necessary to estimate the rise time of groundwater level by calculating the delay time between the time series of precipitation and groundwater level and to understand the characteristics of groundwater level variation. In this study, total delay time (TDT) and cross correlation coefficient between the moving averaged precipitation generated by using the moving average method to take into account the preceding precipitation and the groundwater level were calculated and analyzed for the nine groundwater level monitoring wells in the Pyoseon watershed in the southeast of Jeju Island. As a result, when the moving averaged precipitation was used, the correlation with the groundwater level was higher in all monitoring wells than in the case of using the raw precipitation, so that it was possible to more clearly estimate the delay time between precipitation and groundwater level. When using the moving averaged precipitation, it had cross correlation coefficients of up to 0.57 ~ 0.58 with the time series data of the groundwater level, and had a relatively high correlation when considering the preceding precipitation of about 24 days on average. The TDT was about 32 days on average, and it was confirmed that the consideration of preceding precipitation plays an important role in estimating the TDT because the days of moving averaged precipitation greatly influences the calculation of the TDT. In addition, through the use of moving averaged precipitation, we found an error in estimating the TDT due to the use of raw precipitation. Through the method of estimating the TDT used in this study and the use of the R code for estimating the TDT presented in the appendix of this paper, it will be possible to estimate the TDT for other regions in the future relatively easily.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2018.05a
• /
• pp.445-445
• /
• 2018

기후변화에 따른 환경오염은 21세기 인류에게 가장 심각한 문제 중의 하나로 대두되고 있다. 환경적인 측면에서 하천오염은 경제적으로 많은 문제를 발생시키고 있다. 이러한 하천오염 문제를 해결하기 위해서는 오염물질의 농도 측적 및 데이터 축적이 필수적이라 할 수 있다. 그러나 일반적으로 오염물질 부하량에 대한 직접적인 측정은 비용 측면에서 쉽지 않은 것이 사실이다. 또한 실시간으로 BOD, COD, TN, TP 등의 자료를 이용하여 예측하는 것에는 자료의 부족성으로 인해 한계가 있다. 본 연구에서는 구글의 딥러닝 오픈소스 라이브러리인 텐서플로우를 활용하여 기계학습을 통한 하천오염 예측을 목적으로 하고 있다. 기계학습을 위하여 텐서플로우를 활용하여 RNN, LSTM 인공신경망 모형을 구축하였다. 하천오염의 학습과 예측을 위해 결과치 분석을 위한 자료로는 금강 유역에 위치한 옥천 관측소 충청북도 옥천군 이원면 이원대교에 위치한 $36^{\circ}14'31.0''N$ $127^{\circ}40'02.6''E$의 관측소에서 BOD, COD, DO, 부유물질의 자료를 사용하였다. 모형의 학습을 위해서 입력자료는 수위, 유량, 평균기온, 평균풍속 자료를 2004년 ~ 2017년까지의 14년간의 자료를 사용하였다. 연구를 위해 BOD, COD, DO 부유물질 자료는 물환경정보시스템(http://water.nier.go.kr/)의 자료를 활용하고 수위, 유량등의 자료는 국가수자원관리종합정보시스템 (http://www.wamis.go.kr/)의 자료를 사용하였다. 그러나 수온, 수위, 풍속등의 자료는 일 자료가 있는가 반면 BOD, COD, TN, TP등의 자료는 일 자료가 있지 않아 이를 원활히 활용할 수 있도록 예측을 위한 결과치의 선형보간법을 통해 일 자료를 획득한 후 연구를 하였다. RNN, LSTM의 분석 시 학습속도, 반복시행횟수 sequence length의 길이 등의 값을 조절 하면서 결과치를 분석하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2023.05a
• /
• pp.270-270
• /
• 2023

습지 생태계는 복잡한 물리적 생지화학적 프로세스의 상호작용이 있으나, 습지 생태계의 건강성 회복을 위한 첫 번째 단계는 습지 생태계에서의 물순환에 대한 정확한 이해일 것이다. 또한 지역적인 물 균형 및 생태계 보전에서 습지를 활용하기 위해서도 습지 물순환에 대한 정량적인 이해는 필수적이다. 그러나, 습지 물순환의 이해를 위해 필수적인 관측 자료들은 현장 측정으로 획득하기 어려운 자료이거나 비용적인 문제로 인하여 관측이 어려운 실정이다. 이에 본 연구에서는 Sentinel-2 위성 자료를 활용하여 습지의 유입량을 추정하기 위한 절차를 제시하고자 한다. 이를 위해 한반도 동남부의 낙동강에 위치한 주요 다목적댐의 자료를 활용한 분류 기반의 인공지능 모델이 설계된다. 인공지능의 학습을 위한 입력자료는 아래와 같은 절차에 의해 만들어진다. 1) 다목적댐의 수위-물 체적 관계를 이용하여 수위-수표면적 관계 곡선 도출. 2) 수위-수표면적 관계 곡선과 DEM을 활용하여 물과 육지 영역을 구분하는 식별자를 도출. 3) Sentinel-2 위성 정보와 물-육지 식별자를 비교하는 랜덤 포레스트 모델을 설계. 4) 위성 정보의 물-육지 정보로부터 미계측 습지 지역의 물과 육지를 식별할 수 있는 식별자 도출. 이러한 과정을 경유하여 추정된 습지의 수표면적과 습지 지역의 DEM을 결합함으로써 습지의 수위-수표면적-물 체적 관계 곡선이 산정되어, 최종적으로 습지의 유입량이 모의된다. 모의된 습지 유입량은 다양한 수문 모델의 매개변수를 추정하는데 활용될 수 있을 것이며, 검증된 수문 모델을 활용하여 습지의 물순환의 이해도를 증진시킬 수 있을 것으로 기대된다.

• Economic and Environmental Geology
• /
• v.54 no.1
• /
• pp.77-89
• /
• 2021

In this study, a method has been proposed to improve the performance of hydraulic property estimation model developed by Jeong et al. (2020). In their study, low-dimensional features of the annual groundwater level (GWL) fluctuation patterns extracted based on a Denoising autoencoder (DAE) was used to develop a regression model for predicting hydraulic properties of an aquifer. However, low-dimensional features of the DAE are highly dependent on the precipitation pattern even if the GWL is monitored at the same location, causing uncertainty in hydraulic property estimation of the regression model. To solve the above problem, a process for generating the GWL fluctuation pattern for conditioning the precipitation is proposed based on a conditional variational autoencoder (CVAE). The CVAE trains a statistical relationship between GWL fluctuation and precipitation pattern. The actual GWL and precipitation data monitored on a total of 71 monitoring stations over 10 years in South Korea was applied to validate the effect of using CVAE. As a result, the trained CVAE model reasonably generated GWL fluctuation pattern with the conditioning of various precipitation patterns for all the monitoring locations. Based on the trained CVAE model, the low-dimensional features of the GWL fluctuation pattern without interference of different precipitation patterns were extracted for all monitoring stations, and they were compared to the features extracted based on the DAE. Consequently, it can be confirmed that the statistical consistency of the features extracted using CVAE is improved compared to DAE. Thus, we conclude that the proposed method may be useful in extracting a more accurate feature of GWL fluctuation pattern affected solely by hydraulic characteristics of the aquifer, which would be followed by the improved performance of the previously developed regression model.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2006.05a
• /
• pp.144-148
• /
• 2006

본 연구의 목적은 기존 수위-유량곡선식 개발과정에 내재되어 있던 목적함수 문제와 곡선식 개발과 정에서 대두된 발산과 처리 불능문제를 해결하기 위해서 새로운 형태의 관계식$(Q=p(h-e)^{\beta}-{\gamma})$과 비선형 매개변수 추정방법을 이을 제안하고 이러한 신개념의 수위-유량곡선식 산정모형을 개발하는데 있다. 기존 수위-유량곡선식은 기존수위-유량자료를 log변환하여 산정된 목적함수는 저수위에 비하여 고수위 부분에 잘못된 유량 값을 추정하는 문제를 갖고 있다. 기존의 발산 문제는 영유량 수위 매개변수 e를 찾고 추정된 식의 목적함수을 수렴하는 동안 매개변수 ${\beta}$가 비정상적으로 커지는 것이다. 이상의 두 가지 문제는 제어변수 ${\gamma}$를 도입하고 목적함수, $min{\sum}w(i)(Q-\hat{Q})^2$를 도입함으로서 개선 할 수 있게 되었다. 본 연구에서는 물리적 분석과 민감도 분석을 통하여 수위-유량곡선식에서 매개변수 ${\gamma}$의 영향이 e의 영향과 같음을 보였다. 또한 개발된 WinCARD 시스템은 기존의 목적함수에 의한 추정오차와 새롭게 제안된 목적함수의 개선사항을 상호 비교할 수 있게 하였다. 본 개발프로그램은 기존 수위-유량곡선식의 적합도를 평가하고, 하천유량 산정을 위한 신개념의 수위-유량곡선식을 개발하는데 활용될 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2022.05a
• /
• pp.429-429
• /
• 2022

기후변화로 인하여 하천환경은 과거와 다른 형태로 변화하고 있다. 과거의 하천환경은 식생영향 보다는 단면변화, 통제특성 변화 등 하천 전반의 환경변화가 아닌 흐름 특성의 변화가 주를 이루었다. 그러나 현재의 하천은 식생영향이 증대되고 있으며 그로 인하여 수위-유량관계 또한 과거와는 다른 형태로 변화하고 있다. 본 연구에서는 식생현황에 대한 모니터링을 통하여 수위-유량관계곡선식의 수리특성 변화에 따른 기간분리 뿐만 아니라 앞으로 진행될 수위-유량관계곡선식의 추가 변동성을 예상하는 연구를 진행하였다. 식생영향에 의한 수위-유량관계곡선식의 기간분리 검토를 위하여 위치에 따른 구분(저수로 식생, 저수로 수중식생, 홍수터 식생, 제방 식생), 시기에 따른 구분(휴지기, 성장기, 소멸기 등), 유속분포, 기온분포 등을 고려하여 수위-유량관계곡선식을 검토하였고, 기간분리의 시종점과 곡선식의 표현 방법 개선을 위한 연구를 추가로 진행하였다. 연구대상은 '15년~'19년 한국수자원조사기술원에서 수위-유량관계곡선식을 개발한 관측소로 선정하였고, 연구결과 식생의 위치와 유속, 기온 등의 외부요인 등을 모니터링 하여 수위-유량관계곡선식을 예측한 결과 '20년~'21년 개발된 수위-유량관계곡선식은 예상 곡선식과 비교적 일치하였으며 이로 인해 정확도가 향상되어 신뢰도 높은 자료가 생성된 것으로 분석되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2020.06a
• /
• pp.100-100
• /
• 2020

감조하천은 일반하천과 달리 다양한 수문 요소에 영향을 받아 비선형적인 수문 특성을 보이고 있기 때문에 수위-유량 관계곡선식이 개발되어 있지 않다. 본 연구에서는 조위의 영향을 받는 감조하천에서 강우의 영향으로 인한 수위-유량 관계곡선식의 작성 방법론을 제안하고자 하였다. 이를 위해 울산 수위시계열을 wavelet 분석, curve fitting, high pass filter 방법을 이용하여 4가지의 성분(조석 성분, 파고 성분, 강우-유출 성분, 잡음 성분)으로 분리하고, 분포형 모형인 GRM 모형을 통해 유출량을 산정하였다. 모의 유출량과 강우-유출 성분을 이용하여 수위-유량 관계곡선식을 개발하고, 모의 유출량에 따른 수위를 추정하였다. 나머지 3가지 성분과 합하여 통합 수위를 산정하고 관측 유량과 비교한 결과 오차가 약 10% 이내로 본 방법론이 적용성이 있음을 확인하였다. 본 연구결과를 활용한다면 홍수기에 감조하천에서 수위를 정확히 예측하는데 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2008.05a
• /
• pp.2217-2221
• /
• 2008

정도 높은 유량자료는 수자원 분야의 연구와 실무에 있어 대단히 중요하다. 이런 유량자료를 연속적으로 측정하는 것은 현실적으로 어려운 문제이므로 하천에서 직접 측정된 수위-유량자료를 통해 수위-유량관계곡선을 작성하고, 이를 이용하여 연속적으로 관측된 수위에 대한 유량을 산출한다. 산정된 유량자료의 신뢰성을 평가하기 위해서 유출평가의 과정을 거치게 되며, 이를 위해 유출률 검토, 상 하류 유량검토, 누가유출량 평가, 첨두홍수량 및 저 평수기 동시유량 검토 등의 다양한 평가를 하게 된다. 정확한 유출평가를 위해서는 대상유역의 수계망도 및 배수계통도를 조사해야 하며, 하천 취수량, 댐 및 하수 방류량 등의 자료를 수집하여 물수지 분석을 실시해야 한다. 하지만 농업 지역의 경우 농업용수 공급을 위해 관개수로가 많이 설치되어 있어 배수계통이 매우 복잡하고, 관개수로를 통해 공급되는 정확한 용수량을 파악하는데 한계가 있어 정확한 유출평가가 어렵다. 국내 유역 중 농업 지역으로 복잡한 배수계통를 가지는 대표적인 유역은 동진강 유역이다. 동진강 유역은 섬진강 유역에 위치한 섬진강 댐에서 발전 및 농업용수 공급을 위해 유역변경식으로 동진강 유역으로 용수가 공급되고 있으며, 방류량은 동진강 본류 및 동진강 도수로, 김제간선, 정읍간선, 기타 간선 공급되는 복잡한 배수계통을 가지고 있다. 그리고 방류량 및 각 간선으로 공급되는 용수량은 인위적인 수문조작에 의해 운영되고 있어 유량자료의 평가를 위한 유출검토가 매우 어렵다. 본 연구에서는 복잡한 배수계통을 갖는 동진강 유역에서 2007년 유량측정을 통해 개발된 수위-유량관계 곡선 및 유량자료의 평가를 위해 유출평가를 실시하였다. 대상지점은 동진강 본류의 옹동과 태인 지점이며, 정확한 유출평가를 위해 수계망도 및 배수계통도를 조사하였고, 댐 방류량 및 각 간선으로 공급되는 용수량을 파악하여 물수지 분석을 하였다. 그 결과 2007년 전 기간 유출률은 옹동 53.4%, 태인 47.2%로 분석되었고, $6{\sim}$9월 주요 홍수기의 유출률이 옹동 60.1%, 태인 64.8%로 두 지점의 유출률 차가 심하지 않았고, 자연하천의 일반적인 유출률과 비슷한 결과를 보였다. 상 하류 유량검토를 통해서는 하류의 태인 지점이 상류의 옹동 지점보다 큰 정상적인 상 하류 관계를 나타내었다. 이러한 결과로서 동진강 유역의 옹동, 태인 지점의 유량자료는 적절하며, 측정된 유량자료를 토대로 개발된 수위-유량관계곡선식도 신뢰성이 높다는 것을 확인할 수 있었다.