• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.33 no.4
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• pp.1433-1446
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• 2013

In this study, we proposed a methodology to develop Rating Curves for high water level using rainfall generation by the Monte Carlo Simulation (MCS) technique, optimized rainfall-runoff model, and flood routing model in an urban stream. The developed stage discharge Rating Curve based on observed data was contained flow measurement errors and uncertainties. The standard error ($S_e$) for observations was 0.056, and the random uncertainty ($2S_{mr}$) was analyzed by ${\pm}1.43%$ on average, and up to ${\pm}4.27%$. Moreover, it was found that the Rating Curve extensions by way of logarithmic and Stevens methods were overestimated to compare with the urban basin scale. Finally, we confirmed that the high water level extension by random generation of hydrological data using MCS can be reduced uncertainty of the high water level, and it will consider as a more reliable approach for high water level extension. In the near future, this results can be applied to real-time flood alert system for urban streams through construction of the high water level extension system using MCS procedures.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.230-230
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• 2020

하천 유량측정을 위한 표면유속계는 비접촉식 방식이기 때문에 현장에서의 측정이 간편하고, 비교적 안전하기 때문에 홍수시 유량측정에 널리 이용되고 있다. 비접촉식 유속계가 가지고 있는 이러한 장점으로 전자파표면유속계의 활용이 점차 증가하고 있으며, 영상유속계와 같은 비접촉 측정방식의 활용방안 마련에 대한 연구개발 등이 꾸준히 진행되어 왔다. 최근에는 고정식으로 상시 운영이 가능한 표면유속계 등이 출시되어 소규모 하천이나 수로에서의 상시 유량측정에 활용되고 있다. 다만, 이러한 비접촉식 유속계는 표면의 유속을 측정하기 때문에 유량산정을 위해서는 평균유속으로의 환산이 필요하지만, 현재까지는 평균유속 환산계수를 사용하여 표면유속을 평균유속으로 환산하는 방법이 유일하게 활용되고 있다. 하지만, 실제 하천에서는 단면 및 하도형태, 하상조건, 수리특성 및 유속분포 등의 다양한 조건에 따라 환산계수가 결정되기 때문에 이를 단순히 일률적으로 적용하는 것은 곤란하며, 이로 인해 과거 오랫동안 표면유속을 평균유속으로 환산하기 위한 다양한 연구가 진행되었지만, 실제 다양한 조건의 하천에 적용할 수 있는 표준화된 방법은 아직까지 제시되지 못하고 있다. 현재까지, 고정식으로 설치된 유속계로부터 측정된 유속을 평균유속으로 환산하는 방법으로는 국내외적으로 지표유속법(Index Velocity Method)과 유속분포법(Velocity Profile Method)이 대표적이며, H-ADCP (Horizontal-Acoustic Doppler Velocity Profiler) 또는 UVM(Ultrasonic Velocity Meter) 등과 같은 초음파유속계를 활용한 자동유량측정시설의 유량산정방법으로 활용되고 있다. 이러한 방법들은 고정된 유속계의 측정유속을 지표유속(V_i)으로 하여 다양한 범위의 실측된 평균유속과의 관계를 개발하여 활용하거나, 지표유속을 매개로 개수로 단면의 이론적인 유속분포를 추정하여 평균유속을 산정한다. 이러한 지표유속을 활용하는 방법들에서 공통적으로 중요한 것은 하천단면의 최대유속(V_max)이 가장 좋은 지표유속이라는 것이다. 따라서 국제기준에서는 지표유속을 측정하는 유속계의 가장 바람직한 위치로 유심부(core flow)를 권장하고 있다. 하지만, 접촉식 유속계의 경우 유심부 설치가 매우 어렵고 많은 비용이 들기 때문에, 비접촉식 유속계를 활용하여 하천단면의 최대유속을 측정할 수 있다면, 가장 효율적인 고정식 측정방법이 될 수 있을 것이다. 따라서, 본 연구에서는 비접촉식 표면유속계의 고정식 유량측정 활용성 및 적용성을 검토할 목적으로 표면유속에 대한 유량산정방법을 검토하였다. 이를 위해 24GHz의 주파수를 갖는 레이다표면유속계인 Sensoflow를 낙동강 수계 길안천에 위치한 안동시(대사3교)에 고정설치하여 표면유속을 지표유속으로 수집하였다. 다양한 유량규모에서 측정한 실측 표면유속과 수집된 표면유속을 지표유속으로 활용하여 지표유속관계를 개발하였으며, 산정된 유량을 기존 수위-유량관계곡선식의 환산유량과 비교하여 표면유속의 지표유속 활용성을 검토하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.542-542
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• 2015

비점오염원은 기상조건과 토지이용에 따라 시간에 따른 오염부하량의 변동폭이 크게 발생하며, 강우초기에 오염물질의 농도가 크게 나타난다. MFFn은 강우지속시간에 따라 다양하게 변화하는 오염물질의 부하량과 유출량을 특정시점에서 강우유출율과 오염물질 유출율을 계산할 수 있으며, 강우가 시작될 때 0, 종료될 때 1의 값을 나타내며, 1보다 크면 초기세척이 있음을 나타낸다. 예를 들면 MFF20에서 평균값이 2.5이면 초기우수유출수의 부피 20%에 오염물질 부하량의 부피 50%를 포함하는 것을 의미한다. 본 연구에서는 논에서의 초기세척비율 정량화하기 위해 영산강수계 논지역(이하, 학야지구)과 섬진강수계 논지역(이하, 적성지구) 각 1개유역을 선정하여 2009년부터 2012년까지 수문 및 수질 모니터링을 수행하였다. 유역면적은 학야지구는 13.69 ha 이며, 적성지구는 8.06ha 이다. 두 지역 모두 외부유입이 없으며, 배수로가 구조물화 되어 있어 관측이 용이한 지점이다. 논에서 강우시유출되는 오염물질을 산정하기 위해서 배수로 말단에 압력식 수위계와 자동채수기를 설치하여 일정간격으로 관측하였으며, 수위별 유량관측을 통해 수위-유량관계곡선식을 산정 후 유량으로 환산하였다. 채취된 수질은 수질공정시험법을 통해 BOD, COD, TOC, T-N, T-P, SS를 분석하였으며, 관측된 유량과 수질자료를 이용하여 부하량을 산정하고, MFFn을 이용하여 초기세척비율을 정량화 하였다. BOD COD, TOC, T-N, T-P, SS 의 논 초기세척비율은 n 값이 10% 때 중앙값이 각각 1.3, 1.18, 1.13, 1.2, 1.13, 1.1 였으며, 13%, 11.8%, 11.3%, 12%, 11.3%, 11% 가 유출되는 것으로 나타났으며, n 값이 20%일 때 1.3, 1.1, 1.1, 1.25, 1.2, 1.2 이였으며, 26%, 22%, 22%, 25%, 24%. 24%가 유출되는 것으로 나타났다. n 값이 30%일 때 1.25, 1.0, 1.0, 1.25, 1.13, 1.3 였으며, 37.5%, 30%, 30%, 37.5%, 33.9%, 39%가 유출되는 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.273-273
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• 2019

우리나라 하천에는 33,893개의 보(국가어도정보시스템)가 설치되어 있는 것으로 조사된다. 다양한 형태 및 가동여부 등으로 인해 동일한 산정 방법을 적용할 수는 없으나, 각각의 특성을 파악하여 유량 산정이 가능하게 한다면 홍수 시 유량측정이 이루어지지 못한 하천의 유량을 추정 하는데 활용 할 수 있을 것이다. 횡단구조물을 이용한 유량산정 방법은 다양한 실험식이 존재하여 보의 형태 및 수집 가능한 정보를 고려한 적절한 선택이 필요하다. 본 연구에서는 북한강 지류인 화천천에 위치한 배머리보(폭 122m)를 이용하여 유량산정을 실시하였다. 배머리보 상류에는 2018년 유량측정이 이루어진 용신교 수위관측소(한국수력원자력(주))가 위치하여 연속적인 수두 측정이 가능하였으며, 자유 흐름 조건이 유지된 2018년 8월 29일~31일 홍수사상에 대해 보를 이용한 유량산정 적성성을 검토하였다. 배머리보 형태를 고려해 광정위어공식과 한국산업규격에서 제공한 유량계수를 적용($Q=2.026bh^{3/2}$)하였다. 배머리보를 이용하여 유량을 산정한 결과 유량 $200m^3/s$ 이상에서 수위-유량관계곡선식에 의한 유량과 광정웨어 공식을 이용하여 산정한 유량이 잘 일치하는 것으로 검토되었다. 유량 $200m^3/s$이상에서 유량편차가 $-13.96{\sim}14.02m^3/s$(절대편차 평균 $9.02m^3/s$)를 보였으며, 편차율은 -2.98~6.04%(절대편차율 평균 2.09%)를 보였다. 이러한 결과로 볼 때 실제 하천에서 보를 이용한 유량산정이 가능할 것으로 판단된다.

• Korean Journal of Ecology and Environment
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• v.46 no.1
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• pp.94-102
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• 2013

This study was carried out to determine the variation of the water level and crosssection area for investigating changes of stream foreland, and to determine the correlation between the average flow velocity and cross-section area so as to understand the hydrological characteristics of the stream. The slope of the cross-sectional area was changed in water levels of 0.6~1.0 m and 1.8~2.0 m. The first change occurred in the low-water level season, and the second change occurred in the high-water level seasons. It is assumed that the changes occurred due to the geological transfigure. The correlation between the cross-sectional area and the average flow velocity was 0.22~0.86 in the exponential equation and 0.20~0.87 in the linear equation. The low water level had a higher correlation than the high water level, and free weirs in the upper stream showed a very low correlation. Therefore, this study provides novel information for the management of water quality in the riverside, using correlation equations of the water level and flow velocity with the cross section area.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.33 no.5
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• pp.527-536
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• 2000

This study estimates the pollution load in a basin by regional groups analyzing the relationship between the discharge and pollution load. The study area is placed in the Miho stream basin known as the main tributary of the Kum river. Four major Telemetary streamflow stations are chosen. In this research, discharge and water quality in a dry season and a flood season from the observed discharge in the stream are analyzed. The Rating-Curve and the Pollutograph are drawn analyzing discharge and water quality at the major stations. The characteristics of runoff for each stream are analyzed and the change of water quality are analyzed for rainfall period. The relationship between discharge and water quality has been investigated. The relationship between the discharge and pollution load is analyzed and a representative equation is derived. These relationships permit an estimates of the pollution load at the Miho stream basin. basin.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.511-511
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• 2016

오염부하량은 오염원으로부터 발생하는 발생부하량, 수체로 배출되는 배출부하량, 수체의 특정지점까지 도달하는 유달부하량으로 구분할 수 있으며, 하천의 수질관리대책 수립을 위해서는 정확한 유달부하량 산정이 필요하다. 유달부하량 산정방법에는 실측에 의한 방법, 모델링을 이용한 방법, 유달율을 이용하는 방법 등이 있다. 이중 유달율은 오염원으로부터 배출된 오염물질이 수체의 특정지점에 도달하는 비율이며, 일반적으로 배출부하량과 유달부하량의 비를 의미한다. 따라서 특정 유역의 유달율을 알고 있을 경우 배출부하량을 이용한 유달부하량의 추정이 가능하다. 유달율을 산정하는 방법은 모니터링을 통해 유달부하량과 배출부하량의 비율을 직접 계산하는 방법, 기 개발된 유역특성을 이용한 회귀식을 이용하는 방법, 모델링을 이용하는 방법 등이 있다. 본 연구에서는 청미천 상류유역을 대상으로 수문 수질 모니터링을 통해 유달부하량을 계산하고, 배출부하량과의 비교를 통해 유달율을 산정하여 수질관리대책 마련의 기초자료로 이용하고자 한다. 청미천 상류유역은 경기도 용인시에 위치하고 있으며, 축사가 밀집한 지역으로 수질관리가 필요한 지역이다. 모니터링 지점은 청미천의 지류인 양가천을 따라 3개 지점, 청미천 본류에 1개 지점을 선정하였다. 유량 자료는 초음파 수위계를 이용해 측정한 수위자료와 수위-유량곡선을 이용해 구축하였으며, 수질 자료는 월1회 이상 정기 측정 및 강우시 정밀 측정을 실시하여 구축하였다. 수문 수질 자료를 이용해 유량-부하량 관계식을 도출하고, 이를 이용해 유달부하량을 계산하였다. 또한, 통계자료를 통해 각 모니터링 지점을 말단으로 하는 유역의 오염원 현황 자료를 구축하였으며, 환경부 원단위를 이용하여 모니터링 지점별 배출부하량을 산정하였다. 마지막으로, 유달율은 배출부하량과 유달부하량의 비로 계산하였으며, 선행연구들의 결과와 비교 및 분석하였다. 본 연구의 결과는 향후 청미천 유역의 수질관리대책 마련에 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.409-409
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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 설마천 유역(전적비교 수위관측소 기준, 유역 면적 8.48km², 유로연장 5.59km, 유로경사 2.15%, 경기도 파주시 적성면 소재)의 2021년 수문관측자료를 이용하여 지표수 물순환 성분인 강우량, 하천유출량, 증발산량을 산정하였다. 기본 관측자료인 강우량은 각 지점강우량의 관측자료의 비교·검토 등 품질관리를 통해 자료를 확정하고 유역평균강우량을 산정하였다. 하천수위는 기준수위표와의 검토를 통해 자료를 확정하였으며, 하천유출량은 기존의 유량측정성과와 단면검토를 통해 수위-유량관계곡선식을 개발하고, 확정된 수위자료를 적용하여 산정하였다. 그리고 증발산량은 유역인근 2개 관측소(동두천 파주)의 기상관측자료를 이용하여 잠재증발산량을 산정하여 추정한 값이며, 그 외 지하수 함양량은 관측 지하수위자료의 결측으로 산정에서 제외하였다. 각 물순환 성분별로 생성된 2021년의 설마천 유역(전적비교 수위관측소 기준)의 총강우량은 1,103.6mm이며, 하천유출량은 620.1mm(총강우량 대비 56.2%), 실제증발산량(잠재증발산량 추정값)은 443.0mm(40.1%)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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• 2020.06a
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• pp.347-347
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• 2020

하천수의 통합적인 물관리를 위해서는 농업용수의 목적으로 취수되는 하천수량과 같은 기초자료의 확보가 필수적이다. 취입보를 통해 취수되는 하천수량은 취수문에 근접한 농업용수로에서 유량을 계측할 수 있는데, 계측지점의 특성에 맞는 최적의 계측방법 선정 및 검증이 필요하다. 대부분의 농업용수로는 단면이 일정하여 수위-유량 관계 곡선식, 초음파 측정법, 수면경사법, 구조물법 등 대부분의 계측방법 적용이 가능한데, 본 연구에서는 전자파 표면 유속계를 이용해 산정한 유량자료와 실측 유량자료와의 적합성을 비교하여 전자파로 측정한 유량자료의 정확도를 확인하였다. 전자파 표면 유속계는 도플러 효과를 이용해 표면 유속을 산정하는 방식으로, 주로 홍수기와 같이 고유량 상황에서 사용되고 있고, 저유량이나 바람이 센 상황에서는 표면유속이 단면 전체의 평균유속을 대변하기 어려워 연중 지속적인 활용도가 낮은 상황이다. 농업용수로는 다양한 규모로 설계되어 있어 저유량에서부터 고유량까지 넓은 범위의 계측방안이 필요한데, 전자파 표면 유속계를 이용한 계측으로는 연속적인 자료 확보에 한계가 있다. 본 연구에서는 일정한 단면에서 전자파 표면 유속계와 실측 유속과의 비교를 통해 적정 수준의 정확도를 가질 수 있는 전자파 표면 유속계 측정범위를 특정하고, 저유량 구간에서 취약한 표면 유속 측정 자료를 보정할 수 있는 개선 방법을 적용하여 농업용수를 취수하는 지점에서 전자파 표면 유속계의 연중 상시 계측 가능 방안에 대한 연구를 수행하였다. 전자파 표면 유속계의 측정 범위 특정과 저유량 계측 개선 방안 등을 통해 추후 농업용수로의 하천수 취수량 계측 방법 선정에 도움이 될 것으로 기대한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.382-382
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• 2011

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 요소이며, 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 이는 이렇게 유도된 유출량의 경우 오차가 크기 때문에 그 신뢰성에 문제가 있을 것으로 판단된다. 따라서 본 논문에서는 수위를 직접 예측함으로써 이러한 오차의 문제점을 극복 하고자 한다. Neuro-Fuzzy 모형은 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 소속함수를 최적화함으로서 모형의 구조를 스스로 조직화한다. 따라서 수학적 알고리즘의 적용이 어려운 강우와 유출관계를 하천유역이라는 시스템에서 발생된 신호체계의 입 출력패턴으로 간주하고 인간의 사고과정을 근거로 추론과정을 거쳐 수문계의 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. 이러한 유전자 알고리즘은 전역 샘플링을 중심으로 한 수법으로 해 공간상에서 유전자의 개수만큼 복수의 탐색점을 설정할 뿐만 아니라 교배와 돌연변이 등으로 좁아지는 탐색점 바깥의 영역으로 탐색을 확장할 수 있기 때문에 지역해에 빠질 위험성이 크게 줄어든다. 따라서 예측과 패턴인식에 강한 뉴로퍼지 모형의 해 탐색방법을 유전자 알고리즘을 사용한다면 보다 정확한 해를 찾는 것이 가능할 것으로 판단된다. 따라서 본 논문에서는 선행우량 및 상류의 수위자료로부터 하류의 단시간 수위예측에 관해 연구하였으며, 이를 위해 유전자 알고리즘을 이용항여 소속함수를 최적화 시키는 형태의 Neuro-Fuzzy모형에 대하여 연구하였다.