• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.453-453
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• 2021

도시지역 비점오염원관리, 물순환 회복, 침투 및 증발산량 증가, 열섬현상 저감을 위한 주요한 방안으로 저영향개발(low impact development, LID)과 그린인프라 기법의 적용되고 있다. LID 시설은 소규모 분산형 시설로써 넓은 지역에 많고 다양한 시설들이 적용되어 시설의 개수가 많으며, 수질 및 토양 내 기성제품에 대한 센서들의 가격은 고가로 형성되어 있어 기기의 경제성 및 유지관리 등 적용하는데 제한적이다. 따라서 과거 모니터링 자료를 기반으로 오염물질들과의 상관성 분석을 통하여 계측이 어려운 항목들을 계측가능한 항목들로부터 예측 가능하며, 선정된 항목들에 대한 비용효율적인 센서를 개발하여 실시간 LID 모니터링이 가능한 비용효율적 모니터링을 개발하였다. 공주대학교 천안캠퍼스의 LID 시설들은 2013년에 조성되어 현재까지 시설이 운영되고 있으며, 5년이상의 과거 강우시 모니터링 자료들을 이용하여 오염물질 상관성 분석을 수행가능 하기에 대상지로 선정하였다. 오염물질 상관성 분석은 2013년부터 2017년도에 침투도랑에서 수행된 강우시 모니터링 자료를 활용하여 각 오염물질들의 상관성을 분석을 수행하였다. 침투도랑 내 유입되는 평균 유입수는 TSS 286.1±318.3 mg/L, BOD 22.6±39.5 mg/L, TN 8.96±5.85 mg/L, TP 1.01±1.11 mg/L로 나타났다. 겨울철에 비해 여름철에서의 오염물질의 유입농도가 높은 것으로 분석되었다. 이는 여름철 고온건조로 인한 노면 내 차량의 주행으로 인한 중금속, 폐타이어 등과 장마철 강우 시 유출된 토사로 인하여 유입수의 농도가 높은 것으로 분석되었다. 오염물질 부하량은 TSS와 COD 0.66으로 유의성이 높은 것으로 나왔으며, COD와 TSS, TP, TN 등 유의성이 높은 것으로 분석되었다. Arduino와 Raspberry PI를 활용하여 저비용 센서와 LTE 모뎀통신과 데이터 베이스 연결하여 개발된 프로그램을 통해서 무선으로 LID 시설에 대한 모니터링을 침투화분2와 식생체류지에 조성하였다. 전력공급이 어려운 식생체류지의 경우 태양열(Solar system) 시스템과 보조 전력 배터리를 조성하여 장마철이나 장기적인 악천후로 인한 전력을 생산하지 못할 경우 보조전력배터리에서 전력을 제공하여 지속적인 모니터링이 이루어지도록 설계하였다. 토양함수량, 토양온도와 Conductivity 등 3종류의 센서를 적용하였으며, 프로그램은 현재 2단계를 통한 2차수정을 통하여 프로그램을 구축하였다. 오차, 오작동, 계측값에 대한 검·보정 작업이 필요하다. 또한 대기자료의 구축을 통해 보다 토양과 LID 시설에 대한 영향분석이 필요한 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.206-206
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• 2020

토지이용의 고도화에 따라 비점오염원 부하는 증가하는 추세이며 기후변화에 따른 강우강도 증가 등으로 지표면에 축적된 고농도의 비점오염물질이 하천으로 유출, 수질오염을 가중시키고 있어 비점오염원 관리가 필요하다. 환경부에서 효율적인 비점오염원 관리를 위하여 2004년부터 현재까지 3단계에 걸쳐 비점오염원 관리 종합대책을 수행하고 있으며, 2008년부터 비점국고보조사업을 추진하여 비점오염저감시설 설치를 통한 수질개선 및 수생태계 건강성 확보에 기여하고자 하였다. 이에 본 연구는 비점국고보고사업을 통해 구축된 비점오염저감시설을 대상으로 시설 설치 및 운영 현황과 강우시 비점오염저감 효과 분석을 통한 시설의 평가를 수행하고자 한다. 연구대상시설은 시범시설 및 국고보조시설 총 70개소로 2005~2017년에 준공되었으며, 2016년부터 현재까지 총 4년동안 진행된 모니터링을 바탕으로 연구를 수행하였다. 시설의 용량은 34~97,000㎥의 범위로 SA/CA 1.2~6.6%의 범위이다. 강우시 모니터링은 선행무강우일수 3일이상을 고려하여 수행하였으며 도시지역의 경우 5mm 이상, 농촌지역 10mm 이상시 모니터링을 진행하였다. 시설의 유입과 유출부에서 수질 및 유량 모니터링을 진행하였으며, 수질오염공정시험법에 준하여 BOD, COD, SS, T-N 및 T-P 항목에 대해 분석을 수행하였다. 모니터링 결과, 국내 비점오염저감시설의 평균 부하량은 SS 250.4 kg/day, BOD 89.2 kg/day, COD 136.2 kg/day, TN 51.4 kg/day, TP 7.1 kg/day 로 분석되었으며, 유출부 의 경우 SS 83.8 kg/day, BOD 37.2 kg/day, COD 51.0 kg/day, TN 15.4 kg/day, TP 2.0 kg/day로 나타났다. 또한, 은 오염물질 유입 및 유출 부하량의 상관관계 분석결과 SS, BOD, COD의 유입 및 유출 부하량의 상관성은 높게 나타났으며 특히 유기물질(BOD, COD)의 상관성은 0.8이상으로 분석되었다(p<0.005). 이는 비점오염저감시설에 적용된 식생, 미생물, 여재 등을 통하여 물리학적 및 생태학적 처리를 통해 저감되기 때문으로 판단된다. 하지만, TN은 인위적 요인과 자연적 요인이 복합적으로 작용으로 배출 특성으로 상관성은 매우 낮은 것으로 분석되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.120-120
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• 2021

2020년 8월 7일부터 8월 8일까지 호우는 용담댐, 섬진강댐, 합천댐 하류 유역의 막대한 침수피해를 일으켰다. 이들 다목적 댐 유입량의 신뢰도 높은 모의는 홍수기 댐 운영 및 하류하천의 홍수 해석에 필수다. 여기서는 일 유출 모의 기반으로 개발된 ONE 모형을 10분 단위, 1시간 단위로 적용한 결과를 제시하고자 한다. 보통 홍수모의는 사상별로 실시하지만, 여기서는 1월1일부터 12월 31일까지 연속으로 모의한 결과에서 해당 홍수사상 결과를 제시하였다. 3개 다목적 댐의 홍수사상은 8월6일부터 8월 10일까지 5일간으로 설정하였다. 유역면적은 용담댐, 섬진강댐, 합천댐, 각각 930km², 763km², 925km², 총강우량은 각각 490.7mm, 451.9mm, 452.4mm, 첨두유입량은 10분 단위는 각각 4,872.7m³/s, 3,533.7.0m³/s, 2,776.0m³/s, 1시간 단위는 각각 4,394.9m³/s, 3,401.8m³/s, 2,745.6m³/s, 총유입량은 각각 3억8,836만m³, 3억1,324만m³, 3억2,816만m³였다. 첨두유입량 상대오차가 0일 때의 매개변수로 모의한 결과를 제시하며, 총유입량 상대오차(Vq), R², RMSE, NSE 등으로 평가하였다. 용담댐 결과는 10분 단위 경우 최대면적강우량 7.3mm, 첨두유입량 4,872.4m³/s, 총유입량 3억 8,138만m³, Vq 1.9%, R² 0.968, RMSE 207.347, NSE 0.978였고, 1시간의 경우 최대면적강우량 29.6mm, 첨두유입량 4394.9m³/s, 총유입량 4억157만m³, Vq -8.4%, R² 0.970, RMSE 186.962, NSE 0.982였다. 섬진강댐 결과는 10분 단위 경우 최대면적강우량 9.2mm, 첨두유입량 3,533.3m³/s, 총유입량 2억7,223만m³, Vq 18.4%, R² 0.885, RMSE 808.296, NSE 0.925였고, 1시간의 경우 최대 면적강우량 37.9mm, 첨두유입량 3401.6m³/s, 총유입량 2억7,029만m³, Vq 13.7%, R² 0.907, RMSE 285.544, NSE 0.936였다. 합천댐 결과는 10분 단위 경우 최대면적강우량 5.5mm, 첨두유입량 2,776.2m³/s, 총유입량 3억3,667만m³, Vq -2.7%, R² 0.941, RMSE 191.896, NSE 0.965였고, 1시간의 경우 최대면적강우량 17.0mm, 첨두유입량 2,746.7m³/s, 총유입량 3억1,333만m³, Vq 4.5%, R² 0.965, RMSE 140.739, NSE 0.981였다. 이상 ONE 모형으로 10분, 1시간 단위의 댐 홍수 유입량 모의결과는 높은 신뢰도를 나타냈다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.385-385
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• 2021

하천에서 실제로 유속 2.0m/s 이상 발생할 시 유량측정은 매우 급변하는 유속과 수위변화에 따른 측정값의 불확실성, 운영적인 측면에서의 시·공간적 한계 등으로 고유량에 대해 정확한 유량을 산정하기 어려운 실정이다. 그리고 국가하천은 최소 80년 빈도 이상, 지방하천은 최소 50년 빈도 이상의 확률강우량 채택을 통해 고유량에 해당하는 계획홍수량을 산정하고 있으나, 실제로 높은 호우의 빈도는 쉽게 발생하지 않아 유량측정성과가 부재하거나 매우 극소수에 불과한 상황이다. 따라서 유량측정성과는 대상하천의 계획홍수량(계획홍수위) 이하의 수준, 즉 중규모 수위 이하의 구간에서 대부분의 성과를 가지고 있으므로 고유량 산정은 고수위 외삽추정식에 의존할 수밖에 없다. 고수위 외삽추정은 대체로 기 유량측정성과(h, q)와 통수단면적(AD^1/2) 자료를 이용하는 Stevens 방법을 주로 이용하며, 이 방법은 하폭에 비해 수심이 비교적 작은, 얕은 하천과 기 유량측정성과가 추정하려는 고수위 구간에 근접한 경우에 적용성이 매우 용이하다고 할 수 있다. 설마천 유역 전적비교 수위관측소의 경우는 수위 4.110m까지 최대로 통수할 수 있으며, 하폭은 24.230m, 관측 최고수위는 3.194m, 유량측정성과 최대수위는 1.613m(40.303m³/s)이다. 설마천 유역에 대해 Stevens 방법을 적용하는 경우 위 조건을 만족하지 않으므로 다른 방법으로의 접근이 필요하다. AMC-III 조건의 선행강수량과 지속기간 1시간을 갖는 최대강우강도별 관측도달시간 자료를 통해 관계식을 유도하였으며, 강우 빈도해석의 결과인 지속기간 1시간의 빈도별 강우강도에 해당하는 도달시간을 유속으로 환산하는 과정을 거쳤다. 그 결과 유속은 1.808m/s(2년 빈도_43.3mm)~4.254m/s(500년 빈도_101.9mm)이며, 기 유량측정성과의 결과인 수위, 통수단면적, 유속, 유량, 최대강우강도(86.1mm_80년 빈도)가 발생했을 때의 해당 유속(도달시간 환산값), 수위, 통수단면적을 통해 최종적으로 빈도(년)별 유속, 수위, 유량을 결정하였다. 한국하천일람(2018)에서 제시된 설마천 전체 유역의 80년 빈도 계획홍수량(315m³/s, A=17.59km²) 값은 전적비교 수위관측소(A=8.48km²)와 직접적인 비교는 어렵지만, 유역면적비(0.482)를 적용한 추정된 계획홍수량은 약 152m³/s 볼 수 있다. 상기의 빈도별 유속, 수위, 통수단면적 결과인 80년 빈도(86.1mm)-유속(3.594m/s)-수위(3.194m)-통수단면적(53.197m²)에 해당하는 계산된 유량은 191.212m³/s로 분석되었다. 그리고 최대통수가 가능한 수위 4.110m의 계산된 유량은 313.674m³/s(약 424년 빈도 추정, 유속 4.203m/s, 통수단면적 74.761m²)로 결국에는 빈도(년)에 해당하는 수위-유량관계식(고수위 외삽추정식)을 통해 고유량을 산정할 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.441-441
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• 2021

우리나라의 홍수조절용댐은 총 5개소로 영산강유역에 두 개소와 한강유역에 세 개소가 있다. 한강유역에 있는 세 개소의 홍수조절지용댐은 한강상류의 북한지역에서 발생하는 집중호우에 대비하기 위한 댐으로, 임진강 하류지역의 수해방지를 위한 한탄강댐과 군남홍수조절지(군남댐)가 있으며 북한강 하류와 수도권의 홍수예방을 위한 평화의 댐이 있다. 영산강유역에 있는 두 개소의 홍수조절지는 2006년에 수립한 영산강치수종합대책에서 계획이 수립된 시설로 2011년 4대강 사업의 일환으로 설치하여 K-water에서 운영 중에 있다. 4대강 사업 이전의 영산강유역은 홍수량을 조절할 수 있는 홍수조절용량이 전무했던 실정으로 하도에서 홍수량의 전량을 수용해야했던 홍수에 매우 취약한 하천이었다. 그러나 4대강 사업을 통하여 영산강유역의 4대호를 비롯한 농업용댐의 숭상을 통한 홍수조절용량의 확보와 더불어 나주천변저류지와 담양홍수조절지, 화순홍수조절지를 설치하여 홍수로부터 상대적으로 안전한 하천으로 변모할 수 있었다. 그러나 영산강유역의 다른 하나의 과제는 여전히 남아있다. 우리나라의 하천 중에서 가장 수질이 악화되어 있는 하천이라는 불명예이다. 홍수조절지는 1년 중 3개월에 해당하는 홍수기에 사용할 수 있는 시설로 1년 중 9개월에 해당하는 비홍수기에는 홍수조절지의 효율적인 공간활용을 위하여 주민지원사업 등 다각도로 고민하여 사용하고 있으나 하천 외적인 문제를 수용하는 범주에 머무르고 있다. 하천이 가지고 있는 문제점을 다소라도 해소할 수 있는 목적으로 사용될 수 있다면 하천 외적인 문제를 수용하는 것 보다 하천 내적인 문제를 해소하는 목적으로 사용하는 것이 보다 바람직할 것으로 판단된다. 이를 위하여 영산강의 내적인 가장 큰 문제점은 수질악화로 인한 수질개선이라 할 수 있다. 따라서 홍수기로 한정되어 사용하는 홍수조절지를 해당하천의 내적인 문제를 다소라도 해소할 수 있는 공간으로 비홍수기에 기여할 수만 있다면 비홍수기의 활용목적을 확대하여 다목적조절지로의 변모가 필요하다고 판단한다. 따라서 본 연구에서는 영산강유역에 있는 담양홍수조절지와 화순홍수조절지의 두 개소 홍수조절지를 활용하여 영산강 수질개선에 기여할 수 있는 정도를 파악하였다. 비홍수기에 유출량의 일부를 조절지에 담수해 두었다가 수질개선 목적의 희석수로 방류하는 시나리오를 마련하여 시나리오별로 영산강의 수질개선효과를 분석하여 제시하였다. 수질개선효과를 분석하기 위하여 EFDC모델을 구축하고 모델 수행을 위한 시나리오는 조절지의 담수율과 방류량 그리고 조절지의 관리수질조건 등을 이용하여 작성하고 수질예측 결과에 따라 TOC, CHl-a, T-P 수질항목을 대상으로 수질개선효과를 분석하여 제시하였다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.56 no.1
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• pp.63-74
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• 2023

High-reliability prediction of dam inflow is necessary for efficient dam operation. Recently, studies were conducted to predict the inflow of dams using Multi Layer Perceptron (MLP). Existing studies used the Gradient Descent (GD)-based optimizer as the optimizer among MLP operators to find the optimal correlation between data. However, the GD-based optimizers have disadvantages in that the prediction performance is deteriorated due to the possibility of convergence to the local optimal value and the absence of storage space. This study improved the shortcomings of the GD-based optimizer by developing Adaptive moments combined with Improved Harmony Search (AdamIHS), which combines Adaptive moments among GD-based optimizers and Improved Harmony Search (IHS). In order to evaluate the learning and prediction performance of MLP using AdamIHS, Daecheong Dam inflow was learned and predicted and compared with the learning and prediction performance of MLP using GD-based optimizer. Comparing the learning results, the Mean Squared Error (MSE) of MLP, which is 5 hidden layers using AdamIHS, was the lowest at 11,577. Comparing the prediction results, the average MSE of MLP, which is one hidden layer using AdamIHS, was the lowest at 413,262. Using AdamIHS developed in this study, it will be possible to show improved prediction performance in various fields.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.56 no.12
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• pp.883-893
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• 2023

While South Korea's dependence on imported grains is very high, droughts impacts from exporting countries have been overlooked. Using the Evaporative Stress Index (ESI), this study globally analyzed frequency, extent, and long-term trends of agricultural droughts and their relation to natural oscillations and global crop prices. Results showed that global-scale correlations were found between ESI and soil moisture anomalies, and they were particularly strong in crop cultivation areas. The high correlations in crop cultivation areas imply a strong land-atmosphere coupling, which can lead to relatively large yield losses with a minor soil moisture deficits. ESI showed a clear decreasing trend in crop cultivation areas from 1991 to 2022, and this trend may continue due to global warming. The sharp increases in the grain prices in 2012 and 2022 were likely related to increased drought areas in major grain-exporting countries, and they seemed to elevate South Korea's producer price index. This study suggests the need for drought risk management for grain-exporting countries to reduce socioeconomic impacts in South Korea.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.31 no.5B
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• pp.439-447
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• 2011

It is a main concern for sustainable development in water resources management to evaluate adaptation capability of water resources structures under the future climate conditions. This study introduced the Fuzzy Inference System (FIS) to represent the change of release and storage of reservoirs in the Han River basin corresponding to various inflows. Defining the adaptation capability of reservoirs as the change of maximum and/or minimum of storage corresponding to the change of inflow, the study showed that Gangdong Dam has the worst adaptation capability on the variation of inflow, while Soyanggang Dam has the best capability. This study also constructed an Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS) for the more accurate and efficient simulation of the adaptation capability of the Soyanggang Dam. Nine Inflow scenarios were generated using historical data from frequency analysis and synthetic data from two general circulation models with different climate change scenarios. The ANFIS showed significantly different consequences of the release and reservoir storage upon inflow scenarios of Soyanggang Dam, whilst it provides stable reservoir operations despite the variability of rainfall pattern.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.12 no.3
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• pp.127-137
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• 1992

For the real-time control of a multi-purpose reservoir in case of a storm, it is absolutely necessary to forecast accurate flood inflows through a good rainfall-runoff model by calibrating the parameters with the on-line rainfall and water level data transmitted by the telemetering systems. To calibrate the parameters of a runoff model. the trial and error method of manual calibration has been adopted from the subjective view point of a model user. The object of this study is to develop a automatic calibration method using an optimization technique. The pattern-search algorithm was applied as an optimization technique because of the stability of the solution under various conditions. The object function was selected as the sum of the squares of differences between observed and fitted ordinates of the hydrograph. Two historical flood events were applied to verify the developed technique for the automatic calibration of the parameters of the storage-function rainfall-runoff model which has been used for the flood control of the Soyanggang multi-purpose reservoir by the Korea Water Resources Corporation. The developed method was verified to be much more suitable than the manual method in flood forecasting and real-time reservoir controlling because it saves calibration time and efforts in addition to the better flood forecasting capability.

• Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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• v.9 no.5
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• pp.115-123
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• 2009

Integrated information to water quantity and quality is essential for planning water resources management as well as operating water-related infrastructures. Because data collection process including monitoring and maintenance is separated in different governmental agencies in Korea, integrating quantity and quality may provide effective and better management implementation. In this study, a number of suggestions regarding integration of water monitoring were concluded in terms of technological, legal and institutional implications. First, it is necessary to discuss national water monitoring plan, national water information management plan, agreement of standard terms of monitoring between ministries, and to revise the law(river law and water quality management law). Present stations for water monitoring should be used for both of quantity and quality monitoring. If station is newly installed or relocated, it is better that one single agency maintain monitoring frequency and data management as well. In addition, a monitoring protocol need to be agreed by each of parties. In order to develop integrated monitoring system, quality assurance of the collected data should be properly maintained. Since many purposes haven been concerned using of data analysis and assessment so far, it may not be easy to integrate water quantity and quality monitoring in a short period. However, the alternatives including enhancing institutional regulations and programs, advanced technology may promote an efficient integrated water monitoring.