• 한국수자원학회논문집
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• 제56권12호
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• pp.939-953
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• 2023

천수방정식(shallow water equations, SWE)은 물의 거동을 수치적으로 해석하기 위한 지배방정식으로 수리수문 분야에 널리 활용되고 있으며, 비선형 연립방정식으로 일반적으로 수치적으로 해석할 수 있다. 하지만 기존의 여러 수치 해석법은 격자망 생성에 민감하며 복잡한 지형에서의 해석에 한계가 발생할 수 있다. 이러한 한계점을 극복하기 위하여 본 연구에서는 물리 정보 신경망(Physics-Informed Neural Networks, PINNs)을 사용하고자 하였다. PINNs은 물리 법칙을 신경망에 직접적으로 도입하여 지배방정식을 해석하고자 하는 기법이며 지배 방정식에 대한 물리적, 수학적 정보를 손실함수로 변환하여 최적화하고 해를 산정할 수 있다. 본 연구에서는 지배방정식을 PINNs 구조 내에서 사용할 수 있도록 신경망 구조, 학습 전략, 데이터 생성 기술과 같은 포괄적인 방법론을 제시하고 결과를 ANN 기법과 비교하였다. 물리적 사전지식이 반영되지 않은 ANN과 달리 PINNs은 천수방정식에 대하여 매우 정확한 수치적 솔루션을 효과적으로 제공하는 것으로 나타났다. 따라서 PINNs은 지배방정식의 수치해석적 연구에 많은 잠재력이 있는 것으로 판단되며, 정확하고 효율적인 천수방정식의 솔루션을 위한 기법으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국방재안전학회논문집
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• 제16권4호
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• pp.75-84
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• 2023

대다수의 개발도상국은 물수급 계획을 위한 수문 자료 부재로 장기유출량 산정이 불가능하며, 물 분배 의사결정을 진행하는데 합리적인 물수급 계획을 수립하기가 어려운 상황이다. 연구대상지역인 인도네시아 반둥지역은 급격한 도시화 및 인구집중으로 심각한 상수부족 상황이며 물수지 예측 방안이 구축되어 있지 않아 상수도 보급률이 약 20% 정도 수준이다. 이에 본 연구에서는 개발도상국에서의 물수지 예측접근방안을 제시하기 위해 MODSIM(Modified SIMYLD) 네트워크 모형 활용한 이수안전도 및 용수공급 가능량을 분석하였다. MODSIM 모형의 적정성을 검토하기 위해 비유량법을 적용하여 Pataruman 관측소의 19개년(2002~2020년) 유출량 자료를 기준으로 장기유출량을 산정하고 물수지 분석을 수행하였다. 분석결과 기존 월별 최적운영곡선과 일치하는 것을 확인할 수 있었다. 발전소의 발전용량을 분석한 결과 0.30~0.50% 정도 차이가 났으며, Pataruman 지점 이수안전도는 Q95% 유량 기준 1.64%, Q355 유량 기준 0.47% 높게 나타났다. 기존 저수지 최적운영곡선과 비교한 운영효율이 1% 내외로 유사하게 계측되어, 이를 통해 MODSIM 네트워크 모형을 이용한 용수공급 평가 가능성과 용수공급시설의 필요성을 확인할 수 있었다.

• 한국토양비료학회지
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• 제39권5호
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• pp.321-327
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• 2006

농업환경지표가 OECD 회원국간의 농업환경 비교와 이를 통한 농업환경 개선과 농업정책 수립에 대한 권고의 수단으로만 작용을 하지만 이것이 향후 통상 무역과 연계될 것은 추측 가능한 사실이다. OECD 농업환경지표를 우리나라에 그대로 적용했을 때 얻어진 지표 값이 우리나라의 농업환경을 사실대로 반영하지 못한다면 우리가 받을 피해는 미래에도 작용할 것이므로 이에 대한 새로운 제안을 통해 우리나라에 적합한 지표를 설정해야 한다. OECD에 의해 제안된 농업용수 사용 강도 지표는 논이나 밭에서 이용되거나 배수 유출되는 물의 특성을 모두 반영한 방법이 아니므로 몬순 기후지대에 속하는 한국에 적당하지 않다. 특히, 여름철 집중호우시기에 년 강우량의 2/3가 내리는 강우 특성은 이를 담수해 저장하는 능력을 가진 농경지의 수자원 보유능과 기타의 농업적 특성을 고려한 계산방법으로 농업용수를 산정해야 한다. 논의 경우 강우가 내리거나 관개가 되었을 때 담수나 침투를 통해 물을 지하로 배수해 지하수를 형성하거나 지표의 배수로나 하천을 통해 강이나 저수지로 상당량의 물을 흘려보내 다시 이용할 수 있도록 해준다. 즉, 농업용수로 계산되어 있는 물의 상당량은 다른 농경지나 생활용수 또는 공업용수나 하천 유지용수로 다시 이용된다. 따라서, 물 사용강도에 이용되는 농업용수는 농경지에서 소모되지 않고 지하수로 흘러 들어가거나 하천으로 유입되는 배출수를 고려하여 계산하는 것이 합리적이다. 이렇게 계산하면 22.9%(2001년)로 OECD 계산방법으로 얻어진 47%보다 24.1%가 낮아진다. 합리적인 농업용수 스트레스 지표를 산출하기 위해서는 각 나라마다 다른 나라와 강을 공유하고 있는지의 여부와 농업을 위한 주 취수원이 무엇인지를 살펴보아 그 나라에 적합한 스트레스 지표를 산출하도록 유도하는 것이 바람직할 것이다. 그러나, 실제 물에 대한 스트레스는 강우량, 수계별 수자원 부존량, 사용가능량, 농업용수 총공급수량, 환경 유지용수를 위한 기준 갈수량 확보 가능성, 농업용수 관리현황 및 저수율 분석, 수계별 농업용수 사용 가능량 및 기상 등이 복잡하게 작용할 것이므로 이 모든 인자들을 포함한 지표를 만들기는 쉬운 일이 아니다. 따라서, 우리나라는 OECD의 스트레스 지표와는 달리 환경 위해성 판단이 필요 없고, 계산이 복잡하지 않으며 우리의 환경에 적합하도록 주 취수원인 농업용 저수지의 저수율로 농업용수 스트레스 지표를 산정 했다. 농업용수 사용 기술적 효율지표는 작물의 재배 생리특성 및 이용특성과 지역마다 차이가 나는 기후의 특성을 반영하지 않은 계산의 결과이다. 그러므로 이러한 특성들을 반영하는 기술적 물 이용효율 지표를 만들기 위해서는 각 지역 또는 나라마다 작물별로 기준이 되는 물 소요량을 산정한 후 그 소요량에 대한 공급된 양의 비율로 WUTE를 결정하는 것이 합리적이다. 지역별, 작물별 특성을 포함해야 하는 농업용수 사용 경제적 효율 지표는 소비된 물을 분모로 삼아 계산에 이용하는 대신에 농업용수 사용 기술적 효율에서 제안한 각 지역 또는 나라마다 작물별로 기준이 되는 물 소요량을 산정한 후 그 소요량에 대한 공급된 양의 비율을 계산식의 분모에 적용하고, 벼의 경우는 생산물의 가격 대신에 지하수가 되는 양과 하천수가 되는 양에 대한 경제적 평가에 더해 논에 많은 양의 물이 관개됨으로서 발생하는 수변 생태계에 의한 환경유지 기능과 온도와 습도가 높은 한국의 기후 특성에서 전체 에너지 밸런스를 유지하는데 기여하는 관개수의 가치에 대한 평가와 더불어 생산물의 가격을 포함하는 것이 합리적일 것이다.

• 전기전자학회논문지
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• 제16권1호
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• pp.7-14
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• 2012

본 논문에서는 지상파 디지털 TV방송의 수신 여부를 판단할 수 있는 시청자 기반의 방송 수신율 산정방안을 연구하여 객관적이고 신뢰성 있는 방송 수신율을 산정하는 방안을 제안하였다. 기존의 방송 수신율 평가는 인구분포와는 무관하게 행정구역별로 제한된 지점에서의 전계강도 측정과 화질평가를 통하여 방송 수신율을 산정하므로 큰 오차가 발생하며, 실시간으로 수신환경을 평가할 수 없다는 문제점을 지닌다. 본 연구에서는 시청자들의 주거환경을 고려하기 위해 통계청의 가구통계와 환경부의 토지피복도를 결합한 모폴로지를 추출하고, 이를 주파수자원 분석시스템에 연계하여 실시간으로 수신율을 산정하는 방안을 제안하였다. 제안방법은 대상지역을 거주지역과 비주거지역으로 세분화한 후 수신율 산정 과정에서 고려함으로써 기존방법 보다 객관적이고 신뢰성 높은 방송 수신율을 실시간적으로 산정할 수 있다.

• 물과 미래
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• 제28권1호
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• pp.121-132
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• 1995

본 연구는 Siphon을 배수제어장치로 이용한 Cherepnov송수기의 거동을 예측할 수 있는 수학적모델을 구성하는데 목적이 있다. Cherepnov송수기의 작동과정은 23단계로 이루어진다. 송수기의 각 단계별 작동과정은 에너지방정식과 연속방정식을 이용하여 표현하였고 또 이를 계산하기 위하여 전산프로그램을 작성하였다. 본 연구의 결과로 얻어진 전산프로그램은 실험조건과 동일한 수리학적 조건 및 기하학적 조건을 입력하여 실행할 수 있었으며 그 결과는 실험에 의한 각 탱크의 수위곡선, 공기압곡선, 효율과 작동주기를 잘 재현하였다. 따라서 본 연구에서 구성한 수학적모델은 Cherepnov송수기를 설계하고자 할 때 송수기의 제원등을 검토하는데 유용하게 사용될 수 있으리라 판단되었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제35권4호
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• pp.815-820
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• 2015

제주도의 효율적 수자원 관리 기반을 구축하기 위해서는 지표수의 유출 특성과 증발산량, 지하수 함양량, 지하수 유출량의 상호관계를 정확하게 제시할 필요가 있다. 이 중 식생에 의한 차단(interception)효과는 증발산량에 직결되는 영향 인자임에도 정량적 분석의 어려움 때문에 유역단위로 정량화된 사례는 드물다. Von Hoyningen-Huene (1981)이 엽면적지수와 차단저류량의 관계를 밝혔고, LAI는 차단, 증산의 핵심요소로 다양한 수문모형에 활용되고 있다. 본 연구에서는 Kozak et al. (2007)이 제시한 엽면적 지수(LAI: Leaf Area Index)에 따른 차단저류량의 관계식을 이용하여 한국형 유역수문모형 SWAT-K (Soil and Water Assessment Tool-Korea)내에 식생에 의한 차단량 산정모듈을 개선하였다. 제주도 천미천 유역을 대상으로 적용한 결과 천미천 유역의 차단증발량은 85~104mm로서 전체 증발산량(993~1062mm)의 약 8~11% 만큼 차지하는 것으로 분석되어 전체 물수지 성분에 영향인자로 고려되어야 할 것이다.

• 한국문헌정보학회지
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• 제26권
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• pp.213-233
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• 1994

This study measured whether subject descriptor searching and citation searching retrieve different documents for conceptual queries and methodological queries in natural science, engineering and social science. The retrieval effectiveness of two search methods was measured using as criteria, total number of documents retrieved, total number of relevant documents, overlapping and unique documents and precision ratio. The search subject was water resources and the databases used were Selected Water Resources Abstracts (SWRA) and SCISEARCH. Data were collected for 21 doctoral students working on their dissertations in the three fields of water resources. Principal findings included: 1) subject searching and citation searching each retrieved substantially equal number of documents; 2) total number of relevant documents for conceptual queries was larger than that for methodological queries, while there was a large variation among the three fields; 3) the average overlap was quite small, while citation searching yielded more unique documents than subject searching; 4) for conceptual queries, citation searching yielded a higher precision ratio than subject searching, while subject searching obtained a slightly higher precision ratio than citation searching for methodological queries ; and 5) citation searching was effective for both specific queries and broad queries if seed articles are well chosen, while subject searching only worked well for broad queries. It was further found that: 1) citation searching is not a subsidiary but a substantial retrieval method in water resources; 2) SWRA is effective for queries for engineering and SCISEARCH is appropriate for queries for natural science, while neither SWRA nor SCISEARCH work well for queries for social science; and 3) characteristics of queries affect retrieval results more than the characteristics of documents or the coverage of databases.

• 한국환경농학회지
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• 제8권1호
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• pp.37-46
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• 1989

본 연구는 호소의 2차원 수질해석을 위해 흐름의 기본 방정식과 확산이송 방정식에 유한요소법을 도입하여 모의한 것으로, 얻은 결론은 다음과 같다. 1.단순화된 1차원 수로에서의 모형검정 결과 수치해와 정확해가 거의 일치하므로 모형의 알고리즘이 잘 구성 되었음이 입증되며, 적용결과 실측치와의 비교에서도 만족할만한 결과가 도출되어 모형의 적용 가능성이 시사되었다. 2. 삽교호의 BOD, COD, T-N, T-P, 및 SS의 농도분포가 2차원적으로 해석되었다. 3. 비점오염원의 비중이 높아 오염부하량 산정이 어려운 T-N, T-P를 사용하지 않고 COD를 모의 하므로서 부영양상태를 예측할 수 있도록 하였다. 본 연구결과는 하구언 및 방조제 등으로 인한 호수와 같이 수심에 비해 폭이 넓은 자연수역의 수질 해석에 적용될 수 있으며 이를 활용하므로서 용수취수지점의 선택, 하천 방류수의 처리기준 선정등, 수자원의 효율적인 이용 관리와 수질 대책 수립에 이용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 물과 미래
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• 제28권2호
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• pp.125-136
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• 1995

본 연구의 목적은 탱크모형의 매개변수를 시행착오범으로 산정할 경우, 불확실성을 개선하기 위해 Kalman filter로 매개변수를 실시간 예측하여 저수유출의 예측에 효과적인 알고리즘을 얻고자 하였다. 유역특성을 다양한 구조로 나타낼 수 있는 탱크모형은 각 단 탱크에 부착된 유출공으로부터 유출한 총 유출량이 관측유량에 유사하게 나타나야 하지만 유출환경의 영향으로 수렴성이 좋지 않았다. 이러한을 보완하기 위하여 탱크모형의 매개변수를 Kalman filter의 상태공간 모형에 의하여 실시간으로 추정한 결과, 시간 경과에 따라 추정치와 관측치의 수렴도가 높아 일정한 값을 유지하였으며, 이때의 유출환경을 나타내는 상태공간의 매개변수변화가 정적임을 알 수 있었다. 따라서 Kalman filter에 의한 탱크모형의 매개변수 추정기법은 저수유출 예측에 특히 효율성이 좋았으며 유량이 급변하는 곳에서도 어느 정도 적응하여 기존 탱크모형의 구조를 자동기법으로 정하는 예측시스템 보다 유출예측 시스템에 의한 탱크모형의 구조적 알고리즘이 적합한 모형임을 입증하였다.

• 물과 미래
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• 제20권4호
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• pp.267-278
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• 1987

본 연구는 유역의 지형인자를 대기행렬이론(Queueing theory)에 적용하여 하천유역의 강우-유출 고나계를 해석하고, 미 계측 유역이나 자료가 결핍된 유역에 적용할 수 있는 GIUH(Geomorphologic Instantaneous Unit Hydrograph) 모델의 매개변수를 결정하는 데 그 목적을 두었다. GIUH모델의 개념은 유역 시스템내의 강우의 지속기간동안 유역의 출구에서 가능한 많은 경로를 추적 할 수 있을 것이라는 강우-대기행렬이론의 원리에 기초를 두었으며, 적용기법은 분할법(Sub-area method)과 평균치법(Mean-value method)을 적용하였다. GIUH모델의 적용성을 증명하기 위해서, 낙동강 ndlcjsdb역(유역면적 472.53$\textrm{km}^2$)에 적용하였으며, 분할법과 평균치법은 유역의 분할을 위해서 채택하였다. 계산된 직접 유출수문곡선과 관측 직접 유출 수문곡선을 비교한 결과는 첨두 유출량, 도달시간, 효율계수가 매우 근접한 결과를 나타내고 있었다. 따라서, GIUH모델은 미 계측 유역이나 자료가 결핍된 유역의 유출량 산정에 광범위하게 적용할 수 있음을 알 수 있었다.