• 한국수자원학회논문집
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• 제57권1호
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• pp.35-44
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• 2024

댐유입량 예측에 대하여 데이터 기반 머신러닝 및 딥러닝(Machine Learning & Deep Learning, ML&DL) 분석도구들이 공개되어 다양한 분야에서 ML&DL의 적용연구가 활발히 진행되고 있으며, 모델의 자체 성능향상 뿐만 아니라 모델의 특성을 고려한 데이터의 전처리도 댐유입량을 정확하게 예측하게 하는 중요한 모델성능 향상의 요소라고 할 수 있다. 특히 기존 강우자료는 적설량을 열선 설비를 통하여 녹여 강우량으로 환산되어 있으므로, 융적설에 따른 강우와 유입량의 상관관계를 왜곡하게 된다. 따라서 본연구에서는 소양강댐과 같이 융적설의 영향을 받는 댐유역에 대한 댐일유입량 예측시 겨울에 강설량이 적설이 되어 적게 유출되는 현상과, 봄에 융설로 인하여 무강우나 적은 비에도 많은 유출이 일어나는 물리적 현상을 ML&DL모델로 적용하기 위하여 필요한 강우 데이터의 전처리에 대한 연구를 수행 하였다. 강우계열, 유입량계열을 조합하여 3가지 머신러닝(SVM, RF, LGBM)과 2가지 딥러닝(LSTM, TCN) 모델을 구축하고, 최적 하이퍼파라메터 튜닝을 통하여 적합 모델을 적용하고 한 결과, NSE 0.842~0.894로 높은 수준의 예측성능을 나타내었다. 또한 융적설을 반영한 강우보정 데이터를 만들기 위하여 융적설 모의 알고리즘을 개발하고, 이를 통하여 산정된 보정강우를 머신러닝 및 딥러닝 모델에 적용한 결과 NSE 0.841~0.896 으로 융적설 적용전과 비슷한 높은 수준의 예측 성능을 나타내었으나, 융적설 기간에는 조정된 강우로 학습되어 예측되었을 때 실측유입량에 근접하는 모의결과를 나타내었다. 결론적으로, 융적설이 영향을 미치는 유역에서의 데이터 모델 적용시에는 입력자료 구축시 적설 및 융설이 물리적으로 타당한 강우-유출 반응에 적합하도록 전처리과정이 중요함을 밝혔다.

• 생태와환경
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• 제48권3호
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• pp.147-152
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• 2015

본 연구는 Kjeldahl 증류법을 이용하여 암모니아성 질소 및 질산성 질소의 안정동위원소 분석법을 연구하였으며, 건조방법 및 시료 농도 범위에 따른 분석값의 변화에 대하여 고찰하였다. 표준시료를 다양한 농도 범위 (0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, $10mgL^{-1}$)로 조제하여 질산성 및 암모니아성 질소 안정동위원소비 ($^{15}NH_4-N$, $^{15}NO_3-N$)를 분석한 결과, $^{15}NH_4-N$는 $0.1{\sim}10mgL^{-1}$의 농도 범위에서 측정 가능하였으며 (${\pm}0.2$‰)$^{15}NO_3-N$는 $0.4{\sim}10mgL^{-1}$의 농도 범위에서 측정 가능하였다 (${\pm}0.3$‰). Kjedahl 증류법으로 얻어진 시료를 건조할 경우 오븐건조는 질소 안정동위원소비가 2.2‰의 큰 변화를 보이지만, 동결건조는 0.5‰의 작은 차이를 보이므로 동결건조방법이 적합하였다. 실증연구 일환으로 한강 수계 중권역의 한 지천에서 암모니아성 질소 ($NH_4-N$) 및 질산성 질소 ($NO_3-N$)의 안정동위원소비를 이용하여 질산염의 기원을 추적해 보았다. 지천이 흘러가는 방향을 중심으로 상류, 하수처리 방류장, 하류로 구분하고 각각의 $^{15}NH_4-N$, $^{15}NO_3-N$ 안정동위원소비를 분석하였다. 상류에서 질산염의 $^{15}NO_3-N$, $^{15}NH_4-N$ 값이 가볍게 나타나지만 (2‰, 8‰), 특성이 다른 질소화합물의 방류수 (23‰, 14‰)가 유입되면서 하류 (21‰, 11‰)에 영향을 주는 것으로 여겨진다. 본 연구를 통하여 수행된 $^{15}NH_4-N$, $^{15}NO_3-N$ 안정동위원소비 분석법은 수생태계로 유입되는 다양한 질소 기원을 파악하여 효율적인 수질 관리를 위한 중요 정보를 제공할 수 있을 것으로 사료된다. 다만 이와 같은 기법을 적용하기 위해서는 추후 유역 오염원의 대표값 (end member)의 조사를 통하여 지속적인 자료구축이 이루어져야 할 것이다.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권1B호
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• pp.41-51
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• 2010

본 연구에서는 대구광역시 서구 비산7동 지역을 배수구역으로 선정하여 집중호우발생시 유출특성을 모의하고, 침수피해를 저감시키기 위한 방안으로 지하저류조의 설치에 따른 침수피해 저감효과에 대한 분석을 실시하였다. SWMM 모형을 적용하여 2003년 태풍 '매미' 사상에 대한 유출해석을 실시하였으며, 유출해석을 통하여 계산된 월류량에 대한 2차원 침수모형을 적용한 침수해석을 통하여 2003년 당시의 침수흔적도와 침수해석 결과의 비교 및 검증을 실시하여 침수지역의 공간적 분포가 매우 유사한 양상을 보이고 있는 것을 확인하였다. 또한 지하저류조의 설치에 따른 침수피해 저감효과를 분석하기 위하여 동일한 강우조건을 가지고 대상유역에 대한 유출해석을 실시하여 월류된 유량에 대한 2차원 침수해석을 실시하여 침수피해 저감효과를 분석하였다. 지하저류조의 설치 및 크기에 따른 침수피해 저감효과를 분석한 결과 지하저류조의 높이가 1.7 m($120m{\times}180m{\times}1.7m$)인 경우 월류체적은 72%, 침수면적은 40.1% 감소하였고, 높이가 2.0m($120m{\times}180m{\times}2.0m$)인 경우 월류체적은 84.8%, 침수면적은 50.6% 감소하였으며, 높이가 2.2 m($120m{\times}180m{\times}2.2m$)인 경우 월류체적은 94%, 침수면적은 91.2% 감소하였고, 높이가 2.5 m($120m{\times}180m{\times}2.5m$)인 경우는 월류가 발생하지 않는 것으로 확인되었다. 지하 저류조의 크기와 위치에 따른 침수피해 저감영향에 대한 정량적 분석을 통하여 제시된 연구결과는 침수피해 방지를 위하여 경제적이고 사회적으로도 활용가치가 높은 지하저류조의 설치를 위한 충분한 기초자료가 될 것으로 기대된다.

• 한국습지학회지
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• 제18권3호
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• pp.275-281
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• 2016

본 연구는 수질 및 수생태계 보전에 관한 법 53조2항에 해당하는 고속도로에서의 효과적인 비점오염관리를 위해 자동차 운행대수에 따른 고속도로의 강우유출 특성을 분석하여 비점오염 저감시설 설치 방안을 제공하고자 수행하였다. 연구대상지점은 총 5지점으로 경부, 서해안, 호남 및 통영대전 고속도로로 지점에 따라 2006~2008년과 2015년에 총 44회의 강우사상을 대상으로 모니터링을 수행하였다. 모니터링 결과, 평균 선행건기일수(ADD)는 6.2일, 평균 강우량은 19.2 mm로 조사되었다. 단위면적당 일평균 차량 통행량(ADT/CA)의 경우 경부고속도로 지점인 H-4에서 49.4대/$day{\cdot}m^2$으로 가장 높았으며 다른 지점의 경우 10대/$day{\cdot}m^2$미만으로 조사되었다. 조사대상 지점에서 발생되는 비점오염물질의 농도는 평균적으로 TSS는 63.5 mg/L, BOD는 24.9 mg/L, TN은 3.35 mg/L, TP는 0.63 mg/L, Total Zn은 298 ug/L로 국내에서 발표된 고속도로 관련 강우유출수 EMC 값보다 비교적 낮게 조사되었다. 한편, 조사대상지점의 오염물질 농도와 ADT/CA간의 상관관계 분석결과, SS에서 $R^2$값이 0.585로 가장 높은 상관성을 나타냈다. ADT/CA와 TSS EMC 와의 상관관계식을 통하여 국내 고속도로 평균 TSS EMC가 73.7 mg/L일 때 ADT/CA는 13 대/일${\cdot}m^2$으로 이를 기준으로 단위면적당 차량의 통행량이 13대보다 높을 경우 입자상 물질의 발생량이 높은 지역으로 고려, 비점오염관리가 필요한 지역으로 제시할 수 있으며 본 연구에서는 선행연구에서 제시된 ADT에 단위면적을 고려하였기에 기존에 수행되었던 연구보다 일반화된 단위로 활용도 및 적용성이 높을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.237-241
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• 2006

최근에 들어 도시지역에서는 국지성 집중호우에 의한 홍수피해가 증가하는 경향이 있으며, 우수설비 시스템이 비교적 갖추어진 개발 지역에서도 기존의 우수설비시스템의 용량이 초과되어 큰 침수피해가 발생하고 있다. 홍수규모가 배수시스템의 용량을 초과할 경우 건물, 공공기반시설 등 재산 및 인명 등에 있어 많은 피해를 야기하고 있으며, 도로의 침수는 운송 시스템의 기능에 문제를 일으키게 되어 도시의 산업과 기능을 마비시킨다. 이러한 도시지역 홍수에 대비하여 도시지역의 복잡한 지형 형상과 인위적 배수시스템을 함께 고려하여 해석할 수 있는 침수해석모형의 개발이 필요하다. MOUSE와 SWMM(Storm Water Management Model) 계열 모형들(EPA SWMM, MIKE SWMM, XP SWMM, PC SWMM)(Huber and Dickinson, 1988)은 도시유출해석에 많이 이용되고 있다. 그러나, 이들 모형들은 과부하된 유입구에서의 범람되는 홍수유량곡선만을 제공하며 지표면 범람 지역, 수심, 및 침수기간에 대한 상세한 정보를 제공하지 못한다. 따라서, 도시배수체계모형과 도시침수모형에 대해 상호연계를 수행할 수 있는 새로운 도시범람 모형이 도시지역에서 홍수로 인한 침수해석을 모의하는데 필요하다. 배수시스템 해석 모형의 계산결과를 이용하여 침수해석을 수행하는 연계모형의 경우 침수초기 월류지점으로부터의 침수진행과정을 잘 모의할 수 있다. 그러나, 지형의 기복이 있는 유역에서 배수시스템을 통한 지표침수유량의 배수과정을 고려하지 못함으로 인하여, 월류발생이 끝난 후 일부지점이 계속 침수된 채 있게 된다. 이러한 연계모형의 한계로 인하여 두 모형의 통합모형이 필요하다. 즉, 강우 혹은 월류유량으로 발생한 지표유량 중 일부분이 과부하가 발생하지 않는 유입구 지점을 통과할 때 배수시스템으로 유입되는 것을 고려할 수 있고, 유입된 유량은 배수시스템 내의 흐름에 반영되도록 배수시스템과 침수해석모형을 통합한 모형 개발이 필요하다. 그러기 위해서는 지표면과 배수시스템에 대한 수리학적 관계를 정립하여야 한다. 본 연구에서는 배수시스템 해석 모형과 도시침수해석 모형을 통합하고, 두 모형간의 유량의 전송과정을 수리학적 관계를 고려한 dual-drainage 도시침수해석모형을 개발하였다. 이를 위해 도시지역 배수시스템 해석 모형으로 널리 이용되고 있는 SWMM모형을 이용하여 지표면으로의 월류량을 산정하고 유입된 지표유량에 대해서 배수시스템에서의 흐름해석을 수행하였다. 그리고, 침수해석을 위해서는 2차원 침수해석을 위한 DEM기반 침수해석모형을 개발하였고, 건물의 영향을 고려할 수 있도록 구성하였다. 본 연구결과 지표류 유출 해석의 물리적 특성을 잘 반영하며, 도시지역의 복잡한 배수시스템 해석모형과 지표범람 모형을 통합한 모형 개발로 인해 더욱 정교한 도시지역에서의 홍수 범람 해석을 실시할 수 있을 것으로 판단된다. 본 모형의 개발로 침수상황의 시간별 진행과정을 분석함으로써 도시홍수에 대한 침수위험 지점 파악 및 주민대피지도 구축 등에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국습지학회지
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• 제13권3호
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• pp.377-384
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• 2011

강수량변화가 도시 및 해안지역의 지하수함양량에 미치는 영향을 파악하기 위하여 부산광역시 수영구를 포함하는 광역 지하수유역에 강수량자료를 변화시켜 지하수함양량을 산정하고 강수량증감에 따른 지하수함양량의 변화특성을 분석하였다. 그 결과, 강수량 증감에 따라 지하수함양량의 증감량은 차이가 있으나 강수량과 지하수함양량의 변화 양상은 동일한 경향을 나타내었다. 강수량의 변화에 대한 지하수함양률의 변화폭이 최근으로 올수록 적어지는 경향을 나타내었다. 또한 연도가 증가함에 따라 지하수함양률이 감소하는 추세를 나타내었다. 강수량 변화 시의 지하수함양량의 전체 평균 변화율은 강수량이 10 % 증가 시에는 2.23 %, 10 % 감소 시에는 2.20 %, 20 % 증가 시에는 4.39 %, 20 % 감소 시에는 4.36 %로 강수의 변화율에 비하여 지하수함양량은 적은 변화율을 보였다. 이들 결과로부터 강수량의 변화율에 비하여 지하수함양률의 변화가 크지 않음을 알 수 있었다. 따라서 도시지역에서 강수량이 변화할 시에는 지하수함양량의 변화율이 이에 미치지 못함으로 직접유출에 미치는 영향이 그 양만큼 커지게 되어 도시홍수의 발생가능성이 지속적으로 증가하게 됨을 알 수 있었다.

• 한국습지학회지
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• 제15권4호
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• pp.573-583
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• 2013

기후변화에 의한 홍수 특성의 변화에 적극적으로 대처하기 위한 대규모 댐 건설의 추진이 환경성, 경제성 등과 같은 문제로 난해해 짐에 따라 강변저류지 또는 유수지 시설이 유역내 홍수 분담 측면에서 포함되기 시작하였다. 강변저류지는 주하도에 인접되고 제방으로 둘러쌓인 공간으로 홍수기에 월류구조물을 통하여 인위적으로 범람시키는 지역이다. 강변저류지 직하류에서의 홍수저감효과는 설계홍수수문곡선의 형상, 강변저류지의 저류용량 등에 추가하여 월류부 구조물의 형식, 길이 및 월류턱 표고에 따라 영향을 받는다. 본 연구는 표본지구인 청미천에서 주어진 수문곡선에 관하여 월류제 형식과 수문 형식에 따른 홍수저감효과를 비교코자 하였다. 월류부에서 수문형식이 월류제 형식보다 홍수저감효과가 더 크지만 수문형식에 의한 홍수저감율은 공학적 견지에서 보면 의미있는 수치가 아니기 때문에 수문형식을 선정할 때는 초기사업비, 운영 관리 비용 등을 신중히 고려해야 하는 것으로 분석되었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제40권8호
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• pp.617-628
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• 2007

본 연구는 충주댐 유역을 대상으로 SLURP 모형에서 RS, GIS를 이용한 융설매개변수 적용 및 영향을 평가하고자 한다. 모형의 음설 관련 매개변수 준비를 위해 3 set (1998-1999, 2000-2001, 2001-2002)의 NOAA AVHRR 위성영상을 분석하였다. 적설분포면적은 채널 1번, 3번, 4번을 이용하여 추출하였고, 적설심은 지상기상관측소의 적설심 자료를 이용하여 공간적으로 내삽하여 추출하였다. 융설 매개변수와 DEM, 토지피복도, NDVI, 수문기상자료를 이용하여 3개년도(1998, 2000, 2001)의 일별유출량을 모의하여 보정하였다 그리고 보정된 매개변수를 이용하여 1개년도(1999)를 검증하였다. 4년(1998-2001)동안의 유량 비교 결과, 평균 Nash-Sutcliffe의 모형 효율은 0.76이고 적설 및 융설 기간(1월$\sim$5월)동안의 평균 모형 효율은 0.57이다. 융설매개변수 미고려시 평균 Nash-Sutcliffe의 모형 효율은 0.73이고 적설 및 융설 기간(1월$\sim$5월)동안의 평균 모형 효율은 0.19이다. 융설매개변수를 포함한 유출량이 융설매개변수를 포함하지 않은 경우보다 관측유량의 수문시계열적 특성을 잘 표현하는 결과를 보였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제38권4호
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• pp.323-332
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• 2005

두만강은 하천규모는 작으나(약 $33,000km^2$), 상${\cdot}$하류 국가간 많은 갈등 요소를 안고 있음에도 변방이라는 지리적 특성으로 각국의 중앙정부로부터 정치${\cdot}$사회적 관심의 대상이 되지 못했다. 1990년대 들어 UNDP등 국제적인 관심이 집중되면서 이 지역의 수자원 문제해결을 위한 대안들이 제시되었으나 국제하천관리의 문제해결에 있어 가장 중요한 국제협력체계의 확고한 구축이 미흡한 것으로 평가되고 있다. 특히 제도, 관리체계 및 기술적 대안이 필요한 국제하천관리의 기본원칙이 고려되지 않은 채 국가간 외교력에 의존한 접근방법이 한계를 맞고 있다. 본 연구에서는 두만강 수자원 관리 문제점들을 완화시키고 발전적인 전략적 대안 마련을 위하여 국제하천 문제해결의 합리적 방법으로 받아들여지고 있는 "제한적 영토주권"을 바탕으로 포괄적, 단계적인 접근방법을 검토하였다. 이를 위해 유사 사례분석을 통해 두만강에 적용할 수 있는 모델을 개발하였으며, 연안국간 평등성(equity)이 달성될 수 있도록 국제적인 협력네트웍의 기본 틀을 제시하였다.

• 농촌계획
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• 제5권1호
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• pp.95-103
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• 1999

본 연구에서는 남부 지방 농촌 소하천 제방 지역에 분포하는 죽림의 제방 보강역할을 파악하기 위해서 경남 진주시에 위치한 소하천 제방에 분포하는 죽림(분죽)과 잔디의 지중 뿌리 밀도 및 각 제방 토양의 관입 저항을 측정하였다. 연구 결과는 다음과 같다. 1. 대나무의 경우 토양 깊이가 깊어질수록 뿌리 분포량이 증가하는 경향을 보이는 반면 잔디는 감소하는 경향을 보여 지중 20-30cm 구간에서 가장 높고 지표면(0-l0cm)에서 가장 낮게 나타났다. 반면에, 잔디는 지표면(0-l0cm)에서 가장 높은 뿌리 밀도를 보였으며, 지중 20-30cm 구간에서 가장 낮은 뿌리 밀도를 보였다. 또한, 지중 30cm까지의 전체뿌리 분포량은 대나무가 잔디의 약 2.5배에 이른다. 죽근의 경우 지중 50cm 이상까지 분포함을 고려할 때, 실제로는 이보다 차이가 많을 것으로 예상된다. 2. 시료채취를 위한 관 삽입 시 소요되는 타격수는 지중 뿌리의 밀도에 따라서 현격하게 차이가 나는데 죽근의 관입 저항치(평균 21회)가 잔디(평균 8회)의 3배 정도인 것으로 나타났다. 3. 콘 관입시험 결과 죽근의 경우는 지중 뿌리 분포와 비슷한 경향으로 저항치가 증가하며, 잔디류의 경우 지표면(0-l0cm)가장 높았으며(평균 46kgf), 20-30cm 깊이에서 가장 낮게(24kgf) 나타났다. 이상의 결과를 종합할 때, 토양 중 뿌리의 분포 형태 및 밀도는 식물에 따라서 다양하게 나타나며, 하천제방의 안정성도 분포하는 식물이 가지는 뿌리 특성에 영향을 받는 것으로 보인다. 그러나, 토양중 근계 분포에 따른 토양 안정성 변화를 분석할 수 있는 표준적인 방법이 마련되어 있지 않은 상태이기 때문에 이상의 결과는 하나의 실험적 시도에 불과하며, 식물뿌리의 구조역학적 역할을 규명하기 위해서는 앞으로 보다 다양한 방법의 연구를 통해서 가장 합리적이고 객관적인 측정법이 향후 우선적으로 마련되어야 할 것으로 생각된다.