• Journal of Wetlands Research
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• v.11 no.2
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• pp.89-98
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• 2009

This study determines the stream mean slope, stream slope and longitudinal stream profile based on the concept of informational entropy. Maximizing the entropy will make the probability distribution of longitudinal stream profile as uniform as possible while satisfying the constraints. Using this relationships the mean stream slope, stream slope and longitudinal stream profile formulas were derived. The parameters of the applied streams were estimated by the least square method using the geomorphological factors of Dalchon stream basin obtained from Chungcheong Buk-Do local stream consolidation scheme drawings. The comparative investigation was performed between the observed and simulated mean stream slope and longitudinal stream profile, and are in good agreement with the measured data. It is noted that this results can be used in the estimation of stream mean slope and longitudinal stream profile.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.612-612
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• 2012

최근 GIS를 이용하여 수리 수문학적인 지형인자를 생성할 수 있는 Arc Hydro 등의 다양한 GIS 기반 툴들이 개발되어 왔다. 예를 들어 Arc Hydro는 격자형 고도자료인 수치표고모델(Digital Elevation Model)을 통해 수자원에서 필요로 하는 유로연장, 유역경사 등의 지형인자를 산정할 수 있는 기능을 제공해 주고 있다. 하지만 기존의 GIS 기반 툴에서는 Manning의 평균유속 공식 등 하천수리학에서 매우 중요한 인자인 하천경사를 하천망을 따라 산정하고 표출하는 기능이 부족하였다. 또한 하천경사 산정에 사용되는 여러 GIS 툴을 통해서 제공되는 셀 경사 등 지형인자들의 기계적인 적용으로 정확한 하천경사의 산정에 문제가 있어왔다. 본 논문은 이러한 지형인자들의 적용성을 평가하고 다양한 이론적 하천경사 산정법을 GIS 상에 적용하여 상호 비교하여 최적화된 하천경사 산정방법을 제시하고자 한다. 연구 대상유역으로는 제주도를 선정하였으며, 대상 하천은 Arc Hydro를 이용하여 산정된 하천망의 형태를 수자원관리정보시스템(WAMIS), 위성사진 등과 비교한 후 시범 하천(한천)을 선택하여 여러 하천경사 산정법을 적용해 보았다. 적용된 산정법은 총 4가지로 첫 번째 방법은 수치표고모델의 주변 표고를 고려하여 산정된 기울기를 Arc Hydro를 이용하여 산정된 하천을 따라 산술평균하는 방법이며, 나머지 3가지 방법은 하천망을 따라 흐름방향의 거리와 수치표고모델의 표고를 수집한 후에 단순경사방법, 등면적경사방법, 등가경사방법에 적용하는 방법이다. 산정된 하천경사를 상대비교를 하여 대상유역에 대한 비교검토를 실시하였다. 모든 과정은 프로그램 개발을 통해 자동화 시켜 향후 다른 유역의 적용과 변화 가능한 지형정보를 신속하고 효율적인 예측을 가능할 수 있도록 하였다. 또한 주어진 하천망의 두 지점 사이의 종방향 경사를 산정하여 표출하는 기능을 추가하여 하천 경사의 표출방식을 향상시켰다. GIS를 이용하여 산정되어진 하천경사의 적용성이 충분하다면 Manning의 평균유속 공식에 적용할 수 있을 뿐만 아니라 다양한 하천분석이 용이해 질 것으로 예상된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.35 no.6
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• pp.715-727
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• 2002

The travel time of a flood through a river reach can be estimated by dividing the river length by the mean velocity with which the flood passes downstream. It is closely related to storage constant for the watershed routing of a flood. There are so many empirical formulas available for the estimation of travel time but the results computed generally show great different depending on individual formulas. In the present study, the mean velocity data computed in the process of water surface profile computation for a probability flood through more than 100 different river reaches were collected along with the mean river bed slope of each river reach. And then, a regression analysis is made between the mean river bed slope and the mean velocity, which showed a wide scatter along the mean regression curve, which appears to be due to the different in the magnitude of probability rainfall and size of watershed area. Therefore, methods have been developed to remove the effect of these factors and generalized empirical equation is proposed to relate the mean velocity to mean river bed slope of a reach. Hence, if the mean river bed slope of a river reach is estimated from the longitudinal river profile, the mean velocity can be computed by the generalized equation along with the probability rainfall and watershed area of the river reach under consideration, which leads to the estimation of travel time through a river reach.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.520-520
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• 2017

하천 내의 호안, 제방, 수공구조물 등의 안정성을 검토하기 위한 인자로 대부분 유속 또는 소류력을 이용하게 된다. 이 중 유속의 경우 보통 현장측정이나 수리모형 해석을 통하여 도출되나, 두 가지 방법 모두 많은 인력과 시간이 요구되며, 하천정보 수집 및 수리모형에 대한 전문성의 필요 등 여러가지 제약사항을 가지게 된다. 최근 국내에서는 평균유속을 간단하게 도출할 수 있는 연속형 Kraven 공식이 실무에서 주로 적용되고 있으나, 경사에 의해서만 평균유속이 산정되어 유량의 변화에 따른 유속 변화가 나타나지 않는 문제점을 내포하고 있다. 본 연구에서는 기존의 연속형 Kraven 공식에 대한 문제점을 개선하고, 유속을 간략하게 도출할 수 있도록 평균유속 산정식을 개발하였다. 산정식은 하천 내의 유량과 경사를 활용하였으며, 1차원 수리모형 해석 결과와의 비교를 통하여 정확성과 적용성을 검토하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.36-36
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• 2021

최근 기후변화로 인한 집중홍우 등으로 홍수 등 재난이 증가하고 있으며, 이를 과학적으로 조사하고 분석하기에는 공간적으로 범위가 넓다. 특히, 미계측유역은 자료를 수집하고 정량적으로 분석 및 예측하는 데에는 한계가 많은 실정이다. 따라서 본 연구에서는 위성영상 자료를 활용하여, 하천폭, 수면경사, 수위 등 자료를 추출하고, 이를 유량조사를 수행한 지점의 자료와 비교하여 수리 기하적 상관성을 분석하였다. 특히, 하도특성을 고려하여 중·하류로 구분하고 유량과 수리기하 학의 관계를 분석하였다. 위성영상 중 취득이 용이한 Sentinel 자료를 선별하여 수리특성인자를 추출하였다. 영상자료의 해상도가 20 m이며, 자료의 한계에 따른 하천폭, 경사, 수위에 대한 유효 기준을 제시하고 경사가 완만하고 하폭이 넓은 대하천에 적용하였다. 그리고, 하천수리인자 특성을 입력변수로 하는 유량을 추정하기 위한 회귀모형을 구축하고, 모의유량과 실측유량을 비교하여 그 적용성을 평가하였다. 개발된 모형은 규모가 유사한 시험유역을 미계측 유역으로 간주하여 평균제곱근오차(RMSE) 와 평균절대오차(MAE)를 이용하여 정확도를 추정하였다. 본 연구를 통해 주요하천의 수리기하 특성을 통계화하고 유량과의 특성을 도출하여 국내하천의 특성을 범주화 할 수 있었고, 미계측 유역에서의 유량을 원격탐사와 같은 간접적인 방법을 통해 추정하고 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• v.10 no.4
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• pp.143-160
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• 2023

This study applied the stream physical habitat assessment system to obtain basic information for river restoration and watershed management in high-gradient and mid-gradient streams in the Naeseongcheon basin. The total length of high-gradient and mid-gradient streams in the Naeseongcheon basin is about 273 km, and as a result of the assessment, it was analyzed that suboptimal reach was about 8.2 km, normal reach was 180.3 km, and marginal reach was 84.7 km. In addition, the physical habitat quality of high-gradient streams was analyzed to be normal condition with an average of 106 points (53%), and in particular, the score of channel/hydraulic category, which is the most important for the habitat of aquatic animals, was analyzed to be normal, close to the limit, with an average of 54 points (45%). The physical habitat quality of mid-gradient streams was found to be in normal condition with an average of 90 points (45%), and the score of channel/hydraulic category was in marginal condition with an average of 39 points (32%). Overall, among 165 reaches of high-gradient and mid-gradient streams in the Naeseongcheon basin, 4 reaches (3%) were evaluated as suboptimal, 119 reaches (72%) were normal, and 42 reaches (25%) were considered marginal. These results showed that the physical habitat of Naeseongcheon was significantly disturbed. Disturbance of stream physical habitat in the Naeseongcheon basin occured due to farmland around stream, urbanization, reservoir construction, and river maintenance.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.242-242
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• 2016

낙동강 하류구간인 남강합류점에서 낙동강하구둑까지는 하상경사가 약 1/10,000보다 작은 매우 완만한 경사를 이루고 있으므로 홍수기 고수위를 장시간 유지하는 등 홍수소통에 불리한 조건을 가지고 있다. 이처럼 하상경사가 매우 완만한 하천에서는 홍수파의 전파 특성이 하상경사, 수심경사, 그리고 이송가속도와 국부가속도 경사 등 운동량 방정식의 각 항 모두에 영향을 크게 받는 것으로 알려져 있다. 따라서, 낙동강 하류구간의 홍수분석 정확도 개선을 위해서는 대상구간에 유입하는 홍수수문량의 크기 및 변화를 정확히 반영하는 것이 무엇보다 중요하다. 하천 본류로 유입하는 지류의 홍수량을 산정하는 보편적인 방법은 지류 하류의 수위관측소에서 구축된 수위-유량관계곡선을 이용하는 것이다. 그러나 본류 수위의 배수영향을 받는 지류 하류 구간에서는 단일 수위-유량관계의 결정이 불가능하므로 지류 유출량 산정을 위한 새로운 방법이 필요하다. 본 연구에서는 낙동강 하류구간(창녕 함안보~낙동강하구둑) 유역면적의 약 45% 이상을 차지하는 밀양강 유역의 홍수기 유출량 산정을 위하여 HPG(Hydraulic Performance Graph)를 이용하였다. HPG는 배수영향을 받아 시시각각 수리특성이 변화하는 구간에서도 유량 및 상하류 수위 등 수리특성 추정에 합리적인 결과를 제공하는 것으로 알려져 있다. 2012년 태풍 산바 사상을 대상으로 HPG를 이용하여 산정한 밀양강 홍수량과 기존 수위-유량관계로 산정한 홍수량을 각각 경계조건으로 사용한 경우로 구분하여, 낙동강 하류구간 주요 지점인 삼랑진과 구포의 홍수위 예측 정확도를 비교하였다. 비교결과, 기존 방법과 HPG를 이용한 방법 모두 예측시점이 첨두발생 시각에 가까워질수록 평균오차가 감소하는 것으로 분석되었다. 그러나 기존 방법은 예측시점에 따라 평균오차의 변화가 단조롭지 않고 진동이 발생한 반면, HPG를 이용한 방법은 기존 방법보다 오차의 감소가 단조롭고 지속적인 것으로 나타났으며 평균오차 또한 작았다. 본 연구결과, 배수영향을 받는 지류 하류구간에서 HPG를 이용한 유입량 산정은 본류 홍수위 예측 정확도 개선을 위한 경제적인 대안이 될 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.858-863
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• 2006

본 연구에서는 금강유역을 대상으로 GIS기법에 의해 1:5,000 NGIS자료로부터 DEM과 하천망을 생성하였고, 이를 이용하여 하천차수별 하천수, 하천연장과 평균하천연장의 하천특성인자와 유역면적, 유역평균폭, 최원유로연장, 하천총수, 총하천연장, 수계밀도, 수계빈도, 형상인자, 평균표고, 평균경사, 최대하천차수, 유역내 최고표고, 기복비 등의 유역특성인자들을 추출함으로써 수자원단위지도 기반의 단위유역별 지형학적 특성을 파악하였다. 또한 대상유역을 금강권역상류, 금강권역중류, 금강권역하류유역으로 구분하여 지형학적 인자를 추출하고 그 특성을 분석하였으며, 선형 및 비선형 회귀곡선을 이용하여 인자들 간의 상관관계를 분석함으로써 각 유역을 특징짓는 주요 인자들을 추출하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.563-567
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• 2015

우리나라 하천관리의 패러다임은 1990년대 이후 기존의 치수 및 이수능력을 고려함과 동시에 하천환경의 보전 및 복원을 새로운 목표로 설정한 자연친화적 방식으로 변화되었다. 하천법령 및 제도적 측면에서도 수자원 장기종합계획 및 유역 종합 치수계획은 하천의 환경보전 및 다목적 이용계획을 포함하도록 규정하고 있으며, 국내 하천법에 따르면 하천기본계획 수립 또한 자연친화적 하천조성 및 이와 관련된 보전지구 지정 등을 포함하도록 규정하고 있다. 하천설계기준, 자연 친화적 하천관리에 관한 통합지침, 또는 수자원 장기종합계획에서 적용하고 있는 하천환경조사 및 평가지표는 서로 다를 뿐만 아니라 과학적인 근거가 명확하지 않는 등 국가차원의 표준화가 이루어지지 못한 상태라 할 수 있다. 1990년대 이후 미국, 독일, 영국, 호주 등 선진국들은 하천환경 복원사업의 추진과정에서 복원사업의 타당성 제고 및 성공적인 사업수행을 위하여 그들 국가의 하천특성에 적합한 하천환경 평가 체계를 구축한 바 있으며, 이들 평가체계는 새로운 과학적 지식과 기술의 축적에 힘입어 지속적으로 발전되고 있다. Fujita의 유형화(Segment 분류)법에 의하면, 하천구간(Segment)은 하상경사, 하상재료, 식생, 생태 등이 통계적으로 동질인 하천 구간으로서, 하도 특성과 하천생태계 공간을 구분하는 단위이다. 자연하천에서 동일한 경사를 갖는 하천구간은 하상재료, 소류력, 저수로 폭, 수심 등이 대체로 동일한 값을 나타내고 있으며, 하도 특성을 지배하는 주요 인자로 각 하천의 평균 연최대유량, 하상재료의 대표입경, 하상경사 등을 설정하고 있다. 본 연구에서는 하천구간을 유형화하는 기준을 하상경사로 적용하여 평가단위를 분류하였으며, 평가체계는 미국의 USEPA를 한국형 하천환경에 맞도록 수정보완 하였다. 특히 미국의 USEPA의 지표 중 하안영역의 식생피복, 하반림 등은 생물분야 식생영역과 상충되어 제외하고 우리나라 특성에 적합한 하천횡단형상, 하천횡단 구조물 등의 평가기준을 재정립하여 내성천에 평가적용 분석하였다. 하천환경의 수리 및 하도 특성 평가기준 개발에 따라 평가체계의 개념적 틀을 토대로 통합적이고 표준화된 한국형 하천평가기준 개발을 위한 방법론을 정립하고, 나아가 하천환경의 지속가능성을 전제로 한 하천복원사업의 장 단기적 성공 여부를 평가할 수 있는 실무지침의 과학적 근거를 제시하고자 한다.

• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2007.11a
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• pp.116-119
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• 2007

정확하고 신뢰성 높은 유량 자료는 수자원의 정량적인 계획과 관리에 필수적이다. 이를 위하여 Chiu는 기존의 결정론적인 흐름 방향 유속분포식의 한계를 극복할 수 있는 방법으로 확률통계에서 사용되는 엔트로피 개념을 이용한 3차원 유속분포 식을 제안하였고, 이를 실험실 테이터와 자연하천에 적용하여 신뢰성과 정확성을 지속적으로 증명하여, 마침내 이에 대한 활용성이 매우 크게 대두되어 Chiu의 유속공식을 적극적으로 사용하고 있는 실정이다. 그러나 지금까지 이론적인 유속 분포식을 검증하기위하여 단면 형상이 일정한 직사각형이나 사다리꼴 등의 실험수로에서부터 불규칙한 단면 형상을 갖는 자연 하천에 대한 적용을 거의 이루고 있는 실정이나, 하상경사가 변하는 경우에도 엔트로피 파라미터(M)가 이에 대응하여 평형상태에 도달하려고 하는지에 대한 연구는 전무하다. 본 연구에서는 하상경사를 임의로 변경 가능한 실험수로를 선택하여 정밀법에 의한 유속측정을 실시하였다. 같은 지점의 같은 단면에서 하상경사($\theta$)가 0.00069부터 0.019034까지 28번의 경사변화를 주고 각 경사마다 유량을 측정하여 28개의 유량측정 데이타를, Chiu의 엔트로피 유속공식에 적용하여, 평균유속과 최대유속 사이의 관계가 선형관계, 즉 하상경사가 변하는 경우에도 엔트로피 파라미터(M)가 이에 대응하여 평형상태에 도달함을 증명하였다.