• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.2179-2183
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• 2008

지금까지 분포형 모형 개발에 대한 많은 노력이 있음에도 불구하고 여러 제약사항들에 의해 잠재력을 보여주는 정도로 활용되어 왔으나, 최근 급속도로 발전하는 컴퓨터의 계산능력, DEM 등 디지털정보의 구축이 진행되어 오고 있고, GIS 및 인공위성 영상기법의 발달로 공간적인 비균질성을 고려하여 유출과정에서 운동역학적인 이론을 기반으로 물의 흐름을 수리학적으로 추적해 나가는 물리적기반의 분포형 유출모형의 활용도가 높아지고 있다. 본 모형개발에 있어 이론적 배경이 된 모형은 1998년부터 일본 교토대학 방재연구소 코지리 연구실에서 개발 중인 Hydro-BEAM으로 유역 물순환의 건전성을 평가하기 위하여 장기간의 유역 내 유량, 수질을 시계열 및 공간적으로 파악하여 유역의 영향평가를 위해 개발된 물리적 기반의 격자구조를 가진 분포형 장기유출 모형이다. 유출량 계산은 유역내 수평 유출량산정 모듈로서 평면 분포형의 격자형을, 연직 분포형으로는 $A{\sim}B$층의 수평유출량은 하천으로 유입하고, C층은 하천유량에 영향을 미치지 않는 지하수층으로 가정하는 다층모형을 이용해서 A층, 지표 및 하도흐름은 운동파 법(kinematic wave)으로, $B{\sim}C$층의 유출량은 선형저류법으로 계산하는 모형이다. 본 연구에서는 격자흐름방향을 4방향에서 8방향으로 개선하였고, 모형의 각종 수문매개변수들을 GIS와 연계하여 직접 입력할 수 있도록 하였으며, 물리적기반의 침투과정을 모의할 수 있도록 Green & Ampt모듈을 추가하고, 향후 레이더 강우 및 수치예보강우의 홍수유출예측을 염두에 두고 격자강우량을 활용할 수 있도록 하는 등 홍수유출해석을 위한 분포형 강우-유출모형으로 개선 하였고, 이를 남강댐유역에 적용해 봄으로써 모형의 적용성을 검토해 보고자 하였다. 홍수기동안의 지표흐름과 지표하 흐름의 시간적 변화와 공간적 분포를 모의할 수 있었으며, 전처리과정으로서 ArcGIS 혹은 ArcView등의 GIS 프로그램을 이용하여 모형에 필요한 ASCII형태의 입력 매개 변수 자료들을 가공하였다. 또한 후처리과정으로서 모형의 수행결과인 유역내의 유출량 분포 등을 GIS상에서 나타낼 수 있도록 ASCII형태로 출력하도록 구성하였다. 남강댐유역을 대상으로 유역을 500m의 정방형 격자로 분할하고 수계망을 통하여 유역 출구까지 운동파이론에 의해 추적 계산하였으며, 수문곡선 비교결과 재현성 높은 결과를 보여주었다. 모형의 정확성 및 실용성에 대한 보다 정확한 평가를 위해서는 향후 다양한 강우 사상 혹은 다양한 크기의 유역에 대한 유출량의 재현성 및 매개변수 등에 검증이 이루어져야 할 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.537-537
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• 2012

천수방정식의 수치모형은 하천의 유량예측, 홍수범람해석, 해일 모의 등에 널리 사용되고 있고, 그 결과는 수자원 관리, 재난 대책 등 정책적인 의사결정에 있어 유용한 자료로 활용되고 있다. 이처럼 천수방정식의 수치모형은 연구목적뿐만 아니라 실생활에 있어서도 큰 영향을 미치고 있으며, 이에 보다 정확하고 효율적인 수치모형의 구축이 수리/수자원/방재분야에서 중요한 영역이 되고 있다. 본 연구는 정확하고 안정적인 수치모의를 위해 천수방정식의 수치모형에 MLP(Multi dimensional Limiting Process)기법을 적용한 후 다차원 모의 시 MLP의 수치 진동 제어 성능을 검증하고자 하였다. MLP기법은 다차원에서 수치진동을 억제할 수 있도록 개발된 기법으로, 기존 TVD 제어자(limiter)과 MLP의 차이점은 기존 제어자들이 흐름이 발생하는 셀 경계면에서 재구성된 값이 Maximum Principle을 만족시키도록 제어자를 유도하는데 반해, MLP는 셀 절점에서 Maximum Principle을 만족시키도록 제어자를 유도한다는데 있다. MLP기법은 압축성 유체를 표현하는 2, 3차원 오일러 방정식에 적용되어 기존의 제어자들에 비해 안정적이며 정확한 수치모의를 가능하게 하는 것이 검증되었다. 하지만 천수방정식에 적용된 예는 없으며, 이에 본 연구는 천수방정식에 MLP를 적용하고 천수방정식 수치모형 검증에 주로 사용되는 수치모의를 통해 MLP의 수치 진동 제어 성능을 검증하였다. 모의 결과, MLP는 2차원 천수방정식에 있어서도 기존의 제어자들과 비교하여 수치진동을 보다 잘 제어하는 것으로 판단된다. MLP의 사용으로 인해 불연속면 근처에서 정확도가 향상되었고 수치진동이 발생하지 않아 보다 안정적인 모의가 가능하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.25-25
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• 2022

하천의 개발 및 보전 계획을 수립하는 데에 있어 자연하천의 부유사량 및 총유사량을 계측하는 것은 매우 중요하다. 우리나라에서는 매년 국내 자연하천을 대상으로 부유사량을 실측하고 실측 부유사량을 바탕으로 수정 아인슈타인 방법을 적용해 총유사량을 산정하고 있으나 이 또한 홍수기에 국한되어 있다. 가장 일반적인 유사량 계측 방법인 시료 채집에 의한 방법은 많은 노력과 비용을 수반하기 때문에 유사량 관측소와 관측 빈도를 늘릴 수 없는 실정이다. 최근에는 ADCP 음파 신호의 후방산란도가 부유사 농도에 따라 증가한다는 성질을 이용해 부유사 농도 계측에 ADCP를 이용하고자 하는 노력이 계속되고 있다. 이러한 특성을 이용해 본 연구에서는 전라남도 나주시에 위치한 남평교 자동유량관측소에 설치된 횡방향 ADCP (H-ADCP)를 대상으로 서포트 벡터 회귀(SVR)를 적용한 실시간 유사량 모니터링 모형을 제안하였다. 여기서 제시하는 유사량산정 모형은 크게 유량과 초음파 산란도를 입력 변수로 해 부유사 농도를 산정하는 서포트 벡터 회귀 모형과 첫 번째 모형으로부터 산정된 부유사 농도와 흐름 정보를 이용해 총유사량을 산정하는 모형으로 구성되어 있다. 개발된 SVR 부유사량 및 총유사량 산정 모형의 정확도가 결정계수(R²) 기준으로 각각 0.82, 0.90 으로 나타났다. 주목할 점은, 본 연구에서 제시하는 SVR 모형을 이용해 멱함수 기반 유사량 관계식으로는 예측할 수 없는 유사량의 이력현상을 재현해낼 수 있다는 것이다. 본 연구에서 제시하는 H-ADCP 기반 총유사량 모니터링 방법은 기존 자동 유량 관측소 시설을 그대로 이용할 수 있다는 장점이 있다. 따라서 실무 적용 시 낮은 추가비용으로 양질의 유사량 모니터링이 가능할 것으로 기대된다.

• Journal of Wetlands Research
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• v.9 no.3
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• pp.25-34
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• 2007

We analyzed flood runoff and flood characteristics of an small urban river basin which is in an apartment complex in Yewol-Dong, Buchun-Si, Gyunggi-Do. This discharge normally flows a little by intercepting sewer and interception of pollutants. However in flood period it looks like risk of flood damage by high flood discharge and increase of flood elevation. After appling the analysis model on urban runoff, using the GIS data and cross section at the basin, and then we studied the degree of flood control safety at the basin through forecasting flood elevation. Eventually, there are the flood risks from the River structure for Multi-functional Urban river as well as the river safety. As flood runoff analysis in urban, we need to consider risks which are drainage depth and other.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.212-212
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• 2021

지구온난화에 따른 가장 큰 영향 중의 하나인 해수면 상승은 인구 및 산업시설이 집중되어 있는 연안에 심각한 영향을 미칠 수 있다. 연안 저지대 범람, 하천과 지하수로의 해수 유입, 하천의 수위증가, 조석 및 퇴적물의 변화 등의 직접적 피해를 증가시키고(국립해양조사원, 2012; Nicholls, 2002; 오상명 등, 2011), 시설물의 설계고 추산 및 흐름, 파랑의 흐름에 영향을 미쳐 연안 시설물의 안정성이나 기능성에 영향을 미치는 것으로 알려지고 있다(윤종주·김상익, 2012). 기후변화에 관한 정부간 협의체(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)의 5차 보고서(2014)에 따르면, 1901~2010년 동안 전 지구 평균해수면 상승률은 1.7mm/year에 이르며, 1990년대 이후에 더 높은 해수면 상승률을 예측하였다. 우리나라의 경우, 2010년 말까지의 자료분석 결과에서 2.48mm/year의 연평균 해수면 상승률을 보여 전세계 평균상승률보다 훨씬 상회하는 것으로 보고되고 있다(정태성, 2014; 윤종주 등, 2012). 이와 같이 전 지구적 평균해수면의 변화와는 별개로 지역적 해수면 변동특성은 그 양상이 크게 다를 수 있으며, 이는 지구온난화와 같은 자연적인 요인 뿐만 아니라 지역별 다양한 인위적 요인(풍속, 기압, 연안역 개발정도 등)에 따라 지역적 해수면 상승이 크게 변화할 수 있다. 이에 본 연구에서는 국내 연안역에 분포한 조위관측소의 장기 관측자료(수위)를 이용하여 각 지역별 해수면의 상승경향을 분석하였으며, 동/서/남해안 및 제주권역은 권역별 조석특성이 현저하게 다른 특성을 보이므로 권열별로 구분하여 분석이 수행되었는데 우리나라 대부분의 관측지점에서 평균해수면이 증가하는 추세인 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.953-957
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• 2008

일반적으로 하천은 오랫동안 장기간의 변화를 겪으며 안정되어 있다. 산사태나 홍수 등 자연적인 변화뿐 아니라 댐이나 교량 등 인위적인 변화에 따라 흐름이나 유사량이 변하게 되며 이런 동적변형상태를 복원하는 과정에서 침식과 퇴적이 반복적으로 이루어져 대규모 하상변동이 이루어지게 된다. 이러한 하천에서 발생하는 대규모의 하상변동에는 일반적으로 1차원 해석이 적용된다. 하천의 일정 하도구간을 고려할 경우 구간의 상류단면으로부터 유입하는 유입토사량과 하류단면에서 유출되는 유출토사량과의 비에 따라 그 구간에는 하상상승(aggradation)및 하상저하(degradation)가 발생하게 되고 이것이 거시적 측면에서 하상변동이라 할 수 있다. 이러한 장기하상변동은 경우에 따라서 이수용도의 수문 혹은 취수구가 노출되거나, 교량의 교각에 국부세굴이 발생되어 붕괴위험이 생기는 등 심각한 문제가 발생할 수가 있다. 본 연구에서는 하상변동 예측 모형 중 신뢰성 및 적용성이 우수한 것으로 인식되고 있는 HEC-6 모형을 형산강수계에 적용하여 4가지 협착부 개선방안에 따른 장기하상변동에의 영향을 검토하고자 하였다. 하천기본계획상의 횡단면도와 유사량 실측값을 이용하여 유사모의 결과를 검증하고 2020년까지의 모형의 계산 값을 이용하여 4가지 대안에 따른 모의 결과와 원안의 결과와 비교 및 분석하였다. 모의한 결과 형산강의 하상변동치가 크지 않은 것은 형산강의 하상이 어느 정도 안정되어 있어 장기적인 하상변동이 크지 않기 때문이다. 따라서 협착부 개선에 따른 대안 1, 2, 3, 4의 하상이 크게 변하지 않음을 보였다. 지형 변화에 따른 장기하상변동에의 영향이 크지 않은 것을 확인할 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.57-61
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• 2016

교각 주위에서의 국부세굴은 교각을 지나는 유체의 복잡한 흐름에 의해 발생한다. 이를 해석하기 위하여 많은 난류모형을 이용한 실내실험 및 수치실험을 수행하였으나 발생하는 와류를 하천 규모에서 전부 계산하기는 매우 어려운 문제다. 따라서 국부세굴 관련으로 최대 관심사인 최대 세굴심은 인공지능 기술에 근거한 다양한 기법을 적용해 계산하여 예측하기도 한다. 본 연구에서는 기계학습 분야 중 하나인 서포트 벡터 머신 (Support Vector Machines)을 이용하여 교각주위 국부세굴을 예측하였다. SVM은 본래 초평면을 이용하여 데이터를 분류시키는 기법이나 Vapnik(1995)이 제안한 ${\varepsilon}$ 서포트 벡터 회귀 (${\varepsilon}$-support vector regression)방법을 통해 회귀분석에도 활용할 수 있게 되었다. 학습을 위해 Charbert and Engeldinger (1956), Shen et al. (1969), Jain and Fischer (1979), 그리고 Dey et al. (1995)의 실험 자료를 이용하였고 검증을 위해 Yanmaz and Altinbilek (1991)의 실험 자료를 이용하였다. 커널함수로는 다항식 함수와 방사 기저 함수를 이용하였고 각 계수는 적합한 값을 찾기 위해 시행착오법을 사용하였다. 민감도 분석을 통해 각 계수들 중 ${\varepsilon}$의 변화가 결과에 가장 민감하게 변화를 일으키는 것을 확인하였고 검증 결과 SVM가 충분히 국부세굴을 잘 예측하는 것을 확인하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.449-449
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• 2021

하천 내 오염물질 유입원은 하수처리장과 같이 농도를 예측 가능한 점오염원이 일반적이지만, 수질오염사고와 같이 다량의 유해물질이 일시에 하천에 유입되는 경우도 발생하곤 한다. 특히 오염물질 유입지점과 취수장이 인접한 경우, 오염물질 혼합해석에 대한 이해가 오염사고 대응 및 수질 관리 측면에서 매우 중요하다. 자연하천에서는 사행에 따른 유속 구조의 불균일성 등으로 인하여 오염물질의 이송 및 분산 과정은 매우 복잡하게 나타난다. 이러한 하천의 지형적, 수리학적 특성이 오염물질의 혼합 거동에 미치는 영향을 정확하게 모의하기 위해서는 3차원 수치모형을 적용해야 한다. 그러나 대부분의 하천은 하폭 대 수심비가 매우 크기 때문에 2차원 이송-분산 방정식을 지배방정식으로 채택하는 2차원 수치 모형이 널리 사용되어왔다. 2차원 이송-분산 방정식의 해석결과는 입력된 종, 횡 분산계수의 값에 따라 변화하기 때문에 정확한 혼합해석을 위해 분산계수의 결정이 매우 중요하다. 과거 연구에서는 횡 분산계수의 결정을 위해 기본 수리량을 이용한 경험식을 활용하여 계산한 바 있다. 종 분산계수의 경우에는 경험식의 산정에 필요한 충분한 실험 자료가 축적되어 있지 않아 이상적 흐름 상태를 가정하여 유도된 Elder의 이론식(Elder, 1959)을 사용해왔다. 하지만 많은 연구에서 이러한 Elder의 이론식이 종 분산계수를 과소산정 할 우려가 있다고 제시했다. 따라서 하천의 전단류 분산특성을 나타낼 수 있는 데이터 확보를 통해 종 분산계수의 경험식 산정 및 횡 분산계수의 정확도 향상이 필요한 상황이다. 본 연구에서는 기존 선행 연구에서 수행된 2차원 추적자실험 데이터의 확장을 위해 오버샘플링 기법을 적용하였으며, 이를 통한 머신러닝을 통한 분산계수 산정 가능성을 분석하고자 한다. 부족한 추적자 실험 데이터를 확장하기 위해 오버샘플링 기법 중 SMOTE 기법을 활용했다. 오버샘플링 기법을 이용하여 생산된 데이터의 신뢰성을 검증하였으며, 추후 머신러닝을 이용한 2차원 종, 횡 분산계수 산정에 대한 활용 가능성을 분석했다.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.33 no.7
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• pp.536-543
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• 2011

In order to find the best design of artificial stream for the riverbed filtration in multi-purpose filtration pond, a mathematical model was developed employing the energy line and the Manning's formula and was analyzed by the Euler's technique. Various design factors were investigated through scenario analyses of the artificial stream using the model. Results showed that the appropriate slope of the stream bottom was 2/10,000 and the appropriate infiltration rate at the streambed was $2.5m^3/m^2-day$ for the pond with the area of 100 ha, and that the Manning's roughness coefficient in this case was expected to be about 0.026 and the maximum water-depth was less than 1m. It was also shown that the longer the artificial stream the more advantageous it became for the riverbed filtration. Furthermore, results showed that it was not an efficient way to prevent clogging of the streambed by increasing the flow velocity of the stream and that the performance was higher near a weir with a large head drop.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.26 no.6B
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• pp.597-603
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• 2006

The purpose of this study is to improve the short term rainfall forecast skill using neural network model that can deal with the non-linear behavior between satellite data and ground observation, and minimize the flood damage. To overcome the geographical limitation of Korean peninsula and get the long forecast lead time of 3 to 6 hour, the developed rainfall forecast model took satellite imageries and wide range AWS data. The architecture of neural network model is a multi-layer neural network which consists of one input layer, one hidden layer, and one output layer. Neural network is trained using a momentum back propagation algorithm. Flood was estimated using rainfall forecasts. We developed a dynamic flood inundation model which is associated with 1-dimensional flood routing model. Therefore the model can forecast flood aspect in a protected lowland by levee failure of river. In the case of multiple levee breaks at main stream and tributaries, the developed flood inundation model can estimate flood level in a river and inundation level and area in a protected lowland simultaneously.