• 한국수자원학회논문집
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• 제33권6호
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• pp.745-755
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• 2000

현재 우리나라에서 홍수조절 업무에 황용하고 있는 홍수관리시스템은 댐에서 조절이 불가능한 댐하류부 수문현상들을 고려하여 방류계획을 수립할 수 없으며, 예측 강우량에 의한 댐으로의 유출상황을 고려한 예비방류에 관한 지침이 마련되어 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 댐의 제약조건 댐 상.하류의 유출상황을 고려하여 홍수기 댐을 운영 할 수 있는 모의기법에 의한 모형을 개발하였다. 개발된 모형(EV ROM이라 명명)은 댐에서 조절이 불가능한 댐하류 지류에 의한 하류 홍수제어 지점의 Cumulative Lateral Flow Hydrograph를 고려하여 방류계획을 수립한다. EV ROM에서는 댐하류 지역의 첨두홍수량 경감을 위하여 홍수제어지점의 수문곡선 상승부에서 예비방류를, 첨두부에서는 댐에 저류를 하였다가 수문곡선 하강부에 다시 방류를 수행하는 특징이 있다. EV ROM을 강우-유출모형에 결합하여 금강수계 대청댐을 중심으로 3개 홍수사상에 적용해 본 결과, 기존의 Rigid ROM이나 Technical ROM 보다 우수한 것으로 나타났다. 이는 본 연구에서 개발한 EV ROM이 댐 유역뿐만 아니라 댐하류 홍수제어지점의 수문상황을 동시에 고려하여 댐의 방류계열을 결정하기 때문이다. 따라서, 본 연구에서 개발된 EV ROM을 다양한 홍수사상에 적용, 예측강우량의 정확도 개선 및 프로그램의 보완이 이루어진다면, 현재보다 한차원 높아진 저수지운영을 기대 할 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제35권6호
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• pp.797-805
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• 2002

본 연구의 제Ⅰ보 (신용노 등, 2000)에서는 댐의 제약조건과 댐 상·하류의 유출상황을 고려하여 홍수기 댐을 운영 할 수 있는 모의기법 모형인 EV ROM을 개발하였고, 본 보에서는 제Ⅰ보에서 개발된 EV ROM을 FORTRAN Power Station 4.0에 의해 금강수계 댐군을 연계운영 할 수 있는 전산프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램을 사용하여 금강수계에서 발생한 3개 홍수사상에 적용해 본 결과 기존의 Rigid ROM이나 Technical ROM보다 효과적인 것으로 나타났다. 이는 본 연구에서 개발한 EV ROM이 댐 유역뿐만 아니라 댐 하류 홍수제어지점의 수문상황을 동시에 고려하여 댐의 방류계열을 결정하였기 때문이다. 향후, 본 연구에서 개발된 EV ROM을 다양한 홍수사상에 적용하기 위해서는 예측강우량의 정확도 개선과 함께 프로그램의 지속적인 보완이 이루어져야 할 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.135-135
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• 2018

한강의 잠수교는 평상시에는 사람과 차의 통행이 가능하나 예측수위가 5.5m일 경우, 보행자통제, 6.2m일 경우, 차량통제를 실시한다. 잠수교는 국토교통부의 홍수예보 지점은 아니지만 그 특수성으로 인해 정확한 홍수위 예측을 통해 선행시간을 확보할 필요가 있다. 일반적으로 하천 홍수위 예측을 위해서는 강우-유출 모형과 하도추적을 위한 수리모형을 결합한 모델링이 요구되나 잠수교는 하류부 조위로 인한 배수 및 상류부 팔당댐 방류량의 영향을 받아 물리적 수리 수문모형의 구축이 상당히 제약적이다. 이에 본 연구에서는 딥러닝 오픈 라이브러리인 Tensorflow 기반의 LSTM 심층신경망(Deep Neural Network) 모형을 구축하여 잠수교의 수위예측을 수행한다. LSTM 모형의 학습과 검증을 위해 2011년부터 2017년까지의 10분단위의 잠수교 수위자료, 팔당댐의 방류량과 월곶관측소의 조위자료를 수집한 후, 2011년부터 2016년까지의 자료는 신경망 학습, 2017년 자료를 이용하여 학습된 모형을 검증하였다. 민감도 분석을 통해 LSTM 모형의 최적 매개변수를 추정하고, 이를 기반으로 선행시간(lead time) 1시간, 3시간, 6시간, 9시간, 12시간, 24시간에 대한 잠수교 수위를 예측하였다. LSTM을 이용한 1~6시간 선행시간에 대한 수위예측의 경우, 모형평가 지수 NSE(Nash-Sutcliffe Efficiency)가 1시간(0.99), 3시간(0.97), 6시간(0.93)과 같이 정확도가 매우 우수한 것으로 분석되었으며, 9시간, 12시간, 24시간의 경우, 각각 0.85, 0.82, 0.74로 선행시간이 길어질수록 심층신경망의 예측능력이 저하되는 것으로 나타났다. 하천수위 또는 유량과 같은 수문시계열 분석이 목적일 경우, 종속변수에 영향을 미칠 수 있는 가용한 모든 독립변수를 데이터화하여 선행 정보를 장기적으로 기억하고, 이를 예측에 반영하는 LSTM 심층신경망 모형은 수리 수문모형 구축이 제약적인 경우, 홍수예보를 위한 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.11-11
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• 2021

2018년부터 삼척지역에는 전파강수관측소(X-band 이중편파레이더)가 설치되어 현업 운영 중에 있다. 해당 지역은 영동지역은 산지로 둘러싸여 있어 지형적인 여건으로 지상강우관측망과 기존 대형 강우레이더로도 정확한 강우관측에 한계가 있었다. 설치 이후 전파강수관측소의 품질관리와 최적 관측전략 수립, 분포형 비차등위상차 기반의 강우추정 기법의 적용으로 정량적 추정강우의 정확도가 확보되어 75m의 고해상도 격자강우 정보가 제공되고 있다. 본 연구에서는 이러한 전파강수관측소의 정량적 추정강우를 홍수예보에 활용하기 위해서 강우기반의 하천 수위 예측 기법인 하천흐름계산도표를 개발하였다. 하천흐름계산도표가 개발된 지역은 삼척 전파강수관측소의 관측 반경에 포함되는 삼척오십천 유역이며, 해당지역은 수변공원으로 조성되어 있어 시민의 접근이 용이하여 하천 수위 급상승으로 인해 피해가능성이 높은 지역이다. 2019년과 2020년 호우사례를 대상으로 개발된 하천흐름계산도표에 전파강수관측소의 정량적 추정강우를 적용하여 하천수위 상승 예측성을 평가하였다. 또한 비교대상으로 강우관측소 강우자료와 환경부 대형 강우레이더 강우자료의 적용결과를 함께 비교하였다. 비차등 위상차 기반의 강우추정 기법을 적용하여 산정된 삼척 전파강수관측소의 정량강우는 기존의 강우추정 결과(SRI, CMP_HFC)보다 강우추정 정확도가 향상된 것을 확인하였다. 특히, 10km 관측 반경을 기준으로 분석하면 정확도가 상대적으로 높았다. 삼척 전파강수관측소 추정강우를 하천흐름 계산도표에 적용한 결과, 2020년 9월 7일 호우에 의해 삼척오십천 유역에서 관심수위 초과(10:20), 주의수위 초과(11:20)가 발생하였는데, 삼척 전파강수관측소 추정강우가 관심수위 초과 1시간 50분 전에 수위상승을 예측하였고, 주의수위 초과 30분전에 수위상승을 예측하였다. 이를 통해 개발된 하천흐름계산도표와 삼척 전파강수관측소의 홍수예보 활용 가능성을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.416-416
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• 2020

우리나라의 계절 특성상 여름철 집중호우가 쏟아지는 현상이 빈번하게 발생하는데 이러한 돌발홍수가 예고 없이 일어나 상습적으로 침수 피해를 입는 지역이 증가하고 있다. 본 연구에서 2009년 ~ 2019년 동안 서울시 침수 피해 사건 중심의 인터넷 기사를 기반으로 실제 침수 사례를 조사해본 결과, 침수가 가장 많이 발생한 순으로 반포동(26건), 대치동(25건), 잠실동(21건)으로 집계되었다. 침수피해가 가장 많은 반포동을 연구지역으로 선정하고 그 중 잠수교의 수위를 예측하는 연구를 진행하였다. 기존 연구에서는 수치모형에 비해 신속한 결과를 도출할 수 있는 자료 기반 모형 중 LSTM 기법을 많이 사용하였다. 그러나 이는 선행 시간이 길어질수록 첨두수위에서 과소추정된 것으로 분석된 취약점이 존재하였다(정성호 외, 2018). 본 연구에서는 이러한 단점을 보완하기 위해 GANs(Generative Adversarial Networks)를 이용하였다. GANs는 생성자와 감별자가 나뉘어 생성자가 실제 자료인 첨두수위에서의 잠수교의 수위를 학습하고 실제와 근접한 가상데이터를 결과로 생성하여 감별자는 그 생성된 미래의 잠수교의 수위가 실제인지 가상인지 판별하도록 학습시키는 신경망 구조이다. 사용한 수문자료는 한강홍수통제소, 기상청, 국립해양조사원에서 제공하는 최근 15년간의 (2005년~2019년) 수위, 방류량, 강수량, 조위 자료를 수집하였고 t-test와 상관성분석을 통해 사용한 인자 간의 유의미성 판단과 상관성을 분석했다. 또한, 민감도 분석 결과 시퀀스길이(5), 반복횟수(1000), 은닉층(10), 학습률(0.005)로 최적값을 선정하였다. 또한 학습구간(2005년~2014년)과 검증구간(2015~2019년)으로 나누어 상대적으로 높은 수위가 관측되는 홍수기의 3, 6, 9시간 후의 수위를 예측하고 오차 지표를 이용해 평가하였다. LSTM 기법으로 예측된 수위와 GANs로 예측된 수위를 비교한 결과 GANs으로 예측된 첨두수위에서의 정확도가 5% 정도로 향상되었다. 향후에는 다양한 영향인자와 다른 기법과의 결합을 고려한다면 보다 정확하게 수위를 예측하여 하천 주변 사회기반시설의 침수 피해를 감소시킬 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.117-117
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• 2022

범지구적인 기후변화로 인하여 도시유역의 국지성 집중호우가 빈번히 발생하고 기상이변 현상이 빈번하게 발생하고 있다. 이로 인해 도시지역의 침수 등의 자연재해 증가로 인명 및 재산피해가 발생하고 있다. 이에 따라 하수도의 제 기능을 수행하고 있다면 문제가 없지만 이상기후로 인한 기록적인 폭우에 의해 침수가 발생하고 있다. 홍수 및 집중호우와 같은 극치사상의 발생빈도가 증가됨에 따라 강우사상의 변동에 따른 하수관로의 수위를 예측하고 침수에 대해 대처하기 위해 과거 수위에 따른 수위 예측은 중요할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 서울 열린데이터 광장에서 제공하는 서울시 하수관로 수위 현황 자료를 활용하여 하수관로 수위 예측을 확인해 보았다. 대상자료는 서울특별시 강동구에 위치한 하수관로 수위 자료로, 서울 열린데이터 광장에서 제공하고 있는 2012년 ~ 2020년 25개 구 데이터 중 가장 누락데이터가 적은 자료를 활용하여 연구를 진행하였다. 하수관로 수위 예측에는 딥러닝 알고리즘RNN-LSTM 알고리즘을 활용하였으며, RNN-LSTM 알고리즘은 하천의 수위 예측에 우수한 성능을 보여준 바 있다. 하수관로 수위 예측에 앞서 1분 단위로 수집된 수위 데이터를 5분 평균, 5분 스킵자료, 10분 평균, 10분 스킵 등 비교를 위해 데이터를 구분하여 학습에 활용하였으며, 데이터 분석을 위해 하수관로 수위값 변동이 심한 1주일을 선정하여 분석을 실시하였다. 연구에는Google에서 개발한 딥러닝 오픈소스 라이브러리인 텐서플로우를 활용하였으며, 하수관로 수위 고유번호 25-0001을 대상으로 예측을 하였다. 학습에는 2012년 ~ 2018년의 하수관로 수위 자료를 활용하였으며, 모형의 검증을 위해 결정계수(R square)를 이용하여 통계분석을 실시하였다.

• 한국토양비료학회지
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• 제40권3호
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• pp.208-213
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• 2007

1985년부터 1991년까지 일 강우량 80 mm 이상일 때의 유거량 자료를 이용하여 집중강우시 물유출 양상을 구명하였다. 지표유거가 발생하는 유거 발생 최소 강우량은 지표피복과 경사장에 따라 결정되는 것으로 나타났으며 토성과 경사각에 따라서는 별 차이를 나타내지 않았다. 유거 발생 최소 강우량을 기준으로 그 이후의 유거량은 강우량에 따라 직선적으로 증가하였다. 그러나 이 때의 기울기 즉, 유거율은 토성, 지표 피복형태, 경사각, 경사장에 따라 달라졌다. 유거율은 토성이 세립질로 침투속도가느릴 수록 커졌으며 콩 재배에 비해 물흐름에 대한 저항이 작은 나지에서 컸다. 또한 유거율은 경사각의 제곱근에 비례하여 증가하였으며 경사장이 길어짐에 따라 특정값에 수렴하면서 감소하였다. 이러한 결과를 바탕으로 집중강우 시 유거량을 모사할 수 있는 식을 다음과 같이 개발하였다. $$Runoff=a(s^{0.5}+l^b)(Rainfall-80(1-e^{-bl}))------(9)$$ 이 식에서 a는 토양의 침투특성과 관련된 토양계수, b는 지표 피복의 영향을 나타내는 지표피복계수, s는 경사각(radian), l은 경사장(m)이다. a는 토성에 따라 0.5~0.6으로 나타났으며 세립질일 수록 값이 컸다. b는 피복조건에 따라 나지에서 0.06, 콩 재배시 0.5 정도로 평가되었다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제15권1호
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• pp.1-10
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• 2003

본 연구에서는 수평배수공법에 있어서 부압과 배수재 배치간격에 대한 영향을 일련의 실내실험을 통해 살펴보았다. 중형토조실험를 이용한 적정 부압 산정에 관한 실험결과 초기에 낮은 부압을 가하고 단계적으로 높은 부압을 가하는 것이 바람직하고, 높은 부압을 가하는 경우에 일어날 수 있는 배수재의 위치 변화를 작게 하며, 배수재로부터 거리에 따라 함수비를 균등하게 감소시킴으로서 함수비 저감 효과가 큰 것으로 나타났다. 그리고. 신사전 등(1988씰 제안식을 이용하여 배수재의 평균 타설간격을 산정하여 Barron(1948)의 이론식을 이용한 계산 값과 신사전 제 침하량 측정으로부터 구한 시간 경과에 따른 압밀도를 비교한 결과 실측 압밀곡선은 신사전 등(19880의 평균타설간격(dm)을 적용한 실측 압밀곡선과 거의 유사한 경향을 보였다. 따라서, 현장에서 수평배수재를 설치한 준설지반 의 배수재 배치간격과 압밀속도를 계산함에 있어서 신사전등과 Barron의 이론식 적용이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국지리정보학회지
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• 제5권1호
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• pp.38-47
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• 2002

본 연구에서는 구미시를 연구지역으로 하여 GIS를 이용한 광역적인 산사태 발생가능성을 분석하고자 하였다. 우선 산사태 예측을 위한 자연환경과 인문환경 인자들에 관련된 평가기준을 검토한 후, 수치지형도의 등고선 레이어로부터 생성된 수치고도모형을 통하여 경사도와 사면방향도를 추출하고, 위성영상자료의 영상처리를 통하여 정규식생지수(NDVI) 분포도와 토지피복 현황도를 얻었다. 구축된 공간데이터베이스로부터 자료들을 중첩시켜 발생가능지수를 산정하고 위험도 분포도를 작성하였다. 산사태의 발생가능성이 높은 몇 개 지역이 추출되었으며, 경사도가 30% 내외, 사면방향이 남동, 동, 남서, 북동향의, 수역 인접지 및 수계첨단부, 그리고 단층지역 인접부, 식생 활력도가 중간정도인 지역에서 산사태 발생가능성이 높게 나타남을 확인할 수 있었다. 본 연구에 포함하지 못한 토양, 임상, 지하수위, 기상관측 등의 자료 등을 데이터베이스에 추가한다면 더 정확하고 종합적인 분석을 도모할 수 있을 것이다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제22권5호
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• pp.39-46
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• 2018

최근 한반도는 동계올림픽 단일팀 참가, 남북정상회담 이후 남북 경제협력 방안이 본격적으로 논의될 것으로 보이고, 도로, 철도 등 남북 주요 인프라에 대한 관심이 커지고 있다. 그리고 대부분의 북한 시설물은 고령화, 노후화 및 유지관리 불량 등 시설물의 안전성과 기능성에 대한 문제점이 제기되고 있다. 이에 본 연구에서는 북한 인프라 개선 및 개발에 대한 새로운 전략을 마련하기 위하여 성능관점의 북한 유지관리 수준을 분석하고 남북 상호 인프라 유지관리 수준을 비교하였다. 본 연구결과, 북한의 도로, 철도 등 국가기반시설과 전력 및 통신, 상하수도 등 생활기반시설의 유지관리가 매우 취약한 것으로 조사되었고, 이에 대한 보수 보강 등 개선이 시급한 것으로 나타났다. 이에 본 연구는 안전과 성능에 대한 평가를 통해 남북 유지관리 수준의 격차를 줄이고, 향후 통합 한반도 안전 및 유지관리 체계를 구축하는데 기초자료로 활용하고자 한다.