간행물
한국수자원학회 논문집 KCI 등재 Journal of Korea Water Resources Association
- 발행기관 한국수자원학회
- 자료유형 학술지
- 간기 월간
- ISSN 1226-6280 (Print)2287-6138 (Online)
- 수록기간 1997 ~ 2019
- 주제분류 공학 > 환경공학 공학 분류의 다른 간행물
- 십진분류KDC 454DDC 551
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Vol. 51 No. 8 (2018년 8월) 10건
1.
2018.08
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기후변화에 따른 강우특성의 변화 등 다양한 기상이변과 극한사상에 관련된 수자원 연구는 일반적으로 전지구 기후 모델(General Circulation Model, GCM) 산출물에 기반하여 생산된 미래 기상정보를 바탕으로 이루어진다. 사회 다양한 분야에서 기후변화 영향평가가 심층적으로 이루어지고 있는 가운데 과거기간에 대한 원시 모의결과 평가를 통한 GCM의 성능과 산출물에 대한 재현성 고찰 연구는 상대적으로 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 한반도 지역에 대한 전지구 모델의 성능을 평가하기 위해 동아시아 지역의 격자단위 관측자료를 수집하여 과거기간(1970~2005)에 대한 강우특성 공간분포를 분석하고 이에 대한 GCM 산출물의 재현성을 평가하였다. 위도와 경도에 따른 강우특성의 공간적 변동성에 대한 GCM 결과의 상관성과 평균/절대오차를 산정하여 29개 CMIP5 GCM의 순위를 결정하여 제시하였다. 연구 결과 오차 통계와 대상지역에 따라 GCM 순위가 상이하게 나타났으며 특히 공간분포의 패턴과 절대적 오차를 기준으로 판단한 GCM 순위가 크게 다르게 나타났다. 대체로 Hadley Centre 계열 모델의 동아시아 지역에 대한 강우특성 재현성이 높게 나타났으며 한반도 지역만을 대상으로 평가한 경우 MPI_ESM_MR과 CMCC center 계열 모델의 재현성이 높게 나타났다. 본 연구결과는 향후 한반도 지역의 기후변화 영향평가에 가중있게 고려되어야 할 GCM의 선정과 GCM 성능고려에 따른 기후변화 예측 불확실성 평가에 적용될 수 있으며 다양한 영향 평가 연구결과의 신뢰도 제고에 기여할 것으로 기대된다.
2.
2018.08
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수치파동수조에서 안정적인 지진해일을 조파하기 위하여 2차원 수치모델(LES-WASS-2D)에 다양한 파형의 지진해일을 고려할 수 있는 무반사 조파시스템을 도입하였다. 기존 실험에서 측정한 호안주변의 지진해일의 시․공간 파형들과 비교하여 수치계산결과가 높은 정확도를 나타내었다. 이로써 본 연구에서 적용한 수치모델이 지진해일 월파모의에 있어서 적합하다는 것을 보여주었다. 지진해일 월파모의결과로부터 지진해일 체적비와 파고와 수심비에 따른 월퍄량, 침수거리를 고찰하였다. 지진해일의 파형이 넓을수록 월파량이 선형적으로 증가하였으며, 침수거리 또한 증가하였다. 그러므로 고립파 근사이론을 지진해일의 월파 및 침수모의에 적용할 경우, 실제 지진해일보다 수리특성이 과소평가 될 우려가 크다.
3.
2018.08
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하상재료 조사는 유사량 계산 및 하상변동과 같은 하도 계획에 필요한 기초 자료로서 입도분포, 비중, 다공성 등을 조사하는 것이다. 원칙적으로, 조사 지점은 하천 종단 방향으로 1 km 간격이고 하나의 횡단면에 3 개 이상이다. 따라서 조사 대상 하천의 종단 길이에 따라 조사 지점이 아주 많아지기 때문에 조사에 소요되는 시간과 비용이 상당히 증가한다. 본 연구는 입도분석법인 체적법과 화상해석법의 작업 효율성과 비용을 비교하고, 화상해석법의 적용 가능성을 검토하였다. 화상해석법에 의하여 환산된 등가원의 직경이 하상재료 입도분석에 적용될 수 있음을 확인하였다. 또한, 체적법과 화상해석법의 작업효율성과 비용을 분석한 결과 약 80%의 절감효과가 있음을 입증하였다.
4.
2018.08
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사면에서의 세류간 토양침식은 빗물방울의 지표면 타격에 의한 토양입자의 박리와 면상흐름에 의한 토사이송의 상호작용에 의한 결과이다. 본 연구는 토양입자를 박리하는 강우동력과 유사이송에 기여하는 면상흐름동력을 토양침식을 위한 에너지 소비율 측면에서 새롭게 정의하고, 강우유발 면상흐름에 의한 세류간 토양침식의 유효동력 함수를 제시하였다. 강우, 경사, 유출과 관계된 인자들에 따른 강우 ․ 면상흐름의 동력을 평가하고, 기존 연구 자료를 바탕으로 이 함수의 상수들을 분석하였다. 또한 강우와 면상흐름 동력의 상대적인 크기 변화는 세류간 토양침식의 물리적 과정과 수문학적 반응을 반영함을 확인하였다. 지표유출 및 토양침식 실측자료를 세류간침식 평가 모형들에 적용한 결과 강우 ․ 면상흐름동력 함수가 가장 높은 정확도를 보여 세류간 토양침식 평가에 적합하다는 것을 확인하였다.
5.
2018.08
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수문모형의 매개변수 추정에 필요한 유량 관측 자료의 수집은 시·공간적으로 제한이 있어 우리나라도 아직 상당수의 미계측유역이 존재하며, 이를 보완하고자 주변 유역의 정보를 활용하는 지역화 방법들이 연구되어 왔다. 그러나 지역적 특성이나 기후 조건에 따라 지역화 방법의 결과가 상이하여 어느 지역에 어떠한 지역화 방법이 가장 우수하다고 판단하기 어렵다. 본 연구에서는 보편적으로 사용되는 지역화 방법인 지역회귀모형의 설명 변수에 공간근접모형으로 추정한 수문모형의 매개변수를 추가하여 회귀모형의 적합성을 향상시켰으며, 이를 하이브리드 지역화모형이라 정의하고 기존 방법들과 비교하였다. 계측유역으로는 관측 자료가 충분한 남한의 37개 유역을 선정하였고, 수문모형은 개념적 수문모형인 GR4J를 사용하였으며, 계측유역에 대한 수문모형의 매개변수 산정은 Shuffled complex evolution 알고리즘을 사용하였다. 유역 특성변수들 간 다중공선성을 고려하기 위해 Variation inflation factor를 사용하였고, Stepwise regression을 통해 회귀모형의 최적 설명변수를 선택하였다. 통계 값을 통해 모형의 적합성을 비교한 결과, 하이브리드 지역화모형에서 가장 작은 RMSE 값을 나타내었으며, 유역별 모의 값의 변동성이 줄어들어 결과의 불확실성 또한 낮아짐을 확인할 수 있었다. 따라서 하이브리드 모형이 미계측유역의 유출량 산정을 위한 하나의 대안이 될 수 있음을 확인하였다.
6.
2018.08
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수자원의 추가 확보와 홍수에 대한 선제적 대응을 목적으로 국내 4대강 주요 지점에 다기능보(multi-function weir)를 설치하였다. 다기능보는 흐름 통제 단면으로서 정밀한 유량 산정이 가능한 수리구조물로 하천의 일반적인 수위-유량 관계식보다 정밀하게 산정할 수 있으며, 향후 각 유역의 국가 표준 유량 기준점으로 활용할 수 있는 방안을 강구하는 것이 바람직하다. 이에 본 연구에서는 영산강의 승촌보를 대상으로 현재 취득되는 운영 자료를 분석하여 개선사항을 제시하고, 이를 보완하기 위하여 간접유량추정 방법인 경사-면적법(slope-area method)을 응용하여 정밀한 유량 산정이 가능할 수 있는 방법을 제안하고자 한다. 분석 결과, 현재 상태는 이론적인 유량계수 범위 초과와 급격한 변동, 상 ․ 하류부의 수위차를 연동하지 못하는 등 이에 대한 보완이 필요하였다. 응용한 경사-면적법은 앞서 제시한 한계점을 보완하고, 자연 하도의 검증된 수리학적 이론에 의해 수면경사와 마찰손실을 반복 계산을 통해 오차를 줄여나가는 상호 보완적인 방법으로 물리적으로 타당하여 적용가능성을 확인하였다. 향후, 다기능보의 최적 운영을 위하여 이를 적용한다면, 실제 운영에 도움이 될 것으로 기대된다.
7.
2018.08
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상수도관의 파열은 과도한 압력, 노후화, 온도변화나 지진 등에 의한 지반이동에 의해 발생한다. 상수도관 파열이 대규모 단수, 싱크홀 등과 같은 더 심각한 피해 이어지지 않도록 신속하게 탐지 및 대응하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 상수도관 파열 탐지를 위해 개선 Western Electric Company (WECO) 방법을 개발하였다. 개선 WECO 방법은 통계적공정관리기법 중 하나인 기존 WECO 방법에 임계치 조정자(w)를 추가하여 대상 네트워크에 적합한 이상탐지 의사결정을 할 수 있도록 했다. 개발된 개선 WECO 방법을 미국 텍사스 오스틴 관망에 적용 및 검증하였다. 상수도관 파열 발생 시 측정한 비정상데이터와 수요량 변동만 고려한 정상데이터를 이용하여 기존 및 개선 WECO 방법을 비교하였다. 최적 임계치 조정자 w값을 결정하기 위해 민감도 분석을 수행하였으며, 다양한 계측시간 간격 데이터(dt = 5, 10, 15분 등)의 영향도 분석하였다. 각 경우 별 탐지 성능은 탐지확률, 오경보확률, 평균탐지시간을 계산하여 비교하였다. 본 연구에서는 도출된 결과를 바탕으로 WECO 방법을 실제 상수도관 파열 탐지에 적용하기 위한 가이드라인을 제공한다.
8.
2018.08
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본 연구는 국내 하천의 고유성을 반영할 수 있는 물리적 환경평가 체계를 개발하는 것이다. 하천유형 분류, 평가구간 선정, 평가 항목 및 지표에 대하여 종합적으로 요약하였다. 하천의 물리적 구조는 하천 유수력에 의한 반응의 결과이므로 하도경사, 하상재료의 입경 및 하도지형의 특성에 따라 하천을 3가지 유형으로 분류하였다. 평가구간은 각 하천 유형의 대표적인 특징인 step 또는 여울출현 간격, 사행도에 따라 저수로 폭의 10배와 25배 기준으로 선정하였다. 평가지표는 하도 안정성, 흐름 상태, 횡단면 형상, 하안 안정성, 하도개수 및 하천횡단구조물과 같은 공통지표와 유효 서식지, 하상 매몰도, 흐름의 다양성 및 step과 여울 출현빈도와 같은 하천 유형별 특성지표로 구성되어 있다. 적용성 검토를 위하여 개발된 평가체계를 9개의 하천에 적용하고 그 결과를 제시하였다.
9.
2018.08
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본 연구에서는 실내실험을 통하여 개량형 공압식 가동보를 대상으로 수로경사 변화를 고려한 유사의 수리학적 발달 과정을 분석하였다. 분석결과 보에 의하여 형성된 델타는 시간이 증가함에 따라 하류로 이동하며, 델타높이(hd)는 증가하였다. 또한 보에 도달 할수록 흐름이 약해지면서 델타의 이동속도(SD)는 감소하였다. 무차원 델타 위치(xD/x)가 증가할수록 무차원 델타의 유효높이(hd/hw)와 무차원 저수지 용량(VxD/Vx)이 증가였다. 따라서 동일한 조건에서 수로경사(i)가 완만할수록 델타의 퇴적량(QS)이 감소하게 되며, 델타의 체적(VxD) 발달에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 통수 초기 델타의 전면경사가 완만하며, 델타가 하류로 이동할수록 델타의 전면경사는 증가하였다. 또한 수로경사(i)가 완만할수록 델타의 전면부 길이 비(hd/△S)는 1에 가까워지고, 무차원 델타의 높이(hd/h)와 무차원 델타의 이동속도(SD/V0)가 감소하였다. 델타의 높이(hd)가 증가할수록 수심(h)은 감소하였으며, 보에 접근하는 유속(V0)과 델타의 이동속도(SD)도 감소하였다.
10.
2018.08
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최근 집중호우의 발생빈도가 증가하고 있으며, 이를 고려한 강우분석을 실시하여야 한다. 현재 수문설계를 위한 강우분석은 한반도 조밀도 36 km 인 기상청 관할 종관기상관측지점(Automated Surface Observing System, ASOS)의 시 단위 강우를 이용하고 있다. 이로 인해 같은 강우지점의 티센망에 포함되는 중소규모 유역은 동일한 확률강우량과 강우시간분포로 분석하게 됨으로 유역특성을 고려하지 못하는 문제가 발생한다. 또한, 10~20 km 범위 내에서 발생하는 집중호우의 시 ․ 공간적 변화를 고려하지 못하는 문제점이 발생한다. 따라서 본 연구에서는 종관기상관측지점에 비해 상대적으로 조밀도가 우수한 방재기상관측지점(Automatic Weather System, AWS)의 분 단위 강우자료를 이용하여 집중호우를 고려한 확률강우량을 산정하였다. 또한, 유역에 적합한 Huff의 4분위 방법 산정을 위해 Case별 시간분포 산정과 유출분석을 실시하였다. 이는 집중호우와 유역특성을 반영한 설계수문량 산정에 크게 기여할 것으로 판단된다.
