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. 12 (2018년 12월) 10건
1.
2018.12
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국내 송·배수 시스템은 산지가 많은 지형적 특성을 이용하여 송수펌프를 통해 고지대에 위치한 배수지에 용수를 저장한 후, 급수구역으로 자연유하 방식으로 배수하는 방식을 사용한다. 이 과정에서 송수펌프 운영에 많은 전기 에너지가 소모되며, 이는 전체 상수관망 시스템 운영에서 가장 큰 비중을 차지하는 것으로 알려져 있다. 송수펌프의 적정 용량과 운영방법은 하류단에 위치한 배수지의 크기에 영향을 받게 되므로 송, 배수 시스템의 경제적인 설계와 안정적인 운영을 위해서는 초기 시설물의 규모 결정 단계에서 송수펌프 및 배수지의 건설비용과 송수펌프의 장기간 운영비용을 함께 고려하는 것이 타당하다고 할 수 있다. 본 연구에서는 최적화 기법인 유전자 알고리즘(Genetic Algorithm, GA)을 활용하여 송수펌프와 배수지의 최적규모와 송수펌프의 운영스케줄링을 동시에 최적화 할 수 있는 모형을 개발하였다. 개발 모형은 국내에서 운영 중인 송·배수시스템에 적용하여 검증을 실시하였다. 본 연구는 송·배수시스템의 초기 설계에 있어 송수펌프와 배수지의 최적규모 산정에 도움을 줄 것으로 기대한다.
2.
2018.12
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본 연구에서는 2015년에서 2017년 사이에 유럽항공우주국 Sentinel-1 위성이 촬영한 Synthetic Aperture Radar (SAR) 영상을 활용하여 한강 유역 내 하천의 유량을 추정하는 모형을 개발하였다. 한강 유역 내 15개 중소규모 하천을 연구지역으로 선정하였으며 SAR 인공위성 영상 자료와 수위 및 유량관측소에서 산정한 유량 자료를 모형 구축을 위하여 사용하였다. 우선, 오류 보정을 위해 다양한 전처리 과정을 거친 12장의 SAR 영상 을 히스토그램 매칭 기법을 적용하여 이미지의 밝기 분포를 동일하게 만들었다. 이후 임계치 분류방식을 사용하여 추출된 하천 수체의 면적과 지상 관측유량자료와의 관계식을 도출하여 유량추정모형을 구축하였다. 그 결과, 1개소를 제외한 14개 관측소에서 인공위성에서 추출한 하천 면적을 입력 자료로 하는 멱함수 형태의 유량추정모형을 구축할 수 있었다. 14개 관측소의 최소, 평균, 최대 결정 계수(R2)는 0.3, 0.8, 0.99로 나타났다.
3.
2018.12
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본 연구에서는 보령댐 유역(163.6 km2)을 대상으로 SWAT (Soil and Water Assessment Tool) 모델, GCM (General Circulation Model) 기 후변화 시나리오와 다중회귀분석으로 산정한 미래 방류량을 활용하여 극한 기후변화 사상이 반영된 보령댐의 물부족을 평가하였다. 유역의 물수지 분석을 위해 보령댐 유역을 대상으로 기상자료, 보령댐 운영자료를 수집하였으며, SWAT 모형의 신뢰성 있는 유출량 보정을 위해 보령댐의 실 측 방류량을 이용하여 댐 운영모의를 고려하였고 유입량 및 방류량 자료를 활용하여 모형의 보정(2007~2010)과 검증(2010~2016)을 실시하였다. 기후변화를 반영하기 위해 APCC의 26개 CMIP5 GCM 자료 중 RCP (Representative Concentration Pathway)4.5와 RCP 8.5 시나리오를 SPI와 극한 가뭄지수로 분석하여 RCP 8.5 BCC-CSM1-1-M을 극한 가뭄 시나리오로 선정하였다. 2005년부터 2016년까지의 일별 관측자료로 다중회귀분석하여 월별 방류량 추정식을 만들었고, 1월부터 12월까지 각 식들의 결정계수 R2는 0.57 이상으로 나타났다. 선정된 극한 가뭄 시나리오 기상자료를 방류량 추정식에 대입하여 미래기간 일별 방류량을 구축하였다. SWAT 수문평가 결과, S3 (2037~2046) 기간 봄철 저수량이 34.0% 감소하는 것으로 분석되었다. Runs 이론을 바탕으로 물부족의 심도를 구한 다음 재현기간에 따른 빈도해석을 하였다. 5~10년 빈도의 심 도로 발생하는 물부족이 미래기간에 발생하는 빈도로 보령댐의 물부족을 평가하였다. 물부족 평가 결과, S3 (2037~2046) 기간에서 5~10년 빈도의 심도를 가지는 물부족이 기준기간(2007~2016) 보다 2회 더 발생하였으며 S3 (2037~2046)에 물부족 계획 수립이 필요하다고 판단하였다.
4.
2018.12
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본 연구는 물리적 수리·수문모형의 적용이 제한적인 감조하천에서의 수위예측을 목적으로 하고 있으며, 이를 위해 한강 잠수교를 대상으로 딥러닝 오픈소스 소프트웨어 라이브러리인 TensorFlow를 활용하여 LSTM 모형을 구성하고 2011년부터 2017년까지의 10분 단위의 잠수교 수위, 팔당 댐 방류량과 한강하구 강화대교지점의 예측조위 자료를 이용하여 모형학습(2011~2016) 및 수위예측(2017)을 수행하였다. 모형 매개변수는 민감도 분석을 통해 은닉층의 개수는 6개, 학습속도는 0.01, 학습횟수는 3000번로 결정하였으며, 모형 학습 시 학습정보의 시간적 양을 결정하는 중요한 매개변수인 시퀀스길이는 1시간, 3시간, 6시간으로 변화시키며 모의하였다. 최종적으로 선행시간에 따른 모의 예측능력을 평가하기 위해 LSTM 모형의 예측 선행시간을 6개(1 ~ 24시간)로 구분하여 실측수위와 예측수위와의 비교·분석을 수행한 결과, LSTM 모형의 최적의 성능을 내 는 결과는 시퀀스길이를 1시간으로 하였을 때로 분석되었으며, 특히 선행시간 1시간에 대한 예측정확도는 RMSE는 0.065 m, NSE는 0.99로 실 측수위에 매우 근접한 예측 결과를 나타내었다. 또한 시퀀스길이에 상관없이 선행시간이 길어질수록 모형의 예측 정확도는 2017년 전기간에 걸쳐 평균적으로 RMSE 0.08 m에서 0.28 m로 오차가 증가하였으며, NSE는 0.99에서 0.74로 감소하였다.
5.
2018.12
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본 연구에서는 순환신경망을 이용한 댐 유입량 예측모형의 적용성 검토를 목적으로 하고 있으며, 이를 위해 소양강댐 유역 및 충주댐 유역을 대상 으로 그간 댐 운영을 통해 축적된 기상 및 수문 빅데이터를 활용하여 인공신경망 모형과 엘만 순환신경망 모형을 구축하였다. 모형의 학습과 예측 을 위하여 유역별 유입량, 강우량, 기온, 일조시간, 풍속자료가 입력자료로 사용되었고 10일간 일별 댐유입량 자료가 모델의 출력자료로 구조화 하여 학습을 진행한 후 검증을 목적으로 2016년 7월 ~ 2018년 6월까지 2개년에 대한 댐 유입량 예측을 수행하였다. 학습된 모형의 유입량 예측 결과를 비교분석한 결과, 소양강댐 유역에서는 인공신경망 모형과 순환신경망 모형 간 예측성능은 큰 차이를 보이지 않았으며, 충주댐 유역에서는 순환신경망 모형의 예측 결과가 인공신경망 모형에 비해 비교적 우수한 성능을 보임에 따라 엘만 순환신경망을 이용하여 댐 유입량 예측모형을 구축 할 경우 예측성능은 기존의 인공신경망 모형과 비슷하거나 다소 우수할 것으로 판단된다. 또한 엘만 순환신경망은 갈수기 댐 유입량 예측에 있어서 인공신경망에 비해 예측결과의 재현성이 우수한 것으로 나타났으며, 엘만 순환신경망 학습에 있어 다중 은닉층 구조가 단일 은닉층 구조보다 예측 성능 향상에 효과적인 것으로 분석되었다.
6.
2018.12
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본 연구는 우리나라의 1990-2014년 시계열 자료를 활용하여 물 효율성, 경제성장, 전력생산 및 이산화탄소 배출 간의 장·단기 인과관계를 실증적 으로 분석하였다. 기존 연구들이 경제성장, 이산화탄소 배출 및 전력 및 에너지에 국한되어 분석을 한 반면 본 연구는 기존 변수들과 더불어 물 효율성과의 관계를 설명하였다는 기여를 가지고 있다. 실증분석결과를 살펴보면, 네 변수들은 단기조정관계를 통해 장기적으로 균형상태에 도달한다는 것과 변수들 간의 인과관계에서 이산화탄소 배출과 경제성장은 물 효율성의 원인이 되고 이산화탄소 배출과 경제성장 및 물 효율성은 전력생산의 원인이 된다는 사실을 발견하였다. 또한 물 효율성에 대한 장기 영향계수 추정결과를 통해 전력생산의 증가와 경제성장 및 이산화탄소 배출의 감소는 물 효율성을 증가시키며, 일정 수준 이상의 경제성장은 물 효율성의 증가속도를 감소시킨다는 경제성장과 물 효율성의 역U자형 관계를 확인하였다.
7.
2018.12
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본 연구에서는 주 단위 지하수자원 관리 취약시기 평가 방법을 개발하였다. 강수의 지하수위에 대한 영향을 고려하기 위하여 한계 침투량을 고려한 강우이동평균 방법을 통해 지하수위와의 상관계수를 산정하였다. 취약 시기 평가 기준을 개발하고 평가 기준에 대한 가중치를 엔트로피 방법을 이용하여 산정하였다. 강수와의 상관계수와 산정된 가중치를 이용한 주 단위 지하수자원 관리 취약시기 평가 방법을 개발하였으며, 개발한 방법을 통하여 소규모 행정구역을 대상으로 취약시기를 평가하였다. 본 연구에서 개발된 방법은 지역적일뿐만 아니라 계절적인 지하수자원의 효율적 관리 대책 수립의 근거가 될 수 있을 것이다.
8.
2018.12
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본 연구에서는 북극진동이 우리나라에 미치는 영향을 파악하고자 북극진동지수(AOI)와 북태평양에서 발생한 태풍의 개수 및 우리나라에 영향을 준 태풍의 개수, 또한 장마기간 중 총강수량 및 장마기간 중 강수일수와의 교차상관분석을 시도하였다. AOI 자료는 월단위 형태로 존재하나 교차 상관 분석에는 1월을 중심으로 한 평균 자료와 봄, 여름, 가을, 겨울의 계절자료를 이용하였다. 장마 특성 및 태풍 특성 자료는 모두 연 단위자료이 다. 본 연구에서는 AOI 및 태풍, 장마 자료의 가용성을 고려하여 1961년에서 2016년 사이의 자료를 이용하였다. 본 연구에서의 결과를 종합해 보 면, 북극진동은 우리나라의 장마 특성에 약한 수준이나 유의하게 영향을 미치고 있음을 확인할 수 있었다. 그러나 그 정도는 전체기간에 대해 일정 하지 않으며 시기에 따라 크게 다른 것으로 나타난다. 예를 들어, 최근 10년간 북극진동이 장마에 미친 영향은 교차상관계수로 0.8 이상이다. 그러나 그 전 30년간은 통계학적으로 유의한 영향은 없었다. 이와는 반대로 북극진동이 우리나라에 영향을 준 태풍의 개수에 미치는 영향은 전체적으로는 유의하지 않은 것으로 나타난다. 공교롭게도 부분적으로 보면 이 역시 기간에 따라 유의한 영향과 유의하지 않은 영향이 반복적으로 교차하는 모습을 보인다. 즉, 기간에 따라 북극진동의 영향은 비정상적으로 크게 변동하는 모습을 보인다. 또한, 북극진동이 우리나라의 장마와 태풍에 미치는 영향이 과거 1960년대에서 2000년대까지 서로 교차되는 특성을 보여 왔다는 점에 주목할 필요가 있다. 그러나 공교롭게도 2010년대에 들어서면서 장마에의 영향과 태풍에의 영향이 둘 다 증가하는 형태로 바뀐 것으로 보인다.
9.
2018.12
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본 연구에서는 Lee et al.(2018)의 연구에서 제시한 새로운 수문학적 토양군 분류 방법을 제주도의 3개의 하천유역(중문천, 천미천, 한천)에 적용하고 그 적용성을 평가하였다. 적용의 결과로서 이들 세 유역의 CN 값이 산정되었으며, 이 값은 기존의 세 가지 방법론을 적용한 결과와 비교하였다. 또한 제주도에서의 침투, 강우-유출 해석 등에 사용되는 수문학적 토양군 분류와 관련된 선행 연구들을 검토하여 선택된 방법론에 따라 수문학적 토양 군 분류 결과가 어떻게 다른지를 평가하였다. 그 결과를 정리하면 다음과 같다. (1) 수문학적 토양군 분류 방법에 따른 제주도 대표 유역의 수문학적 토양군 분류 결과를 비교한 결과, Lee et al.(2018)의 토양군 분류 방법을 적용하는 경우에는 B군이 크게 나타났다. 이는 Hu and Jung(1987)의 분 류 방법을 적용하는 경우에서는 C군과 D군이, Jung et al.(1995)의 분류 방법을 적용하는 경우에서 A군과 C군, 마지막으로 RDA(2007)의 분류 방 법을 적용하는 경우에서는 D군이 상대적으로 크게 나타나는 결과와 비교된다. (2) Lee et al.(2018)의 수문학적 토양군 분류 방법을 제주도의 3개 대표 유역에 적용한 결과, 3개 유역 모두 기존 방법에 비해 가장 작은 CN 값이 추정되었다. 마지막으로 (3) 제주도에서의 강우-유출과 관련된 연구를 검토한 결과, 제주도 유역의 CN 값은 기존 방법에 의해 추정된 것에 비해 작을 가능성이 크고, 또한 초기 손실은 0.2S 이상의 큰 값을 가질 것으로 판단되었다.
10.
2018.12
서비스 종료(열람 제한)
본 연구에서는 4대강 살리기 사업 후 퇴적현상이 지배적으로 발생하는 남한강과 섬강 합류부 구간을 대상으로 2차원 수치모형인 CCHE2D 모형을 이용하여 하천의 흐름 및 하상변동에 대한 해석을 수행하였다. 대상지점 합류부는 남한강 본류의 만곡부에 지류 섬강이 유입되는 특성을 갖는다. CCHE2D 모형은 비평형 유사이송을 해석하며 소류사와 부유사 조정거리가 중요한 입력변수로 대상지점에서는 소류사 조정거리가 하상변동에 가장 큰 영향을 주는 것으로 나타났다. 수치모의 결과 유량비(Qr) 변화가 남한강과 섬강 합류부 지점에서 흐름 및 하상변동에 영향을 미쳤으며, Qr≤ 2.5인 경우에는 합류전 본류의 유속이 증가하여 흐름박리구역을 감소시켰으며 이로 인해 합류부 내측의 퇴적이 감소하였다. Qr>2.5이면 합류부 구간에 퇴적이 증가하여 사주가 형성될 가능성이 높은 것으로 나타났다. 수치모의를 통해 2013년에 발생한 유량비 변화에 의해 합류부에 고정사 주가 형성된 것을 알 수 있었다.
