서낙동강 호소형 하천의 수질 개선 방안에 대한 비교 분석

강태욱,이상호,Kang. Taeuk,Lee. Sangho 한국방재학회 2013 한국방재학회논문집 Vol.13 No.3

서낙동강은 상 하류에 위치한 수문에 의해 정체된 호소형 하천으로서 수질이 저하되어 있다. 본 연구는 서낙동강의 수질 개선을 위한 여러 대안을 정량적으로 평가하는데 목적이 있다. 이를 위해 서낙동강의 지류와 본류 구간의 유량과 수질모의를 수행하였다. 서낙동강 지류의 유량과 수질모의에는 SWMM을 이용하였고, SWMM으로 모의가 어려운 클로로필a와 용존 산소는 인공신경망으로 추정하였다. 그리고 서낙동강 본류의 수질모의에는 WASP을 이용하였다. 각각의 모형은 측정된 자료를 통해 보정되었다. 서낙동강의 수질 개선을 위한 대안은 지류의 오염부하량 저감, 수문 운영을 통한 하천유지용수의 공급, 하상토의 준설로 설정하였다. 각각의 수질 개선 방안을 검토한 결과, 수문 운영을 통해 서낙동강에 물이 상시 흐르도록 하는 방안이 가장 효과적인 것으로 분석되었다. The water in the Seonakdonggang is commonly stagnant by the gates located on the upstream and downstream ends. The water quality of that river is degraded. The purpose of the study is to quantitatively evaluate alternatives for water quality improvement of the Seonakdonggang. We simulated flow rate and water quality for tributaries and main stream of the Seonakdonggang. The SWMM (storm water management model) was used to simulate the flow rate and water quality for the tributaries of the Seonakdonggang and an artificial neural network was employed to estimate chlorophyll-a and dissolved oxygen as it is difficult to simulate them for their tributaries by the SWMM. WASP (water quality analysis simulation program) was used to simulate water quality of the Seonakdonggang. All the models were calibrated with observed data. Alternatives for water quality improvement of the Seonakdonggang are reduction of pollution load from the tributaries, constant water supply for instream flow by operation of the gates, and dredging of the river bed. The assessment results showed that constant water supply by operation of the gates is the most effective for water quality improvement of the Seonakdonggang.

홍수유출 모형 자동 보정의 벌칙함수를 이용한 기능 향상 연구

강태욱,이상호,Kang, Taeuk,Lee, Sangho 한국수자원학회 2012 한국수자원학회논문집 Vol.45 No.12

유역유출 모의 모형의 자동 보정에 주로 사용되는 진화계열의 알고리즘은 무제약 최적화 알고리즘이다. 이러한 진화계열 알고리즘에 제약조건을 반영하기 위해서는 제약조건을 다룰 수 있는 별도의 방법이 요구된다. 본 연구의 목적은 진화계열 알고리즘의 일종인 집합체 혼합진화 알고리즘에 벌칙함수를 적용하여 제약조건을 고려할 수 있도록 하는 것이다. 또한, 제약조건을 고려할 수 있는 집합체 혼합진화 알고리즘을 SWMM의 자동 보정 모듈에 적용하여 기존 자동 보정 모듈의 기능을 개선하는 것이다. 홍수유출 해석에서는 첨두유량과 관련된 지표가 중요하므로 첨두유량의 오차와 첨두유량 발생시간의 오차를 제어할 수 있는 제약조건을 구성하였다. 제약조건을 포함하여 구성된 자동 보정 모듈은 밀양댐 유역과 구로1 빗물펌프장 배수유역의 홍수유출 모의 모형에 대하여 적용되었다. 자동 보정의 결과는 제약조건의 포함 유무에 따른 결과를 비교하여제시되었다. 그 결과, 제약조건을 고려함에 따라 본래의 목적함수를 크게 위배하지 않으면서, 첨두유량과 첨두유량 발생시간의 오차가 크게 개선되었다. 또한, 검증을 통해서도 제약최적화를 통한 자동보정의 적절성이 검토되었다. 결론적으로 벌칙함수를 이용한 제약조건의 반영을 통해 자동 보정 모듈의 기능을 향상시킬 수 있었다. Evolutionary algorithms, which are frequently used in an automatic calibration of watershed runoff simulation models, are unconstrained optimization algorithms. An additional method is required to impose constraints on those algorithms. The purpose of the study is to modify the SCE-UA (shuffled complex evolution-University of Arizona) to impose constraints by a penalty function and to improve performance of the automatic calibration module of the SWMM (storm water management model) linked with the SCE-UA. As indicators related to peak flow are important in watershed runoff event simulation, error of peak flow and error of peak flow occurrence time are selected to set up constraints. The automatic calibration module including the constraints was applied to the Milyang Dam Basin and the Guro 1 Pumping Station Basin. The automatic calibration results were compared with the results calibrated by an automatic calibration without the constraints. Error of peak flow and error of peak flow occurrence time were greatly improved and the original objective function value is not highly violated in the automatic calibration including the constraints. The automatic calibration model with constraints was also verified, and the results was excellent. In conclusion, the performance of the automatic calibration module for watershed runoff event simulation was improved by application of the penalty function to impose constraints.

연안 지역의 복합 외력에 의한 침수 특성 분석

강태욱,선동균,이상호,Kang, Taeuk,Sun, Dongkyun,Lee, Sangho 한국수자원학회 2021 한국수자원학회논문집 Vol.54 No.7

연안 지역은 강우, 조위, 월파 등 여러가지 외력에 의해 침수가 발생될 수 있다. 이에 이 연구에서는 연안 지역에서 발생될 수 있는 단일 및 복합 외력에 의한 지역별 침수 특성을 분석하였다. 연구에서 고려한 외력은 강우와 폭풍 해일에 의한 조위 및 월파이고, 분석 대상지역은 남해안 및 서해안의 4개 지역이다. 유역의 강우-유출 및 2차원 지표면 침수 분석에는 XP-SWMM이 사용되었고, 폭풍 해일에 의한 외력인 조위 및 월파량 산정에는 ADCSWAN (ADCIRC와 UnSWAN) 모형과 FLOW-3D 모형이 각각 활용되었다. 단일 외력을 이용한 분석 결과, 대부분의 연안 지역에서는 강우에 의한 침수 영향보다 폭풍 해일에 의한 침수 영향이 크게 나타났다. 복합 외력에 의한 침수 분석 결과는 대체로 단일 외력에 의한 침수 모의결과를 중첩시켜 나타낸 결과와 유사하였다. 다만, 특정 지역에서는 복합 외력을 고려함에 따라 단일 외력만을 고려한 침수모의에서 나타나지 않았던 새로운 침수 영역이 발생하기도 하였다. 이러한 지역의 침수 피해 저감을 위해서는 복합 외력을 고려한 분석이 요구되는 것으로 판단되었다.

최적화 기법을 이용한 빗물이용시설의 저류용량 설계 및 경제성 분석 프로그램 개발

강태욱(Taeuk Kang),진영규(Youngkyu Jin),이상호(Sangho Lee) 대한환경공학회 2022 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2022 No.11

연안 지역 초고층 및 지하연계 복합건축물의 침수 피해 저감을 위한 기술적 검토(Ⅰ): 분석 방법 제안

강태욱(Kang, Taeuk),이상호(Lee, Sangho),선동균(Sun, Dongkyun) 한국방재학회 2019 한국방재학회논문집 Vol.19 No.5

우리나라의 연안 지역에 대한 개발은 가속화되는 반면, 침수 피해는 지속적으로 발생되고 있다. 한편, 최근에는 초고층 건축물 및 지하연계 복합건축물에 대한 재난 관리를 위해 특별법이 제정되었고, 이에 따라 재난영향성검토에 관한 사전협의 제도가 시행되고 있다. 하지만 해당 제도 중 침수 분석에 관한 구체적인 기술적 범위가 부재한 실정이다. 이에 본 연구는 연안 지역에 건설되는 초고층 건축물 및 지하연계 복합건축물의 침수 피해 저감을 위한 기술적 검토 사항을 제언하는 것에 목적이 있다. 본 연구에서는 각종 기준 및 지침과 선행 연구를 검토하였고, 연안 지역의 피해 사례를 조사하였다. 그 결과, 연안 지역의 침수 피해는 설계빈도 이상의 강우, 조위 상승에 따른 내수배제 불량, 해일에 의한 해수 유입(월파)에 의해 발생될 수 있는 것으로 분석되었다. 금회 연구에서는 최근의 기후 변화에 따른 강우 발생의 빈도를 분석하였고, 조위와 해일에 의한 피해 사례를 검토하여 연안 지역에서 재난에 대비하기 위한 침수 분석 방법을 제시하였다. 본 연구의 결과는 연안 지역의 개발에 따른 침수 피해의 저감에 기여할 수 있을 것으로 판단된다. The development of coastal areas is accelerating in Korea, even though flood damage constantly occurs. A special law was recently enacted to manage disasters in relation to high-rise and underground-linked complex buildings, and a system of prior consultation for disaster impact reviews was implemented. However, there is no specific technical scope within the system for inundation analysis. The purpose of this study is to suggest technical considerations to reduce inundation damage to high-rise buildings and underground-linked complex buildings constructed in coastal areas. We reviewed various criteria, guidelines, and prior studies and investigated inundation damage cases in coastal areas. We found that flood damage in coastal areas can be caused by rainfall amounts above the design frequency, poor interior drainage during rising tidal water levels, and the inflow of seawater (wave overtopping) during storm surges or tsunamis. We also analyzed the frequency of rainfall occurrence due to recent climate changes and reviewed the cases of damage caused by tidal water levels and wave overtopping. Finally, we proposed a method of inundation analysis for coastal areas during natural disasters. This method may contribute to a reduction in flooding damage arising alongside the development of coastal areas.

경제성을 고려한 빗물이용시설의 저류용량 설계 방안

강태욱(Taeuk Kang),진영규(Youngkyu Jin),이상호(Sangho Lee ) 한국방재학회 2022 한국방재학회논문집 Vol.22 No.5

최근 우리나라에서는 국가 차원의 법⋅제도적인 규제와 지방자치단체의 행정적 지원에 따라 빗물이용시설의 활용이 증대되고있다. 하지만 현재 계획되고 있는 빗물이용시설의 설치 규모는 대부분 제도적 제약과 기술자의 판단에 의해 결정되고 있다. 이 연구는 빗물이용시설의 저류용량을 경제적으로 결정할 수 있는 방안을 제시하는데 목적이 있다. 이를 위해 빗물이용시설의규모에 따른 빗물이용량을 평가할 수 있는 물수지 식을 제시하였고, 빗물이용시설의 설치와 운영에 따른 비용과 편익 요소를정의하였다. 그리고 빗물이용시설의 저류용량별 경제성 분석에는 순현재가치와 비용편익비율이 활용되었다. 제시한 분석방법을 인천 청라지구의 빗물이용시설에 적용한 결과, 경제성 분석은 순현재가치로 평가하는 것이 적절하였다. 해당 빗물이용시설의 설계 시 산정된 규모는 6,740 m3이고, 30년 수명 연한에 대한 순현재가치는 -478백만 원으로 산정되었다. 반면에 경제성을고려한 최적 규모는 2,000 m3이고, 해당 규모에 대한 순현재가치는 +1,738백만 원으로 분석되었다. 따라서 경제성 분석은빗물이용시설의 적정 규모를 결정할 수 있는 대안이 될 수 있는 것으로 검토되었다. The use of rainwater harvesting facilities is increasing in accordance with national laws, institutional regulations, and administrative support from local governments in Korea. However, most of the plans for storage capacity of rainwater harvesting are characterized by institutional constraints and determined by the judgment of engineers. This study aimed to suggest a method for economically determining the storage capacity of rainwater harvesting. The study presented a mass balance equation that can evaluate rainwater reuse amount according to the size of rainwater harvesting, and then defined the cost and benefit factors for the installation and operation of rainwater harvesting. Net present value (NPV) and benefit–cost ratio (BCR) were used to analyze the economic effectiveness for each storage capacity of rainwater harvesting. The proposed method was applied to the rainwater harvesting in Cheongna District in Incheon, and the NPV was found appropriate for the evaluation of the economic effectiveness. According to the design report, for the rainwater harvesting planned to be 6,740 m3, the NPV was calculated to be −478 million KRW for a 30-year design life. Meanwhile, the optimal size considering economic effectiveness was 2,000 m3, and the NPV of the size was analyzed to be +1,738 million KRW. Therefore, economic analysis is suitable as an alternative to determine the appropriate size of rainwater harvesting.

농업용 저수지 등 인공계 요소를 고려한 유역 물순환 모의에 관한 사례 연구

강태욱(Taeuk Kang),진영규(Yongkyu Jin),이상호(Sangho Lee),이남주(Namjoo Lee) 한국방재학회 2024 한국방재학회논문집 Vol.24 No.1

구간별 히스토그램 평활화를 이용한 HDR 톤 맵핑

강태욱(Taeuk Kang),이원진(Wonjin Lee),정제창(Jechang Jeong) 한국방송·미디어공학회 2015 한국방송공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2015 No.11

본 논문에서는 HDR(high dynamic range)영상을 LDR(low dynamic range)영상장치에 표현하기 위해 히스토그램 변형기법과 구간별 히스토그램 평활화를 이용한 인지기반의 톤 맵핑(tone mapping)기법을 제안한다. 인간의 시각특성을 이용한 톤 맵핑 알고리듬은 상당히 효과적이지만 고정된 형태의 맵핑 함수를 사용하기 때문에 모든 영상에서 동일한 효과를 얻지 못한다. 그리고 히스토그램 변형 기법을 적용한 인지기반 톤 맵핑 알고리듬의 경우 인지기반 톤 맵핑 함수를 이용해서 원 영상의 히스토그램을 제한하고 보상과정을 통해서 적극적인 톤 맵핑함수를 얻을 수 있다. 그렇기 때문에 contrast 의 향상과 원 영상의 디테일 보존을 함께 얻을 수 있다. 하지만 전역 히스토그램 평활화의 사용으로 영상이 지나치게 밝아지거나 지나치게 어두워지는 경우가 발생할 수 있다. 제안하는 방법은 구간별 히스토그램 평활화를 적용하여 톤 맵핑 함수를 얻는다. 이는 과도한 평활화를 방지하고 원 영상의 디테일 보존의 성능이 더 좋다. 시뮬레이션 및 실험을 통해 성능을 비교하고 기존 방법에 비해 제안한 방법이 우수함을 입증한다.

디지털 필터 기반 기저유출 분리 기법의 특성 및 적용성 검토

강태욱(Taeuk Kang),이남주(Namjoo Lee) 한국방재학회 2022 한국방재학회논문집 Vol.22 No.3

디지털 필터 기반의 기저유출 분리 기법은 하천유량으로부터 기저유량을 분리하는 기법으로서 적절한 분석을 위해서는 필터 매개변수에 대한 추정이 요구된다. 이 연구에서는 4개의 디지털 필터 기반의 기저유출 분리 기법(Lyne-Hollick, Chapman, Eckhardt, EWMA)에 대하여 필터 매개변수 변화에 따른 분석 특성을 검토하였고, 적용성을 평가하였다. 각각의 디지털 필터 기법은 낙동강 지류 하천 중 5년간 연속된 유량측정 기록이 존재하는 대리 및 청송 수위관측소에 대하여 적용하였다. 기법별 적용성 평가 결과, Chapman 기법은 건기 시 기저유출 분리에 오류가 존재하는 것으로 나타났고, EWMA 기법은 기존 연구들에서 사용한 매개변수 범위 내에서 적절한 분석이 되지 않음을 확인하였다. Lyne-Hollick 기법과 Eckhardt 기법은 모두 필터 매개변수의 탐색 범위 내에서 적절한 결과를 도출할 수 있는 것으로 분석되었다. 다만, Eckhardt 기법은 상대적으로 필터 매개변수 변화에 따른 분석 결과의 변동이 크기 때문에 매개변수 결정에 신중을 기할 필요가 있는 것으로 판단되었다. Baseflow separation method based on the digital filter is a technique for separating the baseflow from the total streamflow, and appropriate estimation of the filter parameter is required for analysis. In this study, we reviewed the analysis characteristics of the four baseflow separation methods (Lyne-Hollick, Chapman, Eckhardt, and EWMA (exponentially weighted moving average)) based on the digital filter according to the change in the filter parameter and evaluated their applicability. Each digital filter method was applied to Daeri and Cheonsong stage stations, which have measurement records for five consecutive years for tributaries located of the Nakdonggang River in the Republic of Korea. The Chapman method had an error in the baseflow separation during the dry season. The EWMA method was not appropriately analyzed within the parameter range used in previous studies. The Lyne-Hollick and Eckhardt methods provided appropriate results within the exploring range of the filter parameter. However, in the Eckhardt method, we had to be careful in determining the filter parameter because the variation in analysis results was relatively large according to the parameter change.

디지털 필터 기반 기저유출 분리 기법의 매개변수 민감도 분석

강태욱(Kang, Taeuk),이남주(Lee, Nam-joo),이훈석(Lee, Hoonseok) 대한토목학회 2020 대한토목학회 학술대회 Vol.2020 No.10