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기계학습을 활용한 Digital Recursive Filter의 보완 및 WAPLE과의 비교
양동석 ( Dongseok Yang ),구자영 ( Jayoung Koo ),최유진 ( Yujin Choi ),김종건 ( Jonggun Kim ),임경재 ( Kyoungjae Lim ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-
Baseflow is important component for understanding streamflow and water resource management. Baseflow was proven as most unpredictable component of streamflow throughout various researches. However recent method for estimating baseflow are owing to development of theoretical and computer techniques. Digital recursive filter by Eckhardt (2005) is newest technique for separating baseflow from streamflow. This paper attempted to optimize two parameters (a parameter and BFI<sub>max</sub>)of this technique and derived baseflow estimation with better understandings about watershed’s characteristic. This study proposed reinforced Digital recursive filter combining with machine learning techniques. Result is comparison between baseflow separation from pre-defined values of parameters and proposed method. And proposed showed stable and realistic results compare to result from pre-defined parameters and WAPLE. This study will let researchers to reinforce their study with accurate material and policies as well.
머신러닝 기반 계절별 특성을 고려한 Web based Hydrograph Analysis Tool의 개발
양동석 ( Dongseok Yang ),이서로 ( Seoro Lee ),이지민 ( Jimin Lee ),김종건,임경재 ( Kyoungjae Lim ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-
최근 급격한 기후변화로 인한 강수의 변화는 홍수 그리고 가뭄과 같은 자연재해의 빈도와 규모를 증가시키고 있다. 하천 유량은 이러한 강수의 변화에 민감하게 반응하며 하천 유량을 구성하는 요소 중 하나인 기저유출은 지표하를 통하여 느리게 하천으로 유입되며 하천 관리에 있어서 중요한 요소이다. 기저유출의 정확한 파악을 위하여 본 연구에서 활용된 주지하수감수곡선(MRC) 방법을 포함한 다양한 방법들이 연구되었지만, 실측의 부족으로 기저유출의 특성상 정량적인 평가는 어려운 실정이다. 그 중 Echkardt(2005)에 의하여 제안된 Digital Recursive Filter는 a 와 BFI<sub>max</sub>를 활용하여 대상기간에 대하여 각각 하나의 변수로 기저유량을 산정한다. 이는 강수의 대부분이 여름에 집중되고 유황변동이 큰 국내환경에서 부정확한 기저유량 산정을 유도하였다. 특히 기저유량 분리 결과는 a 에 대하여 민감하게 반응하므로 정확한 산정이 필요하다. 따라서 본 연구는 기존에 행해지던 Digital Recursive Filter 분리방법을 국내 특성을 고려하여 계절별로 구분하고 기저유출 분리에 적용하였다. 이를 위하여 본 연구에서는 최근 수문학을 포함한 다양한 공학분야에서 활용되는 머신러닝을 활용하여 a를 최적화 하였으며, 최적화된 a를 기반으로 BFImax를 Collischonn(2013)이 제시한 방법에 따라 산정하였다. 또한 기존 복잡한 이론의 프로그래밍 기반 모형의 한계를 극복하고 웹 기반의 효율적이고 즉각적인 분리가 가능하도록 웹 기반의 기저유량 분리 시스템을 개발하였다. Lim et al.(2005)에 의하여 제시된 기존 시스템은 하나의 매개변수만 적용하여 분리가 가능하였지만 본 연구에서 개발된 시스템은 계절별 특성을 고려하여 자동적으로 기저유량을 산정하며 이를 위하여 각 계절별로 다른 a값을 산정하여 기저유량 분리에 활용한다. 따라서 여름철 급격한 감수와 겨울철 완만한 감수를 고려하여 기저유량 분리에 활용할 수 있게 되었다. 또한 강수변동이 크지 않은 다른 지역에서 적용할 수 있도록 하나의 매개변수를 사용자가 직접 설정하여 분리할 수 있는 방법도 시스템에 구현하였다. 본 연구에서 개발된 시스템은 향후 유역의 계절별 강수량 및 유량 변동을 고려한 정확한 기저유량 산정을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것이라 판단된다.
양동석 ( Yang Dongseok ),이서로 ( Lee Seoro ),이관재 ( Lee Gwanjae ),박운지 ( Park Woonji ),임경재 ( Lim Kyoungjae ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-
Baseflow is important component for understanding streamflow and water resource management. Baseflow was proven as most unpredictable component of streamflow throughout various research since it flows through underground, baseflow cannot be measured. However, a lot of efforts for estimating baseflow has been conducted and majority of estimation methods are using graphical method for estimating baseflow. And recent methods are using numerical equations and they are owing to development of theoretical and computer techniques. Digital recursive filter by Eckhardt (2005) is newest technique for separating baseflow from streamflow. But it has few limitations that separation parameter a and BFImax can’t be calculated by users. Although it has suggested parameter values, those can’t reflect complex characteristic of watershed. And moreover, to analyze baseflow, long-term analysis for baseflow trend considering climate is necessity. To overcome these limitations, this paper proposed baseflow analysis method using machine learning technique. Among two parameters for estimating baseflow, in case of parameter a, machine learning technique is used to optimize the parameter to consider accurate recession trend of the streamflow depending on the flow regime and seasonality. And in case of BFImax, inverse filter is used based on the optimized a parameter to get the accurate maximum probable baseflow. New estimation method derived baseflow estimation with better understanding about characteristic of watershed and seasonality or flow duration. Result is comparison between baseflow separation from pre-defined parameters and WAPLE system. This study will let researchers to reinforce their study with accurate material and policies as well.
양동석 ( Dongseok Yang ),이관재 ( Gwanjae Lee ),신형진,강석만,( Seoro Lee ),최동호 ( Dongho Choi ),임경재 ( Kyoungjae Lim ),김종건 ( Jonggun Kim ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-
급격한 기후변화가 지속되면서 농업환경은 다양한 환경적 변화를 직면하고 있다. 기후변화로 일어난 이상기후 중 지구온난화와 이상 강수는 농업활동에 큰 영향을 끼치는 요소로 분석되었다. 특히 이상 강수로 인한 가뭄현상은 작물의 수분 공급을 저해하고 이로 인한 생산량 감소는 영농활동과 식량안보에 부정적 영향을 끼칠 것으로 분석되었다. 현재에도 발생하고 있는 가뭄현상으로 인하여 다양한 관개 방법이 진행 중이나 적절한 필요수량이 아닌 관습적 방법으로 관개를 진행하고 있는 실정이다. 우리나라의 1인당 강수량은 세계 1인당 평균 강수량의 1/6 정도이며, 따라서 수자원 절약이 가능한 효율적인 관개수량의 산정이 시급한 실정이다. 이에 본 연구는 미국 농무성(U.S. Department of Agriculture, USDA)와 텍사스 농업생명연구소(Texas A&M Agrilife Research Center)가 개발한 APEX 모델을 활용하여 1) 강수와 작물의 수분스트레스의 관계 및 특성을 평가하고, 2) 대표작물 세가지(고추, 배추, 콩)에 대하여 고정관개 조건에서 생산량과 관개수량의 관계를 분석한다. 그리고 3) 고정관개 조건을 바탕으로 과거 실측자료, 가뭄 시나리오, 그리고 풍수 시나리오에 대한 자동관개 모의를 진행하였다. 이 결과 현재 다양한 지역에서 행해지는 관행적 관개수량과 차이를 보였다. 따라서 본 연구는 향후 수자원 보존을 위한 밭, 논의 적정 관개수량 연구를 위한 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.
양동석 ( Dongseok Yang ),이관재 ( Gwanjae Lee ),한정호 ( Jeongho Han ),이서로,임경재 ( Kyoung Jae Lim ),( Jonggun Kim ) 한국농공학회 2019 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2019 No.-
우리나라는 과거 식량문제를 해결하기 위해 과도한 비료와 살충제의 사용을 관행적으로 이어왔으며, 이로 인하여 지역의 경제적 여건에 따라 양분이 집중되는 부익부 빈익빈 현상을 초래되었다. 토양 양분의 불균형 현상은 작물의 생산성에 큰 영향을 미칠 뿐 아니라 토양의 건강성에도 큰 영향을 미치는 요소이다. 또한 기후변화로 인한 지구온난화, 강우의 빈도와 강도 등 강수양상의 영향은 가뭄과 홍수로 나타나고 있다. 강수로 인한 강우 유출수에는 토양 내 양분이 포함되어 하천으로 유출되며 토양 양분의 불균형은 수질오염으로도 이어질 수 있다. 따라서 국내 농업환경에서는 양분 분포와 강우패턴을 고려한 체계적인 토양 양분 관리 체계가 필요한 실정이다. 이에 본 연구는 강우와 토양 양분을 고려할 수 있는 다양한 모형들 중 영농일정에 따른 농업환경 모의가 가능한 APEX(Agricultural Policy-Environmental eXtender) 모형을 활용하였다. APEX 모형은 수문, 수질을 비롯하여 농약, 양분 등 다양한 농업환경을 모의 평가할 수 있는 모형이다. 본 연구는 APEX 모형을 활용하여 미래기후 2099년까지를 대상으로 농경지의 양분유출 양상을 분석하였다. 미래기후 시나리오는 풍수를 가정한 시나리오와 가뭄을 가정한 시나리오로 구분하여 실행하였으며, 농림수산식품교육문화정보원(EPIS, Korea Agency of Education, Promotion and Information Service in Food, Forestry and Fisheries)에서 제공한 농경지 경계자료를 고려하여 모의대상 경작지를 선정하였다. 작물과 토양 환경에 의한 양분유출을 분석하기 위하여 두 가지 작물과 두 가지 토양을 교차 적용하여 모의하였으며, 모의 결과, 토양과 작물에 따라 동일한 기상환경에도 다른 양분유출 양상이 나타났다. 본 연구는 향후 국내 양분유출에 관한 연구와 양분총량제 시행을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
농촌비점오염관리를 위한 농업배출수 수량 및 수질관리 방안
김종건 ( Jonggun Kim ),양동석 ( Dongseok Yang ),최완민 ( Wanmin Choi ),최선화 ( Seonhwa Choi ),임경재 ( Kyoung Jae Lim ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-
최근 물관리기본법 시행에 따른 통합물관리체제로 전환되면서 농업용수에 대한 가치가 재평가되고 있고 농업용수의 효율적 활용을 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 2019년 기준 우리나라 수자원 총량 대비 총 이용량은 약 28%(372억 ㎥)를 차지하고 있으며, 그 중 농업용수는 총 이용량의 약 61%(152억 ㎥)를 차지하고 있다. 또한 농업용수 이용량의 약 80%가 논에서 사용되고 있다. 우리나라에서는 논에서 사용되고 있는 용수가 상대적으로 많은 부분을 차지하고 있으며, 그에 따라 사용되고 배출되는 수량은 하류 하천의 수량 및 수질, 수생태에 영향을 미치고 있다. 현재 농업용수 배출수의 수량 및 수질에 대해 정량화할 수 있는 정보가 부족하여 농업용수의 효율적인 이용을 저해하고 있다. 농업용수 배출수는 하류 하천 수질에 영향을 미쳐 농촌지역에서의 주요 비점오염원으로 인식되고 있다. 따라서 통합물관리체제에서 농업용수 배출수에 대한 수량 및 수질 관리가 필요한 시점이며, 농업용수의 효율성, 안전성, 안정성을 확보하기 위해 정밀한 농업배출수 산정 및 양질의 농업용수 확보를 위한 다양한 노력이 필요하다. 우선 농업배출수의 수량적인 측면에서 농업용수 수원공에서의 정확한 공급량 산정 기술이 필요하며, 이를 기반으로 농경지 공급 후 하류 하천으로 배출되는 회귀수의 정량적 산정 방법이 필요하다. 이를 통해 농업용수가 하류 하천의 환경유지용수로서의 가치 평가가 가능할 것이다. 농업배출수의 수량확보를 위해서는 용수 재이용, SRI 기법 적용, 효율적 용수공급 등 용수의 수요를 줄이고 환경유지용수를 확보하여야 할 것이다. 농업용수 배출수의 수질측면에서는 농업용수 수원공을 대상으로 상·하류 유역단위모니터링 연구를 통해 기초자료를 수집하고, 이를 통해 농업용수의 맑은 물을 확보할 수 있는 통합관리 체계 구축 방안이 마련되어야 할 것이다. 기존의 단순 수질개선대책 중심에서 수량·수질·수생태 통합물관리 측면 유황별 또는 영농기간별 특성을 고려한 종합적 관리 체계 구축, 그리고 이를 통한 실질적인 농업용수 관리 대책 수립이 필요할 것이다.