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농업용 저수지의 하한 저수율에 따른 홍수기 무효방류량 저감 방안 고찰
정지연 ( Jiyeon Jeong ),정민혁 ( Minhyuk Jeung ),범진아 ( Jina Beom ),박민경 ( Minkyeong Park ),윤광식 ( Kwangsik Yoon ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-
우리나라 대규모 농업용 저수지는 홍수기에 대비한 상한 저수율을 규정되어 있지만, 하한 저수율에 관한 규정은 부재한 상태로 운영되고 있다. 영산강유역 내 최대 유효저수량을 보유하고 있는 나주호는 장마철 홍수기인 6월 21일부터 9월 20일까지 총 92일 동안 제한 수위를 초과하는 수량은 여수로를 통해 무효방류하도록 규정되어 있다. 수자원을 효율적으로 활용하기 위해서는 저수지의 운영을 저해하지 않는 범위 내에서 무효방류량을 최소화하는 방안이 필요하다. 본 연구에서는 2008년부터 2020년의 기간 동안 나주호의 물수지 분석을 수행하고, 나주호의 하한 저수율 설정 시나리오(30%, 35%, 40%)에 따른 무효방류량 변화를 평가하고자 한다. 영농기 초기저수율에 따른 하한 저수율 설정을 통해 농업용수 공급을 모의하였으며, 홍수기 관리규정에 따라 무효방류 모의를 진행하였다. 시나리오별 공급량과 무효방류량 분석 결과, 영농기 초기저수율이 60% 이상일 때 하한저수율을 30%로 관리하는 것이 연구기간 동안 농업용수 공급량은 증가하고 무효방류량은 감소하는 결과를 보였다.
강화학습을 이용한 SWMM 모델 매개변수 자동보정 알고리즘 개발
정민혁 ( Minhyuk Jeung ),범진아 ( Jina Beom ),박민경 ( Minkyeong Park ),정지연 ( Jiyeon Jeong ),윤광식 ( Kwangsik Yoon ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-
도시지역의 토지피복 변화, 변화하는 오염물질의 누적량 등 지속적으로 변화하는 환경으로 인해 하나의 매개변수로 불투수지역 강우-유출 및 오염물질 거동을 장기간을 모의하는 데에 어려움이 있다. 따라서, 무강우일수, 강우량, 강우지속시간 등 강우사상 발생 시마다 수집되는 정보를 바탕으로 수질-수문 모형의 매개변수를 자동으로 보정하는 알고리즘 개발이 필요하다. 본 연구에서는 도시지역에서 수질-수문 모의를 위해 사용되는 SWMM 모형을 강화학습과 결합하여 SWMM 모델 매개변수 자동보정 알고리즘인 SWMM-RL 모델을 개발하였다. 강화학습은 주어진 환경에서 보상을 최대한 많이 받을 수 있도록 에이전드를 학습시키는 기법으로, 주변 상태에 맞게 어떠한 행동을 할지 판단을 내린다. 본 연구에서는 SWMM 모형을 환경, NSE 값을 보상, 매개변수를 행동, 그리고 강우 특성을 상태로 적용하여 알고리즘을 개발하였다. 에이전트의 행동 특성은 유량의 경우 총 9개의 매개변수를 보정하도록 하였고 SS 부하량은 5개의 매개변수를 보정하도록 하였다. 모의 결과, 유량은 평균 0.588의 NSE값을 보였으며, 9개의 매개변수 중 민감도가 높은 3개 매개변수(N-impervious, PctZero, N-conduit)가 주로 변화되는 모습을 보였다. SS 부하량의 경우, 평균 0.622의 NSE값을 보였다. SS 역시 5개의 매개변수 중 민감도가 높은 3개의 매개변수(build-up coefficient1, wash-off coefficient1, wash-off coefficient2)가 주로 변화되었다. 본 연구에서 개발된 SWMM-RL 모델은 2008년~2011년 기간동안 매개변수를 총 10번 자동보정하였으며, 하나의 매개변수로 장기간 모의하는 것보다 매개변수를 주기별로 보정할 경우 더욱 높은 정확성과 변화하는 환경에 잘 적응할 수 있을 것으로 예상된다.
강화학습을 이용한 SWMM 모델 매개변수 자동보정 알고리즘 개발
정민혁 ( Minhyuk Jeung ),범진아 ( Jina Beom ),박민경 ( Minkyeong Park ),정지연 ( Jiyeon Jeong ),윤광식 ( Kwangsik Yoon ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-
도시지역의 토지피복 변화, 변화하는 오염물질의 누적량 등 지속적으로 변화하는 환경으로 인해 하나의 매개변수로 불투수지역 강우-유출 및 오염물질 거동을 장기간을 모의하는 데에 어려움이 있다. 따라서, 무강우일수, 강우량, 강우지속시간 등 강우사상 발생 시마다 수집되는 정보를 바탕으로 수질-수문 모형의 매개변수를 자동으로 보정하는 알고리즘 개발이 필요하다. 본 연구에서는 도시지역에서 수질-수문 모의를 위해 사용되는 SWMM 모형을 강화학습과 결합하여 SWMM 모델 매개변수 자동보정 알고리즘인 SWMM-RL 모델을 개발하였다. 강화학습은 주어진 환경에서 보상을 최대한 많이 받을 수 있도록 에이전드를 학습시키는 기법으로, 주변 상태에 맞게 어떠한 행동을 할지 판단을 내린다. 본 연구에서는 SWMM 모형을 환경, NSE 값을 보상, 매개변수를 행동, 그리고 강우 특성을 상태로 적용하여 알고리즘을 개발하였다. 에이전트의 행동 특성은 유량의 경우 총 9개의 매개변수를 보정하도록 하였고 SS 부하량은 5개의 매개변수를 보정하도록 하였다. 모의 결과, 유량은 평균 0.588의 NSE값을 보였으며, 9개의 매개변수 중 민감도가 높은 3개 매개변수(N-impervious, PctZero, N-conduit)가 주로 변화되는 모습을 보였다. SS 부하량의 경우, 평균 0.622의 NSE값을 보였다. SS 역시 5개의 매개변수 중 민감도가 높은 3개의 매개변수(build-up coefficient1, wash-off coefficient1, wash-off coefficient2)가 주로 변화되었다. 본 연구에서 개발된 SWMM-RL 모델은 2008년~2011년 기간동안 매개변수를 총 10번 자동보정하였으며, 하나의 매개변수로 장기간 모의하는 것보다 매개변수를 주기별로 보정할 경우 더욱 높은 정확성과 변화하는 환경에 잘 적응할 수 있을 것으로 예상된다.
풍영정천 유역의 유량 상승부-하강부 수질 차이에 대한 고찰
정민혁 ( Minhyuk Jeung ),강지원 ( Jiwon Kang ),정지연 ( Jiyeon Jeung ),윤광식 ( Kwangsik Yoon ) 한국농공학회 2019 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2019 No.-
하천의 수질관리를 위해서는 각 오염물질의 정확한 유출특성을 파악하는 것이 대단히 중요하다. 이전 연구에서는 8일간 자료를 이용하여 유량-부하량 관계식을 통해 유출특성을 해석하는 연구가 수행되었다. 하지만, 이는 강우시 하천에서의 비점오염원 유출특성을 파악하기에는 무리가 있다. 본 연구에서는 2014년∼2017년 풍영정천 유역의 농촌, 도시 소유역 강우시 모니터링 자료를 이용하여 유량 조건별 6가지 오염물질 (Biochemical oxygen demand : BOD; Chemical oxygen demand : COD; Total organic carbon : TOC; Suspended solids : SS; Total nitrogen : T-N; Total phosphorus : T-P)의 유출특성을 해석하였다. 농촌 소유역의 상승부 구간은 BOD, COD, TOC, SS, T-N, T-P의 평균값이 각각 5.4mg/L, 8.8mg/L, 6.6mg/L, 71.6mg/L, 2.7mg/L, 0.2mg/L로 조사되었으며, 하강부 구간은 4.8mg/L, 9.5mg/L, 6.9mg/L, 42.9mg/L, 2.5mg/L, 0.2mg/L으로 조사되었다. SS를 제외한 나머지 구간은 상승부-하강부 간의 차이가 적은것으로 나타났다. 도시 소유역의 경우 상승부 구간은 10.6mg/L, 11.8mg/L, 8.9mg/L, 542.1mg/L, 2.6mg/L, 0.3mg/L으로 나타났으며, 하강부 구간은 7.1mg/L, 8.9mg/L, 6.9mg/L, 196.6mg/L, 2.2mg/L, 0.2mg/L으로 나타났다. 도시 수유역은 BOD, COD, TOC, SS이 차이가 크게 나타났으며, 이는 초기세척효과로 인해 차이가 발생한 것으로 판단된다.