수문해석과정의 불확실성을 고려한 수문학적 댐 위험도 해석 기법 개선

나봉길,김진영,권현한,임정열 한국수자원학회 2014 한국수자원학회논문집 Vol.47 No.10

수문학적 댐 위험도 분석은 복잡한 수문분석과 연계되어 있으며, 기본적으로 수문분석 과정과 모형에 사용되는 입력 자료에 대한 불확실성을 평가하는 과정이 필요하다. 그러나 체계적인 불확실성 분석 과정을 통한 댐 위험도 분석 절차에 대한 연구는 상대적으로 적은편이다. 이러한 점에서 본 연구에서는 기존 연구에 대해서 2가지 주요 개선점을 도출하여 댐 위험도 분석에 활용하였다. 첫째, 강우 분석 시 매개변수의 불확실성 분석이 가능한 Bayesian 모형 기반의 지역빈도해석 절차를 수립하였다. 둘째, 강우-유출 모형 매개변수의 사후분포를 정량적으로 추정하기 위하여 Bayesian 모형과 연계한 HEC-1모형을 도입하였다. 도출된 유입 시나리오를 댐의 수위로 환산하기 위하여 기존 저수지 운영기준에 근거하여 저수지 추적을 수행하였으며, 최종적으로 실행함수를 통하여 수문학적 위험도를 추정하였다. 실제 댐에 대해서 모형의 적합성을 평가하였으며, 초기수위 가정에 따른 수문학적 위험도에 민감도를 평가하였다. Hydrologic dam risk analysis depends on complex hydrologic analyses in that probabilistic relationship need to be established to quantify various uncertainties associated modeling process and inputs. However, the syste-matic approaches to uncertainty analysis for hydrologic risk analysis have not been addressed yet. In this paper, two major innovations are introduced to address this situation. The first is the use of a Hierarchical Bayesian model based regional frequency analysis to better convey uncertainties associated with the parameters of probability density function to the dam risk analysis. The second is the use of Bayesian model coupled HEC-1 rainfall-runoff model to estimate posterior distributions of the model parameters. A reservoir routing analysis with the existing operation rule was performed to convert the inflow scenarios into water surface level scenarios. Performance functions for dam risk model was finally employed to estimate hydrologic dam risk analysis. An application to the Dam in South Korea illustrates how the proposed approach can lead to potentially reliable estimates of dam safety, and an assessment of their sensitivity to the initial water surface level.

Bayesian 모형을 이용한 단일사상 강우-유출 모형의 불확실성 분석

권현한,김장경,김진영,나봉길 한국방재학회 2011 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.10 No.-

본 연구에서는 국내외에서 대표적으로 이용되는 HEC-1 단일강우사상 모형과 연동할 수 있는 Bayesian Markov Chain Monte Carlo(MCMC) 기반의 Bayesian HEC-1(BHEC-1) 통합 모델을 개발하였다. 본 연구를 통해 제안된 BHEC-1 모형을 대상으로 대청댐 유역에 실측 강우-유출 사상에 대해서 모형의 적합성을 평가하였으며, 7개 유역의 21개의 매개변수를 동시에 추정한 결과 해의 발산 없이 안정된 매개변수 추정이 가능하였다. 또한 Bayesian 모형을 근간으로 하기 때문에 최종결과로서 매개변수들의 사후분포(posterior)의 추정이 가능하여 강우-유출 모형 매개변수의 불확실성을 정량화 할 수 있었으며 이를 통해 모형과 입력 자료가 가지는 불확실성을 효과적으로 파악할 수 있었다.

Bayesian 모형을 이용한 단일사상 강우-유출 모형의 불확실성 분석

권현한,김장경,이종석,나봉길 한국수자원학회 2012 한국수자원학회논문집 Vol.45 No.5

본 연구에서는 국내외에서 범용되고 있는 단일강우사상 모형인 미육군공병단의 HEC-1 모형을 이용하여 대청댐 유역의 실측 강우-유출 사상을 중심으로 강우-유출 모의를 수행하였으며, 매개변수 검정에는 실제 대청댐의 시간당 유입량을 기준으로 검정을 실시하였다. HEC-1 모형에는 매개변수를 자동으로 최적화시키는 프로그램이 내장되어 있으나 본 연구의 대상유역과 같이 다수의 소유역이 있는 경우, 매개변수 추정시 매개변수 중 일부는 수렴되지 못하고 발산하는 문제가 있었으며, 첨두유량의 추정능력 역시 저하되는 문제를 보였다. 따라서 이러한 HEC-1 모형의 매개변수의 불확실성을 고려하기 위한 방안으로 Bayesian 모형을 HEC-1모형에 연동시켜 활용하였으며, 기존 HEC-1 강우-유출 모형에 적용할 수 있는 매개변수 최적화 및 불확실성 정량화를 위해 HEC-1 강우-유출 모형 매개변수는 SCS 1개, Clark 단위도 2개를 Bayesian MCMC 기법을 적용하여 매개변수간 조건부확률로 모의발생을 한 후, Bayesian 모형으로부터 각 매개변수의 사후분포(posterior distribution)를 추정하여 사후분포의 추정이 매개변수의 불확실성 정량화를 수행하였다. 본 연구를 통해 제안된 BHEC-1 모형을 대상으로 대청댐 유역에 실측 강우-유출 사상에 대해서 모형의 적합성을 평가한 결과, 7개 유역의 21개의 매개변수가 해의 발산 없이 안정된 매개변수 추정이 가능하였다. 한편, Bayesian 모형을 근간으로 하기 때문에 최종결과로서 매개변수들의 사후분포(posterior)의 추정이 가능하여 향후 홍수빈도곡선 유도, 댐 위험도분석과 기후변화 문제와 같은 다양한 수문학적 문제의 연구에 적용 가능할 것으로 전망된다. The study applies a hydrologic simulation model, HEC-1 developed by Hydrologic Engineering Center to Daecheong dam watershed for modeling hourly inflows of Daecheong dam. Although the HEC-1 model provides an automatic optimization technique for some of the parameters, the built-in optimization model is not sufficient in estimating reliable parameters. In particular, the optimization model often fails to estimate the parameters when a large number of parameters exist. In this regard, a main objective of this study is to develop Bayesian Markov Chain Monte Carlo simulation based HEC-1 model (BHEC-1). The Clark IUH method for transformation of precipitation excess to runoff and the soil conservation service runoff curve method for abstractions were used in Bayesian Monte Carlo simulation. Simulations of runoff at the Daecheong station in the HEC-1 model under Bayesian optimization scheme allow the posterior probability distributions of the hydrograph thus providing uncertainties in rainfall-runoff process. The proposed model showed a powerful performance in terms of estimating model parameters and deriving full uncertainties so that the model can be applied to various hydrologic problems such as frequency curve derivation, dam risk analysis and climate change study.

스마트 안전장비를 활용한 건설현장 재해예방 사례 연구

김충한,강도영,나봉길,최원용 한국품질경영학회 2020 한국품질경영학회 학술대회 Vol.2020 No.-

국민의 생명과 안전을 지키는 것을 국정운영의 최우선 가치로 삼고, 이를 산업안전분야에 반영하기 위한 범 정부대책 기조에 따라, 건설현장 재해로 인한 국민의 피해를 획기적으로 줄이고, 안전한 일터에서 건강하게 일할 수 있는 현장여건 조성이 시급하다. K-water는 국내 수자원 및 수도·에너지 사업의 선두주자로서 4차 산업혁명에 발맞춰 스마트안전 장비를 활용한 새로운 패러다임의 건설현장 재해예방 체계를 준비하고 있다. 공사특성 및 사고발생 위험 유형에 맞는 스마트 안전장비를 도입하여 작업자의 재해예방과 동시에 건설 및 시공품질도 아울러 확보하겠다는 복안이다. 먼저 상수도 관로공사의 경우 작업구간이 선형으로 이동하는 점을 감안하여 기존 IoT헬멧의 단점을 보완하여 이동형 CCTV를 자체 개발하여 수도권 광역상수도 공사 등에 도입하였다. 당일 작업구간에 설치한 이동식 CCTV 장비를 통해 실시간으로 작업현황 영상을 안전관리자 및 공사관리자와 스마트폰 및 PC 등을 통해 공유하여 양방향 소통이 가능하도록 시스템을 구축하였다. 또한, 건설장비 사용이 많은 시화MTV 건설공사 등 단지조성공사에는 근로자와 장비간 협착을 방지하는 안전장비를 구축하였다. 근로자가 건설장비 작업반경내 접근하면 양방향으로 비상알람을 신호를 발생하여 사고발생을 예방하는 시스템이다. 그리고, 밀폐공간내 작업이 진행되는 터널공사와 관갱생 공사에는 실시간으로 산소농도, 유해물질 등 환경정보를 수집하여 위험발생시 작업자와 공사관리자에 알려주는 실시간 모니터링 시스템을 구축하여 작업자의 안전사고 발생을 사전에 방지하고 있다. K-water는 근로자 안전사고 예방 및 건설현장 고품질 확보를 위해 공사특성에 맞는 스마트 안전장비 도입기준을 마련하고, 딥러닝 기반 기능형 영상분석 시스템을 도입하는 등 지속적으로 스마트 안전관리체계를 구축하여 재해로부터 국민의 안전을 확보하고, “무사고”, “고품질” K-water 건설현장을 조성할 계획이다.

앙상블 모형을 이용한 단기 용수사용량 예측의 적용성 평가

소병진,권현한,구자용,나봉길,김병섭 대한상하수도학회 2014 상하수도학회지 Vol.28 No.4

In recent years, Smart Water Grid (SWG) concept has globally emerged over the last decade and also gained significant recognition in South Korea. Especially, there has been growing interest in water demand forecast and this has led to various studies regarding energy saving and improvement of water supply reliability. In this regard, this study aims to develop a nonlinear ensemble model for hourly water demand forecasting which allow us to estimate uncertainties across different model classes. The concepts was demonstrated through application to observed from water plant (A) in the South Korea. Various statistics (e.g. the efficiency coefficient, the correlation coefficient, the root mean square error, and a maximum error rate) were evaluated to investigate model efficiency. The ensemble based model with an cross-validate prediction procedure showed better predictability for water demand forecasting at different temporal resolutions. In particular, the performance of the ensemble model on hourly water demand data showed promising results against other individual prediction schemes.

VR(가상현실) 기술을 이용한 건설현장 안전사고 예방 교육효과 연구

김충한,김문식,서덕영,나봉길,최원용 한국품질경영학회 2020 한국품질경영학회 학술대회 Vol.2020 No.-

산업화 이후 최근까지 산업재해 및 안전사고는 사회적으로 중요한 이슈로 안전사고를 줄이기 위해 다양한 노력을 해오고 있으며, 우리나라에서는 「산업안전보건법」을 28년 만에 전부개정하는 등 산재예방을 위한 법·제도적 기틀을 마련하고 있다. 그 결과, 산업재해가 점진적으로 감소하고 있으나, 산업재해로 사망하는 사망자 수는 연간 약 천여명에 이으러 노동자 만 명당 사고사망자 수_{(사고사망만인율)}는 선진국의 2배~3배 수준이다. 그중에서도 건설현장에서 발생하는 사고가 매우 높은 비율을 차지하고 있으며, 정부 역시 건설현장에 대한 다양한 정책의 시행과 더불어 근로자에 대한 안전교육을 강조하고 있으나, 교육자에 대한 일방향 재해 예방 교육을 시행함에 따른 한계점이 발생하고 있다. 이에 따라, 기존 주입식 교육에서 벗어나 건설근로자의 자발적 안전활동을 유도하기 위해 작업상황과 사고발생 유형에 맞는 콘텐츠를 제작하고, 안전사고를 간접적으로 체험할 수 있는 안전교육이 필요하다. 최근 각 기관과 기업에서는 정보통신 기술 발달로 교육생들이 흥미롭게 참여할 수 있는 다양한 형태의 도구와 방법론이 개발되고 있으며, 이러한 관점에서 본 연구는 가상현실(VR) 기술에 기반한 안전교육 시나리오와 콘텐츠를 개발하고 이를 실제 산업현장에 적용하여 효과성을 검증하고자 하였다. 이를 위해 먼저 실제 작업상황과 상이한 콘텐츠를 활용하여 건설현장 근로자를 대상으로 1차 시범교육을 실시하고, 교육효과와 개선방안에 대한 설문조사를 실시하였다. 그리고, 현장조사와 전문가의 제안을 바탕으로 작업상황에 맞는 안전교육 콘텐츠를 개발하고, 건설참여자를 대상으로 2차 시범교육 및 설문조사를 실시하여 교육효과 비교연구를 수행하였다. 본 연구를 통해 실제 작업상황과 안전사고 위험에 맞는 콘텐츠 제작을 통한 안전교육을 실시하는 것이 근로자들의 현장감과 몰입감을 높이는 등 안전의식 향상에 교육효과가 높은 것으로 분석되어, 각 기관별 사업특성 및 작업상황에 맞는 콘텐츠 제작이 중요한 것으로 나타났다.

확률.통계학적 기반의 댐 위험도 해석 절차 소개

김진영,권현한,정영훈,나봉길,임정열,Kim, Jin-Yeong,Gwon, Hyeon-Han,Jeong, Yeong-Hun,Na, Bong-Gil,Im, Jeong-Yeol 한국수자원학회 2014 물과 미래(한국수자원학회지) Vol.47 No.7

Bayesian 모형을 이용한 단일사상 강우-유출 모형의 불확실성 분석

권현한,김장경,이종석,나봉길,Kwon, Hyun-Han,Kim, Jang-Gyeong,Lee, Jong-Seok,Na, Bong-Kil 한국수자원학회 2012 한국수자원학회논문집 Vol.45 No.5

본 연구에서는 국내외에서 범용되고 있는 단일강우사상 모형인 미육군공병단의 HEC-1 모형을 이용하여 대청댐 유역의 실측 강우-유출 사상을 중심으로 강우-유출 모의를 수행하였으며, 매개변수 검정에는 실제 대청댐의 시간당 유입량을 기준으로 검정을 실시하였다. HEC-1 모형에는 매개변수를 자동으로 최적화시키는 프로그램이 내장되어 있으나 본 연구의 대상유역과 같이 다수의 소유역이 있는 경우, 매개변수 추정시 매개변수 중 일부는 수렴되지 못하고 발산하는 문제가 있었으며, 첨두유량의 추정능력 역시 저하되는 문제를 보였다. 따라서 이러한 HEC-1 모형의 매개변수의 불확실성을 고려하기 위한 방안으로 Bayesian 모형을 HEC-1모형에 연동시켜 활용하였으며, 기존 HEC-1 강우-유출 모형에 적용할 수 있는 매개변수 최적화 및 불확실성 정량화를 위해 HEC-1 강우-유출 모형 매개변수는 SCS 1개, Clark 단위도 2개를 Bayesian MCMC 기법을 적용하여 매개변수간 조건부확률로 모의발생을 한 후, Bayesian 모형으로부터 각 매개변수의 사후분포(posterior distribution)를 추정하여 사후분포의 추정이 매개변수의 불확실성 정량화를 수행하였다. 본 연구를 통해 제안된 BHEC-1 모형을 대상으로 대청댐 유역에 실측 강우-유출사상에 대해서 모형의 적합성을 평가한 결과, 7개 유역의 21개의 매개변수가 해의 발산 없이 안정된 매개변수 추정이 가능하였다. 한편, Bayesian 모형을 근간으로 하기 때문에 최종결과로서 매개변수들의 사후분포(posterior)의 추정이 가능하여 향후 홍수빈도곡선 유도, 댐 위험도분석과 기후변화 문제와 같은 다양한 수문학적 문제의 연구에 적용 가능할 것으로 전망된다. The study applies a hydrologic simulation model, HEC-1 developed by Hydrologic Engineering Center to Daecheong dam watershed for modeling hourly inflows of Daecheong dam. Although the HEC-1 model provides an automatic optimization technique for some of the parameters, the built-in optimization model is not sufficient in estimating reliable parameters. In particular, the optimization model often fails to estimate the parameters when a large number of parameters exist. In this regard, a main objective of this study is to develop Bayesian Markov Chain Monte Carlo simulation based HEC-1 model (BHEC-1). The Clark IUH method for transformation of precipitation excess to runoff and the soil conservation service runoff curve method for abstractions were used in Bayesian Monte Carlo simulation. Simulations of runoff at the Daecheong station in the HEC-1 model under Bayesian optimization scheme allow the posterior probability distributions of the hydrograph thus providing uncertainties in rainfall-runoff process. The proposed model showed a powerful performance in terms of estimating model parameters and deriving full uncertainties so that the model can be applied to various hydrologic problems such as frequency curve derivation, dam risk analysis and climate change study.

全國 用水利用現況 分析

임채기,최해익,조영대,나봉길,김종래 대한토목학회 1994 대한토목학회 학술발표회 논문집 Vol.1994 No.2

대한토목학회 제7회 미래정책포럼 - 아리울(새만금) -창조와 혁신의 터

황규남,김문겸,오주용,이종세,송광용,고재찬,나봉길,김유성,홍성춘,변윤주,김영복,박기홍,우효섭,변근주 대한토목학회 2015 대한토목학회지 Vol.63 No.12