• Research Article

    Evaluating meteorological and hydrological impacts on forest fire occurrences using partial least squares-structural equation modeling: a case of Gyeonggi-do

    부분최소제곱 구조방정식모형을 이용한 경기도 지역 산불 발생 요인에 대한 기상 및 수문학적 요인의 영향 분석

    Kim, Dongwook, Yoo, Jiyoung, Son, Ho Jun, Kim, Tae-Woong

    김동욱, 유지영, 손호준, 김태웅

    Forest fires have frequently occurred around the world, and the damages are increasing. In Korea, most forest fires are initiated by human ...

    우리나라와 세계 곳곳에서는 대형 산불이 빈번하게 발생하고 있으며, 이로 인한 피해가 증가하고 있다. 우리나라에서 산불은 대부분 입산자 실화, 소각 산불 등의 인위적인 ...

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    Forest fires have frequently occurred around the world, and the damages are increasing. In Korea, most forest fires are initiated by human activities, but climate factors such as temperature, humidity, and wind speed have a great impact on combustion environment of forest fires. In this study, therefore, based on statistics of forest fires in Gyeonggi-do over the past five years, meteorological and hydrological factors (i.e., temperature, humidity, wind speed, precipitation, and drought) were selected in order to quantitatively investigate causal relationships with forest fire. We applied a partial least squares structural equation model (PLS-SEM), which is suitable for analyzing causality and predicting latent variables. The overall results indicated that the measurement and structural models of the PLS-SEM were statistically significant for all evaluation criteria, and meteorological factors such as humidity, temperature, and wind speed affected by amount of -0.42, 0.23 and 0.15 of standardized path coefficient, respectively, on forest fires, whereas hydrological factor such as drought had an effect of 0.23 on forest fires. Therefore, as a practical method, the suggested model can be used for analyzing and evaluating influencing factors of forest fire and also for planning response and preparation of forest fire disasters.


    우리나라와 세계 곳곳에서는 대형 산불이 빈번하게 발생하고 있으며, 이로 인한 피해가 증가하고 있다. 우리나라에서 산불은 대부분 입산자 실화, 소각 산불 등의 인위적인 원인으로 발생하지만, 기온과 습도, 풍속 등의 기상인자는 산불의 연소 환경에 큰 영향을 미친다. 본 연구에서는 최근 5년간 경기도 지역에서 발생한 산불을 바탕으로, 산불 발생에 영향을 미치는 요인으로 온도, 습도, 풍속, 강수, 가뭄 요인을 선정하여 이들 간의 인과관계를 정량적으로 평가하였다. 분석을 위한 기법으로 인과관계의 발견 및 잠재변수의 예측에 적합한 부분최소제곱 구조방정식모형을 활용하였다. 연구 모형의 평가 결과, 본 연구에서 구축한 측정모형과 구조모형은 6가지 평가기준 모두에서 통계적으로 유의한 것으로 나타났다. 영향정도를 표준화된 경로계수로 표현하면, 기상학적 요인인 습도, 온도 그리고 풍속은 산불 발생에 각각 -0.42, 0.23, 0.15만큼의 영향을 나타내며, 수문학적 요인인 가뭄은 산불 발생에 0.23만큼의 영향요인으로 작용하는 것으로 나타났다. 따라서 본 연구는 실제 적용가능한 방법으로써 산불 영향요인의 분석과 이에 대한 평가, 그리고, 산불 재난의 대응·대비 계획 수립에 활용될 수 있을 것이다.

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    March 2021
  • Research Article

    Application of sequence to sequence learning based LSTM model (LSTM-s2s) for forecasting dam inflow

    Sequence to Sequence based LSTM (LSTM-s2s)모형을 이용한 댐유입량 예측에 대한 연구

    Han, Heechan, Choi, Changhyun, Jung, Jaewon, Kim, Hung Soo

    한희찬, 최창현, 정재원, 김형수

    Forecasting dam inflow based on high reliability is required for efficient dam operation. In this study, deep learning technique, which is one ...

    효율적인 댐 운영을 위해서는 높은 신뢰도를 기반으로 하는 유입량 예측이 요구된다. 본 연구에서는 최근 다양한 분야에서 사용되고 있는 데이터 기반의 예측 방법 ...

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    Forecasting dam inflow based on high reliability is required for efficient dam operation. In this study, deep learning technique, which is one of the data-driven methods and has been used in many fields of research, was manipulated to predict the dam inflow. The Long Short-Term Memory deep learning with Sequence-to-Sequence model (LSTM-s2s), which provides high performance in predicting time-series data, was applied for forecasting inflow of Soyang River dam. Various statistical metrics or evaluation indicators, including correlation coefficient (CC), Nash-Sutcliffe efficiency coefficient (NSE), percent bias (PBIAS), and error in peak value (PE), were used to evaluate the predictive performance of the model. The result of this study presented that the LSTM-s2s model showed high accuracy in the prediction of dam inflow and also provided good performance for runoff event based runoff prediction. It was found that the deep learning based approach could be used for efficient dam operation for water resource management during wet and dry seasons.


    효율적인 댐 운영을 위해서는 높은 신뢰도를 기반으로 하는 유입량 예측이 요구된다. 본 연구에서는 최근 다양한 분야에서 사용되고 있는 데이터 기반의 예측 방법 중 하나인 딥러닝을 댐 유입량 예측에 활용하였다. 그 중 시계열 자료 예측에 높은 성능을 보이는 Sequence-to-Sequence 구조 기반의 Long Short-Term Memory 딥러닝 모형(LSTM-s2s)을 이용하여 소양강 댐의 유입량을 예측하였다. 모형의 예측 성능을 평가하기 위해 상관계수, Nash–Sutcliffe 효율계수, 평균편차비율, 그리고 첨두값 오차를 이용하였다. 그 결과, LSTM-s2s 모형은 댐 유입량 예측에 대한 높은 정확도를 보였으며, 단일 유량 수문곡선 기반의 예측 성능에서도 높은 신뢰도를 보였다. 이를 통해 홍수기와 이수기에 수자원 관리를 위한 효율적인 댐 운영에 딥러닝 모형의 적용 가능성을 확인할 수 있었다.

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    March 2021
  • Research Article

    Characterizing three-dimensional mixing process in river confluence using acoustical backscatter as surrogate of suspended sediment

    부유사 지표로 초음파산란도를 활용한 합류부 3차원 수체혼합 특성 도출

    Son, Geunsoo, Kim, Dongsu, Kwak, Sunghyun, Kim, Young Do, Lyu, Siwan

    손근수, 김동수, 곽성현, 김영도, 류시완

    In order to characterize the mixing process of confluence for understanding the impacts of a river on the other river, it has ...

    하천 합류부는 두 하천이 만나 형성되는 지역으로 합류부 구간의 혼합 매커니즘을 이해하기 위해서는 지류의 다양한 유입조건에 따른 본류와의 수체혼합의 공간적인 패턴을 분석하는 ...

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    In order to characterize the mixing process of confluence for understanding the impacts of a river on the other river, it has been crucial to analyze the spatial mixing patterns for main streams depending on various inflow conditions of tributaries. However, most conventional studies have mostly relied upon hydraulic or water quality numerical models for understanding mixing pattern analysis of confluences, due to the difficulties to acquire a wide spatial range of in-situ data for characterizing mixing process. In this study, backscatters (or SNR) measured from ADCPs were particularly used to track sediment mixing assuming that it could be a surrogate to estimate the suspended sediment concentration. Raw backscatter data were corrected by considering the beam spreading and absorption by water. Also, an optical Laser diffraction instrument (LISST) was used to verify the method of acoustic backscatter and to collect the particle size distribution of main stream and tributary. In addition, image-based spatial distributions of sediment mixture in the confluence were monitored in various flow conditions by using an unmanned aerial vehicle (UAV), which were compared with the spatial distribution of acoustic backscatter. As results, we found that when acoustic backscatter by ADCPs were well processed, they could be proper indicators to identify the spatial patterns of the three-dimensional mixing process between two rivers. For this study, flow and sediment mixing characteristics were investigated in the confluence between Nakdong and Nam river.


    하천 합류부는 두 하천이 만나 형성되는 지역으로 합류부 구간의 혼합 매커니즘을 이해하기 위해서는 지류의 다양한 유입조건에 따른 본류와의 수체혼합의 공간적인 패턴을 분석하는 것이 중요하다. 그러나, 대부분의 합류부 연구들은 실측을 통한 현장데이터를 획득하기 어렵기 때문에 수리 및 수질 수치모형을 통한 연구가 주로 수행되어 왔다. 본 연구에서는 지류와 본류의 합류의 혼합 현상을 규명하는 인자로 유속과 수심 등 기본적인 수리학적 인자들 외에 최근 하천 유사측정을 위해 부유사농도의 지표로 연구되고 있는 ADCP의 초음파산란도를 활용하여 합류부에서 상이한 유사특성을 가진 두 수체가 혼합되는 양상을 측정하여 합류부의 혼합 특성을 해석하고자 하였다. 초음파산란도는 부유사와 관련되는 인자로 SonTek ADCP 이동식으로 측정된 초음파산란도(SNR)자료를 빔퍼짐에 대한 보정, 물에 의한 흡수를 고려하여 보정한 후 3차원 혼합거동의 공간적인 분포를 도출하였다. 그리고 측정기간 중 드론(UAV), LISST를 이용하여 합류부의 혼합양상을 모니터링하여 초음파산란도를 이용한 분석결과와 비교하였다. 분석결과, ADCP로부터 제공되는 초음파산란도를 보정한 결과 합류부의 3차원적인 유사 혼합의 공간적 특성을 규명하는 데 적합한 인자라고 할 수 있었고, 상이한 본류와 지류의 유입을 고려하였을 때 다양한 혼합 거동을 분석하는데 지표로 사용이 가능함을 확인할 수 있었다. 따라서 본 연구에서는 남강과 낙동강의 합류부에 대해 초음파산란도를 활용하여 합류부의 혼합 특성을 분석하였다.

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    March 2021
  • Research Article

    Application of 3D point cloud modeling for performance analysis of reinforced levee with biopolymer

    3차원 포인트 클라우드 모델링 기법을 활용한 바이오폴리머 기반 제방 보강공법의 성능 평가

    Ko, Dongwoo, Kang, Joongu, Kang, Woochul

    고동우, 강준구, 강우철

    In this study, a large-scale levee breach experiment from lateral overflow was conducted to verify the effect of the new reinforcement method ...

    본 연구에서는 하천에서의 월류 발생에 따른 제방의 붕괴를 방지하거나 피해를 최소화하기 위한 신소재 보강공법을 제체 표면에 적용하여 그 효과를 검증하기 위한 실규모 ...

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    In this study, a large-scale levee breach experiment from lateral overflow was conducted to verify the effect of the new reinforcement method applied to the levee’s surface. The new method could prevent levee failure and minimize damage caused by overflow in rivers. The levee was designed at the height of 2.5 m, a length of 12 m, and a slope of 1:2. A new material mixed with biopolymer powder, water, weathered granite, and loess in an appropriate ratio was sprayed on the levee body’s surface at a thickness of about 5 cm, and vegetation recruitment was also monitored. At the Andong River Experiment Center, a flow (4 m3/s) was introduced from the upstream of the A3 channel to induce the lateral overflow. The change of lateral overflow was measured using an acoustic doppler current profiler in the upstream and downstream. Additionally, cameras and drones were used to analyze the process of the levee breach. Also, a new method using 3D point cloud for calculating the surface loss rate of the levee over time was suggested to evaluate the performance of the levee reinforcement method. It was compared to existing method based on image analysis and the result was reasonable. The proposed 3D point cloud methodology could be a solution for evaluating the performance of levee reinforcement methods.


    본 연구에서는 하천에서의 월류 발생에 따른 제방의 붕괴를 방지하거나 피해를 최소화하기 위한 신소재 보강공법을 제체 표면에 적용하여 그 효과를 검증하기 위한 실규모 횡월류 붕괴 실험을 수행하였다. 본 실험을 위해 제방 모형은 높이 2.5 m, 길이 12 m, 사면경사 1:2로 구성하였다. 또한 제방의 경우 습식 공법을 이용하여 바이오폴리머 분말, 물, 화강풍화토, 황토를 적정 비율로 혼합한 신소재를 제체 표면에 약 5 cm 두께로 분사한 뒤 식생활착 모니터링을 거쳐 최종 실험모형을 완성하였다. 안동하천연구센터 A3 수로 상류에서 4 m3/s 의 유량을 유입시켜 횡월류 흐름을 유도하였으며, 음향 도플러 유속계를 이용하여 상·하류의 유량 및 횡월류량의 변동을 측정하였다. 또한, 제방보강공법의 성능을 평가하기 위해 이미지 픽셀 기법 및 3차원 포인트 클라우드 모델링 기법을 활용한 시간에 따른 제방의 표면손실률을 산정함으로써 영상분석 기반의 새로운 평가 도구를 제시하였다. 본 연구결과를 적절하게 활용하게 되면 제방보강공법의 성능을 평가하는데 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

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    March 2021
  • Research Article

    Assessment of the environmental flow and habitat of the river ecosystem through ecosystem function model

    생태계 기능모의를 통한 하천의 환경유량 및 서식처 평가

    Na, Jong-Moon, Park, Seo-Yeon, Cho, Yean-Hwa, Lee, Joo-Heon

    나종문, 박서연, 조연화, 이주헌

    Rivers have been damaged due to rapid urbanization, and river management has been carried out focusing on flow and flood control functions ...

    국내의 하천은 급격한 도시화와 산업화로 인해 자연하천의 모습은 사라지고 이수와 치수 기능 위주의 하천관리가 이루어져왔다. 최근 하천이 갖는 자연적 특성을 회복하는 환경적 ...

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    Rivers have been damaged due to rapid urbanization, and river management has been carried out focusing on flow and flood control functions. Recently, interest in river restoration, emphasizing the environmental aspects of rivers, is increasing, but the beginning of river restoration requires an appropriate evaluation of the environmental flow required for the ecosystem. This study analyzed the effects on the habitat of the river ecosystem by estimating the changes in flow regime and environmental flow following the construction of the Buhang dam in Gamcheon, the first tributary of the Nakdong River. To evaluate the environmental flow, the dominant species of Gamcheon, Zacco Platypus, and the protected species Squalidus gracilis majime, and riparian vegetation were selected, and the environmental flow was calculated using the HEC-EFM (Ecosystem Function Model). The evaluated environmental flow was linked with hydraulic analysis and GIS platform, and habitat area change and habitat connectivity analysis before and after dam construction were performed by spatial habitat analysis in the river. Based on the results of this study, it can be used as a river restoration project and a dam operation plan considering the river environment through the calculation of environmental flow and habitat connectivity analysis to improve the habitat of the river ecosystem.


    국내의 하천은 급격한 도시화와 산업화로 인해 자연하천의 모습은 사라지고 이수와 치수 기능 위주의 하천관리가 이루어져왔다. 최근 하천이 갖는 자연적 특성을 회복하는 환경적 측면을 강조한 생태하천 복원 사업에 대한 관심이 높아지고 있으나, 하천복원의 시작은 생태계에 필요한 환경유량의 적절한 평가가 우선되어야 한다. 본 연구는 낙동강 제1지류 하천인 감천을 대상으로 부항댐 건설에 따른 유황변화 및 환경유량의 변화를 추정하여 하천생태계 서식처에 미치는 영향을 분석하였다. 감천의 환경유량을 평가하기 위한 분석대상은 감천에 서식하는 어류인 피라미, 긴몰개와 하천주변 식생을 선택하였으며, 미육군공병단에서 개발된 HEC-EFM (Ecosystem Function Model)을 활용하여 환경유량을 산정하였다. 평가된 환경유량은 GIS 분석과 연계 하였으며, 수생계의 하도내 서식처를 공간적으로 도시하여 댐 건설 전후 수생생물의 서식처 면적비교 및 서식처 연결성 분석을 수행하였다. 본 연구결과를 바탕으로 하천생태계의 서식처 개선을 위한 환경유량 산정 및 서식처 연결성 분석을 통하여 하천 복원 및 하천환경을 고려한 댐 운영의 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

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    March 2021
  • Research Article

    Analysis of changes in cross section and flow rate due to vegetation establishment in Naeseong stream

    내성천 하도 내 식생활착에 의한 단면 및 유량변화 분석

    Lee, Tae Hee, Kim, Su Hong

    이태희, 김수홍

    In the present study, hydrologic data and topographical data from 2010 to 2019 were collected from three gauging stations placed in the ...

    본 연구에서는 유역내 댐 건설과 하천내 식생성장으로 육역화 현상이 진행되는 내성천 환경 변화의 원인을 파악하기 위해 내성천 유역에 위치한 3개 관측소를 대상으로 ...

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    In the present study, hydrologic data and topographical data from 2010 to 2019 were collected from three gauging stations placed in the watershed of Naeseong stream to determine changes and rates of changes in rainfall, water level & mean velocity, and water level & discharge, together with changes in rates of erosion and deposition at cross-sections of the river. Besides, effects of regulated and non-regulated rivers according to the presence of artificial regulation of flow rate of the river via artificial structure located at Seo stream (Yeongju si (Wolhogyo) station), the tributary free from construction of dams, were compared and analyzed. Results of analyses conducted in the present study revealed vegetational establishment and landforming due to increasing area of vegetational sandbar evolved in the flood plain (intermediate- or high- water level) by the drought sustained from 2013 to 2015. Continuous erosion of river bed was appeared because of narrowed flow area with low water level and increased velocity and tractive force on river bed.


    본 연구에서는 유역내 댐 건설과 하천내 식생성장으로 육역화 현상이 진행되는 내성천 환경 변화의 원인을 파악하기 위해 내성천 유역에 위치한 3개 관측소를 대상으로 2010년부터 2019년까지 관측된 수문자료와 항공사진 및 지형자료를 수집하여 수문특성에 따른 수위-유량관계 변화 및 횡단면의 침식·퇴적 변화율을 분석하였다. 또한 상류 지류인 월호교 관측소에서 인위적인 유량 조절 유무에 따른 영향을 비교하였다. 분석결과, 내청천에서는 2013년부터 2015년까지 지속적인 가뭄에 의해 홍수터에서는 식생활착 및 식생사주 면적 증가로 육역화가 진행되었고, 저수위에서는 흐름부 축소, 유속 및 하상소류력 증가로 지속적인 하상침식이 발생한 것으로 판단되었다.

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    March 2021