최근 전국 주요하천의 수변공간 및 친수시설이 크게 개선되면서 하천이 지역시민들의 사랑을 받는 장소로 탈바꿈하고 있다. 산책 및 자전거타기와 같은 비입수형 친수활동 뿐만 아니라 하천 내에서 즐기는 입수형 친수활동을 즐기는 인구가 점차 증가함에 따라 시민들의 안전한 친수활동을 위한 하천정보의 제공과 하천관리가 요구되는 실정이다. 시민들의 안전한 친수활동을 도모하고, 신속하고 정확한 하천정보의 예보 및 경보를 위한 첨단기술기반의 ICT를 접목한 스마트 하천정보 예·경보시스템을 개발했다.
□연구목적
시민들의 안전한 하천이용을 위해서는 평상시 하천의 유량 및 수질정보의 예보와 더불어 친수활동을 위한 정보생성이 필요하다. 또한 유류 유출사고 등 대규모 수질오염 발생 시 오염된 수체의 이동경로 및 도달시간에 대한 정보도 필요하다. 따라서 평상시 하천의 정보를 예보하는 RiverCAST-K와 수질오염 사고 시 오염된 수체에 대한 정보를 조기에 경보하는R iverALARM-K의 개발을 목표로 두었다.
□주요성과
RiverCAST-K시스템 구축을 위한 빅데이터 활용
RiverCAST-K시스템은 빅데이터를 활용한 데이터기반 모델을 적용하였다. 이러한 데이터기반 모델은 물리기반 모델에 비해 하천정보 예측에 소요되는 자원 및 시간이 적게 들고 정확도가 높아 정보의 예보에 적절하다.
RiverCAST-K의 요소모델 간 입출력 데이터 연계
RiverCAST-K 모델은 크게 세 가지 요소모델로 구성되어 있다. 하천의 유량 및 수질을 인공신경망 모델(Artificial Neural Network, ANN)을 이용하여 예보하는 RiverCAST-ANN, 수리거동 곡선을 이용하여 일차원 수위예보 결과를 제시하는 RiverCAST-HPG, 친수활동지수를 산정하여 예보하는 RiverCAST-RRI 모델로 이루어져 있다. 세 개의 요소모델의 입출력 데이터는 서로 연계되어 있어, RiverCAST-ANN, RiverCAST-HPG에서 예보된 수질, 유량 및 수위 정보는R iverCAST-RRI에서 친수활동지수를 산정하는데 활용된다.
RiverALARM-K의 요소모델 및 사용자 인터페이스 개발
RiverALARM-K는 수질오염사고 발생 시 하천관리자의 신속한 의사결정을 돕기 위한 수치해석기반의 시스템이다. 하천흐름해석모델(HDM-2D), 수질해석 모델(CTM-2D), 입자분산모델(PDM-2D)로 구성되며, 사용자 친화적인 GUI를 통해 예측자료의 전·후처리를 쉽게 수행할 수 있다. 또한 수질오염사고 발생 시 입자성 또는 부유성 오염물질의 혼합거동을 정확히 예측할 수 있으며, 개선된 수질해석모델(CTM-2D)을 이용하여 하천의 조류발생 모의가 가능하다.
□연구의 차별적 특징
RiverCAST-K 시스템, 등급별 권고사항 제공
국내에서는 친수활동만을 위한 수리 및 수질정보 예측이 전무한 실정이다. 기존에 실시간 수질데이터시스템을 통해 실시간 측정되는 수질정보를 제공하고 있으나, (1) 친수활동 시 가장 고려되어야 할 대장균과 같은 수질정보를 포함하지 않고 있다는 점, (2) 우수, 양호, 보통, 주의, 불량과 같은 등급으로 변환되어 제시되고 있지만 각 등급이 권고하고 있는 활동사항이 구체적이지 않다
는 점, (3) 예보가 아닌 실시간 정보이기 때문에 활용에 한계가 있다는 점, (4)수질정보만을 포함한다는 점에서 한계를 지닌다.
또한, 북미, 유럽, 호주 등 친수활동의 수요가 높은 국가들에서 RiverCast-K와 유사한 시스템이 있으나, 대부분 실시간 및 당일 예보에 그치고 수질정보만을 제공한다.
반면, RiverCast-K는 이러한 제한점을 보완하여 최대 3일 앞까지의 정보를 예보하여 제공, 다양한 수질정보(분변성대장균, DO, 수온, pH, 탁도, 클로로필a) 및 수리정보를 종합하여 제공, 등급 별 구체적인 권고사항 제공과 같은 우수성을 지닌다.
RiverALARM-K 시스템, 2차원 수질사고 대응
국내 2차원 수질사고 대응시스템은 전무한 실정이며 1차원 수질사고 대응시스템을 사용하고 있다. 그러나 1차원 모형은 해석결과의 적용범위에 제한이 있으며, 오염물질의 하폭방향 혼합해석이 불가능하기 때문에 시설물 운영 가능여부 판단이 어렵다. 반면, RiverAlarm-K는 2차원 하폭방향 혼합해석에 따라 시간별, 공간별 수질농도의 변화를 가시화하여 시설물 운영 가능여부 판단에 대한 효과적인 의사결정을 지원할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 기존의 오염물질 혼합거동의 모의를 위한 소프트웨어는 모의에 필요한 계산격자 생성 및 계산에 소요되는 시간이 과도하여 대하천에서 수질오염사고 발생 시 즉각적인 모의 결과를 생산하기 어려웠다. RiverAlarm-K는 주요 수질오염사고 발생 예상지역에 대해 사고유형별 시나리오를 사전에 모의, 사고 발생 시 방재계획에 활용할 수 있는 데이터베이스를 구축할 수 있다. 또한 수질사고 시점의 수리정보 및 지형정보를 추가로 입력하여 사후 수질사고의 정밀 분석 및 자료 생산이 가능하다.
□연구 성과의 파급효과
● 기술부문
하천 관리 및 예측 정확도의 향상
국내기술 및 자본으로 개발된 RiverCAST-K 및 RiverALARM-K는 해외기술에 의존적인 관련 분야에 대해 국산화를 실현할 것으로 기대된다. 국내 하천 환경 여건에 최적화된 기술을 개발하여 대하천 관리 및 예측 정확도의 향상이 가능하다. 특히 RiverALARM-K의 경우, 시스템에 탑재된 각 해석엔진은 이미 출시된 해외 소프트웨어 및 시스템과 비교했을 때 유사한 수준의 예측결과를 생산해 냈다. 또한 관련 분야의 해외 선진국들과 국제적 학술교류를 바탕으로 개발되어 향후 해외시스템 및 소프트웨어 연동, 자료입출력에 대한 호환성 확보가 가능하다.
● 사회경제사업화부문
종합적인 정보로 삶의 질 개선
2012년에 실시한 수상레저활동 이용자들을 대상으로 한 설문조사에 따르면, 수상레저의 주요 장애요인으로 친수활동정보 부족(28.0%), 수질문제(20.7%), 물에 대한 공포(17.3%) 등이 제기되어 ‘정보부족’과 ‘수질 및 물에 대한 공포’ 가 주요 장애요인임을 확인할 수 있다.
본 연구기술을 적용하면 친수활동을 위한 수질, 수리적 안전성에 대한 종합적인 정보를 시민들에게 전달하여 ‘수질 및 물에 대한 공포’를 해결할 수 있다.
또한 친수구역의 위치, 체험 가능한 친수활동의 종류 등에 대한 정보도 제공할 수 있어 ‘정보 부족’과 관련된 문제 역시 해결할 수 있다.
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