• Proceedings of the KSEEG Conference
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• 2003.04a
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• pp.269-272
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• 2003

하천에 토사가 유입되는 가장 중요한 요인은 주변 지역의 사면에서의 토양의 침식작용이며 이러한 현상은 다양한 요인들에 의해 영향 (사면경사, 사면식생, 토양 입도, 사면거칠기 등)을 받지만 주로 물, 특히 강우에 의해 크게 좌우된다. 그러므로 정확한 강의 양과 강우 강도, 이에 따른 토양의 침식량을 정량화하는 것이 중요하다. 이번 연구에서는 이러한 다양한 조건에 따라 토양의 침식이 어떠한 특성을 갖고 발생하는지를 파악하고자 하였다. (중략)

• Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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• v.9 no.6
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• pp.111-117
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• 2009

The RUSLE(Revised Universal Soil Loss Equation) has been most widely used to estimate sediment yield in Korea. However RUSLE factors have not been verified based on measured data of sediment yield. The analysis of characteristics for the rainfall erosivity factor R was performed in this study. The R factor of RUSLE is expressed as multiple of total rainfall energy and maximum 30 min rainfall intensity. In this study, the characteristics of 10 rainfall energy equations were investigated using data measured in Gangneung experimental watershed, and applicability of each equations was reviewed based on results of the correlation analysis between measured sediment yield and total rainfall, between measured sediment yield and maximum intensity, and between measured sediment yield and total rainfall energy yield. Also, the relationship of I30 and I60 was proposed using 10-min rainfall data during 9 years.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.327-327
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• 2018

돌발홍수, 집중호우 등 강우가 발생 원인되는 자연재해에 효과적으로 대응하기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있으나 강우의 시공간 변동성과 발생과정의 복잡한 물리과정으로 인해 강우 추정에 한계를 가진다. 일반적으로 강우 추정은 물리적, 추계학적 모형을 이용하며 추계학적 모형의 점과정(point process)을 이용하여 강우를 생산한다. 추계학적 강우 모형은 관측 강우의 시간 스케일, 강우발생 빈도, 강우 강도 등 강우 구조의 특성을 반영 할 수 있다는 장점을 가지고 있으나 생산되는 강우의 구조가 추정되는 매개변수에 크게 의존한다는 점에서 실제 강우에 적합한 매개변수 추정이 중요하다. 본 연구에서는 낙동강 유역내에 있는 20개의 강우관측 지점을 대상으로 1973년-2017년까지의 강우 관측자료를 수집하였으며 추계학적 강우생성 모형으로 점과정을 이용하는 추계학적 강우생성 모형인 NSRPM(Neymann-Scott rectangular pulse model)을 선정하였다. NSRPM모형의 매개변수를 추정하기위한 최적기법으로 DFP(Davidon-Fletcher-Powell), GA(genetic algorithm), Nelder-Mead, DE(differential evolution)를 이용하여 추정된 매개변수의 적합성을 분석하고 지역특성을 고려한 매개변수 추정 기법을 제시하였다. 추정된 모형의 매개변수를 분석한 결과 DE와 Nelder-Mead 기법이 높은 적합성을 보였으며 DFP, GA기법이 상대적으로 낮은 적합도를 보였다.

• Journal of the Korean Institute of Landscape Architecture
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• v.36 no.4
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• pp.111-119
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• 2008

The runoff coefficient for a block paved area is determined with regional rainfall distribution. The Rational Method is a basic equation of a drainage system design and is a function of runoff coefficient, rainfall intensity and area. A runoff coefficient is the ratio of rainfall intensity and runoff. The rainfall intensity which is a function of the return period and rainfall duration differs by region. Therefore the runoff coefficient varies regionally even though there is the same return period and rainfall duration. The ratio of rainfall intensity and rainfall duration is decided by the loss of rainfall. The constant infiltration capacity of Horton's equation is adopted to determine the loss of rainfall. As time passed, the joint of the block paved area through which the infiltration occurs is covered by pollution material, sandy dust, pollen and is hardened by foot pressure, so the constant infiltration capacity may decrease. Six different sites were selected to verify the assumption of the constant infiltration capacity decrease and 10 year return period. 10, 20, and 30 minute rainfall duration were applied to calculate rainfall intensity. The results indicate that the Horton's constant infiltration capacity decreases over time and the minimum constant infiltration capacity is selected to compute runoff coefficients. The runoff coefficients varied by region ranging from $0.94{\sim}0.84$ for 10 minute of rainfall duration.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.47 no.9
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• pp.777-787
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• 2014

Stormwater pipe systems are most commonly used to discharge rainwater from the urban catchment covered by the impervious area. To design stormwater pipe and rainwater pumping station, frequency analysis is implemented using historical rainfall and the design rainfall is timely distributed using theoretical shape such as Huff distribution. This method cannot consider the rainfall intensity variation caused by climate change which is type of uncertainty. Therefore, in this study, runoff from Gasan1 stormwater pumping stations catchment is calculated using design rainfall distributed by the 2nd quartile distribution method and the historical rainfall events. From the analysis, the nodal flooding in the urban catchment is likely caused by the high peak rainfall event rather than the large amount of rainfall. The linear regression analysis is implemented. As a result, when several storms have the same amount of rainfall, the nodal flooding in the stormwater pipe systems could be caused by the high peak of storm events. Since as the storm duration become short, the peak rainfall become high, the nodal flooding likely become severe with the short storm duration. The uncertainty in the peak data of design rainfall is analyzed and this uncertainty has to be consider in the stormwater pipe design process.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.450-450
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• 2021

기후변화 보고서에 따르면 집중 호우의 강도 및 빈도 증가가 향후 몇 년동안 지속될 것이라 제시하였다. 이러한 집중호우가 빈번히 발생하게 된다면 강우 침식성이 증가하여 표토 침식에 더 취약하게 발생된다. Universal Soil Loss Equation (USLE) 입력 매개 변수 중 하나인 강우침식능인자는 토양 유실을 예측할때 강우 강도의 미치는 영향을 제시하는 인자이다. 선행 연구에서 USLE 방법을 사용하여 강우침식능인자를 산정하였지만, 60분 단위 강우자료를 이용하였기 때문에 정확한 30분 최대 강우강도 산정을 고려하지 못하는 한계점이 있다. 본 연구의 목적은 강우침식능인자를 이전의 진행된 방법보다 더 빠르고 정확하게 예측하는 머신러닝 모델을 개발하며, 총 월별 강우량, 최대 일 강우량 및 최대 시간별 강우량 데이터만 있어도 산정이 가능하도록 하였다. 이를 위해 본 연구에서는 강우침식능인자의 산정 값의 정확도를 높이기 위해 1분 간격 강우 데이터를 사용하며, 최근 강우 패턴을 반영하기 위해서 2013-2019년 자료로 이용했다. 우선, 월별 특성을 파악하기 위해 USLE 계산 방법을 사용하여 월별 강우침식능인자를 산정하였고, 국내 50개 지점을 대상으로 계산된 월별 강우침식능인자를 실측 값으로 정하여, 머신러닝 모델을 통하여 강우침식능인자 예측하도록 학습시켜 분석하였다. 이 연구에 사용된 머신러닝 모델들은 Decision Tree, Random Forest, K-Nearest Neighbors, Gradient Boosting, eXtreme Gradient Boost 및 Deep Neural Network을 이용하였다. 또한, 교차 검증을 통해서 모델 중 Deep Neural Network이 강우침식능인자 예측 정확도가 가장 높게 산정하였다. Deep Neural Network은 Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE) 와 Coefficient of determination (R²)의 결과값이 0.87로서 모델의 예측성을 입증하였으며, 검증 모델을 테스트 하기 위해 국내 6개 지점을 무작위로 선별하여 강우침식능인자를 분석하였다. 본 연구 결과에서 나온 Deep Neural Network을 이용하면, 훨씬 적은 노력과 시간으로 원하는 지점에서 월별 강우침식능인자를 예측할 수 있으며, 한국 강우 패턴을 효율적으로 분석 할 수 있을 것이라 판단된다. 이를 통해 향후 토양 침식 위험을 지표화하는 것뿐만 아니라 토양 보전 계획을 수립할 수 있으며, 위험 지역을 우선적으로 선별하고 제시하는데 유용하게 사용 될 것이라 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.387-387
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• 2022

기존 홍수기시 댐 운영은 예측 강우와 실시간 관측 강우를 이용하여 댐 운영 모형을 수행하며, 예측 결과에 따라 의사결정 및 댐 운영을 실시하게 된다. 하지만 이 과정에서 반복적인 분석이 필요하며, 댐 운영 모형 수행자의 경험에 따라 예측 결과가 달라져서 반복작업에 대한 자동화, 모형 수행자에 따라 달라지지 않는 예측 결과의 일반화가 필요한 상황이다. 이에 댐 운영 모형에 AI 기법을 적용하여, 다양한 강우 상황에 따른 자동 예측 및 모형 결과의 일반화를 구현하고자 하였다. 이를 위해 수자원 분야에 적용된 국내외 129개 연구논문에서 사용된 딥러닝 기법의 활용성을 분석하였으며, 다양한 수자원 분야 AI 적용 사례 중에서 댐 운영 예측 모형에 적용한 사례는 없었지만 유사한 분야로는 장기 저수지 운영 예측과 댐 상·하류 수위, 유량 예측이 있었다. 수자원의 시계열 자료 활용을 위해서는 Long-Short Term Memory(LSTM) 기법의 적용 활용성이 높은 것으로 분석되었다. 댐 운영 모형에서 AI 적용은 2개 분야에서 진행하였다. 기존 강우관측소의 관측 강우를 활용하여 강우의 패턴분석을 수행하는 과정과, 강우에서 댐 유입량 산정시 매개변수 최적화 분야에 적용하였다. 강우 패턴분석에서는 유사한 표본끼리 묶음을 생성하는 K-means 클러스터링 알고리즘과 시계열 데이터의 유사도 분석 방법인 Dynamic Time Warping을 결합하여 적용하였다. 강우 패턴분석을 통해서 지점별로 월별, 태풍 및 장마기간에 가장 많이 관측되었던 강우 패턴을 제시하며, 이를 모형에서 직접적으로 활용할 수 있도록 구성하였다. 강우에서 댐 유입량을 산정시 활용되는 매개변수 최적화를 위해서는 3층의 Multi-Layer LSTM 기법과 경사하강법을 적용하였다. 매개변수 최적화에 적용되는 매개변수는 중권역별 8개이며, 매개변수 최적화 과정을 통해 산정되는 결과물은 실측값과 오차가 제일 적은 유량(유입량)이 된다. 댐 운영 모형에 AI 기법을 적용한 결과 기존 반복작업에 대한 자동화는 이뤘으며, 댐 운영에 따른 상·하류 제약사항 표출 기능을 추가하여 의사결정에 소요되는 시간도 많이 줄일 수 있었다. 하지만, 매개변수 최적화 부분에서 기존 댐운영 모형에 적용되어 있는 고전적인 매개변수 추정기법보다 추정시간이 오래 소요되며, 매개변수 추정결과의 일반화가 이뤄지지 않아 이 부분에 대한 추가적인 연구가 필요하다.

• Journal of the Korean GEO-environmental Society
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• v.19 no.12
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• pp.15-23
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• 2018

The occurrence of soil erosions in Korea is mostly driven by flowing water which has a close relationship with rainfalls. The soil eroded by rainfalls flows into and deposits in the river and it polluted the water resources and making the rivers become difficult to be managed. Recently, the frequency of heavy rainfall events that are more than 30 mm/hr has been increasing in Korea due to the influence of climate change, which creating a favourable condition for the occurrence of soil erosion within a short time. In this study, we proposed a method to estimate the distribution of rainfall intensity and to calculate the energy produced by a single rainfall event using the cumulative distribution function that take into account of the physical characteristics of rainfall. The raindrops kinetic energy estimated by the proposed method are compared with the measured data from the previous studies and it is noticed that the raindrops kinetic energy estimated by the rainfall intensity variation is very similar to the results concluded from the previous studies. In order to develop an equation for estimating rainfall kinetic energy, rainfall particle size data measured at a rainfall intensity of 0.254~152.4 mm/hr were used. The rainfall kinetic energy estimated by applying the cumulative distribution function tended to increase in the form of a power function in the relation of rainfall intensity. Based on the equation obtained from this relationship, the rainfall kinetic energy of 1~80 mm/hr rainfall intensity was estimated to be $0.03{\sim}48.26Jm^{-2}mm^{-1}$. Based on the relationship between rainfall intensity and rainfall energy, rainfall kinetic energy equation is proposed as a power function form and it is expected that it can be used in the design of short-term operated facility such as the sizing of sedimentation basin that requires prediction of soil loss by a single rainfall event.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2011.02a
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• pp.171-171
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• 2011

급격한 기상이변과 자연현상의 변화에 의해 자연재해가 발생하며, 이러한 변화로 인해 전 세계적으로 환경뿐만 아니라 방재의 중요성 또한 대두되고 있으나, 강우 강도의 예측 분야에서는 여유추정시간의 차이로 인해 방재현상에 대한 구체적인 협력을 하지 못했던 것이 사실이다. 현재 가장 많이 사용하고 있는 레이더 강우자료와 지상 우량계의 강우자료는 여유추정시간이 3시간에서 4시간 사이의 단기 예측만을 가능하게 한다. 본 연구에서는 이의 개선을 위하여 청미천 유역을 대상으로 GIS를 이용하여 CN value를 추출하고, 지역 강우 모형인 Weather Research Forecast(WRF) - Advanced Research WRF(ARW)를 통하여 모의한 강우자료에 대하여 과거 같은 기간의 강우자료와 비교 검증한 후 지역 강우 모형을 통하여 모의한 자료를 HEC-HMS의 Input자료로 활용하여 지역 유출량을 산정한다. 또한 유역의 지표면 유출 모의를 통하여 강우-유출현상과 수리-수문학적 과정을 상호 연결하고, 강우에 의한 유역 지표면에서의 유출을 도출하며, 최적화된 매개변수들의 조합을 개선하여 대상유역의 현상을 보다 유사하게 나타낼 것이다. 이와 함께 WRF-ARW 모형을 통하여 여유추정시간의 증가를 모색하며 그로인한 홍수예측 및 경계체계를 확립하기 위해 연구를 진행한다. 이 지역강우 모형의 대한민국 지형의 적용성 즉, 대한민국 지형에 가장 잘 어울리는 최적화된 매개변수들의 조합을 알아내고 그의 적용현실성을 찾아내려 한다. 더 나아가 강우에 대한 예측을 통해 홍수 경보 체계를 위한 자료로 활용할 수 있는 방안 또한 모색할 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.169-173
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• 2010

토양침식은 농경지 면적의 감소 및 사태 유발, 토사의 하천 유입으로 인한 생태계 교란 및 오염물질 확산 등의 피해를 야기시킨다. 토양침식을 유발하는 가장 큰 인자는 일반적으로 강우로 알려져 있으며, 연구대상 지역의 토양침식량을 산정하기 위해서는 강우침식인자를 추정하는 과정을 거치게 된다. 이와 관련하여 정필균(1983), 박정환 등(2000)은 각각 1980년, 1996년 이전의 강우자료를 이용하여 우리나라 강우침식인자를 제시한 바 있으나, 기상청에서 제공하는 1시간 단위 강우량으로 30분 최대 강우강도를 추정하는 것이 제한되어, 근래에 들어서는 연강수량을 이용하여 강우침식인자를 산정할 수 있는 국외 추정식을 적용하는 연구사례가 늘고 있다. 본 연구는 기상청에서 제공하는 1시간 단위 강우자료를 바탕으로 각 호우사상별 30분 최대 강우강도를 추정하여 보다 정확한 연강우침식인자를 산출하기 위한 것으로서 강우의 스케일 성질을 이용하였다. 속초 지점의 2007년 강우자료를 바탕으로 각 호우사상의 1시간 최대 강우량을 하향스케일링 하여 30분 최대 강우강도를 산출하여 강우침식인자를 산정한 결과, 기존의 $EI_{30}$와 $EI_{60}$의 상관관계식 및 연강수량을 이용한 추정방법보다 더 합리적임을 알 수 있었다.