• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.36 no.5
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• pp.779-789
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• 2016

The effective rainfall is calculated considering the soil moisture. It utilizes observed data directly in order to incorporate the soil moisture into the rainfall-runoff model, or it calculates indirectly within the model. The rainfall-runoff model, IHACRES, used in this study computes the catchment wetness index (CWI) first varying with temperature and utilize it for estimating precipitation loss. The nonlinear relationship between the CWI and the effective rainfall in the Hapcheondam watershed was derived and utilized for the long-term runoff calculation. The effects of variable and constant CWI during calibration and validation were suggested by flow regime. The results show the variable CWI is generally more effective than the constant CWI. The $R^2$ during high flow period shows relatively higher than the ones during normal or low flow period, but the difference between cases of the variable and constant CWI was insignificant. The results indicates that the high flow is relatively less sensitive to the evaporation and soil moisture associated with temperature. On the other hand, the variable CWI gives more desirable results during normal and low flow periods which means that it is crucial to incorporate evaporation and soil moisture depending on temperature into long-term continuous runoff simulation. The NSE tends to decrease during high flow period with high variability which could be natural because NSE index is largely influenced by outliers of underlying variable. Nevertheless overall NSE shows satisfactory range higher than 0.9. The utilization of variable CWI during normal and low flow period would improve the computation of long-term rainfall-runoff simulation.

• Korean Journal of Remote Sensing
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• v.37 no.3
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• pp.515-530
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• 2021

This study is to estimate soil moisture (SM) using Sentinel-1A/B C-band SAR (synthetic aperture radar) images and Multiple Linear Regression Model(MLRM) in the Yongdam-Dam watershed of South Korea. Both the Sentinel-1A and -1B images (6 days interval and 10 m resolution) were collected for 5 years from 2015 to 2019. The geometric, radiometric, and noise corrections were performed using the SNAP (SentiNel Application Platform) software and converted to backscattering coefficient of VV and VH polarization. The in-situ SM data measured at 6 locations using TDR were used to validate the estimated SM results. The 5 days antecedent precipitation data were also collected to overcome the estimation difficulty for the vegetated area not reaching the ground. The MLRM modeling was performed using yearly data and seasonal data set, and correlation analysis was performed according to the number of the independent variable. The estimated SM was verified with observed SM using the coefficient of determination (R²) and the root mean square error (RMSE). As a result of SM modeling using only BSC in the grass area, R² was 0.13 and RMSE was 4.83%. When 5 days of antecedent precipitation data was used, R² was 0.37 and RMSE was 4.11%. With the use of dry days and seasonal regression equation to reflect the decrease pattern and seasonal variability of SM, the correlation increased significantly with R² of 0.69 and RMSE of 2.88%.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.640-640
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• 2015

2010년과 2011년 서울에서 발생한 집중호우와 2014년 부산에서 발생한 집중호우의 발생으로 막대한 재산상의 피해와 사상자를 냈다. 2010년 9월 21일에 발생한 집중호우는 1908년 관측시작이래 가장 많은 비가 내린 것으로 기록되었으며 주거지 4,727호, 상가 1,164호, 공장 126동 등이 침수되고 13시를 기준으로 강서지점의 경우 시간당 98.5mm의 기록적인 강우를 기록하였으나, 관악지점은 5.5mm에 그쳐 두 지점간의 시간당 강우량의 편차가 약 200배 가까이 차이가 나는 것으로 나타났다. 이와 같이 최근 도시지역에서 국지성 집중호우가 증가하고 있으며 지역별 강우 편차가 크고 이에 따라 침수피해발생 여부도 지역에 따라 달라진다. 강수의 공간적 분포와 그로 인한 침수해석은 도시돌발홍수 예경보 시스템에 있어 무엇보다도 중요하다. 본 연구의 목적은 도시지역 돌발홍수 예경보 시스템 구축을 위한 정량적 강수추정 QPE(Quantitative Precipitation Estimation)기법에 따른 수리 수문학적 영향을 평가하는 것이다. 정량적 강수추정을 위해 AWS, SKP, 레이더 자료를 활용하여 250m의 해상도를 가지도록 크리깅을 적용하였다: QPE 1은 34개의 AWS의 지점우량을 지구통계학적 기법 중의 하나인 크리깅을 이용하여 산정한 기법, QPE 2는 AWS와 156개의 SKP의 강우데이터를 크리깅을 이용하여 산정한 기법, QPE 3는 광덕산 레이더를 이용한 기법, QPE 4는 AWS, SKP, 광덕산 레이더 자료를 조건부 합성한 기법이다. 월류량을 산정하기 위해 도시유출해석모형인 SWMM을 강남역 일대를 대상으로 구축하고 우수관로 시스템으로 유입되지 못한 노면류(Surface flow)를 함께 고려하였다. 침수해석을 위해서는 DHM모델을 적용하였으며 2013년 7월 기간에 발생한 호우에 대하여 분석을 수행하였다. 비교수행을 위해서 인접한 서초 AWS와 강남 AWS의 지점강우량도 함께 고려하였으며 모의결과를 국가 재난관리 정보 시스템(NMDS)에 침수피해가 확인된 가옥 및 빌딩 정보와 일치여부를 적합도로 산정하였다. 산정된 적합도를 통하여 정량적 강수추정기법에 따른 수리?수문학적 영향을 평가하였다. 실제 침수흔적정보와 비교 결과, QPE 2와 QPE4가 가장 적합도가 높았으며 이에 따라 고밀도의 관측망의 구성이 도시지역 침수해석결과에도 적합할 것으로 판단된다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.29 no.1B
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• pp.23-33
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• 2009

Climate change, abnormal weather, and unprecedented extreme weather events have appeared globally. Interest in their size, frequency, and changes in spatial distribution has been heightened. However, the events do not display regional or regular patterns or cycles. Therefore, it is difficult to carry out quantified evaluation of their frequency and tendency. For more objective evaluation of extreme weather events, this study proposed a rainfall extreme weather index (STARDEX, 2005). To compare the present and future spatio-temporal distribution of extreme weather events, each index was calculated from the past data collected from 66 observation points nationwide operated by Korea Meteorological Administration (KMA). Tendencies up to now have been analyzed. Then, using SRES B2 scenario and 2045s (2031-2050) data from YONU CGCM simulation were used to compute differences among each of future extreme weather event indices and their tendencies were spatially expressed.The results shows increased rainfall tendency in the East-West inland direction during the summer. In autumn, rainfall tendency increased in some parts of Gangwon-do and the south coast. In the meanwhile, the analysis of the duration of prolonged dry period, which can be contrasted with the occurrence of rainfall or its concentration, showed that the dryness tendency was more pronounced in autumn rather than summer. Geographically, the tendency was more remarkable in Jeju-do and areas near coastal areas.

• Journal of Soil and Groundwater Environment
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• v.10 no.2
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• pp.12-19
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• 2005

Jeju island is one of the highest rainfall areas in the Korean peninsular. However, variation in rainfall amount is much great with years, which resulted in substantial variation in annual groundwater recharge and sustainable yield. Therefore, to cope with groundwater hazard including sea water intrusion and water level decline in accordance with successive extreme drought, Jeju province established a stepwise action system, in which management of representative monitoring wells and corresponding actions to water level conditions was enforced. In this study, rainfall and groundwater monitoring data were analyzed to determine management groundwater level on Jeju island. First, rainfall data for last 30 years were analyzed, which yielded a lower limit of rainfall at a confidence level of 99% as a basis rainfall. Only when the rainfall less than the basis rainfall was sustained over 3 months, the water levels were targeted for the analysis. For the water level data selected using the above criteria, the lower limit of 99% confidence interval was determined as a reference groundwater level. Finally, some ratios of reference groundwater level was determined as stepwise management groundwater level on Jeju island.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.813-816
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• 2010

최근 지속가능한 개발의 개념은 국제적으로 경제 개발과 환경 보전 사이에서 논쟁이 중심이 되고 있으며, 수자원 개발과 관리는 이들 논쟁에서 중요한 부분을 차지하고 있다. 이와 더불어 유역을 관리함에 있어 수자원을 이수, 치수 및 수질의 단일 문제로 인식하는 것이 아니라 통합적으로 인식하는 유역통합관리(Integrated Watershed Management, IWM)의 필요성이 대두되고 있다. 이에 본 연구는 유역통합관리에 앞서 유역의 상태 및 문제점을 파악하기 위한 방법으로 EEA (European Environment Agency)에서 개발한 추진력(Driving force)-압력(Pressure)-상태(State)-영향(Impact)-반응(Response) (DPSIR) 개념 이용하여 3개의 세부 지표인 이수지표, 치수지표, 수질지표로 구성된 하나의 통합 지수인 유역수자원평가지수를 개발하였다. 세부지표인 이수지표는 연속무강우일수, 인구밀도, 용수수요, 물재이용률 등 16개의 구성요소, 치수지표는 홍수범람위험 지역 내 거주 인구수, 홍수방어시설용량, 개수율, 100 mm 이상 강수일수 등 15개의 구성요소, 수질지표는 BOD (Biochemical Oxygen Demend) 부하량, 수질 등급, 연중 목표 수질 달성일수 등 13개의 구성요소로 이루어져있다. 이를 북한강 유역 중 북한 지역을 제외한 유역 즉, 수자원단위지도 상의 춘천댐권역(1010) ~ 청평댐권역(1015)의 6개 중권역에 적용하여 비교하였다. 세부지표의 주된 요소인 유출량의 모의를 위해 장기유출모형인 HSPF (Hydrological Simulation Program - Fortran)를 사용하였다. 모형에 입력된 유역평균강수량 자료는 1973년 ~ 2008년까지의 37년의 자료기간을 갖는 북한강유역의 5개 기상관측소 자료를 Thiessen network를 이용하여 산정하였다. 본 연구를 통해서 북한강 유역의 현재 수자원의 상태를 지수화하여 나타내고 그 결과를 비교해보았다. 이 결과는 유역 수자원의 파악하여 유역통합관리시 유역의 문제점을 파악하고 이를 수정하기 위한 의사결정 우선순위를 정하는데 사용될 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.464-464
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• 2012

수문분야에 있어서 빈도해석의 목적은 특정 재현기간에 대한 발생 가능한 수문량의 규모를 파악하는데 있으며, 빈도해석의 정확도는 적합한 확률분포모형의 선택과 매개변수 추정방법에 의존하게 된다. 일반적으로 각 확률분포모형의 특성을 대표하는 매개변수를 추정하기 위해서는 모멘트 방법, 확률가중 모멘트 방법, 최대우도법 등을 이용하게 된다. 모멘트 방법에 의한 매개변수 추정은 해를 구하기 위한 과정이 단순한 반면, 비대칭형의 왜곡된 분포를 갖는 자료들에 대해서는 부정확한 결과를 나타내게 된다. 확률가중 모멘트 방법은 표본의 크기가 작거나 왜곡된 자료일 경우에도 비교적 안정적인 결과를 제공하는 반면, 확률 가중치가 정수로만 제한되는 단점을 갖고 있다. 그리고 대수 우도함수를 이용하여 매개변수를 추정하게 되는 최우도법은 가장 효율적인 매개변수 추정치를 얻을 수 있는 것으로 알려져 있으나, 비선형 연립방정식으로 표현되는 해를 구하기 위해서는 Newton-Raphson 방법을 사용하는 등 절차가 복잡하며, 때로는 수렴이 되지 않아 해룰 구하지 못하는 경우가 발생되게 된다. 이에 반해, 최근의 Genetic Algorithm, Ant Colony Optimization 및 Simulated Annealing과 같은 Meta-Heuristic Algorithm들은 복잡합 공학적 최적화 문제 있어서 효율적인 대안으로 주목받고 있으며, Hassanzadeh et al.(2011)에 의해 수문학적 빈도해석을 위한 매개변수 추정에 있어서도 그 적용성이 검증된바 있다. 본 연구의 목적은 연 최대강수 자료의 빈도해석에 적용되는 확률분포모형들의 매개변수 추정을 위해 Meta-Heuristic Algorithm을 적용하고자 함에 있다. 따라서 본 연구에서는 매개변수 추정을 위한 방법으로 Genetic Algorithm 및 Harmony Search를 적용하였고, 그 결과를 최우도법에 의한 결과와 비교하였다. GEV 분포를 이용하여 Simulation Test를 수행한 결과 Genetic Algorithm을 이용하여 추정된 매개변수들은 최우도법에 의한 결과들과 비교적 유사한 분포를 나타내었으나 과도한 계산시간이 요구되는 것으로 나타났다. 하지만 Harmony Search를 이용하여 추정된 매개변수들은 최우도법에 의한 결과들과 유사한 분포를 나타내었을 뿐만 아니라 계산시간 또한 매우 짧은 것으로 나타났다. 또한 국내 74개소의 강우관측소 자료와 Gamma, Log-normal, GEV 및 Gumbel 분포를 이용한 실증연구에 있어서도 Harmony Search를 이용한 매개변수 추정은 효율적인 매개 변수 추정치를 제공하는 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.375-375
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• 2023

본 연구는 농지를 대상으로 토양수분 및 가뭄 현황을 분석하는 데 그 목적이 있다. 토양수분을 파악하기 위해 Terra MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) 위성영상기반의 토양수분 산정모형을 개발하였다. 해당 모형은 MODIS LST(Land Surface Temperature) 및 NDVI(Normalized Difference Deficit Index)를 기반으로 SCS-CN(Soil Conservation Service-Curve Number) 방법에서 착안한 수문학적 개념 5일 선행강우 및 무강우일수를 입력자료로 하며, 토양 종류 및 계절에 따른 토양수분의 특성을 고려하였다. 모형의 개발을 위해 MODIS LST 및 NDVI 영상을 2013년부터 2022년까지 각각 일별 및 16일 단위로 구축하였으며, 동 기간에 대해 전국 88개소의 기상청 종관기상관측소의 강수량 및 LST 자료를 수집하였다. MODIS LST는 실측 LST 자료를 활용해 조건부합성기법을 적용하여 상세화하였고, 수집된 강수량자료는 역거리가중법을 활용해 공간 보간을 수행하였다. 토양특성의 구분은 농촌진흥청에서 정밀토양도를 수집하여 활용하였다. 공간 분포된 토양수분에서 농지에 해당하는 토양수분을 추출하기 위해 스마트팜맵을 구축하고, 농지 속성에 해당하는 위치 정보를 조회 후 이를 시군구별로 평균하여 일별 평균 토양수분값을 산정하였다. 토양수분 기반의 가뭄 현황 분석을 위해 구축된 정밀토양도에서 작물 생장과 관련된 영구위조점 및 포장용수량을 활용해 5단계(정상, 관심, 주의, 경계, 심각)의 가뭄 위험도를 산정하였으며, 실제 가뭄 현황과의 비교를 통해 토양수분기반의 가뭄 위험도의 실효성을 검증하고자 한다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.29 no.5B
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• pp.397-408
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• 2009

In this study, a stochastic precipitation generation framework for simultaneous simulation of daily precipitation at multiple sites is presented. The precipitation occurrence at individual sites is generated using hybrid-order Markov chain model which allows higher-order dependence for dry sequences. The precipitation amounts are reproduced using Anscombe residuals and gamma distributions. Multisite spatial correlations in the precipitation occurrence and amount series are represented with spatially correlated random numbers. The proposed model is applied for a network of 17 locations in the middle of Korean peninsular. Evaluation statistics are reported by generating 50 realizations of the precipitation of length equal to the observed record. The analysis of results show that the model reproduces wet day number, wet and dry day spell, and mean and standard deviation of wet day amount fairly well. However, mean values of 50 realizations of generated precipitation series yield around 23% Root Mean Square Errors (RMSE) of the average value of observed maximum numbers of consecutive wet and dry days and 17% RMSE of the average value of observed annual maximum precipitations for return periods of 100 and 200 years. The provided model also reproduces spatial correlations in observed precipitation occurrence and amount series accurately.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.40 no.11
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• pp.851-859
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• 2007

In this study, the chukwookee data were evaluated by applying that for the historical rainfall frequency analysis. To derive a two parameter log-normal distribution by using historical data and modem data, censored data MLE and binomial censored data MLE were applied. As a result, we found that both average and standard deviation were all estimated smaller with chukwookee data then those with only modern data. This indicates that rather big events rarely happens during the period of chukwookee data then during the modern period. The frequency analysis results using the parameters estimated were also similar to those expected. The point to be noticed is that the rainfall quantiles estimated by both methods were similar. This result indicates that the historical document records like the annals of Chosun dynasty could be valuable and effective for the frequency analysis. This also means the extension of data available for frequency analysis.