• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2011.02a
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• pp.211-211
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• 2011

지형은 강우에 의한 유역 유출응답을 결정하는 중요한 인자이다. 따라서 유역의 지형형태학적 인자를 수문해석에 이용하기 위한 시도는 긴 역사를 갖는다(Rodriguez-Itube and Valdes, 1979). 지형을 구성하는 대표적인 요소로 하천망과 사면을 들 수 있다. 당연히 이들이 어떤 방식으로 결합되는지에 따라 유출특성의 차이가 발생하게 된다(Zevenbergen and Thorne, 1987; Brierley and Fryirs, 2005). 이에 본 연구에서는 하천유역에서 사면과 하천망의 방향적 특성을 정량화하고, 그 둘 사이의 관계를 살펴보고자 한다. 만일 사면의 방향성과 하천의 방향성이 일정한 관계를 가지고 정량화될 수 있다면, 이러한 특성은 보다 간단히 강우-유출 모형에 고려될 수 있을 것이다. 일례로 확률밀도함수 형태로 제시되는 사면과 하천 방향성을 GIUH 이론에 근거하여 재해석할 수 있다. 궁극적으로는 호우 방향성에 의한 유출응답의 차이를 파악할 수 있게 된다. 본 연구에서는 내성천 유역을 대상으로 하였으며, 대상유역의 수치지형도를 수집하여 DEM을 구축하였다. 하천망 추출을 위해 ArcGIS의 Hydro Tool을 이용하였다. 이들 하천망의 방향성은 von Mises 분포에 적용하여 정량화하였으며, 이를 통해 하천유역에서 하천망의 방향적 특성을 살펴보았다. 추가로 하천망과 사면의 방향적 구조를 확인함으로써 이들 특성이 강우-유출 모형에 유연하게 고려될 수 있도록 하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다. (1) 본 연구에서 고려한 von Mises 분포는 하천망의 방향적 특성을 적절히 표현할 수 있음을 확인하였다. 방위 기준으로 정리한 하천망의 방향성은 하나의 mode 특성이 뚜렷하고, 하천 합류점 하천을 기준으로 정리할 경우에는 두 개의 mode 특성이 뚜렷해짐을 알 수 있었다. (2) 하천망의 방향성은 사면의 방향성과 뚜렷한 관계를 갖는 것을 알 수 있었다. 하천망과 사면의 방향적 결합 구조는 유역의 특성을 보다 현실적으로 묘사할 수 있고, 이들 관계를 가정하고 하천망의 방향성이 정량화된다면, 강우-유출 모형에 이들 특성이 쉽게 반영될 수 있을 것으로 기대된다. (3) 하천망의 방향성은 고차 하천일수록 뚜렷한 mode 특성을 나타냄을 확인하였다. 이러한 결과는 고차 하천일수록 그 방향성이 한반도의 주구조선과 잘 일치하는 것으로 기존 연구성과와도 일치하는 것이다. (4) 하천망의 주방향은 하천연장에 대한 영향을 크게 받음을 알 수 있었다. 이는 대상 하천유역의 유역응답에서 하천유출이 사면유출보다 상대적으로 큰 영향력을 갖기 때문이다. 강우-유출 모형에 하천망 방향성을 고려하기 위해서도 하천연장을 고려하여 이들 방향성을 정량화하는 것이 호우 방향에 보다 뚜렷한 유출반응 특성을 나타낼 것으로 보인다. (5) 본 연구에서 고려한 하천망의 방향성 정량화 방안을 이용할 경우 이들 결과는 유출모형에 고려될 수 있을 뿐만 아니라 유출응답 특성을 정량적으로 파악하는데 이용될 수 있다. 방위 기준으로 정리한 하천망 방향성은 실제 유역에 대한 유출모형에 적용이 가능하며, 하천 합류점을 기준으로 정리한 결과는 호우의 방향성에 대한 유출응답의 반응을 정량적으로 살펴보는데 이용될 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.1350-1354
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• 2010

SWAT 모형에서는 토양수량을 고려하여 유출곡선지수법에 따라 지표유출량과 침투량을 계산하고, 계산된 침투량이 토양수대가 받을 수 있는 최대용량인 토양수 최대보수용량(soil water capacity)을 초과할 경우에는 그 초과분을 강제적으로 토양수량에 더해지도록 처리하고 있다. 즉, 초과침투량이 연직 아래로만 유입되는 것으로 간주하고 있다. 이러한 방식은 경사가 매우 완만한 경우에는 적합하다고 할 수 있으나, 국내 유역에서와 같이 비교적 유역 경사가 급한 경우에는 지표유출량이 작게 계산될 수 있으며 특히 집중호우시 강우에 대한 유출 응답이 둔감하게 모의되어 홍수기 큰 강우로 인해 급격하게 증가하는 유출량을 잘 모사하지 못하게 되는 경우가 발생한다. 따라서 본 연구에서는 홍수기 큰 강우에 대해서 유출량이 민감하게 반응할 수 있도록 초과침투량 재분배 모듈($\underline{R}$edistributing $\underline{EX}$cessive $\underline{INF}$iltration module, 이하 SWAT-REXINF)을 개발하였다. 이 모듈은 토양층의 보수능을 초과하는 침투량 처리 방식을 개선한 것으로 지표유출의 집중시간과 토양수의 침루 유하시간의 상대적인 크기에 따라 초과침투량을 분배하여 지표유출량과 침투량에 할당하는 방식을 취하고 있다. 개발 모듈 SWAT-REXINF을 기 개발한 시간가중평균 유출곡선지수법에 의한 지표유출계산법과 접합-분리 방식의 토양층 구조화 기법 등의 유출계산 개선 기법과 접목하여 그 효과를 충주댐 유역에 대해 분석하였다. 시간가중평균 유출곡선지수법에 의한 지표유출계산법과 접합-분리 방식의 토양층 구조화 기법 등 다른 유출 개선 기법과 혼용하여 적용할 경우에는 지표유출량이 약 2배 증가, 첨두유량은 20~50% 증가하는 등 개선 효과가 매우 크게 나타났다. 모형 개선으로 인해서 강우량에 대한 유출량의 응답 민감도를 증가시켜 유출수문곡선의 증감을 보다 용이하게 모의할 수 있고 정확도 또한 높일 수 있을 것으로 판단된다.

• Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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• v.16 no.5
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• pp.537-543
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• 2006

There have been many recent studies on the nonlinear rainfall-runoff modeling, where the use of neural networks is shown to be quite successful. Due to fundamental limitation of linear structures, employing linear models has often been considered inferior to the neural network approaches in this area. However, we believe that with an appropriate extension, the concept of linear impulse responses can be a viable tool since it enables us to understand underlying dynamics principles better. In this paper, we propose the use of multiple impulse responses for the problem of rainfall-runoff analysis. The proposed method is based on a simple and fixed strategy for switching among multiple linear impulse-response models, each of which satisfies the constraints of non-negativity and uni-modality. The computational analysis performed for a certain Korean hydrometeorologic data set showed that the proposed method can yield very meaningful results.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.177-177
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• 2018

유역의 홍수량 산정하기 위해서 데이터기반 모형, 개념적 모형, 프로세스 기반 모형과 같은 다양한 개념의 수문학적 모형이 개발되고 적용성이 검토되고 있다. 물리기반 강우-유출관계 모형의 경우, 이론적으로 강우유출응답의 연속 모의에 적합하다고 알려져 있으나 모형 구성에 필요한 수문자료 확보의 한계성 때문에 실절적인 적용에 어려움이 있다. 또한 수문 자료가 충분하지 않거나, 없는 미계측 유역에서 홍수량을 산정하기 위해서는 기존의 수문 관측 시스템의 데이터를 이용하기 어렵기 때문에 레이더 및 위성 등을 이용한 다양한 기상수문데이터 도입이 필요하다. 이에 본 연구에서는 관측된 자료와 함께 모델기반 수문기상 시스템인 GLDAS(Global Land Data Assimilation System, GLDAS)의 자료를 이용하여 개념적 강우-유출관계 모형인 PMD(Probaility Distributed Model, PMD)을 통해 홍수량을 모의하는 방법을 적용하였다. 이를 위해 개념적 강우유출관계 모형을 구성하고, 공간적 토양저류(soil moisture storage)분포를 산정하기 위해 토양의 함수상태를 산출하였다. 이같은 접근법은 수문 자료의 제한, 모형 검정의 문제와 같은 어려움을 해결하기 위한 대안으로 제시할 수 있으며, 분석 결과로부터 모델기반 수문기상 자료와 개념적 강우-유출관계 모형의 활용가능성을 검증할 계획이다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.43 no.6
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• pp.571-581
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• 2010

This study analyzed rainfall-runoff characteristics by deriving multiple impulse responses. The concept of competing impulse responses was used for deriving multiple impulse responses. Based on this concept, each response function derived competes to be selected for simulating the runoff measured. This concept of competing linear impulse responses was applied to four basins, Jeongseon, Yeongwol, Youngchoon and Chungju Dam. One to three impulse responses have been derived and compared each other considering basin characteristics. First, in case of deriving one linear impulse response, the peak flow of the impulse response was found to be increased according to their study basins area. In case of deriving two linear impulse response, the peak flow of the first impulse response and the duration of the second impulse response were increased according to their basin size. The case of deriving three impulse response showed similar characteristics of deriving two impulse responses. However, the peak flow of third impulse response was very small and lasted quite long time. Summarizing these results considering the basin characteristics, the first impulse response seems to be related with the surface runoff, the second impulse with the surface runoff and interflow, and the third impulse response with the interflow and base flow.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.379-379
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• 2018

기후변화와 지구온난화로 인하여 전 세계적으로 폭우발생 빈도 및 강도가 증가하고 있다. 특히 유역 차원에서 도시화와 산업 개발로 인한 불투수면적 증가는 내수침수 증가로 이어지고 있다. 불투수면적이 높고 인구와 건물이 밀집되어있는 도시유역에서의 내수침수는 막대한 재산피해와 인명피해를 야기한다. 도시유역의 불투수층에 내린 강우는 지표면을 따라 흐르다가 대부분 우수관으로 유입되어 유역에서 배출된다. 그러므로 도시 우수관의 설계빈도를 결정하고 설계홍수량을 결정하는 일은 도시 홍수 저감을 위한 구조적인 대책 중 가장 우선적으로 고려되어야 하고, 또 가장 중요한 대책이기도 하다. 본 연구에서는 과거 홍수피해가 빈번히 발생했던 도시유역들 중 유역면적과 우수관망의 구조가 다른 7개의 도시를 선정하여 다양한 강우사상에 따른 유출해석을 실시하였다. 서울과 부산 기상관측소에서 관측된 1975년부터 2015년까지의 강우자료에 대한 EPA-SWMM 모형에서의 유출해석 결과 첨두강우량의 변화에 따른 첨두유출량의 변화를 선형회귀모형으로 분석하였다. 회귀모형의 결정계수와 95% 신뢰구간, 변동계수를 비교하였고, 수계밀도개념을 적용하여 첨두유출량의 변화를 해석한 결과, 우수관망이 조밀하게 건설되어 배수밀도가 높을수록 증가된 첨두강우량에 따라 함께 증가하는 첨두유출량의 예측이 상대적으로 정확하게 가능함을 확인하였다. 우수관의 구조적인 특성에 따른 유출 응답 속도를 고려하여 우수관을 설계한다면, 보다 효율적인 우수관 설계가 가능할 것으로 판단된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.51 no.1
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• pp.19-33
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• 2018

This study proposed a rainfall-runoff model for the purpose of real-time flood warning in urban basins. The proposed model was based on the shot noise process, which is expressed as a sum of shot noises determined independently with the peak value, decay parameter and time delay of each sub-basin. The proposed model was different from other rainfall-runoff models from the point that the runoff from each sub-basin reaches the basin outlet independently. The model parameters can be easily determined by the empirical formulas for the concentration time and storage coefficient of a basin and those of the pipe flow. The proposed model was applied to the total of three rainfall events observed at the Jungdong, Guro 1 and Daerim 2 pumping stations to evaluate its applicability. Summarizing the results is as follows. (1) The unit response function of the proposed model, different from other rainfall-runoff models, has the same shape regardless of the rainfall duration. (2) The proposed model shows a convergent shape as the calculation time interval becomes smaller. As the proposed model was proposed to be applied to urban basins, one-minute of calculation time interval would be most appropriate. (3) Application of the one-minute unit response function to the observed rainfall events showed that the simulated runoff hydrographs were very similar to those observed. This result indicates that the proposed model has a good application potential for the rainfall-runoff analysis in urban basins.

• Water for future
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• v.28 no.4
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• pp.185-194
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• 1995

The objective of this study is to explore scale problem and to analyze the relations between scale and geomorphologic parameters of the rainfall-runoff model. Generally, measurement and calculation of geomorphologic parameters rely on and are sensitive to the resolution of source information available. Therefore, rainfall-runoff models using geomorphologic parameters should take account of the effects of the map scale used in their development. The derived rainfall-runoff model considering scale problem in this research is the GIUH type model, that is a basin IUH consisting of the channel network response and hillslope response. The cannel network response is computed by means of the diffusion analogy transformed from linearized St. Venant equation and hillslope response is calculated by 2-parameter gamma distribution function. Representing geomorphologic structure of the channel network and initial distribution of its response is width function. This width function is derived by fractal theory and Melton's law to consider scale problems and is weighted by the source location function (SLF) proposed in this research to increase the applicability.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.51 no.2
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• pp.121-129
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• 2018

Rainfall falling in the impervious area of the cities flows over the surface and into the stormwater pipe networks to be discharged from the catchment. Therefore, it is very important to determine the size of stormwater pipes based on the peak discharge to mitigate urban flood. Climate change causes the severe rainfall in the small area, then the peak rainfall can not be discharged due to the capacity of the stormwater pipes and causes the urban flood for the short time periods. To mitigate these type of flood, the large stormwater pipes have to be constructed. However, the economic factor is also very important to design the stormwater pipe networks. In this study, 4 urban catchments were selected from the frequently flooded cities. Rainfall data from Seoul and Busan weather stations were applied to calculate runoff from the catchments using SWMM model. The characteristics of the peak runoff were analyzed using linear regression model and the 95% confidence interval and the coefficient of variation was calculated. The drainage density was calculated and the runoff characteristics were analyzed. As a result, the drainage density were depended on the structure of stormwater pipe network whether the structures are dendritic or looped. As the drainage density become higher, the runoff could be predicted more accurately. it is because the possibility of flooding caused by the capacity of stormwater pipes is decreased when the drainage density is high. It would be very efficient if the structure of stormwater pipe network is considered when the network is designed.

• Water for future
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• v.19 no.2
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• pp.139-148
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• 1986

The hydrologic response function in a small basin is expressed by the distribution function of slope length. The characteristics of topographical factors is represented to the concentration time, and the instantaneous unit hydrograph is derived as a hydrologic rsponse function by application of probobility density function. The averaging process of runoff characteristics within watershed was analyzed for a few small watershed where was split up the small basin itself. The method of calculation of the effective rainfall should play important roles in the transformation process from hydrologic response function to runoff hydrograph. In this paper, the Horton's infiltration quation is used as a method of calculation of effective rainfall, a new response function of runoff process is derived. The $\Phi$-index method and the infiltration method are tested by comparing the observed and estimated values.