• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.383-383
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• 2023

오늘날 수문학 분야에서는 유역에 대한 강우-유출 시뮬레이션을 머신 러닝(ML: Machine Learning)을 활용하여 다양한 연구를 실행하고 있다. 본 연구에서는 시간별 강우-유출 예측 모델인 GR4H(Génie Rural à 4 paramètres Horaires)를 사용하여 충주댐 유역을 대상으로 연구를 수행하였다. 유역의 속성에 따라서 모델의 성능이 어떻게 달라지는지 비교하여 특성에 맞는 모델을 알아내고. 또한 이 과정에서 기상 및 유출 데이터의 보정 길이를 가지고 어느 정도의 데이터 기간이 모델에서 좋은 성능을 보이는지 파악하였다. 뿐만 아니라 모델에 필요한 선행기간의 데이터가 있는 경우와 없는 경우를 비교하여 어떠한 차이를 보이는지, 그리고 선행기간은 얼마나 필요한지 연구를 통하여 알아냈다. 본 연구를 통하여 충주댐 유역에 대한 모델의 적용성 및 성능을 파악하고 수문 모형 구축에 제한이 있는 유역에 대해서도 사용이 가능한지 판단한다. 실험 유역의 관측 값을 모델에 입력한 후 각 모델에 해당하는 매개변수의 최적값을 찾아내는 과정을 거쳐 시뮬레이션을실 행했다. 본 연구에서 사용한 강우-유출 모델인 GR4H는 프랑스의 INRAE-Antony(Institut National de la recherche agronomique-Antony)에서 만들어진 airGR의 일종으로, 시간별 강우-유출 예측을 위해 개발된 공정 기반(process-based)의 집중적, 개념적 수문학 모델이다. 4개의 매개변수(parameter)가 있으며 이는 유역의 특정 속성을 나타낸다. GR4H를 시뮬레이션 하는 과정에서 매개변수의 최적화를 위해 적절한 보정 길이를 파악하여야 한다. 이러한 과정은 4년, 5년, 6년 등 1년씩 데이터의 양을 늘려가며 매개변수를 최적화한다. 이 과정에서 기상 및 유출 데이터의 적절한 보정 길이를 찾아낸다. 시뮬레이션을 통해 얻은 데이터를 관측 값과 비교하여 모델의 성능을 평가하고 다른 관측 값을 통해 시뮬레이션을 실행하여 검증을 거친다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.341-341
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• 2019

물 순환과정의 구성요소 중 증발산(Evapotranspiration)은 수자원개발을 위한 계획의 수립과 수자원 시스템 운영적 측면에서 대단히 중요한 부분이다. 증발산량을 산정하기 위해서는 온도, 바람, 상대습도, 대기압, 수질 및 수표면의 성질과 형상 등을 산정하여야 하는데 이러한 기상자료들을 확보하기란 매우 어려운 실정이다. 본 연구에서는 기온자료만을 이용하여 기준증발산량을 산정할 수 있는 Hargreaves 공식의 경험적 매개변수 및 온도 매개변수를 수정하여 경안천유역의 기준증발산량을 산정하였다. 수정된 공식의 성능평가를 위해 현재 널리 사용되고 있는 Penman-Monteith 방법을 이용하여 산정된 기준증발산량을 정해로 가정하여 Root Mean Square Error와 Nash Sutcliffe Model Efficiency Coefficient분석을 수행하여 검증하였다. 또한 기온 및 Hargreaves 경험적 매개변수와의 상관관계를 이용한 회귀식에 대한 검증을 수행함으로써 본 연구에서 제안한 수정된 공식의 적용가능성을 확인하였으며, 향후 수자원 시스템 운영 측면에 도움이 될 것으로 판단된다.

• Journal of the Korean Geophysical Society
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• v.3 no.4
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• pp.261-268
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• 2000

Minimum magnitudes $(M_c)$ for estimation of seismicity parameters were analyzed for the earthquake catalog of Korea Meteorological Agency (KMA). The temporal variation of earthquake frequency suggests that a proper $M_c$ be 3.0 for the whole southern part of the Korean Peninsula. The b-value with $M_c$ of 3.0 is estimated to be 1.11, which is larger than those of the previous studies. To see the spatial variation of $M_c$, the southern part of the peninsula were divided into grids of $0.1{\times}0.1$ degree. At the greater portion of grid points, the local earthquake catalogs do not satisfy given statistical criteria. The grid points whose local earthquake catalogs meet the criteria mostly distribute in the eastern part. $M_c$ at these points range 2.4 to 3.5 and b values range 0.75 to 1.73 with the average of 1.08 which is comparable to that for the whole southern part of the peninsula.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.291-291
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• 2023

증발량을 산정하는 방법 중 증발접시를 활용한 방법은 하천의 증발량을 직접적으로 측정할 수 있는 장점이 있는 반면, 장기간의 증발접시를 활용한 증발량 추정은 현실적으로 쉽지 않다. 대표적인 증발량 산정식으로는 에너지 수지 및 공기동역학적 원리의 혼합적용 방법(PCE, Penman combination equation)과 경험적 바람공식(PWF, Penman wind function)이 있다. PCE로 산정된 증발량의 경우 하천 내 바닥열(bed heat flux)과 물기둥의 열저장 변화율이 장기간 규모의 순 복사량에 비해 작은 값을 가져 식에서 제외되므로 전반적으로 증발량이 과대 추정되는 문제가 발생한다. 반면, PWF로 산정한 증발량에서는 광범위한 매개변수 범위와 기상자료의 부족으로 모형의 불확실성을 증대시키는 요인으로 작용한다. 본 연구의 최종적인 목표는 하천 수로의 수면증발량을 추정하는 것이지만, 실제 하천 중심에서 증발량을 추정하기 위한 수문학적 자료는 매우 부족한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 유역단위에서의 증발량을 전이하는 방안을 모색하고자 하며, 구체적인 연구과정은 다음과 같다. 첫째, 유역단위 수문학적 자료를 수집하여(flux tower 자료 활용) 유역단위의 증발량을 산정한다. 둘째, PCE와 PWF으로 산정한 증발량과 관측된 증발량을 이용하여 각 식의 매개변수를 최적화한다. 마지막으로 최적화된 매개변수를 적용한 증발량과 관측값의 유사성을 분석한다. 본 연구에서는 하천단위의 증발량을 산정하기 위해 PWF을 적용하였으며 용담댐 내의 기상자료를 활용하여 산정한 증발량과 실제 용담댐 내의 수면증발량의 상관성을 분석한 결과 높은 상관성 확인할 수 있었다. 따라서 하천 주변에 증발량 추정을 위한 최소한의 기상정보가 존재하는 지역에서, 하천단위의 증발량을 산정할 수 있으며 장기간의 증발량도 산정할 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2004.05b
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• pp.863-869
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• 2004

댐의 수리${\cdot}$수문학적 월류 확률 추정시에 가장 민감한 불확실성 변량은 댐의 초기수위라 할 수 있으며, 특히 자료의 특성을 충분히 반영하고 댐마루(dam crest)의 높이를 초과하지 않으면서 경계를 갖는 분포형을 추정하는 것은 무엇보다 중요하다. 그러나 기존의 매개변수적 확률분포 추정방법으로 이러한 문제점을 적절히 반영할 수 없으며 통계특성을 반영하지 못하고 이상화시키는 단점이 있다. 이러한 문제점을 보완하기 위해서 비매개변수적 핵밀도함수 방법과 Bootstrap 기법을 적용하여 수위의 신뢰구간을 추정하였다. 연 최대치 자료를 이용한 비매개변수적 핵밀도함수 기법을 이용한 해석결과에서는 댐의 설계빈도를 상회하는 비교적 큰 위험도 나타냈으며 홍수기의 평상수위고 가정하는 Bootstrap Resampling을 적용한 위험도는 5.11E-06의 간을 나타났다. 가장 극심한 기상상태를 가정한 해석 결과인 1.1972E-03은 본 댐은 여수로의 설계빈도가 1,000년 빈도로서 설계당시보다 확률수문량이 크게 증가된 현재 여수로 방류능력 및 안전성 상태로 고려해보면 적당한 위험도 값으로 추정된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.24-24
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• 2015

최근 원격탐사기법을 이용한 많은 가뭄평가기법들이 개발되었으나 산림과 함께 산악지형이 우세한 우리나라의 경우 지형특성으로 인하여 가뭄평가시 불확실성이 증가하게 된다. 특히, 농업가뭄은 기후와 지표특성에 큰 영향을 받기 때문에 기후특성만을 고려한 가뭄지수는 실제 필요한 농업가뭄의 특성을 반영하는데 있어서 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 기후와 지표특성을 함께 고려할 수 있는 토양수분을 이용한 가뭄평가기법(Drought Assessment Scheme)을 개발하였다. 가뭄평가기법을 위하여 역추적기법(Inverse Modeling-IM) 기반의 자료동화기법(Data Assimilation, DA)을 이용하였다. 자료동화기법은 1-Dimensional (1-D) 기반의 토양의 물리적 특성을 고려하는 SWMI_ST 모형과 최적화 알고리즘(유전자 알고리즘, Genetic Algorithm-GA)을 연계하여 실측 및 위성기반의 토양수분자료로부터 토양의 수리학적 매개변수(${\alpha}$, n, ${\Theta}_{res}$, ${\Theta}_{sat}$, $K_{sat}$)를 추출한다. 본 연구에서는 LANDSAT(30 m X 30 m) 및 MODerate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS, 500 m X 500 m) 이미지자료를 이용하여 시 공간적으로 분포되어 있는 토양수분을 산정하였으며, 이후 자료동화기법을 이용하여 LANDSAT/MODIS 토양수분자료로 부터 공간적으로 분포되어 있는 토양의 매개변수를 추출하였다. 추출된 매개변수, GIS 기반의 지표피복 및 기상자료를 이용하여 장기간의 토양수분을 산정 및 예측 할 수 있다. 고해상도의 이미지 자료를 사용하는 가뭄평가기법은 필지~시 군 단위까지 실제 우리나라 지형특성을 고려하여 효율적으로 가뭄을 모니터링 및 예측 할 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.79-79
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• 2017

강우 자료는 수공구조물 설계목적에 따라 다양한 시공간적 범주가 필요하다. 그러나 시간단위 이하 시계열 강우자료는 미계측 유역 및 관측연한 등의 제약으로 연속적인 시계열을 확보하는데 어려움이 있다. 이러한 점에서 포아송분포 기반 강우발생모형은 강우시계열의 통계적 특성을 나타내는 5개 매개변수로 다양한 시간 범주의 연속강우시계열을 생성할 수 있다는 장점이 있다. 강우발생모의 핵심은 과거자료의 통계특성을 효과적으로 복원할 수 있어야 하며, 다양한 기상학적 특성들 또한 적절하게 모의될 수 있어야 한다는 점이다. 즉, 다음과 같은 기준으로 모의적합성을 평가할 수 있다. 첫째, 지속기간별 관측시계열과 모의시계열의 통계적 유사성을 평가하고, 둘째, 확률분포를 따르는 각 매개변수의 사후분포를 제시하여 불확실성을 정량화하고, 셋째, 추정된 매개변수의 물리적 범위의 적정성 검토가 필요하다. 본 연구에서는 강우발생모형으로 널리 알려진 Neyman-Scott Rectangular Pulse(NSRP) 모형과 Bayesian 모형을 연계한 Bayesian NSRP 모형 개발을 통해 강우관측소 전지점에 대한 매개변수 지도를 제시하고자 한다. 본 연구결과는 임의 유역에 대한 강우발생 시나리오를 제공하여, 다양한 형태의 유출결과를 도출할 수 있으며, 무엇보다 유출결과를 확률적으로 평가할 수 있다는 장점이 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.233-233
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• 2023

효율적인 수자원 관리에 필수적인 요소 중 하나는 유역 유출의 정확한 예측이다. 동일한 유역이라 할지라도 과거 기후조건에 대해 매개변수나 모형구조가 최적화된 수문모형은 현재나 미래 기후에 대해 최적이라 할수 없으며, 이에 따라 유역 유출 해석의 불확실성 또한 증가하고 있다. 수문자료동화는 모형의 입력 자료에 따른 불확실성을 줄이고 예측정확도를 향상 시킬 수 있는 방법으로, 수문모형의 상태량이나 매개변수를 업데이트하여 모형 초기 조건의 가능성 높은 추정치를 생성하는 기법이다. 본 연구에서는 국내 댐 상류 유역에 대해 집중형 수문모형과 순차자료동화 기법의 연계 패키지인 airGRdatassim 모형을 적용하여, 앙상블 칼만 필터와 파티클 필터 기법의 수문자료동화 특성을 비교 분석하고, 자료동화와 관련된 하이퍼-매개변수의 불확실성이 수문모의 성능에 미치는 영향을 분석하였다. 자료동화 적용 결과, 두 자료동화 기법 중 파티클 필터에 의한 모의성능이 높았으며 기상강제력 노이즈의 범위, 갱신 대상 상태량 설정, 앙상블 설정 등 수문자료동화의 설정과 관련된 하이퍼 매개변수의 불확실성은 두 기법별 뚜렷한 차이를 보였다. 또한, 본 연구에서는 일단위에서 시단위로 확장한 유량 예측 자료동화의 시험 모의결과 및 앙상블 수문동화기법의 도전과제에 대해서도 논의한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.358-358
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• 2012

최근 기후변화의 영향에 따라 강수량과 증발산량이 변하는 경향을 보이고 있으며, 그에 따라 유출량도 변하고 있다. 따라서 기후변화가 수자원에 미치는 영향도 커지고 있으며, 댐 유역의 유출량 산정은 홍수나 용수의 확보측면에서 중요시 되고 있다. 탱크모형은 일본의 Sugawara가 1961년 처음 개발한 모형으로 유역을 오리피스 유출공을 가진 저류형 수조의 조합으로 가정하여 유량을 산정하는 유출모형으로 매개변수가 많고, 이들을 시행착오로 결정해야 하기 때문에 숙련된 경험이 요구되는 단점이 있으나 계산법이 명확하고 수문현상을 잘 재현한다는 장점이 있다. 탱크에는 강수량, 유출량, 그리고 증발량과 같은 입력 자료가 필요하며, 정확한 실제 증발산량 값을 알기는 어렵기 때문에 물수지를 이용해 증발산량을 계산하여 사용하고 있지만 유출량 미계측 지역에서는 사용이 어렵다. 그러므로 태양복사에너지, 온도, 바람, 기압, 습도와 같은 기상학적 인자에 따라서 잠재증발량을 산정하여 탱크 모형의 입력 자료로 사용한다면, 유출량자료가 없는 유역에서도 탱크모형을 사용하여 유출량을 산정할 수 있을 것으로 사료된다. 본 연구에서는 섬진강댐유역과 합천댐유역의 유출량 산정을 위해 잠재 증발산량 산정식(Penman, FAO P-M, Makkink, Preistley-Taylor, Hargreaves)을 적용하여 Tank 모형 매개변수들의 민감도분석을 수행하였다. 섬진강댐은 전북 임실군 강진면 옥정리와 정읍시 산내면 종성리 사이에 있으며, 유역면적은 $763km^2$, 댐 높이는 64m, 제방길이 344.2m 댐으로 매개변수 민감도 분석 적용기간은 1975년~1992년이다. 합천댐은 경상남도 합천군 대병면 회양리에 있는 댐으로 높이 96m, 길이 472m, 유역면적 $925km^2$의 다목적 댐이며, 매개변수 민감도 분석 적용기간은 1989년~1999년이다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.33 no.6
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• pp.783-791
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• 2000

A multidimensional representation for precipitation, given In the theory proposed by E. Waymire et al. (1984), is used for simulating rainfall in space and time. The model produces moving storms with realistic meso-scale meteorological features in time and space. The first- and second-order statistics derived from observed JX)int gauge data were used to estimate the model parameters based on the Nelder-Mead algorithm of optimization. Then twelve-year traces of rainfall intensities at fixed gage stations were generated at intervals of 1 hours. First- and second-order statistics are evaluated from the above series, which are used for estimating the parameters of one dimensional model of temporal rainfall at a point. As a result from the comparisons of one dimensional model parameters used observed and generated data from multidimensional model, we found that the multidimensional rainfall model generated visually realistic spatial patterns of rainfall as well as realistic temporal hyetographs of rainfall at a point. point.