• 한국농공학회논문집
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• 제57권3호
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• pp.21-39
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• 2015

유역 내부의 수문과정에 대한 관측치를 이용한 모형의 보정은 분산형 수문수질 모형의 적용성을 높이는 방법으로 권장되지만, 관측치가 충분하지 않은 경우가 많아 적용사례가 드문 실정이다. 본 연구는 경지에서 유역의 출구까지 여러 단계의 수문과정을 고려하여 분산형 수문수질모형을 보정하는 방법을 제시하고, 이와 같은 방법으로 보정된 모형의 적용성을 검토하고자 하였다. 이를 위해 본 연구는 SWAT 모형을 이용하여 미국 조지아의 South Atlantic Coastal Plain에 있는 한 농업유역의 수문과정을 모의하였다. 또한, 유사와 영양물질의 구체적인 하천운송과정을 모의하기 위해 SWAT모형의 QUAL2E 모듈을 이용하였다. 모형보정은 유역의 유출량 및 유사와 영양물질의 양 뿐만 아니라 경지에서 관측된 바이오매스, 토양 침식량 및 영양물질 발생량, 수변지역 (riparian buffer)에서 발생하는 유사와 영양물질 감소, 하천운송과정 등을 고려하여 수행되었다. 모형의 보정 및 검증기간은 자료기간과 토양보전농법의 시행기간을 고려하여 선정되었으며, 보정된 모형의 적용성은 복수의 통계치 (NSE, RE, RSR 등)를 이용하여 분석되었다. 보정된 모형은 유역의 출구에서 하천유량과 총질소량을 각각 NSE 0.93 및 0.59의 정확도로 모의하였다. 그러나 유사 (NSE: 0.40)와 총인량 (NSE: 0.45)모의에서는 상대적으로 낮은 정확도를 보였다. SWAT의 QUAL2E 모듈을 이용하여 하천에서의 유사 및 영양물질 운송과정을 고려하는 것은 총인과 총질소 모의결과의 정확도를 향상시킬 수 있는 것으로 나타났다. 본 연구에서 다단계 수문과정을 고려하여 보정된 SWAT모형은 유역 내부에서 발생하는 수문과정을 모의하는데 적용성이 있는 것으로 나타났다. 하지만, 계측방법 및 계측된 자료의 분석방법의 변화에 따른 오차와 토지이용의 시공간적 변화를 모의에서 고려하지 못해서 발생한 오차를 감안하더라도, 보정된 모형은 유역출구에서 관측되는 유사와 영양물질 양을 정확하게 모의하는데 실패 (NSE < 0.5)하였다고 평가할 수 있으며, 이는 SWAT 모형의 보정에서 다단계 또는 유역내부의 수문과정을 고려하는 것이 유역출구에서 높은 모의 정확도를 얻는데 기여하지 못할 수도 있음을 보여주었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.57-57
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• 2019

최근 수문기상학 분야에서 레이더 강수량을 활용한 응용연구가 활발하게 진행되고 있다. 하지만 레이더 강수량은 경험적으로 설정된 레이더 반사도-강우강도 관계식을 활용하여 레이더 강수량을 산정하기 때문에 실제지상에 도달하는 강수량과 정량적인 오차가 필연적으로 발생한다. 따라서 고해상도의 레이더 강수량을 활용한 신뢰도 높은 수문해석을 위하여 레이더 강수량의 편의보정이 필수적으로 선행되어야한다. 본 연구에서는 불확실성을 고려한 레이더 강수량 편의보정을 위하여 Bayesian 추론기법과 일반화 선형모형(generalized linear model)을 연계하여 레이더 강수량 편의보정 매개변수를 산정하였다. 일반화 선형모형을 적용한 레이더 강수량 편의보정 결과는 현재 널리 사용되고 있는 평균보정(mean field bias) 기법에 비하여 통계지표가 개선된 레이더 강수량 편의보정 결과를 도출하였다. 추가적으로 지형학적 특성에 따른 레이더 강수량 편의보정 매개변수의 변동성을 분석하여 고도 및 이격거리에 따른 편의보정 매개변수의 지역화 공식을 제시하였다. 본 연구를 통하여 개발된 레이더 강수량 편의보정 매개변수 산정 및 지역화 연구는 레이더 관측전략 수립과정에 유용한 기초자료로 활용될 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.866-866
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• 2012

최근 인구증가 및 도시개발 등으로 인해 지표면이 갖고 있었던 보수 및 유수기능 등이 현격하게 줄어들면서 이에 따른 홍수 유출량이 증대되고 첨두유량이 증가 되고 있다. 이러한 문제는 지표유출량의 변화에 따른 침투량에 영향을 많이 받기 때문에 이를 예측 및 분석하기 위한 다양한 모형들이 사용되고 있으며, 이러한 모형 중 L-THIA 모형은 토지이용도, 토양도, 일강우 자료만으로 직접유출을 모의가 가능하고 높은 정확성을 보이기 때문에 전 세계적으로 널리 사용되고 있다. 하지만 L-THIA 모형은 하나의 토지이용도만을 이용하여 직접유출량을 모의하고 검보정이 이루어지기 때문에 시간적, 공간적으로 변화하는 토지이용의 변화를 고려하지 못한다. 따라서 본 연구에서는 토지이용도의 변화가 L-THIA 모형의 결과에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위하여 L-THIA 모형의 두 가지 검보정 시나리오를 각각 작성하였다. 시나리오1은 기존에 이루어지는 검보정 방법으로 경안천 유역의 일별 강우자료와 1995년 토지이용도만을 이용하여 1997년 1월1일부터 1999년 12월 31일까지 보정을 실시하고, 이에 따른 매개변수를 적용하여 2001년 1월 1일부터 2003년 12월 31일까지 검정을 수행하였다. 시나리오2는 시나리오 1과는 다르게 보정기간(2005~2010년)에는 2000년 토지이용도를 적용하고, 검정기간(2001~2003년)에는 2000년 토지이용도를 적용하여 각각 검보정을 수행하였다. 또한 시나리오 1과 시나리오 2에서 실측자료와 모의결과를 비교 분석한 $R^2$ 및 NSE 수치를 비교한 결과 토지이용도 변화를 보다 실제적으로 반영한 시나리오2에서 더 높은 수치를 나타냈다. 따라서 L-THIA 모형은 토지이용 별 CN 기반 직접유출량을 산정하기 때문에 본 연구결과에서 나타난 바와 같이 시간 변화에 따른 토지이용 변화를 같이 고려해야 보다 더 신뢰성 높은 모형의 결과를 산출할 수 있을 것이라 판단된다.

• 한국ITS학회 논문지
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• 제13권3호
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• pp.66-77
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• 2014

UTIS(Urban Traffic Information System)는 프로브차량을 활용하여 도시지역의 구간통행시간 정보를 직접 수집하는 방식으로 타 검지체계에 비해 상대적으로 정확한 링크 속도정보를 산출할 수 있다. 하지만, 현재 UTIS에서는 프로브차량(Probe Vehicle) 및 노변기지국(RSE)의 부족, 시스템 오류 등 다양한 요인에 의해 링크 속도정보의 수집이 누락되는 결측 구간이 발생되고 있다. 본 연구에서는 보다 정확한 여행시간 정보를 제공하기 위한 방안으로 k-NN 알고리즘을 기반으로 결측속도 정보를 효율적으로 보정할 수 있는 새로운 보정모형을 제안하였다. 제안 모형은 각 후보개체(이력 시계열 데이터)의 분포 특성에 따라 최근접이웃 개수를 탄력적으로 조정하는 적응형 k-NN 모형이다. 모형 평가 결과, 제안 모형이 결측정보를 효과적으로 보정 처리할 수 있는 동시에 ARIMA 등 타 모형에 비해 보정 오차를 크게 감소시킬 수 있는 것으로 분석되었다. 본 연구에서 제안된 결측 보정 모형은 UTIS 중앙교통정보센터에 직접 적용하여 교통정보 서비스 품질을 향상시키데 활용될 계획이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.491-491
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• 2018

본 연구는 포장모형(APEX, Agricultural Policy Environmental eXtender)과 유역모형(SWAT, Soil and Water Assessment Tool)을 연계하여 새만금 유역의 미래 수문 수질영향과 용수생산성을 분석하기 위한 기초연구이다. APEX 모형을 연계하기에 앞서 SWAT 모형을 이용하여 만경강 유역의 유출량, T-N, T-P를 모의하고 그 적용성을 평가하였다. 모의 기간은 2004년부터 2017년까지 총 14년이며, 기상, 유출량 그리고 월단위 수질 자료를 모형의 입력자료 및 보정을 위해 사용하였다. 매개변수 보정은 객관적 보정이 가능한 SWAT-CUP을 이용하여 최적화 하였으며, 매개변수 보정의 목적함수는 NSE(Nash-Sutcliffe Efficiency)로 평가하였다. 모형의 적용성 평가 결과, 보정기간의 연평균 유출량은 실측치 835mm, 모의치 677mm로 나타났고, R2는 0.64, RMSE는 3.87mm/day, NSE는 0.61, RMAE는 0.99로 나타났다. 검정기간의 연평균 유출량은 실측치 884mm, 모의치 702mm로 나타났고, R2는 0.67, RMSE는 2.92mm/day, NSE는 0.7, RMAE는 0.94로 나타났다. 유출량의 결과를 살펴보면 검정기간이 보정기간보다 모의결과가 더 나은 것으로 나타나며, 이는 실측자료의 일관성 차이로 판단된다. T-N과 T-P의 경우 매개변수만으론 보정의 한계가 있으며, 실측치와 근접하게 모의하기 위해서 만경강 본류에 영향을 끼칠 수 있는 외부유입량을 고려할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 만경강 상류의 경천댐, 대아댐 그리고 용담댐으로 부터 유입되는 외부유입량 자료를 수집하여 SWAT의 입력자료로 구축하였으며, 대상유역 내 익산, 완주, 전주, 김제에 위치하고 있는 하수처리장, 축산폐수처리장, 분뇨처리시설, 산업폐수처리시설 그리고 농공단지처리시설 등 총 12곳에 대한 점오염원 데이터를 입력자료로 구축하여 만경강 상류 농업소유역의 수질영향을 평가하였다. 본 연구결과는 향후 미래 수문 수질 모의에 대한 기초자료로 제공될 것이며, 외부유입량을 고려한 만경강 유역의 용수생산성 분석을 통해 미래 농업수자원 관리계획 수립에 활용할 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.345-345
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• 2023

기후변화에 대응하기 위한 가뭄과 홍수 등의 수재해 관리체계 수립의 필요성이 높아지고 있어, 기후예측모형과 연계하여 수문 및 에너지 순환과정에서 하천유출에 대한 기후변화 영향예측이 가능한 지표수문모형(Land Surface Model, LSM)의 개발과 적용이 요구되고 있다. 또한, LSM은 연속적이고 장기적인 유출을 모의할 수 있어 수재해에 관한 예측과 정보 제공에 유용하므로, 최근 수재해 예측시스템 구축을 위한 주요한 도구로 관심을 받고 있다. 이에 따라, 본 연구에서는 기후모형 CWRF(Climate-Weather Research and Forecasting Model)와 연계되어 물-에너지 순환모의가 가능한 최신 LSM 중 하나인 Common Land Model(CoLM)을 우리나라 유역의 장기하천유출모의에 적용하고자 한다. 대부분의 LSM은 지상의 물과 에너지 순환과정이 각 단일 격자의 수직적인 모의과정으로 제한되고 있었지만, 현재 지속적인 개선을 통해 많은 LSM에서 보다 현실적인 물과 에너지 변화를 모의하고자 노력하고 있다. 그러나, 지속적인 모형의 개선에도 불구하고(또는 그로 인해) 정교한 수학적 프로세스를 통합하여 개선된 최신 LSM은 오히려 복잡한 매개변수 체계, 매개변수 추정, 입력자료, 초기 및 경계조건 등에서 비롯된 불확실성이 존재하고 있다. 따라서, 모형의 주요 매개변수값의 추정은 모의결과의 성능과 안정성을 확보하기 위한 LSM의 모의에서 필수적인 과정 중 하나이다. 유역의 특성에 따라 결정되는 모형 매개변수는 관련자료의 부재 또는 관측의 부정확성으로 인해 검보정 과정을 통해 결정되어야 하므로, 유역의 수문특성을 최대한 반영하고 모형의 성능과 안정성을 확보하기 위해 모의목적에 따라 적절한 검보정 목적함수의 선정도 요구된다. CoLM과 같이 다양한 매개변수가 사용되는 LSM에서는 모의결과에 대한 불확실성을 줄이고, 모의목적에 따른 모형의 예측도 향상을 위해서 모의결과에 민감한 주요 매개변수의 검보정이 과정이 중요하다. 따라서, 본 연구에서는 격자기반 지표수문모형인 CoLM을 이용하여 우리나라 유역의 장기하천유출을 모의하는 과정에서 CoLM의 주요 매개변수 검보정에 필요한 적절한 목적함수의 적용을 통해 CoLM 장기하천유출 모의결과의 예측성능을 개선하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.116-119
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• 2009

HSPF 모형은 수문, 유사, 영양물질, 대장균, 농약 등 다양한 성분 모의할 수 있는 준분포형의 개념적 모형으로 미국 환경청에 의해 개발되었다. 본 연구에서는 HSPF 모형의 수문 매개변수를 보정하기 위하여 HSPF 모형의 보정을 위한 전문가 시스템인 HSPEXP를 이용하였다. HSPF 모형의 수문인자의 초기치는 BASINS의 기술노트 6에 있는 가이드라인을 이용하여 추정되었다. 시험유역에 대한 초기치는 주어진 매개변수의 범위 내에서 보정되었다. 시험유역은 경기도 화성시에 있는 발안HP#6 유역의 자료를 이용하였으며 1996년부터 2007년까지의 자료가 이용되었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제32권6호
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• pp.657-664
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• 1999

본 논문은 이상호와 이길성(1995)에 의해서 제안된 LRCS(Linear Reservoir and Channel System) 강우-유출 모형의 기본 이론을 소개하였고, 모형의 민감도 분석 및 보정과정에서 나타나는 목적함수에 따른 모형 출력의 변화를 파악하고자 하였다. 보정시 매개변수 영향성 분석을 위한 "hat" 행렬과 영향성 척도의 사용을 제안하였고, 매개변수 추정시 오차 전파에 따른 모형 출력의 변화 정도 및 모형 예측치 분산과 매개변수 변화에 따른 모형 출력의 민감도와의 관련성을 조사하였다. 민감도계수와 hi의 대각 요소와 Di 값의 분석으로 매개변수 추정치의 정확성을 알 수 있었다.을 알 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.423-423
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• 2022

수자원 계획 및 관리 관점에 있어 수문모형은 중요한 도구 중 하나이며 모의의 신뢰성을 높이기 위하여 검정 및 보정 과정을 거친다. 이는 일반적으로 장기간의 과거 수문기상자료를 활용하며 자료가 정상성(stationarity)이라는 가정에 따라 매개변수를 산정한다. 그러나 최근 기후변화 문제가 심화되며, 우리나라의 경우 여름철 호우의 강도 및 빈도가 증가할 것으로 전망되는 실정에서 수문 모형의 정상성을 가정한 매개변수 추정은 강우-유출 관계에 왜곡을 초래할 수 있다. 이러한 점에서 수문기상자료의 변동성을 고려한 수문모형의 검정 및 보정기법이 필요할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 개념적 강우-유출 모형을 활용하여 산정된 소양강댐의 기존 매개변수와 수문기상자료의 경향성을 비교하여 모형의 적합성 향상 및 다양한 매개변수 산정 방식을 제공하고자 한다. 이를 위해 전역최적화 기법(global optimization method)을 도입하여 매개변수 추정시 발생하는 불확실성을 정량화하였고 동적 기후 예측 매개변수(dynamic climate predictors)를 활용하여 최적화를 수행하였다. 교차검증을 통하여 기존의 매개변수 추정 절차와 비교 검토를 수행하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권1B호
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• pp.27-38
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• 2006

현재 국내의 홍수예보시스템의 예측 모형으로 저류함수모형을 사용하고 있다. 저류함수모형은 계산절차가 간편하고 홍수유출의 비선형성을 고려할 수 있는 방법이므로 선형모형보다 합리적이라고 알려져 있다. 그러나 저류함수모형을 실제 홍수사상에 적용하는데 있어 매개변수를 결정하는 것이 매우 어렵다. 저류함수모형의 매개변수 보정을 모형 운영자의 주관적인 판단아래 시행착오에 의한 수동보정 방법을 사용하여 왔다. 본 논문에서는 홍수통제소에서 사용하고 있는 저류함수 모형의 대표(평균) 매개변수와 시행착오법(Trial & Error Method) 그리고 최적화기법(Optimization Technique)에 의해 보정된 매개변수를 비교 분석하였다. 또한 모의효율을 평가하기 위하여 목적함수별, 보정방법별로 평가지표들을 산정하고 비교 분석하였다. 분석 결과, 최적화기법의 하나인 유전자 알고리즘(Genetic Algorithm)이 목적함수에 따른 변동성이 가장 적었으며, 목적함수로는 SSR(Sum of Squared of Residual)이 가장 적합한 것으로 판단하였다.