• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.500-500
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• 2023

국내하천은 홍수기에 강수량이 집중되고 하상계수가 높으며 평균경사도도 비교적 큰 특징을 지닌다. 따라서 유량이 빠르게 집중될 수 있는 상황이 빈번하게 발생한다. 이러한 특징을 감안하여 하천의 수질을 관리하기 위해서는 유량과 수질의 상호적인 관계를 규명하는 것이 중요하다. 유량과 수질의 관계를 분석하고 예측하는 방법으로는 물리적 예측모형과 확률론적 예측모형을 이용하는 방법이 있다. 물리적 예측모형을 활용하여 하천의 유량 및 수질을 예측하는 방법은 주어진 지형과 시간의 변화에 따른 유량 및 수질 변화를 예측함으로써 특정 상황에서의 수질 변화를 규명하기에 적절하다. 한편, 풍수기, 갈수기 등 전반적인 유량의 변화에 따라 나타나는 수질변화의 특성을 규명하기 위해서는 수질과 유량 간의 상관관계 분석이 필요하다. 수질과 유량 간의 상관관계를 규명하는 목적일 경우, 물리적 예측모형은 효율성이 낮고, 충분한 데이터 확보가 전제된 상태에서의 확률론적 예측모형은 다각도 분석 및 신뢰성 확보가 가능한 장점이 있다. 그 일환으로 본 연구에서는 확률론적 접근에 기반하여 국내하천에서 수질과 유량 간의 관계를 먼저 분석하고자 한다. 데이터 마이닝 결과, 수질변화에 가장 영향이 큰 인자 및 요인이 추출되며, 이는 효과적인 수질관리 방안을 모색하는 데에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.288-288
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• 2016

유역단위 오염부하량 산정에는 SWAT, HSPF 등의 물리적 매개변수 기반 분포형 모형이 주로 사용되고 있으나, 공간분포형 입력자료로 인한 많은 매개변수는 모의 과정을 복잡하게 하며, 보정 과정에 있어 많은 시간과 노력을 요구하는 단점이 있다. 이로 인해 실무에서는 원단위법이나 유량-부하량 관계식과 같은 통계적 분석에 의한 회귀식이 주로 사용되고 있다. 그 중 LOADEST는 회귀식 기반 프로그램으로, 다양한 연구자들에 의해 연구되고 있으나, 수질 모형과의 모의능력을 비교하는 연구는 부족하다. 본 연구에서는 청미천 상류유역을 대상으로 유역특성에 따른 LOADEST 기반 회귀식의 매개변수를 추정하여 오염부하량을 모의하고, SWAT 모형에 의한 오염부하량 모의결과와 비교 평가하고자 한다. 모형의 구동 및 회귀식 매개변수 추정에 필요한 입력 자료는 용인시 백암면 일대에서 2013년부터 2015년까지 모니터링한 수질, 유량 및 기상자료와 지형자료 (토지이용도, 토양도, 수치표고자료)를 이용하여 구축하였다. LOADEST 기반 회귀식의 매개 변수 추정은 김계웅 (2015)이 개발한 방법을 사용하였으며, 유역면적, 토지이용비율 등은 지형자료를 이용하여 산정하였다. SWAT 모형의 보정은 2013년부터 2014년까지의 자료를 이용하였으며, 2015년 자료를 이용하여 검정하였다. 본 연구의 결과는 비점오염원 모델에 대한 이해를 넓히고, 오염부하량 모의를 위한 모형 선정에 있어 도움이 될 수 있을 것으로 기대한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.919-923
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• 2012

본 연구에서는 K-water에서 자체 개발한 물리적 기반의 격자단위 강우-유출모형(K-DRUM ; K-water Distributed rainfall RUnoff Model)을 일 단위 장기유출 분석에 활용하기 위해서 유역의 증발산량 산정 및 융 적설 등을 모의할 수 있는 기능을 추가로 개발하였고, 재현성 분석을 위하여 남강댐 유역을 대상으로 장기유출모의를 수행하였다. 모의결과 단기 홍수사상의 경우 유출량에서 증발산 효과가 크지 않지만 연간 전체 유출량을 비교할 경우에는 상당한 차이가 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 결과적으로 본 연구를 통해 개선된 K-DRUM 모형은 단기 홍수유출 뿐만 아니라 융 적설을 고려한 장기유출 분석에도 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.143-143
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• 2023

최근 대청댐('17), 평림댐('19) 등 광역 취수원에서 망간의 먹는 물 수질기준(0.05mg/L 이하) 초과 사례가 발생되어, 다수의 민원이 제기되는 등 취수원의 망간 관리 중요성이 부각되고 있다. 특히, 동절기 전도(Turn-over)시기에 고농도 망간이 발생되는 경우가 많은데, 현재 정수장에서는 망간을 처리하기 위해 유입구간에 필터를 설치하고 주기적으로 교체하는 방식으로 처리하고 있다. 그러나 단기간에 고농도 망간 다량 유입 시 처리용량의 한계 등 정수장에서의 공정관리가 어려워지므로 사전 예측에 의한 대응 체계 고도화가 필요한 실정이다. 본 연구는 광역취수원인 주암댐을 대상으로 망간 예측의 정확도 향상 및 예측기간 확대를 위해 다양한 머신러닝 기법들을 적용하여 비교 분석하였으며, 독립변수 및 초매개변수 최적화를 진행하여 모형의 정확도를 개선하였다. 머신러닝 모형은 수심별 탁도, 저수위, pH, 수온, 전기전도도, DO, 클로로필-a, 기상, 수문 자료 등의 독립변수와 화순정수장에 유입된 망간 농도를 종속변수로 각 변수에 해당하는 실측치를 학습데이터로 사용하였다. 그리고 데이터기반 모형의 정확도를 개선하기 위해서 성층의 수준을 판별하는 지표로서 PEA(Potential Energy Anomaly)를 도입하여 데이터 분석에 활용하고자 하였다. 분석 결과, 망간 유입률은 계절 주기에 따라 농도가 달라지는 것을 확인하였고 동절기 전도시점과 하절기 장마기간 난류생성 시기에 저층의 고농도 망간이 유입이 되는 것을 분석하였다. 또한, 두 시기의 망간 농도의 변화 패턴이 상이하므로 예측 모델은 각 계절별로 구축해 학습을 진행함으로써 예측의 정확도를 향상할 수 있었다. 다양한 머신러닝 모델을 구축하여 성능 비교를 진행한 결과, 동절기에는 Gradient Boosting Machine, 하절기에는 eXtreme Gradient Boosting의 기법이 우수하여 추론 모델로 활용하고자 하였다. 선정 모델을 통한 단기 수질예측 결과, 전도현상 발생 시기에 대한 추종 및 예측력이 기존의 데이터 모형만 적용했을 경우대비 약 15% 이상 예측 효율이 향상된 것으로 나타났다. 본 연구는 머신러닝 모델을 활용한 망간 농도 예측으로 정수장의 신속한 대응 체계 마련을 지원하고, 수처리 공정의 효율성을 높이는 데 기여할 것으로 기대되며, 후속 연구로 과거 시계열 자료 활용 및 물리모형과의 연결 등을 통해 모델의 신뢰성을 제고 할 계획이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.1047-1051
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• 2009

최근 기상이변으로 인한 돌발홍수의 빈번한 발생으로 인해 신속하고 정량적인 강우예측의 필요성이 대두되고 있으며 강우의 변화를 실시간으로 관측 및 예측할 수 있는 강우레이더의 활용성이 증가하고 있다. 이와 함께 격자형태로 제공되는 강우레이더를 효과적으로 활용하기 위해 분포형 수문모형의 개발 및 활용 연구가 수행되고 있다. 본 연구에서는 임진강 유역을 대상으로 레이더 강우자료와 1차원 분포형 수문모형인 GRM을 이용하여 2006년 7월 12일 강우사상에 대한 유출 모의를 수행하였다. 임진강 유역은 유역면적의 2/3가 북한지역으로 분포형 모형의 입력자료로 이용되는 수치공간자료의 구축이 용이하지 않으며 기 구축된 북한지역의 공간자료는 정확성 및 현시성 문제를 포함하고 있다. 본 연구에서는 임진강 전 유역을 대상으로 현시성 있는 공간자료를 수집/제작하고자 하였으며 SRTM DEM과 Landsat TM등의 위성영상 자료를 활용하여 분포형 모형의 매개변수를 구축하였다. 연구에 활용된 분포형 수문모형인 GRM은 GIS/RS를 기반으로 제작되는 7개의 격자형 공간자료와 레이더 강우자료를 입력자료로 이용하는 물리적 기반의 1차원 분포형 강우-유출 모형으로 GIS기반의 수자원분석시스템인 HyGIS의 확장모듈로 구동된다. 본 연구에서는 임진강 최하류 지점인 적성 수위표 관측소를 기준으로 매개변수를 보정하고 이를 전곡, 영중 지점에 적용하여 GRM 모형의 활용성을 평가하였으며 하도 최소경사, 최소하폭, 초기포화도 등 최소한의 매개변수 보정으로 실측값을 잘 재현하는 것으로 나타났다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.29 no.1D
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• pp.145-151
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• 2009

Recently, the rapid development of GIS technology has made it possible to handle a various data associated with spatially hydrological parameters with their attribute information. Therefore, there has been a shift in focus from lumped runoff models to distributed runoff models, as the latter can consider temporal and spatial variations of discharge. This research is to evaluate the feasibility of GIS based distributed model using radar rainfall which can express temporal and spatial distribution in actual dam watershed during flood runoff period. K-DRUM (K-water hydrologic & hydaulic Distributed flood RUnoff Model) which was developed to calculate flood discharge connected to radar rainfall based on long-term runoff model developed by Kyoto- University DPRI (Disaster Prevention Research Institute), and Yondam-Dam watershed ($930km^2$) was applied as study site. Distributed rainfall according to grid resolution was generated by using preprocess program of radar rainfall, from JIN radar. Also, GIS hydrological parameters were extracted from basic GIS data such as DEM, land cover and soil map, and used as input data of distributed model (K-DRUM). Results of this research can provide a base for building of real-time short-term rainfall runoff forecast system according to flash flood in near future.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.598-598
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• 2015

본 논문에서는 물리적 기반의 지역 대기 모형(Regional Climate Model)을 이용하여 최대강수량(Maximum Precipitation, MP)을 산정하는 방안에 대한 국내 적용가능성을 알아보고자 한다. 물리적 기반의 지역 대기 모형을 이용한 최대강수량을 산정하는 방안은 Ohara et al.(2011)에 의해 제안된 방법으로 기존의 통계학적/수문기상학적 방법의 논리적 약점인 기후의 정상성 가정을 극복하고 비정상성을 그대로 반영할 수 있기 때문에 추후 가능최대강수량(Probable Maximum Precipitation, PMP) 산정 연구에도 좋은 대안이 될 것으로 기대된다. 이에 본 연구에서는 차세대 대기모델인 WRF를 이용하여 이러한 방법론을 국내에 적용하고 그 가능성을 평가해보았다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.337-337
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• 2020

기후, 지형, 토지이용 등 다양한 환경요인들의 조건에 따라 동일한 강수량에도 표토침식량이 다르게 발생한다. 지형과 토지이용은 인위적인 개발에 의해 크게 변화될 수 있지만 인위적인 요소를 제외한다면, 지형변화는 매우 느리게 발생하며 토지이용은 계절적으로 변화하게 된다. 우리나라 대부분의 토양침식은 강우-유출에 의한 침식(water erosion)으로 지표를 흘러가는 유체에 함께 표토를 구성하는 토양 입자들이 이동하면서 발생하게 되는데 지표면을 덮고 있는 피복과 사면경사에 큰 영향을 받게 된다. 본 연구에서는 강우와 지표흐름을 고려할 수 있는 물리적 기반 토양침식모형을 이용하여 토지이용과 경사에 따라 토양침식량과 공간적 침식분포가 어떻게 변화되는지 분석하고자 하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.204-204
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• 2017

WRF 모형은 실제 자연에서 나타나는 대기 현상의 원인을 물리적 동적 방정식들의 항으로 표현한 수치예보모형으로 전세계의 상업적 비상업적인 수치예보모형 안에서 성능이 뛰어나다고 평가되어지고 있다. WRF 모형은 오픈소스 기반의 비상업적 모형으로 사용 및 수정이 자유로운 특징이 있으며, 위성 및 레이더와 같은 고도화된 다양한 기상관측자료를 입력자료로 활용할 수 있는 장점이 있다. WRF-HYDRO 모형은 WRF 모형이 갖는 공간적인 저해상도 문제를 해결할 수 있는 고해상도의 격자를 구축할 수 있으며 유출량과 수문 변량을 추정할 수 있는 추적 모형을 추가하여 수문학적 예측 능력을 향상하고자 개발되었다. 기존 모형과의 차별성으로는 기상인자로 인하여 도출된 지표면의 수문인자들이 시간의 변동에 따라서 다음 시간의 기상인자에 영향을 미치는 피드백 구조로 구성되어 기상과 지표면이 양방향으로 연결되는 특징이 있다. 기존 모형에 비하여 향상된 구조적인 특징은 수문학적 순환과정을 자연스럽게 재현함으로서 신뢰성 있는 결과를 도출할 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 만경강 유역의 실제 유출 사상에 대하여 WRF-HYDRO 모형을 적용하고, 홍수통제소 관할 만경강 유역내 수문 관측소 자료와의 비교를 통해 WRF-HYDRO 모형의 적용성을 검토하였다. 수문 관측소를 통한 검토 결과를 기반으로 WRF-HYDRO 모형에서 제시된 수문-기상 정보를 통하여 만경강 유역의 홍수 사상의 발생 과정에 대한 추적 및 미계측 변량의 추정에 유용하게 사용할 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.503-503
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• 2015

농촌유역의 물순환 해석은 기후변화, 사회/경제적 변화, 유역환경변화 등의 복잡한 상호작용과 불확실성을 수반한 다양한 형태로 발현하고 있다. 효율적인 농촌유역 수자원 관리를 위해서는 농촌유역에 적합한 데이터베이스를 설계하여 농업생산기반시설, 유역 특성, 기상 및 수문 자료, 기후 변화 자료를 각각 구축하고, 외부 환경의 일회성 평가에 기반을 두어 수행되었던 과거의 접근 방법에서 나아가 내외부의 복합적인 환경변화를 능동적으로 반영하기 위한 요소 모듈 방식의 지능형 관리기법의 개발이 필요하다. 본 연구의 목적은 농촌유역 물순환 해석을 위해 필요한 자료를 효율적으로 가공 및 사용할 수 있는 웹기반 자료 전처리 및 모형 연계 시스템을 개발하는데 있다. 농촌유역 물순환 해석을 위해 농촌유역 데이터베이스 설계, 농업생산기반시설 인벤토리 구축, 유역 물리특성/기상/수문 등의 데이터베이스 구축, 기후변화 자료를 구축하고 이를 웹으로 구현하여 물순환 해석 시스템을 개발하였다. 본 연구는 농촌유역 물순환 해석을 위한 자료 전처리 및 모형 연계 시스템을 개발함으로써 지능형 물순환 해석 및 관리 시스템을 개발하는데 기여할 수 있을 것으로 사료된다.