• 한국습지학회지
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• 제21권1호
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• pp.1-8
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• 2019

본 연구에서는 다중최적화기법을 이용하여 2가지 수문학적 과정을 통하여 유출량을 산정하는 수문모형의 모형 최적화를 시도하였으며, 수문모형으로는 융설량과 유출량을 동시에 산정할 수 있는 분포형 수문모형인 HL-RDHM을 이용하였다. 대상유역으로는 융설량 자료를 수집할 수 있는 미국 콜로라도의 Durango River 유역을 선정하였다. 다중최적화기법으로는 MOSCEM을 활용하였으며, 융설과 관련된 매개변수 5개와 유출에 관련된 매개변수 13개를 선정하여 매개변수 보정과 수문모형 최적화를 시도하였다. 모형 최적화를 위해 2004 - 2005년의 자료가 활용되었고, 2001 - 2004년 자료를 이용하여 검증하였다. 융설량과 유출량을 동시에 최적화함으로써 RMSE 기준으로, 3개의 SNOTEL 지점에서 초기해에 의한 모의치 보다 7% - 40%까지 RMSE 오차를 줄일 수 있었고, 유출구의 USGS 관측점에서 초기해에 비해 약 40% 값이 개선됨을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.214-214
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• 2023

네트워크로 구성된 시스템은 물질, 에너지, 신호 등의 입력(input)이 주어졌을 때, 경로 추적, 즉 라우팅(routing)을 통해 출력(output)으로 연결되고, 이를 반응함수로 나타낼 수 있다. 같은 입력값이라도 네트워크에 따른 연결 구조와 라우팅 과정에서 소요되는 시간차에 따라 출력값이 달라질 수 있다. 좋은 예로 강우에 따른 유출반응함수를 나타내는 자연 하천망을 들 수 있다. 이론적으로 순간의 입력이 주어졌을 때 (입력의 지속시간이 0), 출력은 순간반응함수로 표현된다. 자연 하천망에 대한 선행연구에서는 강우강도에 따라 순간반응함수가 변화한다는 비선형성이 알려졌다. 하지만, 비선형성을 가져오는 물리적 과정에 대해서는 많은 연구가 필요하다. 이 연구는 격자 형태로 주어진 임의의 네트워크에서 각 격자에 대해 순간반응함수를 구하는 분포형 모형을 제시한다. 입력자료와 라우팅 방법에 따른 연결 구조 및 순간반응함수의 변화를 격자 별로 확인하고, 이를 통해 시스템의 비선형성을 고려할 수 있는지 고찰하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제46권11호
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• pp.1053-1067
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• 2013

본 논문에서 소개되는 분포형 생태수문모형은 현실적으로 확보 가능한 입력자료와 최소한의 매개변수를 이용하여 유역의 수문, 식생, 지표온도를 모의하는 모형이다. 개발된 모형은 내성천 유역에 대해 적용하여 모형의 활용가능성을 살펴보았다. 우선적으로 매개변수에 대해 민감도 분석을 실시하여 모의결과에 많은 영향을 주는 매개변수를 선별해보았으며 이후 최적화 기법을 통해 모형의 매개변수를 추정하여 내성천 유역의 최근 10년간(2001~2010)의 수문, 식생, 지표온도 그리고 추적(routing)을 통한 하천유량 및 하천수온을 모의하였다. 최적화 기법을 통해 추정자료를 이용하여 매개변수를 추정하였으며 일부 격자를 제외한 대다수의 격자에서 적절히 모의된 것을 확인하였다. 하천유량 및 하천수온의 경우 단위 유역 말단 두 지점에 대해 검증을 실시하였으며 하천유량 및 하천수온 적절히 모의된 것을 확인할 수 있었다. 실제 유역인 내성천 유역을 대상으로 분포형 생태수문모형이 최소한(현실적으로 확보 가능한)의 입력자료와 매개변수를 이용함에도 불구하고 유역 수문순환 및 식생을 적절히 설명하고 있음을 살펴볼 수 있다.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권5B호
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• pp.459-469
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• 2010

본 연구에서는 GIS 공간자료(수치표고모델, 토지이용도, 토양도)와 Terra MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) 위성영상에 의한 식생활력도를 이용하여 유역의 일단위 유출량을 모의하는 격자기반의 분포형 일유출 모형을 개발하고 그 적용성을 평가하였다. 모형은 격자단위로 지표유출, 중간유출 및 기저유출, 증발산량 그리고 토양수분의 시간적 변화와 공간적 분포를 모의할 수 있다. 모형은 크게 유출, 증발산, 토양수분의 3개 주요모듈로 구성하였다. 유출은 강우전의 토양수분을 추적하여 지표하 저류능을 계산하므로서, 총 유출체적에서 각 유출량을 배분하는 감수곡선을 도입하여 모의하도록 하였으며, 증발산은 MODIS 엽면적지수(Leaf Area Index; LAI)를 고려한 Penman-Monteith 증발산량을 산정하도록 하였다. 매일의 토양수분은 전일의 토양수분에서 당일의 유출량과 증발산량을 계산하는 물수지 방정식을 이용하여 추적하도록 하였다. 이 모형에 대한 적용성 평가는 유역면적 930 $km^2$의 용담댐 유역을 대상으로 수행하였다. 공간해상도를 1 km로 맞춘 GIS 입력자료(토지피복도, 토양도, 경계자료 등)와 RS 입력자료(LAI)를 구축하였으며, 2000년부터 2008년까지의 기상자료를 수집하여 IDW 방법으로 공간분포화 하여 모형에 적용하였다. 검보정은 유역 출구 지점의 유출량 자료를 모의치와 비교하여 수행되었고, 보정결과에 따른 모형의 적합성과 상관성을 판단하기 위한 목적함수로는 결정계수($R^2$)와 평균제곱근오차 (RMSE : Root Mean Square Error)를 사용하였으며, 모형의 효율성 검증을 위해 Nash와 Sutcliffe(1970)가 제안한 모형 효율성 계수를 사용하였다. 유출량에 대한 Nash-Sutcliffe 모형효율은 0.78~0.93로 모의치가 실측치의 경향을 잘 표현하는 것으로 나타났다. 유출량 분포도는 강우와 토양에 매우 민감하게 모의 되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.380-380
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• 2011

본 연구는 경인 아라뱃길의 운영을 위한 기초자료로써 굴포천 유역에서 분포형 강우 모형을 적용하기 위한 것으로 HEC-HMS의 ModClark 방법을 사용하였다. HEC-HMS에서 사용가능한 강우유출모형 중 ModClark 방법은 격자기반의 공간적 강우 분포 모형으로 본 연구에서는 그 기초 지형격자 자료를 10m DEM을 이용해 ArcGIS에서의 작업을 통해 추출하였다. HEC-HMS에 입력 가능한 격자기반 지형자료를 얻기 위해서 미 공병단에서 배포하는 GIS tool 인 HEC-GeoHMS를 이용하였다. 또한 강우자료는 한국수자원공사의 3km*3km 격자기반의 K-PPM 자료를 사용하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.943-943
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• 2012

태백산맥의 중심부인 중앙산맥을 경계로 하여 동쪽에 위치하고 있는 영동지방은 서쪽으로 태백산맥이, 동쪽으로는 동해바다와 바로 인접해 있는 지리적인 특성으로 인해 지역적 특성이 매우 강하며, 이에 따라 국지적 기상현상이 계절적 변화와 함께 빈번히 발생하는 지역이다. 2002년 태풍 루사가 영동지방을 강타했을 때 영동지방의 대표도시인 강릉지방에서는 기록적인 폭우(일최다 강수량 870.5mm)가 내렸으며, 그 다음해인 2003년 매미 뿐 아니라 최근발생하고 있는 국지적인 호우로 인한 영동지방의 피해가 지속적으로 발생하고 있다. 이러한 상황에서도 수문학적 관점에서의 홍수유출 및 강우특성에 대한 분석 및 연구가 거의 전무한 실정이다. 이것은 대상지역인 영동지방 특히 삼척오십천 유역내의 강우 및 수위 관측소가 간헐적으로 분포되어 있으며, 강우 및 수위(유량)자료의 확보가 용이하지 않기 때문으로 사료된다. 본 연구에서는 동해 강릉 기상레이더(2010.5 동해기상레이더 교체 이전)의 레이더강우자료와 지상강우 및 수위(유량)자료를 활용하고, 집중형 모형에 비해 더 정확한 강우-유출 현상 모의가 가능한 것으로 분석되고 있는 분포형 모형(Vflo$^{TM}$)을 이용하여 분석하였다. 먼저 영동지역 중 첫번째로 삼척오십천유역에 대한 유출분석을 하였으며, 과거 큰 홍수피해를 준 태풍 루사 매미 및 최근의 호우사상을 대상으로 하였다. 본 논문에서 연구된 삼척오십천유역에 대한 유출특성 분석을 시작으로, 양양남대천 강릉남대천에 대한 유출특성에 대한 연구를 추가로 수행된다면, 영동지방의 국지적 기상현상(집중호우 및 태풍)으로 인한 홍수피해를 최소화 할 수 있는 방재측면에서의 홍수대응방안을 마련하는데 본 연구내용을 충분히 활용할 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.92-92
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• 2023

본 연구에서는 대한민국 도시 유역에 대하여 딥러닝 네트워크 기반의 분산형 수문 모형을 개발하였다. 개발된 모형은 완전연결계층(Fully Connected Layer)으로 연결된 여러 개의 장단기 메모리(LSTM-Long Short-Term Memory) 은닉 유닛(Hidden Unit)으로 구성되었다. 개발된 모형을 사용하여 연구 지역인 중랑천 유역을 분석하기 위해 1km² 해상도의 239개 모델 격자 셀에서 10분 단위 레이더-지상 합성 강수량과 10분 단위 기온의 시계열을 입력으로 사용하여 10분 단위 하도 유량을 모의하였다. 모형은 보정과(2013~2016년)과 검증 기간(2017~2019년)에 대한 NSE 계수는각각 0.99와 0.67로 높은 정확도를 보였다. 본 연구는 모형을 추가적으로 심층 분석하여 다음과 같은 결론을 도출하였다: (1) 모형을 기반으로 생성된 유출-강수 비율 지도는 토지 피복 데이터에서 얻은 연구 지역의 불투수율 지도와 유사하며, 이는 모형이 수문학에 대한 선험적 정보에 의존하지 않고 입력 및 출력 데이터만으로 강우-유출 분할과정을 성공적으로 학습하였음을 의미한다. (2) 모형은 연속 수문 모형의 필수 전제 조건인 토양 수분 의존 유출 프로세스를 성공적으로 재현하였다; (3) 각 LSTM 은닉 유닛은 강수 자극에 대한 시간적 민감도가 다르며, 응답이 빠른 LSTM 은닉 유닛은 유역 출구 근처에서 더 큰 출력 가중치 계수를 가졌는데, 이는 모형이 강수 입력에 대한 직접 유출과 지하수가 주도하는 기저 흐름과 같이 응답 시간의 차이가 뚜렷한 수문순환의 구성 요소를 별도로 고려하는 메커니즘을 가지고 있음을 의미한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1924-1928
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• 2008

우리나라 지하수 관리 정책의 기조는 지속가능한 미래 청정 지하수의 체계적인 보전 및 관리 기반을 강화하는 것이다. 이를 위해 지하수의 지속적인 조사, 관측 및 체계적인 개발, 이용이 이루어지도록 추진중에 있다. 한편, 현재 우리나라의 지하수 개발가능량은 10년빈도 갈수시 소유역의 연간 함양량으로 정하고 있으며 이와 같은 기준은 1996년 지하수 관리 기본계획시 정해진 기준이다. 현재 우리나라의 지하수 함양량 산정은 기저유출분리법, 물수지 분석법, 지하수위 강하곡선법, 분포형 수문모형기법 중 한 가지를 사용하도록 기초조사 지침에 명기되어 있으며 함양량으로부터 개발가능량을 추론하고 있는 실정이다. 그러나 대부분의 결과는 주로 유역 규모의 연단위 대표 함양량을 추정하는 데 주안점을 두고 있어 개정지하수법 6조 2항에 의해 시군구 단위에서 수행하는 지역 지하수 관리 계획 수립과 같은 세부계획에는 활용이 어려운 것이 사실이다. 따라서 본 연구에서는 분포형 지표수-지하수 결합모형인 SWAT-MODFLOW 모형을 이용하여 10년 빈도 갈수년에 해당하는 함양량으로부터 시군구별 개발가능량을 산정하고 이를 지역의 이용수량과 비교하여 과부족을 평가할 수 있는 방안을 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1317-1321
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• 2010

기후변화의 영향으로 국지성 집중호우가 증가함에 따라 토석류 발생면적과 피해규모는 지속적으로 증가추세에 있다. 강우는 토석류의 유발 뿐 만 아니라 토석류 발생규모에 직접적인 영향을 미치므로 유발강우에 대한 분석은 향후 토석류 대응을 위한 경보기준이나 대책의 설계목표를 설정하는데 있어 매우 중요한 정보를 제공하며(김경석, 2008) 누가강우량, 강우강도, 강우지속시간 및 선행 강우량 등의 강우 특성과 토석류 발생과의 관계를 제시하기 위한 다양한 연구가 수행되고 있다. 본 연구에서는 토석류를 유발하는 강우 특성을 레이더 강우와 분포형 수문모형을 이용하여 분석하였다. 특정 격자안에 토석류 발생부가 많이 포함될수록 강우에 의한 영향이 컸을 것이라는 가정을 바탕으로 항공사진을 이용해 취득한 발달 단계별 토석류 맵핑 결과를 활용하였으며 지점강우를 이용하여 조건부 합성방법으로 보정된 1 km 해상도의 레이더 보정강우와 GIS와 연계된 분포형 강우-유출 모형인 HyGIS-GRM을 이용하여 격자별 강우량을 산정하고 강우특성을 비교하였다. 연구결과 토석류는 흐름누적수가 0인 능선부위에서 대부분 발생하였으며 발생부 포인트가 많이 포함될수록 2~3시간 동안의 강우강도가 매우 크게 제시되었다.

• Spatial Information Research
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• 제13권1호
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• pp.43-53
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• 2005

본 연구에서는 폐쇄성 수역에 있어서 비점 오염원의 모델링 및 적정 수환경 관리방안에 대하여 고찰하였다 공간적으로 분포하는 각종 환경정보를 효과적으로 얻기 위하여 GIS데이터(contour data)를 이용하였다. 등고선 데이터로부터 소유역 및 하도망을 자동적으로 도출하였으며, 준 수치고도모델(Quasi Digital Elevation Model)을 모형화함으로써 유역으로부터의 질소 오염물질 유출량을 해석하였다. 본 모형은 실측자료를 토대로 유효화하였다. GIS와 연계한 본 모형은 수역의 오염현황을 고려한 유역의 비점 오염원유출 분석에 효과적이며, 향후 수 환경 관리에 적절하게 이용될 것으로 기대한다.