• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.48 no.10
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• pp.807-816
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• 2015

In general, the water stage-discharge relationship curve is established based on the assumptions of linearity and homoscedasticity. However, the relationship between the water stage and discharge is affected from geomorphological factors, which violates the basic assumptions of the water stage-discharge relationship curve. In order to reduce the error due to the violations, the curve is divided into several sections based on the manager's judgement considering change of cross-sectional shape. In this research, the objective-splitting criteria of the curve is proposed based on the measured data without the subjective decision. First, it is assumed that the coefficient of variation follows the normal distribution. Then, if the newly calculated coefficient of variation is outside of the 95% confidential interval, the curve is divided. Namely, the groups is divided by the characteristics of the coefficient of variation and the reasonable criteria is provided for establishing a multi-segmented rating curve. To validate the proposed method, it was applied to the data generated by three artificial power functions. In addition, to confirm the applicability of the proposed method, it is applied to the water stage and discharge data of the Muju water stage gauging station and Sangegyo water stage gauging station. As a result, it is found that the automatically divided rating curve improves the accuracy and extrapolation accuracy of the rating curve. Finally, through the residual analysis using Shapiro-Wilk normality test, it is confirmed that the residual of water stage-discharge relationship curve tends to follow the normal distribution.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.394-394
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• 2015

급격히 변화하고 있는 산업화와 도시화로 지구 온난화 현상으로 기상이변의 발생빈도가 높아졌고 기후가 불안정하여 예전보다 많은 집중호우가 발생하면서, 홍수로 인한 제내지 침수가 발생되기도 한다. 기후변화로 인한 수재해에 대응하기 위하여 하천 호소 수리 예측 모형의 개선이 필요한 실정이다. 하지만, 자연하천 유역의 강우-유출 상관관계와 지표면 유출현상 및 하도 수리 특성을 자연현상의 복잡성, 강우발생의 시간적 공간적인 발생과정의 임의성, 정확한 해석방법 및 확률 분석에 따르는 불확실성 들을 토대로 단순한 이론과 제한적인 경험공식 등에 의해서 해석, 재현 및 평가를 한다는 것은 매우 어려운 문제이다. 최근 IT 기술의 발전과 더불어, 많은 연구자, 엔지니어들이 기존 수리 수문학적 지식과 IT기술을 융합하여 복잡 다단한 수자원 환경 문제를 해결하고자 한다. 이와 같은 최근 연구 동향에 의거하여, 본 연구에서는 HEC-RAS, TELEMAC-2D 1, 2차원 수리 모형을 연계하여 하천 흐름 분석 및 홍수 범람 해석에 적용하였다. 본 연구에서는 HEC-RAS, TELEMAC 모형을 적용하여 2012년 태풍 '산바(SANBA)'로 인해 홍수 피해를 입은 고령군에 위치한 낙동강 본류 회천 유역(상류 회천교 ~ 하류 도진교)의 하도 내 흐름 분석과 하천 인근 제내지 홍수범람을 예측하였다. 범람해석에 필요한 지형자료를 기초로 하여 각 지형의 조건에 맞게 수치자료를 이용하여 작성하였고, 수자원 정보를 이용하여 유랑, 수위 등 시계열자료를 지류 및 상 하류의 경계조건으로 설정하고, 조도계수 등 하천 기본정보들을 입력하였다. HEC-RAS 모형은 회천교부터 도진교까지 전구간에 대한 종단면과 횡단면별 홍수침수범위 및 홍수위 크기 등 거시적인 1차원 수리해석에 적용하였고, TELEMAC 모형은 HEC-RAS 시뮬레이션 결과를 바탕으로 HEC-RAS에서 나타내기 힘든 2차원 흐름특성, 침수현상 등 일부 범람 구간에 대해 수리해석에 적용하였다. HEC-RAS 시스템은 수공구조물들의 영향과 하천의 영향을 종 횡단면으로 다양한 홍수침수 범위를 1차원으로 나타 낼 수 있으며, TELEMAC 시스템 수리 모의를 통해 얻어진 결과는 유속, 유량, 수심, 하상고 높이 등 2차원으로 나타낼 수 있다. TELEMAC 시스템을 활용한 2차원 분석은 실측자료와 비교적 유사하고 시각, 공간적으로 이해하기 쉽게 표현되므로, 모형 적용성이 우수한 것으로 판단된다. 향후 유역 해석을 위한 수치데이터, 수위, 유량자료를 확보하여 HEC-RAS, TELEMAC 1, 2차원 연계 모형을 적용 한다면, 하천 준설, 하천 구조물 설치, 홍수피해 등 전반적인 하천관리 계획에 활용할 수 있을 것이라 판단된다.

• Korean Journal of Ecology and Environment
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• v.39 no.1 s.115
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• pp.52-61
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• 2006

The aim of this study was to analyze the seasonal patterns of zooplankton community dynamics in the lower Nakdong River (Mulgum, RK; river kilometer; 27 km from the estuarine barrage), with a Self-Organizing Map (SOM) based on weekly sampled data collected over ten years(1994 ${\sim}$ 2003). It is well known that zooplankton groups had important role in the food web of freshwater ecosystems, however, less attention has been paid to this group compared with other community constituents. A non-linear patterning algorithm of the SOM was applied to discover the relationship among river environments and zooplankton community dynamics. Limnological variables (water temperature, dissolved oxygen, pH , Secchi transparency, turbidity, chlorophyll a, discharge, etc.) were taken into account to implement patterning seasonal changes of zooplankton community structures (consisting of rotifers, cladocerans and copepods). The trained SOM model allocated zooplankton on the map plane with limnological parameters. Three zooplankton groups had high similarities to one another in their changing seasonal patterns, Among the limnological variables, water temporature was highly related to the zooplankton community dynamics (especially for cladocerans). The SOM model illustrated the suppression of zooplankton due to the increased river discharge, particularly in summer. Chlorophyll a concentrations were separated from zooplankton data set on the map plane, which would intimate the herbivorous activity of dominant grazers. This study introduces the zooplankton dynamics associated with limnological parameters using a nonlinear method, and the information will be useful for managing the river ecosystem, with respect to the food web interactions.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.273-273
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• 2020

환경부 홍수통제소의 경우는 전국단위의 강수량(지상, 레이더), 하천수위, 유사량 관측과 국부적으로 증발산량과 토양수분 관측이 이루어지고 있는 상황이며, 기상청 및 다른 공공기관도 각 목적에 맞게 수문기상관측이 이루어지나 유역(또는 지역) 단위의 물순환 과정(강우량, 유출량, 증발산량, 지하수함양량, 토양수분량 등 포함)을 규명하는 조사·연구는 매우 미비한 실정이다. 개별적인 물순환 성분별 수문조사에서 벗어난 전체적인 관점을 고려한 유역단위의 물순환 과정을 규명하는 것은 매우 중요하다. 즉 물순환 성분별 명확한 수문량 산정 결과는 수자원 개발과 물환경 보전에 중요한 정보를 제공할 수 있다. 따라서 물순환 성분별 명확한 분석을 위해서는 중·소규모 유역 단위를 대상으로 지속적이고 신뢰성 있는 자료의 획득과 축적이 중요하므로 중·소규모 유역단위의 대표성 있는 시험유역의 운영은 매우 의미가 있다고 볼 수 있다. 본 논문에서는 한국건설기술연구원에서 운영하는 차탄천 유역(유역면적 190.64㎢, 유로경사 0.96%, 경기도 연천군 소재)의 신뢰성 높은 2019년 관측자료를 이용하여 물순환 성분인 강우량, 하천유출량, 증발산량의 자료를 산정하였으며, 물순환 성분별 균형을 이루는 자료를 생성하였다. 기본 관측자료인 강우량은 각 지점강우량의 관측자료의 비교·검토 등 품질관리를 통해 자료를 확정하고 유역평균강우량을 산정하였다. 하천수위는 기준수위표와의 검토, 상·하류 검토를 통해 자료를 확정하였으며, 하천유출량은 유량측정성과와 단면검토를 통해 수위-유량관계곡선식을 개발하고, 확정된 수위자료를 적용하여 산정하였다. 그리고 증발산량은 유역내의 기상관측자료를 활용하여 잠재증발산량을 산정하였다. 각 물순환 성분별로 산정된 자료는 과거년 자료와 비교·평가를 통해 균형성을 판단하였다. 각 성분별 최대치와 최소범위, 평균값을 고려하고, 강우일수, 강우의 강우강도와 지속기간, 기상자료(기온, 일조시간, 습도, 풍속 등)를 충분히 고려하였다. 각 물순환 성분별로 생성된 2019년의 차탄천 유역의 총강우량은 975.9mm이며, 하천유출량은 507.9mm(총강우량 대비 52.0%), 실제증발산량은 366.4mm(37.5%), 지하수함양량은 101.6mm(10.4%)이다. 여기서, 실제증발산량은 유역내 1개 지점의 잠재증발산량을 산정하여 추정한 값이며, 지하수 함양량을 산정을 위한 지하수위 관측정이 부재한 상황이나 물순환의 폐합 조건을 고려하여 산정하였다. 이와 같이 산정된 물순환 성분별 자료는 유역의 물순환 과정 규명을 위한 기초자료로 매우 유용하게 활용될 수 있으며, 유역 물관리를 위한 의사결정 과정에 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.29 no.1B
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• pp.11-22
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• 2009

Long-term rainfall-runoff modeling is a key element in the Earth's hydrological cycle, and associated with many different aspects such as dam design, drought management, river management flow, reservoir management for water supply, water right permission or coordinate, water quality prediction. In this regard, hydrologists have used the hydrologic models for design criteria, water resources assessment, planning and management as a main tool. Most of rainfall-runoff studies, however, were not carefully performed in terms of considering reservoir effects. In particular, the downstream where is severely affected by reservoir was poorly dealt in modeling rainfall-runoff process. Moreover, the effects can considerably affect overall the rainfallrunoff process. An objective of this study, thus, is to evaluate the impact of reservoir operation on rainfall-runoff process. The proposed approach is applied to Anseong watershed, where is in a mixed rural/urban setting of the area and in Korea, and has been experienced by flood damage due to heavy rainfall. It has been greatly paid attention to the agricultural reservoirs in terms of flood protection in Korea. To further investigate the reservoir effects, a comprehensive assessment for the results are discussed. Results of simulations that included reservoir in the model showed the effect of storage appeared in spring and autumn when rainfall was not concentrated. In periods of heavy rainfall, however, downstream runoff increased in simulations that do not consider reservoir factor. Flow duration curve showed that changes in streamflow depending upon the presence or absence of reservoir factor were particularly noticeable in ninety-five day flow and low flow.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.74-74
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• 2016

복잡한 지형에서 컴퓨터를 이용한 물리적 기반 수치모의는 합리적인 시간내에 연산을 완료하기 위해 대개 큰 연산장비 들을 요구한다. 더욱이 모의되는 현상이 시간단계마다 갱신되어지는 동역학적 현상에 기반된 비정상상태일 때 연산성능은 고려되어지는 가장 중요한 주제가 될 수 있다. 연산 시간을 줄이기 위한 가장 널리 이용되는 전략중의 하나는 적절한 수의 프로세서를 이용하는 병렬 기법이다. 최근 들어 연산속도를 가속화하기 위해 다수의 코어를 이용한 OpenMP 와 MPI 기법들이 병렬해석기법으로 대두되었고 그래픽 연산장치를 이용한 병렬처리 해석기법도 소개되고 있다. 본 연구에서는 중앙연산장치를 이용한 병렬 해석기법을 이용하여 제내지 침수해석의 적용성을 검토하고 그 결과을 비교하였다. 본 연구를 위해 OpenMP 병렬기법을 이용하여 확산파 침수해석 프로그램의 원시코드를 재작성하여 가상 및 실제 유역에 적용하였다. 해석결과는 분산메모리 병렬해석 기법인 MPI를 도입한 모형의 결과와 비교되었다. OpenMP를 도입한 모형과 MPI를 도입한 경우 유량 및 수심의 경우 오차 허용 한계내에 수렴되어 만족되었으나 그러나 연산 속도의 경우 두 기법간의 자료의 저장 방법 차이로 인해 차이를 나타내었다. 가상 유역에 적용된 결과로 검토된 각 기법의 증속(speedup) 효과는 MPI의 경우 4 코어를 이용하였을 때 최고 2.62 배 정도에 도달하는 것으로 나타났다. OpenMP 를 적용한 경우 2.87 배 정도로 나타나 OpenMP 를 이용하였을 때 증속효과가 조금 더 뛰어났다. 이는 두 기법의 메모리 저장방식의 차이로 인해 자료의 전송량과 전송 시간이 적은 OpenMP 를 도입한 모형에서 MPI 모형 보다 상대적으로 뛰어난 결과를 나타내었다. 실제 유역의 적용을 위해 상대적으로 우수한 증속결과를 나타낸 OpenMP를 도입한 모형을 Malpasset 댐 붕괴 유역에 적용하였다. 적용된 요소의 수는 각각 45254, 11352 개로 비교적 많은 요소를 가진 하류지역에 적용하여 병렬효과를 극대화하고자 하였다. 적용결과 두 경우 모두 병렬 해석 기법을 도입한 모형에서 유속과 침수심 등은 순차적 모형과 동일한 값을 나타내었으나 증속효과로 인한 연산시간은 순차적 모형에서 8.57 배로 나타나 병렬 모형의 상대적으로 빠른 연산속도를 판단할 있었다. 위의 적용결과를 통해 계산 요소들이 많은 2 차원 해석의 경우 기존의 단일 코어를 이용한 순차적 해석은 장시간에 걸치 연산시간으로 인해 작업효율이 낮아지는 결과를 발생시킬 수 있으며 병렬 해석을 도입할 경우 주어진 컴퓨터 자원를 효율적으로 이용가능하여 합리적인 연산시간으로 연산결과를 얻는 것이 가능하여 반복적 통계 기법/Ensemble 해석 등을 이용한 종합적 해석이 좀 더 실용적으로 이루어 질 수 있을 것이라고 판단되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.546-550
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• 2017

하천의 수리 및 하도의 특성으로 대표되는 물리적 환경(하도 및 수리 특성)은 생태계 기반으로서 수질특성과 더불어 생물에 미치는 영향이 아주 크다. 따라서 하천의 물리적 환경을 진단하고 평가하는 경우에는 상 중 하류의 위치에 따른 하도의 지형학적 특성과 하천의 규모 및 유량의 크기 등에 따라 하천의 유형을 분류하고 그 유형별 특성에 따라 하천환경의 평가시스템을 구축할 필요가 있다. 1980년 후반 이후에는 세계 각국에서 환경보전, 하천복원 및 하천관리 등 종합적인 하천공학적 관점에서 적용할 수 있는 하천분류체계가 제시되었으며 1990년대 이후 선진국들은 정성적 또는 정량적인 하천의 서식환경 평가시스템을 구축하여 적용하고 있으며 대표적으로 정량적 평가시스템을 운영하는 국가는 독일과 미국이고, 정성적 평가시스템을 운영하는 국가는 영국이며, 호주는 영국과 미국의 평가시스템을 통합한 시스템을 운영하고 있다. 한편, 국내에서는 하천환경에서 생태계 기반인 하천의 물리적 특성(구조)에 대한 평가 및 진단 절차도 없이 시행되고 있는 사례가 대부분이다. 또한 지금까지는 하천의 자연도 평가 연구 등에서 선진국들의 하천환경평가시스템을 여과 없이 적용함으로써 국내의 하천특성을 제대로 반영하지 못하는 문제점을 노출하고 있다. 따라서 국내 하천의 물리환경 평가시스템에서는 생물 서식의 기반이 되는 하천의 하도지형 특성 및 수리특성을 반영할 수 있어야 한다. 하천평가에 앞서 하천유형 분류에 따른 하도특성은 하상경사에 따라서 급경사 하천(high-gradient stream), 중경사 하천(mid-gradient stream), 완경사 하천(low-gradient stream)으로 구분하였으며 하천의 물리환경 평가시스템의 평가영역 및 평가지표는 정량적 평가시스템을 운영하는 독일(LAWA, 2004)과 미국(EPA, 2004)의 연구결과를 참고하여 공통지표를 추출하고, 우리나라의 하천이용 및 정비현황을 반영하여 하천유형을 3가지로 분류하고 각 하천유형에 대하여 3개 영역 10개 평가지표를 5개 등급으로 구분하여 평가시스템을 구축하였다. 하천에 대한 하천 지형특성과 현황을 조사할 항목은 수리 및 하도영역의 6개 항목, 하안영역의 2개 항목, 하천교란 영역 2개 항목으로 3개 영역으로 구분해서 평가하고 그 점수에 따라 1등급은 매우좋음(1등급)상태의 $20>{\sim}18{\geq}$점, 좋음(2등급)상태의 $18>{\sim}14{\geq}$점, 보통(3등급)상태의 $14>{\sim}8{\geq}$점, 나쁨(4등급)상태의 $8>{\sim}14{\geq}$점, 매우나쁨(5등급)상태의 4>점으로 등급을 산정하였다. 매우 좋음의 1등급은 참조하천이며 좋음~매우나쁨의 2등급~5등급은 비교하천으로 구분하였으며 보통보다 높은 경우는 자연하천, 낮은 경우는 인공하천으로 나누어 서식처 기반에 따라 평가체계를 구축하였다. 한국형 하천환경 물리평가 체계가 확실히 구축되기 위해서는 각자의 평가 등급이 적절하게 평가 되는지를 검증해야 하기 때문에, 본 연구에서는 하천유형별 자연하천과 인공하천을 비교 분석하였고 평가 영역별 평가지표를 기준으로 상관분석을 통한 상관성을 분석하고 더 나아가 가중치의 적절성 및 각각의 등급에 미치는 영향을 검토하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.387-387
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• 2019

우리나라는 최근 10년간 자연재난 중 호우로 인해 인명피해 약 120명, 재산피해 약 1조 4천억원을 기록하였으며, 또한 기후변화로 인해 강한 국지성 집중호우의 발생빈도가 높아질 것으로 예상됨에 따라 호우에 의한 침수피해가 증가될 것으로 예상된다. 특히 본 연구 대상지역인 인천시의 경우 도시화로 인해 인구밀도 및 불투수지역이 증가함에 따라 침수피해가 대형화되고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 인천시와 같은 도심지역에서의 침수발생을 사전에 예측하고 침수발생에 대한 대비 대응을 위해 하수관망 해석을 위한 SWMM 모델과 침수해석을 위한 2DIS 모델을 연계하여 인천시 침수심 생산체계를 구축하고자 한다. 본 연구에 적용한 침수심 생산과정은 크게 강우자료 생산, 유역 및 하수관망 해석, 침수 해석 등 총 3단계 과정으로 구성된다. 강우자료 생산과정에서는 유역 및 하수관망 해석과 침수 해석을 위한 10분 단위 유역평균 강우량자료를 생산한다. 유역 및 하수관망 해석과정에서는 지형자료 및 강우자료를 이용하여 SWMM 모델을 통해 맨홀에서의 월류량 자료를 생산한다. 마지막으로 침수해석과정에서는 지형자료와 함께 앞서 두 과정을 통해 생산된 강우 및 맨홀 월류량 자료를 입력자료로 하여 2DIS 모델을 통해 10분 단위의 시계열 침수심 정보 및 격자별 최대 침수심정보를 생산한다. 본 연구에서의 공간해상도는 도심지역의 도로단위 고해상도 침수심 정보 생산을 위해 6m 단위로 하였으며, 시간해상도는 단시간에 발생하는 도심지역의 침수특성 반영을 위해 10분으로 하였다. 또한, 침수발생 시 발생한 강우의 지표흐름 영향을 반영하기 위해 빗물받이효율 변화에 다른 침수심을 분석하였다. 본 연구를 통해 도출된 모의 침수심 결과를 실제 침수피해사례 및 풍수해저감종합계획 결과와 비교하였으며, 다수 지역에서 실제 침수발생지역과 동일하게 침수가 발생한 것으로 나타났다. 또한, 전체적인 침수 양상이 유사하게 발생함을 확인하였다. 향후 관측자료를 이용한 하수관망 및 침수해석 모델의 최적화, 하천유량 예측을 통한 하류 기점수위의 반영 등을 통해 정확도를 개선할 수 있을 것으로 판단되며, 이를 통해 인천시 침수발생을 사전에 예측하여 침수피해에 대비 및 대응과 침수피해 발생 시 정확하고 상세한 원인 분석 및 예측이 가능할 것으로 기대된다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.26 no.6D
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• pp.1019-1023
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• 2006

The slope information based on DEM is very useful for urban planning, landscape, road design and water resource areas such as rainfall-runoff and soil erosion estimation. The resolution of slope, which is from DEM, can be variously decided by an application fields and the kinds of modeling method. In particular, the more decreased resolution makes the more decreased slope value because of the increased horizontal distance. This study presents slope evaluation method by aggregation method based on discharge and Manning's velocity equation to advance the loss of slope information in according to the resolution, and then applied it to calculate topographic factors of soil erosion model. As a result, conventional method shows 34.8% errors but aggregation method shows 12.6% errors. This study selected up-, middle-, and downstream region in watershed and analyzed the capability of aggregation method in order to estimate the influence of topographic characteristics. As a result of estimation, aggregation method shows more advanced results than conventional method. Therefore, the slope evaluation method by aggregation method can improve efficiently the loss of slope information in according to the variation of resolution in water resource area such as rainfall-runoff model.