• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.375-375
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• 2023

본 연구는 농지를 대상으로 토양수분 및 가뭄 현황을 분석하는 데 그 목적이 있다. 토양수분을 파악하기 위해 Terra MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) 위성영상기반의 토양수분 산정모형을 개발하였다. 해당 모형은 MODIS LST(Land Surface Temperature) 및 NDVI(Normalized Difference Deficit Index)를 기반으로 SCS-CN(Soil Conservation Service-Curve Number) 방법에서 착안한 수문학적 개념 5일 선행강우 및 무강우일수를 입력자료로 하며, 토양 종류 및 계절에 따른 토양수분의 특성을 고려하였다. 모형의 개발을 위해 MODIS LST 및 NDVI 영상을 2013년부터 2022년까지 각각 일별 및 16일 단위로 구축하였으며, 동 기간에 대해 전국 88개소의 기상청 종관기상관측소의 강수량 및 LST 자료를 수집하였다. MODIS LST는 실측 LST 자료를 활용해 조건부합성기법을 적용하여 상세화하였고, 수집된 강수량자료는 역거리가중법을 활용해 공간 보간을 수행하였다. 토양특성의 구분은 농촌진흥청에서 정밀토양도를 수집하여 활용하였다. 공간 분포된 토양수분에서 농지에 해당하는 토양수분을 추출하기 위해 스마트팜맵을 구축하고, 농지 속성에 해당하는 위치 정보를 조회 후 이를 시군구별로 평균하여 일별 평균 토양수분값을 산정하였다. 토양수분 기반의 가뭄 현황 분석을 위해 구축된 정밀토양도에서 작물 생장과 관련된 영구위조점 및 포장용수량을 활용해 5단계(정상, 관심, 주의, 경계, 심각)의 가뭄 위험도를 산정하였으며, 실제 가뭄 현황과의 비교를 통해 토양수분기반의 가뭄 위험도의 실효성을 검증하고자 한다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.54 no.spc1
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• pp.1095-1105
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• 2021

The advancement of dam operation is further required due to the upcoming rainy season, typhoons, or torrential rains. Besides, physical models based on specific rules may sometimes have limitations in controlling the release discharge of dam due to inherent uncertainty and complex factors. This study aims to forecast the water level of the nearest station to the dam multi-timestep-ahead and evaluate the availability when it makes a decision for a release discharge of dam based on LSTM (Long Short-Term Memory) of deep learning. The LSTM model was trained and tested on eight data sets with a 1-hour temporal resolution, including primary data used in the dam operation and downstream water level station data about 13 years (2009~2021). The trained model forecasted the water level time series divided by the six lead times: 1, 3, 6, 9, 12, 18-hours, and compared and analyzed with the observed data. As a result, the prediction results of the 1-hour ahead exhibited the best performance for all cases with an average accuracy of MAE of 0.01m, RMSE of 0.015 m, and NSE of 0.99, respectively. In addition, as the lead time increases, the predictive performance of the model tends to decrease slightly. The model may similarly estimate and reliably predicts the temporal pattern of the observed water level. Thus, it is judged that the LSTM model could produce predictive data by extracting the characteristics of complex hydrological non-linear data and can be used to determine the amount of release discharge from the dam when simulating the operation of the dam.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.43 no.1
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• pp.51-65
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• 2010

We suggest a simple and practical flood forecasting and warning system, which can predict change in the water level of a river in a small to medium-size watershed where flash flooding occurs in a short time. We first choose the flood defense target points, through evaluation of the flood risk of dike overflow and lowland inundation. Using data on rainfall, and on the water levels at the observed and prediction points, we investigate the interrelations and derive a regression formula from which we can predict the flood level at the target points. We calculate flood water levels through a calibrated flood simulation model for various rainfall scenarios, to overcome the shortage of real water stage data, and these results as basic population data are used to derive a regression formula. The values calculated from the regression formula are modified by the weather condition factor, and the system can finally predict the flood stages at the target points for every leading time. We also investigate the applicability of the prediction procedure for real flood events of the Jungnang Stream basin, and find the forecasting values to have close agreement with the surveyed data. We therefore expect that this suggested warning scheme could contribute usefully to the setting up of a flood forecasting and warning system for a small to medium-size river basin.

• Journal of Wetlands Research
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• v.6 no.3
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• pp.119-126
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• 2004

In recent, the critical rainfall duration concept is widely used but we do not have understandable criteria yet. However, the critical rainfall duration is usually calculated considering concentration time, runoff model using effective rainfall, and unit hydrograph for the estimation of design flood. This study is to derive the regression equations between the critical rainfall duration and hydrologic components such as the basin area, slope, length, CN, and so on. We use a GIS tool which is called the ArcView for the estimation of hydrologic components and the HEC-1 module which is provided in WMS model is used for the runoff computation. As the results, the basin area, basin slope, and basin length had a great influence on the estimations of peak runoff and critical rainfall duration. We also investigated the sensitivities for the peak runoff and critical duration of rainfall from the correlation analysis for the involved components in the runoff estimation.

• Journal of Wetlands Research
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• v.20 no.2
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• pp.145-154
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• 2018

In this study, three pilot-scale wetland systems were built for treating stormwater runoff from asphalt road. Each of the system consists of a settling tank and a vertical flow wetland packed with 25%, 50%, and 75% woodchip as treatment media. According to the analysis of the distributions of particle size, it was found that solids ranging in size $0.52-30{\mu}m$ were predominant in the stormwater runoff. After 24-hours settling, those coarser than $20{\mu}m$ were significantly detained. Further retention, especially for the finer-sized fraction, occurred in the wetland through internal recirculation during the dry day periods. As a primary media of the wetland, woodchip showed a high filtration and attachment capacity for the particulates in pre-settled stormwater, whereas overall amount of solids in the wetland effluent increased due to the detachment of woody elements from the media. This was observed mainly during the initial 75 days of operation, and the size and detachment rate were found to be strongly related with the woodchip packing ratio. The mechanism involving woody particle detachment was modeled as a first-order form. In addition, water quality factors and operational parameters affecting the detachment were analyzed and discussed.

• Korean Journal of Environmental Agriculture
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• v.30 no.3
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• pp.268-274
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• 2011

BACKGROUND: A large scale of sediment load delivered from watershed causes substantial waterway damages and water quality degradation. Controlling sediment loading requires the knowledge of the soil erosion and sedimentation. The various factors such as watershed size, slope, climate, land use may affect sediment delivery processes. Traditionally sediment delivery ratio prediction equations have been developed by relating watershed characteristics to measured sediment yield divided by predicted gross erosion. However, sediment prediction equations have been developed for only a few regions because of limited sediment data. Besides, little research has been done on the prediction of sediment delivery ratio for asia monsoon period in mountainous watershed. METHODS AND RESULTS: In this study Tank model was expanded and applied for estimating sediment yield to Oship River of east coast. The rainfall-runoff in 2006 was verified using the Tank model and we derived good result between observed and calculated discharge in 2009 at the same conditions. In relation to sediment yield, the sediment delivery rate of 2006 was very high than 2009 regardless of methods for estimating sediment load. It was thought to be affected by heavy rainfall due to the typhoon. CONCLUSION(s): For estimating sediment volume from watershed, long-term monitoring data on discharge and sediment is needed. This model will be able to apply to predict discharge and sediment yield simultaneously in ungauged area. This approach is more effective and less expensive method than the traditional method which needs a lot of data collection.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.246-246
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• 2021

본 연구는 강우 발생시 유량을 추정하는 것에 목적이 있다. 이를 위해 본 연구는 선행연구의 모형 개발방법론에서 벗어나 딥러닝 알고리즘 중 하나인 합성곱 신경망 (convolution neural network)과 수문학적 이미지 (hydrological image)를 이용하여 강우 발생시 유량을 추정하였다. 합성곱 신경망은 일반적으로 분류 문제 (classification)을 해결하기 위한 목적으로 개발되었기 때문에 불특정 연속변수인 유량을 모의하기에는 적합하지 않다. 이를 위해 본 연구에서는 합성곱 신경망의 완전 연결층 (Fully connected layer)를 개선하여 연속변수를 모의할 수 있도록 개선하였다. 대부분 합성곱 신경망은 RGB (red, green, blue) 사진 (photograph)을 이용하여 해당 사진이 나타내는 것을 예측하는 목적으로 사용하지만, 본 연구의 경우 일반 RGB 사진을 이용하여 유출량을 예측하는 것은 경험적 모형의 전제(독립변수와 종속변수의 관계)를 무너뜨리는 결과를 초래할 수 있다. 이를 위해 본 연구에서는 임의의 유역에 대해 2차원 공간에서 무차원의 수문학적 속성을 갖는 grid의 집합으로 정의되는 수문학적 이미지는 입력자료로 활용했다. 합성곱 신경망의 구조는 Convolution Layer와 Pulling Layer가 5회 반복하는 구조로 설정하고, 이후 Flatten Layer, 2개의 Dense Layer, 1개의 Batch Normalization Layer를 배열하고, 다시 1개의 Dense Layer가 이어지는 구조로 설계하였다. 마지막 Dense Layer의 활성화 함수는 분류모형에 이용되는 softmax 또는 sigmoid 함수를 대신하여 회귀모형에서 자주 사용되는 Linear 함수로 설정하였다. 이와 함께 각 층의 활성화 함수는 정규화 선형함수 (ReLu)를 이용하였으며, 모형의 학습 평가 및 검정을 판단하기 위해 MSE 및 MAE를 사용했다. 또한, 모형평가는 NSE와 RMSE를 이용하였다. 그 결과, 모형의 학습 평가에 대한 MSE는 11.629.8 m3/s에서 118.6 m3/s로, MAE는 25.4 m3/s에서 4.7 m3/s로 감소하였으며, 모형의 검정에 대한 MSE는 1,997.9 m3/s에서 527.9 m3/s로, MAE는 21.5 m3/s에서 9.4 m3/s로 감소한 것으로 나타났다. 또한, 모형평가를 위한 NSE는 0.7, RMSE는 27.0 m3/s로 나타나, 본 연구의 모형은 양호(moderate)한 것으로 판단하였다. 이에, 본 연구를 통해 제시된 방법론에 기반을 두어 CNN 모형 구조의 확장과 수문학적 이미지의 개선 또는 새로운 이미지 개발 등을 추진할 경우 모형의 예측 성능이 향상될 수 있는 여지가 있으며, 원격탐사 분야나, 위성 영상을 이용한 전 지구적 또는 광역 단위의 실시간 유량 모의 분야 등으로의 응용이 가능할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.340-340
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• 2021

가뭄의 특성상 시점과 종점을 명확하게 정의하기 어렵기 때문에 기준수문량을 설정하고 부족량과 지속기간을 정의하는 것이 일반적이다. 대상 수문량은 강우나 유출량을 사용할 수 있지만, 두 성분간 지체와 감쇄효과로 인하여 빈도해석의 결과는 차이를 보일 수 밖에 없어, 사용 목적에 따라 선별적으로 적용해야 한다. 가뭄빈도해석은 강우를 기반으로 지속기간과 심도를 정의하여 빈도를 해석하는 연구가 선행되어왔지만, 기본적으로 강우의 간헐적 발생특성과 체감도의 한계가 문제로 지적되고 있다. 본 연구에서는 댐 유입량의 Run 시계열 특성을 이용하여 다양한 유황을 기준유량으로 활용하여 가뭄의 시점과 종점에 대한 가뭄사상을 추출하고 지속기간과 누적부족량을 계산하여 가뭄빈도해석의 변수로 설정하였다. 두 변수간의 복잡한 상호 관계를 해석하기 위해 Copula 함수를 이용한 이변량 가뭄빈도해석을 진행하였다. 먼저 소양강댐('74-'19) 유입량, 충주댐('86-'19) 유입량을 연구대상지역으로 설정하여, 두 유역의 유입량의 추세분석을 통해 시간의존성을 파악하였다. 유황분석에 사용되는 분위량중 평수량을 기준값으로 사용하여 각 년별 최대 지속기간과 누적부족량을 추출하였다. Copula 가뭄빈도해석을 수행하기 전에 지속기간에는 GEV, 누적 부족량에는 Log-normal 분포를 적용해 단변량 누적확률분포를 계산하여 재현기간을 도출하였다. 이변량 빈도해석에 Clayton Copula 함수를 적용하여 가뭄빈도해석을 진행하였고, Copula 이변량 재현기간과 SDF곡선을 도출하였다. Clayton Copula를 이용한 이변량 가뭄빈도해석의 결과로 소양강댐의 가장 극심한 가뭄은 1996년으로 단변량 재현기간은 지속기간 기준 9.11년, 누적부족량 기준 17.26년, Copula 재현기간은 141.19년 이며 충주댐의 가장 극심한 가뭄은 2014년으로 단변량 재현기간은 지속기간 기준 17.76년, 누적부족량 기준 18.72년, Copula 재현기간은 184.19년으로 단변량 가뭄빈도해석을 통한 재현기간보다 Copula 재현기간이 높은 결과가 도출되었다. Run 시계열을 바탕으로 한 기준유량의 임계값 기준 Event 산정과 Copula를 이용한 빈도해석은 가뭄분석에 이용되는 자료의 상관관계와 분포특성을 재현하는데 효과적인 특징이 있다. 이를 미루어 보아 Copula 함수를 이용한 가뭄빈도해석의 재현기간은 보다 현실적인 재현기간을 도출할 수 있는 것으로 판단된다. 임계값의 조정을 통해 가뭄빈도해석의 변수의 양이 늘어나면, 보다 정확도 높은 재현기간을 도출하여 수문학적 가뭄을 정의할 수 있을 것이라고 사료된다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.26 no.6B
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• pp.597-603
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• 2006

The purpose of this study is to improve the short term rainfall forecast skill using neural network model that can deal with the non-linear behavior between satellite data and ground observation, and minimize the flood damage. To overcome the geographical limitation of Korean peninsula and get the long forecast lead time of 3 to 6 hour, the developed rainfall forecast model took satellite imageries and wide range AWS data. The architecture of neural network model is a multi-layer neural network which consists of one input layer, one hidden layer, and one output layer. Neural network is trained using a momentum back propagation algorithm. Flood was estimated using rainfall forecasts. We developed a dynamic flood inundation model which is associated with 1-dimensional flood routing model. Therefore the model can forecast flood aspect in a protected lowland by levee failure of river. In the case of multiple levee breaks at main stream and tributaries, the developed flood inundation model can estimate flood level in a river and inundation level and area in a protected lowland simultaneously.

• Journal of The Geomorphological Association of Korea
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• v.18 no.4
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• pp.271-282
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• 2011

The purpose of this study is to clarify the discharge patterns of Yongnup, Daeam-san. Many hydrographs were analyzed by the types of rising and falling stages, and the slope of those stages with the semi-log graph paper was a key point to distinguish the discharge patterns during rainstorms. The correlation between rainfall intensity and slopes of the second or third rising stage was higher than that between slopes of the first rising stage and rainfall intensity. Also, the coefficient of correlation between discharge decrement and the lapsed time from the peak to inflection point of hydrograph, during high water stages, was better than that during low water stages. The annual average discharge rate of Yongnup was 0.54 and the average direct runoff ratio was 0.14. The total discharge amount from Yongnup was about 410,000 tons for a water year, the monthly maximum amount emerged in September and the minimum amount was occurred in March. In summer, 37.7% was a seasonal maximum runoff ratio; on the other hand, 9.4% was a seasonal minimum runoff ratio in winter.