• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.98-98
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• 2021

동역학파 기반 순간단위도 (Dynamic wave-based Instantaneous Unit Hydrograph)를 이용하여 유역에서의 강우에 의한 유출을 예측하는 기법을 개발하였으며, 국내 실제 자연 유역에 적용하여 기법의 타당성과 적용성을 검증하였다. 본 연구에서 제시한 '동역학파 기반 순간단위도 방법'은 물리기반 수치모형인 동역학파 강우유출모형과 개념적 순간단위도 방법을 결합하여 사용함으로써 물리적으로 정확하면서도 빠르고 안정적으로 강우-유출을 예측하는 것을 목적으로 한다. 유역의 순간단위도는 유역의 지형, 조도계수와 동역학파 강우유출모형인 tRIBS-OFM을 이용하여 계산된 S-수문곡선을 수치적으로 미분함으로써 유도되며, 유도된 순간단위도는 강우강도에 따라 변화하므로 회선적분을 통한 유출수문곡선 예측 시 강우-유출 관계의 비선형성을 고려할 수 있다. 본 연구에서 유도된 순간단위도의 첨두 값과 첨두 발생시간은 강우강도 값과 각각 양과 음의 상관관계를 가졌으며 강우강도 값과 멱 함수 (power function)의 관계를 가졌다. 이는 Paik and Kumar (2004) 등 기존 연구들에서 밝힌 순간단위도의 특성과 일치하였으며, 본 연구에서는 더 나아가 멱함수의 지수를 산정한 후 임의의 강우강도 값에 대응하는 순간단위도를 멱함수 관계를 이용하여 보간할 수 있는 방법을 제시하였다. 실제 유역에 대한 적용은 강원도 인제군에 위치한 내린천 유역을 대상으로 수행하였다. 유역을 여러 개의 소유역으로 분할하여 강우의 공간적 분포를 고려하였으며, 각 소유역에서의 유출량을 동역학파 기반 순간단위도를 이용해 계산한 뒤 물리기반의 하도추적모형을 이용하여 전체 유역에서의 유출수문곡선을 예측했다. 예측된 유출수문곡선을 관측 유출 자료와 비교해본 결과 NSE (Nash-Sutcliffe model efficiency coefficient)가 0.6 이상으로 측정되어 적절히 유출을 예측한 것으로 판단되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.110-110
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• 2019

유역 강우-유출 과정의 물리적 특성과 비선형성을 반영하여 유출을 예측할 수 있는 새로운 방법을 제시한다. Dynamic wave 이론 기반의 강우-유출 모형과 유역의 지형적, 수문학적 특성을 이용하여 유역의 순간단위도를 S-수문곡선 방법을 통해 유도하였으며, 비선형성을 고려한 유출수문곡선 산정을 위해 순간단위도의 회선적분 시 강우강도별로 달라지는 순간단위도를 반영하였다. 기존 선형 가정에 근거한 단위도 방법이나, kinematic wave 이론 기반의 순간단위도 방법들에 비해 유역 반응의 물리적 특성과 비선형성을 잘 반영할 수 있었으며, 수치 시뮬레이션을 통한 강우유출 예측 방법에 비해 예측에 소요되는 시간이 짧다는 이점을 가졌다. 본 연구에서 제시한 방법에 대한 이상적 유역, 실제 유역에 대한 검증을 진행하였으며 실제 관측결과와 비교해 본 결과 유역의 강우-유출 관계를 정확히 예측하였다는 결론을 얻을 수 있었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제36권1호
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• pp.23-32
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• 2003

본 연구는 지형학적 인자를 이용하여 유역 대표순간단위도의 유도를 목적으로 한다. 이를 위하여, Nash 모형을 지형학적 순간단위도 모형과 결합하여 대표순간단위도의 매개변수를 추정하고자 하였다. 금강수계의 지류인 보청천 유역의 산계지점을 대상유역으로 선정하여 총 18개 호우사상에 대한 분석을 수행하였다. 그 결과 n은 3.17, k는 7.01로 나타났으며, 모멘트법에 의해 유도된 순간단위도는 호우사상별로 상당한 차이를 보이고 있었다. 본 연구로부터 얻어진 대표순간단위도는 각 호우사상별로 얻어진 단위도들을 대표할 수 있는 중앙치로 나타났으며, 기왕의 방법들과 비교했을 때, 지형학적 요소를 고려한 본 연구방법의 우월성 및 물리적 의미가 크다고 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1322-1326
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• 2010

확산-유추 지형학적 순간단위도는 통계물리적인 모형으로 이론적 물리적으로 뛰어난 모형임에도 불구하고 유역의 동적 매개변수인 특성유속과 확산계수의 산정이 어려워 실제적인 사용이 제한되어 왔다. 이러한 난제를 해결하기 위하여 본 연구에서는 금강수계의 보청천 산성유역을 대상으로 전역최적화 기법인 SCE-UA를 이용하여 확산-유추 지형학적 순간단위도 모형의 동적 매개변수 산정하였으며, 모형의 재현성을 3개의 수문사상을 이용하여 검토하였다. 매개변수의 최적화 결과 차수 단계별 특성유속 및 확산계수의 증감은 변동을 보이지만, 전체적인 경향성은 특성유속의 경우 하천차수가 커질수록, 즉 하류방향에 대해 증가 경향을 나타내며, 반대로 확산계수는 감소되는 경향을 나타냈다. 본 연구에서 적용한 최적화 방법에 향후 지체시간, 분산 및 왜곡도 등의 통계적인 제약조건과 동적 매개변수의 공간적 변화 등의 물리적인 의미를 갖는 제약조건 등이 결합된다면 좀 더 발전된 모형으로 개선될 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한공간정보학회지
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• 제14권2호
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• pp.15-22
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• 2006

지형학적순간단위유량도 및 지형기후학적단위유량도를 이용하여 미계측 소유역의 특성을 분석하였다. 경북 감포지역 $5km^2$ 미만의 소유역을 중심으로 GIS 기법으로 수문특성인자를 도출하고, 지형학적순간단위유량도의 동역학적 매개변수인 특성속도를 호우사상별로 추정하여 지형기후학적 순간단위유량도 및 기타 집중시간 경험식과 비교한 결과 Kerby 및 Brasby-Williams공식이 소유역의 특성속도 산정공식으로 제시될 수 있는 것으로 분석되었다. 또한 확률 강우량으로부터 지형기후학적순간단위유량도의 첨두유량과 확률홍수량을 비교하는 방법과 여러 단위유량도 및 지형기후학적순간단위유량도에서 산정된 첨두유량을 실측자료와 비교한 결과 미계측 소유역의 적용 타당성이 확인되어 향후 돌발홍수 등 방재계획 수립 시 기준우량을 산정하는데 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제43권4호
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• pp.399-408
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• 2010

본 연구에서는 지형학적 분산을 고려한 특성유속에 따른 Nash 모형 매개변수의 민감도 분석을 실시하였다. 또한 이러한 특성유속의 변동에 따른 순간단위도의 형상의 변화를 수치실험을 통해 비교 분석하였다. 대상유역은 보청천 유역 중 본류에 위치하고 있는 4개의 소유역을 선정하였다. 각 대상유역에 대해 지리정보체계를 이용하여 지표면과 하천의 배수경로길이에 대한 평균과 분산을 산정하였다. 산정된 배수경로길이와 특성유속에 의한 Nash 모형 매개변수를 추정하였다. 추정된 매개변수에 의해 순간단위도를 유도하여 형상의 변화를 비교하였다. 이러한 연구를 통해 도출된 주요 결과는 다음과 같다. Nash 모형 매개변수는 지표면 특성유속에 민감하게 반응함을 알 수 있었다. 또한 순간단위도의 감수부의 형상과 첨두유량은 지표면 특성유속에 지배적인 영향을 받으며, 순간단위도의 상승부의 형상과 첨두시간은 하천 특성유속에 지배적인 영향을 받음을 알 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.1525-1529
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• 2006

하천유역에서 강우-유출을 해석할 때에는 적용이 용이하고 비교적 정확한 결과를 얻는 것으로 알려진 단위도와 순간단위도를 널리 사용하여 왔다. 순간단위도의 유도를 위해서는 신뢰성 있는 강우-유출자료의 획득이 선행되어야한다. 신뢰성 있는 자료를 얻기 위해서는 시험유역의 운영에 의한 실측 강우와 그 에 따른 유출자료의 확보가 중요하다. 횡성댐 상류 섬강시험유역에서 얻어진 실측 자료를 사용하여 가변기울기법을 이용하여 직접유출을 분석하였고, 기존의 강우-유출자료를 분석하여 누가강우에 따른 유출계수를 분석하였다. 지리정보시스템을 이용하여 유역의 지형학적 매개변수를 얻어 유도된 지형학적 순간단위유량도에 의한 강우-유출의 특성을 분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.94-94
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• 2023

유역에서의 홍수를 예측하기 위한 다양한 강우-유출 모형들이 개발되어 사용되고 있다. 개념적 강우-유출 모형들은 신뢰성과 적용성이 높아 실무에서 널리 활용되어왔으나, 강우-유출 과정을 단순화하여 고려하므로 유출예측의 정확도에 한계가 있다. 또한 모형의 매개변수에 여러 불확실성이 존재하므로 충분한 양의 관측자료를 사용한 보정 작업이 필요하다. 물리적 강우-유출 모형들은 유출예측 결과가 비교적 물리적으로 정확하다는 장점이 있지만, 높은 계산 비용 및 수치적 불안정성으로 인하여 실무에의 적용이 힘들다. 본 연구에서는 홍수 예측의 정확도와 효율성을 모두 확보할 수 있는 하이브리드 기법을 개발하였다. 본 연구에서 개발한 기법은 물리적 모형인 동역학파 모형과 개념적 모형인 순간단위도 모형, 그리고 딥러닝 모형을 결합하여 사용하는 기법이다. 유역의 조도계수 및 지형을 활용한 동역학파 시뮬레이션을 수행하였으며, 동역학파 시뮬레이션 결과 및 멱함수로 나타내어지는 비선형적 강우-유출 관계를 이용하여 유역의 순간단위도를 유도였다. 또한, 딥러닝 모형인 LSTM 모형을 활용하여 강우손실 매개변수를 추정하였으며, 이를 이용하여 강우손실을 계산한 후 유효강우주상도를 산정하였다. 그리고 유역 출구에서의 홍수수문곡선은 유효강우주상도와 순간단위도를 활용한 회선적분을 통해 예측되었다. 본 연구에서 개발한 기법을 시험유역 및 자연유역에서의 홍수 예측에 적용해보았으며, 예측 결과는 NSE=0.55-0.90, R²=0.67-0.95의 높은 정확도를 보였다. 본 연구에서 유도하는 순간단위도는 한 유역에서 유일하지 않으며, 유효 강우강도의 함수이므로 홍수 예측에 비선형적 강우-유출 관계를 고려할 수 있으며, 수많은 유효 강우강도에 대한 순간단위도들은 멱함수를 이용하여 순간적으로 유도될 수 있다. 또한, 유역의 강우 특성이나 지표면의 토양수분, 식생과 같은 특성을 딥러닝 모형을 통해 고려함으로써 강우 손실 산정의 불확실성을 줄일 수 있다. 또한, 순간단위도 유도를 위한 기초작업인 동역학파 시뮬레이션은 유역의 지형과 조도계수만을 필요로 하므로 미계측 유역에의 적용이 유리하다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제42권1호
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• pp.75-92
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• 2009

본 연구의 목적은 한국 산악유역에서의 지형 상사를 규명하여 보고, 이를 이용하여 한국형 지형수문단위도를 유도하고 검증하는 데 있다. 실제로 실무에서는 홍수분석을 위하여 가장 일반적으로 단위도법이 사용되어 왔으나, 한국 유역에의 적합성, 조절 매개변수 산정의 불확실성 등에 있어서 많은 어려운 점을 내포하고 있었다. 본 연구에서는 한국의 40여개의 산악 소유역의 지형자료를 수집하고 분석하여 다양한 한국 지형상사를 규명하여 보았다. 다음에는 기존의 지형수문곡선 이론에 이를 적용하여 한국형 지형수문단위도 기법을 개발하고 검증하여 보았다. 개발된 공식은 각각 한국형 지형형태학적 순간단위도, 한국형 지형형태-기후학적 순간단위도, 그리고 한국형 지형형태-기후학적 단위도로 구분할 수 있다. 이들 기법은 한국형 단위도법, 강우-유출 관계의 비선형성, 기상자료의 사용, 그리고 적용의 간편성 등의 장점을 가지고 있으며, 앞으로 한국 산악 미계측 유역의 홍수 분석을 위하여 사용될 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.13-17
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• 2010

Rodriguez-Iturbe and Valdes(1979)가 제안한 지형형태학적 순간단위도(Geomorphologic Instantaneous Unit Hydrograph, GIUH)는 미계측유역에서 지형인자만으로 단위도를 구할 수 있는 장점이 있으나 최고차 하천길이에 따라 단위도의 첨두가 민감하게 영향을 받는다. 그렇기 때문에 적절한 유역출구의 선정이 중요하다. 본 연구에서는 미계측 유역에서 GIUH를 사용하여 단위도를 산정하는 경우, 유역출구를 결정할 수 있는 기준을 제시하고자 한다. IHP 대표유역인 평창강의 상안미 유역에 대하여 유역출구에서부터 최고차 하천길이를 줄여가며 12개 지점을 선정하였으며 GIUH식과 간략식을 사용하여 각 지점에서의 단위도를 산정하였다. 그 결과 최고차 하천의 길이가 11.02km, 총 유하길이의 67%이상인 지점의 단위도는 일정한 첨두값을 주었다. 그러나 최고차 하천의 길이가 이보다 짧은 지점에서는 단위도의 첨두가 150%-3,000% 크게 산정되었다. 본 연구를 통해 미계측유역에서 GIUH를 적용할 때 적절한 유역출구를 결정할 수 있는 기준이 제시될 것이며, 이를 통해 GIUH 모형의 정확성이 향상될 수 있을 것으로 판단된다.