• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.53 no.12
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• pp.1143-1157
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• 2020

In this study, a criteria for the SWAT model calibration method in SWAT-CUP which considers multi-site and multi-variable observations was presented. For its application, the SWAT model was simulated using long-term observed flow, soil moisture, and evapotranspiration data in Yongdam study watershed, investigating the hydrological runoff characteristics and water balance in the water cycle analysis. The model was calibrated with different parameter values for each sub-watershed in order to reflect the characteristics of multiple observations through one-by-one calibration, appropriate settings of model simulation run/iteration number (1,000 simulation runs in the first iteration and then 500 simulation runs for the following iterations), and executions of partial and all run in SWAT-CUP. The flow simulation results of watershed outlet point, ENS 0.85, R2 0.87, and PBIAS -7.6%, were compared with the analysis results (ENS 0.52, R2 0.54, and PBIAS -22.4%) applied in the other batch (i.e., non one-by-one) calibration approach and showed better performances of proposed method. From the simulation results of a total of 15 years, it was found that the total runoff (streamflow) and evapotranspiration rates from precipitation are 53 and 39%, and the ratio of surface runoff and baseflow (i.e., sum of lateral and return flow, and recharge deep aquifer) are 35 and 65%, respectively, in Yongdam watershed. In addition, the analytical amount of available water (i.e., water yield), including the total annual streamflow (daily average 21.8 m3/sec) is 6.96 billion m3 per year (about 540 to 900 mm for sub-watersheds).

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.507-507
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• 2015

본 연구에서는 안성천 공도 수위표 상류유역에 대해 농업용 저수지와 지하수 이용이 하천유량에 미치는 영향을 SWAT-MODFLOW 모형을 이용하여 모의 분석하였다. 대상유역내에 위치한 고 삼, 금광 농업용 저수지 영향을 고려하기 위해서 관개기에는 저수지 방류량이 관개수로를 통해 수리답 지역으로 보내져 작물소모에 의한 손실과 지표 및 지표하 유출 과정을 거쳐 하천으로 회귀되도록 하고, 비관개기에는 저수지가 만수가 될 경우에만 하천으로 저수지 방류가 일어나도록 처리하였다. 지하수 이용량은 유역내 위치한 허가 및 신고 관정을 대상으로 하였으며, 농업용 관정인 경우는 저수지 관개와 마찬가지로 작물소모에 의한 손실과 지표 및 지표하 유출 과정을 거쳐 하천으로 회귀되도록 처리하였고, 생공용 관정인 경우는 유역내에서 전량 소모되는 것으로 간주하였다. 저수지 및 지하수 양수 유무에 따른 하천유량을 모의한 결과 고삼 및 금광 저수지 직하류부에서는 저수지 영향이 지배적으로 작용하여 갈수량이 각각 약 40% 및 85% 만큼 감소하는 것으로 나타났다. 반면에 저수지로부터 보다 하류쪽로 가면서 회귀수의 영향으로 감소 영향이 둔화되는 양상을 보였으며, 유역출구부에서는 저수지 및 지하수 이용 영향으로 자연상태 유량에 비해 갈수량이 약 19% 만큼 감소하는 것으로 분석되었다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2011.02a
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• pp.200-200
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• 2011

실제 유역에서 지류유입량(tributary inflow)의 형태로든 사면류의 형태로든 측방유입은 반드시 존재한다. 측방유입이 하도의 지배적인 흐름이 되는 경우 이는 유출수문곡선의 종거값과 형태를 변화시키는데 중요한 역할을 하게 된다. 따라서 측방유입의 형태를 저류상수 및 집중시간과 같은 수문학적 특성으로 적절하게 표현할 수 있다면, 전체 유역 내에서 측방유입의 지체효과 및 저류효과를 파악하는데 크게 기여하게 된다. 측방유입과 관련된 선행연구들을 살펴보면, Saint-Venant 방정식을 근간으로 하는 연구가 주를 이루고, Muskingum 하도추적모형 또는 Muskingum-Cunge 하도추적 모형을 확장한 연구가 나머지 부분을 차지한다(Hayami, 1951; Dooge et al. 1982). 지금까지 수행된 대다수의 연구들은 수치해석적으로 측방유입의 유출량을 모의하거나 혹인 관측값이 존재하는 경우 역으로 측방유입의 특성을 유추한 것들로 다소 복잡하고, 관측값이 존재하지 않는 경우에는 적용이 어려운 문제점을 가지고 있다. 그러나 유역의 물리적인 특성과 주하도의 특성만을 이용하여 측방유입의 특성을 대략적으로 유추하는 것이 가능하다면, 전체유역과 각 소유역의 관계는 전체유역의 물리적인 특성과 주하도의 수문학적 특성만으로 충분히 파악할 수 있게 된다. 다시 말해 유역분할 시 각 소유역 사이의 관계를 고려하여 전체유역의 유출량을 파악하는 것이 가능해진다. 이에 본 연구에서는 Muskingum 하도추적모형을 재해석한 순간단위도를 이용하여 측방유입의 수문학적 해석을 시도하였다. 대상유역으로는 격자형태의 사각형과 삼각형 유역을 임의로 가정하였으며, 각각의 유역에서의 순간단위도를 선형하천모형과 선형저수지모형의 합으로 유도하였다. 이때 저류상수는 하도길이와 비례한다는 가정을 바탕으로 사각형과 삼각형 유역에서의 저류상수 및 집중시간을 유도하였다. 특히 유역 출구에서 최원점에 위치한 격자에서 유출이 발생시간을 집중시간으로 가정하였으며, 이 시점에서의 종거값과 기울기를 이용하여 저류상수를 유도하였다. 그 결과, 선형하천과 선형저수지모형 각각은 집중시간과 저류상수로 특징지어짐을 알 수 있었으며, 결정된 측방유입의 저류상수 및 집중시간이 적절한 것을 확인하였다. 이러한 결과는 향후 대유역에서 유역분할의 효과뿐만 아니라 홍수량 할당문제를 입증하는데 크게 기여할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.262-262
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• 2020

새만금 유역 내에는 다수의 보 및 제수문이 위치하고 있으며, 관개, 배수, 오염원 등이 영향을 받고 있다. 선행연구 중에는 보 및 제수문을 고려하기 위해 모형의 소스코드를 일부 수정하여 연구되고 있으나 유역모형으로 구현하기에는 한계가 있으며, 이에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 만경강 유역을 대상으로 유역 모형과 전산유체역학 모형을 이용하여 하류 제수문에 대한 유입, 유출 그리고 오염원 등의 영향을 분석하고자 한다. SWAT (Soil and water assessment tool)은 유역 모형으로 미국 농무부에서 농업유역의 수문순환 및 비점오염원을 모의하기 위해 개발한 모형이다. CFD (Computational fluid dynamics)는 전산유체역학 모형으로 구조물을 설계하고 유체, 기체 등을 모의할 수 있다. SWAT 모형을 이용하여 농업유역 하류 제수문 위치를 출구로 지정하여 수문을 모의하고 그 결과자료는 CFD에 입력할 수 있다. CFD는 하류 제수문 구조물을 설계하고 SWAT 모형의 수문자료를 입력하여 제수문의 영향을 평가할 수 있다. 우선, 만경강 유역을 대상유역으로 선정하고 부용, 황산, 상리, 고은교 등 제수문의 위치를 파악하였다. SWAT 모형 구축을 위해 2015-2018년까지 기상, 수위, 유량 관측자료를 수집하였으며, 보정기간과 검증기간은 각 2년이며, 모형 성능 검증에 사용한 적합성 평가 지수는 R² (Determine coefficient), RMSE (Root mean square error), 그리고 NSE (Nash-sutcliffe efficiency coefficient)를 사용하였다. 모형의 보정은 SWAT-CUP 자동보정프로그램을 사용하였으며, 모형의 보정지수는 NSE를 사용하였고, 1,000회 반복 수행을 통해 매개변수를 최적화하였다. 보정기간의 유출량 적합성 평가 지수는 R², RMSE 그리고 NSE가 각각 0.84, 2.96 mm/day, 0.70을 나타냈다. 검증기간의 유출량 적합성 평가 지수는 R², RMSE 그리고 NSE가 각각 0.72, 2.94 mm/day, 0.46을 나타냈다. 본 연구는 유역 차원과 구조물 차원의 모델링을 연계하는 것으로 향후 제수문 모니터링 자료를 활용하여 CFD 모형을 구축하고 유입량에 따른 제수문의 검보정 및 영향을 평가하고자 한다. 이러한 결과는 최근 기후변화에 따라 급격히 변화하는 유역환경에 대처할 수 있는 방안이 될 수 있을 것이며, 제수문 시설을 관리하는 기관에서도 합리적인 운영방안에 대한 기초자료로 기여할 수 있을 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.824-828
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• 2006

SWAT-MODFLOW 모형은 물리적 기반의 준 분포형 모형인 SWAT모형의 지하수 모듈을 분포형 모형인 MODFLOW로 대체하여 하천과 대수층간의 수위차이에 따른 물교환량으로 지하수 유출량을 결정하는 완전 연동형 지표수-지하수 통합모형이다. 이 모형을 구동하기 위해서는 유역자료, 기상자료, 하천특성자료, 토지 이용자료, 토양자료, 작물자료, 지하수자료 등 다양한 입력 자료를 필요로 한다. 이러한 입력 자료의 변동양상에 따라 모형의 결과가 크게 다르게 나타나므로 모형의 입력 매개변수 변화에 따른 모형의 반응을 분석하여야 한다. 본 연구에서는 지하수유출해석을 담당하는 MODFLOW 모형의 수리지질학적 매개변수 변화에 따른 모형의 반응을 검토하였다. SWAT-MODFLOW 모형을 경안천 유역에 적용하여 투수계수, 저류계수, 하상수리전도도 등의 주요 수리지질학적 매개변수가 지하수 유출현상에 미치는 증감과 변화율 등을 정량적으로 분석하였다. 유역출구점에서의 연평균 지하수유출량의 변화, 하천과 대수층의 상호작용에 따른 지하수 유출량 시계열의 변화 등을 분석하여 그 결과를 제시하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.212-212
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• 2023

비점오염원관리와 같이 장기적인 유역 관리 계획에서 유역 내 오염원 평가는 정말 중요하다. 유역 내 오염원 평가는 강우 유출에 의한 비점오염 발생원이 어디서 얼마나 발생시키는지에 대한 정량적인 조사가 필요하다. 유역 내의 오염원에 대한 정량적인 조사는 많은 비용과 시간이 필요하다. 이러한 비용과 시간을 줄이기 위해 유역단위 수리 수문 모델을 사용하고 있다. 유역단위 수리수문 모델은 HSPF (Hydrological Simulation Program in Fortran), SWAT (Soil and Water Assessment Tool), L-THIA ACN-WQ(The Long-term Hydrologic Impact Assessment Model with Asymptotic Curve Number Regression Equation and Water Quality model)등 다양한 모델이 사용되고 있다. 하지만 유역 모델을 통한 모의는 다양한 연산 과정을 진행하여 모의까지 많은 시간이 필요하다는 단점이 있다. 이에 따라 데이터 기반 모델링 기법(머신러닝/딥러닝)을 이용한 유출 및 수질 예측 연구가 많이 이루어지고 있다. 단순 머신러닝/딥러닝 기반 모델링 기법은 점(최종유출구)에서의 예측만 가능하여 최적관리 기법 적용 등과 같은 유역관리 방안을 적용하기 힘들다는 문제점이 있다. 따라서 본 연구에서 머신러닝/딥러닝을 통해 일부 수문 프로세스를 대체하고 소유역별 하도추적 기법을 연계하여 유량 및 수질 항목들의 모의가 가능한 하이브리드 모델을 개발하였다. 이는 머신러닝/딥러닝이 유역 모델의 일부 연산 과정을 대체하여 모의시간이 빠르며, 기존 머신러닝/딥러닝 예측 모델에서 평가가 어려웠던 유역 관리 방안 및 최적관리기법 적용 평가에도 활용이 가능할 것으로 판단이 된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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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.

• Water for future
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• v.20 no.4
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• pp.267-278
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• 1987

This study aims at the decision of geomorphologic instantaneous unit hydrograph(GIUH) model parameter fore the ungaged or the data deficiented Basin, to analyze rainfall runoff relation in river basin by applying queueing theory with geomorphologic factors.The concept of GIUH model is based upon the principle of queueing theory of rain drops which may follow many possible routes during rainfall period within watershed system to ist outlet. Overland flow and stream flow can be simulated, respectively, by linear reservoir and linear channel conceptual models. Basically, the model is a mon-lineal and time variant hydrologic system model. The techniques of applying are adopted subarea method and mean-value method, the watershed is divided according to its stream number and order. To prove it to be applicable, the GIUH model is applied to the Wi-Stream basin of Nak-Dong River(Basin area; 475.53$\textrm{km}^2$), southen part of Korea. The simulated and the observed direct runoff hydrographs are compared with the peak discharge, times to peak and coefficients of efficiency, respectively, and the results show quite satisfactory.Therefore, th GIUH model can be extensively applied for the runoff analysis in the ungaged and the data deficiented basin.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.315-315
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• 2011

본류와 지류가 합류되는 합류부에서는 배수영향으로 수위가 증가하더라도 수면경사가 완만해져 감속흐름이 발생하고 배수영향을 받지 않는 동수위보다 유량이 감소하는 수리특성이 나타난다. 또한 지류의 유역면적이 본 류의 유역면적과 비슷한 경우 홍수사상에 따라 역류현상이 발생하여 본류 유역에서의 유출이 발생하지 않더라도 본류의 수위가 증가하는 현상이 발생하기도 한다. 따라서 수위-유량관계에 있어서도 복잡한 현상이 발생하여 단일 수위-유량관계곡선을 개발하는데 어려움이 있다. 본 연구에서는 한강과 평창강이 합류되는 각 하천 하류에 위치한 국토해양부 팔괴 수위관측소와 영월 수위관측소에서의 강우-유출 사상에 따라 변이하는 유출 특성을 검토하였다. 우선 강우 사상을 검토하기 위하여 평창강 유역의 대표 강우관측소인 유천 및 방림 강우관측소와 한강 상류유역의 대표 강우관측소인 대기 및 정선 강우관측소의 2010년 3월과 7월의 강우 사상을 비교하였다. 또한 유출 사상을 검토하기 위하여 평창강 유역 하류의 팔괴 수위관측소와 한강 상류유역 하류의 영월 수위관측소의 2010년 3월 15일부터 17일과 7월 17일부터 20일까지 두 사상에 대한 관측자료, 2010년 3월 16일과 7월 17일에 유량측정을 실시하여 확보한 측정자료를 비교 검토하였다. 또한, 홍수사상에 따른 한강과 평창강 합류부에서의 배수영향 및 역류현상을 검토하기 위하여 2008년 7월 및 2010년 9월의 유량측정을 통하여 확보한 측정자료를 바탕으로 수리특성을 검토하였다. 그림 1에는 한강 및 평창강 유역의 대표 강우관측소의 위치와 각 유역 출구점인 수위관측소의 위치를 도시하였다.

• Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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• v.11 no.3
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• pp.157-163
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• 2011

In this study, after the target basin was divided into both overland and channel grids, the travel time from center of each grid cell to watershed's outlet was calculated based on the manning equation. Through this process, volumetric discharge was calculated according to the isochrones and finally, the direct runoff hydrograph was estimated considering watershed's hydrodynamic characteristics. Sanseong subwatershed located in main stream of Bocheong basin was selected as a target basin. The model parameters are only two: area threshold and channel velocity correction factor; the optimized values were estimated at 3,800 and 3.3, respectively. The developed model based on the tuned parameters led to well-matching results between observed and calculated hydrographs (mean of absolute error of peak discharge: 3.41%, mean of absolute error of peak time: 0.67 hr). Moreover, the analysis results regarding histogram of travel time-contribution area demonstrates that the proposed model characterizes relatively well hydrodynamic characteristics of the catchment due to effective rainfall.