• Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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• v.20 no.3
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• pp.12-26
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• 2017

The objective of this study was to develop a runoff analysis system of the Nakdong River watershed using the GRM (Grid-based Rainfall-runoff Model), a physically-based distributed rainfall-runoff model, and to assess the system run time performance according to Microsoft Azure VM (Virtual Machine) settings. Nakdong River watershed was divided into 20 sub-watersheds, and GRM model was constructed for each subwatershed. Runoff analysis of each watershed was calculated in separated CPU process that maintained the upstream and downstream topology. MoLIT (Ministry of Land, Infrastructure and Transport) real-time radar rainfall and dam discharge data were applied to the analysis. Runoff analysis system was run in Azure environment, and simulation results were displayed through web page. Based on this study, the Nakdong River real-time runoff analysis system, which consisted of a real-time data server, calculation node (Azure), and user PC, could be developed. The system performance was more dependent on the CPU than RAM. Disk I/O and calculation bottlenecks could be resolved by distributing disk I/O and calculation processes, respectively, and simulation runtime could thereby be decreased. The study results could be referenced to construct a large watershed runoff analysis system using a distributed model with high resolution spatial and hydrological data.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.540-540
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• 2012

강우 발생시 유역에 집수된 물이 하천에 이르는 경로에 따른 유출은 지표유출, 지표하유출, 지하수유출로 구분된다. 정확한 수문순환 과정의 해석을 위해서는 지표 흐름뿐만 아니라 지표하 및 지하수 흐름의 해석이 중요한 실정이나 일반적으로 실무에서 사용되는 강우-유출해석 모형은 지표유출을 해석하기 위한 모형이 대부분이며, 지표하 유출과 침투량을 산정하는데 어려움이 있다. 일반적인 강우-유출해석 모형은 Horton 방법, NRCS 방법, Green-Ampt 방법에 의해 유효우량을 분리하며, 이 과정은 침투량을 직접적으로 모형화 할 수 없으므로 지표 및 지표하, 지하수 흐름을 복합적으로 해석할 수 있는 모형이 질적이나 양적으로 부족한 실정이다. 이러한 지표하 흐름과 침투량을 산정하기 위하여 FE-FLOW, PM, MS-VMS, GMS, GW-VISTAS, ARGUS 및 MODFLOW와 같은 지하수 모형을 사용하고 있다. 본 연구에서는 지표하유출 산정을 위한 침투량의 비교분석을 위해 현재 가장 범용되는 지하수 유동 모델링 프로그램인 Visual Modlfow 모형과 GMS 모형을 이용하여 침투량 산정을 위한 수치 모의를 진행하였다. 각 모형의 입력자료는 2009년 국립방재연구원에서 수행한 침투실험시설 자료를 이용하여 동일한 조건을 부여하고, 두 모형의 비교를 위해 Visual Modflow에서는 MODFLOW의 기본 해석방법인 유한차분법(FDM)을 이용하고, GMS 모형에서는 3차원 유한요소해석이 가능한 GMS-FEMWATER를 이용하였다. 두 모형의 수치모의 조건으로 2009년 국립방재연구원에서 수행한 침투실험방법과 동일하게 공극률에 따른 투수성 보도블럭의 구분과 50mm/hr, 100mm/hr, 150mm/hr, 200mm/hr의 강우강도별 선행함수조건에 따른 수치모의를 진행하였으며, 수치모의된 침투량의 적정성을 판단하기 위하여 국립방재연구원의 침투실험 결과자료와 비교분석하였다. 침투실험 자료와 각각 수치모의된 침투량을 비교분석한 결과 서로 유사한 경향을 보이고 있으나 초기 침투시 상대오차가 비교적 크게 발생하였다. 이는 수치모형의 경우 수리실험과는 다르게 모의시작과 동시에 해당 강우강도의 침투가 시작되므로 초기 유입 유출량 발생시간의 차이가 종료시간까지 누적 침투량에 미치는 것으로 판단되며, 매개변수에 많은 영향을 받는 것으로 판단된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.45 no.1
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• pp.53-64
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• 2012

In this study (II), the module developed in the previous study (I) has been tested on application and numerical stability. The runoff module was compared the result of analysis with two different models (FFC2Q and $Vflo^{TM}$) considering characteristic of infiltration. To examine the application and stability of developed module, runoff aspect was simulated under the variety case of rainfall intensity, effective soil depth, elapsed time. The development module was presented typical type of infiltration process looking physically, the different of saturation point on soil type, and characteristic of soil type. Also, the module was reflected in the runoff feature about rainfall intensity and time distribution. Finally, this paper drew a conclusion that result of rainfall-runoff analysis as compared with difference models (FFC2Q and $Vflo^{TM}$) has a high accuracy.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.202-202
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• 2018

본 논문에서는 분포형 강우-유출 모형인 GRM(Grid based Rainfall-runoff Model)(최윤석, 김경탁, 2017)을 이용해서 낙동강 유역을 대상으로 대유역 홍수해석시스템을 구축하고, 유출해석을 위한 실행시간을 평가하였다. 유출모형은 낙동강의 주요 지류와 본류를 소유역으로 구분하여 모형을 구축하고, 각 소유역의 유출해석 결과를 실시간으로 연계할 수 있도록 하여 낙동강 전체 유역의 유출모형을 구축하였다. 이와 같이 하나의 대유역을 다수의 소유역시스템으로 분할하여 모형을 구축할 경우, 유출해석시스템 구성이 복잡해지는 단점이 있으나, 소유역별로 각기 다른 자료를 이용하여 다양한 해상도로 유출해석을 할 수 있으므로, 소유역별 특성에 맞는 유출모형 구축이 가능한 장점이 있다. 또한 각 소유역시스템은 별도의 프로세스로 계산이 진행되므로, 대유역을 고해상도로 해석하는 경우에도 계산시간을 단축할 수 있다. 본 연구에서는 낙동강 유역을 20개(본류 구간 3개, 1차 지류 13개, 댐상류 4개)의 소유역으로 분할하여 계산 시간을 검토하였으며, 최종적으로 21개(본류 구간 3개, 1차 지류 13개, 댐상류 5개)의 소유역으로 분할하여 유출해석시스템을 구축하였다. 댐 상류 유역은 댐하류와 유량전달이 없이 독립적으로 모의되고, 댐과 연결된 하류 유역은 관측 방류량을 상류단 하천의 경계조건으로 적용한다. 지류 유역은 본류 구간과 연결되고, 지류의 계산 유량은 본류와의 연결지점에 유량조건으로 실시간으로 입력된다. 이때 본류와 지류의 유량 연계는 데이터베이스를 매개로 하였다. 유출해석시스템의 성능을 평가하기 위해서 Microsoft 클라우드 서비스인 Azure를 이용하였다. 낙동강 유역을 20개 소유역으로 구성한 경우에서의 유출해석시스템의 속도 평가 결과 Azure virtual machine instance DS15 v2(OS : Windows Server 2012 R2, CPU : 2.4 GHz Intel $Xeon^{(R)}$ E5-2673 v3 20 cores)에서 1.5분이 소요 되었다. 계산시간 평가시 GRM은 'IsParallel=false' 옵션을 적용하였으며, 모의 기간은 24시간을 기준으로 하였다. 연구결과 분포형 모형을 이용한 대유역 유출해석시스템 구축이 가능했으며, 계산시간도 충분히 단축할 수 있었다. 또한 추가적인 CPU와 병렬계산을 적용할 경우, 계산시간은 더 단축될 수 있으며, 이러한 기법들은 분포형 모형을 이용한 대유역 유출해석시스템 구축시 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.1412-1417
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• 2007

국내에서는 빈약한 홍수량 자료로 인해 일반적으로 설계호우의 개념과 강우-유출해석을 통해 설계홍수량을 추정하여 이용하고 있다. 그러나 강수량 자료를 이용하여 강우-유출해석에 의해 유출량을 산정함으로써 설계홍수량을 추정하는 방법은 분석과정에서 불확실성이 높다는 문제점이 있다. 따라서 강우-유출해석의 정확성을 높이기 위해 설계자의 주관성을 배제한 객관적인 입력변수 추정방법이 필요하다고 할 수 있다. 본 연구에서는 강우-유출해석을 수행하는 대신 지형인자와 기후인자로만 단위유량도 유도가 가능한 GcIUH(지형기후학적 순간단위도)를 국내 유역에 적용하고자 한다. 이를 위해 국립국토지리원에서 제공하는 1:25,000 유역도에서 추출된 최고차 하천의 길이 $L_{\Omega}$와 길이비 $R_L$를 산정하였다. GIS와 유역도로부터 산정된 각각의 $L_{\Omega}$와 $R_L$를 이용하여 지점별 단위도를 각각 유도하고, 유도된 단위도로부터 유출수문곡선을 계산하였다. 실제 지형도에 의해 산정된 GcIUH와 유역면적, 유역평균경사별 첨두유량, 그리고 첨두시간의 상관성을 비교 검토한 결과, 유역평균경사별 첨두유량이 상관성이 높게 나타났으며, 첨두시간은 유역면적이나 유역평균경사에 상관없이 비교적 정확하게 실측치와 일치하였다. 본 연구에서는 유역평균경사별 첨두유량의 상관성을 분석하여 GcIUH의 보정계수인 a를 도입하여, a 값을 유역평균경사별로 제시하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.450-450
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• 2015

우리나라는 최근 기후변화로 인한 이상기후의 영향으로 태풍 및 국지성 집중호우의 발생빈도가 잦아지고 있으며, 이에 따른 풍수해 피해 양상 또한 과거와 비교되지 않을 만큼 대형화 되고 있다. 본 연구대상지역인 가곡천 유역은 강원도 산지로부터 발원하여 동해안으로 유입되는 산지하천 중 하나로 유로연장이 짧고 경사가 급하여 홍수기시 홍수도달시간이 매우 짧은 특징을 가지고 있어 하류부에서의 피해가 증가하고 있는 실정이다. 실제로 대상하천의 경우 2002년 태풍루사와 2003년 태풍매미 등에 의해 피해가 컸던 것으로 조사되었으며, 이러한 피해를 저감하기 위해서 정확한 유역의 유출해석이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 가곡천 유역의 치수대책 수립을 위한 설계홍수량을 산정하기 위해 GIS 수문프로그램인 WMS(Watershed Modeling System)를 이용하여 수문해석에 필요한 수문인자들을 추출하고, WMS에 내장되어 있는 HEC-1 모형을 이용하여 유출해석을 수행하였다. 가곡천 유역에 대한 모형의 적합성 여부를 판별하기 위해 실제측정에 의해서 만들어진 수위-유량관계곡선과의 비교를 통해 모형의 적합성 여부를 검토하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.80-84
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• 2005

본 연구에서는 지점강우를 이용하여 크리깅 기법을 통해 공간적으로 분포된 강우자료를 생성하였으며, HEC-GeoHMS 모형을 이용하여 대상유역의 지형자료, 수문매개변수를 격자크기에 따라 공간적으로 분포시켰다. 유출해석은 공간 분포된 강우의 적용을 용이하게 하기 위하여 준 분포형 접근방법인 Modified Clark 모형을 적용하였으며, 공간 평균된 강우는 Clark 모형을 적용하여 유출 모형을 수행하였다. 정규크리깅과 일반크리깅 기법에 의해 산정된 강우를 이용하여 격자크기에 따른 유출해석을 수행한 결과를 토대로 지점강우량을 공간분포 시킬 경우의 격자크기에 따른 유출 수문곡선의 변화를 파악하였다. 공간 분포된 강우와 공간 평균된 강우를 이용한 유출 모의 결과를 토대로 공간 분포 강우의 적용성을 평가하는데 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.206-206
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• 2018

설마천 및 청미천 시험유역에서 측정된 증발산량은 강수량 대비 약 20%이상으로 유출해석에 있어 큰 부분을 차지하고 있다. 시험유역 이외의 유역에서는 증발산 측정자료 확보가 어려워 이와 관련된 연구는 측정자료의 확보가 가능한 지역 혹은 기후변화자료를 이용한 연구가 주를 이루고 있다. 특히, 전국을 대상으로 하는 장기유출해석에 있어 유출량 자료를 활용하여 증발산량까지 추정하는 것에는 한계가 있다. 따라서, 본 연구에서는 이에 대한 대안으로 하천의 유출량과 WHAT모형을 이용하여 계산된 기저유출량을 동시에 고려하여 증발산량의 예측능력을 향상할 수 있는 방안을 제시하였다. 유출해석모형으로는 전국유역조사에서 활용되고 있을 뿐만 아니라, 증발산량 계산을 위하여 다양한 기법의 활용이 가능한 K-BASIN(PRMS)모형을 활용하였고, 매개변수 최적화를 위하여 하천유량뿐만아니라 기저유출량을 대상으로 Monte-Carlo 시뮬레이션을 수행하였다. 용담댐 시험유역에 적용하여 각 샘플의 하천유량과 기저유출량에 대하여 NSE 및 Pbias를 검토한 결과, 유출량에 대하여 NSE가 최고(0.9이상)인 샘플의 경우 관측된 증발산량과 상당한 차이를 보였으나, 유출량과 기저유출에 대하여 NSE가 최고(유출에 대한 NSE가 0.8, 기저유출량에 대한 NSE가 0.6)인 샘플의 경우에는 관측된 증발산량의 패턴을 유사하게 모의하였다. 추후 본 연구에서 제시된 기법의 타수계 적용 등의 추가적 검증을 통하여 장기유출해석시 증발산량의 예측정확도를 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.107-107
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• 2020

본 연구의 목적은 실제 규모의 초고층 건물을 고려하여 강우-유출 과정을 해석하고, 초고층 건물이 강우-유출 과정에 미치는 영향을 파악하는 것이다. 초고층 건물을 고려하기 위해 건물의 지붕과 벽면을 각각 독립적인 소유역이라 가정하여 분석을 수행하였다. 특히, 건물의 벽면 소유역에는 바람의 영향을 받아 비스듬하게 내리는 강우를 입력자료로 적용하였다. 각 소유역에서 발생하는 유출은 shot noise process 기반 강우 유출-모형으로 모의되었다. Shot noise process 기반 강우-유출 모형을 이용하여 초고층 건물의 벽면과 지붕에서 발생하는 유출을 독립적으로 모의할 수 있었다. 실험실 환경에서 건물 모형이 존재할 때의 강우-유출 과정을 관측하였으며, shot noise process 모형으로 모의한 유출수문곡선과 관측 유출수문곡선이 유사한 특성을 보이는 것을 알 수 있었다. 서울시 강남구에 위치한 실제 규모의 초고층 건물을 고려하여 유출수문곡선을 유도해본 결과, 첨두유출량이 기존 유출수문곡선과 최소 6.5%에서 최대 67.5%까지 차이나는 것으로 확인되었다. 본 연구의 결과는 초고층 건물이 다수 존재하는 도시유역의 강우-유출 해석 결과의 정확성을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.413-417
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• 2007

노면배수 시설의 설계를 위하여 부등류 해석을 기반으로 한 설계모형을 수립하고 등류 해석을 기반으로 한 설계결과와 비교하였다. 노면배수시설을 설계하기 위해서는 지속시간을 가정하여 설계강우를 결정하고 설계변수인 유출구 간격을 가정하여, 호우에 응답하여 발생하는 홍수의 도달시간이 가정된 지속시간과 유사할 때까지 계산을 반복하여 유출구 간격을 결정한다. 부등류 해석에 의한 수로 흐름 해석은 수로 양단에 유출구를 갖는 수로의 분수계의 위치를 결정하는 과정과 발생하는 최대수심이 허용수심을 초과하지 않도록 수로길이를 산정하는 과정을 포함하므로 등류 해석에 비해 계산과정이 복잡하게 된다. 가상의 노면배수 체계를 설정하고 다양한 수로경사에 대해 노면배수 설계모형을 적용한 결과, 등류해석의 경우 유출구 간격은 수로경사가 증가할수록 증가하였지만, 부등류 해석의 경우 수로경사가 증가할수록 감소하였다가 다시 증가하는 경향을 보였다. 수로경사가 작은 경우 등류 해석보다 부등류 해석을 기반으로 노면배수 시설을 설계하는 것이 합리적인 것으로 판단되었다.