• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.52 no.8
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• pp.545-554
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• 2019

The most drought assessments are based on a drought index, which depends on univariate variables such as precipitation and soil moisture. However, there is a limitation in representing the drought conditions with single variables due to their complexity. It has been acknowledged that a multivariate drought index can more effectively describe the complex drought state. In this context, this study propose a Copula-based drought index that can jointly consider precipitation and soil moisture. Unlike precipitation data, long-term soil moisture data is not readily available so that this study utilized a Gaussian Mixture Non-Homogeneous Hidden Markov chain Model (GM-NHMM) model to simulate the soil moisture using the observed precipitation and temperature ranging from 1973 to 2014. The GM-NHMM model showed a better performance in terms of reproducing key statistics of soil moisture, compared to a multiple regression model. Finally, a bivariate frequency analysis was performed for the drought duration and severity, and it was confirmed that the recent droughts over Jeollabuk-do in 2015 have a 20-year return period.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.1154-1158
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• 2010

최근 전 세계적으로 GIS (Geographic Information Science) 및 RS (Remote Sensing) 데이터 등 디지털정보의 구축이 급속도로 진행되고 있고, 이들의 발달로 유역에 대한 정확하고 상세한 각종 수문매개변수 수집이 가능하여 유역을 부분유역으로 분할한 기존의 집중형 수문모형보다 유역내의 공간적인 유량변동을 보다 상세하게 고려할 수 있는 격자기반의 분포형 수문모형의 활용도가 높아지고 있다. 유역의 수문특성 및 지형특성을 동일한 매개변수로 적용하기 때문에 유역의 공간적인 수문 및 지형특성을 표현하기 어려운 집중형 모형과 달리 강우-유출해석에 있어서 분포형 모형은 실제 복잡한 유역에서의 유출과정 또는 물질의 수문순환과정을 잘 이해할 수 있고, 어떤 유역의 토지이용형태의 변화가 초래하는 영향과 효과를 사전에 예측할 수 있으며, 신뢰성 있는 과거의 수문자료가 없거나 부족한 유역에서의 유출 계산이 용이하다. 따라서 본 연구에서는 Fortran 90을 개발언어로 사용하여 GIS Data와 위성영상을 활용해 유출량을 모의하는 분포형 물수지 유출 모형을 개발하여 금강 상류유역인 용담댐 유역($930km^2$)을 대항으로 2000~2008년의 일 유출량을 모의하였다. 모형은 크게 3개의 모듈(유출량, 증발산량, 토양수분) 형태로 구성되었으며, 유출량은 강우 전 토양의 저류능을 추적하여 산정하였다. 모형의 결과는 셀별 값을 가지는 분포형으로 출력되며, 유역의 평균 수문자료가 Text file로 출력된다. 민감도 분석을 통하여 최적의 유출 관련 매개 변수를 선정하고 하류의 댐 유입량 자료를 바탕으로 모형의 보정(2001-2004) 및 검증(2005-2008)을 실시하였다. 유출량에 대한 Nash-Sutcliffe 모형효율은 0.78~0.93로 모의치가 실측치의 경향을 잘 표현하는 것으로 나타났다. 유출량 분포도는 강우량을 매우 잘 반영하였으며, 같은 강우조건하에서 토양의 배수조건에 따라 유출이 확연히 다르게 표현되었다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.30 no.5B
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• pp.471-477
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• 2010

In this study, the variability of the Horton index which is ratio of vaporization and wetting water is investigated using a conceptual soil water balance model. From the proposed model, the steady-state soil water probabilistic density function is derived through meteorological and watershed characteristics and then the sensitivity of Horton index to the precipitation occurrence rate and the mean of wet day precipitation is examined. As a result, the inter-annual variability of the Horton index is lower than that of precipitation and they showed the strong negative correlation. It is also shown that although precipitation is not varied, the Horton index can be varied due to the fluctuation of the precipitation occurrence rate and the mean of wet day precipitation. In addition, it is presented that there is a non-linear relationship which has a critical point switching proportional or inverse relationship between the Horton index and two main characteristics of precipitation process.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.608-612
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• 2009

본 연구에서는 하수재이용에 따른 토양에서의 염분변화를 추정하기 위하여 SWAP(Soil-Water-Atmosphere-Plant) 모형을 선정하여 경기도 화성시 수원환경사업소 인근에 위치한 병점지구를 대상으로 모형의 적용성을 분석하였다. 실험에 사용한 관개용수는 1) 지하수(TR#1), 2) 하수처리장 방류수+여과+UV (TR#3)로 분류하여 실험에 사용하였다. 영농기간 동안 논으로 유입되는 총 유입수는 $1,724.2^{\sim}1,733.7$ mm 범위였으며, 이 중 약 64%가 강우에 의해 공급되었고, 나머지는 관개에 의하여 유입되었다. 유입관개수의 EC는 지하수 관개수인 TR#1이 다른 처리구에 비해 작았고, TR#3의 경우 $0.442{\sim}0.698$ dS/cm의 범위를 보였다. 모형의 보정과 검정을 위해서 대상지구에 FDR(Frequency Domain Reflection)을 설치하여 토양수분함유량과 염분농도를 토심에 따라 일단위로 모니터링 하였다. 토양함수량의 보정기간 중 토심별(50, 100, 140 cm) RMSE는 TR#1에서 $0.001^{\sim}0.002$ $cm^3cm^{-3}$, TR#3에서 $0.002^{\sim}0.006$ $cm^3cm^{-3}$으로 나타났으며, 검정기간 중 토심별 RMSE는 TR#1에서 $0.003^{\sim}0.064$ $cm^3cm^{-3}$, TR#3에서 0.001$cm^3cm^{-3}$로 나타났다. 토양염분의 보정기간 중 토심별 RMSE는 TR#1에서 $0.001^{\sim}0.023{\times}10^{-3}$ dS $m^{-1}$, TR#3에서 $0.028^{\sim}0.045{\times}10^{-3}$ dS$m^{-1}$로 나타났으며, 검정기간의 토심별 RMSE는 TR#1에서 $0.018^{\sim}0.037{\times}10^{-3}$ dS$m^{-1}$, TR#3에서 $0.004^{\sim}0.014{\times}10^{-3}$ dS$m^{-1}$로 적용성이 있는 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.1332-1336
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• 2009

본 연구에서는 지표수-지하수 상호작용을 모의할 수 있는 SWAT-MODFLOW 모형을 이용하여 수변지역의 토지이용 변화에 따른 혼합대의 수문학적 특성 변화를 분석하였다. 연구를 위해 선정된 시험유역의 불수투지역, 농경지 등 기존 수변 토지이용도가 초지, 갯버들 등의 식생이 식재된 지역으로 변경되는 상황을 가정하여 SWAT-MODFLOW 모형을 적용, 지표수-지하수 상호작용을 중심으로 하는 수문학적 특성 변화를 모의 분석하였다. 수변의 토지이용을 초지로 변경하였을 경우 혼합대의 지표수-지하수 교환량이 다소 증가하는 것으로 모의되었으며, 수변 지역 토양의 토양 수분량 또한 증가하는 것으로 나타났다. 한편, 수변 지역에 갯벌들을 식재하는 경우 초지에 비해 지표수-지하수 교환량 및 토양 수분량의 증가폭이 더욱 증가하는 것으로 나타났다. 이와 같은 분석 결과 SWAT-MODFLOW 모형은 수변 토지 이용의 변화에 따른 수문학적 특성 변화를 모의할 수 있는 것으로 판명되었으며, 향후 실측자료와의 비교 연구 등을 실시하여 정확도가 입증된다면, 각종 수생태 복원사업의 계획 수립 시 토지이용 변화에 따른 효과 분석 모의에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.254-258
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• 2008

본 연구는 격자기반 운동파 강우유출모형 KIMSTORM(grid-based KIneMatic wave STOrm Runoff Model)의 기능을 개선하고 적용성을 평가하는 것이다. KIMSTORM은 김성준(1998)이 개발한 분포형 강우유출모형으로 포화상태의 지표흐름 및 토양수분상태의 시공간적인 분포를 파악할 수 있다. UNIX C++ 언어로 개발되었으며, GRASS 형태의 ASCII Grid를 입출력하도록 구성되어 있는 모형으로 UNIX 운영체제에서 구동이 가능하다. 그러나 UNIX와 GRASS는 최근에 많이 이용되지 않는 추세로 KIMSTORM 모형을 이용한 홍수유출해석이 적극적으로 활용되는데 주요 제약사항이 되어 왔다. 본 연구에서는 KIMSTORM을 윈도우즈 환경에서 운영될 수 있도록 FORTRAN 90을 이용하여 재개발하였으며 주요개선 사항으로, ESRI ASCII Grid 형태의 GIS(geographic information system) 자료 입력, 물리적 침투모의 방법인 GAML (Green-Ampt and Mein- Larson) 적용, 공간강우 입력가능, 정렬 알고리즘을 이용한 계산속도의 개선, 모형 자료입력 등 전처리 기능개선, 계산결과의 자동평가 및 분포도출력 등 후처리 방식개선으로 요약할 수 있다. 개선된 모형 GAML에 의한 침투방법을 적용하여, 남강댐유역($2,293\;km^2$)의 6개 강우사상을 대상으로 결정계수, Nash & Sutcliffe 모형효율계수, 용적편차, 첨두유량의 상대오차, 첨두시간의 절대오차를 이용하여 적용성을 평가하였으며, 민감도분석결과 초기토양수분조건과 하천조도계수가 가장 큰 민감도를 나타내었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.436-436
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• 2022

셀룰러 오토마타(Cellular Automata; CA)는 격자(cell)에 대해 사전 정의된 규칙을 바탕으로 이웃 격자 간 상호작용을 해석하여 복잡한 동력학적 현상을 효과적으로 재현할 수 있는 이산형(discrete) 모의 기법이다. CA 기법은 격자 구조에 수치표고 자료 및 토양수분 정보 등을 직접 매칭 후 상호관계를 해석하기 때문에 공간정보를 최대한 활용하여 불균질성을 나타내는 것이 가능하다. 따라서, 도시 유출해석에 있어서 높은 정확도와 빠른 계산속도를 기대할 수 있다. 본 연구에서는 CA 기반 고해상도 물순환·침수 연계 해석 framework 개발 방향 및 CA 기반 prototype 모형의 사면유출 적용 사례를 소개한다. 개발 중인 CA 모형에서는 격자별 침수 깊이, 침투, 토양수분 저류, 지표 유출 등의 물순환 요소를 모의할 수 있다. 기존의 집중형(lumped) 모형은 지표-지표하 유출에 대한 routing algorithm이 없고 각 셀의 물수지 모형 내 파라미터가 많은 단점이 있다. 따라서 개발 중인 CA 모형에서는 cell state 내 fast reservoir와 slow reservoir를 통해 지표-지표하 상태를 구현하고 단순화된 물수지 모형 및 흐름 방향 알고리즘을 적용함으로써 실제 현장에서 발생하는 다중 피크 형태의 지표 유출을 모사한다. 최적의 지표수 흐름 방향 알고리즘 선정을 위해 3개의 다중 흐름 방향 알고리즘(D4, D8, 4+4N)을 정량적으로 비교·분석한다. 이번 발표에서는 CA 모형을 소규모 산지 사면과 도심지 등 다양한 규모의 테스트베드에 적용하여 모형의 장단점을 평가한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.308-308
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• 2018

전 지구적으로 댐 건설과 가정, 공업 및 농업 용수의 사용 등 인간의 영향으로 유출량, 지하수, 토양수분 등의 다양한 수문요소가 변화를 보이고 있다. 이러한 인간의 영향은 기후변화의 영향과 함께 수문요소에 주요한 동인으로 이의 영향을 이해하고 전망할 필요가 있다. 본 연구는 Inter-Sectoral Impact Model Intercomparison Project를 통해 이용 가능한 여러 글로벌 수자원 모형의 결과를 분석하여 기후변화 및 인간활동의 영향의 상대적 중요성 등을 분석하고자 한다. GFDL, HadGEM, IPSL, MIROC5에서 도출된 기후 시나리오를 기반으로 구동된 글로벌 수자원 모형결과를 살펴보고자 하며, 글로벌 수자원 모형은 CLM, H08, JULES 등을 포함한다. 본 연구에서는 증발산량, 토양수분, 유출 등의 시간 및 공간적 변화, 기후변화 및 인간 활동의 영향이 주요한 역할을 하는 지역 혹은 유역을 확인하는데 초점을 맞추고자 한다.

• Korean Journal of Remote Sensing
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• v.38 no.5_1
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• pp.571-585
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• 2022

As the threat of natural disasters such as droughts, floods, forest fires, and landslides increases due to climate change, social demand for high-resolution soil moisture retrieval, such as Synthetic Aperture Radar (SAR), is also increasing. However, the domestic environment has a high proportion of mountainous topography, making it challenging to retrieve soil moisture from SAR data. This study evaluated the usability of Sentinel-1 SAR, which is applied with the Artificial Neural Network (ANN) technique, to retrieve soil moisture. It was confirmed that the backscattering coefficient obtained from Sentinel-1 significantly correlated with soil moisture behavior, and the possibility of stand-alone use to correct vegetation effects without using auxiliary data observed from other satellites or observatories. However, there was a large difference in the characteristics of each site and topographic group. In particular, when the model learned on the mountain and at flat land cross-applied, the soil moisture could not be properly simulated. In addition, when the number of learning points was increased to solve this problem, the soil moisture retrieval model was smoothed. As a result, the overall correlation coefficient of all sites improved, but errors at individual sites gradually increased. Therefore, systematic research must be conducted in order to widely apply high-resolution SAR soil moisture data. It is expected that it can be effectively used in various fields if the scope of learning sites and application targets are specifically limited.

• Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.58 no.4
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• pp.9-15
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• 2016