• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.219-219
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• 2017

상대적으로 유역의 관측 자료가 충분하지 못하거나 검증되지 않았을 경우 미계측 유역으로 정의되며 수문모형의 매개변수 검정을 할 수 없으므로 다른 방법을 고안해야 한다. 이를 위해 기존 연구에서는 지역적 특성을 고려한 지역회기분석을 통해 미계측 유역의 유량을 산정하였는데, 대부분 유역의 특성과 연 평균 유출량 자료의 관계를 이용한 회귀식으로 실시간 유량의 변화를 고려하기 어려웠다. 본 연구에서는 개념적 강우-유출모형으로 많이 사용되고 있는 개념적 수문모형인 GR4J의 매개변수에 대해 미계측 유역의 특성을 고려한 변수들을 이용하여 회귀식을 구하고 그 적용성을 평가하였다. 이를 통해 미계측 유역의 유량 시계열 자료를 생성할 수 있었다. 또한 IPCC에서 발간한 AR5의 RCP 4.5 시나리오를 적용하여 미래 유출량을 산정하였다. 우선 지역회귀분석을 적용하기 위해 수문모형을 이용한 계측 유역의 유출량을 구하였으며 22개의 전국 댐 상류 지점을 기준으로 SCE 알고리즘을 이용하여 GR4J의 최적 매개변수를 구하고 각 유역별로 물리적, 지형적, 기상학적 특성을 고려하여 11개의 변수를 선택하였다. 각 변수간 다중공선성(Multicollinearity)를 고려하기 위해 VIF(Variation Inflation Factor) test를 적용하여 최종 7개의 변수를 선정하고 단계별 회귀방법(Stepwise regression)을 이용하여 GR4J의 매개변수별 회귀식을 생성하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.942-942
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• 2012

강우-유출에 대한 수문해석에 있어 유효강우량 산정방법으로는 여러 가지가 있으나 국내외로 미농무부(United States Department of Agriculture)에서 제안한 NRCS-CN 방법이 널리 사용되고 있다. SCS-CN 방법은 1개의 매개변수만을 사용하여 방법이 간략하고 유역 토양특성의 반영이 가능하다는 장점이 있으나 공간적 규모에 따른 효과반영이 불가하고 초기손실우량비를 0.2로 고정하는 가정의 문제점 등이 있다. 많은 연구자들이 SCS-CN 방법의 문제점을 보완하고자 다양한 방법을 제시하였으며 특히 Michel 등(2005)은 토양수분계산가정(Soil Moisture Accounting Procedure)에서 유출기준저류고를 새로운 매개변수로 제안하여 초기손실우량비 가정의 불합리성을 개선하고 새로운 AMC 조건식을 산정하였다. 그러나 범용적인 AMC 조건식을 제안하고자 140개 유역에 적용한 결과를 통해 유출기준저류고는 토양의 최대잠재보유수량의 1/3으로 일괄 적용하는 문제점이 있으며, 민감도분석을 통해 전체 결과의 효율이 좋은 값으로 선정하였다. 이에 본 연구에서는 일 단위 집중형 장기유출모형인 GR4J(Ge'nie Rural a' 4 parame'tres Journalier)를 Michel이 제안한 모형을 적용하기 위해 선정하였으며 토양수분계산과정에서 새로운 매개변수인 유출기준저류고를 최적화기법인 화음탐색법을 적용하여 결정하였다. 적용대상은 국내의 달방댐, 횡성댐, 섬진강댐, 청주댐, 대청댐유역에 적용하였으며 본 연구에서 제안한 방법이 강우-유출 결과의 정확성을 향상시키는 것을 볼 수 있었다. 최종적으로 최적화된 유출기준저류고와 유역크기와의 상관성분석을 통하여 관계식을 도출하였다. 토양수분과정에 대한 고려는 유출량을 산정하는 데 있어서 정확성을 높이는 데 기여할 수 있으며 더불어 본 연구에서 제안한 관계식을 통하여 유출기준저류고와 유역특성과의 연관성을 확인할 수 있었다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.43 no.1
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• pp.43-54
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• 2023

Due to climate change, drought and flood occurrences have been increasing. Accurate projections of watershed discharges are imperative to effectively manage natural disasters caused by climate change. However, climate change and hydrological model uncertainty can lead to imprecise analysis. To address this issues, we used two lumped models, IHACRES and GR4J, to compare and analyze the changes in discharges under climate stress scenarios. The Hapcheon and Seomjingang dam basins were the study site, and the Nash-Sutcliffe efficiency (NSE) and the Kling-Gupta efficiency (KGE) were used for parameter optimizations. Twenty years of discharge, precipitation, and temperature (1995-2014) data were used and divided into training and testing data sets with a 70/30 split. The accuracies of the modeled results were relatively high during the training and testing periods (NSE>0.74, KGE>0.75), indicating that both models could reproduce the previously observed discharges. To explore the impacts of climate change on modeled discharges, we developed climate stress scenarios by changing precipitation from -50 % to +50 % by 1 % and temperature from 0 ℃ to 8 ℃ by 0.1 ℃ based on two decades of weather data, which resulted in 8,181 climate stress scenarios. We analyzed the yearly maximum, abundant, and ordinary discharges projected by the two lumped models. We found that the trends of the maximum and abundant discharges modeled by IHACRES and GR4J became pronounced as changes in precipitation and temperature increased. The opposite was true for the case of ordinary water levels. Our study demonstrated that the quantitative evaluations of the model uncertainty were important to reduce the impacts of climate change on water resources.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.54 no.12
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• pp.1295-1304
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• 2021

For the efficient use and management of water resources, a reliable rainfall-runoff analysis is necessary. Still, continuous hydrological data and rainfall-runoff data are insufficient to secure through measurements and models. In particular, as part of the reasonable improvement of a rainfall-runoff model in the case of an ungauged watershed, regionalization is being used to transfer the parameters necessary for the model application to the ungauged watershed. In this study, the GR4J model was selected, and the SCEM-UA method was used to optimize parameters. The rainfall-runoff model for the analysis of the correlation between watershed characteristics and parameters obtained through the model was regionalized by the Copula function, and rainfall-runoff analysis with the regionalized parameters was performed on the ungauged watershed. In the process, the intermediate state variables of the rainfall-runoff model were extracted, and the correlation analysis between water level and the ground water level was investigated. Furthermore, in the process of rainfall-runoff analysis, the Standardized State variable Drought Index (SSDI) was calculated by calculating and indexing the state variables of the GR4J model. and the calculated SSDI was compared with the standardized Precipitation index (SPI), and the hydrological suitability evaluation of the drought index was performed to confirm the possibility of drought monitoring and application in the ungauged watershed.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.51 no.8
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• pp.677-686
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• 2018

There remain numerous ungauged watersheds in Korea owing to limited spatial and temporal streamflow data with which to estimate hydrological model parameters. To deal with this problem, various regionalization approaches have been proposed over the last several decades. However, the results of the regionalization models differ according to climatic conditions and regional physical characteristics, and the results of the regionalization models in previous studies are generally inconclusive. Thus, to improve the performance of the regionalization methods, this study attaches hydrological model parameters obtained using a spatial proximity model to the explanatory variables of a regional regression model and defines it as a hybrid regionalization model (hybrid model). The performance results of the hybrid model are compared with those of existing methods for 37 test watersheds in South Korea. The GR4J model parameters in the gauged watersheds are estimated using a shuffled complex evolution algorithm. The variation inflation factor is used to consider the multicollinearity of watershed characteristics, and then stepwise regression is performed to select the optimum explanatory variables for the regression model. Analysis of the results reveals that the highest modeling accuracy is achieved using the hybrid model on RMSE overall the test watersheds. Consequently, it can be concluded that the hybrid model can be used as an alternative approach for modeling ungauged watersheds.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.293-293
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• 2021

자연유량이란 인위적 행위에 의한 하천의 유량 변화가 없는 개발되지 않은 상태의 하천유량을 말하며, 실제 유량을 측정하거나 관측자료를 활용한 장기유출모형을 통해 산정할 수 있다. 미계측 유역에 대한 강우-유출 모형 구축시, 무엇보다 실제 미계측유역에 적용시 나타날 수 있는 문제점을 최소화할 수 있는 방향으로 모형 개발이 이루어지는 것이 필요하다. 강우-유출 모형 매개변수의 수가 많아질수록 과적합(over-fitting)의 발생 소지가 증가하게 되며, 지역화 모형 구축시 불확실성을 더욱 가중시키게 된다. 이러한 이유로, 모형의 검정보다는 검증에 초점이 맞춰져 있어야 하며, 더불어 사용되는 강우-유출 모형의 매개변수가 적어야 한다. 본 연구에서는 대표 강우-유출모형의 선정시 여러 평가 기준 중 예측의 정확성 측면에서 통계적 지표를 통해 모형의 수행능력에 중점을 두었으며, 적은 개수의 매개변수를 갖음에도 불구하고 상대적 우수한 모의결과를 제공하는 GR4J(Ge'nie Rural a 4 parame tres Journalier)모형을 최적 유출모형으로 선정하여 댐 상류유역에 대한 자연유량 재현성능을 평가하였다. 최종적으로 강우-유출모형의 최적매개변수와 유역특성인자 사이의 상호연관성을 고려해 매개변수를 지역화하기 위하여, 본 연구에서는 두 가지 이상의 변량에 대한 상관성을 효과적으로 재현하는데 효과적이며, 자유로운 주변확률분포 선택과 결합확률분포의 추정이 용이한 장점이 있는 Copula 함수를 활용하였다. 제시된 방법론에 대한 적합성을 평가하기 위해 교차검증 관점에서 지역화된 매개변수의 적합성을 검토하였으며, 본 연구에서 도출된 결과는 유역특성에 따른 미계측유역의 자연유량 산정시 지역 매개변수를 강우-유출모형에 활용함으로써 신뢰성 있는 자연유량 산정 결과를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.54 no.11
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• pp.955-968
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• 2021

A water resource plan is routinely based on a natural flow and can be estimated using observed streamflow data or a long-term continuous rainfall-runoff model. However, the watershed with the natural flow is very limited to the upstream area of the dam. In particular, for the ungauged watershed, a rainfall-runoff model is established for the gauged watershed, and the model is then applied to the ungauged watershed by transferring the associated parameters. In this study, the GR4J rainfall-runoff model is mainly used to regionalize the parameters that are estimated from the 14 dam watershed via an optimization process. In terms of optimizing the parameters, the Bayesian approach was applied to consider the uncertainty of parameters quantitatively, and a number of parameter samples obtained from the posterior distribution were used for the regionalization. Here, the relationship between the estimated parameters and the topographical factors was first identified, and the dependencies between them are effectively modeled by a Copula function approach to obtain the regionalized parameters. The predicted streamflow with the use of regionalized parameters showed a good agreement with that of the observed with a correlation of about 0.8. It was found that the proposed regionalized framework is able to effectively simulate streamflow for the ungauged watersheds by the use of the regionalized parameters, along with the associated uncertainty, informed by the basin characteristics.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.56 no.11
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• pp.765-774
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• 2023

Due to climatechange, precipitation variability has increased, leading to more frequentoccurrences of droughts and floods. To establish measures for managing waterresources in response to the increasing uncertainties of climate conditions, itis necessary to understand the variability of natural river discharge and theimpact of reservoir operation modeling considering dam inflow and artificialwater supply. In this study, an integrated rainfall-runoff and reservoiroperation modeling was applied to analyze the water supply reliability andflood risk for a multipurpose dam catchment under climate change conditions. Therainfall-runoff model employed was the modèle du Génie Rural à 4 paramètresJournalier (GR4J) model, and the reservoir operation model used was an R-basedmodel with the structure of HEC-Ressim. Applying the climate change scenariosuntil 2100 to the established integrated model, the changes in water supplyreliability and flood risk of the Happcheon Dam were quantitatively analyzed.The results of the water supply reliability analysis showed that under SSP2-4.5conditions, the water supply reliability was higher than that under SSP5-8.5conditions. Particularly, in the far-future period, the range of flood risk widened,and both SSP2-4.5 and SSP5-8.5 scenarios showed the highest median flood riskvalues. While precipitation and runoff were expected to increase by less than10%, dam-released flood discharge was projected to surge by over 120% comparedto the baseline

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.43 no.3
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• pp.337-352
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• 2023

In general, Rainfall-Runoff model parameter set is optimized using the entire data to calculate unique parameter set. However, Korea has a large precipitation deviation according to the season, and it is expected to even worsen due to climate change. Therefore, the need for hydrological data considering seasonal characteristics. In this study, we conducted regional sensitivity analysis(RSA) using the conceptual Rainfall-Runoff model, GR4J aimed at the Soyanggang dam basin, and clustered combining the RSA results with hydrometeorological data using Self-Organizing map(SOM). In order to consider the climate characteristics in parameter estimation, the data was divided based on clustering, and a calibration approach of the Rainfall-Runoff model was developed by comparing the objective functions of the Global Optimization method. The performance of calibration was evaluated by statistical techniques. As a result, it was confirmed that the model performance during the Cold period(November~April) with a relatively low flow rate was improved. This is expected to improve the performance and predictability of the hydrological model for areas that have a large precipitation deviation such as Monsoon climate.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.311-311
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• 2020

가뭄·홍수 등 수재해 대응대책 수립 측면에서 유역의 자연유출량 산정은 가장 핵심적인 사항이라 할 수 있다. 우리나라는 전국적으로 수위-유량관측소를 설치하여 실시간 유출량 모니터링을 통해 수문정보를 수집하며, 주요지점을 제외한 유역에서는 주기적으로 강우-유출모형의 매개변수 최적화를 통해 산정된 장기유출량 결과를 자연유출으로 가정하여 수자원 계획 수립시 활용하고 있다. 그러나 강우-유출모형의 최적 매개변수 추정을 위해 활용되는 관측 수문자료는 상대적으로 자료의 연한이 짧고, 계절·공간적인 특성으로 인해 매우 제한적이며, 유역의 특성을 충분히 고려하지 못해 미계측유역의 매개변수 추정시 모형의 자료에서 기인한 불확실성이 크게 발생한다는 단점이 있다. 이에 본 연구에서는 관측자료에 대한 신뢰성이 유의하며, 공간적으로 고르게 분포된 12개 댐 유역을 대상으로 매개변수 지역화 연구를 수행하였다. SCEM-UA기법을 통해 GR4J 강우-유출모형의 매개변수를 최적화 하였으며, 매개변수와의 상관관계 및 선형회귀분석을 통해 유역특성인자를 선별하여 Copula 함수를 통해 지역화된 매개변수를 추정하였다. 최종적으로 본 연구에서 제시된 방법론에 대한 적합성을 평가하기 위하여 매개변수 최적화가 수행된 유역을 미계측 유역으로 가정하여 교차검증 관점에서 적합성을 검토하였으며, 통계적으로 유의한 결과가 도출되는 것을 확인하였다.