• Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.60 no.6
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• pp.83-96
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• 2018

The objective of this study was to estimate the climate change impact on water quantity and quality to Saemanguem watershed using SWAT (Soil and water assessment tool) model. The SWAT model was calibrated and validated using observed data from 2008 to 2017 for the study watershed. The $R^2$ (Determination coefficient), RMSE (Root mean square error), and NSE (Nash-sutcliffe efficiency coefficient) were used to evaluate the model performance. RCP scenario data were produced from 10 GCM (General circulation model) and all relevant grid data including the major observation points (Gusan, Jeonju, Buan, Jeongeup) were extracted. The systematic error evaluation of the GCM model outputs was performed as well. They showed various variations based on analysis of future climate change effects. In future periods, the MIROC5 model showed the maximum values and the CMCC-CM model presented the minimum values in the climate data. Increasing rainfall amount was from 180mm to 250mm and increasing temperature value ranged from 1.7 to $5.9^{\circ}C$, respectively, compared with the baseline (2006~2017) in 10 GCM model outputs. The future 2030s and 2070s runoff showed increasing rate of 16~29% under future climate data. The future rate of change for T-N (Total nitrogen) and T-P (Total phosphorus) loads presented from -26 to +0.13% and from +5 to 47%, respectively. The hydrologic cycle and water quality from the Saemanguem headwater were very sensitive to projected climate change scenarios so that GCM model should be carefully selected for the purpose of use and the tendency analysis of GCM model are needed if necessary.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.37 no.3
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• pp.185-193
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• 2004

The main purpose of this study is to investigate and evaluate the impact of climate change on the runoff and water resources of Yongdam basin. First, we construct global climate change scenarios using the YONU GCM control run and transient experiments, then transform the YONV GCM grid-box predictions with coarse resolution of climate change into the site-specific values by statistical downscaling techniques. The values are used to modify the parameters of the stochastic weather generator model for the simulation of the site-specific daily weather time series. The weather series fed into a semi-distributed hydrological model called SLURP to simulate the streamflows associated with other water resources for the condition of $2CO_2$. This approach is applied to the Yongdam dam basin in southern part of Korea. The results show that under the condition of $2CO_2$, about 7.6％ of annual mean streamflow is reduced when it is compared with the observed one. And while Seasonal streamflows in the winter and autumn are increased, a streamflow in the summer is decreased. However, the seasonality of the simulated series is similar to the observed pattern.

• Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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• v.19 no.1
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• pp.27-37
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• 2001

Soil erosion by outflow of water or rainfall has caused many environmental problems as declining agricultural productivity, damaging pasture and preventing flow of water. As the interest in environment is increasing lately, soil erosion is considered as a serious problem, whereas the systematic regulation and analysis for that have not established yet. This research shows the method of extracting factor entered model which expects soil erosion by GSIS. There are several erosion model such as ANSWER, WEPP, RUSLE. The research used RUSLE erosion model which could expect general soil erosion connected easily with GSIS data. RUSLE's input factors are composed of rainfall runoff factor(R). soil erodibility factor(K), slope length factor(L), slope steepness factor(S), cover management factor(C) and support practice factor(P). The general equation used to extract L, S factor on the RUSLE to be oriented for agricultural area has some limitation to apply whole watershed. So, on this study we used a revised empirical equation applicable to the watershed by grid on the GSIS. Also, we analyzed RUSLE factors by watershed being analyzed with watershed extraction algorithm. Then we could calculate the minimum, maximum. mean and standard deviation of RUSLE factors by watershed.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.759-763
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• 2010

본 연구는 격자기반의 지표면 유출 및 도시 유역 우수관거 유출해석모형으로서 유역을 관거 유입구를 기준으로 다수의 소유역들로 구분하고 각 소유역내 지표면 흐름을 비선형저류방정식으로 표현하여 유출량을 산정하는 방법 및 유역을 일정한 크기의 격자로 분할한 상태에서 각 격자의 유입 유출을 계산함으로써 주어진 시간 간격별로 유역 전체에 대한 물수지를 파악하는 격자 물수지식을 이용하는 방법을 결합하여 도시유역의 지표면 유출량을 산정하기 위한 격자기반의 분포형 지표면 유출해석 모형을 개발하는 것을 연구의 목적으로 하였다. 즉, 본 연구에서 개발한 유출모형은 지표면 유출의 메카니즘을 비선형저류방정식으로 표현한다는 점에서 SWMM의 방법을, 격자기반으로 유출량을 계산 추적한다는 것이다. 또한 도시지역의 침수형태 및 원인을 파악함과 동시에 기존의 도시유출 해석모형을 일부 수정 및 보완하여 집중호우발생시의 지표이동류 흐름, 폐합형 우수관거, 하류부의 배수영향 등을 고려한 우수관거 유출모델을 개발하였다. 본 모형을 이용하여 가상 및 실제 유역에 대한 유출모의를 수행함으로써 모형의 적용성을 평가하였다. 본 연구에서 제시하는 격자기반 도시유출해석모형은 대상유역을 일정한 크기의 격자로 구성하고 개개의 격자마다 유출해석을 위한 지형정보와 수문정보를 입력하여 격자별 유출량을 계산 추적함으로써 유역의 임의의 위치에서의 유출량, 유출심의 시간적 변화와 공간적인 분포를 모의할 수 있다. 가상 및 실제 유역에 대한 유출해석을 통하여 본 연구에서 개발한 모형은 이동강우나 국지적인 집중호우 등 시공간적으로 변하는 수문 특성을 반영할 수 있고, 폐합형 우수관망 해석 및 하류부 배수효과를 검토하여 도시유역의 홍수방재관리에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.38-38
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• 2018

본 논문에서는 분포형 강우-유출 모형인 GRM(Grid based Rainfall-runoff Model)의 확장성과 편의성 향상을 위한 소프트웨어 개발에 대해서 기술하였다. 본 연구에서는 크게 3가지를 수행하였다. 첫 번째는 기존의 GRM은 HyGIS, MapWindow GIS 등과 같은 GIS 소프트웨어 및 Microsoft MDB와 코드 수준에서 통합된 형태로 개발되었으며, 이러한 특성은 GRM을 이용한 다양한 응용시스템 개발시 제약 조건으로 작용하였다. 본 연구에서는 GRM 모형을 GIS 및 데이터베스와 코드 수준에서 분리하여 GRMCore.dll을 개발하였다. GRMCore.dll은 콘솔 모드 및 GUI에서 유출해석을 실행할 수 있는 소프트웨어와 실시간 유출해석시스템 등과 같이 유출 해석을 위한 다양한 응용 소프트웨어 개발에 공통적으로 활용될 수 있다. 두 번째는 최근 들어 세계적으로 가장 많이 사용되고 있는 오픈소스 GIS 인 QGIS의 plugin으로 GRM 모형의 GUI(QGIS-GRM)를 개발하였으며, GRM 모형의 입력자료 구축을 위해 TauDEM을 이용해서 Drainage Tool을 개발하였다. Drainage Tool에서는 격자별 흐름방향, 하천망, 유역 등과 같은 수문학적 공간정보를 DEM을 이용하여 구축할 수 있다. 세 번째는 개발된 소프트웨어를 오픈소스로 공개하였다. 공개 대상은 GRM 모형, QGIS-GRM, Drainage Tool 등이며, 각 소프트웨어에 대한 매뉴얼을 포함하고 있다. 소스코드의 공개는 세계적으로 널리 이용되고 있는 오픈소스 플랫폼인 Github(https://github.com/floodmodel/)를 이용하였다. 본 연구를 통해서 기존에는 특정 소프트웨어에 코드 수준에서 의존적이던 GRM 모형의 독립성을 향상시켰으며, 이를 통해 다양한 응용 소프트웨어 개발에 대한 적용성을 높일 수 있었다. 또한 QGIS 기반의 GUI 개발, 모형 입력자료 구축 도구의 개발, 개발된 소프트웨어의 오픈소스화 등을 통해서 사용자들이 좀 더 쉽게 GRM 모형을 활용할 수 있게 하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.504-504
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• 2023

최근 세계적인 기후변화로 인한 홍수의 빈도 및 규모가 커지게 되면서 최초 구조물의 설계시의 설계용량을 초과하는 국지적 집중호우가 발생하고 있다. 이는 도시방재를 위하여 기계획하였던 내수배제 시스템의 설계성능을 넘어 도시지역에 침수를 유발하게 된다. 이에 대한 해결책으로 도시의 내수배제 시스템을 개선하기 위한 우수저류조, 우수관거개선 등이 이루어지고 있지만 설치 이후 구체적인 효과분석이 이루어지지 않고 있다. 본 연구에서는 우수저류시설의 설치 여부에 따른 침수발생 양상을 분석하고 우수저류시설 침수저감효과를 정량적으로 분석할 수 있는 방안을 제시하였다. 이를 위하여 XP-SWMM을 이용하여 2차원 침수해석 모의를 실시하였고 다양한 조건에서의 모의를 위하여 2차원 침수해석 모의조건을 설정하였다. 기계획된 우수저류시설의 설계시의 임계지속기간을 기준으로 IDF Curve를 통하여 설계강우량, 확률강우량 및 방재성능목표량을 재산정하였고 Huff4분위법을 이용하여 강우분포를 시켜 XP-SWMM에 적용하였다. 또한, 유역 최종 방류구에서 기점수위 조건과 자유방류 조건을 분리하여 모의하였으며 최종적으로 우수저류시설의 설치여부에 따른 2차원 침수해석을 실시하였다. 2차원 침수모의 결과를 이용하여 월류량의 저감율과 격자별 침수심 분포 분석을 진행하였다. 월류량은 총량적인 지표를 가지고 있지만 격자별 침수심 분포 분석은 격자의 최대 침수심을 0.1m 간격으로 나누어 각 단계별 침수심 격자의 발생빈도를 산정하였다. 제안된 방법을 사용하여 분석을 진행한결과 우수저류조를 설치한 후에 격자의 최대침수심이 더 낮은 침수심 단계로 이동한 현상을 확인하였다. 이는 구조물의 설치 후에도 침수가 일어난다는 양적인 면이 아닌 격자의 침수심 분포 양상을 통해 도시침수에 직접적으로 저감이 나타나 효과를 기여할 수 있다는 지표라고 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.317-317
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• 2020

수재해는 수자원 인프라의 부족 및 관리 미흡 등 많은 요인들이 있지만 강우의 유무와 크기가 가장 원초적인 요인들 중 하나이다. 정확한 강우량 추정 및 강우발생시간 예측은 수재해로 인한 피해를 예방하고 빠르게 대처할 수 있다. 그러나 강우예측에는 많은 불확실성을 내포하고 있기 때문에 이러한 불확실성을 이해하고 줄여 나가는 것이 필요하다. 최근 컴퓨터의 성능의 발전에 비례해 강우 예측 자료들도 점진적으로 발전을 거듭하고 있다. 이를 강우-유출 모형에 적용시 유출량 예측의 정확성 또한 비례하여 한층 더 발전할 수 있을 것이다. 하지만 신뢰성이 낮은 입력자료를 대상으로 하는 유출해석 모형은 많은 불확실성을 내포할 것이다. 따라서 본 연구에서는 위천 유역에 대해 LENS(Limited area ENsemble prediction System) 강우앙상블 예측자료의 적용성을 검토하고 그리드 기반 강우 유출 모델 GRM(Grid based Rainfall-runoff Model) 에 적용하여 유출예측의 불확실성을 평가하고자 하였다. 또한 강우예측 및 유출예측은 수 많은 매개변수를 포함하며 최종적인 예측은 더 큰 불확실한 범위로 산출될 수 있다. 이에 따라 본 연구에서는 Python3 기반 코딩으로 LENS 자료 구축 및 GRM 모형의 매개변수 보정을 각 2000회 씩에 걸쳐 총 2회 실시하여 수문학적, 지형학적 인자에 따른 불확실성 범위를 보정하고자 하였다. 매개변수의 보정은 비정형우도(Informal likelihood) NSE, 정형우도(Formal likelihood) Lognormal(Log-likelihood function)의 우도에 따른 행위모델을 산정하여 보정하였다. 따라서 본 연구에서는 선행연구들을 참고한 정형, 비정형 우도의 임계치를 이용한 불확실성해석에 적용하였으며 이는 사용자의 행위모델선정 임계치 범위 선정으로 인한 불확실성을 줄여나감에 기여할 수 있을것으로 사료된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.46 no.6
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• pp.597-611
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• 2013

This paper presents the methodology for construction of time-area curve via the width function and thereby rational estimation of time of concentration and storage coefficient of Clark model within the framework of method of moments. To this end time-area curve is built by rescaling the grid-based width function under the assumption of pure translation and then the analytical expressions for two parameters of Clark model are proposed in terms of method of moments. The methodology in this study based on the analytical expressions mentioned before is compared with both (1) the traditional optimization method of Clark model provided by HEC-1 in which the symmetric time-area curve is used and the difference between observed and simulated hydrographs is minimized (2) and the same optimization method but replacing time-area curve with rescaled width function in respect of peak discharge and time to peak of simulated direct runoff hydrographs and their efficiency coefficient relative to the observed ones. The following points are worth of emphasizing: (1) The optimization method by HEC-1 with rescaled width function among others results in the parameters well reflecting the observed runoff hydrograph with respect to peak discharge coordinates and coefficient of efficiency; (2) For the better application of Clark model it is recommended to use the time-area curve capable of accounting for irregular drainage structure of a river basin such as rescaled width function instead of symmetric time-area curve by HEC-1; (3) Moment-based methodology with rescaled width function developed in this study also gives rise to satisfactory simulation results in terms of peak discharge coordinates and coefficient of efficiency. Especially the mean velocities estimated from this method, characterizing the translation effect of time-area curve, are well consistent with the field surveying results for the points of interest in this study; (4) It is confirmed that the moment-based methodology could be an effective tool for quantitative assessment of translation and storage effects of natural river basin; (5) The runoff hydrographs simulated by the moment-based methodology tend to be more right skewed relative to the observed ones and have lower peaks. It is inferred that this is due to consideration of only one mean velocity in the parameter estimation. Further research is required to combine the hydrodynamic heterogeneity between hillslope and channel network into the construction of time-area curve.

• Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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• v.17 no.3
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• pp.195-206
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• 2014

In this study, soil contamination maps related to Cu and Pb were created at the Busan abandoned mine in Korea using a handheld X-Ray Fluorescence(XRF) and Geographic Information Systems(GIS). Hydrological analysis was performed using the Digital Elevation Model(DEM) of the study area to identify the flow directions of surface runoff where pollutants can be dispersed from the soil contamination sources. 24 locations for measuring the soil contamination related to Cu and Pb were selected by considering the result of hydrological analysis. The results measured at the 24 locations using the handheld XRF showed that the highest value of Cu contamination is 8,255ppm and that of Pb is 2,146ppm. The field investigation data were entered into ArcGIS software, and then soil contamination maps regarding Cu and Pb with a 5m grid-spacing were created after performing spatial interpolations using the ordinary kriging method. As a result, we could know that high concentrations of Cu and Pb are presented at the waste and tailings dumps around the abandoned mine openings. This study also showed that the handheld XRF and GIS can be utilized to create soil contamination maps related to Cu and Pb in the field.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.43 no.12
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• pp.1083-1091
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• 2010

Distributed hydrologic models typically require spatial estimates of precipitation interpolated from sparsely located observational points to the specific grid points. However, widely used estimation schemes fail to describe the realistic variability of daily precipitation field. We compare and contrast the performance of statistical methods for the spatial estimation of precipitation in two hydrologically different basins, and propose a two-step process for effective daily precipitation estimation. The methods assessed are: (1) Inverse Distance Weighted Average (IDW); (2) Multiple Linear Regression (MLR); (3) Climatological MLR; and (4) Locally Weighted Polynomial Regression (LWP). In the suggested simple two-step estimation process, precipitation occurrence is first generated via a logistic regression model before applying IDW scheme (one of the local scheme) to estimate the amount of precipitation separately on wet days. As the results, the suggested method shows the better performance of daily rainfall interpolation which has spatial differences compared with conventional methods. And this technique can be used for streamflow forecasting and downscaling of atmospheric circulation model effectively.