• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
• /
• pp.254-258
• /
• 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.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제31권3호
• /
• pp.303-308
• /
• 1998

격자기반의 물수지 기법을 이용하여 강우에 의한 지표흐름과 지표하흐름의 시간적 변화와 공간적 분포를 모의할 수 있는 분포형 강우-유출모형을 개발하였다. 본 모형은 제 수문인자들의 격자별 물수지를 계산하여 단방향 흐름경로 알고리듬에 의하여 지표 및 지표하 흐름을 추적한다. 전처리과정으로서 GRASS를 이용하여 모형에 필요한 ASCII 형태의 자료들을 준비하고, 후처리과정으로서 모형의 수행결과인 유역의 유출량, 유출고, 토양수분, 본포 등을 GRASS상에서 도시할 수 있도록 ASCII형태로 출력하도록 구성하였다.

• Water Engineering Research
• /
• 제1권4호
• /
• pp.321-330
• /
• 2000

The grid-based KIneMatic wave STOrm Runoff Model(Kim, 1998; Kim, et al., 1998) which predicts temporal variation and spatial distribution of overland flow, subsurface flow and stream flow was evaluated at two watersheds. This model adopts the single overland flowpath algorithm and simulates surface and/or subsurface water depth at each cell by using water balance of hydrologic components. The model programmed by C-language uses ASCII-formatted map data supported by the irregular gridded map of the GRASS(Geographic Resources Analysis Support System) GIS and generates the spatial distribution maps of discharge, flow depth and soil moisture of the watershed.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제41권9호
• /
• pp.895-905
• /
• 2008

유역의 수문현상을 해석하기 위해서는 다양한 지형자료와 수문 시계열자료가 필요하다. 최근 들어 DEM(Digital Elevation Model)과 수자원 주제도와 같은 지형자료 뿐만 아니라 수치예보자료 및 강우레이더의 관측자료와 같은 수문 시계열자료 또한 격자 형태로 제공되고 있으며, 이를 활용한 수문분석에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 이러한 격자형 자료를 이용하여 효과적으로 단기간의 강우-유출 현상을 모의하기 위한 물리적 기반의 분포형 강우-유출 모형인 GRM(Grid based Rainfall-runoff Model)을 개발하였다. 지표면 유출과 하도 유출의 모의는 운동파 방정식을 이용하고 있으며, 침투량 산정을 위해서 Green-Ampt 모형을 이용하고 있다. 지배방정식은 유한 체적법을 이용하여 이산화 하였으며, TDMA(TriDiagonal Matrix Algorithm) 방법을 이용하여 연립방정식을 풀고, 비선형 항에 대해서는 Newton-Raphson 방법으로 반복 계산함으로써 수렴해를 도출하였다. 개발된 모형은 단순화된 가상의 유역에 대해서 적용한 결과를 $Vflo^{TM}$ 모형의 모의결과와 비교함으로써 타당성을 검토하였다. 또한 위천 유역의 적용을 통해 모형의 검증 및 실제 유역에 대한 적용성을 검토하였으며, 모의결과는 관측유량의 재현성이 높은 것으로 나타났다.

• 한국물환경학회지
• /
• 제27권5호
• /
• pp.587-596
• /
• 2011

The interest in hydrological modeling has increased significantly recently due to the necessity of watershed management, specifically in regards to lumped models, which are being prosperously utilized because of their relatively uncomplicated algorithms which require less simulation time. However, lumped models require empirical coefficients for hydrological analyses, which do not take into consideration the heterogeneity of site-specific characteristics. To overcome such obstacles, a distributed model was offered as an alternative and the number of researches related to watershed management and distributed models has been steadily increasing in the recent years. Thus, in this study, the feasibility of a grid-based rainfall-runoff model was reviewed using the flood runoff process in the Han River basin, including the ChungjuDam, HoengseongDam and SoyangDam watersheds. Hydrological parameters based on GIS/RS were extracted from basic GIS data such as DEM, land cover, soil map and rainfall depth. The accuracy of the runoff analysis for the model application was evaluated using EFF, NRMSE and QER. The calculation results showed that there was a good agreement with the observed data. Besides the ungauged spatial characteristics in the SoyangDam watershed, EFF showed a good result of 0.859.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제31권3호
• /
• pp.309-315
• /
• 1998

개발한 격자기반의 운동파 강우-유출모형의 적용가능성을 검토하기 위하여 임진강유역내의 연천댐 유역(1,875km2)에 적용하였다. 모형의 입력자료로는 수치고도모형, 하천도, 흐름방향도, 토양도, 토지피복도, 티센망도 등 6개의 도형자료를 이용하였다. '90년 및 '96년도에 발생한 홍수사상과 비교하였는바, 모형의 결과는 양호하였다. 출력결과인 시간별 지표유출 분포도로부터 유역에서 발생된 유출양상을 공간적으로 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제33권4호
• /
• pp.393-405
• /
• 2000

유역사면 토양 내에서 지하수의 거동을 모의할 수 있는 TOPMODEL을 이용하여 월별 유출량을 추정하였다. 한국수자원공사에서 운영중인 사연댐 유역(124.5 $\textrm{km}^2$)을 분석대상유역으로 선정하였으며, 국립지리원에서 작성한 1/5,000 수치지도와 지리정보시스템 도구인 Arc/Info를 이용하여 지형인자 등을 분석하였다. TOPMODEL을 이용한 월별 유출량에 대한 모의결과를 관측치와 비교할 때 재현성이 우수한 것으로 판단되었다. 격자 크기에 따른 영향을 검토하기 위하여 50m, 80m, 100m, 120m, 180m, 200m의 격자를 이용하여 TOPMODEL의 월별 유출량 수문곡선을 비교한 결과 격자간격이 180m일 때 최적의 모의결과를 나타냈으며 200m 일 때 상대적으로 큰 오차가 나타났다. 매개변수 최적화로부터 침투능비례계수(m)는 격자의 크기에 다소 영향을 받았다. 기존의 월별 유출량 추정모형인 가지야마 공식, KRIHS 모형 및 Tank 모형을 이용하여 TOPMODEL과 비교하였다. 분석결과 TOPMODEL이 가장 우수하게 나타났으며, 타 모형에 비해 지형특성이 충분히 고려되고 모의를 위해 결정되어야 할 매개변수의 수가 비교적 적기 때문에 월별 유출량 산정에 있어 실무적용에 유용할 것으로 판단되었다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제30권5B호
• /
• pp.459-469
• /
• 2010

본 연구에서는 GIS 공간자료(수치표고모델, 토지이용도, 토양도)와 Terra MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) 위성영상에 의한 식생활력도를 이용하여 유역의 일단위 유출량을 모의하는 격자기반의 분포형 일유출 모형을 개발하고 그 적용성을 평가하였다. 모형은 격자단위로 지표유출, 중간유출 및 기저유출, 증발산량 그리고 토양수분의 시간적 변화와 공간적 분포를 모의할 수 있다. 모형은 크게 유출, 증발산, 토양수분의 3개 주요모듈로 구성하였다. 유출은 강우전의 토양수분을 추적하여 지표하 저류능을 계산하므로서, 총 유출체적에서 각 유출량을 배분하는 감수곡선을 도입하여 모의하도록 하였으며, 증발산은 MODIS 엽면적지수(Leaf Area Index; LAI)를 고려한 Penman-Monteith 증발산량을 산정하도록 하였다. 매일의 토양수분은 전일의 토양수분에서 당일의 유출량과 증발산량을 계산하는 물수지 방정식을 이용하여 추적하도록 하였다. 이 모형에 대한 적용성 평가는 유역면적 930 $km^2$의 용담댐 유역을 대상으로 수행하였다. 공간해상도를 1 km로 맞춘 GIS 입력자료(토지피복도, 토양도, 경계자료 등)와 RS 입력자료(LAI)를 구축하였으며, 2000년부터 2008년까지의 기상자료를 수집하여 IDW 방법으로 공간분포화 하여 모형에 적용하였다. 검보정은 유역 출구 지점의 유출량 자료를 모의치와 비교하여 수행되었고, 보정결과에 따른 모형의 적합성과 상관성을 판단하기 위한 목적함수로는 결정계수($R^2$)와 평균제곱근오차 (RMSE : Root Mean Square Error)를 사용하였으며, 모형의 효율성 검증을 위해 Nash와 Sutcliffe(1970)가 제안한 모형 효율성 계수를 사용하였다. 유출량에 대한 Nash-Sutcliffe 모형효율은 0.78~0.93로 모의치가 실측치의 경향을 잘 표현하는 것으로 나타났다. 유출량 분포도는 강우와 토양에 매우 민감하게 모의 되었다.

• 한국지리정보학회지
• /
• 제20권3호
• /
• pp.12-26
• /
• 2017

본 연구의 목적은 물리적 분포형 강우-유출 모형인 GRM(Grid based Rainfall-runoff Model)과 마이크로소프트 Azure(Microsoft cloud computing service)를 이용하여 낙동강 유역의 유출해석시스템을 개발하고, Azure의 가상머신(VM, Virtual Machine) 설정에 따른 시스템 실행시간을 평가하는 것이다. 이를 위해서 낙동강 유역을 20개의 소유역으로 구분하고, 각 소유역에 대해서 GRM 모형을 구축하였다. 각 유역의 유출해석은 상하류 위상관계를 유지하면서 독립된 프로세스로 실행된다. 실시간 유출해석을 위해 국토교통부의 실시간 강우레이더 자료와 댐방류량 자료를 이용한다. 유출해석시스템은 Azure에서 실행되며, 유출해석 결과는 웹을 통해서 가시화 된다. 연구결과 실시간 수문자료 수신서버와 유출해석 계산서버(Azure) 및 사용자 PC가 연계된 낙동강 실시간 유출해석시스템을 개발할 수 있었다. 유출해석을 위한 전산장비는 하드디스크와 메모리 보다는 CPU의 성능에 크게 의존하는 것으로 평가되었다. 유출해석시의 디스크 입출력(I/O)과 계산 프로세스를 분산함으로써 입출력과 계산 병목을 각각 감소시킬 수 있었고, 실행시간을 단축시킬 수 있었다. 본 연구의 결과는 고해상도의 공간 및 수문 자료를 활용하는 분포형 모형을 이용한 대유역 유출해석시스템을 구축하기 위한 기술로 활용될 수 있을 것이다.

• 한국환경과학회지
• /
• 제24권4호
• /
• pp.505-514
• /
• 2015

The grid-based water balance of watershed scale was assessed in the mountainous area of Pyosun catchment in Jeju Island after analyzing precipitation, evapotranspiration, and runoff from January 2008 to December 2013. The existing results of direct runoff, evapotranspirtion, and groundwater recharge comparing to precipitation were presented 22.0%, 25.6%, and 52.4%, respectively, in Pyosun catchment. However, this study indicated each component shows 14.5%, 24.2%, and 61.0%, respectively, in the mountainous area of Pyosun catchment. Therefore, groundwater recharge rate in the mountainous area appears higher than 10% comparing to the overall catchment. It would be analyzed that the amount of direct runoff is relatively small. Moreover, this difference could be generated because of the spatial discontinuities in the process of estimating the total amount of precipitation in the mountainous area. Therefore, the grid-based spatial analysis to maximize the spatial continuity would be useful for providing a more reasonable result when the total amount of water resources are evaluated in mountainous areas in the future.