• 한국물환경학회지
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• 제31권5호
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• pp.491-506
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• 2015

Distributed models represent watersheds using a network of numerous, uniform calculation units to provide spatially detailed and consistent evaluations across the watershed. However, these models have a disadvantage in general requiring a high computing cost. Semi-distributed models, on the other hand, delineate watersheds using a simplified network of non-uniform calculation units requiring a much lower computing cost than distributed models. Employing a simplified network of non-uniform units, however, semi-distributed models cannot but have limitations in spatially-consistent simulations of hydrogeochemical processes and are often not favoured for such a task as identifying critical source areas within a watershed. Aiming to overcome these shortcomings of both groups of models, a hybrid watershed model STREAM (Spatio-Temporal River-basin Ecohydrology Analysis Model) was developed in this study. Like a distributed model, STREAM divides a watershed into square grid cells of a same size each of which may have a different set of hydrogeochemical parameters reflecting the spatial heterogeneity. Like many semi-distributed models, STREAM groups individual cells of similar hydrogeochemical properties into representative cells for which real computations of the model are carried out. With this hybrid structure, STREAM requires a relatively small computational cost although it still keeps the critical advantage of distributed models.

• 한국물환경학회지
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• 제31권5호
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• pp.507-522
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• 2015

In this study, some of the model verification results of STREAM (Spatio-Temporal River-basin Ecohydrology Analysis Model), a newly-developed hybrid watershed model, are presented for the runoff processes of nonpoint source pollution. For verification study of STREAM, the model was applied to a test watershed and a sensitivity analysis was also carried out for selected parameters. STREAM was applied to the Mankyung River Watershed to review the applicability of the model in the course of model calibration and validation against the stream flow discharge, suspended sediment discharge and some water quality items (TOC, TN, TP) measured at the watershed outlet. The model setup, simulation and data I/O modules worked as designed and both of the calibration and validation results showed good agreement between the simulated and the measured data sets: NSE over 0.7 and $R^2$ greater than 0.8. The simulation results also include the spatial distribution of runoff processes and watershed mass balance at the watershed scale. Additionally, the irrigation process of the model was examined in detail at reservoirs and paddy fields.

• 농촌계획
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• 제11권4호
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• pp.59-65
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• 2005

Proper management of small rural watershed is important since it does affect water quality improvement of larger scale watershed. Therefore, effective small watershed management guideline including participatory program of local people is required to achieve water environment improvement. Feasibility of water quality goal, short and long-term watershed management plan and funding sources were investigated by field monitoring of Hampyungchun watershed which has characteristics of rural stream, and literature review. The relevant parties and their roles fer watershed management were identified and suggested. A hybrid model, that is mixture of government driven model and NGO model, is recommended for watershed management organization in this study.

• 한국수자원학회논문집
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• 제51권8호
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• pp.677-686
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• 2018

수문모형의 매개변수 추정에 필요한 유량 관측 자료의 수집은 시 공간적으로 제한이 있어 우리나라도 아직 상당수의 미계측유역이 존재하며, 이를 보완하고자 주변 유역의 정보를 활용하는 지역화 방법들이 연구되어 왔다. 그러나 지역적 특성이나 기후 조건에 따라 지역화 방법의 결과가 상이하여 어느 지역에 어떠한 지역화 방법이 가장 우수하다고 판단하기 어렵다. 본 연구에서는 보편적으로 사용되는 지역화 방법인 지역회귀모형의 설명변수에 공간근접모형으로 추정한 수문모형의 매개변수를 추가하여 회귀모형의 적합성을 향상시켰으며, 이를 하이브리드 지역화모형이라 정의하고 기존 방법들과 비교하였다. 계측유역으로는 관측 자료가 충분한 남한의 37개 유역을 선정하였고, 수문모형은 개념적 수문모형인 GR4J를 사용하였으며, 계측유역에 대한 수문모형의 매개변수 산정은 Shuffled complex evolution 알고리즘을 사용하였다. 유역 특성변수들 간 다중공선성을 고려하기 위해 Variation inflation factor를 사용하였고, Stepwise regression을 통해 회귀모형의 최적 설명변수를 선택하였다. 통계 값을 통해 모형의 적합성을 비교한 결과, 하이브리드 지역화모형에서 가장 작은 RMSE 값을 나타내었으며, 유역별 모의 값의 변동성이 줄어들어 결과의 불확실성 또한 낮아짐을 확인할 수 있었다. 따라서 하이브리드 모형이 미계측유역의 유출량 산정을 위한 하나의 대안이 될 수 있음을 확인하였다.

• 한국환경과학회지
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• 제24권6호
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• pp.731-741
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• 2015

The objectives of study were to evaluate fish species compositions of trophic guilds and tolerance guilds and apply ecological fish assessment (EFA) models to Bekjae Weir, Keum-River Watershed. The EFA models were Stream Index of Biological Integrity (SIBI) used frequently for running water and Lentic Ecosystem Health Assessment (LEHA) used for assessments of stagnant water. The region of Bekjae Weir as a "four major river project" was originally a lotic ecosystem before the weir construction (2010, $B_{WC}$) but became more like lentic-lotic hybrid system after the construction (2011, $A_{WC}$). In the analysis of species composition and ecological bioindicator (fish), fish species with a preference of running water showed significant decreases (p < 0.05), whereas the species with a preference of stagnant water showed significant increases (p < 0.05). After the weir construction, relative abundances of tolerant species increased, and the proportion of insectivores decreased. This phenomenon indicated the changes of biotic compositions in the system by the weir construction. Applications of SIBI and LEHA models to the system showed that the two model values decreased at the same time after the weir construction ($A_{WC}$), and the region became more like lentic-lotic hybrid system, indicating the degradation of ecosystem health. The model values of SIBI were 19 and 16, respectively, in the BWC and AWC, and the health conditions were both "C-rank". In the mean time, the LEHA model analysis showed that the values was 28 in the BWC and 24 in the AWC, thus the health was turned to be "B-Rank" in the BWC and "C-Rank" in the AWC. indicating a degradation of ecological heath after the weir construction.

• 한국수자원학회논문집
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• 제34권4호
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• pp.303-316
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• 2001

본 연구에서는 중소하천수계에서 수문학적 예측을 위하여 Hybrid Neural Networks의 일종인 반경기초함수(RBF) 신경망모형이 적용되었다. RBF 신경망모형은 4종류의 매개변수로 구성되어 있으며, 지율 및 지도훈련과정으로 이루어져있다. 반경기초함수로서 가우스핵함수(GKF)가 이용되었으며, GKF의 매개변수인 중심과 폭은 K-Means 군집알고리즘에 의해 최적화 된다. 그리고 RBF 신경망모형의 매개변수인 중심, 폭, 연결강도와 편차벡터는 훈련을 통하여 최적 매개변수의 값이 결정되며, 이 매개변수들을 이용하여 모형의 검증과정이 이루어진다. RBF 신경망모형은 한국의 IHP 대표유역중 하나인 위천유역에 적용하였으며, 모형의 훈련과 검증을 위하여 10개의 강우사상을 선택하였다. 또한 RBF 신경망모형과 비교검토하기 위하여 엘만 신경망(ENN)모형을 이용하였으며, ENN 모형은 일단게 할선역전파(OSSBP) 및 탄성역전파(RBP)알고리즘으로 이루어져 있다. 모형의 훈련과 검증과정을 통하여 RBF 신경망모형이 ENN 모형보다 양호한 결과를 나타내는 것으로 분석되었다. RBF 신경망모형은 훈련시키는데 시간이 적게 들고, 이론적 배경이 부족한 수문학자들도 쉽게 사용할 수 있는 신경망모형이다.

• 상하수도학회지
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• 제25권6호
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• pp.825-837
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• 2011

Seonakdong river consists of stagnant sections whose flowrate is controlled by the Daejeo and Noksan gates. As a result, there is not a minimum flow during normal times. The Daejeo and Noksan gates are located at the upstream head and the downstream end of Seonakdong river, respectively. Seonakdong river is an estuarine tributary of Nakdong river, which is a reservoir-like river used for agricultural irrigation, with the gate at the estuary of the river to prevent the intrusion of saline. Since the construction of the water gates, the water quality of the river has become degraded. This could also be due to the internal loading of pollutants, especially nutrients, from the sediments of the river because of the elongated detention time by the water gates. This study was thus conducted for the purpose of evaluating the current hydrologic-cycle system and providing measures for the rehabilitation of the hydrologic cycle. In this research, the daily outflow in Seonakdong River was simulated using the SWAT and SWMM models, and the water quality concentration including BOD, SS, TN, and TP were analyzed. The possibility of the application of SWAT-SWMM hybrid simulation was determined through the verification of both models. The error analysis shows that the results of both SWAT and SWAT-SWMM simulations make good agreements with those of field observations. For the single simulation results of SWAT, $R^{2}$ and NSE are 0.758, 0.511, respectively. For the hybrid simulation results of SWAT-SWMM, those are 0.880, 0.452, which means that the hybrid simulation can give more accurate results for the watershed where both the agricultural and urban areas exist.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2010년도 정기 학술발표대회
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• pp.51.2-51.2
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• 2010

A novel approach of Poisson cluster stochastic rainfall generator was validated in its ability to reproduce important rainfall and watershed response characteristics at 104 locations of the United States. The suggested novel approach - The Hybrid Model(THM), as compared to the traditional ones, has an additional function to account for the year-to-year variability of rainfall statistics. The two-sample Kolmogorov-Smirnov test was used to see how well THM and traditional approach of Poisson cluster rainfall model reproduce the distribution of the following hydrologic variables: monthly maximum rainfall depths with 1, 3, 6, 12, and 24 hour duration, monthly maximum flow peaks at the virtual watersheds with Curve Number of 50, 60, 70, 80 and 90; and monthly runoff depths at the same virtual watersheds. In all of the testing variables, THM significantly outperformed the traditional approach. This result indicates that the year-to-year variability of rainfall statistics contains important information about the characteristics of rainfall processes that were not considered by the conventional approach of Poisson cluster rainfall modeling and that further considering it in rainfall simulation will enhance the performance of the rainfall models.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.212-212
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• 2023

비점오염원관리와 같이 장기적인 유역 관리 계획에서 유역 내 오염원 평가는 정말 중요하다. 유역 내 오염원 평가는 강우 유출에 의한 비점오염 발생원이 어디서 얼마나 발생시키는지에 대한 정량적인 조사가 필요하다. 유역 내의 오염원에 대한 정량적인 조사는 많은 비용과 시간이 필요하다. 이러한 비용과 시간을 줄이기 위해 유역단위 수리 수문 모델을 사용하고 있다. 유역단위 수리수문 모델은 HSPF (Hydrological Simulation Program in Fortran), SWAT (Soil and Water Assessment Tool), L-THIA ACN-WQ(The Long-term Hydrologic Impact Assessment Model with Asymptotic Curve Number Regression Equation and Water Quality model)등 다양한 모델이 사용되고 있다. 하지만 유역 모델을 통한 모의는 다양한 연산 과정을 진행하여 모의까지 많은 시간이 필요하다는 단점이 있다. 이에 따라 데이터 기반 모델링 기법(머신러닝/딥러닝)을 이용한 유출 및 수질 예측 연구가 많이 이루어지고 있다. 단순 머신러닝/딥러닝 기반 모델링 기법은 점(최종유출구)에서의 예측만 가능하여 최적관리 기법 적용 등과 같은 유역관리 방안을 적용하기 힘들다는 문제점이 있다. 따라서 본 연구에서 머신러닝/딥러닝을 통해 일부 수문 프로세스를 대체하고 소유역별 하도추적 기법을 연계하여 유량 및 수질 항목들의 모의가 가능한 하이브리드 모델을 개발하였다. 이는 머신러닝/딥러닝이 유역 모델의 일부 연산 과정을 대체하여 모의시간이 빠르며, 기존 머신러닝/딥러닝 예측 모델에서 평가가 어려웠던 유역 관리 방안 및 최적관리기법 적용 평가에도 활용이 가능할 것으로 판단이 된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.61-61
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• 2019

우리나라는 대부분이 산지(약 65%)로 구성되어 있어 강우 시 그 공간적 분포의 변동성이 매우 큰 편이며, 특히 전형적인 산지지형인 댐 유역의 경우 고도 변화 등에 기인한 지형특성 등에 따라 강우의 형태 및 패턴과 이에 따른 유출변화가 큰 복잡한 특성을 갖는다. 이로 인해 단순히 지점강우들을 공간보간(평균)한 면적강우를 홍수 유출모의 등에 활용할 경우 그 신뢰도가 매우 낮은 경우가 많아, 수문모의에 있어 레이더에 기반을 둔 공간 분포형 강우 등의 도입 검토가 요구된다. 한편, 최근 기상청에서는 보다 정확한 레이더 강수량 추정 값의 제공을 위해 "레이더-AWS 강우강도(Radar-AWS Rainrates, RAR)" 산출 기술을 지속적으로 개선하고 있으며, 이는 지상 우량계 대비 상당한 정확도를 보이고 있다. 본 연구에서는 국내 산지지형을 대표하며, 타 댐 유역에 비해 비교적 수문(수위/유량)관측소와 자료가 많은 용담시험유역에 기상레이더 강수량 추정 값(RAR)을 적용해 산지지형 댐 유역에서 강우의 시공간적 변동성과 이에 따른 홍수량의 정확한 분석을 통해 홍수 시 댐 유입량의 정확한 산정 등에 활용할 목적으로 홍수 유출모의를 수행하고자 한다. 모의에는 최근 5년(2014~2018년)동안 발생한 비교적 독립적인 1~2개(연도별)의 홍수사상을 적용하였으며, 모형은 분포형 강우를 적용할 수 있는 비교적 간단한 모형인 HEC-HMS를 활용하였다. HEC-HMS는 주로 집중형 수문모형(Lumped Hydrologic Model)으로 분류되어 레이더 강우와 같은 분포형 자료의 입력을 주로 적용치는 않고 있지만, HEC-GeoHMS와 ModClark 방법을 활용하면 격자단위의 분포형 강우를 적용할 수 있는 형태의 모델 구축이 가능하다. 모의 결과는 기존 유역평균 강우를 적용한 방법과 비교를 통해 그 개선점을 검토하고자 하며, 이를 통하여 산지지역 댐 유역의 홍수특성을 보다 더 정확하게 분석해보고자 한다. 한편, ModClark을 적용한 홍수 유출모의는 단순히 소유역별 도달시간의 격자별 비율을 고려한 홍수추적으로 그 해석상의 한계가 있어, 최근 개발된 하이브리드 수문모형(Hybrid Hydrologic Model, Distributed-Clark) 등도 동일유역에 대해 도입 적용할 계획에 있다.