• Journal of Korea Water Resources Association
• /
• 제55권5호
• /
• pp.321-331
• /
• 2022

In this study, we tried to present a method for calculating the amount of regression using a watershed modeling method that can simulate the hydrological mechanism of water balance analysis and agricultural water based on watershed unit. Using the soil water assessment tool (SWAT), a watershed water balance analysis was conducted considering the simulation of paddy fields for the Manbongcheon Standard Basin (97.34 km²), which is a representative agricultural area of the Yeongsan river basin. Before evaluating return flow, the SWAT was calibrated and validated using the daily streamflow observation data at Naju streamflow gauge station (NJ). The coefficient of determination (R²), Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE), Root-Mean-Square Error (RMSE) of NJ were 0.73, 0.70, 0.64 mm/day. Based on the calibration results for three years (2015-2017), the quick return flow and the return rate compared to the water supply amount for the irrigation period (April 1 to September 30) were calculated, and the average return flow rate was 53.4%. The proposed method of this study may be used as foundation data to optimal agricultural water supply plan for rational watershed management.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
• /
• 제28권5B호
• /
• pp.495-504
• /
• 2008

Evapotranspiration (ET) is an important state variable while simulating daily streamflow in hydrological models. In the estimation of ET, for example, when using FAO Penman Monteith equation, the LAI (Leaf Area Index) value reflecting the conditions of vegetation generally affects considerably. Recently in evaluating the vegetation condition as a fixed quantity, the remotely sensed LAI from MODIS satellite data is available, and the time series values of spatial LAI coupled with land use classes are utilized for ET evaluation. Four years (2001-2004) of MODIS LAI was prepared for the evaluation of Penman Monteith ET in the continuous hydrological model, SLURP (Semi-distributed Land Use-based Runoff Processes). The model was applied for simulating the dam inflow of Chungju watershed ($6661.3km^2$) located in the upstream of Han river basin. For four years (2001-2004) dam inflow data and meteorological data, the model was calibrated and verified using MODIS LAI data. The average Nash-Sutcliffe model efficiency was 0.66. The 4 years watershed average Penman Monteith ETs of deciduous, coniferous, and mixed forest were 639.1, 422.4, and 631.6 mm for average MODIS LAI values of 3.64, 3.50, and 3.63 respectively.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
• /
• 제30권8호
• /
• pp.760-767
• /
• 2008

A watershed model was constructed using HSPF(Hydrological Simulation Program - Fortran) for predicting flow and suspended solid in the Imha dam watershed. The whole watershed was divided into 33 sub-watersheds in the watershed model, which was calibrated for flow using measured data from 2001 to 2007. The accuracy of watershed model prediction was evaluated using statistical coefficients of R$_{eff}$(Nash-Sutcliffe), R$^2$(Correlation coefficient) and graphical comparison. Then, the model was calibrated for suspended solid using field data measured during 3 major rainfall events in July 2006, and then validated against data obtained in 2 rainfall events from July to August in 2007. Overall, the model showed good agreements with the field measurements for flow and suspended solid. The watershed model constructed in this study can provide flow and suspended solid entering the Imha reservoir and will be utilized for turbid water management in linkage with reservoir water quality models.

• Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
• /
• 제53권5호
• /
• pp.35-42
• /
• 2011

This study is to check the applicability of SWAT-APEX (Soil and Water Assessment Tool-Agricultural Policy / Environmental eXtender) model as combined watershed and field models by applying the APEX to paddies in a watershed (465.1 $km^2$) including Yedang reservoir. Firstly, the SWAT were calibrated with 3 years (2000~2002) daily streamflow and monthly water quality (T-N and T-P) data, and validated for another 3 years (2003~2005) data. The average Nash-Sutcliffe model efficiency (ME) of streamflow during validation was 0.73, and the coefficient of determination ($R^2$) of T-N and T-P were 0.77 and 0.73 respectively. Next, running the SWAT-APEX model with the SWAT calibrated parameters for paddies, the $R^2$ of T-N and T-P were 0.80 and 0.76 respectively. The results showed that SWAT-APEX model was more correctly predicted for T-N and T-P loads than SWAT model. The difference results between watershed and field models was predicted to have substantial impact on NPS loads, especially on T-N and T-P loads. Therefore, to improve negative NPS load simulations should be considered the model characteristics as simulating mechanism to properly select the NPS model for agricultural watershed.

• Journal of the Korea Society of Computer and Information
• /
• 제19권8호
• /
• pp.55-62
• /
• 2014

A game theoretic approach is applied for studying the energy efficient rate scheduling. The individual utility function is defined first. Then, a non cooperative rate game is modeled in which each user decides the transmission rate to maximize its own utility. The utility function considered here is the consumed energy for the individual user's data transmissions. In particular, using the fact that the utility function is convex, we prove the existence of Nash Equilibrium in the energy efficient rate scheduling problem at hand. Accordingly, a non cooperative scheduling algorithm is provided. For better energy efficiency, the sum of the individual user's utility function is optimized Finally, the convergence analysis and numerical results to show the energy efficiency of the proposed algorithms are provided.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
• /
• pp.945-945
• /
• 2012

본 연구에서는 낙동강 수계의 안동댐 유역을 대상지역으로 선정하여 미래 기후변화 시나리오에 따른 댐 유역의 수환경 영향을 예측해 보고자 하였다. 특히 미래기후에 대한 수환경 평가는 기후자료를 입력 값으로 요구하는 강우-유출모형을 이용하거나 유량 이외에 유사, 영양물질과 같은 수질인자를 동시에 모의할 수 있는 유역모형을 이용하여 평가하는 것이 일반적이다. 이를 위해 선행연구로 IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)에서 제공하는 AR4 시나리오의 RCM 자료를 ANN(Artificial Neural Network)기법을 이용하여 안동댐 유역의 총 4개 기상관측소에 대한 과거 20년(1991~2010) 실측자료를 바탕으로 미래 강수 및 습도 그리고 온도에 대해 상세화 하여 미래 기후 시나리오를 생산하였다. 또한 안동댐 유역 단위의 수질을 예측하기 위해 토양과 토지이용 및 토지관리 상태에 따른 수문-수질 모의가 가능한 유역모형인 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)을 이용하였다. 과거의 기상자료와 수질자료를 이용하여 유역모델의 검 보정을 실시하였으며 모형의 보정 및 검증결과에 따른 적합성과 상관성을 판단하기 위해 결정계수($R^2$)와 평균제곱근오차(Root Mean Square Error, RMSE)를 사용하였으며, 모형의 효율성 검증으로는 Nash and Sutcliffe(1970)가 제안한 모형효율성계수(NSE)를 사용하였다. 최종적으로 기후 시나리오에 대해서 전망된 지역상세기후를 유역모형의 입력자료로 이용하여 안동댐 유역의 미래수문 및 수질을 예측하고자 하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
• /
• pp.83-83
• /
• 2012

본 연구에서는 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형을 이용하여 토양수분과 유출량을 이용한 미래 기후변화에 따른 유역수문에 미치는 영향평가를 실시하였다. 미래 기후변화 영향평가는 용담댐 유역 ($930km^2$)을 대상으로 수행하였다. 모형의 검보정은 유출 3개 지점(용담, 동향, 천천)에서 2004~2008년으로, 토양수분 5개 지점(장수, 안천, 천천, 계북, 부귀)에서 2004~2008년으로 실시하였다. 모형의 적합성과 상관성을 판단하기 위하여 Nash-Sutcliffe 모형효율을 사용하였다. 미래 기후변화 시나리오는 IPCC (Intergovermental Panel on Climate Change)에서 제공하는 SRES (Special Report on Emission Scenarios) A1B, B1 기후변화 시나리오의 MIROC3.2 hires 모델의 결과 값을 이용하였다. 유역 규모의 기후자료 생성을 위해 추계학적 일 기상자료 생성 모형인 LARS-WG (Long Ashton Research Station - Weather Generator)를 사용하여 2040s (2020~2059년)와 2080s (2060~2099년) 기간에 대하여 강수와, 최고온도, 최저온도에 대하여 상세화하였다. 추후 토양수분의 변화를 통한 수문 영향 평가와 미래 기후변화 시나리오에 따른 수문 거동을 알아 볼 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
• /
• pp.1097-1101
• /
• 2008

본 연구에서는 SLURP 수문모형을 이용하여 미래기후와 예측된 토지이용자료 및 식생의 활력도를 고려한 상태에서 하천유역의 유출 및 증발산량에 미치는 영향을 분석하였다. 경안천 상류유역($260.04\;km^2$)을 대상유역으로 선정하여 4개년(1999-2002) 동안의 일별 유출량 자료를 바탕으로 모형의 보정(1999-2000)과 검증(2001-2002)을 실시하였다. 모형의 보정 및 검정 결과 Nash-Sutcliffe 모형효율은 0.79에서 060의 범위로 나타났다. 미래 기후자료는 IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)에서 제공하는 A1B 기후변화시나리오의 MIROC3.2 hires, ECHAM5-OM, HadCM3 모델의 결과값을 이용하였다. 먼저 과거 30년 기후자료(1977-2006, baseline)를 바탕으로 각 모델별 20C3M(20th Century Climate Coupled Model)의 모의 결과값을 이용하여 강수와 온도를 보정한 뒤 Change Factor Method로 Downscaling하였다. 미래 기후자료는 2020s(2010-2039), 2050s(2040-2069), 2080s(2070-2099)의 세 기간으로 나누어 분석하였다. 미래 토지이용은 과거 시계열 Landsat 토지이용도를 이용하여 CA-Markov기법으로 예측된 토지이용을 사용하였으며, 미래의 식생정보 예측을 위하여 NOAA/AVHRR 위성영상으로부터 추출된 월별 NDVI(1998-2002)와 월평균기온간의 선형 회귀식을 도출하여 미래의 식생지수 정보를 추정하였다. 모형의 적용결과, 미래기후변화에 따른 연평균 하천유출은 현재보다 최대 2020s는 23.9%, 2050s는 40.7%, 2080s는 39.5% 증가하였다. 봄 강수량 패턴의 변화로 유출량 증가하는 것으로 나타났으며 여름에는 유출량은 감소하고 증발산량은 증가하는 결과를 보였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
• /
• pp.363-363
• /
• 2019

활성화 함수(activation function)는 기계학습(machine learning)의 학습과정에 비선형성을 도입하여 심층적인 학습을 용이하게 하고 예측의 정확도를 높이는 중요한 요소 중 하나이다(Roy et al., 2019). 일반적으로 기계학습에서 사용되고 있는 활성화 함수의 종류에는 계단 함수(step function), 시그모이드 함수(sigmoid 함수), 쌍곡 탄젠트 함수(hyperbolic tangent function), ReLU 함수(Rectified Linear Unit function) 등이 있으며, 예측의 정확도 향상을 위하여 다양한 형태의 활성화 함수가 제시되고 있다. 본 연구에서는 기계학습을 통하여 수위예측 시 정확도 향상을 위하여 Hybrid 활성화 함수를 제안하였다. 연구대상지는 조수간만의 영향을 받는 한강을 대상으로 선정하였으며, 2009년 ~ 2018년까지 10년간의 수문자료를 활용하였다. 수위예측 알고리즘은 Python 내 Tensorflow의 RNN (Recurrent Neural Networks) 모델을 이용하였으며, 강수량, 수위, 조위, 댐 방류량, 하천 유량의 수문자료를 학습시켜 3시간 및 6시간 후의 수위를 예측하였다. 예측정확도 향상을 위하여 입력 데이터는 정규화(Normalization)를 시켰으며, 민감도 분석을 통하여 신경망모델의 은닉층 개수, 학습률의 최적 값을 도출하였다. Hybrid 활성화 함수는 쌍곡 탄젠트 함수와 ReLU 함수를 혼합한 형태로 각각의 가중치($w_1,w_2,w_1+w_2=1$)를 변경하여 정확도를 평가하였다. 그 결과 가중치의 비($w_1/w_2$)에 따라서 예측 결과의 RMSE(Roote Mean Square Error)가 최소가 되고 NSE (Nash-Sutcliffe model Efficiency coefficient)가 최대가 되는 지점과 Peak 수위의 예측정확도가 최대가 되는 지점을 확인할 수 있었다. 본 연구는 현재 Data modeling을 통한 수위예측의 정확도 향상을 위해 기초가 되는 연구이나, 향후 다양한 형태의 활성화 함수를 제안하여 정확도를 향상시킨다면 예측 결과를 통하여 침수예보에 대한 의사결정이 가능할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
• /
• pp.52-52
• /
• 2021

안동호는 상류지역의 휴·폐광산과 비점오염원으로부터 발생하는 각종 오염물질이 유입되고 있어, 호소 부영양화에 대한 문제가 계속 제기되고 있다. 이러한 안동호의 수환경은 댐 하류 유역과 같은 수계의 임하호의 수환경에도 영향을 미치기 때문에, 안동호 수질 및 수생태 건강성 평가가 계속 수행되고 있다. 본 연구에서는 SWAT-WET(Soil ad Water Assessment Tool-Water Ecosystems Tool)을 이용하여, 안동호의 수질 및 수생태 건강성을 평가하고자 한다. 이를 위해 안동댐 유역(1,584 km²)을 대상으로 SWAT 모형을 구축하였으며(2010~2019년), 댐의 운영을 고려하여 도산 관측소(안동댐 유입지점)와 안동1 관측소(안동댐 하류지점)의 실측 유량 및 수질(SS, T-N, T-P)에 대한 검보정을 수행하였다. SWAT 검보정 결과, 유유출량의 R², NSE(Nash sutcliffe efficiency)는 각각 0.76, 0.74 이상, SS, T-N, T-P의 R²는 각각 0.71, 0.81, 0.62 이상으로 분석되어 적용성을 확인하였다. 그리고 검보정한 SWAT의 유출량 및 수질 결과를 1차원 수생태계 모델인 WET에서 안동호의 유입자료로 적용하여, 안동호의 수심에 따른 수온, 수질, 저서동물 등의 수환경 결과를 모의할 예정이다. SWAT-WET 모의 결과는 수온, 수질, 저서동물 관측값과 비교하여 SWAT-WET 모델의 적용성을 평가하고, 안동댐의 상류 유출 특성 변화에 따른 안동호의 수질 및 수생태 건강성을 평가할 예정이다.