• 한국수자원학회논문집
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• 제54권2호
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• pp.81-91
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• 2021

Synthetic Aperture Radar (SAR)를 활용하여 토양수분을 산출 할 시 기존의 위성기반 자료에 비해 고해상도의 공간 자료를 생산할 수 있다. 고해상도의 광역 토양수분 자료는 기존의 위성 기반 토양수분 대비 보다 세밀한 지표면 토양수분 변동 관측이 가능하게 하므로, 산사태, 산불 및 홍수와 같은 자연재해 연구에 활용성이 뛰어나다. 하지만 SAR 신호인 후방산란계수는 토양수분 뿐만 아니라, 식생에 의한 영향도 포함하기 때문에 정확한 토양수분을 산정하기 위해서는 이러한 영향을 고려하는 단계가 요구된다. 본 연구에서는 한반도 중부의 농지, 산지, 및 초지의 식생조건 하에서 Sentinel-1 위성 SAR 자료를 활용하여 토양수분을 산정하기 위한 연구를 수행하였다. 식생의 영향을 고려하기 위해 대표적인 지표면 레이더 신호 산란 모형인 Water Cloud Model (WCM)을 사용하였으며, 식생 인자로 Radar Vegetation Index (RVI)를 활용하였다. 연구 지역으로는 토지피복도에 따라 농지와 초지, 산지 각각 2개 지역, 총 6개 대상 지역을 선정하였다. WCM의 매개변수 모의를 위해 지상 관측 토양수분 자료를 활용하였다. 관측 토양수분과의 검증 결과 초지, 산지, 농지 순으로 높은 정확도가 나타났으며, 특히 산지에서는 짙은 식생에도 불구하고 상관계수 값이 0.5 이상으로 나타난 반면 농지에서는 0.3 미만의 매우 낮은 값이 관측되었다. 연구 결과를 통해 다양한 식생 피복에서 SAR 기반 토양수분 산정에 적합한 관측 토양수분 조건을 제시 하였다. 향후 식생 높이, 식생 종류 등 과 융합한 연구가 수행된다면 보다 정확한 토양수분을 산정 할 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한지리학회지
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• 제46권3호
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• pp.319-330
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• 2011

본 연구에서는 지상관측 토양수분, 강수량, 지면온도 및 MODIS NDVI와 인공신경망모형을 이용하여 토양수분 공간분포 산정 모형을 제안하였으며, 신뢰성 높은 토양수분 관측 자료를 보유한 용담댐 유역에 대하여 모형의 적용성을 검증하였다. 토양수분 산정모형의 학습에 사용된 주천, 부귀, 상전의 3개 지점의 경우 약 0.9353의 상관계수와 약 1.4957%의 평균제곱근오차를 보여주며, 검증지점으로 사용된 천천2의 경우에는 약 0.8215의 상관계수와 약 4.2077%의 평균제곱근오차를 보여 토양수분 산정모형의 적용가능성이 높다고 판단된다. 인공위성으로부터 관측된 광역의 식생정보와 자료간의 비선형 상관특성을 잘 구현하는 인공신경망을 활용하여 수립된 토양수분 산정모형을 이용하여 용담댐 유역의 토양수분 공간분포도를 산정한 결과, 용담댐 유역의 대부분을 차지하고 있는 산림지역의 토양수분이 다른 지역에 비하여 높은 수치를 보여주는 토양수분의 분포를 보여주었다. 본 연구를 통해 제시된 토양수분 산정 방법은 광역 토양수분 산정에 유용한 접근법으로 판단된다.

• 대한원격탐사학회:학술대회논문집
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• 대한원격탐사학회 2008년도 International Symposium on Remote Sensing
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• pp.204-207
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• 2008

The purpose of this study is to identify how much the MODIS NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) can explain the soil moisture simulated from SWAT (Soil and Water Assessment Tool) continuous hydrological model. For the application, ChungjuDam watershed (6,661.3 $km^2$) was adopted which covers land uses of 82.2 % forest, 10.3 % paddy field, and 1.8 % upland crop respectively. For the preparation of spatial soil moisture distribution, the SWAT model was calibrated and verified at two locations (watershed outlet and Yeongwol water level gauging station) of the watershed using daily streamflow data of 7 years (2000-2006). The average Nash and Sutcliffe model efficiencies for the verification at two locations were 0.83 and 0.91 respectively. The 16 days spatial correlation between MODIS NDVI and SWAT soil moisture were evaluated especially during the NDVI increasing periods for forest areas.

• 한국전자파학회논문지
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• 제27권7호
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• pp.660-663
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• 2016

본 논문에서는 초목 층 산란모델과 지표면 산란 모델을 이용하여 초목 층에서 수분함유량 측정에 초목 층과 레이다 파라미터가 갖는 영향에 대하여 분석하였다. $1^{st}$-order RTM(Radiative Transfer Model)을 이용하여 여러 상태의 초목 층 밀도와 입사각, 주파수, 편파를 갖는 데이터베이스를 생성하고, WCM(Water Cloud Model)과 Oh 모델을 이용하여 후방산란계수로부터 지표면 수분함유량을 추출하였다. 수분함유량 추출 에러를 예측하기 위해 추출한 수분함유량과 RTM의 입력 변수인 수분함유량을 비교하였다. 수분함유량 추출 에러로부터 초목 층에서의 수분함유량 측정에서 초목 층 밀도와 입사각, 주파수, 편파에 따른 초목 층과 레이다 파라미터의 영향을 분석하였다.

• 한국농림기상학회지
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• 제10권2호
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• pp.35-46
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• 2008

토양수분은 사면에서의 수문학적 과정의 가장 중요한 요소이며, 불포화대에서의 흐름을 결정하는 중요요소이다. 본 연구는 전이함수모형을 이용하여 토양수분의 시간적 공간적 분포 양상을 인지하고자 한다. 이를 위하여, 광릉 수목원 슈퍼사이트 원두부 소유역 내에서 TDR을 이용하여 2시간 간격으로 연속 측정한 10cm 깊이의 토양수분 결과를 전이함수를 통하여 분석하였다. 강우 자료를 입력변수로, 지표면으로부터 10cm 깊이의 실측 토양수분 자료를 출력변수로 선정하여 단일 입출력 전이함수를 전개하였다. 토양수분의 계절적인 변화를 분석하기 위해 5월과 9월의 전이함수를 비교하였다. 시계열 전이 함수는 크게 자료의 전처리, 모형구조의 규명, 후보 모형군의 구성, 모수추정, 모형진단 등의 과정을 통해서 전개되며 10cm 깊이의 토양수분과 강우의 상관관계를 보여준다. 도출한 전이함수 시계열 모형에서 10cm 깊이의 토양수분은 강우에 의한 영향이 지배적이었으며, 지점별 경사에 따라 토양수분의 변동성이 크게 차이를 나타내지 않았다. 이는 10cm 깊이의 토양수분 변동량은 각 지점의 경사보다 강우에 의한 반응이 우세하다는 것을 시사한다. 계절별로 상이한 모의 결과는 식생의 활동이 활발한 5월에는 식생이 토양수분 이동에 많은 영향을 미치며 식생이 토양수분을 해석하는데 중요한 변수로 작용함을 나타낸다. 본 연구 결과는 광릉 산림과 같은 복잡 경관에서 토양수분의 분포를 이해하는 기반자료가 될 것으로 기대된다.

• 한국농공학회논문집
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• 제62권6호
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• pp.11-20
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• 2020

We estimated the spatio-temporally distributed soil moisture using Sentinel-1A/B SAR (Synthetic Aperture Radar) sensor images and soil moisture data assimilation technique in South Korea. Soil moisture data assimilation technique can extract the hydraulic parameters of soils using observed soil moisture and GA (Genetic Algorithm). The SWAP (Soil Water Atmosphere Plant) model associated with a soil moisture assimilation technique simulates the soil moisture using the soil hydraulic parameters and meteorological data as input data. The soil moisture based on Sentinel-1A/B was validated and evaluated using the pearson correlation and RMSE (Root Mean Square Error) analysis between estimated soil moisture and TDR soil moisture. The soil moisture data assimilation technique derived the soil hydraulic parameters using Sentinel-1A/B based soil moisture images, ASOS (Automated Synoptic Observing System) weather data and TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission)/GPM (Global Precipitation Measurement) rainfall data. The derived soil hydrological parameters as the input data to SWAP were used to simulate the daily soil moisture values at the spatial domain from 2001 to 2018 using the TRMM/GPM satellite rainfall data. Overall, the simulated soil moisture estimates matched well with the TDR measurements and Sentinel-1A/B based soil moisture under various land surface conditions (bare soil, crop, forest, and urban).

• 대한토목학회논문집
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• 제31권2B호
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• pp.155-163
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• 2011

본 연구에서는 의사결정나무(CART)기법, 인공신경망모형, 인공위성 원격탐사자료와 지형자료 및 지상 기상관측망자료를 이용하여 토양수분을 산정하는 모형을 개발하였다. 본 모형의 검증을 위하여 사용된 토양수분 관측자료는 용담댐 유역에서 관측된 5개 지점의 토양수분자료를 사용하였다. 가용자료에 대해 CART기법을 적용하여 자료를 분류한 다음 분류된 각 자료집단에 대하여 인공신경망(Artificial Neural Networks)모형을 적용하여 토양수분 분포를 예측하였다. 모형의 학습에 사용된 주천, 부귀, 상전, 안천 지점의 토양수분 산정치는 관측치와 약 0.92-0.96의 상관계수, 약 1.00-1.88%의 평균제곱근오차와 약 0.75-1.45%의 평균절대오차를 보여주었다. 토양수분 추정모형을 검증하기 위해 천천2의 지점에 적용한 결과 약 0.91의 상관계수, 약 3.19%의 평균제곱근오차, 약 2.72%의 평균절대오차를 보여 CART기법과 인공신경망모형을 연계한 토양수분 산정모형이 토양수분 분포제시 활용에 적절한 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.147-147
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• 2022

In January 2021 heavy flood affected South Kalimantan with causing many casualties. The heavy rainfall is predicted to be generated due to the ENSO (El Nino-Southern Oscillation). The weak La-Nina mode appeared to generate more convective cloud above the warmed ocean and result in extreme rainfall with high anomaly compared to past historical rainfall event. Subsequently, the antecedent soil moisture distribution showed to have an important role in generating the flood response. Saturated flow and infiltration excess mainly contributed to the runoff generation due to the high moisture capacity. The hydro-meteorological processes in this event were deeply analyzed using the coupled atmospheric model of Weather Research and Forecasting (WRF) and the hydrological model extension (WRF-Hydro). The sensitivity analysis of the flood response to the SST anomaly and the soil moisture capacity also compared. Result showed that although SST and soil moisture are the main contributors, soil moisture have more significant contribution to the runoff generation despite of anomaly rainfall occurred. Model performance was validated using the Global Precipitation Measurement (GPM) and Soil Moisture Operational Products System (SMOPS) and performed reasonably well. The model was able to capture the hydro-meteorological process of atmosphere and hydrological feedbacks in the extreme weather event.

• 한국환경과학회지
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• 제30권8호
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• pp.613-619
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• 2021

Soil water enters the atmosphere via evapotranspiration, where it transforms into atmospheric water vapor and plays important role in the surface-atmosphere energy exchange. Soil conditions have a direct influence on the effective rainfall, and initial soil moisture conditions are important for quantitatively evaluating the effective rainfall in a watershed. To examine the sensitivity of the initial saturation to hydrologic outflow, a two-dimensional distributed FLO-2D hydrologic model was applied to a small watershed. The initial saturation was set to 0.3, 0.5, and 0.7 and the obtained results were compared. The Green-ampt model was chosen to calculate the penetration loss. Depending on the initial soil moisture, the peak flow rate varied by up to 60%, and the total water volume in the watershed by approximately 40%.

• 한국농공학회논문집
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• 제62권4호
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• pp.53-61
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• 2020

The laboratory model test was conducted by dividing domestic reclaimed tideland into Sandy Loam (SL) and Silt Clay Loam (SiCL) to estimate soil moisture change and water supply according to soil characteristic when establishing irrigation plan for reclaimed tideland upland crop. In addition, the applicability of each scenario was verified using Van Genuchten model, which is the most widely used mathematical model for analyzing soil moisture characteristics of reclaimed tideland uplands crops. The required water supply according to the target soil moisture tension by reclaimed tideland is as follow. In the case of SL, soil depths of 0~10 cm, 10~20 cm were analyzed as 19 mm, 35 mm to reach the field capacity, and SiCL, 33 mm, 63 mm. The required water supply of SiCL was higher than that of SL. The study compared the simulation results from the scenarios of Van Genuchen model and the measured results from the laboratory model test based on according to the reclaimed tidelands. In the case of parameter, θ_s, θ_r, α, η were analyzed 0.55, 0.18, 0.064, 1.74 in SL and 0.46, 0.22, 0.105, 1.92 in SiCL. In terms of soil characteristics, SL with better water permeability was found to have higher applicability than SiCL. By Soil depth, applicability was found in 0~10 cm directly affected by water supply.