• 한국수자원학회논문집
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• 제38권10호
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• pp.895-906
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• 2005

최근 국내외적으로 수문관측 자료의 다양성 및 지형정보시스템의 발달로 분포형 유출모형의 개발이 활발히 진행되고 있다. 그 대표적인 모형 가운데 하나인 TOPMODEL은 소유역에서만 적용될 수 있는 적용 유역면적의 제약성을 내포하고 있다. 본 연구에서는 이와 같은 공간적 제약성을 극복하기 위해서 준분포형 TOPMODEL를 개발하였으며, 개발된 모형은 소유역의 토양수분 변화 및 유출해석을 할 수 있는 유역 유출모형과 각 소유역들을 연결하여 상류에서 하류로 하도 홍수추적을 할 수 있는 운동파 하도 홍수추적 모형으로 구성하였다. 개발된 모형의 적용 대상지역은 $2,703km^2$의 소양강 댐 상류유역을 선정하였고, 과거 주요 호우사상을 선택하여 1990년 일단위 사상은 모형의 매개변수 추정에 사용하였으며, 기타의 사상은 모형의 검증에 이용하였다. 그 결과 선택된 호우사상에 대해서 관측유량과 계산유량의 상관계수가 0.9 이상으로 비교적 정확한 결과를 제시하였다. 따라서, 본 연구에서 개발된 준분포형 TOPMODEL은 대유역의 홍수해석에 유용하게 응용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제35권3호
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• pp.295-306
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• 2002

지표하부에 이중 저류체계를 고려해주는 수정 TOPMODEL을 일반화된 지표하 투수량계수 감소함수와 연결시켰으며, 대공극으로의 수직배수 효과, 지표저류 효과, 토양층 내에서의 상대 저류 부족량에 대한 영향을 검토하기 위해 세가지 형태의 지하수 충전함수를 도입하였다. 이러한 접근은 사면 수문학에 대한 30가지 형태의 모형구조를 제공한다. 개발된 모형들은 설마천 유역의 여러 강우사상에 적용되었다. Monte-carlo 모의를 통한 수행결과는 지수함수적 투수량계수 감소형태가 설마천 유역의 물리적인 수문모의에 적절함을 제시하였고, 대공극 흐름을 표현해 주는 재충전 함수가 일반화시킨 수정 TOPMODEL의 예측적 향상에 기여하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제32권6호
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• pp.637-647
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• 1999

본 연구는 토양내에서 투수량 계수가 연직방향으로 지수함수적으로 감소한다는 TOPMODEL의 기존 가정을 일반화시킨 투수량계수의 멱급수형 감소모형의 국내지형에 대한 적용성을 검토하였다. 유출모의는 위천 대표 시험 유역의 동곡 소유역(33.6km2)을 대상으로 50m 수치지형도(Digital Elevation Model : DEM)을 사용하였다. 임의의 매개변수 결정의 신뢰성을 확보하기위해 TOPMODEL 운영시 산정과정에 난수발생 알고리즘을 추가하여 변형된 모형의 효율성을 검토하였다. TOPMODEL 투수량계수 멱급수 감소모형의 멱급수 2와 3의 경우가 다름 멱급수들의 경우나 투수량계수 지수형 감소모형에 비해서 상대적으로 높은 모의 효율을 보였다. 이러한 결과는 유출수문곡선의 감쇠곡선 부분 추정에 있어 멱급수 2와 3인 감소모형의 모의능력이 다른 모형들에 비해서 대상유역의 토양특성을 잘 반영하는데 기인한다고 판단된다.

• 한국농공학회:학술대회논문집
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• 한국농공학회 2002년도 학술발표회 발표논문집
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• pp.289-292
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• 2002

In this study, a topography based hydrologic model (TOPMODEL) was tested on the Anseong-cheon watershed. Pit in watershed was removed by liner trend surface interpolator. The DTM Analysis program is used to derived a distribution of ln($a/tan{\beta}$) values from DEM (Digital Elevation Model) using the MDF (Multiple Direction Flow) algorithm of Quinn et al (1995). Current TOPMODEL program limits are number of time step, ln($a/tan{\beta}$) increment, delay histogram ordinate and size of subcatchment pixel maps. Therefore, TOPMODEL is not suitable for application of large watershed. Muskingum method and watershed division enhance grid pixel resolution for rainfall-runoff simulation accuracy.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.1033-1037
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• 2009

TOPMODEL은 이론적으로 $500km^2$ 정도의 면적을 갖는 유역에 적용 가능한 모형으로 국내연구의 대부분이 단일 홍수사상과 소유역에 적용하여 이루어졌다. 본 연구에서는 유역면적이 $289.8km^2$인중규모의 천천유역에 적용하여 연속유출의 모의와 중규모 유역에 대한 적용 가능성을 분석하고자 한다. HyGIS-TOPMODEL을 이용하여 연도별(2002${\sim}$2005년)로 모의된 수문곡선은 유출 패턴이 관측치와 유사하였고, 첨두유량과 첨두시간 모두 적절한 결과를 나타냈다. 유출용적 오차율은 -32.70${\sim}$4.59%로 모의유량이 다소 적게 산정되어 평갈수기와 홍수기로 구분하여 비교한 결과 평갈수기의 유출오차가 -65.49%로 전체 유출량에 영향을 주는 것으로 분석되었다. 그러나 정확성을 분석한 결과 일치도는 0.84${\sim}$0.96, 상관계수는 2004년을 제외하면 0.82 이상으로 관측치와 근접하게 모의했다. HyGIS-TOPMODEL을 중규모인 천천유역에 적용하여 모의한 결과 연속유출에 대한 수문곡선의 전체적인 패턴이 양호하고 통계분석결과 재현성이 우수하였다. 대상유역 고유의 매개변수 산정에는 추가 연구가 필요할 것으로 검토되며, 국내의 중규모 유역에 대한 적용도 가능하다고 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.161-161
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• 2017

본 연구는 효율적인 매개변수 추정 방법인 Isolated-Speciation Particle Swarm Optimization(ISPSO)와 불확실도 분석 기법인 GLUE를 결합한 ISPSO-GLUE의 개념을 도입하였다. 임의 매개변수 추출을 방식인 GLUE 기법과 ISPSO-GLUE와의 효율성 비교를 위해 분포형 강우-유출모형인 TOPMODEL에 적용하였으며, 추정된 매개변수에 대한 모의 유량치를 이용하여 성능을 비교하였다. 연구대상지는 Texas의 $1000{\times}2000km^2$ 크기 내외의 두 유역을 택하였으며, 2002-2007년을 보정기간으로 하고, 2008-2013년을 검증기간으로 설정하였다. 불확실도 분석에 10개의 TOPMODEL 매개변수를 이용하고, 우도함수로는 Nash-Sutcliffe(NS) Coefficient이용하여 0.6이상 기준으로 행동모형을 구분하였다. 분석 결과 모수 추정성능면에서, 누적 최대 NS 값과 행동 모형의 개수는 전반적으로 ISPSO-GLUE에서 큰 값을 보였으나, 불확실도 구간에 속하는 관측치는 GLUE에서 더 높은 경향을 보였다. 이는 ISPSO-GLUE의 편향된 모수 추정으로 불확실도 구간이 작아지며, 포함되는 관측치가 GLUE에 비하여 적게 되는 것으로 확인되었다. ISPSO-GLUE의 개선을 통하여 TOPMODEL에 대한 적용성을 증진시키고, 값비싼 수문모형에 대한 매개변수 추정에 더 큰 효과를 가져올 것으로 기대된다.

• 한국지리정보학회지
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• 제7권4호
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• pp.155-165
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• 2004

유역의 수자원 분석을 위해서는 대상 유역의 특성 및 목적에 적합한 모형을 사용하여야 한다. 그러나 적합한 모형이 사용된다고 하더라도 사용되는 자료의 객관성과 타당성이 낮을 경우에는 기대하는 결과를 도출하기 어렵다. 따라서 선정된 모형의 입력자료와 이를 바탕으로 추정된 매개변수의 결정이 매우 중요하다고 할 수 있다. 본 연구에서는 수문모형의 입력자료인 유역의 시간자료와 공간자료를 구축하고 이를 대상유역의 기준자료로 선정하여 HyGIS(hydrological geographic information system) 의 시 공간DB에 저장하였다. 또한 TOPMODEL을 HyGIS와 연계시킴으로서 저장된 DB로부터 모형 구동에 필요한 시 공간자료를 손쉽게 사용할 수 있는 시스템을 개발하였다. 본 연구에서 개발한 시스템은 TOPMODEL에서 필요로 하는 시 공간 자료를 HyGIS의 DB로부터 입력하며, 매개변수를 결정하기 위해서는 유전자 알고리즘을 사용하였다. 연구결과 HyGIS의 시 공간DB는 TOPMODEL의 입력자료를 구성하고 매개변수를 추정하는데 효과적으로 사용될 수 있는 것으로 나타났으며, 향후 다양한 수자원 분석모형과 연계될 경우에도 적합하게 적용될 수 있는 가능성을 제시하였다.

• 대한지리학회지
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• 제44권3호
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• pp.207-223
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• 2009

토양수분의 공간적인 분포를 예측하는 TOPMODEL 지형지수는 지형특성을 기반으로 하는 분포형 환경연구에서 빈번히 활용되는 지형 인자이다. 지형지수에 대한 평가 및 개선은 최근까지도 활발하지만, 대부분은 수정된 다중 유향 알고리듬을 이용한 것들이고, 경사 알고리듬을 이용한 경우는 상대적으로 미흡하다. 본 연구에서는 무한 유향(Dinf) 알고리듬과 Horn 경사 알고리듬을 이용하여 지형지수를 개선하고, 이를 TOPMODEL에 적용하여 모의 수문반응에 대한 영향을 분석하고 평가했다. 연구결과 무한 유향(Dinf) 알고리듬과 Horn 경사 알고리듬을 이용할 경우, 기존 다중 유향(MD8) - 다중 경사(MDS) 알고리듬에 비해 토양수분의 공간적 분포에 보다 근접한 지형지수를 만들 수 있었다. 그러나 최종 유출구의 유출량 모의 효율은 향상되지 않았다. 이 결과는 분포형 환경연구 분야에서 적절한 유향 및 경사 알고리듬을 선택하는데 도움이 될 것이다.

• 한국산림과학회지
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• 제90권2호
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• pp.197-209
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• 2001

준분포형 수문모형인 TOPMODEL은 산림유역의 유출량, 주 유출경로 및 수질을 공간적으로 예측하는데 많이 적용된다. TOPMODEL은 물리모형이 아니라 일종의 개념모형이며 주요 구성요소는 지형지수와 토양의 수평전달계수로 각각 지표면과 지표하 유출의 기여면적을 계산하는데 이용된다. 본 연구는 우리나라의 소규모 산림유역에서 TOPMODEL의 적용성을 검증하기 위하여 수행되었다. 시험지는 1979년부터 임업연구원에서 운용하고 있으며 서울 근교 경기도 광릉시험림에 위치해 있다. 활엽수림 유역은 임령이 약 80년, 유역면적이 22.0ha이고, 침엽수림 유역은 임령이 약 22년, 유역면적이 13.6ha이다. 관측자료는 활엽수 유역의 경우 1995년 7월과 2000년 6월에 발생한 2개 강우-유출사상이고 침엽수 유역의 경우 1995년과 1999년 7월 그리고 2000년 8월의 3개 강우-유출사상을 이용하였다. 지형지수는 $10m{\times}10m$의 수치지형도를 만들어 계산하였다. 지형지수 분포는 활엽수림 유역의 경우 2.6에서 11.1, 침엽수림 유역은 2.7에서 16.0으로 나타났다. 모형의 예측 효율성을 목적함수로 최적화한 결과 모형매개변수(m)와 유역의 평균 포화수평전달계수($lnT_0$)가 높은 민감도를 나타내었다. 매개변수의 최적값은 활엽수림 유역의 경우 m값은 0.034와 0.038 그리고 $lnT_0$값은 8.672와 9.475였으며, 침엽수 유역의 경우 m값은 0.031, 0.032, 0.033 그리고 $lnT_0$값은 5.969, 7.129, 7.575였다 이들 값을 이용하여 모의한 결과 모형의 예측 효율성은 활엽수림 0.958과 0.909 그리고 침엽수림 0.825, 0.922와 0.961로서 비교적 높게 나타났다. 강우-유출량 관측치와 모의치를 이용하여 강우-수문곡선을 작성한 결과 두 유역 모두 유출지연시간은 잘 일치하였다. 일부 강우-유출사상의 경우 총유출량과 첨두유량의 관측치와 모의치 간에 다소 차이를 보였지만 TOPMODEL은 전반적으로 10% 이하의 오차범위에서 총유출량과 첨두유량을 예측할 수 있었다. 결론적으로 TOPMODEL은 우리나라의 미계측 산림유역에서 유출량을 산정하는데 유용한 수문모형이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2002년도 학술발표회 논문집(I)
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• pp.146-151
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• 2002