• Journal of Wetlands Research
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• v.18 no.2
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• pp.166-172
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• 2016

Accurate understanding of land surface is essential to analyze energy exchanges between earth surface and atmosphere. For the quantization of energy fluxes, the various researches about Land Surface Model(LSM) have been progressed. Among the various LSMs, the researches using Common Land Model(CLM) and Variable Infiltration Capacity(VIC) model are performed briskly. The CLM which is advanced LSM can calculate realistic results with few user defined parameters. The VIC model which is also typical LSM is widely used for estimation of energy fluxes and runoff in various fields. In this study, the energy fluxes which are net radiation, sensible heat flux, and latent heat flux were estimated using CLM and VIC model at Southern Sierra-Critical Zone Observatory(SS-CZO) site in California, United States. In case of net radiation and sensible heat flux, both models showed good agreement with observations, however, the CLM showed underestimated patterns of net radiation and sensible heat flux during precipitation period. In case of latent heat flux, the CLM represented better estimation of latent heat flux than VIC model which underestimated the latent heat flux. Through the estimation of energy fluxes and analysis of models' pros and cons, the applicability of CLM and VIC models and need of multi-model application were identified.

• KIEAE Journal
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• v.10 no.4
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• pp.9-17
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• 2010

The purpose of this study is to draw out objective bases for selecting various applicable facilities in case of the establishment of rainwater management strategies. To do so, sixteen facilities were selected from decentralized rainwater management systems that induce rainwater infiltration and detention as well as centralized end-of-pipe type infiltration and detention facilities in local areas. With these facilities, it attempted to evaluate them in terms of sustainability, pollutant elimination, flood control capacity and costs and subsequently analyzed correlations between each characteristic. The outcomes of the analysis were as follows: First was the analysis of characteristics between decentralized rainwater management systems and end-of-pipe rainwater management systems. From the decentralized rainwater management systems, the mulden-rigolen system and grass swale at street level had the highest in the total of the four items while the totals of the underground detention tank and temporary detention site were highest in end-of-pipe rainwater management systems. After analyzing the correlation between different types of facilities and each variable, it can be said that decentralized rainwater management systems have a higher correlation than end-of-pipe rainwater management systems in terms of sustainability whereas the latter are better in flood control capacity than the former. Second, the analysis of correlation in variables of each facility is as follows: first, there is a negative correlation between sustainability value and flood control capacity value; and there is a positive correlation between flood control capability and pollutants elimination. In addition, it revealed that the higher the flood control and pollutant elimination capability the higher the facility costs. Based on these assessments, it is possible to use them as objective selection criteria for facility application in case of site development project or complex plan.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.378-378
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• 2023

본 연구에서는 한반도 전지역의 격자화를 통해 다중유역에 대한 유출량 모의 능력 평가를 제시하고자 한다. 이를 위해 기상청에서 제공하는 ASOS(종관기상관측) 자료를 IDW(Inverse Distance Weighting) 보간법으로 격자화하였고, GIS(Geographic Information System)를 활용하여 지형자료를 격자에 맞추어 구축하였다. 이렇게 구축한 자료를 사용하여 다중유역의 유출량을 Variable Infiltration Capacity(VIC) 모형으로 모의하였다. VIC 모형은 토양, 식생 및 대기 사이의 물과 에너지의 물리적 교환을 모의하는 동시에 식생 다양성, 가변 침투가 있는 다중 토양층 및 비선형 기반 흐름을 고려하는 모형이다. 이러한 모형을 다중유역에 대해 전역 매개변수를 추정하였고 총 26개의 다중관측지점에서 일별 유출량을 모의하였다. 모의된 유출량은 NSE(Nash-Sutcliffe Efficiency)를 통해 평가하였다. 본 연구에서 구축한 대규모 수문모형은 향후 우리나라의 다양한 수자원 관리(Water resources management)에 활용될 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.66-66
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• 2023

대규모 댐의 운영으로 인한 인위적인 유량 교란은 물리 기반 수문모형의 정확한 하천유량 모의를 어렵게 만든다. 이러한 한계를 극복하기 위해, 상류의 자연형 유역 모의를 위한 물리 기반 수문모형 Variable Infiltration Capacity model과 댐 운영 모의를 위한 딥러닝 기반 모델을 결합한 하이브리드 모델링 프레임워크를 개발하였다. 본 연구는 수도권의 주요 상수원이자 대규모 댐들이 존재하는 팔당댐 유역을 대상으로, 물리 기반 수문모형만을 기반으로 구축한 단일 및 계단식 구조의 모델과 하이브리드 모델의 예측 성능을 비교하였다. 2015년부터 2019년까지의 검증 기간 동안, 하이브리드 모델, 단일 및 계단식 구조 모델의 Nash-Sutcliffe Efficiency는 각각 0.6410, -0.1054 그리고 0.2564로 하이브리드 모델의 성능이 가장 높은 것으로 나타났다. 이는 머신러닝 알고리즘을 이용한 댐 운영 고려가 정확한 하천유량 평가를 위해서 필수적임을 시사한다. 이러한 결과는 수자원 관리, 홍수 예측 등 다양한 분야에서 활용될 수 있으며, 특히 미래의 지속 가능한 물 관리를 위해 실무자에게 정확한 자료를 제공하는 데 기여할 수 있다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.50 no.12
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• pp.837-847
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• 2017

Land Surface Model (LSM) was developed for the Soyang river basin located in Korean Peninsula to clarify the spatio-temporal variability of hydrological weather parameters. Variable Infiltration Capacity (VIC) model was used as a LSM. The spatial resolution of the model was 10 km and the time resolution was 1 day. Based on the daily flow data from 2007 to 2010, the 7 parameters of the model were calibrated using the Isolated Particle Swarm Optimization algorithm and the model was verified using the daily flow data from 2011 to 2014. The model showed a Nash-Sutcliffe Coefficient of 0.90 and a correlation coefficient of 0.95 for both calibration and validation periods. The hydrometeorological variables estimated for the Soyang river basin reflected well the seasonal characteristics of summer rainfall concentration, the change of short and shortwave radiation due to temperature change, the change of surface temperature, the evaporation and vegetation increase in the cover layer, and the corresponding change in total evapotranspiration. The model soil moisture data was compared with in-situ soil moisture data. The slope of the trend line relating the two data was 1.087 and correlation coefficient was 0.723 for the Spring, Summer and Fall season. The result of this study suggests that the LSM can be used as a powerful tool in developing precise and efficient water resources plans by providing accurate understanding on the spatio-temporal variation of hydrometeorological variables.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.55 no.12
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• pp.1115-1124
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• 2022

The impact of climate change on water resources was evaluated for Chungju Dam and Soyang-gang Dam basins by constructing an integrated modeling framework consisting of a dam inflow prediction model based on the Variable Infiltration Capacity (VIC) model, a distributed hydrologic model, and an LSTM based dam outflow prediction model. Considering the uncertainty of future climate data, four models of CMIP6 GCM were used as input data of VIC model for future period (2021-2100). As a result of applying future climate data, the average inflow for period increased as the future progressed, and the inflow in the far future (2070-2100) increased by up to 22% compared to that of the observation period (1986-2020). The minimum value of dam discharge lasting 4~50 days was significantly lower than the observed value. This indicates that droughts may occur over a longer period than observed in the past, meaning that citizens of Seoul metropolitan areas may experience severe water shortages due to future droughts. In addition, compared to the near and middle futures, the change in water storage has occurred rapidly in the far future, suggesting that the difficulties of water resource management may increase.

• Journal of Wetlands Research
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• v.25 no.2
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• pp.121-131
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• 2023

This study examines the possible problem in the rainfall-runoff analysis process using the VIC (Variable Infiltration Capacity) model caused by using the effective soil depth instead of the soil depth. The parameters of the model are determined as follows. First, parameters that can be determined using available numerical information are fixed. For parameters related to direct runoff and base runoff, the recommended values of the VIC model are applied. In the case of soil depth, four cases are considered: (1) the effective soil depth is applied as the soil depth, (2) 1.5 times of the effective soil depth is applied as the soil depth by reflecting the vertical structure of the soil layer, (3) 1.25 times of the effective soil depth, and (4) 2.0 times of the effective soil depth as alternative soil depths. This study simulates the rainfall-runoff for the period from 1983 to 2020 targeting the Chungju Dam and Soyang River Dam basins of the Han River system. As a result of the study, it is confirmed that when the effective soil depth is applied instead of the soil depth, direct runoff and baseflow have opposite effects, and direct runoff increases by more than 3% while base runoff decreases by the same scale. In addition, the most influential factor in the estimation of the effective soil depth in the Chungju Dam and Soyanggang Dam basins is found to be the proportion of rock outcrop area. The difference between the direct runoff ratio and the base runoff ratio in the two basins is conformed significantly different due to the influence of the rock outcrop area.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.160-160
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• 2017

본 연구는 앙상블 칼만필터(Ensemble Kalman Filter)를 통해 인공위성 기반 토양수분 자료를 수문모형에 동화하여 단위 격자에 대한 수문인자를 산출하고자 한다. 수문모형은 Variable Infiltration Capacity(VIC) model을 대상으로 수행하였으며, 시범 유역으로는 소양강댐 유역을 선정하였다. 입력자료는 2007년 이후 8년간 자료를 수집하였으며, 2007-2010년 관측 유량 자료를 사용하여 모형을 보정하고, 2011-2014년 자료를 통하여 검증하였다. Isolated-Speciation Particle Swarm Optimization(ISPSO) 기법을 통하여 매개변수를 추정하였고, 보정기간 뿐 아니라 검증 기간에 대해서도 높은 모형효율성계수를 얻을 수 있었다. VIC 모형 자료 동화 대상 자료로는 AMSR2 위성 토양 수분 자료, 지상관측 토양수분 보간자료 및 조건부합성방법을 통한 위성/지점 융합 토양수분을 선정하였다. 위성 토양 수분 자료는 값을 과대 추정하는 경향이 있었으며, 지상관측 보간 자료는 유량이 큰 사상에 대한 첨두 유량을 과소 추정하는 경향을 보였다. 인공위성자료와 지상 자료를 합성한 조건부합성기법 토양수분자료는 더 정확한 추정이 가능하여 모의의 정확도가 향상되었다. 본 연구를 통해서 미계측 유역에 대해 격자별 수문기상인자 정보를 제공할 수 있으며, 데이터베이스를 구축하여 다양한 수문분석에 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.282-282
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• 2016

지표수문해석모형이란 전 지구를 대상으로 수문해석 및 예측이 가능한 분포형 수문모형이다. 본 연구에서는 CSEOF(Cyclostationary Empirical Orthogonal Functions) 분석 방법을 이용하여 지표수문해석 모형 중 하나인 VIC(Variable Infiltration Capacity)모형의 토양수분 모의 성능을 평가해보고자 한다. 이를 위하여 먼저 남한에 대한 VIC 모형으로 모의한 토양수분 예측 결과와 관측자료를 수집하였다. 모의 성능 평가 기간은 1976년부터 2006년까지이다. 이후 본 연구에서는 수집된 VIC 모형의 예측 결과와 관측 자료에 대한 CSEOF 분석을 수행하여 각 자료의 월별 주된 변동 특성을 추출하였다. VIC 모형의 예측 결과와 관측자료의 상관관계는 CSEOF 분석 결과에 대한 Pattern Correlation으로 정량화되었다. 이와 더불어 본 연구에서는 모형의 모의 성능 평가에 주로 사용되는 NRMSE(Nomalized Root Mean Square Error)를 산정하여 예측 결과의 오차를 평가하였다. Pattern Correlation과 NRMSE를 모두 고려하여 VIC 모형의 성능을 평가해본 결과, 건기에 해당하는 기간과 우기에 해당하는 기간의 모의 성능이 다르게 나타났다. 본 연구의 결과는 추후에 지표수문해석 모형의 예측 결과를 이용하는 기후변화 관련 연구에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.301-301
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• 2018

본 연구에서는 위성 기반 토양수분 자료를 수문모형에 자료동화하여 격자 단위에서 수문기상인자를 산출하고 그 정확성을 평가하였다. 수문모형으로는 Variable Infiltration Capacity(VIC) model을 선정하여 국내 주요 8개 댐 유역에 구축하였으며, 입력자료는 2008년 이후 10년간 자료를 수집하였으며, 2008-2012년의 관측 유량 자료를 사용하여 모형을 보정하였다. 모형의 보정을 위해 Isolated-Speciation Particle Swarm Optimization(ISPSO) 기법을 적용하여 매개변수를 추정하였고, 2013-2017년의 관측유량 자료를 통하여 모형의 성능을 검증하였다. VIC 모형에 자료 동화한 토양수분 자료는 AMSR2 위성 토양 수분 자료와 지상관측 토양수분 자료를 합성한 자료를 사용하였으며, 인공위성자료와 지상 자료를 조건부합성기법으로 합성한 토양수분자료는 각 격자별 토양수분을 더 정확히 산정하여 자료동화시 모형의 모의 정확도가 향상되는 경향을 보였다. 본 연구결과는 지상관측자료를 통해 보정된 위성관측 토양수분자료를 자료동화하여 수문모형의 정확도를 향상시키고, 미계측 유역에 대한 향상된 수문기상인자 정보를 제공함으로써 다양한 수문분석의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.