• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.37 no.1
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• pp.29-41
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• 2017

Design rainfalls are one of the most important hydrologic data for river management, hydraulic structure design and risk analysis. The design rainfalls are first estimated by a point frequency analysis and the IDF (intensity-duration-frequency) curve is then constructed by a nonlinear regression to either interpolate or extrapolate the design rainfalls for other durations which are not used in the frequency analysis. It has been widely recognised that the more reliable approaches are required to better account for uncertainties associated with the model parameters under circumstances where limited hydrologic data are available for the watershed of interest. For these reasons, this study developed a hierarchical Bayesian based GLM (generalized linear model) for a regional frequency analysis in conjunction with a scaling function of the parameters in probability distribution. The proposed model provided a reliable estimation of a set of parameters for each individual station, as well as offered a regional estimate of the parameters, which allow us to have a regional IDF curve. Overall, we expected the proposed model can be used for different aspects of water resources planning at various stages and in addition for the ungaged basin.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.39 no.5 s.166
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• pp.431-440
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• 2006

Recently, water conflicts are rapidly increasing and more serious. So, it needs to establish the reasonable water allocation rules and criteria. This study aims at performing inter-sectoral water allocation with a focus on economic effciency and social utility. To allocate water among the sectoral water uses, water shortage damage functions were estimated and then converged to the utility functions. Finally, each sectoral water uses are allocated by applying 'law equimarginal utility' to maximize social utility. Also weighting factor which reflects scale and characteristic of water demand in a region was estimated to perform the inter-regional water allocation. The water allocation rule was applied to the future water-deficit situation in Han-river basin. As a result, domestic water use was allocated more sufficient agricultural and industrial water use. Also, the water shortage occurs severely in the rural area like Gangwon-do because of its low urbanization and industrialization. This study suggests a alternative view of the economic water allocation which have difficulty under water supply mechanism in Korea.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.45 no.1
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• pp.91-99
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• 2012

In this study, it was proposed that extension techniques of 8 day interval recorded stream-flow data which has been produced at the mouth of unit watersheds for TMDLs to daily one. The concept of this method was that the missing data at partial recording station was filled by using the daily data at a nearby, hydrologically similar streamgaging station. First, same day stream-flow was extracted from the daily stream-flow. Then, the extension equation was developed based on the sample data when the same day stream-flow from daily data and the partially recorded stream-flow was deeply related each other. The missing data was interpolated or extrapolated by the equation. Especially the maintenance of variance extension (MOVE) technique was used to derive the equation and was validated. Finally the 8-day interval recorded stream-flow at the mouth of unit watersheds in Han River Basin for TMDLs was extended to continuously daily data by using the method proposed in this study. And the low flow at each unit watershed was evaluated according to the flow-duration curve.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.44 no.5
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• pp.389-406
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• 2011

The objective of this study is to examine the climate change impact assessment on Korean water resources considering the uncertainties of Global Climate Models (GCMs) and hydrological models. The 3 different emission scenarios (A2, A1B, B1) and 13 GCMs' results are used to consider the uncertainties of the emission scenario and GCM, while PRMS, SWAT, and SLURP models are employed to consider the effects of hydrological model structures and potential evapotranspiration (PET) computation methods. The 312 ensemble results are provided to 109 mid-size sub-basins over South Korean and Gaussian kernel density functions obtained from their ensemble results are suggested with the ensemble mean and their variabilities of the results. It shows that the summer and winter runoffs are expected to be increased and spring runoff to be decreased for the future 3 periods relative to past 30-year reference period. It also provides that annual average runoff increased over all sub-basins, but the increases in the northern basins including Han River basin are greater than those in the southern basins. Due to the reason that the increase in annual average runoff is mainly caused by the increase in summer runoff and consequently the seasonal runoff variations according to climate change would be severe, the climate change impact on Korean water resources could intensify the difficulties to water resources conservation and management. On the other hand, as regards to the uncertainties, the highest and lowest ones are in winter and summer seasons, respectively.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.1253-1257
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• 2010

강원도 홍천군 내면에 위치한 비점오염 관리지역의 강우시 유출 특성을 파악하고, 비교하기위해 연구를 수행하였다. 2009년 6월부터 2009년 11월까지의 연구기간 중 강우량이 비교적 많은 7회의 강우사상에 대하여 단위면적당 유출량, 유량가중평균농도, 단위면적당 오염부하를 비교하며, 분석하였다. 강우사상별 단위면적당 총 유출량은 저감시설의 설치 유 무에 따라 명확한 경향이 나타나지 않았다. 자운천 유역의 SS, TP의 유량 가중평균농도는 각각 4.0~1440.4 mg/L와 0.024~0.267 mg/L의 범위로 나타났으며, 덕두원 유역의 SS, TP의 유량가중평균농도는 각각 6.2~1001.1 mg/L, 0.039~0.226 mg/L의 범위로 나타났다. 지령골 유역의 SS, TP의 유량가중평균농도는 각각 3.4~1050.6 mg/L, 0.08~0.342 mg/L의 범위로 조사되었다. 10차, 11차, 12차, 26차의 SS 항목에서는 비점오염 저감시설이 설치된 자운천과 덕두원 유역에 비해 다소 높은 것으로 나타났으며, TP는 대부분의 강우사상에서 지령골의 유량가중평균농도가 높았다. 자운천의 강우사상에 따른 SS의 단위면적당 오염부하는 0.24~1,397.85 kg/ha의 범위로 나타났으며, 덕두원과 지령골에서 산정된 SS의 단위면적당 오염부하는 각각 0.06~1,236.78 kg/ha와 0.29~894.81 kg/ha로서 8차와 9차 강우사상을 제외한 나머지 강우사상에서는 비점오염 저감시설이 설치되지 않은 지령골에서 더 많은 양이 발생하였다. TP의 경우 자운천과 덕두원 유역의 단위면적당 TP 오염부하는 각각 0.0006~0.33 kg/ha와 0.0005~0.21 kg/ha의 범위로 나타났으며, 지령골 유역의 강우사상에 따른 단위면적당 오염부하는 0.003~0.29 kg/ha의 범위로서 저감시설이 설치된 자운천과 덕두원 유역보다 높게 나타났다. 단위면적당 오염부하에 기초할 때, 비점오염 저감시설이 설치된 소유역에서 SS와 TP 항목에 대한 저감효과가 나타났다. 하지만 짧은 모니터링 기간과 자료의 부족으로 인해 비교 및 분석의 한계가 있다고 판단된다. 본 연구는 지속적인 모니터링으로 더 많은 자료가 확보될 때 비점오염 저감사업의 효과를 극대화시킬 수 있는 방안을 제시 할 수 있을 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.608-608
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• 2012

현재 기후변화의 기상변동성이 커짐에 따라 태풍 및 집중호우 등의 이상기후 현상이 전 지구상에 걸쳐 광역적으로 나타나고 있다. IPCC에서는 이러한 기후변화가 기온 상승에 따른 증발산량의 증가, 강수량 및 유출량의 시공간적 분포의 변동 등을 초래하여 수자원의 효율적 관리 및 안정적인 공급에 어려움을 증대시킬 것으로 전망하였다. 뿐만 아니라 현재 국내 전반에 걸쳐 4대강 사업이 진행되고 있고, 낙동강에서도 낙동강 살리기 사업이 실시되어 주변 지형들의 변화가 진행되고 있다. 이러한 지형의 변화는 현재까지 구축되어 있는 기존자료의 대폭적인 변화를 의미하므로 홍수관련 연구결과에도 변화를 의미하고 있다. 이에 따라 4대강 사업 이후의 기후 변화에 따른 낙동강유역에서의 유출량의 증가를 분석하여 극한홍수의 발생가능성을 제시하고 이러한 극한홍수발생에 따른 위험지역도 과거에 의해 변경될 것으로 판단되어 국내외적으로 하천의 수리검토에 널리 사용되고 있는 1차원 수리해석 프로그램인 FLDWAV를 이용하여 취약지점을 분석하고 위험도를 분석하고자 한다. 낙동강 살리기 사업으로 낙동강에 건설된 8개의 보를 고려한 본류 및 지류에서의 제내지 및 제외지 지형데이터를 구축하고 구축된 자료을 이용해 낙동강 본류 및 지류에 대해서 극한홍수시 200년 빈도, 500년 빈도 홍수량 및 홍수위를 FLDWAV를 통해 정상류로 계산해서 예측하고 500년 빈도 홍수량과 홍수위를 부정류로 계산하여 제방고와 홍수위를 비교하여 범람위험지역을 선정하였다. 그리고 그 결과를 통해 GIS를 통하여 범람위험지역 제내지의 주요도심 구간 포함, 범람 범위를 분석함과 동시에 극한홍수에 따른 도심구간, 비도시구간 등의 범람범위를 분석하였다. 또한 선정한 범람위험지역의 범람 피해규모를 산정하고 피해범위의 현황을 파악하였다. 연구의 결과는 다음과 같이 나타났다. 500년 빈도 홍수시 범람위험지역은 낙동강 본류의 하류부에서 각각 154.7km, 123.2km, 12.9km에 위치한 지점이 선정되었으며 각 지점의 피해규모는 제내지에 범람된 유출량의 수위는 각각 21.7m, 24.3m, 2.11m로 계산되었고 이때의 피해면적은 각각 $2.68km^2$, $2.64km^2$, $1.25km^2$로 나타났다. 이 결과는 기후변화로 인한 극한홍수 발생 가능성과 취약지점의 분석을 통한 지역의 홍수피해 저감과 정책개발에 기본 자료로 활용될 것이며 낙동강 살리기 사업으로 인한 하천주변 지형의 변화를 제공함으로서 앞으로 진행될 연구의 기본 자료로서 이용가능 할 것으로 판단된다. 또한 이전의 홍수방어계획을 개선한 새로운 홍수방어계획의 수립을 통하여 향후 발생될 홍수의 예방 및 대응방안 수립의 참고자료로 이용될 것이며 제내지 및 제외지의 공간확보 연구를 통해 해당 지자체의 토지매수계획의 참고자료로 이용 가능할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.642-642
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• 2012

최근에 들어 지구온난화에 따른 기후변화의 영향으로 국지성 집중호우와 돌발성 호우가 한반도 뿐 아니라 전 세계적으로도 많이 나타나고 있고, 그로 인한 이상홍수의 발생이 우리나라의 인명 및 재산피해를 날로 증가시키고 있는 추세이다. 그러나 현재 국내의 홍수방어시스템은 정확도 및 선행시간 확보 등의 측면에서 국민들의 요구수준까지는 그 역할을 수행하지 못하고 있는 실정이다. 또한 최근 4대강 살리기 사업을 통해 수행된 보 설치 및 하도 준설로 인해 하천환경의 변화가 크게 발생하여, 보다 정확하고 신속한 홍수위 예측기법이 요구되고 있는 실정이다. 이에 따라 현재 4대강 홍수통제소에서는 정확한 홍수위예측을 위해 4대강 본류 및 주요 지류에 대해 수리모형을 구축하고 있고, 기존의 저류함수모형에 의한 강우-유출 해석기법을 적용하여 주요 지류에 대한 유입량을 산정하기 위한 모형을 구축중에 있다. 국내 홍수방어 시스템에 현재까지 사용되어 오고 있는 저류함수모형 및 수위-유량 관계식을 이용한 방법은 물리적 기반의 홍수예측모형으로 유역의 지형학적 인자와 그에 따른 여러 변수를 포함하기 때문에 하천환경의 변화로 인해 각각의 추적과정에서 오차들이 발생하여 해석결과에 영향을 미치는 단점이 있다. 이에 반해 데이터 기반 모형은 강우-유출 모형에서 사용되는 많은 수문학적 자료 및 매개변수들의 사용 없이 오직 수위 및 강우측정 자료만을 이용하여 홍수를 예측하는 모형이다. 본 연구에서는 낙동강 유역에 대해 보다 정확한 홍수위 예측을 위해 현재 낙동강홍수통제소에서 구축중인 낙동강 본류의 수리모형의 주요 지류의 유입량 산정을 위해 기존의 물리적 기반 모형이 아닌 뉴로-퍼지(Neuro-Fuzzy) 모형을 이용한 data 기반 모형을 적용해 기존 물리적 기반 모형과 비교 분석 하고자 하였다. 낙동강의 주요지류인 감천, 금호강, 남강, 내성천, 밀양강, 반변천, 위천, 황강을 적용유역으로 선정하여 유역별로 티센망을 구축하였고, 각 지류별로 수위관측소를 선정하여 최근 10년동안 낙동강유역의 홍수예 경보가 발령되었거나 많은 비가 온 사상을 선정해 모형을 검증하였다. 모형은 실시간 수위측정 자료와 강우자료 및 해당유역 댐의 방류량 자료를 이용해 유역별 최적 입력자료 조합을 선정하여 간단하게 구축할 수 있었다. 또한 10분 단위 및 30분 단위의 입출력 자료로 모형을 구축하여 비교하였다. 이번 연구에서 수행한 낙동강유역에서의 뉴로-퍼지(Neuro-Fuzzy) 모형을 이용한 홍수예측기법을 통해 몇가지 data만으로 유역의 주요지점에 대한 홍수위와 홍수량을 예측할 수 있음을 확인할 수 있었다. 모의 결과는 실측치와 비교해 정확도 면에서 우수함을 보여 주었으나 예측시간이 길어질수록 실측치의 경향을 벗어나는 결과를 보였다. 그러나 실시간 홍수예 경보에 있어서는 만족할만한 선행시간을 확보할 수 있었다. 구축된 Data 기반 모형이 물리적 기반 모형과 더불어 낙동강 홍수예 경보를 위한 모형으로 사용될 수 있다면 보다 효율적인 예 경보 체계 구축에 도움을 줄 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.982-982
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• 2012

본 연구에서는 우리나라의 중 소규모 유역의 수문학적 위험도 분석을 위하여 한강유역을 대상으로 통합위험지수(IRI: Integrated Risk Index)를 산정하였으며, El Ni$\tilde{n}$o-Southern Oscillation (ENSO)에 의한 대규모 대기순환 패턴의 변화가 한강 유역의 통합위험지수 변화에 미치는 영향을 평가하였다. ENSO자료는 전통적인 El Ni$\tilde{n}$o에 해당하는 Cold-tongue (CT) El Ni$\tilde{n}$o와 중앙태평양 부근의 이상적인 해수면 온도 상승에 의한 Warm-pool (WP) El Ni$\tilde{n}$o, 그리고 해수면 온도가 이상적으로 낮게 관측되는 La Ni$\tilde{n}$a 기간으로 구분하였으며, 각 기간 중 가장 강한 ENSO가 발생한 해(CT El Ni$\tilde{n}$o, 1998; WP El Ni$\tilde{n}$o, 2005; La Ni$\tilde{n}$a, 2000)를 대상으로 통합위험지수를 산정하였다. 통합위험지수는 수문학적 요인(Hydrologic Components), 사회 경제적 요인(Socio-Economic Components)과 생태적 요인(Ecological Components)으로 구분하였고, 엔트로피(entropy) 기법을 통하여 각 인자와 요인별 가중치를 적용하였다. 중권역별 통합위험지수의 평가는 5개의 계급구간(Very High, High, Medium, Low, Very Low)으로 구분하였다. 분석결과, CT El Ni$\tilde{n}$o해의 유역평균 IRI 값은 0.58, WP El Ni$\tilde{n}$o해의 IRI 값은 0.57로 비슷한 결과를 보였으나, La Ni$\tilde{n}$a해에는 IRI 값이 0.41로 낮게 나타났다. CT와 WP El Ni$\tilde{n}$o해에는 한강 서쪽일부 중권역에서 통합위험지수가 높게 나타났으며, La Ni$\tilde{n}$a해에는 한강 중 동부 대부분 유역에서 낮게 분석되었다. 향후 유역별 통합위험지수 산정과 더불어 서로 다른 형태의 ENSO에 따른 수자원 변동 예측이 이루어진다면, 수자원의 효율적인 관리와 안정적인 용수공급에 도움을 줄 것으로 사료되며, 이는 유역별 수자원의 취약성 평가 및 위험도 분석을 위한 기초자료로 활용이 가능하리라 사료된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.50 no.11
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• pp.769-779
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• 2017

As the occurrence of drought is recently on the rise, the reliable drought forecasting is required for developing the drought mitigation and proactive management of water resources. This study developed a probabilistic hydrological drought forecasting method using the Bayesian Networks and drought propagation relationship to estimate future drought with the forecast uncertainty, named as the Propagated Bayesian Networks Drought Forecasting (PBNDF) model. The proposed PBNDF model was composed with 4 nodes of past, current, multi-model ensemble (MME) forecasted information and the drought propagation relationship. Using Palmer Hydrological Drought Index (PHDI), the PBNDF model was applied to forecast the hydrological drought condition at 10 gauging stations in Nakdong River basin. The receiver operating characteristics (ROC) curve analysis was applied to measure the forecast skill of the forecast mean values. The root mean squared error (RMSE) and skill score (SS) were employed to compare the forecast performance with previously developed forecast models (persistence forecast, Bayesian network drought forecast). We found that the forecast skill of PBNDF model showed better performance with low RMSE and high SS of 0.1~0.15. The overall results mean the PBNDF model had good potential in probabilistic drought forecasting.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.487-487
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• 2018

본 연구에서는 2017년 5월부터 12월까지 주단위로 낙동강 수계 5개 보 구간(칠곡보~창녕함안보)에서 본류와 유입지천의 유기물(BOD, $COD_{Mn}$, TOC) 분석 및 상관관계 조사하였으며, 강정고령보~창녕함안보의 대표지점에 대해서는 용존유기물(DOC)의 분해특성을 조사하였다. 본류의 유기물 농도는 BOD $2.7mgO_2/L$($2.3{\sim}3.1mgO_2/L$), $COD_{Mn}$ $5.6mgO_2/L$($5.0{\sim}6.2mgO_2/L$), TOC 4.7 mgC/L($4.2{\sim}5.2mgO_2/L$), 유입지천은 BOD $3.4mgO_2/L$($1.1{\sim}5.6mgO_2/L$), $COD_{Mn}$ $7.1mgO_2/L$($2.5{\sim}10.9mgO_2/L$), TOC $5.7mgO_2/L$(2.3~8.7 mgC/L)로 각각 나타났다. 유기물간 상관성 분석결과 본류의 BOD와 COD, TOC 상관계수(r)은 각각 0.97, 0.98, COD와 TOC는 0.91, 유입지천의 BOD와 COD, TOC는 각각 0.81, 076, COD와 TOC는 0.99로 나타났다. 본류 구간에서 탄소로 환산된 BOD-C/TOC 산화율은 21.5%(20.4~22.5%), COD-C/TOC 45.7%(44.3~48.0%), 유입지천의 BOD-C/TOC 산화율은 23.6%(13.1~31.0%), COD-C/TOC 48.0%(41.3~53.3%)로 각각 나타났다. 강정고령보~창녕함안보 대표지점의 DOC 분해특성은 DOC 중 R-DOC가 86.9%(74.5~94.3%), L-DOC 13.0%(5.7~25.5%)로 나타났다. L-DOC의 분해속도(k)는 0.21 /day(0.11~0.38 /day)로 계산되었으며, 보별 평균 분해속도는 합천창녕보(0.25 /day) > 강정고령보(0.22 /day) > 창녕함안보(0.21 /day) > 달성보(0.18 /day)순으로 나타났다. 유기물 농도는 본류에서는 하류로 갈수록 증가하는 경향을 보였으며, 유입지천은 지점별로 다양하게 나타났다. 유기물간 상관성은 유입지천보다 본류구간이 상관계수가 높게 나타났다. TOC에 대한 BOD와 $COD_{Mn}$산화율은 본류구간 보다 유입지천에서 큰 변동을 보였으며, 실제 유기물 총량 대비 BOD와 $COD_{Mn}$은 각각 77.0%, 52.7% 낮게 나타났다. DOC 중 난분해성 유기물이 대부분을 차지하였으며, 타 보 대비 달성보 내에 난분해성 유기물이 높은 것으로 나타났다.