• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.29 no.1D
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• pp.145-151
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• 2009

Recently, the rapid development of GIS technology has made it possible to handle a various data associated with spatially hydrological parameters with their attribute information. Therefore, there has been a shift in focus from lumped runoff models to distributed runoff models, as the latter can consider temporal and spatial variations of discharge. This research is to evaluate the feasibility of GIS based distributed model using radar rainfall which can express temporal and spatial distribution in actual dam watershed during flood runoff period. K-DRUM (K-water hydrologic & hydaulic Distributed flood RUnoff Model) which was developed to calculate flood discharge connected to radar rainfall based on long-term runoff model developed by Kyoto- University DPRI (Disaster Prevention Research Institute), and Yondam-Dam watershed ($930km^2$) was applied as study site. Distributed rainfall according to grid resolution was generated by using preprocess program of radar rainfall, from JIN radar. Also, GIS hydrological parameters were extracted from basic GIS data such as DEM, land cover and soil map, and used as input data of distributed model (K-DRUM). Results of this research can provide a base for building of real-time short-term rainfall runoff forecast system according to flash flood in near future.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.604-604
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• 2012

국지성 집중호우에 따른 도심지 내수 침수 피해의 주원인으로 하수관거의 설계기준을 초과하는 강우가 침수피해의 주요 원인이며, 도심화로 인해 불투수 면적이 증가함에 따라 유출되는 시간이 짧아 저지대의 피해는 불가피하다. 2010년과 2011년에 100년 이상의 강우사상이 서울시에 연이어 나타나면서 집중호우로 인한 피해지역이 유사하게 나타났으며, 광화문 거리의 연이은 침수는 현재 서울시의 하수관거의 용량과 빗물펌프장 및 저류조 시설로 구성된 기존 수방대책의 한계점을 보이고 있다. 이에 서울시는 광화문 일대의 배수능력을 향상시키기 위하여 효자배수분구 빗물배수터널을 계획하고 있다. 일본, 미국 및 유럽 등지에서는 대심도 지하수로 시설에 대한 수리실험 및 수치 연구를 바탕으로 다양한 지하방수로가 건설되어 국지성 집중 강우에 대해 적절히 대응하고 있으나, 국내의 경우에는 대심도 지하방수로 시설에 대한 연구가 미비하여 지하방수로 설계 지침 및 기술적 자료가 부족한 실정이다. 그러므로 대심도 빗물배수터널 시설에서의 흐름특성 분석에 관한 수리실험 및 수치해석 등의 구체적인 연구가 필요하다고 판단된다. 본 연구에서는 수리모형 실험의 물질적 및 시간적 한계를 극복하기 위하여 일반적으로 3차원 유체거동의 특성분석에 많이 사용되는 Fluent 6.3 모형을 이용하여 대심도 빗물배수터널 시설의 접선식 유입구에 대한 흐름특성을 수치모의 하였다. 접선식 유입구 및 수직갱(drop shaft)에 대한 기하 모형의 격자망은 수치해석의 안정성 확보를 위하여 그림 1과 같이 6면체 격자로 구성하였다. 맨홀 내의 다상유동을 고려하기 위하여 VOF(Volume of Fluid) Scheme을 적용하였으며, 수치해석 방법으로는 비정상류, 1st order implicit method를 사용하였다. Fluent에서의 난류 흐름을 계산하는 방법에는 난류 운동에너지와 난류 에너지 소산율 $\epsilon$의 전달 방정식을 도입한 k-$\epsilon$ 난류 모형을 채택하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.92-92
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• 2011

수자원장기종합계획(2006)에 따르면, 우리나라는 물부족이 예상이 되고 있고, 이러한 물부족 현상은 기후변화의 영향으로 더욱 악화될 것으로 예상된다. 기후변화에 따른 물부족에 대응하기 위해서는 현행 지표수 및 지하수(Blue Water) 위주의 수자원관리와 더불어 그전에는 수자원으로 인식되지 않았던 토양수(Green Water)를 새로운 개념의 수자원으로 인식하는 것이 필요하다. 토양수는 현재 물사용량 중에서 가장 많은 비중을 차지하는 농업용수 부분에 효율적으로 활용하면, 지표수나 지하수와 같은 수자원을 대체하는 효과가 있다. 기후변화에 따른 물부족에 대응한 토양수의 효율적 활용을 위해서는, 과거 뿐아니라 미래의 지역별 시기별 토양수 공간분포특성을 분석하는 것이 선행되어야 한다. 그러므로 본 연구에서는 토양수의 분석을 통한 미래 물부족 해결에 도움이 될 새로운 수자원 관리의 기틀을 마련하기 위해 토양수 분포특성분석모델을 개발하고, 이를 활용해 과거 및 미래의 토양수의 공간분포특성을 분석한다. 토양수 분포특성분석모델은 선행 5일간의 일 강우데이터 값을 표준선행강우지표(Normalized Antecedent Precipitation Index)에 적용하여 일 단위 토양수 상태(Wet, Average, Dry condition)를 계산하는 모델이다. 과거 토양수 분석에는 인공위성 강우데이터(Tropical Rainfall Measuring Mission 3B42)를, 미래 토양수 분석을 위해서는 기상청에서 제공하는 국가표준 기후변화 시나리오(A1B)를 각각 사용하여, 과거 데이터는 27km의 격자로, 미래는 25km 격자크기로 한반도 전체의 일 단위 토양수 상태를 계산했다. 계산된 토양수 결과를 활용해 연 월별 그리고 토양수를 쓸 수 있는 시기, 즉 식물이 자라는 시기(4-9월)의 특성을 분석했다. 이를 통해 향후 기후변화에 따른 물부족 대응 토양수 수자원 활용방안에 도움이 될 것으로 예상된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.372-372
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• 2019

본 논문에서는 격자 기반의 2차원 침수해석 모형인 G2D(Grid based 2-Dimensional land surface flood model)의 GUI 개발에 대해서 기술하였다. G2D 모형은 ASCII 래스터 포맷의 DEM을 이용하여 정형 사각격자로 구성되는 침수모의 도메인을 설정하고, 수위, 수심, 유량 등의 경계조건과 강우와 유량을 연속방정식의 생성항으로 사용하여 2차원 침수모의를 한다. 주요한 침수모의 결과는 ASCII 래스터 포맷을 가지는 수심과 수위 등이다. 이와 같이 G2D 모형은 ASCII 래스터 파일을 주로 이용하고 있다. 본 연구에서는 우선 래스터 파일의 전후처리와 침수모의 결과의 가시화에 대한 편의성을 높이기 위해서 GIS 소프트웨어를 이용하여 GUI를 개발하고자 하였다. 이와 더불어 사용자들이 소프트웨어 구매 비용에 대한 부담을 없애고, 편리하게 사용할 수 있는 오픈소스 소프트웨어를 이용하고자 하였으며, 이 두 가지 조건을 만족할 수 있는 QGIS를 이용해서 G2D 모형의 GUI인 QGIS-G2D를 개발하였다. QGIS-G2D는 QGIS의 plug-in으로 실행된다. QGIS-G2D는 G2D 모형의 실행에 필요한 프로젝트 파일(.g2p)을 GUI를 이용해서 만들 수 있으며, 모의결과를 애니매이션 등으로 가시화 할 수 있는 후처리 기능을 포함하고 있다. 또한 QGIS-G2D는 DEM 수정 기능과 같이 G2D 모형의 입력자료 전처리를 위해서 QGIS plug-in으로 제공되는 여러 가지 기능을 함께 이용할 수 있다. 또한 물리적 분포형 강우-유출 모형인 GRM(Grid based Rainfall-runoff Model)의 QGIS plug-in인 QGIS-GRM과 연계하여, 유역 유출모의와 침수모의를 QGIS 환경에서 함께 수행할 수도 있다. 개발된 소프트웨어는 오픈소스 플랫폼인 GitHub(https://github.com/floodmodel/)를 통해서 제공된다. 본 연구를 통해서 홍수해석에 필요한 강우-유출 모의와 침수모의를 위한 모형을 제공하고, 이를 편리하게 활용할 수 있는 오픈소스 소프트웨어를 제공할 수 있었다. 이러한 연구들은 홍수 분야의 전문가들에 의해서 다양한 분야의 홍수해석에 사용될 수 있을 것으로 기대한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.360-360
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• 2018

기후변화에 따른 강우특성의 변화는 다양한 기상이변과 극한사상의 발현으로 사회적 관심이 높아지고 있는 이슈이다. 일반적인 기후변화 연구는 전지구 기후 모델 (GCM, General Circulation Model) 산출물에 기반하여 생산된 미래 기상정보를 바탕으로 이루어진다. 최근 국내 연구에서 주로 활용되는 자료는 IPCC 5차보고서(AR5)의 과학적 기반자료로 활용되는 CMIP5(Coupled Model Intercomparison Project, phase 5) GCM 산출물이다. 수자원, 농업, 경제의 다양한 분야에서 기후변화 영향평가가 심층적으로 이루어지고 있는 가운데 미래기간에 대한 GCM 산출물에 대한 신뢰성에 대한 평가 연구는 상대적으로 미흡한 실정이다. 모델의 신뢰성은 산출물의 실제 현상에 대한 재현성을 평가함으로서 가늠할 수 있다. 본 연구에서는 한반도 지역에 대한 전지구 모델의 성능을 평가하기 위해 동아시아 지역의 격자단위 관측자료를 수집하여 과거기간(1970~2005)에 대한 강우특성 공간분포를 분석하고 이에 대한 GCM 산출물의 재현성을 평가하였다. 위도와 경도에 따른 강우특성의 공간적 변동성에 대한 GCM 결과의 상관성과 평균/절대오차를 산정하여 29개 CMIP5 GCM의 순위를 결정하여 제시하였다. 이 분석은 동아시아 해안지역과 한반도 지역을 구분하고 다양한 강우특성에 대한 재현성을 통합적으로 고려하여 이루어졌다. 연구 결과 오차 통계와 대상지역에 따라 GCM 순위가 상이하게 나타났으며 특히 공간분포의 패턴과 절대적 오차를 기준으로 판단한 GCM 순위가 크게 다르게 나타났다. 대체로 Hadley Centre 계열 모델의 동아시아 지역에 대한 강우특성 재현성이 높게 나타났으며 한반도 지역만을 대상으로 평가했을 때 MPI_ESM_MR과 CMCC center 계열 모델의 재현성이 높게 나타났다. 본 연구결과는 향후 한반도 지역의 기후변화 영향평가에 가중있게 고려되어야 할 GCM의 선정과 GCM 성능고려에 따른 기후변화 예측 불확실성 평가에 적용될 수 있으며 다양한 영향평가 연구결과의 신뢰도 제고에 기여할 것으로 기대된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.46 no.11
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• pp.1041-1052
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• 2013

In this study, we estimate parameters of a distributed hydrologic model, GRM (grid based rainfall-runoff model), using a model-independent parameter estimation tool, PEST. We implement auto calibration of model parameters such as initial soil moisture, multipliers of overland roughness and soil hydraulic conductivity in the Geumho River Catchment and the Gamcheon Catchment using radar rainfall estimates and ground-observed rainfall represented by Thiessen interpolation. Automatic calibration is performed by GRM-MP (multiple projects), a modified version of GRM without GUI (graphic user interface) implementation, and "Parallel PEST" to improve estimation efficiency. Although ground rainfall shows similar or higher cumulative amount compared to radar rainfall in the areal average, high spatial variation is found only in radar rainfall. In terms of accuracy of hydrologic simulations, radar rainfall is equivalent or superior to ground rainfall. In the case of radar rainfall, the estimated multiplier of soil hydraulic conductivity is lower than 1, which may be affected by high rainfall intensity of radar rainfall. Other parameters such as initial soil moisture and the multiplier of overland roughness do not show consistent trends in the calibration results. Overall, calibrated parameters show different patterns in radar and ground rainfall, which should be carefully considered in the rainfall-runoff modelling applications using radar rainfall.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.271-271
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• 2011

최근의 유출해석은 지리정보체계(GIS, Geographic Information System) 및 지형자료(DEM, Digital Elevation Model 등) 구축의 발달로 대부분 격자 기반의 분포형 강우-유출 모형을 통해 이루어지고 있으며, Rodriguez-Iturbe and Valdes (1979)에 의해 소개된 통계물리학적 접근방법인 지형학적 순간단위도(GIUH)모형 역시 DEM을 기반으로 한 연구가 꾸준히 진행되어 온 실정이다(Maidment, 1993; D'odorico and Rigon, 2003; Di Lazzaro, 2010). 이러한 격자 기반 모형들은 대부분 8방향 최급경사에 기초한 흐름방향도를 기반으로 물의 유동을 표현한다. 8방향법에 의해 결정된 흐름방향도를 이용할 경우 각 격자 중심에서 유역출구 까지의 배수로경로길이를 비교적 쉽고, 빠르게 계산할 수 있다는 장점을 가지나, 공간해상도(격자 규모)에 따라 상이한 결과를 나타내는 것을 예상할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 DEM의 공간해상도에 따른 배수경로길이의 통계적 변화양상을 살펴보고, 이로부터 실제 수문사상의 통계적 특성과 Di Lazzaro(2010)의 특성유속산정 공식을 이용해 지표면과 하천의 특성유속을 산정하였다. 산정된 특성유속들을 D'odorico and Rigon(2003)이 제시한 값과 비교함으로써 격자 기반의 GIUH 모형의 적용에 있어서 적정 공간해상도를 찾고자 하였다. 대상유역으로는 국제수문개발계획(IHP, International Hydrological Project)의 금강수계 보청천 유역 중 이평수위국을 출구로하는 소유역을 선정하였으며, DEM의 공간해상도는 수치지형도의 축척을 고려하여 1: 5,000의 경우 5, 10, 15, 20m를, 1: 25,000의 경우 20, 30, 50, 100, 150, 200m로 결정하였다. 분석 결과 격자 형태 GIUH의 특성유속을 산정을 위한 적정 공간해상도는 1:5,000의 경우 5m를, 1:25,000의 경우에는 20～50m의 범위를 적용하는 것이 타당할 것으로 판단된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.40 no.1 s.174
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• pp.25-38
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• 2007

A grid-based urban surface runoff model for simulating the temporal variation and spatial distribution of overland flow in a drainage area was developed. The process of routing of overland flow is modeled by the nonlinear storage equation which is composed of the continuity equation and the Manning's equation. For model operation, the drainage area is divided into grid areas, and spatially distributed topographical and hydrological information for model inputs is provided. Then overland flow is routed for each of the discretized cells of the area. In order to test the applicability of this model, temporal variations and spatial distributions of flow depth and overland flow was simulated in a fictitious and a real urbanized Kunja drainage area. Results indicate that the model can simulate reasonably well the urban runoff hydrograph.

• Journal of Environmental Science International
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• v.16 no.4
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• pp.523-532
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• 2007

This study utilized the 1/25,000 topographic map of the upper area from the Geum-ho watermark located at the middle of Geum-ho river from the National Geographic Information Institute. For the analysis, first, the influence of the size of critical area to the hydro topographic factors was examined changing grid size to $10m{\times}10m,\;30m{\times}30m\;and\;50m{\times}50m$, and the critical area for the formation of a river to $0.01km^2{\sim}0.50km^2$. It is known from the examination result of watershed morphology according to the grid size that the smaller grid size, the better resolution and accuracy. And it is found, from the analysis result of the degree of the river according to the minimum critical area for each grid size, that the grid size does not affect on the degree of the river, and the number of rivers with 2nd and higher degree does not show remarkable difference while there is big difference in the number of 1st degree rivers. From the results above, it is thought that the critical area of $0.15km^2{\sim}0.20km^2$ is appropriate for formation of a river being irrelevant to the grid size in extraction of hydro topographic parameters that are used in the runoff analysis model using topographic maps. Therefore, the GIUH model applied analysis results by use of the river level difference law proposed in this study for the explanation on the outflow response-changing characters according to the decision of a critical value of a minimum level difference river, showed that, since an ogival occurrence time and an ogival flow volume are very significant in a flood occurrence in case of not undertow facilities, the researcher could obtain a good result for the forecast of river outflow when considering a convenient application of the model and an easy acquisition of data, so it's judged that this model is proper as an algorism for the decision of a critical value of a river basin.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.49 no.7
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• pp.579-588
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• 2016

Changes in precipitation due to climate change is made to induce the local and intensive rainfall, it is increasing damage caused by inland inundation. Therefore, it requires a technique for predicting damage caused by flooding. In this study, in order to determine whether this flood inundated by any route when the levee was destroyed, Which can simulate the path of the flood inundation model was developed for the SIMOD (Simplified Inundation MODel). Multi Direction Method (MDM) for differential distributing the adjacent cells by using the slope and Flat-Water Assumption (FWA)-If more than one level higher in the cell adjacent to the cell level is the lowest altitude that increases the water level is equal to the adjacent cells- were applied For the evaluation of the model by setting the flooding scenarios were estimated hourly range from the target area. SIMOD model can significantly reduce simulation time because they use a simple input data of topography (DEM) and inflow flood. Since it is possible to predict results within minutes, if you can only identify inflow flood through the runoff model or levee collapse model. Therefore, it could be used to establish an evacuation plan due to flooding, such as EAP (Emergency Action Plan).