• The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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• v.16 no.4
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• pp.223-237
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• 2011

The intermittent freshwater discharge has an critical influence upon the biophysical environments and the ecosystems of the Yeongsan Estuary where the estuary dam altered the continuous mixing of saltwater and freshwater. Though freshwater discharge is controlled by human, the extreme events are mainly driven by the heavy rainfall in the river basin, and provide various impacts, depending on its magnitude and frequency. This research aims to evaluate the magnitude and frequency of extreme freshwater discharges, and to establish the magnitude-frequency relationships between basin-wide rainfall and freshwater inflow. Daily discharge and daily basin-averaged rainfall from Jan 1, 1997 to Aug 31, 2010 were used to determine the relations between discharge and rainfall. Consecutive daily discharges were grouped into independent events using well-defined event-separation algorithm. Partial duration series were extracted to obtain the proper probability distribution function for extreme discharges and corresponding rainfall events. Extreme discharge events over the threshold 133,656,000 $m^3$ count up to 46 for 13.7y years, following the Weibull distribution with k=1.4. The 3-day accumulated rain-falls which occurred one day before peak discharges (1day-before-3day -sum rainfall), are determined as a control variable for discharge, because their magnitude is best correlated with that of the extreme discharge events. The minimum value of the corresponding 1day-before-3day-sum rainfall, 50.98mm is initially set to a threshold for the selection of discharge-inducing rainfall cases. The number of 1day-before-3day-sum rainfall groups after selection, however, exceeds that of the extreme discharge events. The canonical discriminant analysis indicates that water level over target level (-1.35 m EL.) can be useful to divide the 1day-before-3day-sum rainfall groups into discharge-induced and non-discharge ones. It also shows that the newly-set threshold, 104mm, can just separate these two cases without errors. The magnitude-frequency relationships between rainfall and discharge are established with the newly-selected lday-before-3day-sum rainfalls: $D=1.111{\times}10^8+1.677{\times}10^6{\overline{r_{3day}}$, (${\overline{r_{3day}}{\geqq}104$, $R^2=0.459$), $T_d=1.326T^{0.683}_{r3}$, $T_d=0.117{\exp}[0.0155{\overline{r_{3day}}]$, where D is the quantity of discharge, ${\overline{r_{3day}}$ the 1day-before-3day-sum rainfall, $T_{r3}$ and $T_d$, are respectively return periods of 1day-before-3day-sum rainfall and freshwater discharge. These relations provide the framework to evaluate the effect of freshwater discharge on estuarine flow structure, water quality, responses of ecosystems from the perspective of magnitude and frequency.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.19 no.4
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• pp.313-319
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• 2007

Long term wave climate of both extreme and operational wave height is essential for planning and designing coastal structures. Since the availability of the field wave data for the waters around Korean peninsula is limited to provide a reliable wave statistics, the wave climate information has been generated by means of long-term wave hindcasting using available meteorological data. In this paper, a set of deep water wave data obtained from KORDI(2003) were analyzed for extreme wave heights. These wave data at 67 stations off the Korean coast from 1979 to 1998 were arranged in the 16 directions. The probability distributions considered in this research were the FT-I and Weibull distribution. For each of these distributions, the method proposed by Goda(2004) was applied to estimate the parameters. For judgment of best fitting, MIR criterion proposed by Goda and Gobune(1990) was used. FT-I distribution which best fits to the 886 data, while Weibull(k=0.75) 81 data, Weibull(k=1.00) 105 data.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.25 no.4
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• pp.191-199
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• 2013

It is estimated and analyzed that the design wave height and the confidence interval (hereafter CI) according to the return period using the fourteen-year wave data obtained at Pusan New Port. The functions used in the extreme value analysis are the Gumbel function, the Weibull function, and the Kernel function. The CI of the estimated wave heights was predicted using one of the Monte-Carlo simulation methods, the Bootstrap method. The analysis results of the estimated CI of the design wave height indicate that over 150 years of data is necessary in order to satisfy an approximately ${\pm}$10% CI. Also, estimating the number of practically possible data to be around 25~50, the allowable error was found to be approximately ${\pm}$16~22% for Type I PDF and ${\pm}$18~24% for Type III PDF. Whereas, the Kernel distribution method, a typical non-parametric method, shows that the CI of the method is below 40% in comparison with the CI of the other methods and the estimated design wave height is 1.2~1.6 m lower than that of the other methods.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.850-853
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• 2008

송수관이나 배수관은 계획된 필요유량을 특정 지점까지 안전하게 전달할 수 있도록 설계되지만 여러 가지원인으로 인하여 갑작스런 파열이나 균열이 일어난다. 파이프 파괴의 원인으로는 수격현상, 관의노화, 파이프 외부로부터의 충격, 흙의 상태, 그리고 파이프 설치시의 공사여건 등이 있다. 본 연구에서 여러 가지 요인들을 불확실성 인자로 가정하여 파이프의 파괴확률을 산정할 수 있는 신뢰성 해석 모형이 개발되었다. 상수관망의 설계 시 파이프의 두께를 산정하는 주 장력 공식을 이용하여 신뢰함수를 만들고 파이프의 파괴확률을 계산하였다. 신뢰함수를 구성하는 확률변수들 중 파이프의 내압에 대한 분포함수는 정규분포가 아닌 극치분포(Gumbel distribution)를 따른다는 것을 부정류 수치해석 결과로서 알 수 있었고 AFDA(Approximate Full Distribution Approach) 기법을 사용하여 파괴확률을 산정하였다. 신뢰성 모형을 이용하여 파이프의 두께, 직경, 허용응력, 그리고 파이프 내압에 따른 파괴확률을 정량적으로 산정할 수 있었다. 본 연구에서 개발된 신뢰성 해석모형을 이용하여 보다 안전하고 경제적인 송배수관의 설계기법을 구축할 수 있을 것이다.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.30 no.3
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• pp.103-113
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• 2018

Tide-surge characteristics of the West/South domestic coasts were analyzed with a tool of EST (empirical simulation technique). As a result, stations of Incheon, Gunsan, Mokpo and Busan are categorized as tide-dominant coasts, while Yeosu, Tongyoung and Busan are as surge-dominant coasts. In the tide-dominant coasts, extreme sea level of less than 50-yr frequency is formed without typhoon-surge, while only 10-yr extreme sea level is formed in the surge-dominant coasts. As the results of casual condition of extreme sea level formation considering the relative degree of surge on tide, the regional characteristics were detected also. Three methods for estimating the design tide level were compared. The AHHW method shows an unrealistic outcomes of the concern of over estimate design. Furthermore, the probability distribution function method has been concerned as causing missing data if a huge typhoon occurs in a neap tide or a low tide. To cope with these drawbacks, the applicability of the EST method is proved to be suitable especially in tide-dominant coasts.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.29 no.1
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• pp.62-66
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• 2017

The interest on the potential earthquake magnitude and the request on the earthquake-resistant design examination for coastal structures are emerged because of the recently occurred magnitude 5.8 earthquake in Gyeoung-Ju, Korea. In this study, the magnitude and its confidence intervals with the return periods are estimated using the KMA earthquake magnitude data (over 3.5 and 4.0 in magnitude) by the non-parametric extreme value analysis. In case of using the "over 4.0" data set, the estimated magnitudes on the 50- and 100-years return periods are 5.81 and 5.94, respectively. Their 90% confidence intervals are estimated to be 5.52-6.11, 5.62-6.29, respectively. Even though the estimated magnitudes have limitations not considering the spatial distribution, it can be used to check the stability of the diverse coastal structures in the perspective of the life design because the potential magnitude and its confidence intervals in Korea are estimated based on the available 38-years data by the extreme value analysis.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.123-123
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• 2012

일강수량은 수공구조물 설계 및 수자원계획을 수립하기 위한 입력 자료로 이용된다. 일반적으로 수자원계획은 장기적인 목적을 가지고 수행되어지며, 장기간의 일강수량 자료를 필요로 한다. 하지만 장기간의 일강수량 자료의 획득의 어려움으로 단기간의 일강수량자료를 이용하여 모의한 장기간 강수자료를 이용하게 된다. 이처럼 수자원계획의 수립에 있어서 일강수량 모의기법의 성능은 수자원계획의 신뢰성 및 결과에 큰 영향을 준다. 일강수량 모의기법은 국내외적으로 매우 활발하게 이루어지고 있으며, 수자원계획 및 수공구조물 설계 외에도 매우 다양한 목적으로 활용되어 지고 있다. 일강수량을 모의기법 중 강수계열의 단기간의 기억(memory)을 활용한 Markov Chain 모형이 가장 일반적이지만, 기존 Markov Chain 모형을 통한 일강수량 모의는 극치강수량을 재현하기 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 일강수량 모의 기법의 목적인 수자원계획 및 수공구조물 설계 등의 입력자료로 활용되어지기 위해서는 모의 결과가 유역내 지점별 공간 상관성을 재현함으로써 모형의 우수성과 자료결과의 신뢰성을 확보할 수 있어야 하겠다. 이러한 점에서 본 연구에서는 내삽에서 우수한 재현능력을 갖는 핵 밀도함수와 극치강수량 재현에 유리한 GPD분포의 특징을 함께 고려할 수 있는 불연속 Kernel-Pareto Distribution 기반에 공간상관성 재현 알고리즘을 결합한 일강수량모의기법을 개발하였다. 한강유역의 18개 강수지점에 대해서 기존 Gamma분포를 사용한 Markov Chain 모형과 본 연구에서 제안한 방법을 적용하여 모형을 평가해 보고자 한다. Gamma 분포기반 Markov Chain 모형의 경우 일강수량 모의 시 1차모멘트인 평균과 2-3차 모멘트 모두 효과적으로 재현하지 못하는 문제점이 나타났다. 그러나 본 연구에서 적용한 다지점 불연속 Kernel-Pareto 분포 모형은 강수계열의 평균적인 특성뿐만 아니라 표준편차 및 왜곡도의 경우에도 관측치의 통계특성을 매우 효과적으로 재현하며, 100년빈도 강수량 모의결과 기존 모의모형의 문제점을 보완할 수 있는 개선된 결과를 보여주었다. 본 연구에서 제시한 방법론은 유역내의 공간상관성을 재현하며, 평균 및 중간값 등 낮은 차수의 모멘트 등 일강수량 분포특성을 더욱 효과적으로 모의할 수 장점을 확인하였다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.52 no.11
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• pp.895-904
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• 2019

It has been well recognized that extreme rainfall process often features a nonstationary behavior, which may not be effectively modeled within a stationary frequency modeling framework. Moreover, extreme rainfall events are often described by a two (or more)-component mixture distribution which can be attributed to the distinct rainfall patterns associated with summer monsoons and tropical cyclones. In this perspective, this study explores a Mixture Distribution based Nonstationary Frequency (MDNF) model in a changing rainfall patterns within a Bayesian framework. Subsequently, the MDNF model can effectively account for the time-varying moments (e.g. location parameter) of the Gumbel distribution in a two (or more)-component mixture distribution. The performance of the MDNF model was evaluated by various statistical measures, compared with frequency model based on both stationary and nonstationary mixture distributions. A comparison of the results highlighted that the MDNF model substantially improved the overall performance, confirming the assumption that the extreme rainfall patterns might have a distinct nonstationarity.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.312-312
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• 2018

우리나라의 기후 지형적 특성에 따라 연강수량의 50% 이상이 여름철에 내리며 이러한 짧은 기간에 집중적으로 내리는 강수패턴 조건하에서 수공구조물 설계시 대부분 극치빈도분석을 활용한다. 우리나라의 경우 단일 Gumbel 분포를 활용한 극치빈도분석을 많이 이용한다. 하지만, 최근 이상기후로 인하여 전세계적으로 강수패턴의 특징이 급격히 변하고 있으며, 우리나라의 강수패턴 또한 바뀌어가고 있다. 연강수량의 대부분은 태풍과 장마로 인한 강수량으로 이루어져 있고, 일반적으로 두 개의 모집단으로 이루어진 형태를 보인다. 앞선 연구에서 두 개 이상의 첨두를 가지는 형태의 연최대강수량 자료에 대해 8개의 지속시간별(1, 2, 3, 6, 9, 12, 18, 24hr)로 Bayesian 기법의 단일 Gumbel 분포형과 혼합 Gumbel분포형 기반의 극치빈도분석 결과를 비교하였고, 혼합 Gumbel 분포형이 이중첨두 부분의 거동을 효과적으로 모의하는 것을 확인하였다. 본 연구에서는 이상기후로 인한 강수량의 특징의 급격한 변화에 일정한 패턴이 있음을 가정하고 이중첨두의 연 최대일강수량 자료에 대해 혼합 Gumbel 분포형 기반 비정상성 빈도분석을 실시하였다. 정상성 빈도분석과의 비교를 위해 확률분포의 매개변수 산정시 우도함수를 Bayesian 기법을 통해 산정하여 각 분포형의 Bayesian information criterion(BIC) 값을 비교하였다. 비정상성일 경우의 BIC 값이 정상성일 경우 보다 작게 산정되었고, 강수패턴이 경향성을 가지는 것으로 판단할 수 있었다. 비정상성 혼합 Gumbel 분포형 모델은 최근 급격한 강수패턴의 변화에 대한 대응책으로서 활용성이 높을 것으로 기대된다.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.19 no.2
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• pp.146-150
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• 2007

Extreme value distributions for new deep sea wave were analyzed by using spread parameter and correlations between spread parameter and sliding distance of caisson breakwater were shown in numerical example. When spread parameter is larger than as usual, there occurred extra-ordinarily large wave height among 50 annual maximum significant waves generated by extreme value distribution. Spread parameter of new design wave is identified to be comparably larger than some foreign coastal areas and may cause large sliding displacement though deterministic safety factor for sliding is satisfied with enough margin.