• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.51 no.2
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• pp.151-163
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• 2018

The objective of this study was to estimate LOADEST (LOAD Estimator) coefficients for simulating pollutant loads in ungauged watersheds. Regression models of LOADEST were used to simulate pollutant loads, and the multiple linear regression (MLR) was used for coefficients estimation on watershed characteristics. The fifth and third model of LOADEST were selected to simulate T-N (Total-Nitrogen) and T-P (Total-Phosphorous) loads, respectively. The results and statistics indicated that regression models based on LOADEST simulated pollutant loads reasonably and model coefficients were reliable. However, the results also indicated that LOADEST underestimated pollutant loads and had a bias. For this reason, simulated loads were corrected the bias by a quantile mapping method in this study. Corrected loads indicated that the bias correction was effective. Using multiple regression analysis, a coefficient estimation methods according to the watershed characteristic were developed. Coefficients which calculated by MLR were used in models. The simulated result and statistics indicated that MLR estimated the model coefficients reasonably. Regression models developed in this study would help simulate pollutant loads for ungauged watersheds and be a screen model for policy decision.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.30 no.5
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• pp.549-559
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• 1997

A multiply-connected network unsteady flow model for the main reach of the Han River is developed. It is a variable parameter model which allows variable roughness coefficient for each computational point according to the spatial position and the value of discharge. Sensitivities of the model to roughness coefficient and weir-flow discharge coefficient are tested, and as a result Manning's roughness coefficient is selected as the calibration parameter. The model is calibrated and verified using the records of the past flood events. A modified Gauss-Newton method is used for the optimal calibration of roughness coefficients. From the calibration of variable parameter model, spatial variation and discharge dependence of Manning's roughness coefficient are identified. That is, the roughness coefficient is higher for the upstream reach of the Wangsook stream Junction, and it decreases as the discharge increases. It turns out through the verification that the stages calculated by the variable parameter model agree better with the observed than those by the conventional single parameter model. Spatial variation of the roughness coefficient appears to be more significant than the dependence of the discharge.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.17 no.3
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• pp.149-157
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• 2005

Typical water quality (WQ) parameters defined in the governing equation of the WQ model are the pollutant loads from atmosphere and watersheds, pollutant release rates from sediment, diffusion coefficient and reaction coefficient etc. The direct measurement of these parameters is very difficult as well as requires high cost. In this study, the pollutant budget equation including these parameters was used to construct the linear simultaneous equations. Based on these equations, the inverse problems were constructed and WQ parameter estimation method minimizing the sum of squared errors between the computed and observed amounts of the mass changes was suggested. WQ parameters, i.e., the atmospheric pollutant loads, sediment release rates, diffusion coefficients and reaction coefficient, were estimated using .this method by utilizing the vertical concentration profile data which has been observed in Cheonsu Bay and Ulsan Port. Values of the estimated parameters show a large temporal variation. However, this technique is persuasive in that the RHS (root mean square) error was less than $5.0\%$ of the observed value ranges and the agreement index was greater than 0.95.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.189-189
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• 2021

최근 기후변화로 인한 가뭄, 홍수 등의 기상재해 발생빈도가 증가함에 따라 저수지의 용수공급 안정성이 감소하고 있다. 우리나라 농업용수는 총 수자원 이용량의 48%를 차지하고 있으며 영농활동의 필수 자원으로 농업용 저수지의 용수공급에 크게 의존하고 있다. 하지만 유효저수용량을 기준으로 다목적댐과 비교하였을 때 농업용 저수지의 규모가 작으므로 가뭄이 발생하게 된다면 용수공급에 큰 어려움을 겪을 수 있다. 또한 농업용 저수지의 절반 이상이 준공년도가 70년 이상으로 농업용 저수지의 노후화가 심각한 상태이며 수문 실측자료가 부족하여 이수 측면의 활용성과 관련된 연구가 부족한 실정이다. 이에 따라 농업용 저수지의 안정적인 용수공급 및 이수 측면의 분석을 위해서는 농업용 저수지 상류의 정확도 높은 장기유출량 산정이 선행되어야 한다. 현재 농업용 저수지의 장기유출량 산정을 위해 사용되고 있는 DIROM 모형은 Sugawara의 TANK 모형을 우리나라 농업용 저수지의 유역 특성에 맞게 수정한 일별 유입량 모의 발생 모형이다. 그러나 DIROM 모형의 매개변수는 1980년대에 개발된 이후 현재까지 특별한 개선없이 사용되고 있다. 따라서 최근 우리나라의 기후 및 토지이용 특성이 변화함에 따라 유출 특성이 변화하였기 때문에 장기유출량 산정을 위한 매개변수 개선이 필요하다. 본 연구에서는 하천의 최상류에 위치한 수위 관측소의 유출량 자료를 활용하여 지역별 DIROM 모형의 매개변수를 추정하고, 추정된 매개변수를 활용하여 회귀식을 개발하고자 하였다. 개발된 회귀식의 검증을 위해 최근 수문자료 관측을 수행하기 시작한 농업용 저수지의 실측 수문자료를 활용하였다. 이를 통해 농업용 저수지의 안정적인 용수공급 및 저수지 관리를 통해 농업용수의 활용성을 개선할 수 있을 것이라 판단된다.

• Water for future
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• v.27 no.1
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• pp.89-99
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• 1994

Flood forecasting in Korea has been based on the off-line parameter estimation method. But recent flood forecasting studies explore on-line recursive parameter estimation algorithms. In this study, a simultaneous adaptive estimation of system states and parameters for rainfall-runoff model is investigated for on-line real-time flood forecasting and parameter estimation. The proposed flood routing system is composed of Flood forecasting in Korea has been based on the off-line parameter estimation method. But recent flood forecasting studies explore on-line recursive parameter estimation algorithms. In this study, a simultaneous adaptive estimation of system states and parameters for rainfall-runoff model is investigated for on-line real-time flood forecasting and parameter estimation. The proposed flood routing system is composed of ø-index in the assessment of effective rainfall and the cascade of nonlinear reservoirs accounting for translation effect in flood routing. To combine the flood routing model with a parameter estimation model, system states and parameters are treated with the extended state-space formulation. Generalized least squares and maximum a posterior estimation algorithms are comparatively examined as estimation techniques for the state-space model. The sensitivity analysis is to investigate the identifiability of the parameters. The index of sensitivity used in this study is the covariance matrix of the estimated parameters.-index in the assessment of effective rainfall and the cascade of nonlinear reservoirs accounting for translation effect in flood routing. To combine the flood routing model with a parameter estimation model, system states and parameters are treated with the extended state-space formulation. Generalized least squares and maximum a posterior estimation algorithms are comparatively examined as estimation techniques for the state-space model. The sensitivity analysis is to investigate the identifiability of the parameters. The index of sensitivity used in this study is the covariance matrix of the estimated parameters.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.293-293
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• 2021

자연유량이란 인위적 행위에 의한 하천의 유량 변화가 없는 개발되지 않은 상태의 하천유량을 말하며, 실제 유량을 측정하거나 관측자료를 활용한 장기유출모형을 통해 산정할 수 있다. 미계측 유역에 대한 강우-유출 모형 구축시, 무엇보다 실제 미계측유역에 적용시 나타날 수 있는 문제점을 최소화할 수 있는 방향으로 모형 개발이 이루어지는 것이 필요하다. 강우-유출 모형 매개변수의 수가 많아질수록 과적합(over-fitting)의 발생 소지가 증가하게 되며, 지역화 모형 구축시 불확실성을 더욱 가중시키게 된다. 이러한 이유로, 모형의 검정보다는 검증에 초점이 맞춰져 있어야 하며, 더불어 사용되는 강우-유출 모형의 매개변수가 적어야 한다. 본 연구에서는 대표 강우-유출모형의 선정시 여러 평가 기준 중 예측의 정확성 측면에서 통계적 지표를 통해 모형의 수행능력에 중점을 두었으며, 적은 개수의 매개변수를 갖음에도 불구하고 상대적 우수한 모의결과를 제공하는 GR4J(Ge'nie Rural a 4 parame tres Journalier)모형을 최적 유출모형으로 선정하여 댐 상류유역에 대한 자연유량 재현성능을 평가하였다. 최종적으로 강우-유출모형의 최적매개변수와 유역특성인자 사이의 상호연관성을 고려해 매개변수를 지역화하기 위하여, 본 연구에서는 두 가지 이상의 변량에 대한 상관성을 효과적으로 재현하는데 효과적이며, 자유로운 주변확률분포 선택과 결합확률분포의 추정이 용이한 장점이 있는 Copula 함수를 활용하였다. 제시된 방법론에 대한 적합성을 평가하기 위해 교차검증 관점에서 지역화된 매개변수의 적합성을 검토하였으며, 본 연구에서 도출된 결과는 유역특성에 따른 미계측유역의 자연유량 산정시 지역 매개변수를 강우-유출모형에 활용함으로써 신뢰성 있는 자연유량 산정 결과를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.547-547
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• 2016

최근 지구온난화로 인한 기후변화는 우리 삶에 다양하게 영향을 미치고 있다. 강수 또는 기온의 비정상성으로 대표되는 기후변화에 따라 수문순환의 변화 역시 자명하게 받아들여지고 있다. 기후변화에 따른 위험요소를 전망하기 위한 최우선 사항은 수문상황을 명확하게 진단하는 것이고 그 다음은 현재기후를 대비 미래의 변화를 전망하는 것이다. 그러나 우리나라는 수문관측의 역사가 짧고 관측 자료의 불확실성으로 인하여 수문상황의 진단을 위해 수문모형의 모의에 의존하는 경우가 많다. 일반적으로 수문모형은 입력 자료와 지형자료를 구축하고 주요 매개변수를 선택하여, 매개변수를 변화시켜가며 관측에 가장 가까운 결과를 가져오는 상태를 구성한다. 이와 같은 과정은 수문모형의 매개변수 보정이라 불리우며, 사용자의 직관에 따른 시행착오법에 따른 수동보정 방법이 사용될 수도 있고 특정 목적함수를 채택하여 수학적 알고리즘에 의해 매개변수를 보정하는 자동보정 방법이 사용될 수도 있다. 그러나 미래 수문변화 전망은 특정 유역을 대상으로 장기간의 수문자료를 모의하는 것이므로 수동보정보다는 자동보정이 보다 신뢰성 있는 결과를 도출하는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 청미천 유역의 기후변화로 인한 미래 수문상황의 변화를 모의함에 있어 강우 유출모형 중 하나인 SWAT 모형을 이용하였으며, 신뢰도 있는 매개변수의 추정을 위하여 SWAT-CUP을 이용하여 매개변수를 객관적으로 최적화하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.1829-1833
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• 2007

최근 강우-유출 모형은 유역의 지형적, 물리적 상황을 최대한 반영한 입력자료를 이용할 수 있고, 최종 유출지점에서의 해석 결과뿐만 아니라 해석하고자 하는 유역내의 시간적, 공간적 수문 요소 분포 특성을 이해할 수 있도록 물리적 이론에 기초한 분포형 수문모형을 개발하고 지속 발전시키고 있다. 분포형 수문모형은 집중형 수문모형에 비해 매개변수 갯수를 현저히 줄일 뿐만 아니라 실지 지형자료에 입각한 매개변수 선정이 가능하다. 분포형 지형자료와 강우자료로부터 추정된 초기 매개변수의 값에 의한 모의가 매개변수가 개념적, 경험적 의미가 큰 집중형 모형에 비해 정확하기 때문에 미세한 매개변수의 조정만으로도 유역의 유출량을 모의할 수 있다. 본 연구에서는 이러한 여러 가지 장점을 지닌 분포형 수문모형이 유역크기가 작고, 시간 공간적으로 지형입력자료의 변동성이 작은 도시하천 소배수구역에서의 모의 효율성 및 적용성을 평가하였다. 레이더강우를 이용한 분포형 수문모형으로서 미국 University of Oklahoma에서 개발한 $Vflo^{TM}$을 사용하여 중랑천 유역의 3개 소배수구역(월계1 배수구역, 군자 배수구역, 어린이대공원 배수구역)에서 유출 모의를 수행하였다. 각 소배수구역 특성별 모의 결과 비교, 분석을 수행하였다. 이를 통해 도시하천 소배수구역에서의 유출 모의 및 분포형 수문모형 선정에 적절한 근거로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.365-365
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• 2012

이수 및 치수를 위한 수공구조물 설계 및 하천기본계획 수립의 요점은 설계홍수량의 산정에 있으며, 통계적으로 유의성을 가지는 설계홍수량을 산정하기 위해서는 일반적으로 30년 이상 관측된 홍수자료가 요구된다. 우리나라의 경우 대부분의 유역이 미계측 유역이거나 관측년수가 비교적 작은 경우가 많으므로, 상대적으로 자료 연한이 긴 강우자료를 빈도분석한 후 이를 강우-유출 모형에 입력하여 확률홍수량을 추정하는 간접적인 방법이 주로 이용되며 사용된 강우의 빈도가 홍수의 빈도와 동일하다는 가정을 기본으로 한다. 그러나 동일한 강우량이 발생하더라도 강우의 강도, 지속시간, 유역의 선행함수조건 등과 같은 유역 특성에 따라 유출의 특성은 현저히 다르게 나타나며 결국 이러한 특성은 입력자료, 강우-유출 모형, 기후변동성 등과 같은 불확실성 요소로 인식될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 불확실성을 고려할 수 있는 강우-유출 모의기법을 개발하여 이를 통해 홍수빈도곡선을 유도할 수 있는 방법론을 제시하고자 한다. 불확실성 분석을 위해 기존 HEC-1 강우-유출 모형에서 Bayesian MCMC 기법을 적용하여 매개변수들의 사후분포를 추정하여 매개변수들의 최적화 및 불확실성 분석을 수행하였다. 마지막으로 기후변화 영향을 통합한 홍수빈도곡선을 유도하기 위해서 극치강수를 모의하는 것이 필요하며, 본 연구에서는 극치값 재현에 있어서 우수한 성능을 발휘하는 Kernel-Pareto Piecewise분포 기반의 강우모의발생 기법을 적용하여 HEC-1모형과 연동되도록 모형을 개발하였다. 본 연구에서 제안하는 방법론은 기존 홍수빈도곡선 유도 방법에서 불확실성을 분석하기 위해 모든 변수들을 독립사상으로 간주하고 Monte Carlo Simulation을 수행함으로서 매개변수들간의 상호연관성, 상관성, 조건부 확률들을 고려할 수 없었던 점을 Bayesian 모형을 통해 매개변수들간의 조건부 확률을 고려한 매개변수의 사후분포 도출을 가능하게 하여 보다 현실적인 강우-유출 관계 도출이 가능하고 불확실성 구간이 자연적으로 도출됨으로서 향후, 신뢰성 있는 수자원 계획수립에 유용한 자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.30 no.4
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• pp.347-355
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• 1997

In this study, the applicability of genetic algorithms into the parameter estimation of storage function method for flood routing model is investigated. Genetic algorithm is mathematically established theory based on the process of Darwinian natural selection and survival of fittest. It can be represented as a kind of search algorithms for optima point in solution space and make a reach on optimal solutions through performance improvement of assumed model by applying the natural selection of life as mechanical learning province. Flood events recorded in the Daechung dam are selected and used for the parameter estimation and verification of the proposed parameter estimation method by the split sample method. The results are analyzed that the performance of the model are improved including peak discharge and time to peak and shown that the parameter Rsa, and f1 are most sensitive to storage function model. Based on the analysis for estimated parameters and the comparison with the results from experimental equations, the applicability of genetic algorithm is verified and the improvements of those equations will be used for the augmentation of flood control efficiency.