• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.103-103
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• 2023

질량 및 에너지 보존 법칙은 수문현상을 포함한 자연 현상의 기본 법칙이다. 유역에서 물의 질량 보존은 강수량 P가 유출량 Q, 증발산량 E, 그리고 육역저수량변화 ΔS로 분할되는 것(P=Q+E+ΔS)을 의미하며 열 에너지 보존은 순복사에너지 R_n이 잠열 λE, 현열 H, 그리고 지열 G로 분할되는 것(R_n=λE+H+G)을 의미한다. 유역에서 물과 에너지의 분배 과정은 E로 연결되어 있으며 이 두 과정을 포괄적으로 이해하는 것은 기후 및 지표환경의 변화를 예측하고 대비하는데 중요하다. 이 연구에서는 미국 전역의 400여개 유역에 대한 정보를 제공하는 Model Parameter Estimation Project(MOPEX) 데이터를 이용하여 유역의 기후 조건에 따라 물과 에너지의 분배가 어떻게 달라지는지 Budyko 평면에서 분석했다. 장기간에 대해 ΔS와 G는 무시할 수 있다는 가정하에 건조한 유역일수록 P, Q, 그리고 E 모두 작게 나타나는데 P와 Q의 감소폭이 훨씬 크기 때문에 E의 P에 대한 비는 크게 나타났다. 또한 건조한 유역일수록 E는 작고 R_n이 크기 때문에 H가 크게 나타났으며 H가 큰 유역일 수록 유역의 최대 기온과 최저 기온의 차이가 크게 나타났다. 이러한 변화는 동일한 유역내에서 물과 에너지 분배의 시간적 변화로도 나타나고 있다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2011.02a
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• pp.200-200
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• 2011

실제 유역에서 지류유입량(tributary inflow)의 형태로든 사면류의 형태로든 측방유입은 반드시 존재한다. 측방유입이 하도의 지배적인 흐름이 되는 경우 이는 유출수문곡선의 종거값과 형태를 변화시키는데 중요한 역할을 하게 된다. 따라서 측방유입의 형태를 저류상수 및 집중시간과 같은 수문학적 특성으로 적절하게 표현할 수 있다면, 전체 유역 내에서 측방유입의 지체효과 및 저류효과를 파악하는데 크게 기여하게 된다. 측방유입과 관련된 선행연구들을 살펴보면, Saint-Venant 방정식을 근간으로 하는 연구가 주를 이루고, Muskingum 하도추적모형 또는 Muskingum-Cunge 하도추적 모형을 확장한 연구가 나머지 부분을 차지한다(Hayami, 1951; Dooge et al. 1982). 지금까지 수행된 대다수의 연구들은 수치해석적으로 측방유입의 유출량을 모의하거나 혹인 관측값이 존재하는 경우 역으로 측방유입의 특성을 유추한 것들로 다소 복잡하고, 관측값이 존재하지 않는 경우에는 적용이 어려운 문제점을 가지고 있다. 그러나 유역의 물리적인 특성과 주하도의 특성만을 이용하여 측방유입의 특성을 대략적으로 유추하는 것이 가능하다면, 전체유역과 각 소유역의 관계는 전체유역의 물리적인 특성과 주하도의 수문학적 특성만으로 충분히 파악할 수 있게 된다. 다시 말해 유역분할 시 각 소유역 사이의 관계를 고려하여 전체유역의 유출량을 파악하는 것이 가능해진다. 이에 본 연구에서는 Muskingum 하도추적모형을 재해석한 순간단위도를 이용하여 측방유입의 수문학적 해석을 시도하였다. 대상유역으로는 격자형태의 사각형과 삼각형 유역을 임의로 가정하였으며, 각각의 유역에서의 순간단위도를 선형하천모형과 선형저수지모형의 합으로 유도하였다. 이때 저류상수는 하도길이와 비례한다는 가정을 바탕으로 사각형과 삼각형 유역에서의 저류상수 및 집중시간을 유도하였다. 특히 유역 출구에서 최원점에 위치한 격자에서 유출이 발생시간을 집중시간으로 가정하였으며, 이 시점에서의 종거값과 기울기를 이용하여 저류상수를 유도하였다. 그 결과, 선형하천과 선형저수지모형 각각은 집중시간과 저류상수로 특징지어짐을 알 수 있었으며, 결정된 측방유입의 저류상수 및 집중시간이 적절한 것을 확인하였다. 이러한 결과는 향후 대유역에서 유역분할의 효과뿐만 아니라 홍수량 할당문제를 입증하는데 크게 기여할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the KSRS Conference
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• 2006.03a
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• pp.261-266
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• 2006

전국의 수문학적인 가뭄평가를 위하여 SWSI 가뭄지수를 보완한 MSWSI 개발하였다. MSWSI의 적용을 위하여 가뭄에 영향을 미치는 수문인자가 동일한 지역 즉, 댐, 하천, 지하수, 강수 유역으로 전국을 32개 및 112개의 유역으로 분할하여 적용함으로서 준분포형으로 수문학적 가뭄을 평가하는 동시에 개발된 가뭄평가 기법의 유역분할 개수에 따른 적용성을 검토하였다. 각 유역에 MSWSI를 적용하여 공간적으로 준분포형의 수문학적 가뭄 정보를 획득하였으며, 시간적으로 1974년부터 2001년까지의 1개월 및 1주 간격으로 평가하여 가뭄평가 분석시간 단위에 따른 적용성을 검토하였다. 과거 가뭄사상년도(1994, 1995, 2001년)의 가뭄조사 기록에 대하여 본 연구 결과를 검증하였으며, 기상학적 가뭄지수인 PDSI와 개발된 수문학적인 가뭄평가지수의 결과에 대하여 비교, 분석하였다.

• Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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• v.11 no.2
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• pp.157-161
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• 2011

Although many researches have been carried out concerning the watershed division in natural areas, it has not been researched for the urban watershed division. If the boundary between two urban areas is indistinct because no natural distinction or no administrative division is between the areas, the boundary between the urban areas that have the different outlets (multi-outlet urban watershed) is determined by only designer of sewer system. The suggested urban watershed division model (UWDM) determines the watershed boundary to reduce simultaneously the peak outflows at the outlets of each watershed. Then, the UWDM determines the sewer network to reduce the peak outflow at outlet by determining the pipe connecting directions between the manholes that have the multi-possible pipe connecting directions. In the UWDM, because the modification of the sewer network changes the superposition effect of the runoff hydrographs in sewer pipes, the optimal sewer layout can reduce the peak outflow at outlet, as much as the superposition effects of the hydrographs are reduced. Therefore, the UWDM can optimize the watershed distinction in multi-outlet urban watershed by determining the connecting directions of the boundary-manholes using the genetic algorithm. The suggested model was applied to a multi-outlet urban watershed of 50.3ha, Seoul, Korea, and the watershed division of this model, the peak outflows at two outlets were decreased by approximately 15% for the design rainfall.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.202-202
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• 2018

본 논문에서는 분포형 강우-유출 모형인 GRM(Grid based Rainfall-runoff Model)(최윤석, 김경탁, 2017)을 이용해서 낙동강 유역을 대상으로 대유역 홍수해석시스템을 구축하고, 유출해석을 위한 실행시간을 평가하였다. 유출모형은 낙동강의 주요 지류와 본류를 소유역으로 구분하여 모형을 구축하고, 각 소유역의 유출해석 결과를 실시간으로 연계할 수 있도록 하여 낙동강 전체 유역의 유출모형을 구축하였다. 이와 같이 하나의 대유역을 다수의 소유역시스템으로 분할하여 모형을 구축할 경우, 유출해석시스템 구성이 복잡해지는 단점이 있으나, 소유역별로 각기 다른 자료를 이용하여 다양한 해상도로 유출해석을 할 수 있으므로, 소유역별 특성에 맞는 유출모형 구축이 가능한 장점이 있다. 또한 각 소유역시스템은 별도의 프로세스로 계산이 진행되므로, 대유역을 고해상도로 해석하는 경우에도 계산시간을 단축할 수 있다. 본 연구에서는 낙동강 유역을 20개(본류 구간 3개, 1차 지류 13개, 댐상류 4개)의 소유역으로 분할하여 계산 시간을 검토하였으며, 최종적으로 21개(본류 구간 3개, 1차 지류 13개, 댐상류 5개)의 소유역으로 분할하여 유출해석시스템을 구축하였다. 댐 상류 유역은 댐하류와 유량전달이 없이 독립적으로 모의되고, 댐과 연결된 하류 유역은 관측 방류량을 상류단 하천의 경계조건으로 적용한다. 지류 유역은 본류 구간과 연결되고, 지류의 계산 유량은 본류와의 연결지점에 유량조건으로 실시간으로 입력된다. 이때 본류와 지류의 유량 연계는 데이터베이스를 매개로 하였다. 유출해석시스템의 성능을 평가하기 위해서 Microsoft 클라우드 서비스인 Azure를 이용하였다. 낙동강 유역을 20개 소유역으로 구성한 경우에서의 유출해석시스템의 속도 평가 결과 Azure virtual machine instance DS15 v2(OS : Windows Server 2012 R2, CPU : 2.4 GHz Intel $Xeon^{(R)}$ E5-2673 v3 20 cores)에서 1.5분이 소요 되었다. 계산시간 평가시 GRM은 'IsParallel=false' 옵션을 적용하였으며, 모의 기간은 24시간을 기준으로 하였다. 연구결과 분포형 모형을 이용한 대유역 유출해석시스템 구축이 가능했으며, 계산시간도 충분히 단축할 수 있었다. 또한 추가적인 CPU와 병렬계산을 적용할 경우, 계산시간은 더 단축될 수 있으며, 이러한 기법들은 분포형 모형을 이용한 대유역 유출해석시스템 구축시 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.46 no.5
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• pp.449-463
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• 2013

This study proposes the method for determining the Muskingum channel routing model parameters based on the assumption of linear system. The proposed method was applied to the Chungju dam basin for the evaluation. Additionally, the rainfall-runoff was repeated for the Yeongchun-Chungju dam reach using seven rainfall events observed. Summarizing the results is as follows. First, the concentration time and storage coefficient of a channel reach formed by the subdivision can be expressed as the difference between the concentration times and storage coefficients of upstream and downstream basins. The storage coefficients of the channel reach estimated is equal to the storage coefficient of the Muskingum channel routing model and the weight factor can be simply estimated using the ratio between the concentration time and storage coefficient. Second, the weight factor of the Muskingum model is in inverse proportion to the Russel coefficient, which is in between 0.4166 and 0.625 when considering the Russel coefficients generally applied. Finally the application to the Yeongchun-Chungju dam reach showed that the proposed method is still valid regardless of the limitations such as the uncertainty of the observed data.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.169-169
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• 2016

농업 유역 내 수문 순환 및 비점오염원의 발생 및 거동에 대해서 유역단위로서의 많은 연구가 진행되어 왔다. 하지만 유역단위로서의 모의를 통해서는 필지 별 발생되는 농업 비점오염물질을 평가하고 대책을 세우기에는 한계가 있다. 따라서 농업 유역의 농경지를 대상으로 유역단위 모의가 아닌 필지단위 모의를 진행함으로써 농업 비점오염물질에 대한 관리를 해야 할 필요성이 있다. 그리하여 본 연구에서는 필지단위로 상세한 모의가 가능한 ArcAPEX 모형을 사용하였으며 모형 내 임계값 조정을 통한 유역 구분 시 우리나라 지형 및 농업특성 상 지형인자 추출의 어려움으로 Pre-defined Streams and Watersheds 기능을 활용하는 것이 농경지를 대상으로 정확한 필지 분할 및 필지 특성 반영이 될 것이라 판단하였다. 하지만 Pre-defined Streams and Watersheds 기능에 필요한 자료를 구축하는데 시간과 노력이 많이 소모되고 어려움이 있었다. 따라서 본 연구에서는 입력 자료 구축의 편의를 도모하고자 Subarea-Stream 자동 연결 모듈을 개발하여 그 활용성을 평가하고자 하였다. 이를 위해 지형적 특성으로 인해 집약적인 농업이 행해지고 있는 강원도 양구군에 위치한 해안면 유역의 농경지 경계와 하천 및 수로에 대한 자료를 Subarea-Stream 자동 연결 모듈에 입력하여 최종적으로 Pre-defined Streams and Watersheds 기능에 필요한 입력 자료를 변환시켜 모형에 적용하였다. 본 연구결과 Pre-defined Streams and Watersheds 기능에 필요한 입력 자료를 단시간에 편리하게 구축할 수 있었으며, 농경지를 대상으로 필지 단위로 분할이 된 것을 확인 할 수 있었다. 최종적으로 본 연구를 통해 지형인자 추출 오류로 인해 수계 추출 시 나타날 수 있는 문제점에 대한 해결을 할 수 있었으며 모형 내 Pre-defined Streams and Watersheds 입력 자료 구축 시 Subarea-Stream 자동 연결 모듈을 활용한다면 농업 유역 내 농경지에 대해서 편리하게 유역단위에서의 모의가 아닌 필지단위에서의 상세한 모의를 하는데 큰 기여를 할 것이라 판단된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.41 no.5
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• pp.491-501
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• 2008

In order to describe runoff characteristics of urban drainage area, outflow from subbasins divided by considering topography and flow path, is analyzed through stormwater system. In doing so, concentration time and time-area curve change significantly according to basin shape, and runoff characteristics are changed greatly by these attributes. Therefore, in this development study of FFC2Q model by MLTM, we aim to improve the accuracy in analyzing runoff by adding a module that considers basin shape, giving it an advantage over popular urban hydrology models, such as SWMM and ILLUDAS, that can not account for geometric shape of a basin due to their assumptions of unit subbasin as having a simple rectangular form. For subbasin shapes, symmetry types (rectangular, ellipse, lozenge), divergent types (triangle, trapezoid), and convergent types (inverted triangle, inverted trapezoid) have been analyzed in application of time-area curve for surface runoff analysis. As a result, we found that runoff characteristic can be quite different depending on basin shape. For example, when Gunja basin was represented by lozenge shape, the best results for peak flow discharge and overall shape of runoff hydrograph were achieved in comparison to observed data. Additionally, in case of considering subbasin shape, the number of division of drainage basin did not affect peak flow magnitude and gave stable results close to observed data. However, in case of representing the shape of subbasins by traditional rectangular approximation, the division number had sensitive effects on the analysis results.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.47 no.1
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• pp.1-10
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• 2014

This study aimed to analyze water cycle at Taehwa river, Dongcheon, Hoiya river and Cheongryang cheon in Ulsan city using CAT model developed by Korea Institute of construction technology. To apply CAT model, we separated Teahwa river into 25, Dongcheon into 11, Hoiya river into 17 and Cheongryangcheon into 5 subbasins and discriminated between contribution runoff basins and source basins. The results of water cycle analysis performed using rainfall datas measured from 1975 and 2008 and hydrologic datas of change of land use etc. were that surface runoff increase and interflow decrease, caused by the increase of impervious area. The increases of surface runoff at the basin of Taehwa river and Dongcheon which is a tributary of Taehwa river were small and similar to each other respectively as 1.7% and 2.4%, and increased high rate of 3.2% and 7.7% in Hoiya river and Cheongryangcheon including subbasins which are having high rate of urbanization.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.421-424
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• 2011

본 연구의 목적은 유역의 홍수사상을 모의하는데 널리 이용되고 있는 HEC-HMS와 하도의 수리해석에 이용되고 있는 HEC-RAS를 결합시켜 일반 하천유역의 홍수예측을 수행하는 절차를 확립하는데 있다. 따라서 본 연구에서는 낙동강유역을 적용 대상유역으로 선정하고 주요 지류를 대상으로 38개 소유역을 분할하여 유역추적을 실시하였으며, 유역추적기법은 Clark법을 채택하였다. 또한 하도의 홍수추적은 HEC-RAS의 부정류 알고리즘을 이용한 홍수파 도달시간을 산정하여 하도의 주요지점에 대한 홍수예측을 수행하였다. 지금까지 낙동강유역을 대상으로 연구된 결과를 요약 정리하면 다음과 같다.