• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.233-233
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• 2023

효율적인 수자원 관리에 필수적인 요소 중 하나는 유역 유출의 정확한 예측이다. 동일한 유역이라 할지라도 과거 기후조건에 대해 매개변수나 모형구조가 최적화된 수문모형은 현재나 미래 기후에 대해 최적이라 할수 없으며, 이에 따라 유역 유출 해석의 불확실성 또한 증가하고 있다. 수문자료동화는 모형의 입력 자료에 따른 불확실성을 줄이고 예측정확도를 향상 시킬 수 있는 방법으로, 수문모형의 상태량이나 매개변수를 업데이트하여 모형 초기 조건의 가능성 높은 추정치를 생성하는 기법이다. 본 연구에서는 국내 댐 상류 유역에 대해 집중형 수문모형과 순차자료동화 기법의 연계 패키지인 airGRdatassim 모형을 적용하여, 앙상블 칼만 필터와 파티클 필터 기법의 수문자료동화 특성을 비교 분석하고, 자료동화와 관련된 하이퍼-매개변수의 불확실성이 수문모의 성능에 미치는 영향을 분석하였다. 자료동화 적용 결과, 두 자료동화 기법 중 파티클 필터에 의한 모의성능이 높았으며 기상강제력 노이즈의 범위, 갱신 대상 상태량 설정, 앙상블 설정 등 수문자료동화의 설정과 관련된 하이퍼 매개변수의 불확실성은 두 기법별 뚜렷한 차이를 보였다. 또한, 본 연구에서는 일단위에서 시단위로 확장한 유량 예측 자료동화의 시험 모의결과 및 앙상블 수문동화기법의 도전과제에 대해서도 논의한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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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.

• 물과 미래
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• 제29권1호
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• pp.151-161
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• 1996

비선형 계열저수지모형을 적용한 홍수추적모형을 변수추정모형과 결합하여 확대 상태-공간 모형으로 구성하고, Extended Kalman Filter를 이용하여 상태 및 변수를 동시 추정하도록 하였다. 민감도 분석을 통하여 추정변수의 상대적인 중요성을 조사하여 민감도가 낮은 변수는 상수화하고 상관성이 높은 변수들은 결합하여 모형을 단순화하였다. 그리고 제안된 실시간 홍수예측모형을 다목적댐들의 홍수량 유입예측에 적용하여 상태 및 변수의 동시추정에 의한 수문곡선과 실측유입수문곡선이 잘 일치함을 확인하였다. 또한 홍수가 진행함에 따라 추정변수중, 저류계수는 거의 일정한 값을 나타내지만, 지수는 수문곡선의 변화와 함께 시간적으로 변화하는 것으로 확인하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제54권12호
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• pp.1295-1304
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• 2021

수자원의 효율적인 이용과 관리를 위해서는 기본적으로 강우-유출에 대한 신뢰성 있는 해석이 필요하지만 이를 위한 연속적인 수문자료가 부족하고, 실측 및 모형 등을 통한 강우-유출자료의 확보는 여전히 요원한 실정이다. 특히 미계측 유역의 경우는 합리적인 강우-유출 모의 개선의 일환으로 모형 적용시 필요한 매개변수를 계측유역에서 미계측 유역으로 전이하는 지역화 방안이 활용되고 있다. 본 연구에서는 하천 내 미계측 유역 또는 가뭄모니터링이 필요한 지점에서 GR4J 모형을 선정하여 강우-유출과정의 상태변수를 추출하고 SCEM-UA 기법을 이용한 매개변수 최적화를 진행하였다. 모형을 통해 획득한 유역특성인자와 매개변수 상관성 분석을 위해 Copula 함수를 이용하여 지역화하였으며 미계측 유역에 대한 강우-유출 분석을 수행하였다. 분석과정에서 대상 유역의 중간상태변수를 추출하고 이를 수문변량 인자인 하천수위와 지하수위에 대해 각각의 상관성을 분석하였다. 나아가 강우-유출 모의 과정에서 GR4J 모형의 상태변수를 산출하고 지수화시켜 수문학적 가뭄지수(SSDI)를 산정하였으며 이를 대표 가뭄지수인 SPI와 비교분석하여 산정된 가뭄지수의 수문학적 적합성 평가를 수행하였으며 이를 토대로 미계측 유역에서의 가뭄 모니터링 및 가뭄정보제공 체계구축과 활용 가능성을 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제33권5호
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• pp.593-601
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• 2000

Kim and Lee(2000)는 우리 나라 충주댐의 월 유입량을 EI Nino Southern Oscillation (ENSO)과 연관지어 분석한 결과, 엘리뇨가 발생한 해의 가을과 겨울의 유입량은 평년보다 적은 반면, 라니냐가 발생한 해의 가을과 겨울의 유입량은 평년보다 많음을 밝힌바 있다. 본 연구에서는 이런 ENSO와 유입량 사이의 원격상관관계를 저수지 운영에 활용하는 방안을 제시하고자 한다. 즉, ENSO 정보를 추계동적계획법(SDP)의 수문상태변수로 사용하여 충주댐의 월 운영율을 산출하였다. 대안으로, 수문상태변수를 사용하지 않은 SDP로 월 운영율울 또한 산출하였다. 이러한 두 가지 운영율을 모의운영을 통하여 비교함으로써, ENSO 정보를 이용하였을 때의 가치를 검토하였다. 모의운영 결과, ENSO 정보를 이용한 운영울은 발전량과 용수공급의 안정성을 증대시키고 동시에 월류량을 감소시키는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2004년도 학술발표회
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• pp.863-869
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• 2004

댐의 수리${\cdot}$수문학적 월류 확률 추정시에 가장 민감한 불확실성 변량은 댐의 초기수위라 할 수 있으며, 특히 자료의 특성을 충분히 반영하고 댐마루(dam crest)의 높이를 초과하지 않으면서 경계를 갖는 분포형을 추정하는 것은 무엇보다 중요하다. 그러나 기존의 매개변수적 확률분포 추정방법으로 이러한 문제점을 적절히 반영할 수 없으며 통계특성을 반영하지 못하고 이상화시키는 단점이 있다. 이러한 문제점을 보완하기 위해서 비매개변수적 핵밀도함수 방법과 Bootstrap 기법을 적용하여 수위의 신뢰구간을 추정하였다. 연 최대치 자료를 이용한 비매개변수적 핵밀도함수 기법을 이용한 해석결과에서는 댐의 설계빈도를 상회하는 비교적 큰 위험도 나타냈으며 홍수기의 평상수위고 가정하는 Bootstrap Resampling을 적용한 위험도는 5.11E-06의 간을 나타났다. 가장 극심한 기상상태를 가정한 해석 결과인 1.1972E-03은 본 댐은 여수로의 설계빈도가 1,000년 빈도로서 설계당시보다 확률수문량이 크게 증가된 현재 여수로 방류능력 및 안전성 상태로 고려해보면 적당한 위험도 값으로 추정된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2004년도 학술발표회
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• pp.1178-1182
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• 2004

시계열 자료의 분석과 예측은 수문학분야에서 매우 중요하면, 최근 들어 특정한 수문시계열에서 카오스 특성이 발견되고 있다. 카오스 특성을 갖는 수문시계열의 예측에 있어, 기존의 거의 모든 연구는 시스템의 특성을 파악한 뒤 예측을 실시하는 표준접근법이 채택되어왔다. 그러나 Phoon 등은 시스템의 특성분석에 앞서 예측을 실시하고, 상태공 매개변수가 시스템의 특성분석단계가 아닌 예측단계에서 평가되는 가역접근법을 제안하였다. 본 연구에서는 Phoon 등이 제안한 가역접근법과 기존에 널리 적용되어온 표준접근법을 실제 일유출량 자료에 적용함으로써, 가역접근법의 적용성을 검토하고 카오스 시계열의 특성을 파악하였다. 본 연구에서 사용한 비선형 예측 기법으로는 카오스이론이 적용된 부분근사화 기법을 이용하였다. 카오스 특성분석을 통해, Bear 강 일유출량 시계열 자료에서 카오스 특성이 나타남을 알 수 있었다. 표준접근법과 가역접근법을 이용하여 Bear 강의 일유출량 자료에 대하여 예측을 실시한 결과, 카오스 특성을 갖는 일유출량 시계열 자료의 단기 예측의 우수성을 알 수 있었으면, 가역접근법이 표준접근법에 비해 좋은 결과를 나타내었다. 특히, 가역접근법은 예측단계에서 예측시간(T)에 대하여 예측매개변수를 최적화시킴으로써 보다 정밀한 예측을 할 수 있었으며, 시스템에 대한 정보손실이 발생하였을 경우 예측에 대한 상태공간 매개변수를 다시 추정해야 하는 표준접근법에 비해 실제적 적용성이 매우 우수하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.42-42
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• 2019

유량조절을 위한 자동수문은 설정된 관리수위 이하에서는 수문이 개방되지 않으며, 유량이 증가하여 관리수위 이상이 되면 수문이 개방되어 방류를 시작하여 일정 수위를 유지하는 것을 의미한다. 자동수문의 운영 중 수문의 거동과 자동 개폐 시점을 예측하는 것은 정밀한 수문 설계를 위해 매우 중요하다. 수문 하단으로 흐름이 발생하면 수문 선단을 포함한 주변에서의 압력 차이로 인한 동수압 하중이 발생하고 진동을 유발, 수문 개방을 억제하는 하향력 등의 효과로 수문 운영에 큰 영향을 미친다. 본 연구에서는 부력식 수문의 모형실험을 통하여 정수압 상태의 부력 이론에 의한 수문 개방률과 측정에 의한 수문 개방률을 비교하였으며, 이론과 측정 수문 개방고의 차이를 하향력에 의한 효과임을 확인하였다. 부력식 수문의 하향력을 검토하기 위해 기존 이론식을 이용한 결과, 이론식은 부력식 수문에 적용하기 어려운 것으로 나타났다. 따라서, 기존 이론식을 이용하여 부력식 수문의 하향계수 산정을 위한 매개변수 관계식을 개방률을 이용하여 제시하였다. 제시된 매개변수 관계식의 결정계수는 0.721, 수정된 결졍계수는 0.690으로 나타났다. 부력식 수문의 형상비에 따른 하향력을 검토하기 위해서 수치모의를 수행하였다. 모형실험에서 측정된 자료와 수치모형 ANSYS-Fluent의 사용성을 검증하였고, 부력식 수문의 형상비를 0.24, 0.49, 0.69, 0.89, 1.09로 총 5가지로 설정하여 하향계수와 하향력을 분석하였다. 부력식 수문의 하향계수와 하향력 검토는 부력체, 스커트로 구분하여 분석을 수행하였다. 하향계수 분석결과, 하향계수는 개방률이 증가함에 따라 감소하였으며 하향계수가 부력체 부분에서는 0.465~1.542, 스커트 부분에서는 0.058~1.148의 범위로 나타났다. 하향력 분석결과, 하향력은 개방률 0.300 이하에서는 개방률이 증가함에 따라 하향력은 증가하였나 개방율 0.300 초과하면서부터 개방률이 증가함에 따라 하향력이 감소하는 것으로 나타났다. 또한 부력체 부분에서는 형상비가 증가함에 따라 하향력이 감소하였으나, 스커트 부분에서는 형상비가 증가함에 따라 하향력이 증가하였다. 이는 형상비가 증가함에 따라 스커트 부분의 면적이 증가하기 때문이다. 부력식 수문의 전체적인 하향력을 계산한 결과, 부력식 수문의 하향력은 0.002~0.015 kN의 범위를 가지며 형상비가 증가함에 따라 부력식 수문에 발생하는 하향력은 증가하는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1310-1314
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• 2008

수도권 지역의 신도시 개발에 따른 유역의 도시화와 인구 증가는 유역의 피복상태를 변화시키고, 생태계에 영향을 미치는 수문학적 과정과 하천수질의 변화를 초래하게 된다. 지표면의 침투, 침루 및 토양함수량을 변화시키고, 차단저류량과 요지저류량(depression storage) 등을 변화시킴으로서 유출량과 수질을 변화시키게 되는 것이다. 이와 같은 수문학적과정을 평가하기 위해서는 수문모형을 사용하는데 본 연구에서는 미국 농림부에서 개발한 SWAT모형을 이용하였다. SWAT-K모형은 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형에 인위적, 자연적인 물순환 구조변화와 지표수-지하수 연계 해석 등을 개선하여, 강우 증발산 토양수분 지표수 지하수 등의 시, 공간적 분포를 정량적으로 산정하는 장기유출 해석 모형이다. 또한, 본 모형의 적용을 위하여 GIS를 이용한 공간정보를 처리하여 수문모형의 매개변수를 결정하는 방법이 널리 사용되고 있는데, 본 연구에서는 ArcView GIS를 이용하여 입력자료를 구축하였다. 대상유역은 판교유역으로서 신도시 개발이 한창 진행되고 있는 지역으로서, 개발 과정에 따라 수문특성, 유출특성, 수질변화 특성 등이 계속하여 변화되고 있으며, 개발이 완전히 종료된 이후의 특성을 예측할 필요가 있는 유역이다. 본 연구에서는 SWAT-K모형을 이용하여 판교 신도시 개발에 따른 장기유출량을 예측하였고 모델의 매개변수를 최적화하였으며, 그 결과 본 모델이 장기 유출량 해석 및 판교유역의 수문변화를 평가하는데 유용하게 적용될 수 있을 것으로 판단되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1023-1026
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• 2008

과거에 수문자료 시계열 모의기법은 수자원시스템 설계에 사용되는 일강수량 모의에 주로 이용되어 왔지만 최근에 기후변화에 따른 수문사상의 변동성을 평가하기 위한 기본 자료 모의를 위한 방법론으로 많이 이용되고 있다. 수문시스템에서 강수는 현상의 발생여부에 따라 건조일과 습윤일이 교대로 반복되는 과정으로 구성되어 있으며 건조일, 습윤일 등으로 구분하고 습윤일의 강수량을 상태별로 분류하여 각 상태별 천이확률을 계산함으로써 장래에 발생 가능한 강수사상의 모의 발생이 가능하다. 기후변화 영향 평가 연구에서 가장 중요한 문제 중의 하나는 기후변화로 기인하는 수문사상의 전체적인 거동의 변동사상을 추정하는 것이며 이를 기존 모형들과 연계시키는 방법이라 할 수 있다. 이러한 관점에서 본 연구에서는 천이확률 및 강수 모의에 이용되는 Gamma 확률분포와 같은 분포형의 매개변수들이 우리가 목적으로 하는 월강수량 또는 계절강수량의 총량을 유사하게 모의할 수 있도록 CWGEN(Cross-validated Canonical Correlation Analysis-Weather Generator)를 도입하였다. 이를 국내 강수 지점을 대상으로 검토 평가하였다.