• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.51-51
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• 2019

기후변화 따라 과거에 경험하지 못했던 이상 수문기상 및 기상재해가 유발되며, 그 피해의 규모는 매년 증가한다. 그 중 가뭄은 미국 해양기상청(NOAA)이 선정한 20세기 최대 자연재해 중 상위 5위 안에 랭크되었으며 가뭄의 피해와 영향력은 막대하다고 언급하였다. 가뭄은 발생과정과 피해 영향에 따라 기상학적, 농업적, 수문학적, 사회경제학적 가뭄으로 구분할 수 있으며 직 간접적으로 영향을 미치고 기상학적 가뭄에서 수문학적 가뭄 등으로 가뭄의 종류가 변화되며 이를 가뭄전이라고 부른다,. 본 연구에서는 기상학적 가뭄에서 수문학적 가뭄으로 전이되는 과정을 분석하기 위하여 Weather Research and Forecasting and Model Hydrological modeling extension package (WRF-Hydro) 모형을 한반도 대상으로 구축하였다. 모형의 정확성을 향상시키기 위해 충주댐, 소양강댐, 용담댐, 남강댐의 유입량과 모형 유출량을 비교 분석하였으며, 유출에 영향을 미치는 지면 유출, 표면 거칠기와 같은 파라미터를 보정하여 주었다. 위와 같이 구축, 보정된 모형을 활용하여 모의된 유출량을 이용하여 수문학적 가뭄지수 Standardized Streamflow Drought Index(SSFI)를 도출하여 기상학적 가뭄지수 Standardized Precipitation Index(SPI)와 비교하여 기상학적 가뭄이 수문학적 가뭄으로 전이되는 과정을 가뭄의 빈도, 강도, 특성 등에 초점을 맞추어 분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.751-755
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• 2007

금강 홍수예보시스템의 유출모형은 이미 구축되어 있던 한강의 홍수예보시스템과 마찬가지로 저류함수법과 단위도법에 의한 홍수 유출 모형을 근간으로 구성되어 있다. 홍수시 금강하구둑으로 인한 홍수시 하류부의 조위 또는 하구둑의 내수위 변화가 상류부에 미치는 영향을 현재 운영되고 있는 홍수예보 시스템의 저류 함수모형으로는 반영하지 못하기 때문에 하류부의 조위 변화에 영향을 받는 구간에서의 홍수예측에 많은 문제점을 초래하고 있다. 이와 같은 수문학적 상황으로 인하여 하구둑 저수지에 의한 배수 영향은 저류함수법에 의한 홍수예측의 정확도를 저하시키는 요인으로 작용하고 있으므로 수리학적 홍수예측모형의 개발을 필요로 하고 있다. 따라서, FLDWAV 모형을 적용하여 개발한 수리학적 홍수예측모형으로 배수영향을 받는 홍수예보지점인 규암, 강경지점을 모의하였다. 이를 통해 근본적으로 수문학적 모형이 해결할 수 없는 한계를 없애고, 수문학적 모형과 병용함으로써 더 정확하고 효과적인 홍수예보업무가 될 것이라고 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1512-1516
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• 2007

자신의 현재와 과거의 시계열데이터만을 가지고 시계열 모형을 구축하는 단변량 ARIMA모형 분석법과는 달리, 관심의 대상이 되는 출력시계열과 이와 관련있는 입력시계열의 동태적 특성을 나타내는 전이함수모형(Transfer function model)을 사용하여 소양강댐, 충주댐, 화천댐에 대한 월별 수문자료를 이용하여 유입량을 예측해 보고자 한다. 본 연구의 주요 목적은 다변량 추계학적 시스템의 해석을 위한 모형의 추정과 등정을 위한 과정을 개발하는데 있다. 일반적 추계학적 시스템 모형이 표현되며 그것으로부터 수문학적 시스템의 모형을 매우 적절하게 유도하기 위한 다중 입력-단일 출력 TF, TFN모형을 유도하는데 있다. 이 모형은 수문학적 시스템을 위한 경우에 있어 상관된 입력을 설명할 수 있도록 개발된다. 일반적으로 모형을 만드는 전략이 유도되며 실제유역시스템에 적용하여 검토된다. 한강수계 주요 다목적댐인 소양강댐, 충주댐, 화천댐의 수문자료를 가지고 추계학적 모형(TF, TFN)에 의한 결과와 실제유입량을 비교하여 검토하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.40-40
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• 2020

가뭄은 발생과정과 피해 영향에 따라 기상학적, 수문학적, 농업적, 사회경제학적 가뭄으로 분류할 수 있으며, 각 가뭄은 서로 직·간접적으로 영향을 미친다. 본 연구에서는 기상학적 가뭄에서 수문학적 가뭄으로의 전이 분석을 위하여 WRF-Hydro(Weather Research and Forecasting and Model Hydrological modeling extension package)모형을 한반도 대상으로 구축하였다. WRF-Hydro 모형을 한반도에 적절히 사용하기 위하여 표면유출, 보수깊이, 표면 거칠기와 같은 파라미터 보정을 모형의 유출량 결과 값과 관측된 유출량 값을 비교 평가하여 수행하였다. 수문학적 가뭄을 정의하기 위해 Standardized Runoff Index(SRI)를 도출하였고, 기상학적 가뭄 정의에는 Standardized Precipitation Index(SPI)를 사용하였다. 한반도 가뭄이 발생한 2008년부터 2015년까지 SPI와 SRI의 기간 및 심도를 정량화하고 가뭄 전이 분석하였다. 분석 결과에 따르면 수문학적 가뭄은 기상학적 가뭄이 발생 5일에서 49일 이후에 발생하며, 발생 횟수가 적으며 크기가 작으나, 상대적으로 긴 가뭄 기간을 보였다. 이러한 분석은 지면 및 수문 모형 기반 한반도 가뭄 사상 예측 및 이해에 기여할 것으로 예상된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.3-3
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• 2020

사회-수문시스템의 인과관계에 대한 보다 상세한 통찰하기 위해서는 현재의 사회-수문시스템의 기능을 이해하고 미래의 사회-수문시스템의 변화 궤적을 예상할 수 있는 모형이 필요하다. 사회-수문학적 관점에서는 수문순환 현상과 더불어 인간 활동과 관련된 인구, 토지이용, 경제성, 환경변화로 연계되는 사회-수문시스템 내 복잡한 관계해석 과정이 중요하다. 본 연구에서는 하천유지유량 결정기준에 따른 사회-수문시스템의 변화과정을 이해하고 가능한 영향궤적을 평가하기 위해 사회수문학적 관점으로 해석하고자 한다. 현재 우리나라에서는 하천유량고시지점 114개 중 각 항목별 고시지점의 비율은 수질(33%), 평균갈수량(33%), 생태(29%), 경관(4%), 수질 및 염해(1%)로 나타났다(2019년 고시 현황). 따라서 사회-수문시스템 내에서 하천유지유량 결정기준 차이에 따라 환경적, 사회적, 경제적 측면으로의 영향을 평가하기 위하여 구조방정식모형을 모델링 한 후, 모형 내 잠재요인(기상, 수문, 환경, 사회·경제)의 상호연관성을 파악하였다. 기상학적 요소로는 기온, 강수량을 선정하였으며, 인간의 활동이 개입된 수문학적 요소는 유량, 하천수이용량으로 선정하였다. 환경적 요소는 BOD, COD, SS를 선정하였으며, 사회·경제적 요소는 인구, 지가변동률을 고려하였다. 이와 같은 사회-수문시스템 내 잠재요인별 요소를 바탕으로 사회-수문학적 영향평가를 위한 가설을 검증하기 위해 통계 프로그램 AMOS를 활용하여 구조방정식모형을 모델링하였다. 향후 사회-수문학 관점에서의 복잡한 영향관계를 정량적으로 평가하고, 다양한 이해관계자 간의 합의를 도출하는 데 있어서 효율적인 의사결정도구로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.444-444
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• 2021

하천의 오염부하량 관리 계획은 지속적인 모니터링을 통한 자료 구축과 모형을 이용한 예측결과를 기반으로 수립된다. 하천의 모니터링과 예측 분석은 많은 예산과 인력 등이 필요하나, 정부의 담당 공무원 수는 극히 부족한 상황이 일반적이다. 이에 정부는 전문가에게 관련 용역을 의뢰하지만, 한국과 같이 지형이 복잡한 지역에서의 오염부하량 배출 특성은 각각 다르게 나타나기 때문에 많은 예산 소모가 발생 된다. 이를 개선하고자, 본 연구는 합성곱 신경망 (convolution neural network)과 수문학적 이미지 (hydrological image)를 이용하여 강우 발생시 BOD 및 총인의 부하량 예측 모형을 개발하였다. 합성곱 신경망의 입력자료는 일반적으로 RGB (red, green, bule) 사진을 이용하는데, 이를 그래도 오염부하량 예측에 활용하는 것은 경험적 모형의 전제(독립변수와 종속변수의 관계)를 무너뜨리는 결과를 초래할 수 있다. 이에, 본 연구에서는 오염부하량이 수문학적 조건과 토지이용 등의 변수에 의해 결정된다는 인과관계를 만족시키고자 수문학적 속성이 내재된 수문학적 이미지를 합성곱 신경망의 훈련자료로 사용하였다. 수문학적 이미지는 임의의 유역에 대해 2차원 공간에서 무차원의 수문학적 속성을 갖는 grid의 집합으로 정의되는데, 여기서 각 grid의 수문학적 속성은 SCS 토양보존국(soil conservation service, SCS)에서 발표한 수문학적 토양피복형수 (curve number, CN)를 이용하여 산출한다. 합성곱 신경망의 구조는 2개의 Convolution Layer와 1개의 Pulling Layer가 5회 반복하는 구조로 설정하고, 1개의 Flatten Layer, 3개의 Dense Layer, 1개의 Batch Normalization Layer를 배열하고, 마지막으로 1개의 Dense Layer가 연결되는 구조로 설계하였다. 이와 함께, 각 층의 활성화 함수는 정규화 선형함수 (ReLu)로, 마지막 Dense Layer의 활성화 함수는 연속변수가 도출될 수 있도록 회귀모형에서 자주 사용되는 Linear 함수로 설정하였다. 연구의 대상지역은 경기도 가평군 조종천 유역으로 선정하였고, 연구기간은 2010년 1월 1일부터 2019년 12월 31일까지로, 2010년부터 2016년까지의 자료는 모형의 학습에, 2017년부터 2019년까지의 자료는 모형의 성능평가에 활용하였다. 모형의 예측 성능은 모형효율계수 (NSE), 평균제곱근오차(RMSE) 및 평균절대백분율오차(MAPE)를 이용하여 평가하였다. 그 결과, BOD 부하량에 대한 NSE는 0.9, RMSE는 1031.1 kg/day, MAPE는 11.5%로 나타났으며, 총인 부하량에 대한 NSE는 0.9, RMSE는 53.6 kg/day, MAPE는 17.9%로 나타나 본 연구의 모형은 우수(good)한 것으로 판단하였다. 이에, 본 연구의 모형은 일반 ANN 모형을 이용한 선행연구와는 달리 2차원 공간정보를 반영하여 오염부하량 모의가 가능했으며, 제한적인 입력자료를 이용하여 간편한 모델링이 가능하다는 장점을 나타냈다. 이를 통해 정부의 물관리 정책을 위한 의사결정 및 부족한 물관리 분야의 행정력에 도움이 될 것으로 생각된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.166-166
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• 2022

본 연구의 목적은 고전적 순간단위도 모형 중의 하나인 Nash 모형의 매개변수와 하천망의 동적 Fractal 차원 사이의 관계를 체계적으로 분석하여 해당 매개변수의 수문학적 의미를 추론해 보는 것이다. Nash 모형의 경우, GIUH 이론과의 결합을 통하여 Horton 비를 기반으로 한 두 매개변수의 지형학적 추정 방법이 일찍부터 제안되어 왔다 (Rosso, 1984; Bhunya, 2008). 특히 Liu(1992)는 2차원 자유 Euclidean 공간 내에서 percolation cluster 모형의 응집구조와 유역의 배수구조 사이의 비교를 통하여 하천망의 Fractal 차원을 정적 Fractal 차원과 동적 Fractal 차원으로 구분하고 양자의 수문학적 의미에 대하여 강조한 바 있다. 본 연구에서는 문헌 조사 (Morisawa, 1962; Marani et al., 1991; Rosso et al., 1991)를 통하여 수집한 비교적 신뢰성 있는 국외 하천망들에 관한 정보를 기반으로 Nash 모형의 매개변수와 하천망의 동적 Fractal 차원 사이의 관계를 분석해 보았다. 주요한 결과로서 Nash 모형의 형상 매개변수와 하천망의 Fractal 차원 사이에는 밀접한 상관관계가 존재함을 알 수 있었으며 이를 통하여 하천망의 Fractal 차원을 이용하여 해당 매개변수를 직접 추정할 수 있는 관계식을 제시할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 분광 차원과 Nash 모형의 첨두 좌표 사이의 관계를 통하여 겉보기에서로 다른 유역들 사이에 존재할 수 있는 수문학적 상사성을 평가할 수 있는 기준의 수립 역시 본 연구과정을 통하여 제시할 수 있으로 판단된다. 후속 연구로서 국내외 다수 유역들에 대한 지형분석을 통하여 본 연구에서 얻은 결과의 보편성을 검정하고 수문학적 자료들에 대한 검증을 통하여 Nash 모형을 기반으로 한 다양한 수문학적 모형들의 개선 방안을 제시해 보고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.712-716
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• 2007

본 연구의 목적은 기존에 구축된 임진강 홍수예보시스템의 문제점을 분석하여 새로운 예보시스템을 구축하는 것으로, 주요 내용은 수문레이더의 활용, 유효우량 산정, 유출량 계산, 하도추적, 조위 영향 감안, 시스템 효율성 개선 등 여러 분야에서 기존 시스템의 문제를 분석하고, 이를 해결할 수 있는 새로운 시스템을 구축하는 것이다. 본 연구를 통해 새로이 구축된 임진강 홍수예보시스템은 수문학적 모형의 경우 기존의 소유역 구분을 개선하여 효율적인 홍수예보가 가능하도록 최적의 소유역을 재구성하였고, 이에 따른 소유역별 매개변수 산정, 평균 강우량 산정 등을 모두 새로이 구축하였다. 수리학적 모형의 경우에는 한강과 임진강, 서해 조위를 동시에 동역학적으로 고려할 수 있도록 시스템을 재구축하였으며, 최근의 측량단면을 이용하여 최적 조도계수를 재산정하였다. 본 연구를 통해 개선된 임진강 홍수예보시스템은 과거 홍수사상에 대한 적용을 통해서 검증되었다. 수문 레이더, 수문학적 모형, 수리학적 모형 등이 모두 전산시스템 상에서 원활하게 운영되는 것이 검증되었으며, 본 연구에서 개선된 시스템의 정확도 또한 실제 적용을 통해서 검증되었다. 따라서 본 연구에서 구축된 임진강 홍수예보 시스템을 통해 임진강 유역에 대한 홍수예보의 정확성, 효율성이 크게 향상된 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.775-779
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• 2009

최근 이상기후 및 국지성 돌발호우 등 여러 가지 형태의 예기치 못한 기상이변으로 인하여 매년 수재해는 빈번히 발생하고 있으며, 이를 위해 하천에서 실시간으로 신속하고 안정성있는 수리학적 하도추적모형의 구축은 지속적으로 연구해야 할 사항이다. 현재 주요 수계 홍수통제소에서는 홍수예보를 위해 주로 수리학적 및 수문학적 모형이 병행되어 적용되고 있으나, 한강과 금강하류를 제외한 나머지 수계에서는 아직까지 개념적 수문학적 모형만을 이용하여 홍수예보를 수행하고 있는 실정이다. 그러나, 신속하고 안정적인 수문학적 모형이 가지고 있는 몇가지 장점에도 불구하고, 실시간 분석 및 신속한 상황대처를 위해서는 정교한 하천흐름해석 기술인 수리학적분석이 반드시 필요하다. 그러나, 대부분의 모형운영자가 직면하게 되는 수리학적 하도추적모형에서 발생하는 수치적 불안정성인 발산의 문제점은 상당한 어려움으로 작용하고 있다. 이는 다양한 원인들이 있을 수 있으나, 대표적으로 단면의 불규칙성을 고려할 수 있다. 실제단면들을 모형에 반영할 때 수치계산의 과정 중에 급확대/급축소/특이단면에 따른 잦은 발산이 발생하게 되며, 이를 방지하기 위해서 단면의 보간 및 평활화 작업 등을 수행하게 된다. 이때 단면의 형상을 최대한 반영한 보간 및 평활화 작업이 되지 않으면, 물리적 개념이 무시된 비합리적인 계산이 수행될 수 있다. 발산의 요인을 제거한 최적의 단면형태를 선정하는 것은 모형의 안정성을 확보하는 데 중요한 요인이 된다. 또한 모형수행에 있어 발산의 요인으로서 하구와 만나게 되는 지점에서의 경계조건으로서 조위영향이 있다. 수리학적 하도추적모형의 중요한 요인인 하구에서의 흐름을 조위와 연계하여 가장 합리적인 하류 경계조건을 제시하는 것이 모형의 발산 방지 및 정확도를 향상시키는데 중요한 인자로 작용하고 있다. 본 연구에서는 이와 같은 수리학적 하도추적모형의 안정성 검증을 위하여, 아직까지 수리학적 하도추적모형이 구축되어 있지 않는, 금강상류구간인 용담댐$^{\sim}$대청댐구간을 설정하여 수리학적 모형의 입력자료를 구축하고, 그에 따른 영향검토를 지속적으로 추진할 계획이다. 대상구간에서 향후 검증될 다양한 수리학적 안정화 기술은 향후 타 수계에서 적용시, 신속하고 합리적인 입력자료 구축에 많은 도움을 줄것이며, 현재 하천에서 발생하는 계산의 불안정성을 빠르게 수정하는 것이 가능하다.

• 한국습지학회지
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• 제12권3호
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• pp.79-97
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• 2010

본 연구의 목적은 연 증발접시 증발량의 수문학적 분해를 위하여 신경망모형을 적용하는데 있다. 신경망 모형은 각각 다층 퍼셉트론 신경망모형(MLP-NNM)과 지지벡터기구 신경망모형(SVM-NNM)으로 구성되어 있다. 그리고 신경망모형의 수행평가를 위하여 훈련 및 테스트과정으로 구성되었다. 신경망모형의 훈련과정을 위하여 실측, 모의 및 혼합자료와 같은 세 가지 형태의 자료가 사용되었으며, 테스트과정을 위해서는 실측자료만 이용되었다. 평가를 위하여 4가지의 통계학적 지표(CC, RMSE, E, AARE)가 각각 제시되었으며, ANOVA 및 Mann-Whitney U 검증을 이용하여 실측 및 계산된 월 증발접시 증발량자료에 동질성검증을 실시하였다. 본 연구를 통하여 비선형 시계열자료의 수문학적 분해를 위해서 MLP-NNM과 SVM-NNM의 적용성을 평가하였다. 게다가 연 증발접시 증발량 자료의 수문학적 분해로부터 신뢰성있는 월 증발접시 증발량자료를 구축할 수 있을 것이며, 관개배수 네트워크 시스템의 평가를 위한 이용가능한 자료를 제공할 수 있을 것이다.