• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.323-323
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• 2020

그래픽 처리 장치(Graphic Processing Unit: GPU)는 그래픽 처리 작업에 특화된 다수의 산술논리 장치(Arithmetic Logic Unit: ALU)로 구성되어 있어서 중앙 처리 장치(Central Processing Unit: CPU)보다 한 번에 더 많은 연산 수행이 가능하다. 본 연구는 GPU 가속 운동파모형을 실제 유역에 적용하여, GPU 가속 운동파 강우유출모형 결과에 대한 정확성과 연산 소요 시간에 대한 효율성을 확인하였다. GPU 가속 운동파모형은 분포형 강우유출모형의 수치모의 연산시간을 단축시키기 위해 CUDA 포트란을 이용하여 개발되었다. 분포형모형의 지배방정식은 운동파모형과 Green-Ampt모형으로 구성되었고, 운동파모형은 유한체적법을 이용하여 이산화 하였다. GPU 가속 운동파모형을 이용하여 금강의 미호천 유역에서 발생하는 강우유출현상을 모의 하였고, 동일한 유한체적법을 이용한 CPU(Central Processing Unit) 기반의 강우유출모형과 비교하였다. 그 결과 GPU 가속모형의 결과는 미호천 유역 하류단에서 관측한 결과와 유사한 결과를 나타냈다. 또한, 연산소요시간은 CPU 기반의 강우유출모형의 연산소요시간보다 단축되었으며, 본 연구에 사용된 장비를 기준으로 최대 100배 정도 단축되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.346-346
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• 2022

본 연구에서는 GPU(Graphic Processing Unit) 가속 분포형모형을 실제 유역에 적용하여 강우 유출모의 결과의 정확성과 모의시간의 효율성에 대한 분석을 수행하였다. 분포형모형의 지배방정식은 운동파모형과 Green-Ampt모형으로 구성되어 있으며, 운동파모형은 유한체적법을 이용하여 이산화 하였다. GPU 가속 모형은 CUDA(Compute Unified Device Architecture) 포트란(Fortran)을 사용하여 개발된 모형으로 수치모의시 연산시간 단축을 고려한 모형이다. 모형의 정확성과 효율성은 미호천 유역에서 발생하는 강우유출현상에 GPU 가속 운동파모형을 적용하여 분석하였다. 수치모의 결과값은 대상유역에 속한 수위관측소의 관측값과 비교하여 정확성을 검증하였고, 수치모의 소요시간은 CPU(Central Processing Unit) 기반 운동파모형의 수치모의 소요시간과 비교하여 효율성을 검증하였다. GPU 가속 운동파모형의 수치모의 결과는 관측값과 유사한 결과를 나타냈으며, 수치모의 소요시간은 본 연구에 사용된 장비를 기준으로 최대 100배 정도 단축되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.271-271
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• 2018

그래픽 처리 장치(GPU: Graphic Processing Units)는 그래픽 처리에 특화된 수많은 산술논리연산자 (ALU: Arithmetic Logic Unit)와 이에 관련된 인스트럭션Instruction)으로 인해 중앙 처리 장치(CPU: Central Processing Units) 보다 훨씬 빠른 계산 처리를 수행할 수 있다. 최근에는 FORTRAN에 의해 구현된 많은 수치모형들이 현실적인 모델링 방법의 발달로 인해 더 많은 계산량과 계산시간을 필요로 한다. 이 연구에서는 GPU 상의 범용 계산GPGPU : General-Purpose computing on Graphics Processing Units) 기반 운동파 강우유출모형(Kinematic Wave Rainfall-Runoff Model)이 CUDA(Compute Unified Device Architecture) FORTRAN을 사용하여 구현되었다. CUDA FORTRAN 운동파 강우유출모형의 계산 결과는 검증된 CPU 기반 운동파 강우유출모형의 계산 결과와 비교하여 검증되었으며, 잘 일치함을 보여 주었다. CUDA FORTRAN 운동파 강우유출모형은 CPU 기반 모형에 비해 약 20 배 더 빠른 계산 시간을 보였다. 또한 계산 영역이 커짐에 따라 CPU 버전에 비해 CUDA FORTRAN 버전의 계산 효율이 향상되었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제52권11호
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• pp.887-894
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• 2019

분포형 강우유출모형의 수치모의 연산시간을 단축시키기 위해 GPU(Graphic Processing Unit)를 이용한 가속 운동파모형을 개발하고 정확성과 연산속도에 대한 성능을 검토하였다. 분포형모형의 지배방정식은 운동파모형과 Green-Ampt모형으로 구성되었고, 운동파모형은 유한체적법을 이용하여 이산화 하였다. GPU 가속 운동파모형 개발을 위해 CUDA fortran을 이용하였다. 개발된 모형을 이용하여 이상적인 유역에서 발생하는 강우유출현상을 모의 하였고, 다른 모형 및 실험결과와의 비교를 통하여 개발된 GPU 가속 운동파모형이 비교적 정확하게 유출량을 계산할 수 있음을 확인하였다. 동일한 유한체적법을 이용한 CPU(Central Processing Unit) 기반의 강우유출모형과 비교할 경우, GPU 가속모형의 연산시간 단축비율은 격자의 수가 증가할수록 높아졌으며, 본 연구에 사용된 장비를 기준으로 최대 450배 정도 단축됨을 확인하였다.

• 대한조선학회지
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• 제11권2호
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• pp.23-40
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• 1974

Semisubmersible 해양석유시추선의 기본설계에 필요한 파랑중(波浪中)에서 운동(運動)을 계산(計算)하는 이론적방법(理論的方法)을 제시하고 "MOHOLE"과 "SEDCO 1350-F" 석유시추선들의 운동(運動)을 해석하였다. 이 규칙파에서 운동계산을 불규칙해양파(波)에 적용하는 응용해석을 보여주었다. 현재 이론적 방법으로는 6자유도(自由度)의 운동을 해양파의 어떤 방향에 대해서도 정확히 계산할 수 있으며 계산의 정확성은 수조(水槽)에서의 모형선의 운동측정치와 실선(實船)의 운동측정치와 비교하여 증명되었다. 또 현재의 방법은 종전에 개발된 방법보다 더 일반적(一般的)인 경우를 다룰 수 있으며 결과치도 더 정확하다. 극소운동특성을 갖는 해양석유시추선과 부체(浮體)해양구조물의 설계는 경비가 비싸고 시간이 많이 드는 모형실험보다는 유체역학적(流體力學的) Parameters를 신속 정확히 자주 변경 검토해야 하는 기본설계단계에서는 정확한 이론적인 전자계산기에 의한 계산방법이 절실히 필요하다. 예상(豫想)과 같은 부가질량(附加質量)과 감쇠력(減衰力)은 Resonance 운동주기에서만 운동에 영향을 준다. 해양구조물에 작용하는 파력(波力)은 Froude-Krilov force, 부가질량(附加質量) 및 감쇠력(減衰力)과 Restoring force로 구성했으며 규칙파(規則波)에서의 6자유도(自由度) 운동방정식은 본 논문에 제시된 실험측정치(値)와 실험으로 정확도가 증명된 이론치(値)의 부가질량과 감쇠력 계수(係數)를 써서 풀었다. 규칙파(規則波)에서의 계산된 운동을 Pierson Moskowitz 해양파(海洋波) 스펙트럼과 linear superposition principle에 의해 불규칙해양파(不規則海洋波)에서의 운동을 계산하는데 사용했다. 불규칙파(不規則波)에서의 운동은 운동스펙트럼과 통계적 운동치로 나타냈다. 현재의 계산방법은 실제 기본설게에 사용되어 왔으며, 다른 응용분야는 파랑중(波浪中)에서의 파면(波面)과 Deck간(間)의 Clearance, 계류선(係留線)의 동장력(動張力)계산의 기본 Data 및 기본설계의 Draft 등 Parameters를 통(通)한 Optimum Design 등(等)이다. 파(波)의 한 방향(方向)에 대(對)한 전자계산기(電子計算機)(IBM 370 또는 CDC 6400)에 의한 운동계산은 10초(秒)미만밖에 안걸린다. 또 현재의 계산방법은 해양석유시추선뿐 아니라 이와 비슷한 부체(浮體)해양구조물과 Pipe-laying선(船) 또 Supply Boat설계(設計)에도 쓰여지고 있다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제41권5호
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• pp.455-462
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• 2008

본 연구에서는 격자강우량과 격자기반의 수문정보와 연계하여 홍수기 유출량의 시공간적 분포를 파악할 수 있도록 물리적인 운동파(kinematic wave)이론에 근거한 분포형 강우-유출모형을 개발하였다. 이 모형은 홍수기동안의 지표흐름과 지표하 흐름의 시간적 변화와 공간적 분포를 모의할 수 있으며, 전처리과정으로서 ArcGIS 혹은 ArcView등의 GIS 프로그램을 이용하여 모형에 필요한 ASCII형태의 입력 매개변수 자료들을 가공하였다. 또한 후처리과정으로서 모형의 수행결과인 유역내의 유출량 분포 등을 GIS상에서 나타낼 수 있도록 ASCII형태로 출력하도록 구성하였다. 개발된 모형의 적용가능성을 검토하기 위하여 남강댐유역을 대상으로 유역을 500m의 정방형 격자로 분할하고 수계망을 통하여 유역 출구까지 운동파이론에 의해 추적 계산하였으며, 수문곡선 비교결과 재현성 높은 결과를 보여주었다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제1권2호
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• pp.75-83
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• 2001

본 연구에서는 자연형하천으로 정비된 소하천의 실태조사를 통해 정비현황의 문제점을 조사하였다. 수원천 수계에 포함된 창사천을 대상으로 현장관측을 실시하였다. 창사천에서 관측된 강우량, 유속, 수심 등의 자료를 이용하여 운동파 모형의 적용성을 평가하였으며, 실무에서 널리 사용되고 있는 SCS, Clark, RRL 모형과도 비교하였다. 운동파방정식을 창사천유역에 적용했을 때 실측치와 비교적 유사한 결과를 얻을 수 있었다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제10권4호
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• pp.95-104
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• 2010

저류함수법은 한국의 홍수예경보시스템에서 가장 널리 사용되고 있는 강우-유출 모형 중 하나이다. 본 연구에서는 저류함수법의 매개변수를 운동파모형과 비교하여 물리적 의미를 고찰하고 국내 하천유역에서의 일반적인 적용방법을 도모하고자 한다. 두 모형의 기본적인 방정식을 이론적으로 비교한 결과 저류함수법에서 저류량과 비선형관계인 유출량의 멱승을 나타내는 P와 운동파모형에서 유출수심과 비선형관계를 보이는 단위폭당 유량의 멱승을 나타내는 p가 동일하다고 볼 수 있었다. 또한, 저류함수법에서 저류상수와 지체시간을 나타내는 K와 $T_l$은 운동파모형에서 유역특성상수를 나타내는 k, 유역면적 그리고 Hack의 법칙의 계수를 이용하여 관계식을 제시할 수 있었다. 이와 함께 한국에서의 저류함수법의 일반적인 적용을 위해 K와 $T_l$에 관한 매개변수 추정을 위한 식을 제안할 수 있었다. 이러한 관계식은 국내 전국에 산재한 17개의 댐지점에서의 101개의 호우사상으로부터 얻어졌다. 이들 관계식은 운동파 모형의 매개변수와 국내 하천유역에 대해 새롭게 발전된 형태로 얻어진 Hack의 법칙에 기초하여 결정될 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.254-258
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• 2008

본 연구는 격자기반 운동파 강우유출모형 KIMSTORM(grid-based KIneMatic wave STOrm Runoff Model)의 기능을 개선하고 적용성을 평가하는 것이다. KIMSTORM은 김성준(1998)이 개발한 분포형 강우유출모형으로 포화상태의 지표흐름 및 토양수분상태의 시공간적인 분포를 파악할 수 있다. UNIX C++ 언어로 개발되었으며, GRASS 형태의 ASCII Grid를 입출력하도록 구성되어 있는 모형으로 UNIX 운영체제에서 구동이 가능하다. 그러나 UNIX와 GRASS는 최근에 많이 이용되지 않는 추세로 KIMSTORM 모형을 이용한 홍수유출해석이 적극적으로 활용되는데 주요 제약사항이 되어 왔다. 본 연구에서는 KIMSTORM을 윈도우즈 환경에서 운영될 수 있도록 FORTRAN 90을 이용하여 재개발하였으며 주요개선 사항으로, ESRI ASCII Grid 형태의 GIS(geographic information system) 자료 입력, 물리적 침투모의 방법인 GAML (Green-Ampt and Mein- Larson) 적용, 공간강우 입력가능, 정렬 알고리즘을 이용한 계산속도의 개선, 모형 자료입력 등 전처리 기능개선, 계산결과의 자동평가 및 분포도출력 등 후처리 방식개선으로 요약할 수 있다. 개선된 모형 GAML에 의한 침투방법을 적용하여, 남강댐유역($2,293\;km^2$)의 6개 강우사상을 대상으로 결정계수, Nash & Sutcliffe 모형효율계수, 용적편차, 첨두유량의 상대오차, 첨두시간의 절대오차를 이용하여 적용성을 평가하였으며, 민감도분석결과 초기토양수분조건과 하천조도계수가 가장 큰 민감도를 나타내었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제31권3호
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• pp.303-308
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• 1998

격자기반의 물수지 기법을 이용하여 강우에 의한 지표흐름과 지표하흐름의 시간적 변화와 공간적 분포를 모의할 수 있는 분포형 강우-유출모형을 개발하였다. 본 모형은 제 수문인자들의 격자별 물수지를 계산하여 단방향 흐름경로 알고리듬에 의하여 지표 및 지표하 흐름을 추적한다. 전처리과정으로서 GRASS를 이용하여 모형에 필요한 ASCII 형태의 자료들을 준비하고, 후처리과정으로서 모형의 수행결과인 유역의 유출량, 유출고, 토양수분, 본포 등을 GRASS상에서 도시할 수 있도록 ASCII형태로 출력하도록 구성하였다.