• 한국산림과학회지
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• 제90권2호
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• pp.197-209
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• 2001

준분포형 수문모형인 TOPMODEL은 산림유역의 유출량, 주 유출경로 및 수질을 공간적으로 예측하는데 많이 적용된다. TOPMODEL은 물리모형이 아니라 일종의 개념모형이며 주요 구성요소는 지형지수와 토양의 수평전달계수로 각각 지표면과 지표하 유출의 기여면적을 계산하는데 이용된다. 본 연구는 우리나라의 소규모 산림유역에서 TOPMODEL의 적용성을 검증하기 위하여 수행되었다. 시험지는 1979년부터 임업연구원에서 운용하고 있으며 서울 근교 경기도 광릉시험림에 위치해 있다. 활엽수림 유역은 임령이 약 80년, 유역면적이 22.0ha이고, 침엽수림 유역은 임령이 약 22년, 유역면적이 13.6ha이다. 관측자료는 활엽수 유역의 경우 1995년 7월과 2000년 6월에 발생한 2개 강우-유출사상이고 침엽수 유역의 경우 1995년과 1999년 7월 그리고 2000년 8월의 3개 강우-유출사상을 이용하였다. 지형지수는 $10m{\times}10m$의 수치지형도를 만들어 계산하였다. 지형지수 분포는 활엽수림 유역의 경우 2.6에서 11.1, 침엽수림 유역은 2.7에서 16.0으로 나타났다. 모형의 예측 효율성을 목적함수로 최적화한 결과 모형매개변수(m)와 유역의 평균 포화수평전달계수($lnT_0$)가 높은 민감도를 나타내었다. 매개변수의 최적값은 활엽수림 유역의 경우 m값은 0.034와 0.038 그리고 $lnT_0$값은 8.672와 9.475였으며, 침엽수 유역의 경우 m값은 0.031, 0.032, 0.033 그리고 $lnT_0$값은 5.969, 7.129, 7.575였다 이들 값을 이용하여 모의한 결과 모형의 예측 효율성은 활엽수림 0.958과 0.909 그리고 침엽수림 0.825, 0.922와 0.961로서 비교적 높게 나타났다. 강우-유출량 관측치와 모의치를 이용하여 강우-수문곡선을 작성한 결과 두 유역 모두 유출지연시간은 잘 일치하였다. 일부 강우-유출사상의 경우 총유출량과 첨두유량의 관측치와 모의치 간에 다소 차이를 보였지만 TOPMODEL은 전반적으로 10% 이하의 오차범위에서 총유출량과 첨두유량을 예측할 수 있었다. 결론적으로 TOPMODEL은 우리나라의 미계측 산림유역에서 유출량을 산정하는데 유용한 수문모형이다.

• 한국물환경학회지
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• 제35권6호
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• pp.497-509
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• 2019

After the Total Maximum Daily Loads(TMDLs) was applied, it became beyond the limit of concentration management. However, it does not adequately reflect the characteristics of various watersheds, and causes problems with local governments because of the standard flow set. Thus, in this study, the Han River system is organized into four groups in estimating the Pollution Contribution by applying the Flow Duration Curve(FDC) created by the daily flow of data from the HSPF. And the method of this study is expected to be valuable as basic data for the TMDLs. As a result, Group I contains the main watersheds with no large hydraulic structures and tributary watersheds. There is no specificity in the FDC and the Pollution Contribution is estimated as rainfall runoff. Group II contains watersheds near the city where the FDC is maintained above a certain level during the Low Flow Conditions and the Pollution Contribution is estimated as the discharge flow of large scale point pollution facilities. Group III contains the main watersheds in which the large hydraulic structures are installed and FDC is curved in the Low Flow Conditions. So the Pollution Contribution is estimated as the water quality of the large hydraulic structures. Group IV contains the upstream in mainstream watersheds in which the large hydraulic structures are installed and the FDC is disabled before the Low Flow Conditions. As the flow is concentrated in the High Flow Conditions, the non-point pollution sources are estimated as the Pollution Contribution.

• 한국수자원학회논문집
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• 제41권7호
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• pp.737-746
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• 2008

강우-유출 및 저수지운영 모형의 최종 개발 목적은 가용한 관측자료를 이용하여 실무자가 하천의 유량예측 및 저수지운영 업무를 쉽고 정확하게 수행할 수 있도록 분석도구를 제공하는데 있다. 본 연구에서는 물관리 실무에서 홍수량 예측업무에 활용중인 단기 강우-유출 저류함수 모형을 확장하여 장기유출에 모의에 기여도가 높은 유효우량 및 침투량 산정기법을 개선하여 장기 유출분석이 가능하도록 저류함수기반의 장기 유출모형을 구축하였다. 개발된 모형의 적용가능성을 검토하기 위하여 낙동강 유역내 3개 댐유역(안동,합천,밀양)을 대상으로 연간 유출모의를 실시 하였으며, 현재 물관리 실무에서 장기유출모형으로 활용중인 SSARR모형과의 성능을 비교하였다. 수문곡선 비교 결과, SSARR 모형이 상대적으로 재현성 높은 결과를 보여주었지만, 본 연구에서 개발한 모형은 관측 가용한 자료만으로도 비교적 신뢰성 있는 장기유출모의가 가능하다는 점에서 향후 실무에서 유용하게 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국습지학회지
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• 제10권2호
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• pp.67-79
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• 2008

하천에서의 부정류 해석을 위해서 1차원 유한차분법(FDM)인 Abbott-Ionescu scheme과 2차원 유한체적법(FVM)인 근사의 Riemann solver(Osher scheme)에 대하여 살펴보았다. 두 모형은 직선 하도, 약간 굽어진 사행하도 및 사행하도에서의 흐름 문제들에 적용되었으며 결과의 비교는 균일한 직사각형 수로에 대하여 이루어졌다. 하천의 복잡한 형상의 표현하기 위해서는 이를 고려할 수 있는 유한체적법을 이용하였다. 유한차분법과 유한체적법 결과는 수위 및 유량 수문곡선에 대하여 매우 만족스러운 것으로 나타났다. 균일한 직선하도에 대해서는 1차원분석으로도 충분하다는 사실을 파악할 수 있었으며, 사행하도의 경우 흐름을 정확하게 모형화하기 위해서는 2차원 또는 3차원 모형을 사용하여야 할 것이다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제33권1호
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• pp.123-132
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• 2000

본 연구에서는 선형인 Nash 모형(1957)과 비선형인 Diskin 모형(1964)을 이용하여 소양강댐 유역에 대해 대표단위를 유도하고 비교, 분석하였다. 본 연구에서는 소양강댐 유역의 14개 호우사상을 이용하였고, 각각에 대해 유출수문곡선의 종거를 가중치로 하는 매개변수의 최적화 방법을 이용 Nash 모형과 Diskin 모형의 매개변수를 추정하였다. 유역의 대표단위도는 이러한 방법으로 추정된 단위도들의 평균적인 형태가 되도록 결정하였다. 각 단위도의 비교에서는 선형인 Nash 모형에 비해 비선형인 Diskin 모형의 경우가 유출을 모의하는데 더욱 적합함을 발견할 수 있었고, 특히 첨두유량의 재현에 Diskin 모형이 우수함을 파악할 수 있었다. 아울러, Diskin 모형의 경우에는 다른 특성을 나타내는 두 저수지의 수를 서로 같게 하는 경우와 다르게 하는 경우 유도된 단위도의 형태에는 큰 차이가 없는 것으로 밝혀졌다.

• 물과 미래
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• 제15권2호
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• pp.33-39
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• 1982

본 논문에서는 우리나라의 3개 단일목적댐(춘천, 청평, 화천)과 3개 다목점댐(소양, 안동, 대청)의 월 유하량 자료를 Thomas-Fiering 법과 조화함수법으로 50년간 모의발생하여 한계용량의 개념에 의하여 해석하였으며 조기별(월의 수) 단일목적 저수지와 다목적 저수지의 한계용량을 결정하였다. 그 결과 다음과 같은 Feller 형의 공식을 얻었다. (1) 단일목적 저수지 $R_n=2.8357 I\sqrt{n}$ (2) 다목적 저수지 $R_n=2.5145 I\sqrt{n}$ 그러므로 우리나라의 댐 지점에서의 월유하량은 Thomas-Fiering 법이 적합하며 Rippl의 누가곡선법에 의하지 않고 위의 공식에 의하여 주기별 한계용량을 쉽게 구할 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.382-382
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• 2011

최근의 극심한 기상이변으로 인하여 발생되는 유출량의 예측에 관한 사항은 치수 이수는 물론 방재의 측면에서도 역시 매우 중요한 관심사로 부각되고 있다. 강우-유출 관계는 유역의 수많은 시 공간적 변수들에 의해 영향을 받기 때문에 매우 복잡하여 예측하기 힘든 요소이며, 과거에는 추계학적 예측모형이나 확정론적 예측모형 혹은 경험적 모형 등을 사용하여 유출량을 예측하였으나 최근에는 인공신경망과 퍼지모형 그리고 유전자 알고리즘과 같은 인공지능기반의 모형들이 많이 사용되고 있다. 하지만 유출량을 예측하고자 할 때 학습자료 및 검정자료로써 사용되는 유출량은 수위-유량 관계곡선식으로부터 구하는 경우가 대부분으로 이는 이렇게 유도된 유출량의 경우 오차가 크기 때문에 그 신뢰성에 문제가 있을 것으로 판단된다. 따라서 본 논문에서는 수위를 직접 예측함으로써 이러한 오차의 문제점을 극복 하고자 한다. Neuro-Fuzzy 모형은 과거자료의 입 출력 패턴에서 정보를 추출하여 지식으로 보유하고, 이를 근거로 새로운 상황에 대한 해답을 제시하도록 하는 인공지능분야의 학습기법으로 인간이 과거의 경험과 훈련으로 지식을 축적하듯이 시스템의 입 출력에 의하여 소속함수를 최적화함으로서 모형의 구조를 스스로 조직화한다. 따라서 수학적 알고리즘의 적용이 어려운 강우와 유출관계를 하천유역이라는 시스템에서 발생된 신호체계의 입 출력패턴으로 간주하고 인간의 사고과정을 근거로 추론과정을 거쳐 수문계의 예측에 적용할 수 있을 것이다. 유전자 알고리즘은 적자생존의 생물학 원리에 바탕을 둔 최적화 기법중의 하나로 자연계의 생명체 중 환경에 잘 적응한 개체가 좀 더 많은 자손을 남길 수 있다는 자연선택 과정과 유전자의 변화를 통해서 좋은 방향으로 발전해 나간다는 자연 진화의 과정인 자연계의 유전자 메커니즘에 바탕을 둔 탐색 알고리즘이다. 즉, 자연계의 유전과 진화 메커니즘을 공학적으로 모델화함으로써 잠재적인 해의 후보들을 모아 군집을 형성한 뒤 서로간의 교배 혹은 변이를 통해서 최적 해를 찾는 계산 모델이다. 이러한 유전자 알고리즘은 전역 샘플링을 중심으로 한 수법으로 해 공간상에서 유전자의 개수만큼 복수의 탐색점을 설정할 뿐만 아니라 교배와 돌연변이 등으로 좁아지는 탐색점 바깥의 영역으로 탐색을 확장할 수 있기 때문에 지역해에 빠질 위험성이 크게 줄어든다. 따라서 예측과 패턴인식에 강한 뉴로퍼지 모형의 해 탐색방법을 유전자 알고리즘을 사용한다면 보다 정확한 해를 찾는 것이 가능할 것으로 판단된다. 따라서 본 논문에서는 선행우량 및 상류의 수위자료로부터 하류의 단시간 수위예측에 관해 연구하였으며, 이를 위해 유전자 알고리즘을 이용항여 소속함수를 최적화 시키는 형태의 Neuro-Fuzzy모형에 대하여 연구하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1915-1919
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• 2007

하천관리 및 수공구조물의 설계 등을 위한 빈도별 홍수량 산정 시 이용되는 방법에는 Clark 단위도법, Snyder 단위도법, KICT 단위도법 등이 있다. 이 중 대표적인 합성단위도법인 Clark 단위도법은 실무에서 가장 많이 사용되는 방법으로 꼽을 수 있으나, Clark 단위도법 매개변수인 집중시간$(T_c)$과 저류상수(K)를 추정하는 것은 단순하지 않다. Clark 단위도법의 매개변수 추정은 계측 유역인 경우와 미계측 유역인 경우로 나눌 수 있는데 대부분의 경우 미계측 유역의 도달시간 및 저류상수를 추정하는 방법으로 홍수량을 산정하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 감천유역을 대상유역으로 선정하였으며, 김천수위표 지점을 유출지점으로 선정하여 홍수량을 산정하였다. 호우사상은 김천수위국의 수위-유량 곡선식으로 유출량의 검정이 가능한 년도를 고려하여 1998${\sim}$2005년 사이의 호우사상 중 분석이 가능한 것으로 판단되는 부항2와 김천 강우관측소의 시강우 자료를 선정하였다. 선정된 호우사상은 1999년, 2002년, 2004년에 대한 총 6개의 시우량 자료로 WAMIS(국가수자원종합정보시스템)와 한강홍수통제소(www.hrfco.go.kr)의 자료실에서 제공하는 한국수문조사연보 자료를 이용하였다. 선정된 호우사상과 WMS모형을 이용하여 산정된 유역면적 및 강우관측소 별 Thiessen 가중계수를 이용하여 HEC-1모형의 최적화기법으로 Clark 단위도법의 집중시간$(T_c)$과 저류상수(K)를 산정하였으며, 계측유역의 매개변수를 산정하는 방법 중 저류방정식을 이용하는 방법을 이용하여 저류상수를 산정하여 비교하였다. 집중시간의 경우 1999년과 2002년에 비해 2004년의 결과값이 작게 산정되었으며, 저류상수의 경우 2004년의 결과값이 크게 산정되었다. 그러나, 저류방정식을 이용하여 저류상수를 결정하는 방법으로 산정한 저류상수는 비교적 일관성 있게 산정되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.396-396
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• 2017

최근 기후변화에 효과적으로 대응하기 위해서 신뢰성 높은 설계홍수량을 산정할 필요성이 커지고 있다. 설계홍수량 산정법은 홍수빈도해석법과 설계강우법으로 대별된다. 홍수빈도해석법은 홍수량 자료에 대한 통계학적 빈도분석을 실시하여 확률홍수량을 산정하는 방법이다. 홍수빈도해석법은 관측된 자료를 활용하기 때문에 이론적으로 불확실성이 상대적으로 작은 장점을 가지고 있지만, 자료의 수가 적거나 시간에 따라 변하는 유역특성에 대한 불확실성을 함께 고려해야 한다. 관측 유량 자료가 없거나 적은 유역에서는 설계강우법이 주로 사용되고 있다. 설계강우법은 강우자료에 대해서 빈도분석을 실시하여 확률강우량을 산정한 후, 이를 강우-유출 모형에 적용하여 확률 홍수 수문곡선을 작성하고 첨두치를 확률홍수량으로 선정하는 방법이다. 그러나, 설계강우법도 강우-유출 모형에서 유역특성을 나타내는 매개변수 추정과정에서 불확실성을 내포하고 있기 때문에 추정된 홍수량 결과에 대한 불확실성을 감안해야 한다. 또한, 강우량과 홍수량의 발생빈도가 같다는 가정의 명확한 근거가 없다. 더욱이 두 가지 설계홍수량 산정법을 같은 유역에 적용하는 경우라도 종종 매우 다른 결과값을 나타낸다. 따라서, 본 연구에서는 국내 유역의 현실을 고려하여 설계강우법으로 산정된 확률홍수량을 홍수빈도해석법으로 산정된 확률홍수량을 변환할 수 있는 보정식을 개발하였다. 국내 9개의 댐 유역에서 확보된 일 단위 강우량 및 유출량 자료를 홍수빈도해석법과 설계강우법을 적용하여 대상 유역의 설계홍수량을 산정하였다. 그리고, 홍수빈도해석법으로 산정된 설계홍수량을 참값이라 가정한 후, 산정된 설계홍수량의 대상 유역별 오차율을 산정하였다. 이를 바탕으로 홍수빈도해석법과 설계강우법으로 산정된 설계홍수량 간의 관계를 회귀분석을 통하여 설계강우법으로 산정된 확률홍수량을 보정하는 관계식을 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.212-212
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• 2019

일반적으로 도시 우수 관망의 계획에 대부분 합리식 등을 이용하여 첨두유량만 검토하였기 때문에 설계 강우의 시간 분포 방법은 고려되지 않았다. 하지만 최근에는 집중 호우로 인한 침수 피해가 많이 발생함에 따라 하수도 시설물들의 연계를 통한 침수 해결이 요구되었고, 첨두 유출량뿐만 아니라 홍수 수문 곡선도 산정 할 수 있는 강우-유출 모형을 설계에 도입해야 할 필요성이 제기되었다. 그러나 현재까지 우수 관망 등 하수도 시설물에 대한 분석에 적합한 강우의 시간 분포 방법은 제시되지 않고 있다. 이에 본 연구는 실무적으로 널리 이용되고 있는 Huff 4분위 방법과 중 소규모 배수 시설물의 계획에 합리적이라고 알려져 있는 ABM(alternating block method) 방법을 비교 검토하여 도시 우수 관망 해석에 적합한 강우의 시간 분포 방법을 제시하는 것에 목적이 있다. 이를 위해 동해 기상 관측소의 관측 강우자료를 이용하여 강우-빈도 해석을 수행하였고, 다양한 유역 규모에 대한 적용을 위해 임의의 13개 유역을 대상으로 SWMM을 이용하여 홍수량을 분석하였다. 도시 유역의 우수 관망 계획에 적합한 확률 강우의 시간 분포 방법을 결정하기 위해 실제 강우 현상의 재현성, 소규모 배수 구역에 대한 첨두 홍수량 산정의 정확성, 우수 관망의 연속성을 고려한 계획의 3가지 관점에 대하여 검토하였다. 우선, 실제 강우 현상의 재현에 있어서 실제의 시간 최대 강우량의 발생분위가 대부분 강우의 지속기간 중 40~50% 사이에 위치하는 것을 감안할 때, ABM의 시간 분포 형태와 유사한 것으로 검토되었다. 두 번째 첨두 홍수량 산정의 정확성 면에서는 시간 단위 자료를 이용하여 유도되어 시간 단위 이하의 지속기간에 대한 확률 강우량 산정에 불확실성이 큰 Huff 방법보다는 ABM에 의한 시간분포 방법이 보다 적절한 것으로 분석되었다. 세 번째로 우수 관망의 연속성을 고려한 계획에서는 소규모 배수 구역 내에 존재하는 다수의 관거를 동시에 고려해야 하는 도시 우수 관망의 특성 상, 동일 지속기간의 확률 강우량에 대한 시간 분포를 적용하는 것이 합리적이다. 이에 배수 면적별로 임계 지속기간이 상이한 Huff 방법보다는 홍수량이 수렴하는 ABM의 24시간 시간 분포를 이용하는 것이 적용에 유리한 것으로 판단되었다. 본 연구의 결과는 합리적인 도시 우수 관망 설계 기술을 구현하는데 기여할 수 있을 것으로 판단된다.