• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.268-268
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• 2023

전 지구적 급격한 기후변화로 인해 수문기상인자들의 비선형적 변동성이 발생함과 동시에 가뭄, 홍수와 같은 수재해의 발생빈도 및 강도가 증가하고 있는 추세이다. 이에 따라, 세계의 유수기관 (NASA, ESA 등)에서는 대기모형과 해양 모형의 결합 및 수치해석적 접근법을 활용하여 계절내-계절 (Subseasonal to seasonal; S2S) 예측치를 생산하여 제공하고 있다. 이에 따라, 본 연구에서는 European Centre for Medium-Range Weather Forecast (ECMWF)에서 산정되는 수문기상인자 (강수량, 증발산량 및 유출량)에 대한 정확도를 평가하고자 한다. 연구지역으로는 다양한 기후대 및 토지 피복으로 구성되어 있으며, El-Nino-Southern Oscillation (ENSO), Indian Ocean Diapole (IOD)와 같은 기후 현상이 빈번히 발생하는 호주지역을 대상으로 연구를 수행하였다. ECMWF S2S 자료에 대한 통계적 검증은 1) 지점 기반 관측치와 더불어 2) 물수지 모델 기반 수문 추정치 (The Australian Water Resources Assessment Landscape Model; AWRA-L)와 비교하였다. 연구 결과 S2S 강우 및 증발산량 산정치의 경우 비교적 짧은 예측기간(약 2주)에서 상대적으로 높은 상관관계 (R=0.5~0.6)와 낮은 편차 (강수량 = 0.10 mm/day, 증발산량 = 0.21 mm/day)를 나타내었다. 유출량의 경우, 강우 및 증발산량에 비해 상대적으로 낮은 정확도를 나타내었으며, 예측 기간이 길어짐에 따라 불확실성이 상당히 높아지는 것으로 확인되었다. 이는, S2S 계산과정에서 강우 및 증발산량 뿐만아니라 지표 유출로 도달하기 전까지의 수문기상인자들의 불확실성이 모두 모여 유출량의 불확실성이 높아진 것으로 확인할 수 있었다. 계절적 검증에서는, 강우 및 증발산량 모두 여름철에 높은 상관관계를 나타내었지만 불확실성은 상대적으로 큰 값을 나타내었다. 자세한 분석을 위해, 공간적인 불확실성을 분석해본 결과 ECMWF S2S가 매우 습윤하거나 건조한 지역에서 수문기상인자를 예측하는데 있어 한계성이 나타난 것을 확인하였다. 본 연구를 토대로, 추후 S2S 예측치에 대한 보정과 더불어 미래의 수재해 발생 위험도에 대한 정보를 획득하는데 적용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Journal of KIISE
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• v.44 no.6
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• pp.607-612
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• 2017

This paper presents an attempt to apply Deep Learning technology to solve the problem of forecasting floods in urban areas. We employ Recurrent Neural Networks (RNNs), which are suitable for analyzing time series data, to learn observed data of river water and to predict the water level. To test the model, we use water observation data of a station in the Trinity river, Texas, the U.S., with data from 2013 to 2015 for training and data in 2016 for testing. Input of the neural networks is a 16-record-length sequence of 15-minute-interval time-series data, and output is the predicted value of the water level at the next 30 minutes and 60 minutes. In the experiment, we compare three Deep Learning models including standard RNN, RNN trained with Back Propagation Through Time (RNN-BPTT), and Long Short-Term Memory (LSTM). The prediction quality of LSTM can obtain Nash Efficiency exceeding 0.98, while the standard RNN and RNN-BPTT also provide very high accuracy.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.175-175
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• 2018

우리나라에서 발생하는 대규모 자연재해의 상당부분은 강우에 의한 홍수피해이다. 최근 이러한 홍수피해는 기후변화와 더불어 극한강우 현상의 빈발에 의한 새로운 재해양상으로 전개되고 있으며, 이에 따라 정부에서도 재해발생시 원상복구의 개념이 아닌 항구복구의 개념으로 복구사업을 수행하고 있다. 그러나 설계에 기후변화에 대한 영향을 반영하고 있지 못하기 때문에 기후변화에 의하여 미래에 발생할 극한강우로 반복적인 피해가 예상되고 있으므로 기존의 방재성능목표 강우량의 설정 방법에 대한 개선이 필요하다. 전 세계적으로 이러한 기후변화에 의한 현상을 모의하기 위한 연구로 전지구기후모델(Global Climate Model, 이하 GCM)과 지역기후모델(Reginal Climate Model, 이하 RCM)을 사용하고 있다.우리나라 기상청에서도 CMIP5 국제사업의 표준 실험체계를 통해 전지구 기후변화 시나리오 산출을 위해서 영국 기상청 해들리센터의 GCM인 HadGEM2-AO를 도입하였다. 또한 한반도 기후변화 시나리오를 산출하기 위해 HadGEM3-RA 모형을 이용하여 전지구 기후변화 시나리오를 역학적으로 상세화하고 이를 한반도에 대해 12.5km 공간 해상도로 일 자료를 제공하고 있다. 하지만 유역규모 혹은 지점규모에서 사용하기 위해서는 이러한 일자료의 시 공간적인 상세화기법이 요구된다. 본 연구에서는 기후변화를 고려한 방재성능목표 강우량 개선 방향을 제안하기 위해 다양한 연구단에서 도출된 상세화 결과를 수집하고 비교분석을 통해 기후변화를 고려하고자 하였다. 다양한 연구기관에서 생산된 미래 확률 전망을 살펴본 결과, 동일한 GCM자료를 사용하더라도 상세화 방법론에 따라 서로 다른 결과가 도출되는 것을 확인하였다. 미래 예측의 불확실성을 고려하면 특정한 방법론이 우수하다고 평가하기는 어려움에 따라 앙상블 평균을 활용한 개선방향을 제안한다. 본 연구의 결과는 전국 지자체의 강우특성만을 고려한 것으로, 연안지역의 경우 해수면 상승을 고려하여 추가적인 대책이 필요할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.441-441
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• 2011

정부에서 기후변화로 인한 홍수와 가뭄, 수질개선 등 물 문제 해결을 위해 시행하고 있는 4대 강사업을 아직도 언론이나 환경단체, 대다수의 국민들이 보 건설로 인해 홍수의 위험성이 높아지고, 수질이 악화되어 생태계와 생명이 파괴된다고 오해하고 있다. 이런 오해를 불식시키기 위해 남한강유역의 보 건설 공사 전 후의 발생 가능한 수리변화 예측을 통하여 4대강사업에 따른 수리 수질 논란에 대비하고, 기존의 수위-유량 곡선식 및 홍수분석시스템 변화에 따른 개선을 통하여 보 건설 후 댐과 보의 운영시 각 보 지점의 수리분석을 통해 적절한 방류 규모, 시기를 결정하고 하류영향을 효과적으로 분석하는 등 환경변화에 대한 사전 대책마련을 위해 EFDC 모형을 구축하였다. 본 연구는 한강유역의 팔당댐을 기준으로 북한강 10km, 경안천 10km, 남한강 65km 구간의 공사 전 후 수위변화를 분석하기위해 남한강 유역의 2006년도부터 2010년까지의 여주, 이포, 양평 수위국의 최고수위 기간을 조사하여, 최고기간인 2006년 7월 15일부터 17일에 발생한 태풍 에위니아의 첨두유량(13,022CMS)을 사용하였고, 하천단면 측량자료는 2010년에 실시한 보 공사구간 횡단면도와 준설 후 계획 횡단면도와 과거 측량자료를 이용하였고, 총 3,794개의 격자망을 평균 $200m\times80m$ 간격으로 구성하여 3차원 수리/수질 모델 프로그램인 EFDC를 사용하여 수리모델링을 실시하여 보 건설 전 후의 수위변화를 모델링 하였다. 모델링 결과 남한강 상류인 강천보 지점의 수위 저감효과가 최대 2.0m로 가장 큰 효과를 보였으며, 상대적으로 남한강의 하류인 여주보 지점은 최대 1.5m, 이포보 지점은 상대적으로 작은 1.0m 정도의 수위 저감효과를 확인할 수 있었다. 그리고 이포보 하류의 양평수위국 지점과 북한강, 남한강, 경안천이 합류되는 팔당댐 상류 지점의 경우 모델링 결과 공사 전 후 수위 차이가 없는 것으로 보아 보 건설이 남한강 하류 지점에는 큰 영향을 끼치지 않는 것으로 판단된다. 이처럼 EFDC 모형을 이용하여 정밀 수리모형 검토를 통해 수위변화를 비교해 본 결과 지점별로 약간의 차이는 발생하지만 보 건설을 통하여 수위 저감효과가 발생하는 것으로 판단된다. 보다 정확한 검토를 위해 추후에는 남한강 상류의 강천수위국 상류지점의 검토와 남한강유역의 지류 유입량을 추가하여 모델링을 실시하면 보다 더 정밀한 분석이 가능할 것이라고 판단된다.

• Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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• v.25 no.1
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• pp.55-62
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• 2007

Recent advances in airborne LiDAR technology allow rapid and inexpensive measurements of topography over large areas. The generation of DTM/DEM is essential to numerous applications such as the fields of civil engineering, environment, city planning and flood modeling. The demand for LiDAR data is increasing due to the reduced cost for DTM generation and the increased reliability, precision and completeness. In order to generate DTM, measurements from non-ground features such as building and vegetation have to be classified and removed. In this paper, a segmented morphology filter was developed to detect non-ground LiDAR measurements. First, segments LiDAR point clouds based on the elevation. Secondly classifies those protruding segments into non-ground points. Those non-ground points such as building and vegetation are removed, while ground points are preserved for DTM generation. For experiments, data sets used in Comparison of Filters (ISPRS, 2003) depicting urban and rural areas were selected. The experimental results show that the proposed filter can remove most of the non-ground points effectively with less commission and omission errors.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.47 no.11
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• pp.1051-1060
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• 2014

This study is attempted to realize an improved computation performance by combining the MPI (Message Passing Interface) Technique, a standard model of the parallel programming in the distributed memory environment, with the DHM(Diffusion Hydrodynamic Model), a inundation analysis model. With parallelizing inundation model, it compared with the existing calculation method about the results of applications to complicate and required long computing time problems. In addition, it attempted to prove the capability to estimate inundation extent, depth and speed-up computing time due to the flooding in protected lowlands and to validate the applicability of the parallel model to the actual flooding analysis by simulating based on various inundation scenarios. To verify the model developed in this study, it was applied to a hypothetical two-dimensional protected land and a real flooding case, and then actually verified the applicability of this model. As a result of this application, this model shows that the improvement effectiveness of calculation time is better up to the maximum of about 41% to 48% in using multi cores than a single core based on the same accuracy. The flood analysis model using the parallel technique in this study can be used for calculating flooding water depth, flooding areas, propagation speed of flooding waves, etc. with a shorter runtime with applying multi cores, and is expected to be actually used for promptly predicting real time flood forecasting and for drawing flood risk maps etc.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 1991.07a
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• pp.88-101
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• 1991

충주댐 및 소양강댐 유역에 대해 현재 한국수자원공사에서 개발 사용되고 있는 저류함수 유출모형에 최적화 기법을 적용하여 모형을 효율적으로 자동보정 하기위함이 본 연구의 목적이다. 최적화 기법으로는 다양한 조건하에서도 해의 안정성이 Gradient-Based 방법보다 우수한 직접 탐색법(Direct Search Method)의 하나인 Pattern-Search법으로 선정하였으며 목적함수로는 산정된 유출과 관측치의 편차의 제곱에 대한 누계치로 정의하였다. 합성유입량(Synthetic Inflow)을 이용한 민감도 분석에 의해 매개변수 5개(유역 저류상수 및 지체시간, 포화우량, 하도의 지체시간)를 결정변수로 선정하였다. 또한 실시간 모형의 보정을 위하여 최적화 모형의 수렴조건을 분석한 결과 P-S 법의 증분 감소횟수 2회가 합리적으로 나타났다. 본 모형을 충주댐 및 소양강댐의 과거 홍수사상에 대해 적용하였으며 댐지점에서 전체유역을 일괄 보정하는 방법과 댐 상류 수위국을 기준으로 나눈 중유역별로 일괄 보정하는 방법을 채택하여 분석하였다. 실시간 보정된 모형의 예측기능을 시험한 결과 상당한 오차발생의 여지가 충분하며 중유역별 매개변수의 보정은 대유역 일괄보정에 비해 예측에 따른 오차를 줄일 수 있는 방법의 하나이다. 또한 최적화 기법에 의한 매개변수의 자동 보정은 시행착오에 의한 수동보정의 경우보다 시간 및 노력면에서 효율적이며 보다 신뢰성 있는 보정을 실시 할 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.149-149
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• 2017

최근 지구온난화에 따른 기후변화로 인하여 전 세계적으로 가뭄, 홍수 등의 극한 기후사상이 발생하고 있다. 그 중 가뭄의 발생은 다른 수문학적 재해와는 다르게 장기간에 걸쳐서 발생하고 그 피해 범위가 광범위하게 나타난다. 또한, 기후변화를 고려한 다양한 기후예측모델의 예측 결과는 가뭄 재해가 앞으로 더 심각해질 수 있다는 전망을 하고 있다는 점에서 그 심각성이 더욱 대두되고 있다. 이러한 가뭄을 효과적으로 감시하고 평가할 수 있는 방안이 필요로 하게 되며, 기존의 가뭄지수(drought index)의 단점을 보완할 수 있는 수단으로 높은 활용성을 갖고 있는 위성영상자료를 활용한 효과적인 가뭄모니터링 기술의 개발이 요구되고 있다. 본 연구에서는 가뭄을 시 공간적으로 모니터링하기 위해서 위성자료를 활용하였으며, Terra/Aqua 위성의 MODIS 영상자료 와 TRMM 및 GPM 위성의 강우자료를 활용하여 가뭄을 감시할 수 있는 가뭄지수 인 VHI(Vegetation Health Index), DSI(Drought Severity Index), Water Balance Method를 산정하였다. 산정된 지수의 정확도를 정량적으로 평가하기 위하여 가뭄 피해조사 결과에 의한 2001년 및 2014-2015년 농업적/수문학적 가뭄피해지역과 위성기반 가뭄지수에 의한 가뭄모니터링 결과 간의 ROC 분석을 통해 위성자료 기반 가뭄감시의 적용 가능성을 평가하였다. 본 연구의 결과를 통하여 위성영상 자료를 통하여 산정되는 가뭄지수의 기상학적/농업적/수문학적 가뭄감시 기능 및 적용성이 정량적으로 평가될 수 있을 것으로 판단된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.50 no.10
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• pp.703-714
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• 2017

This paper analyzes the impact of two climate change scenarios on flow rate and water quality of the Yongdam Dam and its basin using CE-QUAL-W2 and SWAT, respectively. Under RCP 4.5 and RCP 8.5 scenarios by IPCC, simulations were performed for 2016~2095, and the results were rearranged into three separate periods; 2016~2035, 2036~2065 and 2066~2095. Also, the result of each year was divided as dry season (May~Oct) and wet season (Nov~Apr) to account for rainfall effect. For total simulation period, arithmetic average of flow rate and TSS (Total Suspended Solid) and TP (Total Phosphorus) were greater for RCP 4.5 than those of RCP 8.5, whereas TN (Total Nitrogen) showed contrary results. However, when averaged within three periods and rainfall conditions the tendencies were different from each other. As the scenarios went on, the number of rainfall days has decreased and the rainfall intensities have increased. These resulted in waste load discharge from the basin being decreased during the dry period and it being increased in the wet period. The results of SWAT model were used as boundary conditions of CE-QUAL-W2 model to predict water level and water quality changes in the Yongdam Dam. TSS and TP tend to increase during summer periods when rainfalls are higher, while TN shows the opposite pattern due to its weak absorption to particulate materials. Therefore, the climate change impact must be carefully analyzed when temporal and spatial conditions of study area are considered, and water quantity and water quality management alternatives must be case specific.

• Proceedings of the Korean Society of Disaster Information Conference
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• 2016.11a
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• pp.428-432
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• 2016

자연재해는 전 세계적으로 몇 조원에 이르는 피해를 주고 있으며 근래에는 기후변화로 인한 이상기후현상으로 집중호우의 빈도가 증가하고 있으며 홍수, 산사태 토석류 등 발생빈도가 늘어나고 있는 추세이다. 최근 2011년 서울에서 발생한 우면산 토석류의 피해와 강원도 일부 지역의 피해로 인해 많은 피해가 일어났으며, 국가에서는 산사태 피해를 최소화하기 위해서는 장기적으로는 위험한 지역에 구조물을 설치하는 등 예방사방을 실시하고, 단기적으로는 위험요소의 제거와 위험지역의 예측을 통한 경계피난체재를 철저히 할 필요성이 강조되고 있는 실정이다. 특히, 강원도는 산지로 이루어져 있으며, 매년 집중호우나 태풍이 지나간 다음, 많은 양의 강우량으로 인해 산길을 지나는 도로에 토석류로 인해 길이 막혀 이동이 불가능 하게 되거나 산지 아래에 있는 건물이 산에서 쓸려서 내려오는 토사와 나무에 의해 파괴되어 물질적인 피해를 입는 영상이 뉴스를 통해 많이 접하고 있다. 본 연구에서는 토석류에 대한 전반적인 특성을 설명하고 체계적인 관리가 필요하다. 연구 지역은 춘천지역을 대상으로 SINMAP 모델 기법의 조도계수와 특성을 고려한 위험지도를 작성하였고 산사태 일부 지역에 대한 위험도 평가를 하였다.