• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.262-262
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• 2023

기후변화 및 도시화에 따른 강우 패턴의 변화는 수문 변화를 야기시키며, 이에 따른 영향을 평가하고 예측하기 위해서는 수문학적 모델을 통해 정량화하는 과정이 필요하다. 그러나 기존에 개발되어 사용되고 있는 대부분의 수문학적 모델은 해외에서 개발되어 국내 유역 특성을 반영하지 못하는 한계가 있다. 이러한 한계점을 극복하기 위해서 L-THIA ACN-WQ 2016과 2018 모델이 개발되어 적용성이 평가된 바 있다. 하지만 L-THIA ACN-WQ 모델의 경우 시단위 유량 및 수질 모의가 불가능한 한계점이 있다. 소규모 유역이나 도시화된 지역에서는 하루에 여러 번의 강우 이벤트가 발생하거나 단기간에 많은 양의 강우가 발생하는 경우가 많기 때문에, 이러한 강우-유출을 평가하기 위해서는 시단위 모의가 필요하다. 본 연구에서는 시단위 유량-수질 모의가 가능한 L-THIA sub-daily WQ 모델을 개발하였으며, 갑천 유역과 복하천 유역에서 적용성을 평가하였다. L-THIA sub-daily WQ 모델은 SCS-CN 방법과 Green-Ampt 방법을 함께 고려할 수 있도록 개발하였으며, 국내의 토지이용 및 강우 특성을 고려할 수 있도록 점근 CN과 강우 계급별 EMC를 활용하였다. 갑천 유역과 복하천 유역에서 시단위 유량 예측 결과 R2는 0.61~0.69, NSE는 0.61~0.65, PBIAS는 -4.0~-7.3으로 모의된 시단위 유량이 자연현상을 잘 모의하는 것으로 나타났으며, 수질 예측 결과 T-P와 SS가 자연현상을 잘 모의하는 것으로 나타났다. 따라서, 본 연구에서 개발된 L-THIA sub-daily WQ 모델은 점오염원을 포함하고 있는 도시유역에서 비점오염원에 평가에 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.33 no.3
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• pp.365-374
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• 2000

This paper is to present the determination of the optimal Joss rate parameters and urnt bydrographs from the observed single rainfall-runoff event using optimization models coupled with a stochastic technique for the global solution. Two kinds of the linear program models are formulated to derive the optimal unit hydrographs and loss rate parameters for gaged basins; one mimmizes the summation of the absolute residual between predlCted and observed runoff ordinates and the other, the maximum absolute residuaL Multistart algorithm which is one or stochastic techniques for the global optimum is adopted to perturb the parameters of the loss rate equations. Multistart efficiently searches the feasIble region to identify the global optimlUll for loss rate parameters, which yields the optimal loss rate parameters and unit hydrograph for Kostiakov's, Plulip's, and Horton's equation. The unique unit hydrograph ordinates for a gIven rainfall-runoff event iS exclusrvely obtained WIth $\Phi$ index, but unit hydrograph ordinates depend upon the parameters [or each loss rate equations. The parameters of Green-Ampt's are determined through a trial and error method. In this paper the single rainfall-nmoff event observed from a watershed is considered to test the proposed method. The optimal unit hydrograph herein found has smaller deviations than the ones reported previously by other researchers.

• Journal of the Korean Geotechnical Society
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• v.29 no.7
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• pp.75-89
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• 2013

This paper describes a GIS-based geohydrologic methodology, called YSGWF (YonSei GroundWater Flow) for predicting the rainfall infiltration-groundwater flow of slopes. This physical-based model was developed by the combination of modified Green-Ampt model that considers the unsaturated soil parameters and GIS-based raster model using Darcy's law that reflects the groundwater flow. In the model, raster data are used to simulate the three dimensional inclination of bedrock surface as actual topographic data, and the groundwater flow is governed by the slope. Also, soil profile is ideally subdivided into three zones, i.e., the wetting band zone, partially saturated zone, and fully saturated zone. In the wetting band and partially saturated zones the vertical infiltration of water (rainfall) from surface into ground is modeled. When the infiltrated water recharges into the fully saturated zone, the horizontal flow of groundwater is introduced. A comparison between the numerical calculation and real landslide data shows a reasonable agreement, which indicate that the model can be used to simulate real rainfall infiltration-groundwater flow.

• Journal of the Korean Geosynthetics Society
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• v.7 no.4
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• pp.9-18
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• 2008

Shallow slope failures in residual soil during periods of prolonged infiltration are common in Korea. This study examines an infinite slope analysis to estimate the influence of infiltration on surficial stability of slopes by the limit equilibrium method. Approximate method which is based on the Green-Ampt model have been considered to evaluate the likelihood of shallow slope failure which is induced by a particular rainfall event that accounts for the rainfall intensity and duration for various return periods. Pradel & Raad method which is devised to predict the depth of wetting front to decomposed granite soil slopes having measured soil-water characteristic curves. To compare the results with those obtained from the Pradel & Raad method, a series of numerical analysis using SEEP/W were carried out. It was found that the stability analysis of unsaturated soils calculated by using the soil-water characteristic curve of decomposed granite soils was found to be a proper analysis for shallow slope failures due to rainfall.

• Journal of the Korean Geotechnical Society
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• v.34 no.4
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• pp.5-11
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• 2018

In conventional analytical solutions for rainfall-induced soil slope stability, the Green-Ampt (1911) equation for estimating the saturation depth and the Skempton & DeLory (1957) equation for calculating the infinite slope shallow failure were compared with the numerical analysis to confirm the error. In the simple evaluation of the reason of soil slope instability due to rainfall using the conventional equations, there are many errors and, overestimation or underestimation of the calculation results. In this study, the equation consisting of the results obtained from infiltration analysis on unsaturated soil slope is proposed by applying the average range of the strength parameters of the granite weathered soils, and its reliability is verified by comparing with the numerical analysis results. The developed equation can be used easily in various fields for the estimation of slope safety factor by checking the rainfall duration and saturation depth.

• Journal of Wetlands Research
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• v.7 no.3
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• pp.57-66
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• 2005

This paper is to present the determination of the optimal loss rate parameters and unit hydrographs from the observed single rainfall-runoff event using optimization model. The linear program models has been formulated to derive the optimal unit hydrographs and loss rate parameters for the site of the Su-Jik Bridge in the HwangGuJichen River; one minimizes the summation of the absolute residual between predicted and observed runoff ordinates. In the perturbation stage of parameters the trial and error method has been adopted to determine the loss rate parameters for Kostiakov's, Philip's, Horton's, and Green-Ampt's equation. The unique unit hydrograph ordinates for a given rainfall-runoff event is exclusively obtained with ${\Phi}$ index, but unit hydrograph ordinates depend upon the parameters for each loss rate equations. In this paper the single rainfall-runoff event observed from the sample watershed is considered to test the proposed method. The optimal unit hydrograph obtained by the optimization model has smaller deviations than the ones by the conventional method.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.52 no.11
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• pp.887-894
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• 2019

We proposed a GPU (Grapic Processing Unit) accelerated kinematic wave model for rainfall runoff simulation and tested the accuracy and speed up performance of the proposed model. The governing equations are the kinematic wave equation for surface flow and the Green-Ampt model for infiltration. The kinematic wave equations were discretized using a finite volume method and CUDA fortran was used to implement the rainfall runoff model. Several numerical tests were conducted. The computed results of the GPU accelerated kinematic wave model were compared with several measured and other numerical results and reasonable agreements were observed from the comparisons. The speed up performance of the GPU accelerated model increased as the number of grids increased, achieving a maximum speed up of approximately 450 times compared to a CPU (Central Processing Unit) version, at least for the tested computing resources.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.96-96
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• 2022

가상현실 (Virtual Reality, VR) 기술은 3차원 가상공간 내에서의 높은 몰입감에 기반한 체험을 바탕으로 다양한 분야에서 활용되고 있다. 소방훈련이나 태풍, 지진 등 재해 대응훈련과 같이 인명피해의 위험이 있는 재해에 대한 VR 기술을 활용한 방재교육은 위험성을 동반하지 않으면서도 현장감에 기반한 높은 교육적 효과를 창출할 수 있다. 한국전자통신연구원에서는 VR 기술을 이용하여 소방훈련을 위한 실감 소방훈련 시뮬레이터를 개발한 바 있으며 목동재난체험관에서는 홍수, 태풍, 지진 등 다양한 재해에 대한 안전교육을 위한 자연재해 가상현실체험을 운영하고 있다. 이외에도 전국 지자체 및 교육청에서는 방재교육을 목적으로 VR 기술을 활용하고 있다. 그러나 기존의 VR을 활용한 수재해 방재교육은 범람의 수리학적 특성과 함께 수해지의 지형적 특성을 적절히 반영하지 못하는 단점을 가지고 있다. 이는 방재교육이나 경각심을 부각하는 데엔 효과적이나 실질적인 방재 가이드라인을 제시하는 데엔 한계가 있다. 본 연구는 몰입형 파랑해석모형인 Celeris Base를 기반으로 3차원 가상현실 시각화를 활용한 수리학적 홍수추적 모형을 개발하였다. 3차원 가상현실 시각화는 Unity3D를 이용하여 모의환경 내에 구현되었다. 강우-유출 과정의 수리학적 해석을 위해 동수역학 수치모형의 연속방정식 내에 강우와 침투에 대한 항을 추가하였다. 침투모형으로는 Horton 모형, Green-Ampt 모형과 함께 사면의 기울기를 고려한 Green-Ampt 모형을 적용하였다. 실제 유역에서의 홍수추적 모의결과는 관측값과 비교적 잘 일치함을 확인하였다. 개발된 모형은 VR 방재교육을 통해 일반인의 수재해 대응능력 향상에 기여함과 동시에 정확성 높은 홍수추적 모의결과에 기반한 홍수대책 마련에도 활용 가능할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.37-37
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• 2022

유효우량 산정을 위하여 국내에서 주로 사용되는 모형은 NRCS-CN(Natural Resources Conservation Service - curve number) 모형으로, 유역의 유출 능력을 나타내는 유출곡선지수(runoff curve number, CN)와 같은 NRCS-CN 모형의 매개변수들은 관측 강우-유출자료 또는 토양도, 토지피복지도 등을 이용하여 유역마다 결정된 값이 사용되고 있다. 그러나 유역의 CN값은 유역의 토양 상태와 같은 환경적 조건에 따라 달라질 수 있으며, 이를 반영하기 위하여 선행토양함수조건(antecedent moisture condition, AMC)을 이용하여 CN값을 조정하는 방법이 사용되고 있으나, AMC 조건에 따른 CN 값의 갑작스런 변화는 유출량의 극단적인 변화를 가져올 수 있다. NRCS-CN 모형과 더불어 강우 손실량 산정에 많이 사용되는 모형으로 Green-Ampt 모형이 있다. Green-Ampt 모형은 유역에서 발생하는 침투현상의 물리적 과정을 고려하는 모형이라는 장점이 있으나, 모형에 활용되는 다양한 물리적인 매개변수들을 산정하기 위해서는 유역에 대한 많은 조사가 선행되어야 한다. 또한 이렇게 산정된 매개변수들은 유역 내 토양이나 식생 조건 등에 따른 여러 불확실성을 내포하고 있어 실무적용에 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는, 현재 사용되고 있는 강우손실 모형들의 매개변수를 추정하기 위한 방법을 제시하고자 하였다. 본 연구에서 제시하는 방법은 인공지능(AI) 기술 중 하나인 딥러닝(deep-learning) 기법을 기반으로 하고 있으며, 딥러닝 모형으로는 장단기 메모리(Long Short-Term Memory, LSTM) 모형이 활용되었다. 딥러닝 모형의 입력 데이터는 유역에서의 강우특성이나 토양수분, 증발산, 식생 특성들을 나타내는 인자이며, 모의 결과는 유역에서 발생한 총 유출량으로 강우손실 모형들의 매개변수 값들은 이들을 활용하여 도출될 수 있다. 산정된 매개변수 값들을 강우손실 모형에 적용하여 실제 유역들에서의 유효우량 산정에 활용해보았으며, 동역학파 기반의 강우-유출 모형을 사용하여 유출을 예측해보았다. 예측된 유출수문곡선을 관측 자료와 비교 시 NSE=0.5 이상으로 산정되어 유출이 적절히 예측되었음을 확인했다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.1703-1706
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• 2009

빗물관리시설은 강우, 증발량 등 기상조건과 집수면의 토지이용 및 토양 특성에 영향을 받으므로 대상지역의 조건에 따라 설치가능 여부, 시설 규모 등에 차이가 있다. 따라서 빗물관리시설의 계획 수립 시에는 대상지역의 기상, 지형특성을 종합적으로 검토할 필요가 있으며, 이는 시설의 효율적인 활용을 위해 필수적이다. 본 연구에서는 GIS 공간분석 기능을 통해 대상 지역의 강우-유출특성, 지형 공간 특성을 고려하여 빗물관리 포텐셜을 분석하였다. 빗물관리 포텐셜은 저류시설을 통해 확보하거나 침투시설로 침투시킬 수 있는 잠재적인 능력을 말한다. 저류 포텐셜은 잠재 지표면 유출량(Runoff potential)으로 산정하였으며, 침투 포텐셜은 일반화된 Green-Ampt 모델에 따라 산정하였다. 산정한 저류 및 침투 포텐셜의 크기, 제약조건인 경사도 등급에 따라 빗물관리 적합도(Suitability map)을 도출하였다. 향후 본 연구의 물리적 변수뿐만 아니라 사회 경제적 인자, 빗물관리가 어려운 제약조건들을 추가로 고려한다면 빗물관리시설의 적지 선정에 활용도가 높을 것으로 기대된다.