• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.168-168
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• 2016

도시화는 수문학적으로 산림이나 농경지와 같은 투수지역을 건물, 도로 등의 불투수 지역으로 변화시키는 것이며, 이로 인하여 홍수파의 도달시간이 줄어들고 첨두유량이 증가하는 등의 수문변화를 수반하게 된다. 도로나 건물 등이 대부분을 차지하고 있는 도시지역에서는 지표면이나 식생으로부터 대기 중으로 방출되는 증발산량이 농촌이나 산림지역보다 상대적으로 적으며, 강우시 토양중의 침투량과 지표면의 저류량도 도시지역에서는 매우 적게 나타난다. 도시화 전 후의 물순환특성을 평가하기 위해서는 도시 개발 전 후의 장단기 수문 관측 결과를 기초로 물순환계를 구성하는 인자간의 관계를 정량적으로 분석하고 물순환계 구성요소의 일부 변화가 다른 부분에 미치는 영향을 평가할 필요가 있다. 즉, 도시화가 물순환 구조 변동에 미치는 영향을 정량적으로 평가함으로써 유역 전체의 건전한 물순환 체계를 유지할 수 있는 대책 수립이 가능하다. 본 연구에서는 판교신도시 개발에 따른 유역에서의 홍수 및 유출특성 변화의 정량적 규명을 목적으로 두고 집중형 모형인 HEC-HMS모형과 물리적 기반의 준분포형 모형인 CAT을 이용하여 판교신도시 개발전의 정량적 물순환 특성을 평가하였다. 대상유역은 지방 2급 하천 탄천의 지류인 운중천, 금토천이 포함된 판교유역이며, 유역면적은 약 $25km^2$이다. 이 중 유역면적의 38 %에 해당하는 지역이 개발되었으며 개발된 지역은 하류부근에 위치한다. 강우자료는 지상 강우관측소인 수원 관측소의 지점강우 자료를 이용하였다. 도시 개발 전 단계에 해당하는 2006년, 2007년 호우사상 중 누적강우량 50 mm 이상인 호우사상을 추출하여 모의를 수행하였다. 유출 특성 분석을 위해 12개의 소유역과 5개의 하도로 구성하였으며 HEC-HMS의 손실량 산정방법으로는 SCS Curve Number법을 사용하였고, 단위도는 Clark 단위 도법을 적용하였다. CAT모형에서 침투는 Rainfall Excess방법, 하도추적은 Muskingum 방법을 적용하였다. 관측치와 모의치의 적합도 검증을 위해 RMSE (Root Mean Square Error), NSE (Nash Sutcliffe Efficiency), $R^2$값을 산정하여 비교 분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.91-91
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• 2023

General circulation models(GCMs)은 여러 국가 기관들의 물리적 기후 모의 프로세스를 기반으로 과거 및 미래 기후변화의 영향을 정량화하기 위해 개발되었으며 현재 미래 기후변화를 예측하는데 가장 효과적인 도구이다. 그러나 GCMs에 내포된 여러 불확실성 요소 및 넓은 격자형식의 기후 데이터는 GCMs 기후 데이터를 사용한 지역적 기후 모의 시 주요 걸림돌로 인식되어지고 있다. 편의보정 방법은 GCMs을 사용한 지역적 기후 모의 시 기후 모의 성능을 향상시키기 위해 여러 연구에서 사용되어져 왔으나 다른 연구에서는 이러한 편의보정 방법의 문제점을 언급했다. 따라서 본 연구는 편의보정 방법이 GCMs 기후 모의 결과에 미치는 영향을 정량화하고 더 나아가 GCMs 기후 변수에 따른 유량 모의 결과에 미치는 영향을 분석했다. 연구대상지 과거 기간 기후 모의를 위해 coupled model intercomparison project(CMIP)6의 GCMs을 사용했으며, 미래 기후 모의를 위해 shared socioeconomic pathway(SSP) 시나리오를 사용했다. 편의보정 방법으로는 분위사상법을 사용했으며, 편의보정 전후 GCMs 기후 모의 성능평가를 위해 5개 평가 지표를 사용했다. 연구대상지 장기 유출 모의를 위해 storm water management model(SWMM)이 사용되었으며, 기후 입력 자료로는 일 단위 강수량, 최고 및 최저온도를 고려했다. 미래 기후 및 유량 모의 결과의 불확실성은 square root of error variance(SREV) 방법을 통해 정량화됐다. 결과적으로 과거 기간 GCMs 기후 및 유량 모의성능은 편의보정 전보다 편의보정 후에서 향상되었으며 특히, 강수 및 유량 모의 성능이 크게 향상되었다. 미래 기간의 경우 편의보정 후에서 기후 및 유량의 극값을 더 잘 반영함을 확인했다. 본 연구의 결과는 GCMs 기후 변수를 사용한 지역적 기후 및 유량 모의 시 편의보정 방법이 미치는 영향에 대한 구체적인 정보를 제공할 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.200-200
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• 2020

본 연구에서는 SWAT 모형과 APEX-Paddy 모형의 연계 모델링을 통한 대표 BMP(Best management practice) 적용, 정식시기 및 벼 생육기간을 고려한 시나리오 적용을 통해 농업용수의 관리 및 수질환경 개선 등에 활용할 수 있는 저영향 영농활동을 분석하고자 하였다. 만경강 유역을 대상으로 SWAT 모형을 구축하고 유역 내에 위치한 논 시험포장을 대상으로 강우-유출 및 비점오염원 모니터링 자료를 활용하여 APEX-Paddy 모형을 구축하였다. SWAT 모형과 APEX 모형을 연계하여 유역의 수문, 수질에 대한 정밀한 모델링을 수행하였으며, 이는 저영향 영농활동을 분석하기 위한 필드단위의 정확한 결과를 유역차원에 반영하기 위함이다. 특히, 본 연구에 사용된 APEX-Paddy 모형은 농촌진흥청과 Texas A&M의 공동연구를 통해 개발된 새로운 모형으로서 한국의 논 영농활동 및 담수환경을 반영하여 논에서의 유출 및 비점오염원을 모의할 수 있다. 연계 모형의 적합성 평가를 위해 R² (Determine of Coefficient), RMSE (Root mean square error), NSE (Nash-sutcliffe efficiency)를 사용하였다. 적합성 평가 지표를 분석한 결과, 유출량은 R² 평균 0.91, RMSE 평균 2.87 mm/day, NSE 평균 0.78로 나타났다. T-N 부하량은 R² 평균 0.74, RMSE 평균 59.3 kg/ha/day, NSE 평균 0.50으로 나타났다. 저영향 영농활동 관리방안을 위한 시나리오로 1) 논의 물꼬높이(BMP) 관리 적용, 2) 벼 생육기간 조절을 고려하여 기온변화에 따른 정식시기, 벼 생육기간 등을 조정하여 적용하였다. 기후변화 시나리오는 10개 GCM 모델의 RCP 8.5 시나리오를 통해 분석하였으며, 유역차원의 미래 영향을 분석한 결과, 물꼬관리 BMP에 따라 담수심이 증가되며, 관개량이 감소하고 유출량 10.7%, T-N 11.2% 저감되는 것을 나타냈으며, 벼 생육기간 조절은 BMP보다 상대적으로 효과가 높진 않았지만, 유출량 1.4%, T-N 3.1%의 저감효과를 나타냈다. 따라서 두 가지의 저영향 영농활동 관리방안은 미래기간의 기후변화에 대응하여 농업용수 및 물관리에 도움이 될 것으로 사료된다. 하지만 본 연구결과는 모델링 결과에 의존한 것이며, 추후 지속적인 연구와 보완이 필요하다.

• 한국지리정보학회지
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• 제26권4호
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• pp.56-66
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• 2023

지상공간의 확보를 위해 도시정비사업, 재개발사업, 고속도로 지하화 등의 굴착공사가 수반된 건설공사가 증가하고 있다. 더불어 이런 건설공사 또는 자연의 영향으로 인해 지하수위가 변동되거나, 노후 상하수도 관로로 인한 토사유출이 원인이 되어 지반함몰이 발생하는 등의 안전사고가 증가하고 있다. 지하시설물 관리기관은 강화된 지하안전관리에 관한 특별법에 따라 지속적인 조사와 탐사를 통해 지하정보의 정확도 향상을 위한 노력을 수행해야 하는 실정이다. 이에 본 연구에서는 지하시설물의 정확도 확보를 할 수 있도록 3차원 정밀탐사 지하시설물 정보 수집을 위해 장비의 구성과 데이터 처리방식을 정의한다. 그리고 3차원 지하시설물 정보 수집 기술을 개발한다. 이후 개발된 기술을 검증한 결과 수평정확도가 기존 방식 대비 오차를 평균 6cm 가량 향상시켜 공공측량작업규정의 오차범위 이내의 3차원 지하시설물 정보를 취득할 수 있었고, 수직정확도는 기존과 동일한 수준을 확인한다. 향후 본 연구에서 제안한 차량형 3차원 지하시설물 정보수집기술을 활용한다면, 공공측량 성과심사를 득할 수 있는 수준의 지하시설물 정보를 신속하게 대량으로 취득할 수 있는 수집체계 구축이 가능할 것으로 보인다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제56권9호
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• pp.543-551
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• 2023

눈은 기후계와 지표면 에너지 평형에 영향을 끼치는 필수 기후 인자이며, 겨울 동안 저장한 고체 형태의 물을 봄에 유출, 지하수 함양 등에 제공하여 물 평형에도 결정적인 역할을 한다. 본 연구에서는 Local Data Assimilation and Prediction System (LDAPS), Modern.-Era Retrospective Analysis for Research and Applications, version 2 (MERRA-2), ERA5-Land 적설심 자료의 통계 분석을 통해 남한에서의 활용 가능성을 평가하였다. 기상청에서 제공하는 Automated Synoptic Observing System (ASOS) 지상관측자료와 재분석자료간의 통계분석 결과, LDAPS와 ERA5-Land의 상관계수가 0.69 이상으로 상관성이 높게 나타났으나 LDAPS는 RMSE가 0.79 m로 오차가 크게 나타났다. MERRA-2의 경우 일부 기간 동안 일정한 값이 연속적으로 산출되어 자료간 증감 추이를 적절하게 모의하지 못하였기에 상관계수가 0.17로 상관성이 낮게 나타났다. LDAPS와 ASOS의 지점별 통계분석 결과 상대적으로 평균 강설량이 높게 나타나는 강원도 인근에서 성능이 높게 나타났으며, 평균 강설량이 낮게 나타나는 남부 지역에서 성능이 낮게 나타났다. 마지막으로, triple collocation (TC)를 통해 본 연구에서 활용된 4개의 독립적인 적설심자료 간의 오차 분산을 산정하였으며, 나아가 가중치 산정을 통해 융합된 적설심 자료를 생산하였다. 재분석자료는 LDAPS, MERRA-2, ERA5-Land 순으로 오차 분산이 높게 나타났으며, LDAPS의 경우 오차 분산이 높게 산정되어 가중치가 낮게 산정되었다. 또한, ERA5-Land 적설심 자료의 공간 분포가 변동성이 적게 나타나, TC로 융합된 적설심 자료는 저해상도 영상인 MERRA-2와 유사한 공간 분포가 나타났다. 자료의 상관성, 오차, 불확실성을 고려하였을 때, ERA5-Land 자료가 남한을 대상으로 적설 관련 분석을 하기 적합한 것으로 판단된다. 또한, 타 자료와 경향성은 높게 나타나나 과대 산정되는 경향이 있는 LDAPS 자료를 대상으로 적절한 보정이 수행될 시, 지역 및 기후적 다양성을 높은 해상도로 표출할 수 있는 LDAPS 자료를 적극적으로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국지리정보학회지
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• 제11권1호
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• pp.20-30
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• 2008

본 연구에서는 SWAT 모형을 이용하여 유역내 농업용 저수지의 운영이 유역 출구인 하천 지점에서의 유출에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. 안성천 유역 공도수위관측소의 상류 유역을 대상으로, 유역내 고삼과 금광 농업용 저수지의 방류량 고려시와 미고려시에 대한 공도지점에서의 각각의 하천유출 거동을 분석하였다. SWAT 모형에서 저수지 물수지 분석모듈을 수정하여, 저수지의 일별 관측 저수위로부터 계산된 저수량과 수표면적을 이용하여 저수지의 일 방류량 자료를 생성하였다. 이를 이용하여 공도수위관측소의 5개년(1997~2001) 동안의 일별 하천 유출량 자료를 대상으로 모형의 보정(1997, 1998, 1999년)과 검증(2000, 2001년)을 실시하였다. 검증기간에 대한 Nash-Sutcliffe 모델효율은 0.55, RMSE는 2.33 mm/day로 나타났다. 한편, 두 저수지의 방류량을 고려하지 않은 상태에서의 모의결과는 한 결과, Nash-Sutcliffe 모델효율은 0.37로, RMSE는2.91 mm/day로 나타나 저수지 고려시의 결과와 비교하면 각각 0.18의 모델효율 저하, 0.58%의 오차증가를 보였다. 따라서 농업용 저수지가 있는 유역에서는 SWAT 모형의 활용시, 저수지 유역에서의 저수지에 의한 저류효과 및 방류 영향을 고려하여야 하는 것으로 나타났다.

• 한국습지학회지
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• 제13권3호
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• pp.547-565
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• 2011

수위예측을 위해 개념적, 물리적 모형들을 포함한 다양한 유형의 기법들이 사용되고 있다. 그럼에도 불구하고 이러한 기법들 중 수위예측을 위해 단일의 우수한 모형을 선정하는 것은 매우 어려운 일이다. 최근에는 수문학적 과정의 복잡성으로 인해 기존 물리적 기반의 강우-유출 모형이 가지고 있는 단점들을 극복하고자 자료 지향형 수위예측 모형이 널리 도입되고 있다. 본 연구의 목적은 이러한 자료 지향형 모형 중 뉴로-퍼지와 회귀분석 모형의 수위예측에 대한 성능을 비교하는 것이다. 제안된 두 모형을 한강수계의 왕숙천에 대해 적용하였다. 제안된 두 모형의 성능을 평가하기 위해 평균제곱근오차, Nash-Suttcliffe 효율계수, 평균절대오차, 수정 결정계수와 같이 4개의 통계지표들을 사용하였다. 모의결과 뉴로-퍼지 수위예측 모형이 다중선형회귀 수위예측 모형보다 좀 더 나은 예측 결과를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구결과는 향후 중소하천에서 충분한 선행시간을 확보한 정확도 높은 홍수정보시스템의 구축에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제40권9호
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• pp.677-685
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• 2007

본 연구의 목적은 개념적인 강우-유출모형인 Tank 모형의 매개변수를 산정하기 위한 다목적 유전자알고리즘의 적용성을 평가하는 것이다. 다목적 유전자알고리즘 기법으로는 최근에 가장 많이 사용되는 기법중의 하나인 NSGA-II를 채택하여 Tank 모형과 결합하였으며, 4가지 목적함수(유출용적오차, 평균제곱근 오차, 고수유량 평균제곱근 오차 및 저수유량 평균제곱근 오차)값을 최소화하는 형태의 목적함수를 적용하였다. NSGA-II는 목적함수의 개수가 많아지면 한 번의 실행에 의해 굉장히 많은 수의 파레토최적해를 구하는 단점을 가지고 있기 때문에 구해진 파레토최적해 중에서 어떤 해가 최우선해 인지를 결정해야 할 필요가 있으며, 이러한 고차원적인 의사결정을 위하여 선호적순서화(preference ordering) 기법을 적용하였다. NSGA-II를 이용하여 Tank모형의 매개변수를 추정할 때 초기조건이 최적화과정에 미칠 수 있는 영향을 최소화하기 위해 세대수(generation number)와 개체군의 크기(population size)에 대한 민감도분석을 수행하였다. 분석결과 Tank모형의 매개변수 최적화를 위한 세대수와 개체군 크기의 초기 값을 각각 900번과 1000개로 선정하는 것이 적합한 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.291-295
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• 2007

강수진단모형을 이용하여 저수지 이수운영을 위한 실시간 유량예측기법을 개발하였다. 강수진단모형은 현재 기상청 현업에서 수행중인 강우수치예보를 기반으로 상세 지역의 지형 효과에 의한 강수를 예측하는 정량강수예측모형(QPM; Quantitative Precipitation Model)으로서 부경대학교 환경대기과학과에서 개발된 모형이다. QPM은 중규모 예측 모형으로부터 계산된 수평 바람, 고도, 기온, 강우 강도, 그리고 상대습도 등의 예측 자료를 이용하고, 소규모 상세지형 효과를 고려함으로써 중규모 예측 모형에서 생산된 강수량 예측 값을 상세 지역의 지형을 고려한 강수량 예측 값으로 재구성하여 결과적으로 3km 간격의 상세지역 강우산출과 지형에 따른 강수량의 분포 파악이 용이할 뿐만 아니라 계산 효율성을 개선된 모형이다. QPM 검증을 위하여 기상학적 평가와 수문학적 평가를 수행하였다. 호우 사례별 일강수량의 시공간 분포로 부터, QPM을 활용한 시스템에 의한 예측결과가 원시자료 RDAPS 보다 고해상도의 예측 및 지형효과의 반영도가 높았으며, AWS의 관측자료와 비교하여 보다 높은 예측성을 보여 주었다. 대상기간인 2006년 1월 1일부터 6월 20일까지 관측강우는 총 391.5mm 였으며 RQPM은 실적강우에 비하여 119.5mm 정도 과소산정하고 있으나 분위사상과정을 거치게 되면 351.7mm로서 실적강우에 불과 10.2% 못미치고 있다. 이는 고무적인 결과로 볼 수 있으며 현업에서의 활용성이 기대되는 수준이라 볼 수 있다. 강우-유출모의를 위한 QPM신뢰도를 높이기 위하여 분위사상법(Quantile Mapping)을 이용하여 QPM모의에 존재할 수 있는 계통오차에 대한 추가적인 보정을 수행하였다. 수문학적 평가를 위하여는 장기연속유출모형인 SSARR모형을 기반으로 개발된 RRFS(Rainfall-Runoff Forecast System)을 이용하여 2006년 1월${\sim}$9월까지의 용담댐 유입량에 대하여 모의예측결과와 관측유입량 비교를 통한 검증을 수행하였다. 위 기간중 예측유입량의 RMSE(Root Mean Squared Error), COE(Sutcliffe Coefficient of Efficiency), MAE(Mean Absolute Error), $R^2$값은 각각 7.50, 0.68, 2.59, 0.69 값을 보이고 있다. 본 연구에서는 QPM에 의한 예측성의 향상 및 구축된 시스템에 의한 일강수량의 장기예측 가능성을 확인하였고, 향후 시스템을 현업에 활용하기 위해서 생산된 예측자료의 보다 장기적인 검증을 통한 시스템의 안정화가 필요할 것으로 사료된다.

• 대한공간정보학회지
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• 제18권4호
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• pp.21-30
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• 2010

본 연구에서는 기존에 개발된 GIS 기반의 분포형 강우유출모형(K-DRUM)이 대유역에서 많은 계산시간을 요구하는 단점이 있기 때문에 이를 개선하기 위하여 MPI(Message Passing Interface)기법을 적용한 병렬 K-DRUM모형을 개발하였다. K-DRUM 모형은 홍수기동안의 지표흐름과 지표하 흐름의 시간적 변화와 공간적 분포를 모의할 수 있으며, 전처리과정으로서 ArcView를 이용하여 모형에 필요한 ASCII형태의 입력 매개변수 자료들을 가공하였다. 개발된 병렬 K-DRUM 모형을 이용하여 남강댐유역에서 2006년 태풍 '에위니아' 사상을 대상으로 다양한 영역분할을 통한 유출계산 검토를 하였다. 영역분할 개수에 따른 병렬화 효과를 검토하기 위하여 분할 개수를 1개에서 25개까지 증가시키며 클러스터 시스템에서 유출모의를 수행하였다. 모의결과 영역분할 개수가 증가할수록 컴퓨터 메모리의 개수가 감소하게 되고, 이에 따라 모의수행시간 역시 감소함을 알 수 있었다. 또한 본 연구에서 영역분할 계산방식을 채택함에 따라 영역의 접합부분에서 발생 가능한 유출량 계산오차를 최소화하기 위한 기법을 제시하였다. 유출량 계산오차 발생을 최소화하기 위해서는 단위 계산시간당 영역간 정보교환과 내부유출량 계산을 최소3회 반복하여야 함을 알 수 있었다.