수정 tank 모형의 입력, 구동, 출력 및 매개변수의 보정을 실시할 수 있는 쉘 프로그램 DSFS를 개발하고, 중소 유역의 일 유출량의 추정에 적용하도록 하였다. 수정 tank 모형은 유역의 일별 증발산 손실을 추정함으로써 유출량을 정의하도록 하였으며, 증발손실량은 배재 증발산량에 토양수분계수 및 토지 이용상태에 따른 월별 작물피복계수를 써서 조정하도록 하였다. 모형의 매개변수를 보정하고, 매개변수와 유역 특성인자와의 관계를 얻었다. 개발된 쉘 프로그램을 미계측유역에 적용하였으며, 일유출량 추정에서 최적화 결과와 유사한 값은 보였으나, 년 유출량은 10% 정도 큰 값은 보였다.
The objective of this study is to develop GLEANS-PADDY model to predict nutrients loading from paddy-field areas. This model is developed by modifying the GLEANS model which is used for uplands, and composed of hydrology and nutrient submodels. The optimal field size for CLEANS-PADDY model application is about up to 50 ha with mild slope, relatively homogeneous Soils and spatially rainfall, and a single crop farming. The CLEAMS model is modified to handle ponded soil surface condition and saturated soil profile in paddy field. In the hydrology submodel of the CLEAMS-PADDY model. the ponded depth routing method is used to handle the ponded water condition of paddy field. To compute potential evapotranspiration the FAO-24 Corrected Blaney-Criddle method is used for paddy field instead of Penman-Monteith method in the CLEAMS model. In the nutrients submodel of the CLEAMS-PADDY model, the soil was assumed saturated and soil profile in the root zone was divided into oxidized and reduced zones.
In this study, three optimization techniques efficiency is assessed for calibration of the GR4J model for streamflow simulation in Selmacheon, Boryeong Dam and Kyeongancheon watersheds located in South Korea. The Penman-Monteith equation is applied to estimate the potential evapotranspiration, model calibration, and validation is carried out using the readily available daily hydro-meteorological data. The Shuffled Complex Evolution-University of Arizona(SCE-UA), Uniform Adaptive Monte Carlo (UAMC), and Coupled Latin Hypercube and Rosenbrock (CLHR) optimization techniques has been used to evaluate the robustness, performance and optimized parameters of the three catchments. The result of the three algorithms performances and optimized parameters are within the recommended ranges in the tested watersheds. The SCE-UA and CLHR outputs are found to be similar both in efficiency and model parameters. However, the UAMC algorithms performances differently in the three tested watersheds.
The study will assess the seasonal effect of hydrological models on performance and parameters for streamflow simulation. TPHM, GR4J, CAT, and TANK-SM hydrological models will be applied for simulating streamflow in ten small and large watersheds located in South Korea. The readily available hydrometeorological data will be applied as an input to the four hydrological models and the potential evapotranspiration will be computed using the Penman-Monteith equation. The SCE-UA algorithm implemented in PEST will be used to calibrate the models considering similar objective functions bedside the calibration will be renewed to capture the seasonal effects on the model performance and parameters. The seasonal effects on the model performance and parameters will be presented after assessing the four hydrologic models results. The conventional approach and season-based results will be evaluated for each model in the tested watersheds and a conclusion will be made based on the finding of the results.
앞으로 건강 기능식품 및 농산촌의 단기 소득자원으로 활용될 수 있는 유망 수종인 마가목에 대한 기초 자료를 제공하고자 우리나라 마가목 천연분포 지역중 지리적으로 내륙과 떨어져 있고 온대습윤 지역에 속하며 사면이 동해와 접해 있어 전형적인 해양성 기후의 특징을 나타내고 있는 울릉도 지역의 마가목 천연림에 대하여 해발고별로 분포 특성을 파악하고 Thornthwaite의 기후학적 방법으로 기상인자를 추정한 결과는 다음과 같다. 1971년부터 2000년까지 울릉도 기상관측소에서 측정된 년 강수량과 추정된 잠재증발산량을 식물의 생육기와 생육휴지기로 구분하여 비교ㆍ분석한 결과, 전자는 년 강수량의 68%에 달하는 수분이 공급되는 반면에 81%의 수분이 증발산에 의하여 소모되는 것으로 추정되며, 후자는 32%의 수분 공급에 비하여 19%만이 소모되는 것으로 나타나 수분수지 측면에서 마가목을 비롯한 다른 수종들의 생육에 많은 도움을 주고 있는 것으로 판단된다. 조사된 자료들을 기초로 울릉도의 해발고별 월평균 기온과 잠재증발산량을 추정하여 비교ㆍ분석한 결과, 해발고도가 증가하면서 전체적인 수분수지 측면에서는 양호한 경향을 나타내는 것으로 판단되며, 주생육 온도범위는 66.8<W<95.0, -21.5<CI<-7.7인 것으로 분석되어 마가목의 분포와 적지 선정을 하는데 있어서 객관적인 기준이 될 수 있을 것으로 판단된다. 울릉도 마가목 천연집단의 해발고별 분포특성을 파악하기 위해 식생 조사를 실시한 결과 교목층은 총 10종이 출현하였으며, 마가목(46.85), 너도밤나무(13.43), 고로쇠나무(12.41), 피나무(12.03) 등의 순서로 중요치가 높게 나타났고 아교목층에서는 교목층 보다 7종이 더 많은 총 11종이 출현하였으며, 고로쇠나무(13.16), 너도밤나무(12.68), 당단풍나무(11.37), 마가목(10.76) 등의 순서로 높은 중요치를 나타내었다. 이것은 마가목 천연집단 내에서 상당한 수준의 종간경쟁이 이루어지고 있음을 나타내는 결과라고 추정할 수 있으며, 관목층에서도 동일한 경향을 나타내었다. 관목층은 총 25종이 출현하였으며, 조릿대(22.09), 만병초(10.51) 등이 높은 중요치를 나타내는 특징을 보였고 그 다음으로 고로쇠나무(9.83), 너도밤나무(7.84), 마가목(7.08) 등의 순서로 높은 중요치를 나타내고 있었다. 교목층에서는 만병초와 섬벚나무, 푸조나무 아교목층에서는 동백나무, 만병초, 섬벚나무, 섬피나무, 관목층에서는 자금우, 말오줌때, 새비나무, 섬댕강나무, 줄사철나무 등과 같은 특이종도 출현하였다. 본 조사지의 층위 구조별 종다양도(H') 및 균재도 (J')를 분석한 결과, 교목층에서는 0.6199ㆍ0.6199, 아교목층 1.0859ㆍ0.8825, 관목층 1.1390ㆍ0.8148으로 분석되었으며 우점도(1-J')는 대체적으로 낮게 나타나 다수의 종에 의해서 지배됨을 알 수 있었다.
도내 중산간지대 농업개발 지원을 위해 필요한 기후자료를 수집하고 수집된 자료로부터 농업기후지수의 하나인 증발산위를 계산하는 과정에 대하여 연구하였다. 섬의 동쪽과 서쪽 중산간지대 기후를 대표할 수 있는 두 지점에 무인관칙소를 설치하고 퍼스컴통신 기술을 이용해 일사, 기온, 지온, 습도, 풍향, 풍속 및 항수자료를 수집하였다. 1989년 6월 한달간 수집된 자료를 이용해 두 지점간 일기상 특성을 분석하였으며, Penman식에 의해 증발산위값을 추정하였다. 상대적으로 풍부한 순폭사에너지와 남서기류에 의한 Fohn현상에 의해 섬의 동쪽 중산간지대가 서쪽에 비해 1-2도 가량 높은 기온을 유지하였다. 지온은 두 지점간에 차이가 없었으며 최고 및 최저온도 출현시각은 기온에 비해 4시간 지연되었다. 바람은 서쪽에서 강했으며 주야간 해륙풍 순환 현상도 동쪽에 비해 뚜렷하였다. 계산된 증발산위값은 동쪽이 서쪽에 비해 6% 높았으며 해안지대 추정값에 비해 30% 가량 높았다.
본 연구는 지리정보시스템(Geometric Information System, GIS)을 이용하여 가야산 국립공원의 주요 우점식생인 신갈나무군락과 소나무군락의 분포에 영향을 미치는 고도, 경사, 사면방위, 지형지수, 연평균 온도, 온량지수, 잠재증발산량 등 7개 요인들을 분석하고, 요인별 식생분포 특성을 밝혔다. 가야산국립공원의 정밀식생 조사(1/5,000축척)결과, 신갈나무군락(29.42%), 신갈나무-소나무군락(7.38%), 소나무군락(27.66%), 소나무-신갈나무군락(7.44%), 졸참나무군락(1.40%), 굴참나무군락(1.10%) 등 총 128개의 식생유형이 확인되었고, 이들 중 신갈나무 우점림과 소나무 우점림이 전체 식생의 80.58%를 차지하고 있는 것으로 조사되었다. 분포요인 분석결과, 신갈나무군락과 소나무군락의 고도는 각각 575~1,065m(80.4%), 465~965m(84.1%), 경사는 $21^{\circ}$이상(78%), $21^{\circ}$이상(71.3%), 사면방위의 경우 신갈나무는 북사면, 소나무는 남사면이 우세한 것으로 분석되었고, 지형지수는 모두 5~6에 집중되어 있고, 연평균 기온은 $7{\sim}8^{\circ}C$(83%), $8{\sim}9^{\circ}C$(84%), 온량지수는 $59{\sim}70^{\circ}C{\cdot}month$와 $58{\sim}88^{\circ}C{\cdot}month$에서 주로 분포하며, 잠재증발산량은 560~590mm/yr, 580~610mm/yr에서 가장 많은 분포역을 보였다.
본 연구에서는 GCM 및 유출모형의 불확실성을 고려하여 기후변화에 따른 미래 한반도 수자원의 변화를 전망하고, 그 결과에서 나타나는 불확실성을 평가하고자 하였다. 온실가스 배출시나리오와 GCMs의 불확실성을 고려하기 위해 IPCC AR4에 적용되었던 3개 시나리오(A2, A1B, B1)에 대한 13 GCMs 결과를 이용하였으며, 유출모형 구조 및 증발산량 산정방법에 따른 영향을 고려하기 위해 PRMS, SWAT, SLURP 모형을 선정하였고 각 모형별로 2~3개의 증발산량 방법을 고려하였다. 결과적으로 우리나라 109개 중권역 유역에 대해 312개의 결과가 제시되었으며, 이를 이용하여Gaussian kernel density function을 산정함으로써 평가결과의 앙상블 평균과 불확실성을 동시에 제시하였다. 분석 결과 여름철과 겨울철 유출량은 증가, 봄철은 감소할 것으로 전망되었다. 연평균유출량은 전체유역에서 증가할 것으로 전망되었으며, 공간적으로는 한강유역이 위치한 북쪽유역이 남쪽유역에 비해연 유출량이 더 크게 증가할 것으로 전망되었다. 연평균유출량의 증가는 여름철 유출량 증가에 따른 결과로, 기후변화의 영향은 한국에서 유출량의 계절편중을 심화시켜 수자원 관리를 더욱 어렵게 할 것으로 전망되었다. 평가결과에서 나타난 불확실성은 겨울철 유출량에서 가장 크고 여름철 유출량에서 가장 적은 것으로 나타났다.
기후변화로 인해 가뭄의 발생 빈도가 증가함에 따라 광범위하게 발생하는 가뭄의 상황을 정확하게 판단할 수 있는 모니터링 체계를 갖추는 것이 매우 중요하다. 그러나 지상 관측 기상자료만으로는 한국의 전 지역에 대한 복잡한 가뭄을 모두 파악하기에는 한계가 존재하는 반면, 인공위성 원격탐사자료는 광범위한 지역에서의 가뭄의 공간적 특성을 파악하고 가뭄을 탐지하는 데 효과적으로 이용될 수 있다. 본 연구에서는 남한의 가뭄 식별을 위한 원격탐사자료의 활용 가능성을 분석하고자 하였다. 다양한 측면의 가뭄을 모니터링하기 위해 가뭄에 영향을 미치는 주요 변수인 강수량과 잠재증발산량의 원격탐사 및 지상 관측자료를 수집하였다. 원격탐사자료의 적용성 평가는 관측자료와의 비교를 중심으로 수행하였다. 먼저 원격탐사자료의 적용성과 정확성을 평가하기 위하여 관측자료와의 상관관계를 분석하고, 기상학적 가뭄 모니터링을 위해 강수량과 잠재증발산량을 이용하여 다양한 측면의 가뭄지수들을 산정하였다. 이후 원격탐사자료의 가뭄 모니터링 능력을 평가하기 위해 가뭄지수에 대한 ROC 분석을 적용하여 과거 가뭄 재현성을 확인하였다. 마지막으로 원격탐사자료를 이용한 고해상도의 가뭄 지도를 작성하여 남한의 실제 가뭄에 대한 원격탐사자료의 모니터링 활용 가능성을 평가하였다. 원격탐사자료의 적용을 통해 향후 미 계측 유역을 포함한 남한 전 지역에서 다양하게 발생하는 가뭄 상황을 파악하고 이해할 수 있을 것으로 판단되었다.
수자원 관리를 위해 주로 사용되는 물리 모형은 입력자료의 구축과 구동이 어렵고 사용자의 주관적 견해가 개입될 수 있다. 최근 수자원 분야에서 이러한 문제점을 보완하기 위해 기계학습과 같은 자료기반 모델을 이용한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 관측자료만을 이용하여 강원도 삼척시 오십천 유역의 장기강우유출모의를 수행했다. 이를 위해 기상자료로 3개의 입력자료군(기상관측요소, 일 강수량 및 잠재증발산량, 일강수량 - 잠재증발산량)을 구성하고 LSTM (Long Short-term Memory)인공신경망 모델에 각각 학습시킨 결과를 비교 및 분석했다. 그 결과 기상관측요소만을 이용한 LSTM-Model 1의 성능이 가장 높았으며, 여기에 MLP 인공신경망을 더한 6개의 LSTM-MLP 앙상블 모델을 구축하여 오십천 유역의 장기유출을 모의했다. LSTM 모델과 LSTM-MLP 모형을 비교한 결과 두 모델 모두 대체적으로 비슷한 결과를 보였지만 LSTM 모델에 비해 LSTM-MLP의 MAE, MSE, RMSE가 감소했고 특히 저유량 부분이 개선되었다. LSTM-MLP의 결과에서 저유량 부분의 개선을 보임에 따라 향후 LSTM-MLP 모델 이외에 CNN등 다양한 앙상블 모형을 이용해 물리적 모델 구축 및 구동 시간이 오래 걸리는 대유역과 입력 자료가 부족한 미계측 유역의 유황곡선 작성 등에 활용성이 높을 것으로 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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