• Title/Summary/Keyword: 매개변수 보정

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Sensitivity Analysis and Parameter Estimation of Activated Sludge Model Using Weighted Effluent Quality Index (가중유출수질지표를 이용한 활성오니공정모델의 민감도 분석과 매개변수 보정)

  • Lee, Won-Young;Kim, Min-Han;Kim, Young-Whang;Lee, In-Beum;Yoo, Chang-Kyoo
    • Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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    • v.14 no.11
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    • pp.1174-1179
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    • 2008
  • Many modeling and calibration methods have been developed to analyze and design the biological wastewater treatment process. For the systematic use of activated sludge model (ASM) in a real treatment process, a most important step in this usage is a calibration which can find a key parameter set of ASM, which depends on the microorganism communities and the process conditions of the plants. In this paper, a standardized calibration protocol of the ASM model is developed. First, a weighted effluent quality index(WEQI) is suggested far a calibration protocol. Second, the most sensitive parameter set is determined by a sensitive analysis based on WEQI and then a parameter optimization method are used for a systematic calibration of key parameters. The proposed method is applied to a calibration problems of the single carbon removal process. The results of the sensitivity analysis and parameter estimation based on a WEQI shows a quite reasonable parameter set and precisely estimated parameters, which can improve the quality and the efficiency of the modeling and the prediction of ASM model. Moreover, it can be used for a calibration scheme of other biological processes, such as sequence batch reactor, anaerobic digestion process with a dedicated methodology.

Improvement of WRF-Hydro streamflow prediction using Machine Learning Methods (머신러닝기법을 이용한 WRF-Hydro 하천수 흐름 예측 개선)

  • Cho, Kyeungwoo;Kim, Yeonjoo
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2019.05a
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    • pp.115-115
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    • 2019
  • 하천수 흐름예측에 대한 연구는 대부분 WRF-Hydro와 같은 과정기반 모델링 시스템을 이용한다. 과정기반 모델링 시스템은 물리적 현상을 일반화한 수식으로 구성되어있다. 일반화된 수식은 불확실성을 내포하고 있으며 지역적 특성도 반영하지 못한다. 특히 수식에 사용되는 입력자료는 측정값으로 오차가 존재한다. 따라서 과정기반 모델링 시스템 예측결과는 계통오차와 우연오차가 존재한다. 현재 매개변수 보정을 통해 예측결과를 개선하는 방법을 사용하고 있으나 한계가 있다. 본 연구는 이러한 한계를 극복하기 위해 상호보완적인 Data-driven 모델을 구축하여 과정기반 모델링 시스템 결과를 개선하고자 하였다. Data-driven 모델 구축을 위해 머신러닝 기법인 instance-based weighting(IBW)과 support vector regression(SVR)을 사용하였다. 구축된 Data-driven 모델은 한반도 지역 주요 저수지 및 호수의 하천수 흐름예측을 통해 검증하였다. 검증을 위해 과정기반 모델링 시스템으로 WRF-Hydro를 구동하였다. 입력자료는 기상청의 국지수치예측모델자료(LDAPS), HydroSHEDS의 수치표고모델자료(DEM), 국가지리정보원의 저수지 및 호수 연속수치지형도를 사용하였다. 본 연구를 통해 구축된 Data-driven모델은 기존 과정기반 모델링 시스템의 오류수정 한계를 머신러닝을 이용하여 개선할 수 있는 가능성을 제시하였다.

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Development of hybrid stochastic model for rainfall generation considering rainfall inter-annual variability (연간 강우 변동성을 고려한 혼합 추계 강우 생성 모형의 개발)

  • Park, Jeong Ha;Kim, Dong Kyun
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2018.05a
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    • pp.11-11
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    • 2018
  • 본 연구에서는 1시간부터 1년 단위의 강우 특성들을 잘 모의하는 혼합 추계 강우 생성 모형을 개발하였다. 본 모형의 가상 강우 생성 과정은 4단계로 이루어진다. 첫 단계에서 Seasonal ARIMA 모형을 통하여 시계열 특성을 반영한 월 강우를 생성한다. 두 번째 단계는 생성된 월 강우에 해당하는 일 단위 이하의 강우 통계치 세트를 생성하는 것이며, 통계치간 상관관계를 통해 평균, 표준편차, 자기상관 계수, 무강우 확률을 생성한다. 생성된 통계치 세트는 세 번째 단계에서 Modified Bartlett-Lewis Rectangular Pulse (MBLRP) 모형의 6개의 매개변수를 보정하는데 사용되며, 마지막으로 MBLRP 매개변수 세트를 통해 가상 강우 시계열을 생성한다. 위 모형을 통해 미국 동부 지역 29개 강우 관측소에 대하여 200년 길이의 가상 강우를 생성하였으며, 그 결과 시 단위부터 연 단위까지 강우의 1차, 2차 통계치 및 무강우 확률을 성공적으로 재현하였다. 또한 기존 MBLRP 모형에 비하여 극한 강우 사상을 재현하는 능력이 향상되었다. 빈도분석 결과를 통하여 MBLRP 모형이 재현기간에 따라 10%에서부터 40%까지 극한 사상을 과소 추정한 반면, 본 모형에서는 20% 이내의 값을 나타내었다.

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Runoff Estimation Using Rainfalls Derived from Multi-Satellite Images (다중 위성 강우자료를 이용한 유출 평가)

  • Kim, Joo-Hun;Kim, Kyung-Tak;Choi, Yun-Seok
    • Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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    • v.17 no.1
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    • pp.107-118
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    • 2014
  • The objective of this study is to suggest a method for estimating rainfall-runoff relationship using runoff analysis with satellite rainfall and global geographic data for the region due to lack of observed data. This study uses CMORPH and GSMaP_NRT as satellite rainfall data, and GTOPO30 and GLCC as global geographic data. IFAS is used for runoff modeling. In the evaluation of rainfall data, the correlation coefficients of CMORPH and GSMaP_NRT with observed data are 0.37 and 0.30 respectively. Calculated peak runoffs using IFAS show small relative errors with observed data in case of parameters are not calibrated with satellite rainfall data. Therefore, the methods suggested in this study could be applied to ungauged watershed. In the future, this study will analyze runoff for North Korea, a representative inaccessible region, using satellite rainfall and global geographic data.

Flow Estimation Using Rainfalls Derived from Multiple Satellite Images in North Korea (위성 강우자료를 이용한 북한지역 홍수량 추정)

  • KIM, Joo-Hun;CHOI, Yun-Seok;KIM, Kyung-Tak
    • Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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    • v.18 no.4
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    • pp.31-42
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    • 2015
  • The objective of this study is to estimate the flood flow of inaccessible regions using satellite-derived rainfall and global geographic data. This study focuses on Dongsingun, an area located upstream of the Cheongcheon River in North Korea. The IFAS model was used to estimate flood flow. The model was calibrated in the Gap Stream watershed in South Korea and verified for the Byeongsung Stream watershed in the Nakdong River basin. Satellite-derived rainfalls for North Korea was revised using ground gauge data. Analysis results using CMORPH and GSMaP_NRT showed $4,886m^3/s$ and $5,718m^3/s$ respectively. In future studies, hydrological analysis in unmeasured and inaccessible regions will be carried out by applying more rainfall events.

Development of Rainfall-Runoff Model for a Long and Short Term Runoff Analysis in Small Forested Mountain Watersheds (산림소유역(山林小流域)의 장(長)·단기(短期) 유출(流出) 해석(解析)을 위(爲)한 강우(降雨)-유출모형(流出模型)의 개발(開發))

  • Woo, Bo Myeong;Kim, Je Su;Lee, Heon Ho;Choi, Hyung Tae
    • Journal of Korean Society of Forest Science
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    • v.87 no.1
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    • pp.11-19
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    • 1998
  • The purpose of this study was to develop the Rainfall-Runoff Model for a long and short term runoff analysis in small forested mountain watersheds. This model was derived from tank model. This model is composed of four tank. Tank I, Tank II, TankIII, and TankIV represent interception loss in forest canopy, direct runoff, base flow, and surface flow component, respectively. This model was tested with two experimental watersheds, located in southern part of Korea. As the result, this model had potentials for simulating and analyzing the long and short term runoff in small forested watersheds.

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A Study on the Establishment of Water Supply and Demand Monitoring System and Drought Response Plan of Small-scale Water Facilities (소규모수도시설의 공급량-수요량 모니터링 체계 구축 및 가뭄 대응 방안 연구)

  • Choi, Jung-Ryel;Chung, Il-Moon;Jo, Hyun-Jae
    • The Journal of Engineering Geology
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    • v.29 no.4
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    • pp.469-481
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    • 2019
  • In addition to structural stabilization measures such as the construction of Sand Dam, non-structural management measures such as reasonable water demand and supply volume management are needed to prevent limited water supply damage due to drought. In this study, water supply-demand monitoring system was established for drought response in Seosang-ri basin in Chuncheon, the main source of domestic water for small water facilities. The flow rate of the stream was measured for monitoring the supply volume, and the daily flow rate was calculated by using it to calibrate the parameters of the SWAT (Soil and Water Assessment Tool). To monitor demand, the daily usage was calculated by measuring the change in the water level of the water tank. The relationship between the finally calculated daily supply and demand amount was analyzed to identify the shortage of water.

Development of Discretized Combined Unsteady Friction Model for Pipeline Systems (관수로 합성 부정류 차분화 마찰모형의 개발)

  • Choi, Rak-Won;Kim, Sang-Hyun
    • Journal of Korea Water Resources Association
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    • v.45 no.5
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    • pp.455-464
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    • 2012
  • In this study, a combined unsteady friction model has been developed to simulate the waterhammer phenomenon for the pipeline system. The method of characteristics has been employed as the modeling platform for the integration of the acceleration based model and the frequency dependant model for unsteady friction. Both Zielke's model and Ramos model were also compared with pressure measurements of a pilot plant pipeline system. In order to validate the modeling approach, a pipeline system equipped with the high frequency pressure data acquisition system was fabricated. The time series of pressure, introduced by a sudden valve closure, were obtained for two Reynolds numbers. A trial and error method was used to calibrate parameters for unsteady friction model. The comparison between different unsteady friction contributions in pressure variation provided the comprehensive understanding in the pressure damping mechanism of waterhammer. The proper evaluation of unsteady friction impact is a critical factor for accurate simulation of hydraulic transient.

Continuous Rainfall-Runpff Simulation Analysis of Jeongjacheon watershed using GIS-based HEC-HMS Model (GIS 기반의 HEC-HMS를 이용한 정자천 유역의 연속 강우.유출 분석)

  • Kim, Yong-Kuk;Noh, Jae-Kyoung
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2009.05a
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    • pp.997-1001
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    • 2009
  • GIS 기반의 HEC-HMS를 이용하여 유량자료가 있는 소하천인 정자천 유역을 대상으로 장기 강우 유출 분석을 하였다. 일반적으로 홍수량 산정은 단기해석으로 분석하나 평 갈수기와 홍수기 때의 하천 유황이 다르기 때문에 매개변수가 불일치할 것이라 생각되고, 이에 대한 보정이 필요한지 판단이 필요하다. 이를 위해 장기 연속모의를 통하여 매개변수의 보정 필요성을 검토하였다. 연구는 수치지도를 조합하여 ARC-VIEW로부터 Map파일 및 Basin파일을 생성하였고, 토지이용도와 토양도를 ARC-VIEW를 이용하여 CN value를 추출하였다. 계산조건중 손실량 산정방법은 SCS Curve Number법으로 하였고, 단위도 방법은 Clark UH법, 하도추적방법은 Muskingum방법, 기저유량산정방법은 Constant monthly로 설정하였다. 유역면적, 도달시간자료, 저류상수 값 등의 추출은 GIS기법을 이용하여 추출하였다. HEC-HMS의 장기 연속모의(Continuous Simulation)로 얻어진 Element Graph를 보면 대략적인 형태가 일치하나 2006년도에 대한 모의에서는 홍수기의 결과만 일치하는 것으로 보이고, 2007년도에 대한 모의에서는 평 갈수기와 홍수기의 그래프 형태가 유사하게 나타났다. 실측 유량보다 유량 값이 약간 크게 산출되어 홍수량 산정에서 볼 때 안정성에 무리가 없다고 판단되지만, 평 갈수기 기간에서 볼 때 연마다 하천의 매개변수가 일치하지 않는다고 생각되며, 홍수 후 유역의 변화로 매개변수가 변화한 것이라 생각된다. 향후 정자천유역의 보다 많은 강우사상과 실측유량을 통해 HEC-HMS의 유출량을 비교 분석하면 보다 더 정확한 해석이 가능할 것이며, 홍수가 빈번한 지역의 경우 유수지의 검토와 저수지의 시간당 방류량을 알 수 있다면 오차의 범위를 줄일 수 있다고 생각된다. 더 나아가 우리나라에 적합한 매개변수와 GIS 프로그램이 개발된다면 보다 쉽고 정확한 해석이 가능할 것이라고 생각된다.

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Comparison of Runoff Analysis Between Distributed Model and Lumped Model for Flood Forecast (홍수예측을 위한 분포형모형과 집중형모형의 유출해석 비교)

  • Park, Jin-Hyeog;Lee, Eul-Rae;Kim, Tae-Kook;Ko, Ik-Hwan
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2007.05a
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    • pp.1498-1502
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    • 2007
  • 본 연구에서는 격자기반의 레이더강우 등과 같은 향후 제공될 분포형 강수를 활용하기 위해 국내 유역에서 GIS와 연계한 물리적 기반의 수문학적 분포형모형의 적용성을 검토하고, 향후 저수지 유입량 예측을 위해 수자원공사 현업에서 실시간 물관리에 사용하고 있는 개념적기반의 집중형모형인 Kwater홍수분석모형과 실시간 홍수조절을 목적으로 미국 오클라호마대학의 백스터교 수측에서 개발된 물리적기반의 분포형모형인 Vflo모형을 이용하여 낙동강권역의 남강댐유역을 대상으로 유출해석을 수행하여 양 모형의 구조적인 장단점 등을 비교분석하였다. 입력이 되는 분포형 강우는 지상관측강우, 레이더추정강우를 적용하였고, GIS수문매개변수를 ArcGIS 및 ArcView를 활용하여 DEM, 토지피복도, 토양도 등의 기본 GIS자료들로 부터 추출, 물리적기반의 분포형모형(Vflo)의 입력인자로 사용하여 모형의 초기설정을 향상시켰다. 모형에서 계산된 방법이 물리성을 구비하여 타당한 매개변수의 값으로 현실의 유출량을 재현할 수 있는지를 실제 유역 규모의 스케일로 검증하고자 하였으며 홍수기 댐유역의 유출모의를 위한 모형의 장단점을 파악하고 분포형모형의 향후 실용화 가능성을 검토하였다. 모형 수행 결과, 모형보정은 물리적기반의 분포형모형인 Vflo모형이 집중형모형인 Kwater모형에 비하여 GIS를 이용하여 지형공간 자료와 토양, 토지피복과 같은 물리적 특성을 사용한 모형의 초기 설정을 향상시킴에 따라 평균적으로 첨두유량에서 $\pm254\;cms$, 유출량에서 $\pm14\;mm$, 첨두도달 시간차에서 $\pm15$분 이내의 정확도 향상을 가져왔다. 물리적 기반의 분포형모형인 Vflo모형은 남강댐유역 대다수 관측소에서 별다른 매개변수의 보정없이도 합리적이고 유용한 결과를 보여주었다. 이러한 결과는 GIS와 연계한 물리적기반의 분포형모형이 향후 돌발홍수나 게릴라성 집중호우 등의 악기상에 대응하여 레이더 등의 정확하고 신뢰할만한 강우예측이 입력자료로 생성되었을 때 다목적댐 저수지 운영에 있어서 리드타임을 충분히 확보하여 안정적이고 예측가능한 홍수조절을 수행할 수 있는 가능성을 보여주었다고 사료된다.

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