• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.51 no.6
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• pp.503-514
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• 2018

In recent, the hydrological regime of the Mekong river is changing drastically due to climate change and haphazard watershed development including dam construction. Information of hydrologic feature like streamflow of the Mekong river are required for water disaster prevention and sustainable water resources development in the river sharing countries. In this study, runoff simulations at the Kratie station of the lower Mekong river are performed using SWAT (Soil and Water Assessment Tool), a physics-based hydrologic model, and LSTM (Long Short-Term Memory), a data-driven deep learning algorithm. The SWAT model was set up based on globally-available database (topography: HydroSHED, landuse: GLCF-MODIS, soil: FAO-Soil map, rainfall: APHRODITE, etc) and then simulated daily discharge from 2003 to 2007. The LSTM was built using deep learning open-source library TensorFlow and the deep-layer neural networks of the LSTM were trained based merely on daily water level data of 10 upper stations of the Kratie during two periods: 2000~2002 and 2008~2014. Then, LSTM simulated daily discharge for 2003~2007 as in SWAT model. The simulation results show that Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE) of each model were calculated at 0.9(SWAT) and 0.99(LSTM), respectively. In order to simply simulate hydrological time series of ungauged large watersheds, data-driven model like the LSTM method is more applicable than the physics-based hydrological model having complexity due to various database pressure because it is able to memorize the preceding time series sequences and reflect them to prediction.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.41 no.11
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• pp.1123-1133
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• 2008

It needs to conceptualize watershed with triangular or rectangular elements and to analyze the changes in hydrological components of each element for distributed modeling of rainfall-runoff process. This study is the network analysis of watershed grid for flow routing occurred in each element when analyzing rainfall-runoff process by one-dimensional kinematic wave equation. Single flow direction from D8-method(deterministic eight-neighbors method) is used, and the information of flow direction and flow accumulation are used to determine the computation order of each element. The application theory of finite volume method is suggested for each flow direction pattern between elements, and it is applied it to calculate the flow of each grid. Network analysis method from this study is applied to GRM(Grid based Rainfall-runoff Model) which is physically based distributed rainfall-runoff model, and the results from simplified hypothetical watersheds are compared with $Vflo^{TM}$ to examine the reasonability of the method. It is applied to Jungrangcheon watershed in Han river for verification, and examination of the applicability to real site. The results from Jungrangcheon watershed show good agreement with measured hydrographs, and the application of the network analysis method to real site is proper.

• Journal of Korean Society for Geospatial Information Science
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• v.18 no.3
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• pp.37-48
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• 2010

The purpose of this paper is to evaluate how the rainfall field effect on a runoff simulation using grid radar rainfall data and ground gauge rainfall. The Gwangdeoksan radar and ground-gauge rainfall data were used to estimate a spatial rainfall field, and a hydrologic model was used to evaluate whether the rainfall fields created by each method reproduced a realistically valid spatial and temporal distribution. Pilot basin in this paper was the Naerin stream located in Inje-gun, Gangwondo, 250m grid scale digital elevation data, land cover maps, and soil maps were used to estimate geological parameters for the hydrologic model. For the rainfall input data, quantitative precipitation estimation(QPE), adjusted radar rainfall, and gauge rainfall was used, and then compared with the observed runoff by inputting it into a $Vflo^{TM}$ model. As a result of the simulation, the quantitative precipitation estimation and the ground rainfall were underestimated when compared to the observed runoff, while the adjusted radar rainfall showed a similar runoff simulation with the actual observed runoff. From these results, we suggested that when weather radars and ground rainfall data are combined, they have a greater hydrological usability as input data for a hydrological model than when just radar rainfall or ground rainfall is used separately.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.365-365
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• 2017

강우의 공간분포는 홍수수문곡선에 큰 영향을 미친다. 이것은 총강우량이 같더라도 강우의 공간분포 특성에 따라 홍수수문곡선 및 첨두유량의 크기가 다를 수 있다는 것을 의미한다. 따라서 강우의 공간분포는 홍수량 산정과 홍수해석은 물론 수자원 설계에 큰 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 안동댐유역을 대상으로 물리적 기반의 분포형 모형인 GRM 모형과 공간확장자료 생성방법을 사용하여 47개 미계측유역에 대해 홍수유출 시계열자료를 생성하고 3개 관측유역을 포함한 총 50개 유역에 대해 첨두유량을 추출하여 분석함으로써 강우의 공간분포가 유출에 미치는 영향을 실제유역과 실제사상에 대해 자세히 분석하였다. 공간확장자료 생성방법은 보정 및 검증유역에서 모의유량이 관측유량을 적절히 모의한다면 추정된 매개변수값들을 상류지역에 있는 미계측유역에 적용하여 유량자료를 생성하는 방법이다. 1989년부터 2009년까지의 강우와 유출자료의 질이 좋은 20개의 사상을 추출하고 이 사상들과 3개 관측유역에 대해 GRM 모형의 매개변수들을 보정 및 검증하였다. 그 결과 NSE > 0.5, PBIAS ${\pm}30%$, 그리고 수정상관계수인 $_{mod}>0.6$의 적절한 모형효율 통계결과를 얻었다. 강우의 공간분포가 유출에 미치는 영향을 조사하기 위해 이 추정된 매개변수와 실제강우(강우의 공간분포를 고려한 강우) 및 공간평균강우(실제강우를 공간적으로 평균한 강우)를 사용하여 50개 유역의 홍수유출 시계열자료를 생성하였으며 이 시계열 자료 중 첨두유량을 추출하여 분석하였다. 그 결과 공간평균강우에 의한 첨두유량의 분포는 실제강우에 의한 첨두유량의 분포와 차이가 있었다. 20개 사상중 13개의 사상은 실제강우와 공간평균강우에 의한 첨두유량의 분포가 비슷하거나 공간평균강우에 의한 첨두유량의 분포가 실제강우에 의한 첨두유량의 분포보다 약간 좁아지는 차이가 있었다. 하지만 나머지 7개 사상의 경우에는 공간평균강우에 의한 첨두유량의 분포가 실제강우에 의한 첨두유량의 분포보다 크게 좁아지는 것을 보였다. 이것은 전체사상의 약 35 %에 대해서는 강우의 공간적 변동성을 고려하지 않고 홍수유출을 모의한다면 적절하지 않은 첨두유량 모의결과를 얻을 수 있다는 것을 나타내며 또한 홍수체적에 대해서도 적절하지 않은 모의결과를 얻을 수 있다는 것을 의미한다. 이것은 또한 강우관측소의 밀도가 홍수유출 모의 시 매우 중요하다는 것을 의미한다. 따라서 홍수량 산정 또는 수자원 설계 시 강우의 시간분포 뿐만 아니라 공간분포 또한 고려해야 한다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.52 no.1
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• pp.21-33
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• 2019

This study performed to simulate the watershed storm runoff using data of S-band dual-polarization radar rain, GPM (Global Precipitation Mission) satellite rain, and observed rainfall at 21 ground stations operated by KMA (Korea Meteorological Administration) respectively. For the 3 water level gauge stations (Sancheong, Changchon, and Namgang) of NamgangDam watershed ($2,293km^2$), the KIMSTORM2 (KIneMatic wave STOrm Runoff Model2) was applied and calibrated with parameters of initial soil moisture contents, Manning's roughness of overland and stream to the event of typhoon CHABA (82 mm in watershed aveprage) in $5^{th}$ October 2016. The radar and GPM data was corrected with CM (Conditional Merging) method such as CM-corrected Radar and CM-corrected GPM. The CM has been used for accurate rainfall estimation in water resources and meteorological field and the method combined measured ground rainfall and spatial data such as radar and satellite images by the kriging interpolation technique. For the CM-corrected Radar and CM-corrected GPM data application, the determination coefficient ($R^2$) was 0.96 respectively. The Nash-Sutcliffe efficiency (NSE) was 0.96 and the Volume Conservation Index (VCI) was 1.03 respectively. The CM-corrected data of Radar and GPM showed good results for the CHABA peak runoff and runoff volume simulation and improved all of $R^2$, NSE, and VCI comparing with the original data application. Thus, we need to use and apply the radar and satellite data to monitor the flood within the watershed.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.187-187
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• 2019

서울과 같은 주요 도시지역의 하수관망은 그 규모와 구성이 크고 복잡하여 강우유출모형을 구축하는데 많은 어려움이 발생한다. 또한 많은 연구자들이 직관적으로 관망을 구축하고 단순화하고 있으며, 실무에서는 일정기준 이하의 관망을 일괄적으로 삭제하는 등의 간단한 하수관망 단순화 방법을 사용하여 강우-유출 모형을 구축하고 있다. 따라서 본 연구에서는 서울시의 주요 상습침수 구역인 도림천 유역을 대상으로 전체 하수관망을 구축하고 대상유역의 누가유역면적을 기준으로 모형을 단순화하는 단순화기법과 일정 관경 이하의 하수관을 일괄적으로 삭제하는 단순화방안을 2차원 침수분석 결과를 통해 비교하여 적절한 하수관망 단순화 방안을 찾아보고자 하였다. 각각의 하수관망 단순화 기법을 통해 3가지 규모로 나누어 모형을 단순화 하였으며 도림천 일대에 많은 침수 피해를 발생시킨 2010년 9월 21일 강우사상을 적용하여 각각의 2차원 침수결과를 침수흔적도와 비교하여 규모별 단순화 방안의 적정성을 분석하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.1996-2000
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• 2006

현재 국내 주요 하천의 홍수예경보시스템 운영과 다목적댐의 홍수조절관리를 위하여 수문학적 모형의 하나인 저류함수모형(storage function model)을 사용하고 있다. 저류함수모형은 산지가 많은 유역에 적합하도록 개발된 모형으로, 계산절차가 간편하고 홍수유출의 비선형성을 고려할 수 있는 방법이므로 선형모형보다 합리적이라고 알려져 있다. 그러나 실제 홍수사상에 저류함수모형을 적용하기 위해서는 적절한 매개변수의 적용이 필요하다. 현재까지 저류함수모형의 매개변수를 보정하기 위한 연구가 많이 되었지만, 실질적으로 보정된 매개변수를 실제 홍수사상에 적용함에 있어서는 많은 어려움이 존재한다. 따라서 이러한 문제점을 해결하고자 본 연구에서는 저류함수 모형 중 유역유출 매개변수를 첨두유량에 대한 상대민감도분석을 통하여 매개변수의 경계조건을 설정하고, 이 경계조건을 바탕으로 최적화기법(optimization technique)을 사용하여 과거 홍수사상에 대하여 보정을 수행하였다. 그리고 보정된 매개변수를 모의 홍수사상에 적용하기 위한 최적매개변수(optimal parameter) 결정을 위한 방법들을 제시 및 적용하여 비교 분석하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.541-545
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• 2012

이 연구에서는 SEEP2D 모형을 사용하여 하부에 투수지반을 갖는 제방 내부의 침투흐름에 대한 수치모의를 수행하였다. 제방의 재료는 4대강사업 낙동강 제2하구둑 건설 현장에서 채취한 시료를 사용하였으며, 입도분석과 들밀도시험을 통해 구한 제방의 건조단위중량과 다짐도 및 제방의 투수계수는 각각 $1.372g/cm^3$, 93%, 1.35 m/day이다. 투수지반층과 1:3 비탈경사를 가지는 제방모형을 제작하여 연직 이차원 정상류 침투해석 모형을 해석하는 SEEP2D 프로그램을 사용하여 나온 결과 값을 수리모형 실험 결과 값과 비교하였다. 모의조건은 0.45 m, 0.50 m, 0.55 m, 0.60 m의 4가지 수위(각각 Case1~4)조건에 대하여 수리모형실험과 동일한 조건을 수치모형에 적용하였다. 수치모형의 결과는 실험결과와 비교적 일치하였지만 제방의 비탈사면이 시작하는 부분에서는 수치모형의 결과 값보다 실험결과 값이 작은 것으로 확인되었다. 각각의 조건별로 수치해와 실험 결과값을 비교해본 결과 대체적으로 비슷한 양상을 보였지만 제방의 비탈사면이 시작하는 지점부터 수치모형의 결과 값보다 실험결과 값이 작은 것으로 확인되었다. Case3의 경우 4.35 m 지점부터 6.00 m 지점까지 유출이 발생하였으며 수치모형의 결과값과 실험결과 값의 차이가 가장 작게 나타났다. 사면유출 길이는 Case4에서 가장 길게 나타났으며 최대 4.10 cm로 발생하였다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.44 no.11
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• pp.863-873
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• 2011

It has been known that soil erosion caused by water has been a serious problem worldwide. Thus various modeling techniques for conservationists, farmers, and other land users have been developed and utilized to estimate effects of numerous site-specific Best Management Practices on soil erosion reduction. The physical process-based WEPP model would provide both temporal and spatial estimates of soil loss within small watersheds and for hillslope profiles within small watersheds. Thus, the WEPP watershed version was applied to study watershed, located at Jawoon-ri, Gangwon to simulate diversion ditch and vegetated swale with detailed input data set. The sediment yield and runoff reduction rates reduced by 5.8% and 29.6% with diversion ditch and 9.8% and 14.5% with vegetated swale. With vegetated diversion ditch, runoff and sediment yield could be reduced by 11.8% and 40.4%, respectively. Based on the results obtained in this study, the WEPP model would be an useful tool to measure runoff and sediment yield reduction and establish site-specific sediment reduction best management plan.

• Journal of Wetlands Research
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• v.22 no.1
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• pp.15-23
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• 2020

The purpose of this study is to investigate how the degree of distribution influences the calibration of snow and runoff in distributed hydrological models using a multi-criteria calibration method. The Hydrology Laboratory-Research Distributed Hydrologic Model (HL-RDHM) developed by NOAA-National Weather Service (NWS) is employed to estimate optimized parameter sets. We have 3 scenarios depended on the model complexity for estimating best parameter sets: Lumped, Semi-Distributed, and Fully-Distributed. For the case study, the Durango River Basin, Colorado is selected as a study basin to consider both snow and water balance components. This study basin is in the mountainous western U.S. area and consists of 108 Hydrologic Rainfall Analysis Project (HRAP) grid cells. 5 and 13 parameters of snow and water balance models are calibrated with the Multi-Objective Shuffled Complex Evolution Metropolis (MOSCEM) algorithm. Model calibration and validation are conducted on 4km HRAP grids with 5 years (2001-2005) meteorological data and observations. Through case study, we show that snow and streamflow simulations are improved with multiple criteria calibrations without considering model complexity. In particular, we confirm that semi- and fully distributed models are better performances than those of lumped model. In case of lumped model, the Root Mean Square Error (RMSE) values improve by 35% on snow average and 42% on runoff from a priori parameter set through multi-criteria calibrations. On the other hand, the RMSE values are improved by 40% and 43% for snow and runoff on semi- and fully-distributed models.