• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.327-327
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• 2019

The study will quantify the total uncertainties in streamflow and precipitation projections for Upper Awash River Basin located in central Ethiopia. Three hydrological models (GR4J, CAT, and HBV) will be used to simulate the streamflow considering two emission scenarios, six high-resolution GCMs, and two downscaling methods. The readily available hydrometeorological data will be applied as an input to the three hydrological models and the potential evapotranspiration will be estimated using the Penman-Monteith Method. The SCE-UA algorithm implemented in PEST will be used to calibrate the three hydrological models. The total uncertainty including the incremental uncertainty at each stage (emission scenarios and model) will be presented after assessing a total of 24 (=$2{\times}6{\times}2$) high-resolution precipitation projections and 72 (=$2{\times}6{\times}2{\times}3$) streamflow projections for the study basin. Finally, the primary causes that generate uncertainties in future climate change impact assessments will be identified and a conclusion will be made based on the finding of the study.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.396-396
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• 2020

기후변화는 여러 수자원 문제를 야기하며, 특히 가뭄으로 인해 농업용 저수지의 물관리는 점점 중요해지고 있다. 여러 둑높이기 농업용 저수지 중 나주호는 수혜면적에 비해 유역면적이 작아 저수율관리에 어려움을 겪고 있다. 실제로 2017년과 2018년 가뭄이 발생함에 따라 저수율이 20 %까지 저하되었으며, 수혜구역내 간이 양수장, 양수 저류 등 가뭄대책이 시행되었다. 그럼에도 불구하고 나주호의 저수율이 회복되지 않아 단수를 실시하는 등 물관리에 어려움을 겪었다. 이 연구에서는 저수지인 나주호를 대상으로 기상자료, 나주호의 저수율, 공급량 자료를 바탕으로 CAT 모형을 적용 가뭄년도의 유입량 변화를 추정하였다. 검보정의 경우 CAT 3.0 버전에 포함된 SCE-UA 최적화기법을 이용하였다. 그 결과, 2008년부터 2019년까지의 평균 연간 유입량은 6,549 만㎥으로 분석되었으며, 평균 연간 유출율은 48 %로 조사되었다. 하지만, 가뭄이 발생하였던 2017년도의 경우 평균 연간 유입량이 2,070 만㎥, 유출율은 27 %로 조사되었다.

• Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.55 no.1
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• pp.17-29
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• 2013

Long-Term Hydrologic Impact Assessment (L-THIA) model which is a distributed watershed model was applied to analyze the spatial distribution of surface runoff and nonpoint source pollutant loading from Imha watershed during 2001~2010. L-THIA CN Calibration Tool linked with SCE-UA was developed to calibrate surface runoff automatically. Calibration (2001~2005) and validation (2006~2010) of monthly surface runoff were represented as 'very good' model performance showing 0.91 for calibration and 0.89 for validation as Nash-Sutcliffe (NS) values. Average annual surface runoff from Imha watershed was 218.4 mm and Banbyun subwatershed was much more than other watersheds due to poor hydrologic condition. Average annual nonpoint source pollutant loading from Imha wateshed were 2,295 ton/year for $BOD_5$, 14,752 ton/year for SS, 358 ton/year for T-N, and 79 ton/year for T-P. Amount of pollutant loading and pollutant loading rates from Banbyun watershed were much higher than other watersheds. As results of analysis of loading rate from grid size ($30m{\times}30m$), most of high 10 % of loading rate were generated from upland. Therefore, major hot spot area to manage nonpoint source pollution in Imha watershed is the combination of upland and Banbyun subwatershed. L-THIA model is easy to use and prepare input file and useful tool to manage nonpoint source pollution at screening level.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.34 no.3
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• pp.821-831
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• 2014

Stochastic rainfall generators or stochastic simulation have been widely employed to generate synthetic rainfall sequences which can be used in hydrologic models as inputs. The calibration of Poisson cluster stochastic rainfall generator (e.g. Modified Bartlett-Lewis Rectangular Pulse, MBLRP) is seriously affected by local minima that is usually estimated from the local optimization algorithm. In this regard, global optimization techniques such as particle swarm optimization and shuffled complex evolution algorithm have been proposed to better estimate the parameters. Although the global search algorithm is designed to avoid the local minima, reliable parameter estimation of MBLRP model is not always feasible especially in a limited parameter space. In addition, uncertainty associated with parameters in the MBLRP rainfall generator has not been properly addressed yet. In this sense, this study aims to develop and test a Bayesian model based parameter estimation method for the MBLRP rainfall generator that allow us to derive the posterior distribution of the model parameters. It was found that the HBM based MBLRP model showed better performance in terms of reproducing rainfall statistic and underlying distribution of hourly rainfall series.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.403-403
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• 2012

최근 단시간 동안에 특정지역에 집중되는 국지적 호우에 의한 돌발홍수가 빈번히 발생하고 있으며, 이에 따른 위험과 손실이 증가하고 있는 추세이다. 현재 국내에서는 이러한 피해를 최소화하고자 돌발홍수 예측모형을 개발하고 예 경보 시스템을 구축하여 다양한 비구조적 대책을 마련하고 있다. 그러나 활용되는 예측모형의 경우 개념적 유출량인 한계유출량으로부터 돌발홍수능(Flash Flood Guidance, FFG)을 결정하여 예측 강우와 상대적인 대소 비교를 통해 돌발홍수의 발생가능성 유무를 판단하게 되는데, 문제는 산정되는 한계유출량은 개념적이기 때문에 검증이 어렵고 산정방법도 다양하여 불확실성이 높다는 단점이 있다. 이에 본 연구에서는 기존의 돌발홍수 예측 방법이 아닌, 수문모형 Nesting 기법을 이용한 돌발 홍수 예측 방법을 개발하였다. 저해상도의 대유역 기반의 유출량이 큰 영역의 경계값이 되고, 대유역을 이루고 있는 소유역을 고해상도의 작은 영역이라 할 때, 경계값인 대유역의 기반의 유출량을 참고 유출량으로 하여 소유역의 유출을 물리적 혹은 개념적으로 보다 타당하게 모의하는 방법이 수문모형 Nesting 기법이다. 이러한 기법에 필요한 강우-유출 모형으로는 대유역의 경우, SURR 모형(Sejong University Rainfall-Runoff model)을 선택하였으며, 대유역을 이루는 소유역의 유출모의는 물리적 기반의 분포형 모형인 CASC2D 모형을 이용하였다. 또한 실시간 활용을 위해서는 CASC2D 모형의 매개변수를 자동으로 추정하는 기술이 요구되며, 본 연구에서는 매개변수 전역 최적화 방법인 SCE-UA(The Shuffled Complex Evolution, University of Arizona) 기법을 활용하였다. 본 연구에서 사용한 수문모형의 적용성을 평가한 결과 대상유역에 대한 적용성이 높은 것으로 나타났으며, 연계된 두 모형의 유출거동이 유사하게 나타난 것으로 확인되었다. 본 연구에서는 Nesting 기법을 이용하여 0.5m 하천 수위의 상승 여부에 따라 돌발홍수의 발생 가능성을 예측하는 기법을 제안하였으며, 돌발홍수 사례와 일반호우사상으로부터 이 방법의 적용성을 평가하였다. 실제 돌발홍수가 발생한 유역을 선정하고 연계된 두 모형을 대상 유역에 적용한 결과 Nesting 기반의 돌발홍수 예측방법은 기존의 한계유출량 산정 방법에서 반영하지 못한 사상을 적절히 반영한 것으로 나타났다. 본 연구에서 개발한 Nesting 기법을 이용한 돌발홍수 예측모형은 일반적인 강우량 비교의 돌발홍수 예측방법에서 벗어나 새로운 돌발홍수 예측방법을 제안한 측면에서 큰 의미가 있다고 사료되며, 이러한 연구 결과는 실시간 돌발홍수 예측 시스템의 기본 모형으로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.191-191
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• 2017

Floods have become more widespread and frequent among natural disasters and consisted significant losses of lives and properties worldwide. Flood's impacts are threatening socio-economic and people's lives in the Mekong River Basin every year. The objective of this study is to identify the flood hazard areas and inundation depth in the Mekong River Basin. A rainfall-runoff and flood inundation model is necessary to enhance understanding of characteristic of flooding. Rainfall-Runoff-Inundation (RRI) model, a two-dimensional model capable of simulating rainfall-runoff and flood inundation simultaneously, was applied in this study. HydoSHEDS Topographical data, APPRODITE precipitation, MODIS land use, and river cross section were used as input data for the simulation. The Shuffled Complex Evolution (SCE-UA) global optimization method was integrated with RRI model to calibrate the sensitive parameters. In the present study, we selected flood event in 2000 which was considered as 50-year return period flood in term of discharge volume of 500 km3. The simulated results were compared with observed discharge at the stations along the mainstream and inundation map produced by Dartmouth Flood Observatory and Landsat 7. The results indicated good agreement between observed and simulated discharge with NSE = 0.86 at Stung Treng Station. The model predicted inundation extent with success rate SR = 67.50% and modified success rate MSR = 74.53%. In conclusion, the RRI model was successfully used to simulate rainfall runoff and inundation processes in the large scale Mekong River Basin with a good performance. It is recommended to improve the quality of the input data in order to increase the accuracy of the simulation result.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.35-35
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• 2017

유역 물순환 개선 기술은 기후변화 및 토지이용변화가 진행 중에 있거나 예상되는 지역에 대하여 강우-유출수를 지연, 저류, 침투시켜 지속가능한 물순환체계를 유지?회복하도록 하는 기술이라 할 수 있다. 기후변화 및 토지이용변화에 따른 영향을 평가하고, 지속가능한 유역 물순환체계를 구축하여 적응 전략을 체계적으로 수립하기 위해서는 물순환 개선 기술의 정립 및 개발이 필수적이다. 그러나 현재 유역 물순환 개선기술은 일부 시가화 지역에 국한되어 있어 유역 규모의 개선 전략을 수립하는데 한계가 있다. 또한, 물순환계의 변화량을 평가하기 위한 모형화 기법 역시 해외에서 개발된 기술을 여과 없이 도입하여 국내의 환경을 충분히 반영하기는 어렵다. 개발된 유역 물순환 개선 및 평가시스템은 기존 국가연구개발사업을 통해 개발되고 사업화에 성공한 바 있는 유역 물순환 평가 모형인 CAT(Catchment hydrologic cycle Assessment Tool)을 수정 및 개선하여 기후변화에 따른 영향을 평가하고 적응 대책을 수립하기 위한 실무적인 소프트웨어이다. 침투트렌치, 식생침투트렌치, 습지, 저류지, 빗물탱크 등의 물순환개선시설에 대한 효과를 평가할 수 있도록 개별시설의 제원에 따른 물순환개선 효과를 정량적으로 평가하여 제시한다. 기후변화에 따른 장기간의 유역 물순환을 평가하기 위해서는 물리적 매개변수 기반의 수문해석 보다는 단순환된 개념적 매개변수 기반의 집중형 장기유출 해석이 필요할 수 있다. 따라서 국내외에서 많이 사용되고 있는 장기 일유출 모형(GR4J, GSM, HBV, SYMHYD, TANK, TPHM 등)을 유역 물순환 개선 평가 플랫폼에 탑재함으로써 소유역의 특성을 반영한 기후변화 적응 일유출 해석이 가능하도록 하였으며, 각 모형들의 매개변수는 수동보정 외에도 SCE-UA를 이용한 자동보정이 가능하도록 시스템으로 구축하였다. 개발된 유역물순환 개선 및 평가시스템은 실무적 차원에서 기후변화에 따른 유역 물순환 개선 기술을 적용하고 평가하는데 있어서 매개변수 입력자료 구축에 따른 자원 소요 시간 및 시스템 개발 비용을 획기적으로 단축시켰으며 국외 의존도가 높은 수문 해석모형을 국내 기술로 개발함으로써 기술자립도를 높이고 국내 및 해외의 유역의 성공적인 적용을 통하여 성능을 입증하였다. 기후변화에 따른 수자원의 재평가, 개선시설의 정량적 평가 및 하천유역의 수자원관리 실무에 적용성이 높을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.214-214
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• 2019

가뭄이 '심함' 단계 이상 도달 시에는 매주 수문분석을 수행하여 가뭄전망을 수행하여야 한다. 이를 위해서는 기상청의 강수량과 기온 등의 기상예측 자료가 필요하다. 현재 기상청에서는 3개월 기상전망으로 월단위 강수량과 평균기온을 매월 제공하고 있다. 1개월 전망에서 4주의 강수량합과 평균기온을 제공하고 있다. 하지만, 향후 4주간을 전망하는 1개월 전망에서는 1주단위의 강수량과 평균기온이 아닌, 4주간의 강수량합과 평균기온을 1주일 단위로 업데이트해 WINS에 제공하고 있다. 1주단위의 강수량과 평균기온을 취득하기 어려워, 평년 일단위 강수량과 평균기온 자료를 사용하여 4주간의 자료를 1주 단위로 분할하는 방법을 사용하였다. 주간단위 수문자료의 처리를 위해 국제표준기구(ISO)에서 제시하는 기준(ISO 8601)에 따랐다. ISO 8601은 월요일부터 일요일까지를 1주로 정의하며 현재 사용하고 있는 날짜체계와 1대1로 대응되도록 하였다. 예를 들면 1981년 2월 22일은 '1981-W07-7' 또는 '1981W077'로 표시한다. 표시된 형식은 1981년 7번째 주 일요일을 뜻한다. 이 기준에 따라 수문자료를 정리할 수 있도록 프로그램을 개발하였다. 주간 단위 잠재증발산량 계산은 월잠재증발산량 프로그램을 1주단위로 계산할 수 있도록 수정 및 보완하여 개발하였다. 수정 및 보완한 부분은 외기복사(外氣輻射)량 계산부분이다. 외기복사량은 지구가 태양을 1년 주기로 공전하므로 특정 위도에서 특정날짜에 따라 복사량이 달라지므로 주간단위의 월요일부터 일요일에 해당하는 날짜의 외기복사량을 각각 계산하고 이를 평균하여 주간단위 대푯값으로 사용하도록 하였다. 계산된 주간단위 외기복사량과 최고 최저기온을 입력하여 Hargreaves식에 의해 잠재증발산량을 계산한다. 융적설을 포함한 주단위 강우-유출 모형의 매개변수를 추정하기 위해 전국 24개 지점의 수문자료를 사용하였다. abcd 모형과 융적설모듈의 초기값 포함 11개 매개변수를 SCE-UA 전역최적화 알고리즘으로 추정하였다. 추정된 유역의 매개변수는 토양배수, 토양심도, 수문지질, 유역특성인자를 사용한 군집분석 결과에 의해 113개 중권역에 할당하였다. 개발된 주간단위 강우-유출 모형은 비교적 단기 가뭄전망을 위해 사용된다. 계산된 유량은 자연유량이며, 전국 취수장 수량, 하수처리장 방류수, 회귀수를 반영하여 지점별 유량을 계산하여 가뭄전망에 사용되고 있다.

• Journal of Korean Society of Disaster and Security
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• v.15 no.1
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• pp.1-12
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• 2022

An automatic optimization technique is used to estimate the optimal parameters of the hydrologic model, and different hydrologic response results can be provided depending on objective functions. In this study, the parameters of the event-based rainfall-runoff model were estimated using various objective functions, the reproducibility of the hydrograph according to the objective functions was evaluated, and appropriate objective functions were proposed. As the rainfall-runoff model, the storage function model(SFM), which is a lumped hydrologic model used for runoff simulation in the current Korean flood forecasting system, was selected. In order to evaluate the reproducibility of the hydrograph for each objective function, 9 rainfall events were selected for the Cheoncheon basin, which is the upstream basin of Yongdam Dam, and widely-used 7 objective functions were selected for parameter estimation of the SFM for each rainfall event. Then, the reproducibility of the simulated hydrograph using the optimal parameter sets based on the different objective functions was analyzed. As a result, RMSE, NSE, and RSR, which include the error square term in the objective function, showed the highest accuracy for all rainfall events except for Event 7. In addition, in the case of PBIAS and VE, which include an error term compared to the observed flow, it also showed relatively stable reproducibility of the hydrograph. However, in the case of MIA, which adjusts parameters sensitive to high flow and low flow simultaneously, the hydrograph reproducibility performance was found to be very low.