하수재이용 유역의 사회-수문시스템 모델링

정한석 ( Hanseok Jeong ),박승우 ( Seungwoo Park ) 한국농공학회 2014 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2014 No.-

사회수문학의 개념에서 수문순환 모델링은 특정한 사건에 따른 시스템의 반응을 모의하고자했던 기존의 단선적인 수문모델링기법에서 벗어나 비선형적, 순환적 인식을 통해 전체적 사회-수문시스템의 변화과정을 모의하고자 한다. 본 연구에서는 도시화에 따른 인구증가와 토지이용 변화, 그리고 하수처리수를 농업용수로 재이용하는 영농활동의 수문시스템에의 영향을 모의하기 위해 시스템 요소간의 순환적 인과관계에 따른 소규모 사회-수문시스템의 동태적 변화를 이해할 수 있는 사회-수문시스템 모델링을 실시하였다. 시스템 다이내믹스를 이용하여 구성한 하나의 사회-수문시스템 모형은 수문시스템의 물리적 현상을 수식화한 결정론적 총괄형 수문시스템 부모형과 인구, 토지이용, 경제성, 그리고 기술 및 정책수준 등을 수식화한 사회시스템 부모형으로 구성되며, 민감도 분석과 극한 조건 시험, 그리고 SWAT 모형의 모의결과 및 실측 수문자료와의 비교를 통해 구조 건전성과 거동 객관성을 가진 것으로 평가되었다.

물받이 형상에 따른 조력발전용 수문의 통수성능 변화 수치모델링

오상호(Oh, Sang-Ho),한인숙(Han, In-Suk),김건우(Kim, Gunwoo),정원무(Jeong, Weon-Mu) 한국해안해양공학회 2013 한국해안해양공학회 논문집 Vol.25 No.2

본 연구에서는 물받이 형상이 조력발전용 수문의 통수성능에 미치는 영향을 평가하기 위한 수치모델링을 수행하였다. 수치모델링은 수문 구조물 자체의 형상은 변화시키지 않고 물받이 폭, 경사 및 수평구간 길이가 다른 경우에 유량계수 값의 차이를 비교함으로써 이루어졌다. 모델링 결과로부터 물받이 형상에 따라서 전반적인 통수성능에 유의미한 차이가 나타나게 됨을 확인하였다. 수문의 통수성능을 최대한 발휘하기 위해서는 수문 구조물 양 측면으로 수문의 폭 만큼 여유를 두고, 경사는 1:5, 수평 구간 길이는 수문 케이슨의 흐름방향 길이와 비슷한 50 m 정도가 되도록 물받이를 설계하는 것이 바람직한 것으로 분석되었다. In this study, numerical modeling was performed to investigate influence of the apron shape on the discharge performance of the sluice for tidal power plant. The numerical modeling was carried out for comparison of the difference in the discharge coefficient when the apron width, slope, and the length of the horizontal section were different, without considering change in the shape of the sluice caisson itself. The modeling result showed that significant discrepancy in terms of the overall discharge performance appeared according to the apron geometry. In order to achieve maximum discharge performance of the sluice caisson, it is desirable to make the design by putting a space equivalent to the width of the sluice caisson on its both sides, by making the apron slope be 1:5, and by keeping length of the horizontal section to be 50 m that is corresponding to the streamwise length of the sluice caisson.

무유출의 고려를 통한 간헐하천 유역에 확률기반의 격자형 수문모형의 구축

이동기,안국현 한국수자원학회 2020 한국수자원학회논문집 Vol.53 No.6

This study presents a probabilistic distributed hydrological model for Ephemeral catchment, where zero flow often occurs due to the influence of distinct climate characteristics in South Korea. The gridded hydrological model is developed by combining the Sacramento Soil Moisture Accounting Model (SAC-SMA) runoff model with a routing model. In addition, an error model is employed to represent a probabilistic hydrologic model. To be specific, the hydrologic model is coupled with a censoring error model to properly represent the features of ephemeral catchments. The performance of the censoring error model is evaluated by comparing it with the Gaussian error model, which has been utilized in a probabilistic model. We first address the necessity to consider ephemeral catchments through a review of the extensive research conducted over the recent decade. Then, the Yongdam Dam catchment is selected for our study area to confirm the usefulness of the hydrologic model developed in this study. Our results indicate that the use of the censored error model provides more reliable results, although the two models considered in this study perform reliable results. In addition, the Gaussian model delivers many negative flow values, suggesting that it occasionally offers unrealistic estimations in hydrologic modeling. In an in-depth analysis, we find that the efficiency of the censored error model may increase as the frequency of zero flow increases. Finally, we discuss the importance of utilizing the censored error model when the hydrologic model is applied for ephemeral catchments in South Korea. 본 연구에서는 우리나라의 기후 특성의 영향으로 종종 발생하는 무유출량의 간헐하천 유역(Ephemeral catchment)에 확률기반 격자형 수문 모형을 구축하였다. 격자형 모형의 구축을 위하여 Sacramento Soil Moisture Accounting Model (SAC-SMA) 유출 모형을 사용하였으며 라우팅 모형의 결합으로 격자형 강우-유출 모형을 구축하였다. 확률 모형의 표현을 위하여 에러 모형을 결합시켰으며 간헐하천 유역에 적합하게 표현하기 위해서 검열된 오류 모형(censoring error model)을 사용하였다. 기존에 많이 사용되는 정규화된 오류 모형과의 비교를 통하여 본 연구에서 구축한 모형의 적합성을 평가하였다. 먼저 과거 주된 연구와 유역에 대한 검토를 통하여 그 필요성을 논하였으며 우리나라에서 수문 모형에 많이 사용되는 용담댐을 선정하여 수문 모형을 구축하였다. 결과적으로 본 연구에서 구축한 두개의 모형이 둘 다 신뢰할 만한 결과를 보여주지만 검열된 오류 모형의 사용이 더욱 적합한 결과를 보여주는 것을 확인하였다. 이 과정에서 기존의 방법론은 확률 기반의 유출량의 표현에 있어서 0 이하의 음수값을 상당히 표현하였으며 이는 현실이지 못한 수문 모델링의 표현을 의미한다. 본 연구에서는 또한 두 모형의 심층적인 비교를 위하여 심화된 간헐하천 유역을 구축하고 수문 모델링을 하였다. 결과적으로 무유출의 빈도 증가에 따라 무유출량을 고려하는 검열된 오류 모형의 효율이 증가하는 것을 알 수 있었다. 본 연구에서 얻은 결과는 우리나라의 수문 모델링에 있어서 간헐하천 유역에 대한 고려가 필요하다는 것을 의미한다.

수문모델링 최적화 목적함수 설정에 따른 모의결과 영향 평가

송정헌 ( Jung-hun Song ),강문성 ( Moon Seong Kang ) 한국농공학회 2016 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2016 No.-

수문 모형의 보정은 모의결과가 실제 현상과 최대한 유사하게 모사할 수 있도록 매개변수를 물리적 범위 내에서 조정하는 과정이다. 모형의 보정 방법으로 과거에는 풍부한 지식과 경험이 요구되는 시행착오법이 주로 이용되었으나, 최근에는 컴퓨터 속도의 발전과 함께 많은 노동력과 시간을 절감해주고, 사용자가 다르더라도 동일하고 객관적인 매개변수 추정이 가능한 자동 보정기법이 주로 이용되고 있다. 매개변수의 자동 보정을 위해서는 목적함수를 설정해야하는데, 선행연구를 살펴보면 Root Mean Square Error (RMSE), Nash and Sutcliffe Efficiency (NSE) 등이 주로 이용되어 왔다. 하지만 RMSE와 NSE는 오차 제곱의 합이 식에 포함되어 있기에 고유량의 오차는 과대평가될 수 있고, 저유량의 오차는 과소평가 될 수 있다. 이에 최근 들어 고유량 유사여부 지표 (CR1)와 저유량 유사여부 지표 (CR2), 총량 유사여부 지표 (CR3), 그리고 표준편차 유사여부 지표 (CR4)를 조합하여 하나의 목적함수로 설정하는 연구가 수행된 바 있다. 하지만 각 지표별 가중치 부여에 따라 목적함수는 변하고 최적 매개변수 및 모의 결과 또한 달라질 수 있으나 이에 관한 연구는 아직 부족한 실정이다. 본 연구에서는 CR1∼CR4의 가중치 부여에 따라 생성된 목적함수들을 이용하여 수문모형의 매개변수 최적화를 수행하고 모의 결과 변동성을 평가하고자 한다. 대상 수문 모형으로는 Kim’s Tank, Im’s Tank, 그리고 Two-Parametric Hyperbolic Model (TPHM)을 선정하였으며, 각각의 매개변수 수는 9개, 7개, 그리고 2개 이다. CR1∼CR4는 -1∼1의 범위로 정규화하여 각 지표들 간 가중산술평균이 가능하도록 변형하였다. 최적화 기법으로는 Shuffled Complex Evolution (SCE-UA)를 이용하였다. 각 목적함수에 따른 모의 결과는 주요 모델링 평가 기법을 이용하여 모형의 이용목적에 따라 평가하였다. 본 연구결과는 수문모델링 매개변수 최적화에 대한 이해에 도움을 줄 수 있고, 모형의 보정을 실제적으로 수행하기 위한 실무적 자료로도 유용하게 이용될 수 있을 것이다.

사회-수문시스템 모델링 기법: 국내 다목적댐 적용

이슬민(Lee, Sleemin),강두선(Kang, Doosun) 대한토목학회 2019 대한토목학회 학술대회 Vol.2019 No.10

GIS 위상구조를 이용한 수문요소 자동추출 알고리즘 개발

장영률(Young Yul Jang),이근상(Geun Sang Lee),조기성(Gi Sung Cho) 대한공간정보학회 2001 한국공간정보학회지 Vol.9 No.3

In hydrologic fields, GIS enables to extract watershed or stream automatically using DEM(Digital Elevation Model) and to create input parameter of hydrologic modeling program using GIS data and actual measured hydrologic data. There is need to accurately know hydrologic element as source, junction, diversion, interior, outlet, sink within basin when we input parameters being analyzed with GIS into hydrologic modeling program. If we don``t understand the flow direction of stream, manual work is required like the use of DEM or hydrologic data book. This study presents automatic extraction algorithm of hydologic element being usually used to preprocess of hydologic analysis using DEM and stream data. And, AML(Arc Macro Language) is used that user can extract hydrologic element easily within ARC/INFO. Also, this study compares automatic extracted results with manual extracted results and presents problem being occurred during research and advanced method.

수질모델링을 위한 유달부하량의 수리․수문학적 산정

김상단,송미영,김형수 한국습지학회 2004 한국습지학회지 Vol.6 No.3

본 연구에서는 수리․수문학적인 이론을 근거로 수질모델링을 위한 유달 오염부하량 산정방법을 제안하고자 한다. 본 연구에서 제안하는 방법은 격자기반으로 구성되어 있으며, 최대 경사 방향으로 일어나는 지표면 유출을 추적함으로써 유달부하량을 계산하게 된다. 또한 GIS 및 DEM 자료를 이용함으로써 공간적으로 분포된 배출 오염부하량, 지형, 경사, 토양특성, 토지이용 등을 고려할 수 있다. 이를 통하여 수질에 영향을 미치는 다양한 토지이용방법 및 유역관리방식의 대안에 대한 평가가 가능할 것으로 기대된다. A hydraulically and hydrologically based estimation method of pollutant delivery load for water quality modeling is proposed. The proposed method works on grid basis and routes overland flows from one cell to the next following the maximum downslope directions. The method is able to consider spatially-varied data of source pollutant, topography, land slopes, soil haracteristics, land use and aspects, which can be extracted from geographic information systems (GIS) and from digital elevation models (DEMs). Because of this feature, the proposed method can be expected to be used for evaluating the impacts of various practices on watershed management for water quality.

지표수-지하수 통합모형을 이용한 무심천 유역의 수문과정 해석

김남원,정일문,이정우,원유승 한국수자원학회 2007 한국수자원학회논문집 Vol.40 No.5

지표수와 지하수의 통합모델링은 지속가능한 수자원과 수질개선에 대한 점증하는 요구를 만족시키기 위해 점차 중요성을 더해가고 있다. 본 연구에서는 준분포형 유역유출모형인 SWAT과 완전분포형 지하수 모형인 MODFLOW의 통합모형을 무심천 유역에 작용하여 유역단위의 수문과정을 재생하였다. 모의결과 2001-2004년의 관측수문곡선과 모의유량수문곡선간의 적합이 잘 나타나는 한편 계산된 지하수위 분포와 관측지하수위와의 보정결과도 양호하게 나타났다. 통합모형은 Integrated modelling of surface water and groundwater has become important to satisfy the growing demands for sustainable water resources and improved water quality. In this study, the integrated model of the semi-distributed watershed model, SWA T and th

미측정 하천 횡단면적 추정 회귀식 개발

전상민 ( Sang Min Jun ),강문성 ( Moon Seong Kang ),신샛별 ( Sat Byeol Shin ),류정훈 ( Jeong Hoon Ryu ),이경도 ( Kyungdo Lee ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

수리·수문 모델링의 정확성 향상을 위해서는 실제지형에 가까운 하천단면 자료의 입력이 필요하다. 하지만 지방하천, 농촌 소하천의 경우 하천단면 측량 자료가 존재하지 않는 경우가 많아, 해당지역의 홍수해석 및 침수 모의에 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 하천 폭을 이용하여 미측정 하천 횡단면적을 추정할 수 있는 회귀식을 개발하고자 한다. 이를 위해, 하천기본계획 등의 하천단면 측량 자료를 수집하였으며, 하천 폭과 하천 형상 사이의 상관관계를 분석하여 회귀식을 개발하였다. 또한, 하천단면 자료가 존재하는 하천을 대상으로 회귀식의 적용성을 평가하였다. 먼저, 위성사진 등을 이용해 하천 폭을 조사하고, GIS의 수치표고모델을 이용해 하천의 표고를 결정하였다. 회귀식을 통해 하천의 횡단면적을 추정하였으며, 이를 실제 하천 측량 자료와 비교 및 분석하였다. 본 연구에서 개발한 회귀식은 추가적인 검증과 보완을 통해 정확성을 향상시킨다면, 하천 단면 자료가 존재하지 않는 지역의 수리·수문 모델링에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

격자기반 분포형 수문모델링과 인공신경망을 이용한 하천갈수량 예측

이용관 ( Yonggwan Lee ),정지훈 ( Jeehun Chung ),김보현 ( Bohyeon Kim ),장원진 ( Wonjin Jang ),김성준 ( Seongjoon Kim ) 한국농공학회 2021 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2021 No.-