한강수계의 하천에 대한 직접유출과 기저유출의 기여도 정량화

홍지영,임경재,신용철,정영훈,Hong, Jiyeong,Lim, Kyoung Jae,Shin, Yongchul,Jung, Younghun 한국수자원학회 2015 한국수자원학회논문집 Vol.48 No.4

River characteristics in South Korea has been affected by seasonal climatic variability due to climate change and by remarkable land cover change due to rapid economic growth. In this regard, the roles of river management is getting more important to eco-system and human community in watersheds of South Korea. Understanding river characteristics including direct runoff and baseflow, the first step of river management, can give a significant contribution to sustainable river environment. Therefore, the objective of this study is to quantify the contributions of the direct runoff and baseflow to river streamflow. For this, we used the BFLOW and WHAT programs to conduct baseflow separation for 71 streamflow gauge stations in Han River system, South Korea. The results showed that baseflow index for 71 stations ranges from 0.42 to 0.78. Also, gauge stations which have baseflow index more than 0.5 occupied 76% of a total stations. However, baseflow index can be overestimated due to human impacts such as discharge from dams, reservoirs, and lakes. This study will be used as fundamental information to understand river characteristics in river management at the national level. 국내 하천특성은 기후변화에 의한 계절별 기후변동성과 급속한 경제성장으로 인한 급격한 토지피복의 변화에 의하여 영향을 받아왔다. 이와 관련하여, 하천관리는 수자원이용 등 인간의 활동 뿐 아니라 생태계측면에서도 그 중요성이 커지고 있다. 하천관리의 첫 번째 단계인 직접유출과 기저유출을 포함한 하천특성을 이해하는 것은 지속적인 하천환경을 조성하기 위하여 지대한 기여를 할 수 있다. 그러므로 본 연구의 목적은 효율적인 하천관리를 위해 직접유출과 기저유출을 정량화하여 하천에 미치는 기여도를 산정하는 것이다. 이를 위하여 한강수계에 위치한 71개의 유량관측소에 대하여 BFLOW와 WHAT 프로그램을 이용하여 기저유출 분리를 수행하였다. 그 결과 한강수계의 기저유출비는 0.42에서 0.78의 범위를 가지며, 기저유출비가 50%를 넘는 관측소는 전체 관측소의 76%를 차지하였다. 그러나 산출된 기저유출비는 댐, 저수지, 호수로부터의 방류량과 같은 인위적 영향 때문에 과다산정 되었을 가능성이 있다. 본 연구는 추후 국가적 차원에서 하천관리의 효율성과 안전성을 개선하기 위하여 전략적으로 하천 기능을 조절하는데 기여를 할 것으로 기대한다.

영화 〈괴물, 유령, 자유인〉에서 ‘유령’의 의미

홍지영(Jiyeong Hong),김정환(Jeong Hwan Kim) 동국대학교 영상미디어센터 2022 씨네포럼 Vol.- No.43

댐 유입량 예측을 위한 CombML 개발 및 평가

홍지영 ( Jiyeong Hong ),이서로 ( Seoro Lee ),양동석 ( Dongseok Yang ),배주현 ( Joohyun Bae ),임경재 ( Kyoungjae Lim ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

효율적인 물관리를 위한 댐 유입량 대한 연구는 필수적이다. 이를 위하여 본 연구에서는 40년동안의 기상 및 댐 유입량 데이터를 이용하여 소양강댐 유입량을 예측하는 머신러닝 알고리즘을 개발하였다. 의사 결정 트리 (DT), 멀티 레이어 퍼셉트론 (MLP), 랜덤 포레스트 (RF), 그래디언트 부스팅 (GB), RNN-LSTM 및 CNN-LSTM 알고리즘이 사용되었으며, 그 중 가장 정확도가 높은 모형과 고유량이 아닌 경우에서 특별히 예측 정확도가 높은 모형을 결합하여 결합 머신러닝 알고리즘 (CombML)을 개발 및 평가하였다. 사용된 알고리즘 중 MLP가 NSE 0.812, RMSE 77.218 m³/s, MAE 29.034 m³/s, R 0.924, R2 0.817로 댐 유입량 예측에서 최상의 결과를 보여주었으며, 댐 유입량이 100 m³/s 이하인 경우 앙상블 모델 (RF, GB) 이 댐 유입 예측에서 MLP보다 더 나은 성능을 보였다. 따라서, 유입량이 100 m³/s 이상 시의 평균 일일 강수량인 16 mm를 기준으로 강수가 16mm 이하인 경우 앙상블 방법 (RF 및 GB)을 사용하고 강수가 16 mm 이상인 경우 MLP를 사용하여 댐 유입을 예측하기 위해 두 가지 복합 머신러닝 (CombML) 모델 (RF_MLP 및 GB_MLP)을 개발하였다. 그 결과 RF_MLP에서 NSE 0.857, RMSE 68.417 m³/s, MAE 18.063 m³/s, R 0.927, R2 0.859, GB_MLP의 경우 NSE 0.829, RMSE 73.918 m³/s, MAE 18.093 m³/s, R 0.912, R2 0.831로 CombML이 댐 유입을 가장 정확하게 예측하는 것으로 평가되었다. 본 연구를 통해 하천 유황을 고려한 여러 머신러닝 알고리즘의 결합을 통한 유입량 예측 결과, 알고리즘 결합 시 예측 모형의 정확도가 개선되는 것이 확인되었으며, 이는 추후 효율적인 물관리에 이용될 수 있을 것으로 판단된다.

소양강댐 유입량 예측을 위한 머신러닝 알고리즘 평가 및 CombML 개발

홍지영 ( Hong Jiyeong ),이동준 ( Lee Dongjun ),이서로 ( Lee Seoro ),김수홍 ( Kim Suhong ),김종건 ( Jonggun Kim ),임경재 ( Lim Kyoungjae ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-

For the prediction of the Soyang River Dam inflow, machine learning models were constructed using weather and dam inflow data. Six of algorithms were used as following: decision tree (DT), Multi Layer Perceptron (MLP), random forest (RF), gradient boosting (GB), RNN-LSTM and CNN-LSTM. Multi Layer Perceptron model showed the best results in the dam inflow prediction among the algorithms with the accuracy verification results of NSE 0.812, RMSE 77.218 ㎥/s, MAE 29.034 ㎥/s, R 0.924 and R² 0.817. However, the ensemble models (random forest and gradient boosting models) performed better than MLP for prediction of dam inflow when the amount of dam inflow is below 100 ㎥/s. Therefore, two combined models using ensemble methods (RF and GB) in less than 100 ㎥/s of inflow and an MLP in over 100 m3/s were created. The results showed the accuracy verification results of NSE 0.857, RMSE 68.417 ㎥/s, MAE 18.063 ㎥/s, R 0.927 and R² 0.859 with RF-MLP, and NSE 0.829, RMSE 73.918 ㎥/s, MAE 18.093 ㎥/s, R 0.912 and R² 0.831 with GB-MLP which refers that the combination of the models predicts the dam inflow the most accurately. Since the simplicity of the input data and method could suggest the new inflow prediction method for the other watershed. Also, the accuracy of the inflow prediction through inflow training considering the suitable algorithms for the flow characteristics such as flow regimes by combining several machine learning algorithms showed the possibility of machine learning algorithms as a substitution of the hydrological models.

고경력 초등 교사의 생애사를 통해 본 과학 수업의 변화

홍지영 ( Jiyeong Hong ),오필석 ( Phil Seok Oh ) 한국과학교육학회 2021 한국과학교육학회지 Vol.41 No.3

본 연구의 목적은 고경력의 한 초등학교 교사의 생애사를 살펴보고 그의 생애 과정 동안 일어난 과학 수업의 변화 양상을 이해하는 것이었다. 연구 참여자인 박 교사와의 생애사 면담 및 생애사 자료를 바탕으로 생애 이야기를 작성하고, 박 교사의 생애 동안 어떤 외부 요인과 개인 요인의 상호 관계 속에서 과학 수업이 변해 왔는지 그 양상을 시기별로 나누어 분석하였다. 연구의 결과로서 수업 변화기 I에서는 박 교사가 외부 요인의 영향을 적극적으로 수용하여 수업을 변화시킴으로써 학생 중심의 과학 수업에 대한 전문성의 싹을 틔웠음을 알 수 있었다. 반면, 수업 변화기 II에는 박 교사가 외부 요인에 의한 수업 변화 흐름에 비판적으로 대응하면서 자신만의 수업 방식을 다져 나갔다. 마지막으로 수업 변화기 III에서는 박 교사가 자신의 개인 요인에 의해 외부 요인의 영향을 긍정적인 것으로 전환하면서 수업 변화를 이루었다. 이러한 결과를 토대로 수업 변화를 위해서는 교사의 생애 주기와 전문성의 정도를 고려한 정책이 필요하며 교육 변화와 관련된 요인들에 대한 교사들의 성찰과 전환 노력이 있어야 함을 제안하였다. The purpose of this study is to explore the life history of a highly experienced elementary school teacher, Mr. Park and to understand how his science teaching practices have changed throughout his educational career. Using life history interviews with Mr. Park and his life history materials as data sources, a life story of the participant teacher was constructed. The ways teaching changed in the inter-relationship between external and personal factors were then analyzed according to three temporal periods of teaching changes. It was revealed that in the first period of teaching change, Mr. Park changed his science teaching practices by actively accepting influences from external factors, which in turn enabled him to start developing his expertise in student-centered science instruction. By contrast, in the second period of teaching change, Mr. Park strengthened his own ways of teaching while responding critically to the trends of educational change by external factors. In the third and final period of teaching change, Mr. Park made changes in teaching practices by taking advantage of his personal factors to convert influences of external factors into positive ones. Based on these findings, it was suggested that educational policies for teaching changes should be provided in consideration of teachers’ life cycles and their expertise and that teachers should make efforts to reflect on the factors for educational change and transform them into positive ones.

고랭지밭 복구에 따른 토양유실량 저감 효과 평가-만대지구를 중심으로-

이관재 ( Gwanjae Lee ),홍지영 ( Jiyeong Hong ),이서로 ( Seroro Lee ),박상준 ( Sangjoon Bak ),정연지 ( Yeonji Jeong ),최용훈 ( Yonghun Choi ),임경재 ( Kyoung Jae Lim ) 한국물환경학회 2022 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2022 No.-

웹 GIS 기반 표토침식 예측 시스템 개발

이동준 ( Dongjum Lee ),홍지영 ( Jiyeong Hong ),강현우 ( Hyunwoo Kang ),임경재 ( Kyoung Jae Lim ),김종건 ( Jonggun Kim ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

This study is to develop the Web GIS-based surface soil erosion prediction system that informs soil information such as daily potential soil erosion, soil quality, and best management practices (BMPs). The system involves three functions that are: 1) to predict daily potential soil erosion in the study areas (e.g., Jaun-Cheon, Bukhan-Gang, Namhan-Gang, and Gyoungan-Cheon); 2) to provide the current levels of soil qualities at field scale; 3) to recommend BMPs which can improve soil qualities. This study developed a module based on MUSLE and assessed the availability of the module comparing with the measured data at sample fields (3%, 9% slope). After verification of the module, the Web GIS-based system was developed using a user-friendly interface. The users can obtain the visualized soil erosion information through the interface and compare the amount of soil erosion using the single field or multi-fields analysis tool developed in this study. Moreover, the users can find the current level of soil qualities at fields they selected and gain various applicable BMPs information. The system enables us to inform non-experts to soil information without using a complex model and equation. Therefore, the system can play a significant role in recognizing the importance of soil resources and enacting laws relative to soil conservation.

SWAT 모델의 국내 특성 반영을 위한 모델 및 보정방법 제안

이동준 ( Lee Dongjun ),이서로 ( Lee Seoro ),홍지영 ( Hong Jiyeong ),박윤식 ( Park Youn Shik ),김종건 ( Kim Jonggun ),임경재 ( Lim Kyoung Jae ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-

국내뿐만 아니라 해외에서도 수문모델을 활용하여 수자원을 관리하고 있다. 수문모델 중 Soil and Water Assessment Tool (SWAT) 모델은 미국 농무성 연구소에서 개발된 유역 단위 준 분포형 모델로서, 장기간의 하천의 유량, 수질, 수문순환을 파악할 수 있다. SWAT 모델을 구동하기 위해서는 수치표고모델, 토지이용도, 토양도, 기상자료가 필요하며, 입력자료를 기반으로 생성된 수문반응단위(Hyrdologic Response Units, HRU)를 이용하여 수문 현상을 모의한다. 또한, 지표유출, 기저유출, 지하수 물 흐름, 토양 수분 내 물 흐름과 같은 수문 현상을 모의하기 위해 물리적 공식들을 활용한다. 하지만 모델에서 사용되는 HRU의 경사도, 경사장 추출 공식, 토양유실 산정 공식들은 미국 지역에서 개발된 경험식으로 자동 산정되기 때문에 국내의 지형적 특성을 제대로 반영하는데 한계가 있다. 본 연구에서는 SWAT 모델을 국내에 적용하는데 발생하는 문제점을 파악하고, 이를 보완하기 위하여 보정방법을 제안하였다. 하지만 보정방법만으로 국내 특성을 반영하기에 한계점이 있어 SWAT 내부 Source Code를 수정하여 국내의 지형적 특성을 반영할 수 있도록 모델을 개선하였다. SWAT 모델의 국내 모델 적용 첫 번째 문제점은 HRU의 지형적 속성자료(경사장, 경사도) 산정 공식으로 SWAT 모델은 HRU의 경사도 자료를 기반으로 경사장 자료를 추출한다. 하지만 국내에서 실측한 지형 자료와 SWAT에서 추출한 지형 자료는 큰 차이를 보였으며 이는 미국 지형의 특성에서 개발된 경험식과 경사도가 급한 국내 지형특성이 상이하기 때문이라 판단된다. 두 번째 문제점은 토양유실량 산정공식으로 SWAT 모델은 MUSLE 공식을 사용하여 모든 HRU에서 발생하는 토양유실량을 산정한다. MUSLE 공식을 국내에 그대로 적용하여 모델을 구동하였을 경우, 토지이용에 따라 토양유실 발생량을 과대 또는 과소 산정한다. 따라서 본 연구에서는 토지이용 별로 토양유실 산정공식을 달리 사용하도록 모델 Source Code를 수정하였다. 마지막으로, SWAT 모델에서는 하천 단면 생성 시 큰 유역에서 적합한 공식을 사용하고 있다. 이에 본 연구에서는 국내 실측 하천단면 데이터를 활용하여 하천단면 산정 공식을 추출하였으며 이를 모델 Source Code에 적용하였다. 본 연구에서 제안한 방법을 기반으로 모델을 구동하였을 때, 기존의 모델에서 사용한 방법보다 실측 유량 및 수질을 잘 모의하는 것으로 나타났다. 본 연구에서 제안한 보정 방법 및 모델 엔진을 활용한다면 국내 수자원을 예측 및 관리하는데 크게 기여를 할 것으로 기대된다.

SWAT 모델의 국내 특성 반영을 위한 모델 및 보정방법 제안

이동준 ( Lee Dongjun ),이서로 ( Lee Seoro ),홍지영 ( Hong Jiyeong ),박윤식 ( Park Youn Shik ),김종건 ( Kim Jonggun ),임경재 ( Lim Kyoung Jae ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-

국내뿐만 아니라 해외에서도 수문모델을 활용하여 수자원을 관리하고 있다. 수문모델 중 Soil and Water Assessment Tool (SWAT) 모델은 미국 농무성 연구소에서 개발된 유역 단위 준 분포형 모델로서, 장기간의 하천의 유량, 수질, 수문순환을 파악할 수 있다. SWAT 모델을 구동하기 위해서는 수치표고모델, 토지이용도, 토양도, 기상자료가 필요하며, 입력자료를 기반으로 생성된 수문반응단위(Hyrdologic Response Units, HRU)를 이용하여 수문 현상을 모의한다. 또한, 지표유출, 기저유출, 지하수 물 흐름, 토양 수분 내 물 흐름과 같은 수문 현상을 모의하기 위해 물리적 공식들을 활용한다. 하지만 모델에서 사용되는 HRU의 경사도, 경사장 추출 공식, 토양유실 산정 공식들은 미국 지역에서 개발된 경험식으로 자동 산정되기 때문에 국내의 지형적 특성을 제대로 반영하는데 한계가 있다. 본 연구에서는 SWAT 모델을 국내에 적용하는데 발생하는 문제점을 파악하고, 이를 보완하기 위하여 보정방법을 제안하였다. 하지만 보정방법만으로 국내 특성을 반영하기에 한계점이 있어 SWAT 내부 Source Code를 수정하여 국내의 지형적 특성을 반영할 수 있도록 모델을 개선하였다. SWAT 모델의 국내 모델 적용 첫 번째 문제점은 HRU의 지형적 속성자료(경사장, 경사도) 산정 공식으로 SWAT 모델은 HRU의 경사도 자료를 기반으로 경사장 자료를 추출한다. 하지만 국내에서 실측한 지형 자료와 SWAT에서 추출한 지형 자료는 큰 차이를 보였으며 이는 미국 지형의 특성에서 개발된 경험식과 경사도가 급한 국내 지형특성이 상이하기 때문이라 판단된다. 두 번째 문제점은 토양유실량 산정공식으로 SWAT 모델은 MUSLE 공식을 사용하여 모든 HRU에서 발생하는 토양유실량을 산정한다. MUSLE 공식을 국내에 그대로 적용하여 모델을 구동하였을 경우, 토지이용에 따라 토양유실 발생량을 과대 또는 과소 산정한다. 따라서 본 연구에서는 토지이용 별로 토양유실 산정공식을 달리 사용하도록 모델 Source Code를 수정하였다. 마지막으로, SWAT 모델에서는 하천 단면 생성 시 큰 유역에서 적합한 공식을 사용하고 있다. 이에 본 연구에서는 국내 실측 하천단면 데이터를 활용하여 하천단면 산정 공식을 추출하였으며 이를 모델 Source Code에 적용하였다. 본 연구에서 제안한 방법을 기반으로 모델을 구동하였을 때, 기존의 모델에서 사용한 방법보다 실측 유량 및 수질을 잘 모의하는 것으로 나타났다. 본 연구에서 제안한 보정 방법 및 모델 엔진을 활용한다면 국내 수자원을 예측 및 관리하는데 크게 기여를 할 것으로 기대된다.

SWAT 모델의 국내 특성 반영을 위한 모델 및 보정방법 제안

이동준 ( Lee Dongjun ),이서로 ( Lee Seoro ),홍지영 ( Hong Jiyeong ),박윤식 ( Park Youn Shik ),김종건 ( Kim Jonggun ),임경재 ( Lim Kyoung Jae ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-

국내뿐만 아니라 해외에서도 수문모델을 활용하여 수자원을 관리하고 있다. 수문모델 중 Soil and Water Assessment Tool (SWAT) 모델은 미국 농무성 연구소에서 개발된 유역 단위 준 분포형 모델로서, 장기간의 하천의 유량, 수질, 수문순환을 파악할 수 있다. SWAT 모델을 구동하기 위해서는 수치표고모델, 토지이용도, 토양도, 기상자료가 필요하며, 입력자료를 기반으로 생성된 수문반응단위(Hyrdologic Response Units, HRU)를 이용하여 수문 현상을 모의한다. 또한, 지표유출, 기저유출, 지하수 물 흐름, 토양 수분 내 물 흐름과 같은 수문 현상을 모의하기 위해 물리적 공식들을 활용한다. 하지만 모델에서 사용되는 HRU의 경사도, 경사장 추출 공식, 토양유실 산정 공식들은 미국 지역에서 개발된 경험식으로 자동 산정되기 때문에 국내의 지형적 특성을 제대로 반영하는데 한계가 있다. 본 연구에서는 SWAT 모델을 국내에 적용하는데 발생하는 문제점을 파악하고, 이를 보완하기 위하여 보정방법을 제안하였다. 하지만 보정방법만으로 국내 특성을 반영하기에 한계점이 있어 SWAT 내부 Source Code를 수정하여 국내의 지형적 특성을 반영할 수 있도록 모델을 개선하였다. SWAT 모델의 국내 모델 적용 첫 번째 문제점은 HRU의 지형적 속성자료(경사장, 경사도) 산정 공식으로 SWAT 모델은 HRU의 경사도 자료를 기반으로 경사장 자료를 추출한다. 하지만 국내에서 실측한 지형 자료와 SWAT에서 추출한 지형 자료는 큰 차이를 보였으며 이는 미국 지형의 특성에서 개발된 경험식과 경사도가 급한 국내 지형특성이 상이하기 때문이라 판단된다. 두 번째 문제점은 토양유실량 산정공식으로 SWAT 모델은 MUSLE 공식을 사용하여 모든 HRU에서 발생하는 토양유실량을 산정한다. MUSLE 공식을 국내에 그대로 적용하여 모델을 구동하였을 경우, 토지이용에 따라 토양유실 발생량을 과대 또는 과소 산정한다. 따라서 본 연구에서는 토지이용 별로 토양유실 산정공식을 달리 사용하도록 모델 Source Code를 수정하였다. 마지막으로, SWAT 모델에서는 하천 단면 생성 시 큰 유역에서 적합한 공식을 사용하고 있다. 이에 본 연구에서는 국내 실측 하천단면 데이터를 활용하여 하천단면 산정 공식을 추출하였으며 이를 모델 Source Code에 적용하였다. 본 연구에서 제안한 방법을 기반으로 모델을 구동하였을 때, 기존의 모델에서 사용한 방법보다 실측 유량 및 수질을 잘 모의하는 것으로 나타났다. 본 연구에서 제안한 보정 방법 및 모델 엔진을 활용한다면 국내 수자원을 예측 및 관리하는데 크게 기여를 할 것으로 기대된다.