기후변화를 고려한 GIS 자료 기반의 금강유역 수문기상시계열 특성 분석

박진혁,이근상,양정석,김세원,Park, Jin-Hyeog,Lee, Geun-Sang,Yang, Jeong-Seok,Kim, Sea-Won 한국공간정보학회 2012 한국공간정보학회지 Vol.20 No.3

본 연구는 금강유역을 대상으로 과거 약 30년간의 기상 수문시계열자료들을 수집해 다양한 통계분석을 수행하여 기후변화의 영향을 정량적으로 파악하고자 하였다. 기상자료로 금강유역 기상관측소 8개소의 37개년(1973~2009)의 기온, 강수량, 상대습도 자료를 수집하였고, 하천수위자료는 수위자료와 수위-유량관계곡선의 신뢰성 문제, 이후 수행될 장기유출분석을 고려하여 공주, 규암 수위관측소의 36개년(1973~2008)의 자료를 이용하였다. 수집된 자료의 평균, 표준편차, 왜곡도, 변동계수를 산출하여 연 계절별로 수문기상인자의 경년변화를 파악한 결과 기상인자 중 강수량의 변동성이 가장 크게 나타나 경년별 변화가 큰 것으로 분석되었다. 수문학적 지속성 분석을 위해 Run 검정, Turning Point 검정, Anderson Exact검정을 이용하여 시계열자료에 주기성이 있는지 분석한 결과 기온과 강수는 무작위성, 상대습도, 하천수위는 지속성을 가지는 인자로 분석되었고 지하수위는 관측소별, 기간별로 무작위성과 지 속성이 혼재되어 있는 것으로 나타났다. 또한, 경향성 분석을 위해 단순 선형 회귀분석과 Mann-Kendall 검정법을 이용한 결과 기온은 연 계절 모두 증가경향이 나타났고, 강수량은 여름에만 증가경향이 나타났으며, 상대습도는 뚜렷한 감소경향을 보였다. 본 연구의 결과는 기후변화로 인해 발생될 수 있는 수자원의 영향을 평가하고 미래 물 관리 적응기술 개발 및 계획 수립을 위한 자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다. The objective of this study is the quantitative analysis of climate change effects by performing several statistical analyses with hydrometeorological data sets for past 30 years in Geum river watershed. Temperature, precipitation, relative humidity data sets were collected from eight observation stations for 37 years(1973~2009) in Geum river watershed. River level data was collected from Gongju and Gyuam gauge stations for 36 years(1973~2008) considering rating curve credibility problems and future long-term runoff modeling. Annual and seasonal year-to-year variation of hydrometeorological components were analyzed by calculating the average, standard deviation, skewness, and coefficient of variation. The results show precipitation has the strongest variability. Run test, Turning point test, and Anderson Exact test were performed to check if there is randomness in the data sets. Temperature and precipitation data have randomness and relative humidity and river level data have regularity. Groundwater level data has both aspects(randomness and regularity). Linear regression and Mann-Kendal test were performed for trend test. Temperature is increasing yearly and seasonally and precipitation is increasing in summer. Relative humidity is obviously decreasing. The results of this study can be used for the evaluation of the effects of climate change on water resources and the establishment of future water resources management technique development plan.

트리에탄올아민용액에서 스테인리스강의 전기 화학적 특성

박진혁,이종호,박근호,Park, Jin-Hyeog,Lee, Jong-Ho,Park, Keun-Ho 한국응용과학기술학회 2015 한국응용과학기술학회지 Vol.32 No.2

본 연구에서는 스테인리스강을 사용하여 전형적인 3-전극 시스템의 순환전류전압법으로 트리 에탄올아민(TEA) 용액 중에서 전류-전압 곡선을 측정하였다. 스테인리스강은 작업 전극으로, Ag/AgCl 전극은 기준 전극으로, 그리고 백금 선은 상대 전극으로 각각 사용하였고, 그 결과, 트리에탄올아민 용액에서의 스테인리스강의 C-V 특성은 순환전류전압법으로부터 산화전류에 기인한 비가역 공정으로 나타났다. 부식억제제의 확산계수의 효과는 농도 증가에 따라 감소하였다. 그리고 부식억제 효과는 농도 0.5 N의 $NaClO_4$, $2.5{\times}10^{-3}M$ TEA용액에서 가장 컸으며, 1.5 N $NaClO_4$, $1.0{\times}10^{-3}M$ TEA용액에서 가장 낮았다. In this study, the current-voltage curves for stainless steel in the triethanolamine(TEA) solution was measured using the conventional three electrodes of cyclic voltammetry. Stainless steel as working electrode, Ag/AgCl electrode as reference electrode and Pt wire as counter electrode were used respectively. As a result, the C-V characteristics of stainless steel were to be for an irreversible process due to the oxidation current from cyclic voltammogram, using triethanolamine solutions. Effective diffusivity of corrosion inhibitors was decreased with increasing concentration. And the concentration of 0.5 N $NaClO_4$, $2.5{\times}10^{-3}M$ TEA solution when the corrosion inhibition effect is most great, and 1.5 N $NaClO_4$, $1.0{\times}10^{-3}M$ TEA solution, the lowest corrosion inhibition effect.

장기 융·적설을 고려한 파키스탄 Kunhar강 유역 K-DRUM모형 구축 및 적용

박진혁,허영택,노준우,김세원,Park, Jin Hyeog,Hur, Young Teck,Noh, Joon Woo,Kim, Seo-Won 대한토목학회 2013 대한토목학회논문집 Vol.33 No.6

본 연구에서는 GIS 공간 수문자료를 입력 자료로 활용하는 물리적기반의 분포형 강우유출모형(K-DRUM, K-water Distributed RUnoff Model)을 고도분포에 따른 기온변화와 융 적설 모의가 가능하도록 확장 개발하여 파키스탄 Kunhar강 유역($2,500km^2$)을 대상으로 융 적설을 고려한 장기 유출량 모의결과를 비교 분석하였다. 기온 및 강우 시계열 자료 분석 결과 동일한 유역 내 표고에 따른 기온 및 강우차가 국내유역과는 달리 매우 심하게 나타나 기온 및 고도감율을 적용하여 모형의 입력값으로 산정하였다. 해발고도 4,000m차이의 융 적설 특성을 반영한 유출량 재현성은 비교적 양호하였으며, 연중 유출패턴은 여름철 기온상승에 의해 융설로 인한 유출이 강하게 나타나고 있었다. In this study, physics based K-DRUM(K-water Distributed RUnoff Model) using GIS spatial hydrologic data as input data was developed to account for the temperature variation according to the altitude change considering snow melt and cover. The model was applied for Pakistan Kunhar River Basin($2,500km^2$) to calculate long-term discharge considering snow melt and cover. Time series analysis of the temperature and rainfall data reveals that temperature and rainfall of the river basin differs significantly according to altitude change compared to domestic basin. Thus, applying temperature and altitude lapse rate during generate input data generation. As a result, calculated discharge shows good agreement with observed ones considering snow melt and accumulation characteristic which has the difference of 4,000 meter elevation above sea level. In addition, the simulated discharge strongly showed snow melting effect associated with temperature rise during the summer season.

초기토양조건에 대한 분포형모형 유출민감도 분석

박진혁(Park Jin Hyeog),허영택(Hur Young Teck) 대한토목학회 2008 대한토목학회논문집 B Vol.28 No.4B

본 연구에서는 자체 개발한 물리적기반의 격자다층 분포형 홍수유출모형을 이용하여 남강댐유역을 대상으로 유출해석을 하고, 최적 매개변수 산정을 위하여 각 매개변수별 민감도 분석을 실시하였다. 그 중 유출량에 가장 큰 영향을 끼치는 유역의 초기 토양함수 상태 및 포화 투수계수를 중심으로 유출량에 미치는 영향의 정도를 파악하고자 하였다. 강우유출해석의 결과로부터 모형의 적합성을 평가하기 위하여 체적오차의 백분율(VER)과 첨두유량 오차의 백분율(QER)을 이용하여 모형을 평가하였으며, VER과 QER이 각각 16.7%, 6.7%로 나타나 매개변수 보정 전에 비해 약 6% 향상된 결과를 보였다. 매개변수 민감도 분석 결과, 개발된 분포형 모형에서 유출에 가장 큰 영향을 미치는 부분이 토양 조건 중에서 투수계수와 층 분할비율이라는 것을 알 수 있었고, 분포형모형의 특성상 매개변수의 초기보정 없이도 유량의 크기와 첨두시간 모두 관측값과 비교적 잘 맞는 것을 확인할 수 있었다. In this research, a physics based grid-multi layer distributed flood runoff model was developed to analyze discharge for the Namgang Dam Watershed (2,293 ㎢) and applied for sensitivity analysis for estimation of parameters, mainly initial soil moisture condition and saturate infiltration coefficient, which have a strong influence on discharge. Capability of the model was evaluated using VER and QER from the results of rainfall-runoff analysis and showed enhanced results of 6% compared to parameters before calibration. As the result with the sensitivity analysis of parameters, the part of the most influence on the runoff was the infiltration coefficient and ratio of layer partition. The total discharge and peak time showed comparatively precise runoff results without the initial calibration of the parameters.

CIMIP5 GCM별 상세 수문 · 기상 인자의 국내유역 적용성 분석

박진혁(Park, Jin Hyeog),장수형(Jang, Su Hyung),강현웅(Kang, Hyun Woong),류경식(Ryoo, Kyong Sik),황만하(Hwang, Man Ha) 대한토목학회 2016 대한토목학회 학술대회 Vol.2016 No.10

K-DRUM 개선을 위한 초기토양함수 자동보정기법 개발

박진혁(Park Jin Hyeog),허영택(Hur Young Teck) 대한공간정보학회 2009 대한공간정보학회지 Vol.17 No.2

본 연구에서는 격자강우량과 격자기반의 GIS수문 매개변수와 연계하여 홍수기 유출량의 시공간적 분포를 파악할 수 있도록 물리적인 운동파 이론에 근거한 분포형 강우-유출모형인 K-DRUM을 자체 개발하였다. 이 모형은 홍수 기동안의 지표흐름과 지표하 흐름의 시간적 변화와 공간적 분포를 모의할 수 있으며, 전처리과정으로서 ArcView를 이용하여 모형에 필요한 ASCII형태의 입력 매개변수 자료들을 가공하였다. 또한 후처리과정으로서 모형의 수행결과인 유역내의 유출량 분포 등을 GIS상에서 나타낼 수 있도록 ASCII형태로 출력하도록 구성하였으며 TecPlot을 이용하여 유출량을 에니메이션으로 표현하였다. 또한, 유출량에 가장 큰 영향을 미치는 초기토양함수 상태에 대한 자동보정기법을 추가 개발하였으며, 남강댐유역을 대상으로 기저유출해석을 수행하여 개발된 자동보정기법의 활용가능성을 검토하였다. K-DRUM모형의 초기토양함수조건을 설정하는데 있어서 자동보정기법을 적용함으로써 기존의 시행착오법으로 인해 소요되는 시간과 부정확한 설정으로 발생될 수 있는 문제점을 해결할 수 있었다. In this study, a distributed rainfall-runoff model, K-DRUM, based on physical kinematic wave was developed to simulate temporal and spatial distribution of flood discharge considering grid rainfall and grid based GIS hydrological parameters. The developed model can simulate temporal and spatial distribution of surface flow and sub-surface flow during flood period, and input parameters of ASCII format as pre-process can be extracted using ArcView. Output results of ASCII format as post-process can be created to express distribution of discharge in the watershed using GIS and express discharge as animation using TecPlot. an auto calibration method for initial soil moisture conditions that have an effect on discharge in the physics based K-DRUM was additionally developed. The baseflow for Namgang Dam Watershed was analysed to review the applicability of the developed auto calibration method. The accuracy of discharge analysis for application of the method was evaluated using RMSE and NRMSE. Problems in running time and inaccuracy setting using the existing trial and error method were solved by applying an auto calibration method in setting initial soil moisture conditions of K-DRUM.

유역특성을 반영한 공간격자기반의 분포형모형 개선

박진혁(Park Jin Hyeog),허영택(Hur Young Tack) 대한토목학회 2008 대한토목학회논문집 D Vol.28 No.3D

최근, GIS기술의 급속한 발전에 따라 다양한 공간 수문 자료들이 속성정보와 결합되어 다루는 것이 가능해졌고, 집중형 유출모형보다 유역 유출량의 시ㆍ공간적인 변동을 고려할 수 있는 분포형유출 모형의 구축이 활발하게 연구되고 있다. 본 연구에서는 장기 유출량의 시공간적 분포를 파악할 수 있도록 지표 및 하도흐름해석에 물리적인 운동파(kinematic wave)이론에 근거한 분포형 강우-유출모형을 이용하였다. Hydro-BEAM모형을 근간으로 융설ㆍ적설과정 모듈을 추가로 개발하였고, 각종 수문매개변수를 DEM, 토지피복도, 토양도 동의 기본 GIS자료들로 부터 추출, 본 모형의 입력 자료로 사용하였다. 본 모형의 적용성 검중을 위해서 비교적 신뢰할만한 기상자료와 장기간의 수문자료를 보유하고 있는 일본의 쇼나이강 유역(532)을 대상으로 구축하였고, 수문곡선 비교 결과 비교적 재현성 높은 유출 결과를 모의할 수 있었다. Recently, the rapid development of GIS technology has made it possible to handle a various data associated with spatially hydrological parameters with their attribute information. Therefore, there has been a shift in focus from lumped runoff models to distributed runoff models, as the latter can consider temporal and spatial variations of discharge. In this research, a distributed rainfall-runoff model based on physical kinematic wave for analysis of surface and river flow was used to simulate temporal and spatial distribution of long-term discharge. The snowfall and melting process model based on Hydro-BEAM was developed, and various hydrological parameters for input data of the model was extracted from basic GIS data such as DEM, land cover and soil map. The developed model was applied for the Shonai River basin(532) in Japan, which has sufficient meteorological and hydrological data, and displayed precise runoff results to be compared to the hydrograph.

레이더강우를 이용한 GIS기반의 분포형모형 적용성 분석

박진혁(Park Jin Hyeog),강부식(Kang Boo Sik),이근상(Lee Geun Sang) 대한공간정보학회 2008 대한공간정보학회지 Vol.16 No.1

최근 기상이변에 따른 국지성 돌발 홍수의 빈번한 발생으로 인해 레이더 등을 이용한 초단기 강수예보의 필요성이 대두되고 있다. 본 연구는 시공간 분포를 적절하게 표현할 수 있는 레이더 강우시계열자료와 GIS기반의 분포형모형을 연계하여 국내 댐유역에 적용해 봄으로써, 분포형모형의 홍수유출시 현업에서의 적용가능성을 검증하였다. 본 연구에서 사용한 물리적기반의 분포형모형으로는 Vflo™모형을 이용하였으며, 금강권역의 용담댐유역(930㎢)을 시험유역으로 적용하였다. 입력강우로는 2005년 8월 국지성호우사상, 2007년 태풍 「에위니아」와 「빌리스」를 대상으로하여, 진도레이더로 부터 레이더강우 전처리프로그램인 K-RainVieux를 이용하여 모형의 격자해상도에 맞는 분포형 강우를 생성하여 지역편차보정한 결과 누적강수총량은 20%내외, 편이(bias)값은 0.886~0.908로서 양호한 결과를 보여주었다. GIS수문매개변수를 DEM, 토지피복도 토양도 등의 기본 GIS자료들로 부터 추출, 물리적기반의 분포형모형(Vflo™)의 매개변수로 사용하였으며, 3가지 강우사상에 대한 다첨두수문곡선 모의결과 총유출량 및 첨두유량 오차가 20%미만으로 나타나 실무에서의 사용시 홍수량 예측에 충분한 적용성이 있음을 확인할 수 있었다. 본 연구의 성과는 향후 돌발홍수에 대응한 실시간 단기 강우유출예측시스템을 구축하기위한 기반이 될 것으로 기대된다. According to recent frequent local flash flood due to climate change, the very short-term rainfall forecast using remotely sensed rainfall like radar is necessary to establish. This research is to evaluate the feasibility of GIS-based distributed model coupled with radar rainfall, which can express temporal and spatial distribution, for multipurpose dam operation during flood season. Vflo™ model was used as physically based distributed hydrologic model. The study area was Yongdam dam basin (930 ㎢) and the 3 storm events of local convective rainfall in August 2005, and the typhoon 「Ewiniar」 and 「Bilis」 collected from Jindo radar was adopted for runoff simulation. Distributed rainfall consistent with hydrologic model grid resolution was generated by using K-RainVieux, pre-processor program for radar rainfall. The local bias correction for original radar rainfall shows reasonable results of which the percent error from the gauge observation is less than 2% and the bias value is 0.886 0.908. The parameters for the Vflo™ were estimated from basic GIS data such as DEM, land cover and soil map. As a result of the 3 events of multiple peak hydrographs, the bias of total accumulated runoff and peak flow is less than 20%, which can provide a reasonable base for building operational real-time short-term rainfall-runoff forecast system.

Kunhar강 유역 융 · 적설반영 장기 분포형모형 구축

박진혁(Jin-Hyeog Park),허영택,노준우,김세원 대한공간정보학회 2013 한국지형공간정보학회 학술대회 Vol.2013 No.5

토지피복 변화에 따른 금강유역 미래 유출량 전망

박진혁(Jin-Hyeog Park),이상진(Sang-Jin Lee) 대한공간정보학회 2013 한국지형공간정보학회 학술대회 Vol.2013 No.5