유역특성인자를 활용한 Sacramento 장기유출모형의 매개변수 지역화 기법 연구

김태정,정가인,김기영,권현한,Kim, Tae-Jeong,Jeong, Ga-In,Kim, Ki-Young,Kwon, Hyun-Han 한국수자원학회 2015 한국수자원학회논문집 Vol.48 No.10

미계측유역의 유출량 모의는 수문학 분야에서 필수적인 사항이다. 강우-유출 모형을 이용하여 신뢰성 있는 유출량을 모의하기 위한 핵심사항은 강우-유출 모형의 매개변수를 추정하는 것이다. 하지만 현재 우리나라는 불충분한 수문자료로 인해 매개변수 추정에 어려움이 존재한다. 본 연구의 목표는 불확실성 반영을 위한 Bayesian 통계기법 기반의 강우-유출 모형의 매개변수를 지역화 하는 것이다. 그 방법은 다음과 같다. 첫째, 본 연구는 세계적으로 널리 사용되고 있는 Sacramento 강우-유출 모형에 Bayesian Markov Chain Monte Carlo 기법을 연계한 Bayesian Sacramento 강우-유출 모형을 사용하여 계측유역을 대상으로 13개 매개변수를 최적화하고 각 매개변수의 사후분포를 도출하였다. 둘째, 매개변수와 유역특성인자 사이에 회귀특성을 얻기 위해 다중선형회귀분석을 적용하여 유역특성을 고려한 지역화 매개변수를 결정하였다. 다중회귀분석을 통하여 산정된 지역화 매개변수를 계측유역에 전이하여 유출량을 모의 후 통계적 효율기준인 N-S계수, 일치계수 및 상관계수를 사용하여 지역화 매개변수 검증을 수행하였다. The simulation of natural streamflow at ungauged basins is one of the fundamental challenges in hydrology community. The key to runoff simulation in ungauged basins is generally involved with a reliable parameter estimation in a rainfall-runoff model. However, the parameter estimation of the rainfall-runoff model is a complex issue due to an insufficient hydrologic data. This study aims to regionalize the parameters of a continuous rainfall-runoff model in conjunction with a Bayesian statistical technique to consider uncertainty more precisely associated with the parameters. First, this study employed Bayesian Markov Chain Monte Carlo scheme for the estimation of the Sacramento rainfall-runoff model. The Sacramento model is calibrated against observed daily runoff data, and finally, the posterior density function of the parameters is derived. Second, we applied a multiple linear regression model to the set of the parameters with watershed characteristics, to obtain a functional relationship between pairs of variables. The proposed model was also validated with gauged watersheds in accordance with the efficiency criteria such as the Nash-Sutcliffe efficiency, index of agreement and the coefficient of correlation.

실측유량 자료를 활용한 홍수량 빈도해석 기법 평가

김태정,김장경,송재현,김진국,권현한,Kim, Tae-Jeong,Kim, Jang-Gyeong,Song, Jae-Hyun,Kim, Jin-Guk,Kwon, Hyun-Han 한국수자원학회 2022 한국수자원학회논문집 Vol.55 No.5

For water resource management, the design flood is calculated using the flood frequency analysis technique and the rainfall runoff model. The method by design flood frequency analysis calculates the stochastic design flood by directly analyzing the actual discharge data and is theoretically evaluated as the most accurate method. Actual discharge data frequency analysis of the measured flow was limited due to data limitations in the existing flood flow analysis. In this study, design flood frequency analysis was performed using the measured flow data stably secured through the water level-discharge relationship curve formula. For the frequency analysis of design flood, the parameters were calculated by applying the bayesian inference, and the uncertainty of flood volume by frequency was quantified. It was confirmed that the result of calculating the design flood was close to that calculated by the rainfall-runoff model by applying long-term rainfall data. It is judged that hydrological analysis can be done from various perspectives by using long-term actual flow data through hydrological survey.

수공학 분야의 레이더 강수자료 활용전망 및 시사점

김태정,김장경,권현한,Kim, Tae-Jeong,Kim, Jang-Gyeong,Gwon, Hyeon-Han 한국수자원학회 2018 물과 미래(한국수자원학회지) Vol.51 No.3

다중 기상모델 앙상블을 활용한 다지점 강우시나리오 상세화 기법 개발

김태정,김기영,권현한,Kim, Tae-Jeong,Kim, Ki-Young,Kwon, Hyun-Han 대한토목학회 2015 대한토목학회논문집 Vol.35 No.2

기후모형으로 가장 널리 사용되는 GCM의 불확실성 및 시공간적 편의로 인하여 GCM으로부터 생산된 기상정보를 응용수문분야에서 직접적으로 이용하기 위해서는 상세화 과정이 필수적으로 요구된다. 본 연구에서는 선행연구에서 개발된 비정상성 은닉 마코프 모형(Non-stationary Hidden Markov Chain Model, NHMM)을 기반으로 다지점 공간상관성을 고려할 수 있는 Chow-Liu Tree 알고리즘과 결합하여 유역단위 강우시나리오 상세화 기법(CLT-NHMM)으로 확장하였으며, 낙동강 유역에 적용하여 적용성을 평가하였다. 상관행렬(correlation matrix)을 통한 강우네트워크의 공간상관성 평가결과 유역상관성이 우수하게 모의하는 것을 확인하였으며, 강수의 빈도 및 양적 관점에서 효과적인 모의가 가능하였다. 본 연구에서 제시한 CLT-NHMM 모형은 수자원뿐만 아니라 수문자료를 입력 자료로 하는 농업, 보건, 환경 및 에너지 등 다양한 응용기상분야에 핵심 기술로 활용이 전망된다. General Circulation Models (GCMs) are the basic tool used for modelling climate. However, the spatio-temporal discrepancy between GCM and observed value, therefore, the models deliver output that are generally required calibration for applied studies. Which is generally done by Multi-Model Ensemble (MME) approach. Stochastic downscaling methods have been used extensively to generate long-term weather sequences from finite observed records. A primary objective of this study is to develop a forecasting scheme which is able to make use of a MME of different GCMs. This study employed a Nonstationary Hidden Markov Chain Model (NHMM) as a main tool for downscaling seasonal ensemble forecasts over 3 month period, providing daily forecasts. Our results showed that the proposed downscaling scheme can provide the skillful forecasts as inputs for hydrologic modeling, which in turn may improve water resources management. An application to the Nakdong watershed in South Korea illustrates how the proposed approach can lead to potentially reliable information for water resources management.

강우모의기법과 강우-유출 모형을 연계한 댐 유입량 자료 생성기법 개발

김태정,소병진,유민석,권현한,Kim, Tae-Jeong,So, Byung-Jin,Ryou, Min-Suk,Kwon, Hyun-Han 한국수자원학회 2016 한국수자원학회논문집 Vol.49 No.4

일반적으로 하천의 유량은 댐과 같은 수공구조물에 의해 조정된 유량으로 수자원계획을 위해서 필요한 자연유량과는 차이가 크다. 수자원계획을 수립함에 있어 자연 유입량 정보는 댐 운영과 수문분석을 위한 필수적인 정보이다. 본 연구에서는 댐 유역 일유입량 모의기법을 위한 통합 모형을 개발하였다. 첫째, 장기 강우-유출 모형의 입력강우자료로 사용하기 위하여 평균 및 중앙값과 같은 통계적 모멘트를 효과적으로 재현하고 극치 강우량 재현에 유리한 불연속 Kernel-Pareto 확률분포 기반의 강우모의기법을 통하여 강우모의를 수행하였다. 둘째, SAC-SMA 장기 강우-유출 모형의 매개변수를 Bayesian MCMC 기법을 통하여 최적화하여 산정된 매개변수의 사후분포를 활용하여 댐 유입량 시나리오 도출하였다. 댐 유역을 대상으로 개발된 모형을 평가한 결과 자연유량과 통계적으로 유사한 특성을 가지는 시나리오를 생성할 수 있었으며, 물수지 분석 등과 같은 수자원계획을 위한 시나리오로 활용이 가능할 것으로 판단된다. Generally, a natural river discharge is highly regulated by the hydraulic structures, and the regulated flow is substantially different from natural inflow characteristics for the use of water resources planning. The natural inflow data are necessarily required for hydrologic analysis and water resources planning. This study aimed to develop an integrated model for more reliable simulation of daily dam inflow. First, a piecewise Kernel-Pareto distribution was used for rainfall simulation model, which can more effectively reproduce the low order moments (e.g. mean and median) as well as the extremes. Second, a Bayesian Markov Chain Monte Carlo scheme was applied for the SAC-SMA rainfall-runoff model that is able to quantitatively assess uncertainties associated with model parameters. It was confirmed that the proposed modeling scheme is capable of reproducing the underlying statistical properties of discharge, and can be further used to provide a set of plausible scenarios for water budget analysis in water resources planning.

Burkholderia sp. D5에 의한 phenanthrene과 pyrene 분해

김태정,조경숙,류희욱,Kim, Tae-Jeong,Jo, Gyeong-Suk,Ryu, Hui-Uk 한국미생물학회 2003 미생물학회지 Vol.39 No.4

Burkholderia sp. D5, a polyaromatic hydrocarbons(PAHs)-degrading bacterium, was isolated from oil-contaminated soil. The bacterium could utilize phenanthrene (Phe) as a sole carbon source but could not use pyrene (Pyr). However, the strain could degrade Pyr when a cosubstrate such as yeast extract (YE) was supplemented. The PAH degradation rate of the bacterium was enhanced by the addition of other organic materials such as YE, peptone and glucose. YE was a particularly effective additive in stimulating cell growth as well as PAH degradation. When 1 g-YE/L was supplemented into the basal salt medium (BSM) with 215 mg-Phe/L, the specific growth rate (0.28 h-1) and Phe-degrading rate (29.30 μmol/L/h) were enhanced approximately ten and two times more than those obtained in the BSM with 215 mg-Phe/L, respectively. Through kinetic analysis, the maximum specific growth rate (μmax) and PAH degrading rate (Vmax) for Phe were obtained as 0.34/h and 289 ${\mu}mol$/L/h, respectively. Also, μmax and Vmax for Pyr were 0.27 h-1 and 50 ${\mu}mol$/L/h, respectively. The degradation rates for each Phe (2.20 μmol/L/h) and Pyr (2.18 μmol/L/h) were lower in mixture substrates than in a single substrate (29.30 ${\mu}mol$/L/h and 9.58 ${\mu}mol$/L/h, respectively). Burkholderia sp. D5 can degrade Phe and Pyr contained in soil, and the PAH degradation rates in soil were 20.03 ${\mu}mol$/L/h for Phe and 1.09 ${\mu}mol$/L/h for Pyr. Polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs)를 분해하는 Burkholderia sp. D5를 유류 오염 토양으로 분리하였고, PAHs의 분해특성을 조사하였다. 분리균주는 유일 탄소원으로 phenanthrene(Phe)을 이용하여 생장이 가능하였고, pyrene (Pyr)을 유일 탄소원으로 이용하여 생장하지는 못하였으나 yeast extract(YE)를 공기질로 첨가해 준 조건에서는 Pyr를 분해할 수 있었다. 분리 균주의 PAH 분해속도는 YE, peptone 및 glucose의 첨가에 의해 향상되었으며, 특히 YE 첨가 효과가 가장 우수하였다. 무기염배지(BSM)에 215 mg-Phe/L와 1 g-YE/L를 첨가한 조건에서 Burkholderia sp. D5의 비생장속도(0.28/h)와 Phe 분해속도(29.30 ${\mu}mol$/L/h)는 YE를 첨가하지 않은 조건에서 얻은 비생장속도(0.02/h)와 Phe 분해속도(12.00 ${\mu}mol$/L/h)의 각각 10배 및 2배였다. Phe를 기질로 공급한 경우 최대 비생장속도(${\mu}$_max)와 최대 Phe분해속도(V_max)는 각각 0.34 h-1 및 89 ${\mu}mol$/L/h 이었고. Pyr을 기질로 공급한 경우 ${\mu}$_max와 V_max는 각각 0.27 h-1 및 50 ${\mu}mol$/L/h이었다. Phe 혹은 Pyr 단독 기질하에서 분해속도와 비교 하였을 때(29.30 ${\mu}mol$-Phe L/h, 9.58 ${\mu}mol$-Pyr L/h), 두 기질의 혼합조건에서 Phe와 Pyr 분해속도는 각각 2.20 및 2.18 ${\mu}mol$ L/ h로 저하되었다. Burkholderia sp. D5 균주는 토양에서 Phe와 Pyr을 분해할 수 있었는데, Phe와 Pyr 분해속도는 각각 20.03 및 1.09 ${\mu}mol$ L/h 이었다.

한국수자원조사기술원 전국유역조사 현장조사 현황 및 발전방안

김태정,이한용,김성훈,이성호,성장현,이연길,Kim, Tae-Jeong,Lee, Han-Yong,Kim, Seong-Hun,Lee, Seong-Ho,Seong, Jang-Hyeon,Lee, Yeon-Gil 한국수자원학회 2019 물과 미래(한국수자원학회지) Vol.52 No.10

과학기술의 두 얼굴 - 첨단과학과 야상식물 추적, " 산봉우리의 과학이기-생태조사 접근 막아"

김태정,Kim, Tae-Jeong 한국과학기술단체총연합회 2001 과학과 기술 Vol.34 No.8

KOMPSAT-2 영상 PAN밴드의 내부표정 정확도 분석 및 개선방안 연구

김태정,정재훈,김덕인,Kim, Tae-Jung,Jeong, Jae-Hoon,Kim, Deok-In 대한원격탐사학회 2010 大韓遠隔探査學會誌 Vol.26 No.4

이 논문에서는 KOMPSAT-2 스테레오 영상의 PAN밴드에 존재하는 미세한 크기의 Y시차가 발생하는 원인을 규명하고 이를 개선하기 위한 일련의 실험 및 분석과정을 보고한다. 분석결과, Y시차가 발생하는 원인이 KOMPSAT-2 영상을 생성할 때 PAN밴드를 MS밴드와 일치하도록 Warping처리하는 과정에서 발생한 Resampling 오차 때문인 것으로 판단할 수 있었다. 또한 엄밀한 PAN밴드의 Warping 방식을 적용하여 Resampling 오차를 제거함으로써 Y 시차문제가 상당부분 개선될 수 있음을 확인하였다. 또한 KOMPSAT-2 영상 PAN밴드에서 관측된 밝기값 밀림현상도 엄밀한 Warping처리를 통해서 개선될 수 있음을 확인하였다. 따라서, 보다 엄밀한 Warping기법이 KOMPSAT-2 영상처리과정에 적용될 수 있다면 KOMPSAT-2 영상의 기하정확도 및 복사정확도가 많이 개선될 수 있을 것으로 기대한다. This paper reports experiments and analysis work done to find out the cause of Y parallex for stereo pairs of KOMPSAT-2 images and means to improve the Y parallex problem. We could conclude that the Y parallex problem was caused by resampling errors of KOMPSAT-2 PANchromatic bands, induced by the process of warping PANchromatic band with reference to multispectral bands. We could also conclude that a rigorous warping process could improve resampling of KOMPSAT-2 PANchromatic band and remove the Y parallex problem significantly. We also confirmed that a rigorous warping process could also remove blocky brightness patterns present on KOMPSAT-2 PANchromatic band. Therefore, by implementing more rigorous warping process within KOMPSAT-2 scene generation procedures, KOMPSAT-2 geometric and radiometric quality will be improved.

수문기상학적 활용을 위한 레이더 강우자료 생산(I) : 편의보정 및 오차분포 산정

김태정,이동률,장상민,권현한,Kim, Tae-Jeong,Lee, Dong-Ryul,Jang, Sang-Min,Kwon, Hyun-Han 한국수자원학회 2017 한국수자원학회논문집 Vol.50 No.1

최근 기후변화로 인하여 발생하는 기상재해 및 위험기상 현상의 대비를 위하여 조밀한 시공간적 해상도를 갖는 레이더 강우가 활용되고 있지만 널리 사용되는 Marshall-Palmer의 Z-R 관계식으로 추정된 레이더 강우는 과소추정의 문제점이 있다. 본 연구는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 분위회귀 분석기법을 통한 레이더 강우자료 편의보정 기법과 Copula 함수를 연계한 강우자료 확충기법을 개발하였다. 본 연구에서 개발된 모형을 통하여 편의가 보정된 시계열 레이더 강우자료 효율을 통계적으로 분석한 결과 우수한 모형성능을 확인하였으며 Copula 기법을 이용하여 지상강우 및 레이더 강우자료를 확충한 결과 기존의 강우특성을 현실적으로 재현하는 것을 확인하였다. Copula 기법을 통한 강우자료 확충기법은 레이더 강우의 오차분포를 평가하는데 유용하게 활용될 것으로 판단된다. Information on radar rainfall with high spatio-temporal resolution over large areas has been used to mitigate climate-related disasters such as flash floods. On the other hand, a well-known problem associated with the radar rainfall using the Marshall-Palmer relationship is the underestimation. In this study, we develop a new bias correction scheme based on the quantile regression method. This study employed a bivariate copula function method for the joint simulation between radar and ground gauge rainfall data to better characterize the error distribution. The proposed quantile regression based bias corrected rainfall showed a good agreement with that of observed. Moreover, the results of our case studies suggest that the copula function approach was useful to functionalize the error distribution of radar rainfall in an effective way.