기존의 Markov Chain 모형으로 일강우량 모의시에 강우의 발생여부를 모의하고 강우일의 강우량은 Monte Carlo 시뮬레이션을 통해 일강우 분포 특성에 맞는 분포형에서 랜덤으로 강우량을 추정하는 것이 일반적이다. 이때 강우 지속기간에 따른 강도 및 강우의 시간별 분포 등의 강우 사상의 특성을 반영할 수 없다는 한계가 있다. 본 연구에서는 이를 개선하기 위해 강우 사상을 1일 지속강우, 2일 지속강우, 3일 지속강우, 4일이상 지속강우로 구분하여 강우의 지속기간에 따라 강우량을 추정하였다. 즉 강우 사상의 강우 지속일별로 총강우량의 분포형을 비매개변수 추정이 가능한 핵 밀도추정(Kernel Density Estimation, KDE)를 적용하여 각각 추정하였고, 강우가 지속될 경우에 지속일별로 해당하는 분포형에서 강우량을 구하였다. 각 강우사상에 대해 추정된 총 강우량은 k-최근접 이웃 알고리즘(k-Nearest Neighbor algorithm, KNN)을 통해 관측 강우자료에서 가장 유사한 강우량을 가지는 강우사상의 강우량 일분포 형태에 따라 각 일강우량으로 분배하였다. 본 연구는 기존의 강우량 추정 방법의 한계점을 개선하 고자 하였으며, 연구 결과는 미래 강우에 대한 예측에도 활용될 수 있으며 수자원 설계에 있어서 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구에서는 비슬산 이중편파 Radar 자료와, GPM 위성자료 및 21개 (Korea Meteorological Administration, KMA) 지상강우자료를 활용하여 분포형 강우-유출 모형(KIneMatic wave STOrm Runoff Model2, KIMSTORM2)을 이용해 남강댐 유역(2,293 km2)을 대상으로 유출해석을 수행 하였다. 모형의 유출 해석은 2016년 10월 5일 02:00∼09:00 총 8시간 동안 최대강우강도 33 mm/hr, 유역평균 총 강우량 82 mm이 발생한 태풍 차 바(CHABA)를 대상으로 하였으며, Radar 및 GPM 자료와 조건부합성(Conditional Merging, CM) 기법을 적용한 Radar (CM-corrected Radar) 및 GPM (CM-corrected GPM) 자료를 각각 활용하여 결과를 비교하였다. 이 때, 공간 강우자료에 유출 검보정은 남강댐 유역 내 3개의 수위관측 지점(산청, 창촌, 남강댐)을 대상으로 실시하였으며, 모형의 매개변수 초기토양수분함량, 지표와 하천의 Manning 조도계수를 이용하여 검보정하였다. 유출 결과는 결정계수(Determination coefficient, R2), Nash-Sutcliffe의 모형효율계수(NSE) 및 유출용적지수(Volume Conservation Index, VCI)를 산정하였다. 그 결과 CM-corrected Radar, GPM 자료가 평균 R2는 0.96, NSE의 경우 0.96, 유출용적지수(VCI)는 1.03으로 가장 우수한 결과를 나타내었다. 최종적으로 CM 기법을 이용한 보정된 공간분포자료는 기존의 자료에 비해 시공간적으로 정확한 홍수 예측에 사용 될 것으로 판단된다.

The purpose of this study is to estimate the thickness of concrete slabs using the impact echo method based on the stress waves, which is one of the nondestructive test method, to evaluate the safety and construction conditions of concrete slabs. If the correlation and reliability of the impact echo method and the slab thickness are secured, it can be considered that the quality control of the concrete slab is possible in existing structures and structures under construction.

유역의 신뢰성 있는 수자원계획을 수립하기 위해서는 장기간의 강수자료가 필수적으로 요구된다. 그러나 시간강수시계열의 경우 결측치가 상대 적으로 많으며, 연속적인 시계열을 확보하는데 어려움이 있다. 이러한 점에서 본 연구에서는 대표적인 시간강수모의기법인 Neyman-Scott Rectangular Pulse Model (NSRPM) 기반의 강수모의기법을 활용하여, 모의기반의 장기강수자료를 생산할 수 있는 기법을 개발하고자 한다. 이 와 더불어, 신뢰성 있는 면적강수량을 추정하기 위한 방안으로 유역 내 여러 지점의 강수량을 동시에 모의할 수 있는 다지점 시간강수모의기법을 개발하였다. 개발된 모형은 서울 우이천 유역 강수지점에 적용하여 모형의 적합성을 평가하였다. 모형 적용결과 다양한 지속시간에 대해서 강수량 의 효과적인 모의(평균, 분산, 1차 자기상관계수)가 가능하였으며, 지점간의 공간성도 효과적으로 복원 가능하였다.

After large-scale flooding damage occurred along the Imjin river in 1996, 1998, and 1999, the Hantan river flood control dam was planned, and it has since been under construction. Unlike existing dams in Korea, the Hantan river flood control dam will remain fully open except during high floods, when the dam will store flood water temporarily to reduce flood peaks and flood water volume downstream. During past flooding seasons, floating debris has caused difficulties in the management of large-scale dams. Most of the existing multipurpose dams in Korea have installed nets to collect floating debris based on many years of experience with and data about inflow and distribution of floating debris in the dams. For the Hantan river flood control dam, however, collection of data about inflow and distribution of floating debris is not possible as the dam is located near the border area between North and South Korea. In order to devise a preliminary plan to collect floating debris in the Hantan river flood control dam, an EFDC hydrodynamic model was used to analyze the behavior of floating debris during high floods. The Lagrangian particle tracking method was utilized to simulate the behavior of floating debris in the dam. Based on the analysis of paths and final destinations of the particles, seven collection points were selected where it seemed to be effective to collect floating debris, as debris is likely to accumulate there in high density.

일반적으로 하천의 유량은 댐과 같은 수공구조물에 의해 조정된 유량으로 수자원계획을 위해서 필요한 자연유량과는 차이가 크다. 수자원계획 을 수립함에 있어 자연 유입량 정보는 댐 운영과 수문분석을 위한 필수적인 정보이다. 본 연구에서는 댐 유역 일유입량 모의기법을 위한 통합 모형 을 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 유 역을 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.

Recently many research and investment have been made for waste biomass to bio solid fuel development in Korea. In this study, monte-carlo simulation is applied to estimate the bio solid fuel product quality made from various biomass as raw materials. Commercial biomass and waste biomass raw material samples were collected to investigate the basic properties and to predict mixed effect to solid bio-fuel product. The results show that predicted subject properties about applying a single quality items was reasonable, but for mixed biomass raw material, correlations and logical relevance of several items will be need to assume that require additional consideration for it. The stochastic techniques established through this study will be applicable to bio-solid fuel product development with a variety of waste biomass.

본 연구에서는 기상레이더 자료를 이용하여 도시하천 유역을 대상으로 초단기 강우예측 및 홍수예측을 실시하였다. 초단기 강우예측 결과 선행시간이 증가함에 따라 관측 자료와의 상관계수가 감소하며, 평균제곱근오차는 증가하여 정확도가 감소하였으나, 선행시간 60분까지 상관계수가 0.5이상 유지되는 결과를 얻을 수 있었다. 또한 강우예측 자료 적용에 의한 도시유출 분석결과, 선행시간 증가에 따른 첨두유량과 유출체적의 감소가 발생하였으나, 첨두시간은 비교적 일치하는 것으로 분석되었다. 레이더 예측 강우 적용을 통한 도시유출 분석결과, 관측 자료와의 오차가 발생하나 이는 여러 가지 외부적인 요인으로 판단되며, 추후 강수 에코의 급격한 생성과 소멸현상 모의, 국지성 강우 예측 성능 향상 등 지속적인 알고리즘 개선과 강우-유출 모형 매개변수 검․보정이 필요할 것으로 사료된다. 본 연구의 결과는 도시하천 유역뿐만 아니라 관측이 어려운 미계측 지역의 수문자료 확보 및 실시간 홍수 예․경보시스템 구축에 확장이 가능하며, 다양한 관측자료 기반 Multi-Sensor 초단기 강우예측 기반기술로의 활용이 가능하다.

해수면 상승은 국내외적으로 나타나는 현상으로서 1980년대 이후 지구온난화에 의해 남극의 빙산이 일 년에 약 1조톤 정도의 얼음 덩어리를 방출함에 따라 해수면 상승률은 20세기, 20세기 말, 1993년 이후 각각 연 1.7mm, 2.3mm, 3mm로 가속화되어지고 있으며 IPCC 기후변화 보고서에서는 이산화탄소 농도에 따라서 향후 100년간 1~2m(연 10mm~20mm)의 해수면 상승이 나타날 것으로 예측하였다. 예측한 결과에 따라 해수면이 1m 상승하면 저지대 지역은 지도상에서 사라지며, 지구 경작지의 1/3 이상이 피해를 입게 된다. 또한 해수면 상승으로 인해 전 지구적으로 대부분의 해안이 위협을 받을 것으로 예상된다. 특히 우리나라는 삼면이 바다로 되어있기 때문에 해수면 상승에 따라 연안이 받는 영향을 검토할 필요가 있다. 해수면 상승은 지구온난화뿐만 아니라 태풍, 바람 및 엘리뇨 등의 불확실성 위험요소에 의해서도 상승한다. 태풍에 의한 폭풍우 및 기류의 영향으로 해일고는 높아지며, 이는 2003년도 통영 및 울산의 조위가 태풍 매미가 지나갈 때 연극치조위가 발생한 결과로 나타났다. 본 연구에서는 태풍으로 인한 최대파고를 모의할 수 있는 통계 모형을 개발하고자 한다. 이를 위해서 우리나라 연안의 20개 지점에서 얻은 파고자료를 활용하였으며, 비정상성 빈도해석 모형을 기반으로 태풍 특성에 따른 최대파고의 확률분포 특성을 유도하고자 한다. 최종적으로 본 연구에서 얻어진 태풍특성에 따른 최대파고 모의기법을 활용하여 연안구조물의 안정성 및 해안 구조물 설계시 내포되는 위험성을 판단하는데 이용하고자 한다.

일반적으로 국지성 집중호우로 인한 산지하천의 돌발홍수 및 도심지의 침수 피해 등을 방지하기 위한 설계에는 포아송 클러스터 강우생성 모형(Poisson Cluster Rainfall Generation Model)과 같은 강수모의발생기법이 이용된다. 그러나 강수량의 1, 2차 모멘트 이상의 통계적 특성을 효과적으로 재현되지 못하고 극치강수량이 관측값에 비해 현저하게 과소 추정되는 등의 문제점이 있으며, 평균적인 강수량과 극치강수량의 통계적 분포특성을 동시에 구현하는 데 어려움이 있다. 이에 본 연구에서는 포아송 클러스터 강우생성 모형 중 공간상의 한 점에 대한 연속시간 강수모형으로 일 단위 이하 강수의 통계적 특성을 재현하는데 유용하다고 알려진 Modified Bartlet-Lewis Rectangular Pulse(MBLRP) 모형에 Bayesian MCMC(Markov Chain Monte Carlo)기법을 연계한 Bayesian MBLRP 모형을 제안하고자 한다. Bayesian MBLRP 모형은 각 매개변수간 결합확률분포를 계산하여 매개변수의 사후분포를 추정하며 이들 사후분포로부터 Monte Carlo 모의를 통해 다양한 시간 규모에서 극치값을 효과적으로 복원할 수 있었다. 사후분포로부터 추정된 강우시나리오는 강우-유출모의 시 유출되는 홍수량 및 홍수위에 대한 불확실성 범위를 정량적으로 제공하는 등 다양한 수문학적 문제에 적용이 가능할 것으로 판단된다.

본 연구에서는 유역의 공간상관성을 고려한 다지점 일단위 강수량을 동시에 모의할 수 있는 일강수량 모의기법을 개발하였다. 기존 Hidden Markov Chain Model(HMM)은 단일지점 강수모의에 적용되어 왔으나 관측지점간의 유역상관성을 충분히 고려하지 못하는 문제점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 Chow-Liu Tree(CLT) 모형을 적용하여 다변량(multivariate) 형태로써 유역내에 위치한 강우관측소간의 상호종속성을 고려하기 위하여 기존의 동질성 HMM 강우모의기법과 CLT 알고리즘을 결합한 동질성 CLT-HMM 모형을 개발하였다. 본 연구에서 개발된 동질성 CLT-HMM 모형을 사용하여 장기간의 수문자료를 보유하고 있는 기상청 산하의 한강유역 강수네트워크에 대해서 적합성을 검토하였다. 동질성 CLT-HMM 모형을 적용하여 모의 된 결과를 보면 일강수량의 계절적 특성뿐만 아니라 일강수량 모의 시 강수시계열의 통계적인 특성들까지 우수하게 모의하였다. 추가적으로 상관행렬(correlation matrix)을 이용하여 기상관측소간의 공간상관 재현성을 검토한 결과 관측지점들 사이의 공간상관성도 비교적 우수하게 재현하는 것을 확인할 수 있었다.

수문시계열 자료에 변동성, 도약성, 경향성, 주기성 등이 있으면 이러한 자료는 일반적으로 비정상성을 가지며, 특히 경향성 판단을 통한 다양한 방법들이 제시되어 왔다. 그러나 다양한 방법 간의 검정능력에 대한 평가는 많이 이루어지지 않았으며, 그로인해 동일 자료에 대한 다른 방법의 적용으로 반대의 결과가 나오는 경우도 발생하게 된다. 따라서 본 연구에서는 통계적 특성에 따른 경향성 분석의 변화를 파악하고, 경향성 분석방법 간의 검정능력을 파악해 보았다. 이를 위해 경향성 분석기법인 Mann-Kendall 검정, Hotelling-Pabst 검정, t 검정, Sen 검정을 적용하였으며 기울기, 표본크기, 표준편차에 따라 다양한 모의실험을 수행하였다. 그 결과 t 검정이 다른 검정에 비해 상대적으로 높은 검정력을 보였고, Mann-Kendall 검정, Hotelling-Pabst 검정, Sen 검정은 비슷한 결과를 보였다.

본 연구에서는 지역기후모델(RegCM4)로 모의한 남한지역에서의 월 평균기온 및 최고/최저기온 자료의 모의수준을 개선하기 위해 모델의 모의자료와 남한의 59개 관측지점자료를 이용하여 선형 회귀식을 개발하였다. RegCM4의 25년(1981~2005년) 모의자료 중 20년(1981~2000년)의 자료를 이용하여 선형 회귀식을 개발하고 그 결과를 남은 5년(2001~2005년)에 적용하여 모의수준 향상을 평가하였다. 선형 회귀식은 RegCM4가 모의한 지상 2m 기온자료를 예측인자로 이용하는 방법(LR_T2m)과 모델의 잠재예측인자 중 관측기온(평균, 최고/최저)과 가장 높은 상관성을 보이는 예측인자를 선택하는 방법(LR_Corr)으로 나누어 연구를 수행하였다. 전반적으로 선형 회귀 기법들은 지리적 위치, 계절 및 변수에 관계없이 기온의 정확도를 크게 향상시키는 것으로 나타났다. 그 결과 RegCM4의 각 계절별 평균기온 및 최고/최저기온 모의결과에서 나타나는 여름철 내륙에서의 한랭편이와 겨울철 해안가의 온난편이 현상을 크게 감소시켜 관측과 유사한 공간분포를 보였다. 선형 회귀 기법 2가지 모두 계절별 평균기온 및 최고/최저기온의 공간상관계수, 편이 그리고 평균제곱근오차를 계절에 관계없이 각각 0.90 이상, -0.68℃ 및 1.35℃ 이하로 향상시키는 성능을 보였다. 하지만 LR_T2m 기법과 LR_Corr 기법은 매우 유사한 성능을 보여 두 기법 간의 차이는 거의 없는 것으로 나타났다.

원해 지진해일을 수치모의하기 위해서 엇갈림 격자계를 이용하여 유한차분 기법인 leap-frog 방법으로 차분한 선형천수 방정식을 사용하였다. 지진해일파가 먼 거리를 이동하는 경우에는 분산효과가 중요한 역할을 하기 때문에 수치모의시 반드시 고려해야한다. Cho et al.(2007)은 차분과정에서 발생하는 수치분산을 이용하여 분산효과를 고려하는 실용적인 분산보정기법을 개발하였다. 개발된 분산보정기법은 일정 수심에서 해석해와 비교함으로서 검증되었다. 본 연구에서는 2011년 3월에 발생한 동일본 지진해일을 수치모의하여 DART buoy에서 관측한 값과 비교하였다. 분산보정기법을 적용하여 선형 천수방정식을 계산한 결과값이 상대적으로 분산을 고려하지 않은 선형 천수방정식을 계산한 결과값보다 전파 파형이 잘 표현되었고, DART buoy의 관측값과 비교했을 때는 첫 파의 도달시간 및 파고가 정확하게 계산되는 것을 알 수 있었다.

In Jeju island, runoff has frequently happened when the rainfall depth is over a threshold value. To simulated this characteristic rainfall-runoff model structure has to be modified. In this study, the TRSM (Threshold Runoff Simulation Method) was developed to overcome the limitations of SWAT in applying to the hydrologic characteristics of Jeju island. When the precipitation and soil water are less than threshold value, we revised the SWAT routine not to make surface/lateral or groundwater discharge. For Hancheon watershed, the threshold value was set as 80% of soil water through the analysis of rainfall-runoff relationship. Through the simulation of test watershed, it was proven that TRSM performed much better in simulating pulse type stream flow for the Hancheon watershed.

적응적 메쉬세분화기법과 분할격자기법을 적용한 2차원 천수방정식모형을 활용하여 구조물을 고려한 극한 홍수 실험을 모의하였다. 본 연구에 사용된모형은 두 격자생성 기법을함께 사용함으로서 복잡한 경계를보다 적은 격자로 효율적으로 표현하는 것이 가능하며, 동적 적응 메쉬세분화기법을 사용하여 흐름이 빠르게 변하는 영역에서 정확도를 유지하면서도 효율적으로 계산하는 것이 가능하다. HLLC 리만근사해법과 MUSCL 기법을 적용하여 시공간상에서 2차정도를 유지하며,

지진해일은 규모가 큰 해양재난으로 지금까지 세계적으로 많은 피해를 주었다. 지진해일은 주기적으로 일어나지 않고, 발생시간에 대한 정확한 예측이 불가능하기 때문에 연구하는데 여러가지 어려움이 있으므로 지진해일의 피해 경감 및 재해대책을 수립할 때는 수치모의실험 결과를 이용한다. 그래서 이렇게 활용성이 높은 지진해일 수치모의 결과가 실제 발생한 지진해일과 비교하여 얼마만큼의 정확성을 같는지 알아보기 위해서 본 연구를 수행하였다. 지진해일은 원해에서 먼 거리를 전파하는 경우, 분산효과의 영향이 상대적으로 중요한 역할을 하기 때문에 수치해석 시 선형 Boussinesq 방정식을 지배방정식으로 이용하는 것이 바람직하다. 그러나 선형 Boussinesq 방정식에서 분산항은 미분의 차수가 높아서 차분하는데 상당한 어려움이 있으므로 본 연구에서는 Cho et al.(2007)에 의해 제안된 분산항을 제외한 선형 천수방정식을 이용하면서, 차분하는 과정에 나타나는 수치분산이 선형 Boussinesq 방정식의 분산항을 대체할 수 있도록 조정하는 기법을 적용하였다. 이를 이용해서 실제 2011 동일본 대지진으로 발생한 지진해일의 초기파형을 재현하여 수치모의실험 결과와 관측값을 비교하였다.

해안으로부터 먼 거리에서 발생하여 전파해오는 지진해일을 수치모의할 경우, 분산효과를 고려하는 것이 중요하다. 따라서, 약분산이 고려되어있는 선형 Boussinesq 방정식을 지배방정식으로 사용하는 경우가 많다. 그러나 분산항은 고차 미분항으로 이루어져 있어 직접 풀기위해서는 많은 시간이 필요하고, 큰 컴퓨터 용량이 필요하다. 이와 같은 문제점을 극복하기 위하여 기존의 연구에서는 선형 천수방정식을 차분하였을 때 발생하는 수치분산항의 형태를 선형 Boussinesq 방정식의 물리적 분산항과 같은 형태로 만들어 수치모의를 수행하였다. 하지만 기존의 기법은 수심이 일정하다는 가정에서 유도된 지배방정식을 사용하였으며, 이는 수심변화가 존재하는 실제 지형에 적용할 경우 이에 따른 오차가 발생할 가능성이 있다. 본 연구에서는 수심변화를 고려한 지배방정식을 사용하여 기존의 수치기법을 수정하였다. 수정된 기법의 정확성 검토를 위하여 가상의 지진해일이 원형천퇴지형을 통과하는 문제에 적용하였으며, 검증된 Boussinesq 모델인 FUNWAVE를 이용한 수치모의 결과와 비교하였다.

급경사에서의 고립파의 처오름을 예측하기 위해 3차원 수치모형에 내부조파기법을 도입하여 수치모형실험을 수행하였다. 수치모형은 Navier-Stokes 방정식을 유한차분법을 이용하여 계산하는 동수압 모형으로서, 난류의 해석을 위해서 상대적으로 큰 에디(eddy)만을 고려하는 SANS(spatially averaged Navier-Stokes) 방정식을 푸는 LES(large-eddy-simulation) 기반의 수치모형을 사용한다. 엇갈림 격자체계에서 유한