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1

Word2Vec과 앙상블 합성곱 신경망을 활용한 영화추천 시스템의 정확도 개선에 관한 연구

강부식

한국디지털정책학회 디지털융복합연구 제17권 제1호 2019.01 pp.123-130

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웹 추천기법에서 가장 많이 사용하는 방식 중의 하나는 협업필터링 기법이다. 협업필터링 관련 많은 연구에서 정확 도를 개선하기 위한 방안이 제시되어 왔다. 본 연구는 Word2Vec과 앙상블 합성곱 신경망을 활용한 영화추천 방안에 대해 제안한다. 먼저 사용자, 영화, 평점 정보에서 사용자 문장과 영화 문장을 구성한다. 사용자 문장과 영화 문장을 Word2Vec에 입력으로 넣어 사용자 벡터와 영화 벡터를 구한다. 사용자 벡터는 사용자 합성곱 모델에 입력하고, 영화 벡터는 영화 합성곱 모델에 입력한다. 사용자 합성곱 모델과 영화 합성곱 모델은 완전연결 신경망 모델로 연결된다. 최종적으로 완전연결 신경망 의 출력 계층은 사용자 영화 평점의 예측값을 출력한다. 실험결과 전통적인 협업필터링 기법과 유사 연구에서 제안한 Word2Vec과 심층 신경망을 사용한 기법에 비해 본 연구의 제안기법이 정확도를 개선함을 알 수 있었다.
One of the most commonly used methods of web recommendation techniques is collaborative filtering. Many studies on collaborative filtering have suggested ways to improve accuracy. This study proposes a method of movie recommendation using Word2Vec and an ensemble convolutional neural networks. First, in the user, movie, and rating information, construct the user sentences and movie sentences. It inputs user sentences and movie sentences into Word2Vec to obtain user vectors and movie vectors. User vectors are entered into user convolution model and movie vectors are input to movie convolution model. The user and the movie convolution models are linked to a fully connected neural network model. Finally, the output layer of the fully connected neural network outputs forecasts of user movie ratings. Experimentation results showed that the accuracy of the technique proposed in this study accuracy of conventional collaborative filtering techniques was improved compared to those of conventional collaborative filtering technique and the technique using Word2Vec and deep neural networks proposed in a similar study.

4,000원

2

기후변화적응 국제협력을 위한 패키지딜방식의 천연자원연계 방안

강부식

위기관리 이론과 실천 한국위기관리논집 제6권 4호 2010.12 pp.119-138

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구조적, 혹은 비구조적 대책을 통하여 기후변화에 적응할 수 있는 사회적 시스템이 갖춰져 있지만 선진국과는 달리, 아프리카 및 동남아 개발도상국의 경우 온실가스배출에 있어서 원인제공이 미미한데도 불구하고 기후변화의 영향(impact)이 상대적으로 크게 미치고 있기 때문에 이들에 대한 국제기구차원에서의 적응시스템의 구축지원은 탄소저감정책 이상으로 시급하다고 볼 수 있다. 본 연구에서는 MDGs(Millenium Development Goals)에서 제시한 11가지의 수자원관련 이슈를 수자원정책, 학술교류, 수자원 건설시장 분야에 대한 관련성 및 국내 현안문제로서의 타당성과 국제교류의 필요성을 정성적으로 평가하였으며, 방재, 기후변화, 물공급 및 위생, 통합수자원관리(IWRM; Integrated Water Resources Management), 다국가 공동수자원문제의 5가지 이슈에 대한 세부협력방안을 제시하였다. 특히, 국내의 천연자원확보와 저개발국의 수자원문제를 패키지딜형태로 다룰 수 있는 방안을 제시하였다. 이를 위하여 최근 콩고에서의 중국과 이스라엘기업의 투자사례 및 동남아 전력시장 현황과 진출방안을 소개하였으며, 탄소배출저감이 수자원개발에의 인센티브로 이어질 수 있는 국제기구 차원의 프로그램 필요성을 제시하였다.
Contrary to advanced countries that have social systems for adapting to climate change through structural or nonstructural measures, African countries and south eastern underdeveloped countries are facing relatively direct and high climate change impacts even though they have contributed marginal cause in greenhouse gas emissions. Therefore it is more urgent to support climate change adaptation program in those countries from international organization than do carbon mitigation policy. In this research, the 11 water issues included in MDG(Millenium Development Goals) were assessed qualitatively in terms of relativeness to water resources policy, academic exchange, water related construction market. In addition, the detailed cooperation strategy in the area of disaster prevention, climate change, water supply and sanitation, IWRM(Integrated Water Resources Management), international trans-boundary river were suggested. In particular, the package deal program coupling domestic natural resources security with water resources development in underdeveloped countries was suggested. For the purpose of that, recent investment examples by Chinese and Israeli enterprize in the Peoples Republic of Congo were provided, and the needs for the incentive program leaded by the international organization, converting carbon mitigation into the incentives for water resources development.

5,500원

3

수자원과 관련된 분쟁 및 갈등의 조정을 위한 거버넌스

이주헌, 김형수, 홍일표, 강부식, 김광훈

한국습지학회 한국습지학회지 제10권 제2호 2008.08 pp.97-103

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본 연구에서는 국내 수자원과 관련된 분쟁 및 갈등을 해결하기 위한 방안으로 적응형 거버넌스 시스템: 의 구조 및 역할을 제시하였고 분쟁의 원활한 합의 조정방안 및 문제점을 제시하기 위한 다양한 형태의 시민참여모델에 대하여 특징 및 특성을 분석하였다. 또한, 분쟁해결을 위한 공학적 도구로서 공영시각모형, 게임이론, 제도설계이론 등의 공학적 모형을 바탕으로 하는 과학적 접근 방안을 제시하여 물 분쟁의 해결 및 조정을 위한 대안을 모색할 수 있는 토대를 마련하였다. 본 연구에서 제시된 다양한 형태의 물분쟁 해결을 위한 대안은 물 관련 당사자들이 어떤 합의점을 찾을 때 추측과 가정에 의한 결정보다는 참여와 과학적 해결방법에 의해서 보다 합리적인 대안과 합의점을 도출할 수 있을 것으로 판단된다.
In this study, the structure and role of governance system, which can be adapted as a effective way to negotiate the water resources related conflicts, was presented and the features and a characteristics of the various types of citizen participation model was analyzed. Also, the scientific approach based on Shared vision model, Game theory and Institutional design theory was introduced and applied to current conflict issues in Korea. The governance system with engineering negotiation model, which is presented in this study, can be used effectively in the field of water resources related conflicts to provide the scientific alternatives by participation of water related stakeholders.

4,000원

7

자기 조직화 신경망(SOM)을 이용한 협력적 여과 기법의 웹 개인화 시스템에 대한 연구

강부식

[Kisti 연계] 한국지능정보시스템학회 Journal of Intelligence and Information Systems Vol.9 No.3 2003 pp.117-135

협약을 통해 무료로 제공되는 자료로, 원문이용 방식은 연계기관의 정책을 따르고 있습니다.

개인화 된 정보를 제공하기 위한 협력 여과 기법에 대한 많은 연구가 이루어지고 있는데, 유사 사용자들을 찾는 과정에서 상관계수와 같은 유사성 척도를 이용하여 모든 사용자와의 유사성을 계산하는 과정을 거친다. 이때 사용자 수가 많아지게 되면, 계산의 복잡도가 지수적으로 증가하게 되는 규모의 문제가 발생한다. 본 연구는 협력 여과 기법에서 주로 사용하는 유사성 척도가 사용자 집단이 커짐에 따라 계산의 복잡도가 지수적으로 증가하는 문제를 해결하기 위한 방안을 제시하는 것이 주목적이다. 규모의 문제를 해결하기 위해 클러스터링 모델 기반 접근 방식을 사용하고 아이템의 선호도 계산을 위해 RPM(Recency, Frequency, Momentary) 기준의 사용을 제안한다. 먼저 SOM을 이용하여 전체 사용자를 사용자 집단으로 클러스터링하고 사용자 집단별로 RFM 기준에 의해 아이템의 점수를 계산하여 선호도가 높은 순으로 정렬하여 저장한다. 사용자가 로그인하면 학습된 SOM을 이용하여 대상 사용자 집단을 선정하고 미리 저장된 추천 아이템을 추천한다. 추천결과에 대해 사용자가 평가하면 그 결과를 이용하여 현 시스템의 개정 여부를 결정한다. 제안한 방안에 대해 MovieLens 데이터 셋에 적용하여 실험한 결과 기존의 협력적 여과 기법에 비해 추천 성능이 비교적 우수하면서도 추천 시스템 운용시의 계산 복잡도를 일정하게 유지시킬 수 있음을 보였다.
This study is to propose a procedure solving scale problem of traditional collaborative filtering (CF) approach. The CF approach generally uses some similarity measures like correlation coefficient. So, as the user of the Website increases, the complexity of computation increases exponentially. To solve the scale problem, this study suggests a clustering model-based approach using Self-Organizing Map (SOM) and RFM (Recency, Frequency, Momentary) method. SOM clusters users into some user groups. The preference score of each item in a group is computed using RFM method. The items are sorted and stored in their preference score order. If an active user logins in the system, SOM determines a user group according to the user's characteristics. And the system recommends items to the user using the stored information for the group. If the user evaluates the recommended items, the system determines whether it will be updated or not. Experimental results applied to MovieLens dataset show that the proposed method outperforms than the traditional CF method comparatively in the recommendation performance and the computation complexity,

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8

레이더 강우장의 통계적 자기유사특성

강부식

[Kisti 연계] 한국수자원학회 한국수자원학회 학술대회논문집 2003 pp.431-434

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9

자기조직화 지도 신경망과 사례기반추론을 이용한 다변량 공정관리

강부식

[Kisti 연계] 한국지능정보시스템학회 Journal of Intelligence and Information Systems Vol.9 No.1 2003 pp.53-69

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현대의 생산공정에서는 많은 공정변수가 발생하고 있으며 복잡한 연관관계를 가지고 제품의 품질에 영향을 미치고 있다. 따라서 공정의 이상 유무 확인을 위해서는 많은 품질특성치를 동시에 관리하는 다변량 공정관리가 필요하다. 본 연구는 자기조직화 신경망(SOM)과 사례기반추론(CBR) 기법을 이용한 다변량 공정관리 방안을 제안한다. SOM을 이용하여 공정 데이터의 패턴을 생성하고 이상 유무 판단을 위해 기준패턴과 적합성 검정을 한다. 제안한 방법의 검증을 위해 공정에서 발생 가능한 패턴별로 데이터를 생성하여 실험하였고, 실험을 통해 이상패턴을 효과적으로 구별할 수 있음을 보였다. 또한 CBR 방법론을 적용하여 1종 오류는 줄이면서 2종 오류를 아주 작게 유지할 수 있음을 보임으로써, SOM과 CBR 이 결합된 절차가 다변량 공정관리를 위한 한 대안이 될 수 있음을 보였다.
Many process variables in modem manufacturing processes have influence on quality of products with complicated relationships. Therefore, it is necessary to control multiple quality variables in order to monitor abnormal signals in the processes. This study proposes an integrated procedure of self-organizing map (SOM) neural network and case-based reasoning (CBR) for multivariate process control. SOM generates patterns of quality variables. The patterns are compared with the reference patterns in order to decide whether their states are normal or abnormal using the goodness-of-fitness test. For validation, it generates artificial datasets consisting of six patterns, normal and abnormal patterns. Experimental results show that the abnormal patterns can be detected effectively. This study also shows that the CBR procedure enables to keep Type 2 error at very low level and reduce Type 1 error gradually, and then the proposed method can be a solution fur multivariate process control.

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10

SRA 정보를 활용한 북한지역 수문정보 획득

강부식, 이상일

[Kisti 연계] 한국방재학회 한국방재학회지 Vol.16 No.2 2016 pp.55-62

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11

홍수저류지 설계를 위한 강우강도-지속시간-홍수량(IDQ) 곡선 해석

김진겸, 강부식, 윤병만

[Kisti 연계] 한국수자원학회 한국수자원학회 논문집 Vol.47 No.1 2014 pp.83-93

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기후변화 및 도시화 등의 요인으로 인하여 증가하는 불확실성에 대처하기 위하여 건설되는 홍수저류지 형태의 치수시설물이 기존의 치수시설물과 연계되어 치수능력을 극대화 할 수 있는 설계기준과 절차의 제시를 위하여 본 연구가 수행되었다. 본류의 홍수위 증가량에 대비할 수 있는 저류지용량결정, 저류지용량이 주어져 있을 경우의 본류의 홍수위 저감효과산정 등에 적용할 수 있는 다양한 시나리오 하에서의 분석을 위한 절차를 제시하였다. 기존 설계홍수량 산정절차에 근거한 IDQ (Intensity-Duration-Quantity) 분석을 이용하여 임의지속시간에서의 설계홍수수문곡선 산정기법을 제시하였고 그 활용사례를 제시하였다. IDQ 분석을 통해 산정한 강우량을 기반으로 등가첨두 수문곡선을 산정할 수 있으며, 기존 수문곡선과 동일한 지속시간 하에서 하천의 수위가 높아질 수 있는 저빈도 수문곡선과, 기존 수문곡선과 동일한 첨두홍수량을 지니지만 강우지속기간의 증가로 인해 유출체적이 증가하는 수문곡선, 기존 수문곡선에 비해 하천의 수위 및 수문곡선의 부피 모두 증가하는 수문곡선 등 다양한 형태의 수문곡선에 대한 시나리오해석을 가능하게 한다.
This research was carried out for suggesting design criteria and procedure for maximizing flood control capacity by building flood control facilities like flood retention basin built in connection with existing facilities in order to cope with increased uncertainty due to factors such as urbanization and climate change. We suggested the procedure for the analysis under the various scenarios applicable for the cases of determining retention basin capacity as provision for the flood water level increase in main river channel or estimating flood water level reduction effect when retention basin capacity is given. Procedure for estimating design flood hydrograph at any duration using Intensity-Duration-Quantity (IDQ) originated from the existing IDF, and its application example were provided. Based on rainfall estimated by the IDQ analysis, it is possible to calculate an equivalent peak hydrographs under various scenarios, e.g. lower frequency hydrograph under same rainfall duration with water level higher than existing hydrograph, hydrograph with same peak and higher volume due to increased rainfall duration, hydrograph with higher peak and volume than existing hydrograph, etc.

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12

도시유출모형을 이용한 침수위험치역 예측에 관한 연구

탁용훈, 김재동, 김영도, 강부식

[Kisti 연계] 한국방재학회 한국방재학회 학술대회논문집 2014 p.259

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도시화로 인한 인구집중 및 개발 집중현상으로 하천변 저지대 및 지하공간 사용이 증가하였고, 불투수층이 증가하여 도시유역의 배수체계는 우수관거에 의존하고 있다. 이러한 변화로 의해 우수관거의 저류용량 부족 및 외수와 내수의 충돌로 인한 도심지 역류 현상으로 인한 침수피해가 발생하고 있다. 기후변화로 인한 국지성 기습폭우에 의해 우리나라 침수면적은 줄어드는 추세지만 수해 밀도는 높아지고 있어 인구가 밀집되어 있는 도시지역에서의 피해는 급증하고 있다. 도시 침수피해 발생시 인명 및 재산뿐만 아니라 사회기반시설의 피해 등, 내수배제 불량에 의한 침수빈도는 더욱 빈번히 발생할 것으로 예상되며, 도시유역 유출특성을 고려한 홍수의 정확한 예측과 내수배제 효율증가가 필요하다. 본 연구에서는 상습침수가 발생하는 도시유역에 대하여 도시유역 유출특성을 고려한 홍수의 정확한 예측을 위해 강우분석 및 내외수를 고려한 홍수량을 산정하고, 도시유출모형인 SWMM 모형을 이용하여 하수관거의 월류를 분석하고, 이 결과를 홍수범람해석 모형과 연계하여 도시유역에서의 집중호우 발생시 범람해석을 실시하여 수방시설물의 홍수배제 효율을 분석하였다. SWMM 모형의 적용결과 외수위영향에 따른 원활한 내수배제가 불가능 한 것으로 나타났고, 관거 월류량이 많아진 것으로 나타났다. SWMM 모형의 결과를 이용하여 홍수범람해석 모형을 모의한 결과 지표경사와 도로를 따라 노면수가 모여 침수현상을 발생시키는 것으로 나타났다.

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13

지역별 방재역량을 고려한 호우특보 기준 차등화

박상식, 강부식

[Kisti 연계] 한국방재학회 한국방재학회논문집 Vol.14 No.5 2014 pp.67-76

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최근 위험기상 발생빈도가 증가하여 홍수, 침수, 산사태나 기반시설 붕괴 등의 자연재해 위협이 증가하고 있다. 또한, 동일한 규모의 기상현상에 대해서도 도시화, 방재인프라, 선행강우 등 다양한 요소에 따라 물리적 피해 및 재산손실정도가 지역별로 다르게 나타나고 있다. 이에 위험성 및 취약성 범주로 분류되어 하수관거보급율, 하천개수율, 불투수면적비 등 10개 세부지표으로 구성된 자연재난위험지수(Hazard-Index)를 개발하였고 지표항목들 간의 가중치를 설문조사와 엔트로피 기법으로 설정하였으며, 선행토양함수조건(AMC) 및 지역별 강수변화를 고려한 특보차등화계수(${\alpha}$)를 활용한 지역별 호우특보기준 차등화 방안을 제시하였다.
Recently, the increased high-risk weather events have caused more frequent threats of natural disasters, e.g. inundations, floods, land slides and infrastructure damages. In addition even equivalent strength of severe weather events could result in varied physical damages and associated economic losses. In this study, the natural disaster Hazard Index (H-Index) was developed for evaluating regional disaster prevention capacity consisting of 10 detail indices, e.g. provision of sewage network, river improvement ratio, impervious area ration, etc., classified by vulnerability and risk categories. The weights for the H-index components were estimated using questionnaire survey and entropy scheme. The final differentiating framework for regional storm warning criteria was suggested considering Antecedent soil Moisture Condition (AMC) and differentiation coefficients associated with regionally varied reference storm scales.

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14

기후변화에 따른 남강유역의 수문환경의 변화가 하천수질에 미치는 영향

강지윤, 김영도, 강부식

[Kisti 연계] 한국수자원학회 한국수자원학회 논문집 Vol.46 No.8 2013 pp.873-884

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우리나라는 몬순기후의 영향으로 여름철 강우가 집중되기 때문에 작은 기후변화에도 심각한 수자원의 문제를 야기시킬 수 있다. 이로 인해 기후변화에 대한 많은 관심이 집중되어 그에 따른 연구도 활발히 진행되고 있다. 본 연구는 남강유역에서의 미래 기후변화에 의한 하천의 흐름과 수질변화를 예측하기 위해 유역-하천모형을 연계하여 하고자 하였다. 인공신경망기법을 이용하여 기후시나리오를 예측한 후 유역수문 모형인 SWAT모형을 구축하였고 모형의 적용성 평가를 위해 환경부자료를 이용하여 검보정한 결과 $R^2$이 0.7 이상으로 적정수준으로 모의되었다. SWAT의 결과와 HEC-ResSIM을 이용한 미래 남강댐 방류량을 QUALKO의 입력 자료로 사용하였다. 그 결과 저수기에는 풍수기와는 달리 연도별 유량에 따라 BOD가 많게는 약 2mg/L의 차이를 보이는 등 변화 폭이 크게 나타났다. 강우와 유역의 유출이 하천의 수질에 큰 영향을 끼치기 때문에 풍수기에 비해 유량이 적은 저수기에 수질 농도가 높은 것을 알 수 있다. 그러므로 남강댐의 저수기의 용수확보를 통해 남강하류 하천의 유지용수를 확보하고 효율적인 관리를 통해 향상된 수질을 관리 할 수 있을 것으로 판단된다.
In Korea, the rainfall is concentrated in summer under the influence of monsoon climate. Thus, even a small climate change can be significant problems in water resources. As a result, a lot of attention has been focused on climate changes and a number of researches have been conducted in a manner commensurate with the attention to the climate change. This study is intended to forecast the changes in the flow and water quality of the Nam river resulting from the future climate changes in the Nam river basin using a watershed and water quality model. An SWAT model, as a watershed hydrologic model, was established after estimating a climate scenario using an artificial neural network method, and the established model was verified and adjusted using date from the Ministry of Environment to evaluate the applicability of the model. As a consequence, $R^2$ showed more than 0.7 in the simulation test, which satisfies the minimum required level. Results from the SWAT model and the future Namgang dam discharge calculated by HEC-ResSIM is used as input date for QUALKO. The results showed a huge variation in BOD depending on the annual flow of the river, which recorded a maximum difference of 2 mg/L between a rainy season and a dry season. It can be deduced that because rainfall and the runoff of a basin significantly account for the water quality of a river, higher water concentrations are recorded in a dry season in which the flow is not as much as that in a rainy season. It also can be said that water should be reserved in advance to secure water in the Nam river downstream for a dry season and be controlled in an effective and efficient manner to provide better water quality.

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15

합천댐 저수지에서의 시공간적 수온모의를 위한 매개변수 민감도 분석

김보람, 강부식

[Kisti 연계] 한국수자원학회 한국수자원학회 논문집 Vol.46 No.12 2013 pp.1181-1191

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다목적댐 저수지는 여름철에 발생하는 성층현상이 발생하고 가을철에는 성층화된 저수지의밀도 차로 인한 전도현상이 일어나게 된다. 이러한 현상은 저수지의 시공간적 수온분포의 변화에 의하여 발생하며, 이를 정확히 모의하고 예측하기 위해서는 수온에 작용하는 관련 매개변수의 작용특성을 명확히 파악할 필요가 있다. 이에 본 연구에서는 합천댐 저수지를 대상으로 횡방향 평균 2차원 저수지 수리 수질 해석모형인 CE-QUAL-W2를 적용하여 저수지내 발생하는 수온성층, 탁수의 거동 및 수질을 예측하기 위해 선행되어야 할 수온모의를 통해 합천댐 저수지에 적합한 수온 매개변수 산정에 대한 연구를 진행하였다. 특히 모델에서 합천댐 수온모의와 관련된 매개변수 중 바람차폐계수(WSC), 복사열계수(BETA), 빛소멸계수(EXH2O), 바닥 열교환계수(CBHE)의 민감도 분석을 수행하였다. 첫 번째로, 민감도가 높은 기간을 확인한 결과 WSC, BETA, EXH2O는 공통적으로 4~9월, CBHE는 8~11월로 나타났다. 두 번째로, 매개변수가 영향을 미치는 수심대를 확인한 결과 BETA는 0~9m, EXH2O는 8~14m 구간으로, 수표면과 가까운 표층과 수온약층, CBHE는 바닥에서부터 12m 구간으로 심층구간에서 영향이 나타났다. 마지막으로 연단위 혹은 각월에서의 최적매개변수를 적용한 결과 WSC와 CBHE 매개변수는 모의온도의 편차가 그다지 크지 않았으나, BETA와 EXH2O의 경우 연단위와 월단위 최적매개변수 적용 시 모의수온편차가 각각 월평균 $0.20^{\circ}C$와 $0.51^{\circ}C$로 다소 큰 값을 보이고 있으며, 특히 수온이 최대로 상승하는 5~8월 중에는 $0.4^{\circ}C$와 $1.09^{\circ}C$의 편차를 보여 월단위 매개변수사용의 필요성이 뚜렷이 확인되었다. 이는 현재 저수지수질모형의 검보정에서 입력요구조건에 따라 혹은 관행적으로 사용되고 있는 연단위 매개변수의 사용에 있어서 월단위로의 개선이 필요한 부분으로 사료된다.
This study have implemented finding the optimal water temperature parameter set for Hapcheon dam reservoir using CE-QUAL-W2 model. In particular the sensitivity analysis was carried out for four water temperature parameters of wind sheltering coefficient (WSC), radiation heat coefficient (BETA), light extinction coefficient (EXH2O), heat exchange coefficient at the channel bed (CBHE). Firstly, WSC, BETA, EXH2O shows relatively high sensitivity in common during April to September, and CBHE does during August to November. Secondly, as a result of identifying depth range of parameter influence, BETA and EXH2O show 0~9 m and 8~14 m which is thermocline layer close to water surface, CBHE is deep layer 12 m away from bottom. Finally, applying annual or monthly optimal parameter sets indicates that the bias between two sets does not show much differences for WSC and CBHE parameters, but BETA and EXH2O parameters show $0.20^{\circ}C$ and $0.51^{\circ}C$ of monthly average biases for two parameter sets. In particular the bias reveals to be $0.4^{\circ}C$ and $1.09^{\circ}C$ during May and August that confirms the necessity of use of monthly parameters during that season. It is claimed that the current operational custom use of annual parameters in calibration of reservoir water quality model requires the improvement of using monthly parameters.

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중소규모유역의 지형공간적 형상계수를 이용한 Nash 모형기반의 합성단위도 산정

김진겸, 김종민, 강부식

[Kisti 연계] 한국수자원학회 한국수자원학회 논문집 Vol.46 No.5 2013 pp.547-558

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설계홍수량 산정 시 일반적으로 활용하는 합성단위도법에 대한 개선안을 제시하였다. 본 연구에서는 합성단위도의 형태를 결정짓는 첨두 비유량과 첨두시간의 결정을 위하여 첨두수문량과 유역의 지형공간적 형상계수간의 회귀분석을 시행한 결과, 유역의 단순 공간적 기하요소보다는 형상계수의 결정계수가 뚜렷이 높았으며, 유역의 지형특성영향을 독립적으로 검토할 경우 결정계수가 0.52~0.69에 그쳤으나, 지형특성이 조합된 형상계수를 이용하여 민감도분석을 해보면 결정계수가 0.73~0.81로 개선된 결과를 확인할 수 있었다. 일반적으로 단위도를 적용할 수 있는 적합한 유역의 면적은 대략 500~700 $km^2$이라 볼 때, 이러한 영역에서 유역유출모의를 통한 본 연구의 합성단위도를 검증한 결과, 특이값이 발생하는 유역을 제외하고 본 연구결과의 상대오차가 1.7~29.0%(평균 11.6%)의 수준을 보여주었다. 합성단위도법 적용에 관한 기존사례(KICT, 2000)는 상대오차가 35.0~64.9%(평균 46.7%)를 보여주어 본 연구의 제안식이 기존에 비하여 개선된 결과를 보여주고 있다.
Improved methodology of Synthetic Unit Hydrograph (SUH) utilized generally in hydrologic design work was suggested. In this study, regression analysis between peak hydrological data and geospatial data was applied to estimate specific peak flow and peak time for determining shape of SUH. Regression formulas for specific peak flow with respect to shape factors show higher coefficient of determination (0.73~0.81) than the ones with geospatial components only (0.52~0.69). The areal limitation of unit hydrograph application is regarded as 500~700 $km^2$. The validation through rainfall-runoff simulation shows encouraging results that relative error is 1.7~29.0%(Avg. 11.6%) for the case of using SUH developed in this study and 35.0~ 64.9% (Avg. 46.7%) for the SUH in the previous study except for the extraordinary cases.

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비정상성 분위사상법을 이용한 GCM 장기예측 편차보정

문수진, 김정중, 강부식

[Kisti 연계] 한국수자원학회 한국수자원학회 논문집 Vol.46 No.8 2013 pp.833-842

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분위사상법(QM, Quantile Mapping)은GCM(Global Climate Model) 자료의 계통적 오차를 보정하여 보다 신뢰성 높은 자료로 재생성하기 위해 활용되고 있다. 이 기법은 사상(mapping)시키려는 대상(object) 자료의 통계분포모수가 정상적(stationarity)이라는 가정 하에 대상 자료의 누적확률분포(CDF, Cumulative Distribution Function)를 목표(target) CDF에 통계적으로 투영시키는 것이 일반적이다. 따라서 GCM에서 제공되는 미래 기후시나리오의 강우시계열과 같이 비정상성(non-stationarity)을 갖는 장기 시계열자료에 대한 적용에는 문제점을 보이고 있다. 본 연구에서는 비정상성을 갖는 장기시계열자료의 오차보정을 위해 통계분포모수에 경향성을 부여하는 비정상성 분위사상법(NSQM, Nonstationary Quantile Mapping)을 적용하였다. NSQM 적용을 위한 확률분포로 수문분야에서 광범위하게 쓰이고 있는Gamma 분포를 선정하였으며, 대상 시나리오는 CCCma (Canadian Centre for Climate modeling and analysis)에서 제공하고 있는 CGCM3.1/T63모형의 20C3M(reference scenario)과 SRES A2 시나리오(projection scenario)를 활용하였다. 한강유역 내 관측기간이 충분한 10개의 지상관측소로부터 강우량을 수집하였다. 또한 6월과 10월사이에 연 강수량의 65% 이상이 집중되는 한반도의 계절성을 반영하기 위해 홍수기(6~10월)와 비홍수기(11~5월)를 구분하였고, 기준기간(Baseline)은 1973~2000년, 전망기간(Projection)은 2011~2100년으로 구분하였다. 다양한 목표분포의 설정을 통하여 NSQM의 적용성을 평가하고자 하였으며, 전망기간은 FF시나리오(Foreseeable Future Scenario, 2011~2040년), MF시나리오(Mid-term Future Scenario, 2041~2070년), LF시나리오(Long-term Future Scenario, 2071~2100년)의 3개의 구간으로 설정하여 기준기간과 전망기간의 연평균 강우량에 대한 경향성분석을 실시하였다. 그 결과NSQM이 FF시나리오에서 330.1mm(25.2%), MF시나리오에서 564.5mm(43.1%), LF시나리오에서 634.3mm(48.5%)로 증가하는 전망결과를 나타내고 있었다. 정상성기법을 적용한 결과, 전망기간 중 전체적으로는 동일한 평균값을 갖는 목표통계모수를 사용한다고 하여도, 전망전반부에서 과다하고, 후반부에서 오히려 과소한 전망을 보여주고 있었다. 이러한 결과는 비정상성기법을 사용함으로써 상당부분 개선될 수 있음을 확인하였다.
The quantile mapping is utilized to reproduce reliable GCM(Global Climate Model) data by correct systematic biases included in the original data set. This scheme, in general, projects the Cumulative Distribution Function (CDF) of the underlying data set into the target CDF assuming that parameters of target distribution function is stationary. Therefore, the application of stationary quantile mapping for nonstationary long-term time series data of future precipitation scenario computed by GCM can show biased projection. In this research the Nonstationary Quantile Mapping (NSQM) scheme was suggested for bias correction of nonstationary long-term time series data. The proposed scheme uses the statistical parameters with nonstationary long-term trends. The Gamma distribution was assumed for the object and target probability distribution. As the climate change scenario, the 20C3M(baseline scenario) and SRES A2 scenario (projection scenario) of CGCM3.1/T63 model from CCCma (Canadian Centre for Climate modeling and analysis) were utilized. The precipitation data were collected from 10 rain gauge stations in the Han-river basin. In order to consider seasonal characteristics, the study was performed separately for the flood (June~October) and nonflood (November~May) seasons. The periods for baseline and projection scenario were set as 1973~2000 and 2011~2100, respectively. This study evaluated the performance of NSQM by experimenting various ways of setting parameters of target distribution. The projection scenarios were shown for 3 different periods of FF scenario (Foreseeable Future Scenario, 2011~2040 yr), MF scenario (Mid-term Future Scenario, 2041~2070 yr), LF scenario (Long-term Future Scenario, 2071~2100 yr). The trend test for the annual precipitation projection using NSQM shows 330.1 mm (25.2%), 564.5 mm (43.1%), and 634.3 mm (48.5%) increase for FF, MF, and LF scenarios, respectively. The application of stationary scheme shows overestimated projection for FF scenario and underestimated projection for LF scenario. This problem could be improved by applying nonstationary quantile mapping.

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남강댐 유역에서의 기후변화에 대한 유출 영향

이종문, 김영도, 강부식, 이혜숙

[Kisti 연계] 한국수자원학회 한국수자원학회 논문집 Vol.45 No.6 2012 pp.517-529

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기후변화는 유역의 수문과정에 영향을 줄 수 있으며, 최적의 수자원 관리를 위해서는 이와 같은 기후변화로 인한 수환경 영향을 예측 및 분석하기 위한 통합적인 모의체계의 구축이 필요하다. 본 연구에서는 낙동강 수계의 남강댐 유역을 대상지역으로 선정하여, 기후변화 취약성을 평가하기 위하여 SWAT 모형을 이용하여 유출량 변화를 예측하였다. 기후시나리오 생산을 위하여 지역기후모형(RCM)의 분석 및 인공신경망을 통한 상세화기법을 적용하여 예측인자들에 대한 모의결과로부터 미래 기상자료를 구축하였다. 또한 강우의 경우 총량에 대한 보정을 위해 분위사상법을 적용하였다. 이와같은 시나리오를 검보정이 완료된 SWAT 모형에 적용하여 기후변화에 따른 유출량 변화를 예측하였다. 본 연구의 결과를 이용하여 기후변화에 대한 효율적인 대책을 제시하여 최적의 수자원관리방안을 도출할 수 있을 것으로 판단된다.
Climate change can impact hydrologic processes of a watershed system. The integrated modeling systems need to be built to predict and analyze the possible impacts of climate change on water environment for the optimal water resource operation and management. In this study, Namgang Dam watershed in the Nakdong River basin was selected as a study area. To evaluate the vulnerability of Namgang Dam watershed caused by climate change, the change in hydrologic runoff were predicted using the watershed model, SWAT. The RCM scenario was analyzed and downscaled using the artificial neural network and the dynamic quantile mapping. The results of this study will be utilized for suggesting an effective counterplan for climate change, and finally to propose the optimal water resource management method.

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강우클러스터의 이류특성에 따른 홍수유출수문곡선 반응해석

강부식, 문수진, 김진겸, 김종민

[Kisti 연계] 한국수자원학회 한국수자원학회 학술대회논문집 2012 p.949

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유출수문곡선은 강우량, 강우강도, 강우지속시간, 강우이동방향 및 이동속도와 같은 강우발생특성과 강수대의 공간적 이류방향과 유역형상과의 상호작용에 의하여 영향을 받으며, 특히 강우의 이류과정에서 나타나는 시간적, 공간적인 분포는 유출에 영향을 미치는 중요한 인자이다. 일반적으로 유출해석 기본이론은 연속방정식과 운동방정식으로서 운동파가정(kinematic wave analogy)을 기반으로 한 집중수문모형(lumped hydrologic model)에 의하여 수행되고 있지만 집중형 모형은 한 매개변수에 여러 가지의 물리적 과정을 개념화하여 담고 있기 때문에 유출과정에 대한 섬세한 모형화의 제약으로 인하여 강우의 이류과정에 따른 유출변화특성을 모의하기가 어렵다. 본 연구에서는 완전 분포형 수문동력학적 강우-유출 모형을 사용하여 강우의 이류특성을 반영할 수 있는 유출 모델을 구성하고, 강우의 이류특성에 따른 유역 출구에서의 유출수문곡선의 변화과정을 살펴보고 상관관계를 분석하였다.

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강변저류지의 치수평가를 위한 설계홍수수문곡선 시뮬레이터 개발

강부식, 김진겸, 김종민, 윤병만

[Kisti 연계] 한국수자원학회 한국수자원학회 학술대회논문집 2012 p.947

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현재 국내 하천의 설계홍수량은 하천정비 기본계획이나 유역종합 치수계획 등을 통하여 특정 빈도의 단일 홍수량의 형태로 고시되고 있다. 이러한 설계홍수량은 홍수량 산정 지침에 따라 산정되며, 최종적으로 결정된 설계홍수량을 기준으로 하도계획이나 교량, 암거 등의 설계를 실시하였다. 하지만 많은 수의 홍수조절용 다목점 댐과 강변저류지 등 각종 수리조작 구조물들이 축조되면서부터 홍수량을 시간별로 조절할 수 있게 되었다. 따라서 종전과 같이 단일 설계홍수량 값만으로는 신설되는 수리조작 구조물의 최적 규모 및 운영방법을 결정하는데 어려움이 있다. 이러한 이유로, 본 연구에서는 Nash 모형을 사용하여 특정유역의 유출특성이 반영된 대표단위도를 산정하고 여러 가지 형태의 강우사상에 적용하여, 유역의 특정지점에서 특정홍수량에 대하여 발생의 개연성이 충분하고 수공구조물의 설계와 효과에 가장 중요하게 영향을 미칠 수 있는 설계 홍수수문곡선을 산정하는 것을 목적으로 하며, 일련의 과정을 프로그램화 시켜 실무적으로 활용될 수 있도록 하였다. 본 연구의 결과로 나타나는 설계홍수수문곡선은 곡선의 첨두부와 형상에 따라, 동일한 규모의 수공구조물 일지라도 그 효과가 달라지기 때문에 수공구조물의 효과를 최대로 하기위한 구조물 형태와 조작 및 운영방법을 결정하는데 도움이 될 것이다.

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