• Research Article

    The analysis of differences of mean basin precipitation between TM and radar using correlation with basin characteristics and rainfall patterns

    TM과 레이더를 이용한 유역평균강수량 차이와 유역특성 및 강우형태와의 상관성 분석

    Park, Jaeheyon, Sung, Janghyun, Cho, Yohan, Heo, Jun-Haeng

    박재현, 성장현, 조요한, 허준행

    This study analyzed the differences of mean basin precipitation between TM and radar based on the 51 standard basins in Han river ...

    본 연구는 레이더와 TM간 유역평균강수량 측정의 차이를 2018년 발생한 상당 규모의 호우시 한강과 낙동강의 51개 표준유역을 대상으로 분석하였다. 그 결과 레이더와 TM간의 ...

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    This study analyzed the differences of mean basin precipitation between TM and radar based on the 51 standard basins in Han river and Nakdong river when large scale of heavy rains occurred in 2018. The result shows that the differences between radar and TM are –65.05 ~ 26.09% and –82.00 ~ 3.80% for accumulated and 10 min. maximum mean basin precipitation, respectively. The correlation analysis between the differences of estimated mean basin precipitation and basin characteristics such as average altitude of basin, area of basin, and shape factor of basin presents that there is no clear correlation between them. And the differences of point precipitation also shows the similar tendency with those of mean basin precipitation. In order to find out the correlation between them and meteorological conditions such as rainfall patterns, the reflectivity of radars according to the observation angles is analyzed at the selected basins, and then it is found that the differences of mean basin precipitation between TM and radar is more dominated by the meteorological conditions than by the topographic conditions such as basin characteristics.


    본 연구는 레이더와 TM간 유역평균강수량 측정의 차이를 2018년 발생한 상당 규모의 호우시 한강과 낙동강의 51개 표준유역을 대상으로 분석하였다. 그 결과 레이더와 TM간의 유역평균강수량 값이 누적강수량은 -65.05~26.09%, 10분최대 강수량은 -82.00~3.80%의 차이가 발생하였다. 이러한 차이를 유역의 특성인 유역면적, 유역평균고도, 유역형상계수 등과 비교하였으나 뚜렷한 상관성을 찾기가 어려웠으며, 지점강수량도 유역평균강수량과 비슷한 경향을 보이는 것을 확인하였다. 따라서 강우형태와 같은 기상학적 조건과의 상관성을 확인하기 위해 고도별 레이더 반사도 값을 분석하였으며 이를 통해 레이더와 TM간 유역평균강수량 측정값의 차이는 유역특성과 같은 지형적 조건 보다는 기상학적 조건과 더 상관성이 있는 것을 확인할 수 있었다.

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    July 2020
  • Research Article

    Development of salinity simulation using a hierarchical bayesian ARX model

    계층적 베이지안 ARX 모형을 활용한 염분모의기법 개발

    Kim, Hojun, Shin, Choong Hun, Kim, Tae-Woong, Kwon, Hyun-Han

    김호준, 신충훈, 김태웅, 권현한

    The development of agricultural land at Saemangeum has required a significant increase in agricultural water use. It has been well acknowledged that ...

    새만금 농업단지가 조성됨에 따라 농업용수 공급이 요구되며, 농업적 측면에서 염분은 작물 재배시 생육에 영향을 미치는 항목으로 농업용수 공급시 철저한 관리가 요구된다. 따라서 ...

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    The development of agricultural land at Saemangeum has required a significant increase in agricultural water use. It has been well acknowledged that salinity plays a critical role in the farming system. Therefore, a systematic study in salinity is necessary to better manage agricultural water. This study aims to develop a stochastic salinity simulation model that simultaneously simulates salinities obtained from different layers. More specifically, this study proposed a two-stage Autoregressive Exgeneous (ARX) model within a hierarchical Bayesian modeling framework. We derived posterior distributions of model parameters and further used them to obtain the predictive posterior distribution for salinities at three different layers. Here, the BIC values are used and compared to determine the optimal model from a set of candidate models. A detailed discussion of the model is provided.


    새만금 농업단지가 조성됨에 따라 농업용수 공급이 요구되며, 농업적 측면에서 염분은 작물 재배시 생육에 영향을 미치는 항목으로 농업용수 공급시 철저한 관리가 요구된다. 따라서 농작물에 영향을 미치지 않는 농업용수 공급을 위해 염분계측을 통한 체계적인 농업용수 관리가 필요하다. 본 연구에서는 새만금호내에 관측되는 염분 시계열 자료를 모의하기 위해서 자기회귀모형을 기반으로 한 Two-Stage ARX 모형을 개발하였다. 층별로 나눠진 염분자료를 계층적 Bayesian기법을 활용하여 매개변수를 확률분포형으로 추정하였으며 염분모의의 불확실성을 제시하였다. 최적 모형을 선정하기 위해서 통계적 지표인 BIC값을 이용하였으며, 최종적으로 선정된 모형을 통해 양수장 인근 수역의 염분 모의 결과를 제시하였다.

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    July 2020
  • Research Article

    Runoff assessment using radar rainfall and precipitation runoff modeling system model

    레이더 강수량과 PRMS 모형을 이용한 유출량 평가

    Kim, Tae-Jeong, Kim, Sung-Hoon, Lee, Sung-Ho, Kim, Chang-Sung, Kwon, Hyun-Han

    김태정, 김성훈, 이성호, 김창성, 권현한

    The rainfall-runoff model has been generally adopted to obtain a consistent runoff sequence with the use of the long-term ground-gauged based precipitation ...

    현재 유역단위 수문해석을 목적으로 장기간 자료 확보가 용이하고 신뢰도가 확보된 지상관측소 강수량 자료를 강우-유출 모형을 활용하여 유출량을 평가하고 있다. 지상관측소 강수량 자료를 ...

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    The rainfall-runoff model has been generally adopted to obtain a consistent runoff sequence with the use of the long-term ground-gauged based precipitation data. The Thiessen polygon is a commonly applied approach for estimating the mean areal rainfall from the ground-gauged precipitation by assigning weight based on the relative areas delineated by a polygon. However, spatial bias is likely to increase due to a sparse network of the rain gauge. This study aims to generate continuous runoff sequences with the mean areal rainfall obtained from radar rainfall estimates through a PRMS rainfall-runoff model. Here, the systematic error of radar rainfall is corrected by applying the G/R Ratio. The results showed that the estimated runoff using the corrected radar rainfall estimates are largely similar and comparable to that of the Thiessen. More importantly, one can expect that the mean areal rainfall obtained from the radar rainfall estimates are more desirable than that of the ground in terms of representing rainfall patterns in space, which in turn leads to significant improvement in the estimation of runoff.


    현재 유역단위 수문해석을 목적으로 장기간 자료 확보가 용이하고 신뢰도가 확보된 지상관측소 강수량 자료를 강우-유출 모형을 활용하여 유출량을 평가하고 있다. 지상관측소 강수량 자료를 이용하여 면적평균 강수량을 산정하는데 있어 일반적으로 지상관측소의 위치 정보를 바탕으로 Thiessen 다각형법을 널리 이용하고 있으나 지상관측소의 공간적 편중으로 인해 면적평균 강수량 산정과정에서 제약이 있다. 본 연구에서는 시공간적으로 연속적인 강수량 관측이 가능한 기상레이더 자료를 이용하여 유역단위 면적평균 강수량을 산정하고 이를 PRMS 모형의 입력 자료로 활용하여 유출량을 평가하였다. 세부적으로 레이더 강수량의 편의 오차를 해결하기 위하여 G/R Ratio 기법을 적용하여 유역별로 레이더 강수량을 보정하였다. 레이더 강수량을 이용한 유출특성은 Thiessen 면적강수량을 이용한 유출의 통계적 특성을 현실적으로 재현하였다. 지상 관측소에 의존하여 생산하는 Thiessen 면적강수량에 비하여 레이더 강수량을 활용하는 것이 유역에 발생하는 강수의 공간적 특성을 효과적으로 반영하는 것으로 사료되며 향후 수문해석에서 정확도를 확보한 유출량을 제시할 것으로 판단된다.

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    July 2020
  • Research Article

    Basic study on development of the radon measurement system in groundwater stations for the seismic monitoring and prediction

    지진모니터링과 예측을 위한 지하수관측소내 라돈 측정시스템 개발 기초연구

    Jang, Suk Hwan, Lee, Jae-Kyoung, Lee, Sang Yoon, Oh, Kyung Doo

    장석환, 이재경, 이상윤, 오경두

    This study developed the radon measurement system that can be used for crustal movement monitoring and seismic occurrence and prediction, and compared ...

    본 연구에서는 지각운동 모니터링과 지진발생 및 예측에 활용가능한 라돈 측정시스템을 개발하였으며, 라돈 측정시스템의 시범운영 결과와 지진발생 사례를 분석하였다. 첫 번째로, 개발된 라돈 ...

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    This study developed the radon measurement system that can be used for crustal movement monitoring and seismic occurrence and prediction, and compared and analyzed the results of test-operated radon measurement system and observed seismic occurrence cases. First, the developed radon measurement system consists of an NB-IoT radon measurement device, data center, data analysis, and data supply server. Because the measured radon data can be remotely trasmitted by using NB-IoT, this system is very suitable for installation and operation in unmaaned groundwater station. Second, the developed radon measurement device was test-operated at two groundwater stations in Gimpo from May to July 2019. The measured radon data was compared with the groundwater-level and electrical conductivity measurement data, and it was confirmed that the radon measurement device developed in this study has some potential for commercialization. Finally, from November 2019 to February 2020, three observed seismic cases and daily measured radon, groundwater-level, electrical conductivity data by the NB-IoT radon measurement device installed at three groundwater stations in Pohang, which is a test-bed, were compared and analyzed. As a result of the analysis, it was confirmed that the seismic occurrence correlated with radon, groundwater level, and electrical conductivity and all of these measured data will be able to provide basic data to help in seismic monitoring and prediction in the future.


    본 연구에서는 지각운동 모니터링과 지진발생 및 예측에 활용가능한 라돈 측정시스템을 개발하였으며, 라돈 측정시스템의 시범운영 결과와 지진발생 사례를 분석하였다. 첫 번째로, 개발된 라돈 측정시스템은 NB-IoT 라돈 측정기기, 데이터센터, 자료분석 및 자료제공 서버로 구성되며, NB-IoT를 활용하므로 측정된 자료의 원격전송이 가능하기 때문에 이 시스템은 무인 지하수관측소에 설치 및 운영에 매우 적합하다. 두 번째로 개발된 라돈 측정기기를 김포지역 지하수관측소에서 2019년 5월부터 7월까지 시범운영하였다. 측정된 라돈값을 지하수위와 전기전도도 측정자료와 비교하였으며, 본 연구에서 개발한 라돈 측정기기가 상용화하는데 어느 정도 가능성이 있음을 확인하였다. 마지막으로 2019년 11월부터 2020년 2월까지 3개 지진발생 사례와 Test-bed인 포항지역 지하수관측소에 설치된 NB-IoT 라돈 측정기기의 일단위 라돈 측정값, 일단위 지하수위, 일단위 전기전도도의 변동성을 비교·분석하였다. 분석결과, 지진발생이 라돈, 지하수위, 전기전도도와 어느 정도 상관관계가 있음을 확인하였으며, 본 측정자료가 향후 지진모니터링 및 예측에 도움이 되는 기초자료 제공이 가능함을 확인하였다

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    July 2020
  • Research Article

    Potential damage assessment of inland wetlands by topsoil erosion

    표토침식에 따른 내륙습지 훼손 가능성 평가

    Kim, Seongwon, Jeong, Anchul, Lee, Daeeop, Lee, Giha

    김성원, 정안철, 이대업, 이기하

    The purpose of this study is to suggest a quantitative assessment of wetland damage considering the effects of topsoil erosion and deposition ...

    본 연구는 강우로부터 나타나는 표토침식과 퇴적의 영향을 고려하여 습지 훼손에 대한 정량적인 평가가 가능한 방안을 제시하고자 하였다. 용담댐 상류에 위치하고 있는 천천유역은 ...

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    The purpose of this study is to suggest a quantitative assessment of wetland damage considering the effects of topsoil erosion and deposition from rainfall. In the Cheoncheon Basin located upstream of the Yongdam Dam, 16 wetlands are located, but the lacustrine and small palustrine wetland were analyzed for possible damage to erosion and deposition. As a result of applying typhoon events in 2002 and 2003, the sediment load from the upper basin was the highest at 2.30% (22,548 m3) of low water capacity. The average sediment load in the mountain areas was found to be 0.03% of the low water capacity, and it was analyzed to be less damaging than the lacustrine with relatively large watershed. as a result of the model, the lacustrine wetland, where a large area is used as agricultural land, shows a high probability of sediment yield, so it is highly likely to damage the wetland by topsoil erosion.


    본 연구는 강우로부터 나타나는 표토침식과 퇴적의 영향을 고려하여 습지 훼손에 대한 정량적인 평가가 가능한 방안을 제시하고자 하였다. 용담댐 상류에 위치하고 있는 천천유역은 16개의 습지가 존재하며, 습지훼손 가능성에 대한 평가는 호수형습지와 소택지를 대상으로 이뤄졌다. 2002년, 2003년에 발생한 태풍사상을 적용한 결과, 벽남제습지의 경우 상류유역에서 유입되는 토사량은 저수용량의 2.30%(22,548 m3)로 가장 높았다. 산지영역에 위치하고 있는 소택지의 평균 유입토사량은 저수용량의 0.03%로 나타났으며 비교적 넓은 유역을 가지는 호수형습지보다 훼손가능성이 낮은 것으로 분석되었다. 넓은 면적이 농경지로 사용되고 있는 호수형습지는 모형의 결과에서 토사유입량이 높은 것으로 나타나 토양침식에 의한 습지훼손 가능성이 높을 것으로 판단된다.

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    July 2020
  • Research Article

    Estimation of delay time between precipitation and groundwater level in the middle mountain area of Pyoseon watershed in Jeju Island using moving average method and cross correlation coefficient

    이동평균법과 교차상관계수를 이용한 제주도 표선유역 중산간지역의 강수량과 지하수위 간의 지체시간 추정

    Shin, Mun-Ju, Moon, Soo-Hyoung, Koh, Gi-Won, Moon, Duk-Chul

    신문주, 문수형, 고기원, 문덕철

    In order to provide information for proper management of groundwater resources, it is necessary to estimate the rise time of groundwater level ...

    지하수자원의 적절한 관리를 위한 정보제공을 위해서는 강수량과 지하수위 시계열자료 간의 지체시간 계산을 통한 지하수위 상승시기 추정 및 지하수위 변동특성 파악이 필요하다. 본 ...

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    In order to provide information for proper management of groundwater resources, it is necessary to estimate the rise time of groundwater level by calculating the delay time between the time series of precipitation and groundwater level and to understand the characteristics of groundwater level variation. In this study, total delay time (TDT) and cross correlation coefficient between the moving averaged precipitation generated by using the moving average method to take into account the preceding precipitation and the groundwater level were calculated and analyzed for the nine groundwater level monitoring wells in the Pyoseon watershed in the southeast of Jeju Island. As a result, when the moving averaged precipitation was used, the correlation with the groundwater level was higher in all monitoring wells than in the case of using the raw precipitation, so that it was possible to more clearly estimate the delay time between precipitation and groundwater level. When using the moving averaged precipitation, it had cross correlation coefficients of up to 0.57 ~ 0.58 with the time series data of the groundwater level, and had a relatively high correlation when considering the preceding precipitation of about 24 days on average. The TDT was about 32 days on average, and it was confirmed that the consideration of preceding precipitation plays an important role in estimating the TDT because the days of moving averaged precipitation greatly influences the calculation of the TDT. In addition, through the use of moving averaged precipitation, we found an error in estimating the TDT due to the use of raw precipitation. Through the method of estimating the TDT used in this study and the use of the R code for estimating the TDT presented in the appendix of this paper, it will be possible to estimate the TDT for other regions in the future relatively easily.


    지하수자원의 적절한 관리를 위한 정보제공을 위해서는 강수량과 지하수위 시계열자료 간의 지체시간 계산을 통한 지하수위 상승시기 추정 및 지하수위 변동특성 파악이 필요하다. 본 연구에서는 제주도 남동쪽 표선유역 중산간지역에 위치한 9개 지하수위 관측정 지점을 대상으로 선행강수를 고려하기 위해 이동평균법을 활용하여 생성한 이동평균 강수량 시계열자료와 지하수위 시계열자료 간의 일단위 총 지체시간 및 교차상관계수를 계산하고 추정결과를 비교분석 하였다. 분석결과 이동평균 강수량 시계열자료를 사용시 원시 강수량 시계열자료를 사용한 경우보다 모든 관측정에서 지하수위 시계열자료와의 상관성이 증가함으로써 보다 명확한 강수량-지하수위 지체시간 추정이 가능하였다. 이동평균 강수량 시계열자료 사용시 지하수위 시계열자료와 최대 0.57~0.58까지의 교차상관계수를 보였으며 평균적으로 약 24일의 선행강수를 고려할 경우 상대적으로 높은 상관성을 보였다. 총 지체시간은 평균적으로 약 32일 이었으며 이동평균 강수일이 총 지체시간 계산에 큰 영향을 미침으로써 선행강수의 고려가 총 지체시간 추정시 중요한 역할을 하는 것을 확인하였다. 또한 이동평균 강수량 시계열자료 사용을 통해 원시 강수량 시계열자료 사용에 의한 총 지체시간 추정오류를 발견하였다. 본 연구에서 사용한 총 지체시간 추정방법과 본 논문의 부록에 제시된 총 지체시간 추정용 R 코드의 활용을 통해 향후 다른 지역에 대한 총 지체시간을 비교적 쉽게 추정할 수 있을 것으로 판단된다.

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    July 2020
  • Research Article

    A feasibility modeling of potential dam site for hydroelectricity based on ASTGTM DEM data

    ASTGTM 전지구 DEM 기반의 수력발전댐 적지분석 사전모델링

    Jang, Wonjin, Lee, Yonggwan, Kim, Seongjoon

    장원진, 이용관, 김성준

    A feasibility modeling for potential hydroelectric dam site selection was suggested using 1 sec ASTGTM (ASTER Global Digital Elevation Model) and Terra ...

    본 연구에서는 해외 수력댐 건설 프로젝트의 사전조사 기초자료 제공을 위하여 댐 위치 결정을 위한 사전적지분석 알고리즘을 개발하고, 위성영상 수치표고자료인 ASTER Global Digital ...

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    A feasibility modeling for potential hydroelectric dam site selection was suggested using 1 sec ASTGTM (ASTER Global Digital Elevation Model) and Terra/Aqua MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) derived land use (MCD12Q1) data. The modeling includes DEM pre-processing of peak, sink, and flat, river network generation, watershed delineation and segmentation, terrain analysis of stream cross section and reservoir storage, and estimation of submerged area for compensation. The modeling algorithms were developed using Python and as an open source GIS. When a user-defined stream point is selected, the model evaluates potential hydroelectric head, reservoir surface area and storage capacity curve, watershed time of concentration from DEM, and compensation area from land use data. The model was tested for 4 locations of already constructed Buhang, BohyunMountain, Sungdeok, and Yeongju dams. The modeling results obtained maximum possible heads of 37.0, 67.0, 73.0, 42.0 m, surface areas of 1.81, 2.4, 2.8, 8.8 km2, storages of 35.9, 68.0, 91.3, 168.3×106 m3 respectively. BohyunMountain and Sungdeok show validity but in case of Buhang and Yeongju dams have maximum head errors. These errors came from the stream generation error due to ASTGTM. So, wrong dam watershed boundary limit the head. This study showed a possibility to estimate potential hydroelectric dam sites before field investigation especially for overseas project.


    본 연구에서는 해외 수력댐 건설 프로젝트의 사전조사 기초자료 제공을 위하여 댐 위치 결정을 위한 사전적지분석 알고리즘을 개발하고, 위성영상 수치표고자료인 ASTER Global Digital Elevation Model (ASTGTM)과 토지피복자료인 Terra/Aqua combined Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) MCD12Q1를 사용하였다. 사전적지분석 알고리즘은 DEM의 전처리, 하천망생성, 유역분할과 지형정보를 고려한 적지분석과 댐 건설 시 수몰면적에 따른 보상면적 산정 알고리즘을 포함하고 있으며 Python기반의 오픈소스 GIS로 구현되었다. 적지분석은 사용자가 하천 위의 지점을 선택하면, DEM으로부터 낙차, 도달시간, 내용적곡선과 같은 지형정보와 토지피복자료를 통한 보상면적을 기반으로 지점의 적지여부를 평가한다. 분석알고리즘은 국내 부항, 보현산, 성덕, 영주댐을 대상으로 시범적용 됐으며 해당 지점의 가능 최대낙차는 각각 37, 67, 73, 42 m로 나타났으며 최대저수면적은 1.81, 2.4, 2.8, 8.8 km2 최대저수량은 35.9, 68, 91.3, 168.3×106 m3으로 나타났다. 보현산과 성주 댐에서는 타당성을 보였으나, 부항과 영주 댐의 경우 ASTGTM 에러로 인한 잘못된 하천망과 유역경계로 인해 낙차가 제한됨을 보였다, 본 연구의 결과는 향후 해외 수력댐 사업 진출시 사전분석에서 적지의 지형학적 평가에 도움이 될 것으로 기대된다.

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    July 2020
  • Research Article

    Development of pan coefficient model for estimating evaporation: focused on Seoul station

    증발량 산정을 위한 증발접시계수 산정모형 개발: 서울지점을 중심으로

    Rim, Chang-Soo

    임창수

    The six current models for estimating pan coefficient were applied to test the applicability of models in Seoul, South Korea. The models ...

    서울지역에 대해서 6개의 증발접시계수 산정모형들로부터 산정된 증발접시계수를 측정된 증발접시 증발량과 FAO Penman-Monteith 기준증발산량으로부터 산정된 증발접시계수와 비교함으로서 증발접시계수 산정모형들의 활용 적합성을 평가하였다. 적용된 ...

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    The six current models for estimating pan coefficient were applied to test the applicability of models in Seoul, South Korea. The models are Cuenca’s model, Snyder’s model, Pereira et al.’s model, Allen et al.’s model, Orang’s model, and Raghuwanshi and Wallender’s model. The estimated pan coefficients were compared with measured one. The measured pan coefficient was obtained by using measured pan evaporation and FAO Penman-Monteith reference evapotranspiration. Estimated evaporation by using estimated pan coefficients was compared with measured one. Furthermore, model for estimating pan coefficient in Seoul was developed. When applying 6 current models for 10 m, 15 m and 20 m fetch distances, pan coefficient estimates from Snyder’s model were most similar to measured pan coefficients for all fetch distances. On the other hand, pan coefficient estimates from Pereira et al.’s model were most different from measured one. Therefore, model for estimating pan coefficient in Seoul was developed by modifying Snyder’s model. When applying developed model, estimated monthly average evaporation was 92.1 mm for 10 m, 15 m and 20 m fetch distances and measured one was 91.9 mm, indicating that evaporation estimate from developed model is closest to measured one, compared with those of current models.


    서울지역에 대해서 6개의 증발접시계수 산정모형들로부터 산정된 증발접시계수를 측정된 증발접시 증발량과 FAO Penman-Monteith 기준증발산량으로부터 산정된 증발접시계수와 비교함으로서 증발접시계수 산정모형들의 활용 적합성을 평가하였다. 적용된 6개의 모형은 Cuenca 모형, Snyder 모형, Pereira 등의 모형, Allen 등의 모형, Orang 모형, 그리고 Raghuwanshi와 Wallender 모형이다. 또한 산정된 증발접시계수를 이용하여 산정된 증발량을 관측된 증발량과 비교분석하였으며, 비교결과를 바탕으로 서울지역에 대해서 증발접시계수 산정모형을 개발하였다. 연구결과에 의하면 기존에 연구자들에 의해서 제안된 6개 증발접시계수 산정모형을 10 m, 15 m 그리고 20 m의 풍역대 거리로 설정하여 적용하는 경우 모든 풍역대 거리에서 Snyder에 의해서 제안된 증발접시계수가 가장 양호한 증발접시계수 산정값을 보였다. 반면에 Pereira 등의 모형으로부터 산정된 증발접시계수 값이 관측값과 가장 큰 차이를 보였다. 따라서 서울지역을 대상으로 Snyder모형을 수정한 증발접시계수 산정모형을 유도하였다. 본 연구에서 제시한 모형을 적용하는 경우 모든 풍역대 거리(10 m, 15 m, 20 m) 조건에서 산정된 월평균 증발량은 동일하게 92.1 mm이고 관측된 월평균 증발량은 91.9 mm로서 다른 모형들과 비교하여 가장 근사한 결과를 보였다.

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    July 2020