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문제 정의
- 본 논문에서는 그 중 일부인 영월 2, 판운 및 주천관측소에 대한 결과를 정리히였다.
- 이러한 과정은 결국 본 연구의 성격을 모형 매개변수의 결정을 위한 지역화 연구로 바꾸어 놓게 된다. 본 연구도 궁극적으로는 IHACRES 모형의 미관측유역 적용성을 평가하기 위한 매개변수의 지역화에 초점을 맞추게 된다.
- 본 연구에서는 IHACRES 모형을 이용히여 충주댐 유역내 12개 지점(정선2, 거운, 영월2, 영월, 이목정, 장평교, 백옥포, 상안미, 하반정, 방림, 판운, 주천, 영월1 수위관측소) 에대한 관측유량자료에 대한 평가를 수행하였다. 특히, IHACRES 모형의 매개변수 중 지형특성 관련 매개변수를 지역화 기법을 이용하여 정량화할 수 있고, 이를 대상유역인중주댐 유역의 여러 수위 관측지점에 적용하는 과정을 함께 수행하였다.
- 이는 기후특성 관린 매개변수가 대체로 일정한 값들로 추정되는 결과와 상반된다. 이에 본 연구에서는 유역특성인자인 유로연장, 유역면적, 유역경사, 히천경사를 고려히는 다변량 회귀분석을 통히여 각 매개변수와 유역 특성인지외의 연관성을 살펴보았다.
- 것을 말한다(Blschl and Sivapalan, 1995). 즉, 계측유역의 수문자료에 모형을 적용히여 얻어진 정보를 미계측유역에 적용하는 것이다. 강우-유출과정의 지역화 연구는 수문학적으로 동질성을 가진 지역은 비슷한 경향의 유출특성이 나타난다는 전제히에 수행된다.
제안 방법
- (3) 유역에 대해 일관되게 적용된 기후특성 매개변수와 지형 특성을 고려하여 각각 추정된 지형특성 매개 변수를 이용하여 충주댐 유역 내 12개 수위관측지점에 대한 관측 유량을 평가하였다. 그 결과 상안미, 영월 1 지점의 유량 자료가 상대적으로 정도가 높은 것으로 확인되었고, 영월, 백옥포, 판운 지점의 경우는 유출자료의 품질이 상대적으로 낮은 것으로 파악되었다.
- 상류로부터 거리의 함수로 나티낸 것이다. 각 지점에서의 매개변수는 년도별 추정치를 상대도수로 나티내어 그 특성을 살펴불 수 있도록 하였다. 그러나 지형특성을 반영하는 매개변수 tq, M *는 어떤 특정 인지에 의존되는 뚜렷한 경향을 보이지 않는다.
- , 1996)을 이용히여 결정히였다. 매개변수의 추정은 년도별로 각각 수행히였으며 , 유역의 관측치가 너무 좋지 않아 각각에 대해 관측치와 모의치를 비고히여둘 사이의 결정계수 R squared 값이 0.5 이상인 경우만을곤라 매개변수의 지역화에 사용하였다.
- 매개변수를 추정히였다. 먼저 기후특성 관린 매개 변수는 기존 연구사례를 비교히여 각 매개변수의 주정값을 사'용히였으며, 나머지 지형관련 매개변수는 일종의 최적화 방법인 격지팀색법(Jake man ct al., 1996)을 이용히여 결정히였다. 매개변수의 추정은 년도별로 각각 수행히였으며 , 유역의 관측치가 너무 좋지 않아 각각에 대해 관측치와 모의치를 비고히여둘 사이의 결정계수 R squared 값이 0.
- 먼저 표 1과 같이 선별된 자료를 이용하여 충주댐 유역 의정선 2, 거운, 영월2, 영월, 이목정, 장평교, 백옥포, 상안미, 방림, 판운, 주천, 영월1 수위관측소에 대한 IHACRES 모형의 매개변수를 추정히였다. 먼저 기후특성 관린 매개 변수는 기존 연구사례를 비교히여 각 매개변수의 주정값을 사'용히였으며, 나머지 지형관련 매개변수는 일종의 최적화 방법인 격지팀색법(Jake man ct al.
- 본 연구에서는 먼저, 충주댐 유역의 12개 수위관측소의 가용자료를 분석하여 매개변수의 추정 및 지역화 과정에 사용될 수 있는 부분을 결정하는 것에서 시작한다. 이들 자료를 이용하여 매개변수를 추정하고, 그 결과는 지형 특성 인자들과의 회귀분석을 통해 정량화 한다.
- 반영하는 매개변수로 구분할 수 있다. 본 연구에서는 특히 유역의 지형특성과 관련된 매개변수 t(1, ts, &에 영향을 미치는 유역특성인지를 선택하고 이들 사이의 관계를 파악하여 매개변수를 미계측유역에 전이하는 방법을 선택하였다. 유역특성인자로는 유출특성에 크게 영향을 미칠 것으로 판단되는 유로연장, 유역면적, 유역경사, 하천경사를 선택히여사용하였다.
- kr)에서 획득하였다. 본 연구에서는 획득한 수위-유량관계곡선식을 적용하여 각 관측소별 우기의 유량 자료를 계산하고, 이를 강우자료와 비교 평가하여 사용에 큰 문제가 없는 부분을 선별하였다. 그 결과는 표 1과 같다.
- 본 장에서는 전장에서 추정된 회귀식을 통해 결정된 IHACRES 모형의 매개변수를 적용히여 12개 수위관측소의 관측 유량을 평가하고 아울러 결측 부분에 대한 보완을 수행하였다. 본 논문에서는 그 중 일부인 영월 2, 판운 및 주천관측소에 대한 결과를 정리히였다.
- 홍종선, 2000). 아울러 각 단계별로 적합도 검정, 유의성 검정, 잔차분석, 독립성 검토, 정규성 검토, 등분산성 검토, 다중공선성 검토 등을 수행하여 결과의 신뢰도를 확보하였다. 그 결과는 다음과 같다.
- 따라서 추정된 회귀식의 정확성을 획인해 불 필요가 있다. 이런 목적으로 결정된 회귀 식으로 추정된 IHACRES 모형의 유출 모의결과를 충주댐의유입링과 비교하였다. 사료된 자료는 1986년부터 2003년까지 충주댐 유입량지료, 대관령관측소의 기상자료, 충주댐 유역의 면적 평균강우량 등이다.
- 유역특성인자로는 유출특성에 크게 영향을 미칠 것으로 판단되는 유로연장, 유역면적, 유역경사, 하천경사를 선택히여사용하였다. 충주댐 유역의 12개 수위관측소를 지점으로 하여 계측유역에서 각 매개변수와 유역특성인지외의 연관성을파악히고 회귀식을 산정한 후 이 식을 미계측유역에 적용하여 그 적용성을 획인해보았다.
- 특히, IHACRES 모형의 매개변수 중 지형특성 관련 매개변수를 지역화 기법을 이용하여 정량화할 수 있고, 이를 대상유역인중주댐 유역의 여러 수위 관측지점에 적용하는 과정을 함께 수행하였다. 기후특성을 반영하는 매개변수의 경우는 기존 연구사례들을 비교 평가한 연구의 결과에 근거하여 결정할 수 있다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 괸측자료의 신뢰성이 높으며 인위적인 영향을 받지 않는 지점으로 판단되는 정선2, 거운, 영월2, 영월, 이목정, 장평교, 백옥포, 상안미, 방림, 판운, 주천, 영월1 수위관측소를 대상지점으로 선정하였다. 관측 유량은 이들 각 지점의 수위자료를 수위-유량관계곡선식을 이용하여 결정하였으며, 강우자료로는 중주댐 유역 강우관즉소 자료를, 기온자료는 대관령 지점의 것을 이용하였다.
- 마지막으로 주천 관측소의 경우에는 1982년부터 1989년, 1995년부터 2001년의 15년간 자료가 가용하다. 역시 앞에서와 동일한 방법으로 관측자료를 검토한 결과는 그림 9 및 10과 같다.
- 먼저 각 수위관측소의 수위-유량관계곡선식은 수자원종합정보 홈페이지 (www.wamis.or.kr)에서 획득하였다. 본 연구에서는 획득한 수위-유량관계곡선식을 적용하여 각 관측소별 우기의 유량 자료를 계산하고, 이를 강우자료와 비교 평가하여 사용에 큰 문제가 없는 부분을 선별하였다.
- 먼저, 영월2 관측소의 관측자료로는 1986년부터 2003년까지의 약 18년간의 유링지료(수위지료와 수위-유량 관계곡선) 가 있다. 회귀식에 의해 계산된 모형의 매개변수를 적용한 결과는 그림 5 및 6과 같다.
- 충주댐 유역은 상대적으로 규모가 큰 자연유역으로, 특히 IHP 대표유역인 평창강 유역이 있어 수문자료의 확보가 보다 유리한 유역이다. 본 연구에서는 괸측자료의 신뢰성이 높으며 인위적인 영향을 받지 않는 지점으로 판단되는 정선2, 거운, 영월2, 영월, 이목정, 장평교, 백옥포, 상안미, 방림, 판운, 주천, 영월1 수위관측소를 대상지점으로 선정하였다. 관측 유량은 이들 각 지점의 수위자료를 수위-유량관계곡선식을 이용하여 결정하였으며, 강우자료로는 중주댐 유역 강우관즉소 자료를, 기온자료는 대관령 지점의 것을 이용하였다.
- 본 연구에서는 충주댐 유역을 대상유역으로 선정하였다. 충주댐 유역은 상대적으로 규모가 큰 자연유역으로, 특히 IHP 대표유역인 평창강 유역이 있어 수문자료의 확보가 보다 유리한 유역이다.
- 이런 목적으로 결정된 회귀 식으로 추정된 IHACRES 모형의 유출 모의결과를 충주댐의유입링과 비교하였다. 사료된 자료는 1986년부터 2003년까지 충주댐 유입량지료, 대관령관측소의 기상자료, 충주댐 유역의 면적 평균강우량 등이다. 그 결과는 그림 4와 같다.
- 본 연구에서는 특히 유역의 지형특성과 관련된 매개변수 t(1, ts, &에 영향을 미치는 유역특성인지를 선택하고 이들 사이의 관계를 파악하여 매개변수를 미계측유역에 전이하는 방법을 선택하였다. 유역특성인자로는 유출특성에 크게 영향을 미칠 것으로 판단되는 유로연장, 유역면적, 유역경사, 하천경사를 선택히여사용하였다. 충주댐 유역의 12개 수위관측소를 지점으로 하여 계측유역에서 각 매개변수와 유역특성인지외의 연관성을파악히고 회귀식을 산정한 후 이 식을 미계측유역에 적용하여 그 적용성을 획인해보았다.
- 판운 관측소의 경우에는 1993년부터 2003년의 10년간 자료- 가용하다. 앞의 경우와 동일한 방법으로 수행한 결과는 그림 7 및 8과 같다.
데이터처리
- 수 있는 부분을 결정하는 것에서 시작한다. 이들 자료를 이용하여 매개변수를 추정하고, 그 결과는 지형 특성 인자들과의 회귀분석을 통해 정량화 한다. 매개변수 중 일부는 기후 특성에 영향을 받으므로 따로 처리해 주어야 한다.
- 그림 3 과 같이 격자탐색방법을 이용히여 모형의 최적 매개 변수를 찾는 과정을 거치다 보면 여러 특성을 반영히기 위히히여 매개변수들이 한 특성에 여러가지 값을 보인다. 이러한 값 중에서 지역특성에 맞는 최적의 변수를 찾기 위히여 회귀 식을 이용한 분석을 실시히였으며 그 결과는 표 3과 같다.
이론/모형
- 본 연구는 관측된 유량자료의 평가를 주요 목적으로 하며, IHACRES 모형 (Jakeman et al., 1996; Jakeman and Hornberger, 1993)을 적용하여 연구를 수행하였다. 본 연구의 내용은 근본적으로 주어진 모형을 미관측 유역에 적용하는 것과 유사한 성격을 갖는다.
- 그 결과는 그림 4와 같다. 이 결과에 대한 정량적 평가를 위해 표 4의 식을 이용히여 모의치와 관측치 사이의 결정계수(R squared), 모의치와 관측치에 제곱근을 취한 후 추정한 결정계수(R2_sqrt), 마지막으로 모의치외- 관측치에 대수를 취한 후 추정한 결정계수(R2_log)를 이용하였다. 이들 값들은 관측치의 신뢰도 차이, 강우 특성의 차이 등을 반영히기 위해 년 단위로 추정히였다(표 5).
- 회귀분석 과정으로는 단계별선택법을 사용하였다(베 현웅, 2004; 홍종선, 2000). 아울러 각 단계별로 적합도 검정, 유의성 검정, 잔차분석, 독립성 검토, 정규성 검토, 등분산성 검토, 다중공선성 검토 등을 수행하여 결과의 신뢰도를 확보하였다.
성능/효과
- (2) IHACRES 모형의 지형특성 매개변수인 tq, ts, v느 지형 특성 인자인 유역면적, 유로연장, 하천경사, 유역 경사와의 회귀분석을 통한 지역화를 통해 적절히 추정할 수 있음을 확인하였다. 특히, 이들 매개변수의 불확실성이 기후 특성 매개변수보다 큼에도 불구하고, 아울러 최적화 기법에 근거하여 추정된 매개변수의 변동성도 상당히 큼에도 불구하고 추정된 회귀식의 정도는 매우 높은 것으로 확인되었다.
- (4) 본 연구를 통하여 IHACRES 모형을 이용하여 우리나라의 기후특성에 따른 기후매개변수를 확인하고, 각 지역 특성을 이용한 매개변수를 확인할 수 있었다. 이 매개변수를 활용하여 역으로 미계측 유역의 유출 모의, 기 관측된 유량자료의 평가, 결측 및 오측된 유량자료부 분의 보완 등 다양한 목적에 효과적으로 활용될 수 있음을 확인하였다.
- 관측소도 있었다. 거운관측소의 경우 관측자료가 2년밖에 없어 유줄을 예즉해 보는 정도로 그칠 수 밖에 없었으며, 영월관측소의 경우는 관측자료 중 15%, 영월2 관측소의 경우 관측지료 중 33%, 이목정 괸측소의 경우는 관측자료 중 30%, 장평교 관측소의 경우 관측자료 중 45%, 백옥포 관측소의 경우 관즉지료 중 15%, 상안미 관즉소의 경우 관즉자료 중 60%, 방림교 관측소의 경우 관측지료 중 45%, 판운관측소의 경우 관측자료 중 20%, 영월 1관측소의 경우 관측지료 중 69%, 주천 관측소의 경우 관측지료 중 40%가 결정계수가 0.5이상인 양호한 관측자료 임을 알 수 있다. 이처럼 관측소별로 지료의 신뢰도가 많이 낮음을 알 수 있었으며, 관측소별로 신뢰도가 다르게 나타남을 알 수 있었다.
- 이들 값들은 관측치의 신뢰도 차이, 강우 특성의 차이 등을 반영히기 위해 년 단위로 추정히였다(표 5). 그 결과 R squared값이 0.6이상, R2_sqrt값이 0.72이상, R2_log값이 0.65 이상을 보여 본 연구에서 결정한 회귀식의 정획성이 높은 것으로 판단할 수 있었다. 참고로 표 5 및 그림 4에서 1990년에 해당히는 내용이 없는 것은 이때의 관측지료가 모의지료외- 매우 달라 평가를 보류하였기 때문이다.
- 평가하였다. 그 결과 상안미, 영월 1 지점의 유량 자료가 상대적으로 정도가 높은 것으로 확인되었고, 영월, 백옥포, 판운 지점의 경우는 유출자료의 품질이 상대적으로 낮은 것으로 파악되었다. 전체적으로 보면 고려된 12개 지점의 관측품질에 많은 차이가 확인되며, 따라서 보다 일관된 관측품질의 확보를 위한 방안의 마련이 시급함을 판단할 수 있었다.
- 5의 값을 적용할 수 있다. 본 연구에서는 제시된 값의 정확도를 판단해보기 위하여 중간값을 적용하였으며, 그 결과 충주댐 유역의 유출특성을 잘 반영함을 확인할 수 있었다.
- 위에서 언급한 기존의 연구사례들을 분석하여 우리나라의 특성과 비교한 결과 기본적으로 손실모듈의 매개변수 C, f는 주로 기후특성에 영향을 받는 것으로 파악되었으며, 반대로 선형모듈의 매개변수 tq, ts, *는 주로 지형특성에 영향을 받는다. 예를 들어 유출특성과 관련된 매개변수인 C는 불 투수 면적 비가 크거나 또는 호우가 빈번한 지역처럼 토양의 포화도가 크게 유지되는 지역일수록 값이 크게 나타난다.
- 이용한 매개변수를 확인할 수 있었다. 이 매개변수를 활용하여 역으로 미계측 유역의 유출 모의, 기 관측된 유량자료의 평가, 결측 및 오측된 유량자료부 분의 보완 등 다양한 목적에 효과적으로 활용될 수 있음을 확인하였다. 특히 모형의 매개변수를 기후 특성 및 지형자료를 이용한 적절한 지역화 과정을 통해 결정할 수 있다는 큰 장점이 있다.
- 5이상인 양호한 관측자료 임을 알 수 있다. 이처럼 관측소별로 지료의 신뢰도가 많이 낮음을 알 수 있었으며, 관측소별로 신뢰도가 다르게 나타남을 알 수 있었다. 특히, 상안미, 영월 1관측소의 경우는 양호한 자료가 많아 관리가 잘 되어왔다는 것을 추측해 볼 수 있었다.
- 그 결과 상안미, 영월 1 지점의 유량 자료가 상대적으로 정도가 높은 것으로 확인되었고, 영월, 백옥포, 판운 지점의 경우는 유출자료의 품질이 상대적으로 낮은 것으로 파악되었다. 전체적으로 보면 고려된 12개 지점의 관측품질에 많은 차이가 확인되며, 따라서 보다 일관된 관측품질의 확보를 위한 방안의 마련이 시급함을 판단할 수 있었다.
- 또한, 관측된 매개변수의 값들과 추정된 매개변수의 값들의 산포도는 그림 3과 같다. 전체적으로 보면, 유역의 기저유출의 감수율을 나티내는 매개변수 ts 값은 10에서부터 20까지의 깂을 나티내고 있고, 유역의 직접 유출의 감수율을 나타내는 매개변수 t느 09에서부터 1.2까지 값을 나타내고 있다. 기저유출의 부피비를 나티내는 매개변수 V느 0.
- 확인하였다. 특히, 이들 매개변수의 불확실성이 기후 특성 매개변수보다 큼에도 불구하고, 아울러 최적화 기법에 근거하여 추정된 매개변수의 변동성도 상당히 큼에도 불구하고 추정된 회귀식의 정도는 매우 높은 것으로 확인되었다. 이는 충주댐의 유입량을 모의한 결과에서도 확인되었다.
- 표 6에 나타난 것과 같이, IHACRES 모형의 매개 변수를 산정하여 각 관측소별 적용한 결과 관측소별 자료가 양호한 결과를 보이는 관측소가 있는 반면에 그렇지 못한 결과를 보이는 관측소도 있었다. 거운관측소의 경우 관측자료가 2년밖에 없어 유줄을 예즉해 보는 정도로 그칠 수 밖에 없었으며, 영월관측소의 경우는 관측자료 중 15%, 영월2 관측소의 경우 관측지료 중 33%, 이목정 괸측소의 경우는 관측자료 중 30%, 장평교 관측소의 경우 관측자료 중 45%, 백옥포 관측소의 경우 관즉지료 중 15%, 상안미 관즉소의 경우 관즉자료 중 60%, 방림교 관측소의 경우 관측지료 중 45%, 판운관측소의 경우 관측자료 중 20%, 영월 1관측소의 경우 관측지료 중 69%, 주천 관측소의 경우 관측지료 중 40%가 결정계수가 0.
후속연구
- 특히 모형의 매개변수를 기후 특성 및 지형자료를 이용한 적절한 지역화 과정을 통해 결정할 수 있다는 큰 장점이 있다. 향후 기후변화에 따른 기후 특성 매개변수의 결정방안이 제시된다면 미래 홍수 유출의 특성변화를 살펴보는 데에도 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
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