하천유역의 수문현상 분석 및 예측에서 강우-유출 모형의 신뢰성 제고를 위해 대상유역에 적합한 매개변수의 선정은 매우 중요하다. 특히 단위도 이론을 이용한 유역의 홍수량 결정인자 중 하나는 유효우량이며, 이를 계산하기 위해 NRCS의 유출곡선지수방법이 주로 사용된다. 여기서 유효우량에 직접적인 영향을 미치는 인자는 선행토양함수조건(AMC 조건)이다. 본 연구에서는 국내 상황에 적합한 선행토양함수의 선정기준을 찾고자 하였다. 이를 위해 홍수량 실측자료가 양호한 댐 유입량을 이용하였으며, 유역면적을 고려해서 보령댐, 합천댐, 남강댐 등이 선정되었다. 홍수량 산정모형의 홍수사상별 적정 매개변수 검정을 위해 최적화 기법을 적용했으며, 목적함수와 매개변수에 따른 CN의 변동성을 살펴보았다. 이를 통해 SCS에서 제안한 CN이 유역의 물리적인 특성에 따른 결정론적 변수지만 실제로는 강우의 사상에 따라 달라질 수 있으며, 매개변수의 최적화 수행시에 꼭 포함되어야 함을 알 수 있었다. 강우사상별 CN의 변동성은 매우 크게 나타났지만 대부분의 상한값이 AMC-III 조건의 범위 내에 위치하였다. 이는 설계 홍수량의 산정을 위한 선행토양함수조건은 AMC-III가 적절한 기준임을 의미하는 것으로 판단되었다.
하천유역의 수문현상 분석 및 예측에서 강우-유출 모형의 신뢰성 제고를 위해 대상유역에 적합한 매개변수의 선정은 매우 중요하다. 특히 단위도 이론을 이용한 유역의 홍수량 결정인자 중 하나는 유효우량이며, 이를 계산하기 위해 NRCS의 유출곡선지수방법이 주로 사용된다. 여기서 유효우량에 직접적인 영향을 미치는 인자는 선행토양함수조건(AMC 조건)이다. 본 연구에서는 국내 상황에 적합한 선행토양함수의 선정기준을 찾고자 하였다. 이를 위해 홍수량 실측자료가 양호한 댐 유입량을 이용하였으며, 유역면적을 고려해서 보령댐, 합천댐, 남강댐 등이 선정되었다. 홍수량 산정모형의 홍수사상별 적정 매개변수 검정을 위해 최적화 기법을 적용했으며, 목적함수와 매개변수에 따른 CN의 변동성을 살펴보았다. 이를 통해 SCS에서 제안한 CN이 유역의 물리적인 특성에 따른 결정론적 변수지만 실제로는 강우의 사상에 따라 달라질 수 있으며, 매개변수의 최적화 수행시에 꼭 포함되어야 함을 알 수 있었다. 강우사상별 CN의 변동성은 매우 크게 나타났지만 대부분의 상한값이 AMC-III 조건의 범위 내에 위치하였다. 이는 설계 홍수량의 산정을 위한 선행토양함수조건은 AMC-III가 적절한 기준임을 의미하는 것으로 판단되었다.
In order to establish a rainfall-runoff model, calibration of hydrological parameters for the model is very important. Especially, Curve Number(CN), estimated by NRCS method, is a main factor to apply unit hydrograph theory to calculation of peak discharge. For using NRCS method, it is needed select...
In order to establish a rainfall-runoff model, calibration of hydrological parameters for the model is very important. Especially, Curve Number(CN), estimated by NRCS method, is a main factor to apply unit hydrograph theory to calculation of peak discharge. For using NRCS method, it is needed selecting AMC because CN is strongly connected with that. In this study, we focus our concern on finding a applicable standard for selecting AMC for CN. For this, three dams which are Boryeong, Habchon, Namgang are selected as target basins to use observed data including rainfall and dam inflow. As a result of this research, it is found that CN must be included as a calibrated parameter to calculate effective rainfall for the rainfall-runoff model. Also, it is preferred to use PWRMSE of HEC-HMS program as a objective function for optimizing hydrological parameters. From the analyzing result of variation of AMC for peak discharge, it is recommended to apply AMC-III to estimation of CN for calculating effective rainfall of design hydrograph.
In order to establish a rainfall-runoff model, calibration of hydrological parameters for the model is very important. Especially, Curve Number(CN), estimated by NRCS method, is a main factor to apply unit hydrograph theory to calculation of peak discharge. For using NRCS method, it is needed selecting AMC because CN is strongly connected with that. In this study, we focus our concern on finding a applicable standard for selecting AMC for CN. For this, three dams which are Boryeong, Habchon, Namgang are selected as target basins to use observed data including rainfall and dam inflow. As a result of this research, it is found that CN must be included as a calibrated parameter to calculate effective rainfall for the rainfall-runoff model. Also, it is preferred to use PWRMSE of HEC-HMS program as a objective function for optimizing hydrological parameters. From the analyzing result of variation of AMC for peak discharge, it is recommended to apply AMC-III to estimation of CN for calculating effective rainfall of design hydrograph.
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문제 정의
따라서, 본 연구에서는 유출곡선지수(CN)의 매개변수 검정(calibration) 과정이 필요한지를 검토하고, 매개변수 검정을 위한 최적화 기법 적용 시 이용되는 목적함수들의 성능을 평가하였다. 이를 통해 최종적으로는 설계홍수량의 산정시 적용되는 선행토양함수조건의 기준을 제시하고자 한다.
목적함수의 차이는 가중치를 어디에 두느냐의 차이로 구분되는데, 선택된 목적함수는 오차에 대한 가중치 비중을 다르게 주며 매개변수에 따라 홍수량이 산정된다. 본 연구에서는 각 목적함수에 따라 단위도의 형태나 기저시간 등의 변화 형태를 검토하고, 첨두홍수량의 관측치와 모의치의 오차를 확인하면서 적합한 목적함수를 선정하였다. 각 사상은 단일유역에 적용하였고, 탐색방법은 단일변량증감법(Univariate Gradient Method, UG)과 Nelder-Mead법(N&M)을 사용하였다.
본 연구에서는 유출곡선지수(CN)의 매개변수 검정(calibration) 과정이 필요한지에 대한 검토를 수행하고, 유출곡선지수 매개변수 검정의 최적화 기법 수행 시에 이용되는 목적함수들을 평가하였다. 이를 통해 설계홍수량의 산정시 적용되는 선행토양함수조건의 기준을 제시하고자 하였으며, 주요 결과를 정리하면 다음과 같다.
본 연구에서는 유출곡선지수(CN)의 매개변수 검정(calibration) 과정이 필요한지에 대한 검토를 수행하고, 유출곡선지수 매개변수 검정의 최적화 기법 수행 시에 이용되는 목적함수들을 평가하였다. 이를 통해 설계홍수량의 산정시 적용되는 선행토양함수조건의 기준을 제시하고자 하였으며, 주요 결과를 정리하면 다음과 같다.
따라서, 본 연구에서는 유출곡선지수(CN)의 매개변수 검정(calibration) 과정이 필요한지를 검토하고, 매개변수 검정을 위한 최적화 기법 적용 시 이용되는 목적함수들의 성능을 평가하였다. 이를 통해 최종적으로는 설계홍수량의 산정시 적용되는 선행토양함수조건의 기준을 제시하고자 한다.
가설 설정
2S)는 초기손실량(mm), F는 Iα를 제외한 침투량(mm), S는 최대잠재보유수량(mm), 그리고 λ는 초기손실계수이다. SCS 방법에서는 강우시점부터 어떤 시각까지의 총 유량 P에 대한 유효우량 Q의 비는 토양의 최대잠재보류수량 S에 대한 실제 보유수량 F의 비와 같다고 가정하였다. Eq.
제안 방법
대상유역의 유역 경계 구분 및 유역 특성인자를 추출하기 위해 국가수자원관리종합정보시스템(http://www.wamis.go.kr)에서 제공하는 수치표고모델(digital elevation model)에 대한 분석을 수행하였다. 본 연구에서는 배덕효 등(2003), 이병주 등(2003)이 토지피복항목별 CN값 산정에 대해 연구한 결과를 인용하여 대상유역에 대한 CN값을 산정하였다.
지금까지의 분석을 통해 CN을 산정하기 위해서 6가지 목적함수 중 PWRMSE의 적용이 추천되며, CN만이 아닌 도달시간과 저류상수 등의 매개변수를 포함한 최적화 수행이 타당할 것으로 분석되었다. 따라서 매개변수 Tc, K, CN의 조합에 따른 관측 및 계산 유출량 비교와 이에 따른 CN의 변동성에 대한 분석을 수행하였다.
최적화시 목적함수 PWRMSE의 경우가 관측치와 실측치의 오차가 적으며, 매개변수는 CN과 K가 포함된 CASE-1, CASE-3, CASE-5, CASE-7의 경우가 홍수량 산출에 적합한 것으로 판단되었다. 따라서, Table 3의 조건이 모두 반영된 각각의 CASE별로 적절한 CN을 산정하였으며, 홍수량 변화에 따른 CN의 변화특성 파악 및 경향 분석을 실시하였다. 이를 통해 Fig.
유철상 등(2005)은 AMC조건의 발생빈도를 검토하여 AMC조건의 적절성을 판단하였고, 선행강우량 기준에 따른 AMC의 구분기준을 탐색하였다. 또한 기후변화로 인해 강우의 특성이 달라지는 경우에 AMC조건의 변화에 대해 평가하였다. 그러나 이러한 연구성과들이 설계홍수량 결정을 위한 선행토양함수조건 결정의 객관적인 기준이 되지는 못하고 있는 실정이다.
유출모형의 매개변수 추정시 실측 유량자료가 있는 경우에는 적절한 검정(calibration)과 검증(verification) 과정을 통해 최적의 값을 도출할 수 있다. 본 과업에서는 댐 유입량 자료를 이용해서 최적 매개변수를 추정하였다. 이용된 수문사상은 대상 댐의 준공이후부터 2007년까지 자료를 이용하였으며, 일 우량자료를 이용해서 크기순으로 약 20개 정도씩의 사상을 선정하였다.
본 연구를 위해 사용한 HEC-HMS 프로그램에서 매개변수 최적화를 위한 목적함수는 다음과 같이 총 6개가 주어지며, 이들은 오차에 대한 가중치의 비중을 각각 다르게 주면서 최적화에 적용 및 평가된다.
본 연구에서는 앞서 조사한 자료를 바탕으로 각 댐 유역별로 Tc, K, CN의 3가지 매개변수의 포함 여부를 달리하는 4개 CASE로 구분해서 매개변수 최적화를 수행하였으며, CASE별 매개변수 조합조건은 Table 3과 같이 정리할 수 있다.
토양도는 농업과학기술원에서 제공하는 정밀토양도(1:25000)를 수집하여 수문학적 토양군으로 변환하였다. 이외에도 1:25,000 축척의 토지이용도를 이용하여 과업대상 유역의 평균 CN값을 산정하였다. GIS 분석은 ArcGIS 프로그램을 이용하였으며, 각 유역별로 유역면적, 유로연장 및 유로경사 등을 추출하였다.
각 사상은 단일유역에 적용하였고, 탐색방법은 단일변량증감법(Univariate Gradient Method, UG)과 Nelder-Mead법(N&M)을 사용하였다. 최적화대상매개변수 중 도달시간(Tc)과 저류상수(K)는 각각 Kraven(I), Kraven(II) 공식과 Sabol공식으로 산정된 값을 적용하였으며 CN에 대해서만 최적화를 수행하였다.
대상 데이터
본 연구의 대상유역으로 보령댐, 합천댐, 남강댐 유역을 선정하였다. 이는 유역의 면적에 따른 강우-유출관계의 변화를 적절하게 고려하기 위한 것으로 보령댐은 소유역(500㎢이하), 합천댐은 중 유역(500-1,000㎢), 남강댐은 대유역(1,000㎢이상)을 대표한다.
이용된 수문사상은 대상 댐의 준공이후부터 2007년까지 자료를 이용하였으며, 일 우량자료를 이용해서 크기순으로 약 20개 정도씩의 사상을 선정하였다. 선정된 사상에 대해 강우량 대비 유출율의 타당성, 우량주상도와 유출수문곡선 형태의 적절성 등을 고려해서 사용가능한 사상을 최종 선정하였다. 각 유역별로 보령댐 7개, 합천댐 7개, 남강댐 14개가 최종 채택되었으며 이를 Table 2에 나타내었다.
본 과업에서는 댐 유입량 자료를 이용해서 최적 매개변수를 추정하였다. 이용된 수문사상은 대상 댐의 준공이후부터 2007년까지 자료를 이용하였으며, 일 우량자료를 이용해서 크기순으로 약 20개 정도씩의 사상을 선정하였다. 선정된 사상에 대해 강우량 대비 유출율의 타당성, 우량주상도와 유출수문곡선 형태의 적절성 등을 고려해서 사용가능한 사상을 최종 선정하였다.
본 연구에서는 배덕효 등(2003), 이병주 등(2003)이 토지피복항목별 CN값 산정에 대해 연구한 결과를 인용하여 대상유역에 대한 CN값을 산정하였다. 토양도는 농업과학기술원에서 제공하는 정밀토양도(1:25000)를 수집하여 수문학적 토양군으로 변환하였다. 이외에도 1:25,000 축척의 토지이용도를 이용하여 과업대상 유역의 평균 CN값을 산정하였다.
데이터처리
이외에도 1:25,000 축척의 토지이용도를 이용하여 과업대상 유역의 평균 CN값을 산정하였다. GIS 분석은 ArcGIS 프로그램을 이용하였으며, 각 유역별로 유역면적, 유로연장 및 유로경사 등을 추출하였다. 도달시간은 Kraven(I) 또는 Kraven(II) 공식으로 산정하였으며, 저류상수는 Sabol 공식으로 결정하였다.
RMSLE 목적함수는 큰 유량에 대한 작은 유량을 강조하기 위해 대수변환된 유량의 평균제곱오차를 사용한다.
이론/모형
각 사상은 단일유역에 적용하였고, 탐색방법은 단일변량증감법(Univariate Gradient Method, UG)과 Nelder-Mead법(N&M)을 사용하였다.
GIS 분석은 ArcGIS 프로그램을 이용하였으며, 각 유역별로 유역면적, 유로연장 및 유로경사 등을 추출하였다. 도달시간은 Kraven(I) 또는 Kraven(II) 공식으로 산정하였으며, 저류상수는 Sabol 공식으로 결정하였다. 매개변수 추정에 사용될 초기 CN은 AMC-Ⅲ 조건으로 지정하여 유출해석을 수행하였다.
본 연구에서는 강우-유출량 관계를 모의하기 위해 미육군공병단 수문연구소(HEC)에서 개발한 HEC-HMS 프로그램을 이용하였다. 이 모형에서 매개변수 추정은 특정 지점에서 관측자료와 계산된 값 사이의 최적화 과정을 통하여 원하는 매개변수의 자동보정을 수행하면서 진행된다.
본 연구에서는 강우의 손실량 계산을 위해 NRCS 유효우량산정법, 유출변환은 Clark 단위도, 기저유량은 감수곡선방법을 사용하였다. 최적화기법의 탐색방법은 단일변량증감법(Univariate Gradient Method, UG)과 Nelder-Mead법(N&M)을 적용하였다.
kr)에서 제공하는 수치표고모델(digital elevation model)에 대한 분석을 수행하였다. 본 연구에서는 배덕효 등(2003), 이병주 등(2003)이 토지피복항목별 CN값 산정에 대해 연구한 결과를 인용하여 대상유역에 대한 CN값을 산정하였다. 토양도는 농업과학기술원에서 제공하는 정밀토양도(1:25000)를 수집하여 수문학적 토양군으로 변환하였다.
1) Tc와 K는 유역의 물리적인 인자로부터 계산한 후, CN에 대해서만 최적화를 수행하였을 때 목적함수들 중 PWRMSE만 적절한 결과를 도출하는 것으로 나타났다. 또한, 최적화시 매개변수를 CN만으로는 설정하였을 경우에는 홍수량 오차가 크게 발생하여 최적 매개변수가 추정되지 못함을 알 수 있다.
2) 정확한 홍수량 산정을 위해 매개변수는 CN, Tc, K를 모두 최적화 시키는 것이 가장 적합한 방법이며 특히 매개변수 CN과 K가 홍수량 산정에 많은 영향을 끼치는 것으로 판단된다. 따라서 CN은 유역의 여러 인자를 하나의 지표로 표현한 물리적인 특성값이라고 할지라도 최적화기법을 이용한 홍수량 산정대상 매개변수에 포함되어야 할 것으로 판단된다.
3) 매개변수 최적화를 위한 목적함수를 검토하기 위해 매개변수 CN, Tc, K를 모두 포함한 최적화를 실행한 결과 오차의 범위가 가장 적은 PWRMSE가 적합한 목적함수로 선정되었다. 따라서 HEC-HMS 프로그램을 이용한 매개변수 최적화 수행시에는 PWRMSE를 목적함수로 사용하는 것이 효율적임을 알 수 있었다.
71을 나타내었다. CASE-2와 CASE-4의 경우는 8.78 및 7.91과 같이 큰 값이 산정되었는데, 이는 최적화 과정에서 K가 매개변수에 포함되지 않아 적절한 홍수량 값을 추정할 수 없었으며 이로 인해 CN의 변동폭이 커진 것으로 판단된다. 또한 매개변수 조합에 따른 차이로 CASE-1과 CASE-3을 비교하였을 때 CASE-1이 CASE-3보다 더 작은 값을 나타내었다.
1, Table 1과 같다. 각 댐 유역의 면적은 보령댐 162.30㎢, 합천댐 928.90㎢, 남강댐 2293.42㎢이며 남강댐의 유역평균경사가 가장 급한 것으로 분석되었다.
결론적으로, HEC-HMS 프로그램을 이용한 매개변수 추정 시에는 목적함수로 PWRMSE방법을 사용하는 것이 추천되며, 대상 매개변수의 조합은 Tc, K, CN을 모두 포함하는 것이 적합할 것으로 분석되었다. 또한, 설계홍수량의 산정에 이용되는 선행토양함수조건은 AMC-Ⅲ를 적용하는 것이 타당할 것으로 판단되었다.
4) 같은 유역이라 할지라도 강우사상 및 매개변수들로 인해 CN이 달라질 수 있다. 그러나, 여러 조건별로 CN의 분포를 분석했을 때 대부분이 AMC-Ⅲ 조건에 수렴하는 것으로 나타났으며, 안정적인 설계홍수량의 산정을 위한 CN의 선행토양함수조건으로 AMC-Ⅲ를 적용하는 것이 타당할 것으로 판단된다.
따라서 CN이 유역의 여러 인자를 종합적으로 분석하여 하나의 지표로 표현한 물리적인 특성값이라 할지라도 유역내의 여러 가지 수문학적 상황에 따라 달라질 수 있으며, 최적화기법을 이용한 매개변수 추정 시에 꼭 포함되어야 정확한 강우유출모형의 구성이 가능할 것으로 판단되었다.
3) 매개변수 최적화를 위한 목적함수를 검토하기 위해 매개변수 CN, Tc, K를 모두 포함한 최적화를 실행한 결과 오차의 범위가 가장 적은 PWRMSE가 적합한 목적함수로 선정되었다. 따라서 HEC-HMS 프로그램을 이용한 매개변수 최적화 수행시에는 PWRMSE를 목적함수로 사용하는 것이 효율적임을 알 수 있었다.
이러한 양상은 대상 사상이 상대적으로 많은 남강댐 유역에서 확연히 드러나며, 중소유역인 보령댐과 합천댐 유역의 경우도 유사하게 나타나고 있다. 또한, 매개변수의 조합을 살펴보면 CASE-1과 CASE-3에는 K와 CN의 매개변수가 포함되어 있고 CASE-2와 CASE-4에는 K가 포함되지 않음을 확인할 수 있다.
결론적으로, HEC-HMS 프로그램을 이용한 매개변수 추정 시에는 목적함수로 PWRMSE방법을 사용하는 것이 추천되며, 대상 매개변수의 조합은 Tc, K, CN을 모두 포함하는 것이 적합할 것으로 분석되었다. 또한, 설계홍수량의 산정에 이용되는 선행토양함수조건은 AMC-Ⅲ를 적용하는 것이 타당할 것으로 판단되었다.
또한, 유역 내 다른 매개변수들과의 상호작용으로 인해 CN이 달라질 수 있지만 추정된 CN의 대부분이 AMC-Ⅲ 조건의 범위에 위치하고 있으므로, 이는 설계홍수량의 산정시 AMC-Ⅲ 조건의 CN을 사용하는 것이 안정적인 값을 도출함을 의미한다.
모든 CASE에서 최적화를 수행한 결과 작은 CN을 가지는 사상으로 인해 평균값은 낮아지지만, 남강유역(AMC-Ⅲ의 CN : 81)은 80.3∼82.6, 합천유역(AMC-Ⅲ의 CN : 75)은 71.3∼75.8, 보령유역(AMC-Ⅲ의 CN : 80)은 79.7∼81.3의 범위에 CN이 분포되어 있음을 알 수 있다.
전체적으로 CASE-1과 CASE-3에서는 홍수량에 대한 CN의 범위가 좁은 반면 CASE-2와 CASE-4에서는 CN의 범위가 넓은 것을 볼 수 있다. Table 4에서 나타냈듯이 남강유역에서 PWRMSE을 사용한 경우 CASE-1의 표준편차는 4.
지금까지의 분석을 통해 CN을 산정하기 위해서 6가지 목적함수 중 PWRMSE의 적용이 추천되며, CN만이 아닌 도달시간과 저류상수 등의 매개변수를 포함한 최적화 수행이 타당할 것으로 분석되었다. 따라서 매개변수 Tc, K, CN의 조합에 따른 관측 및 계산 유출량 비교와 이에 따른 CN의 변동성에 대한 분석을 수행하였다.
특히, 남강유역과 같이 큰 유출량이 발생했을 경우에는 Tc와 K을 고정하고 CN만의 최적화를 통한 유출량 산정에는 관측치와 계산치의 홍수량 차이가 크게 발생되고 있음을 알 수 있었다. 이는 Tc, K을 고려하지 않고 CN만 최적화를 수행했을 경우 어느 정도의 일관성은 보이지만 적절한 홍수량을 산정할 수 없음을 의미하며, 모든 매개변수가 최적화되어야 할 것으로 판단되었다.
후속연구
5) 이상의 연구과제는 보령, 합천, 남강 유역을 대상으로 유도한 결과로서 한정된 자료와 한정된 조건으로 분석된 결과를 모든 설계 홍수량 산정의 기준을 하기에는 한계가 있다. 따라서 보다 많은 유역을 대상으로 한 추가연구가 필요하며, 강우분포의 선정과 소유역 분할에 따른 영향을 고려하는 부분을 연계해서 연구한다면 보다 객관적인 결과의 도출이 가능할 것으로 판단된다.
이외에도 CN이 유역의 물리적인 특성에서 도출 할 수 있는 값이므로, 실측자료를 이용한 매개 변수의 검정(Calibration)시에 제외시켜야 한다는 의견도 다수 존재하고 있다. 그러나 박정훈 등(2005b)과 유철상 등(2005)의 연구를 통해서도 알 수 있듯이 대상 강우의 특성에 따라 CN은 변화 할 수 있으므로, 이에 대한 추가적인 검토도 필요할 것으로 판단된다.
2) 정확한 홍수량 산정을 위해 매개변수는 CN, Tc, K를 모두 최적화 시키는 것이 가장 적합한 방법이며 특히 매개변수 CN과 K가 홍수량 산정에 많은 영향을 끼치는 것으로 판단된다. 따라서 CN은 유역의 여러 인자를 하나의 지표로 표현한 물리적인 특성값이라고 할지라도 최적화기법을 이용한 홍수량 산정대상 매개변수에 포함되어야 할 것으로 판단된다.
5) 이상의 연구과제는 보령, 합천, 남강 유역을 대상으로 유도한 결과로서 한정된 자료와 한정된 조건으로 분석된 결과를 모든 설계 홍수량 산정의 기준을 하기에는 한계가 있다. 따라서 보다 많은 유역을 대상으로 한 추가연구가 필요하며, 강우분포의 선정과 소유역 분할에 따른 영향을 고려하는 부분을 연계해서 연구한다면 보다 객관적인 결과의 도출이 가능할 것으로 판단된다.
특히, 남강유역과 같이 큰 유출량이 발생했을 경우에는 Tc와 K을 고정하고 CN만의 최적화를 통한 유출량 산정에는 관측치와 계산치의 홍수량 차이가 크게 발생되고 있음을 알 수 있었다. 이는 Tc, K을 고려하지 않고 CN만 최적화를 수행했을 경우 어느 정도의 일관성은 보이지만 적절한 홍수량을 산정할 수 없음을 의미하며, 모든 매개변수가 최적화되어야 할 것으로 판단되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
유출곡선지수 CN의 한계점은 무엇인가?
이러한 유출곡선지수의 이용시 토지이용도와 토양도의 축척에 따라 자료의 특성이 변하게 되며 강우-유출모형에 적용시 오차를 발생하게 된다(Hawkins, 1978). 이의 원인으로 조홍제 등(2001)은 “CN은 그 이론적 배경으로 볼 때 토지이용도와 토양도로부터 추출된 값을 주요 매개변수로 두고 있으므로 실제 국내 지형에서 고려되어져야 할 그 이외의 인자들이 고려되지 않은 한계성을 지니고 있다”고 언급한 바 있다.
하천유역의 수문현상 분석 및 예측에서 매우 중요한 것은 무엇인가?
하천유역의 수문현상 분석 및 예측에서 강우-유출 모형의 신뢰성 제고를 위해 대상유역에 적합한 매개변수의 선정은 매우 중요하다. 특히 단위도 이론을 이용한 유역의 홍수량 결정인자 중 하나는 유효우량이며, 이를 계산하기 위해 NRCS의 유출곡선지수방법이 주로 사용된다.
본 논문에서 수행한, 유출곡선지수(CN)의 매개변수 검정(calibration) 과정이 필요한지에 대한 검토 후, 유출곡선지수 매개변수 검정의 최적화 기법 수행 시에 이용되는 목적함수들을 평가를 통해 얻은 결론은 무엇인가?
1) Tc와 K는 유역의 물리적인 인자로부터 계산한 후, CN에 대해서만 최적화를 수행하였을 때 목적함수들 중 PWRMSE만 적절한 결과를 도출하는 것으로 나타났다. 또한, 최적화시 매개변수를 CN만으로는 설정하였을 경우에는 홍수량 오차가 크게 발생하여 최적 매개변수가 추정되지 못함을 알 수 있다.
2) 정확한 홍수량 산정을 위해 매개변수는 CN, Tc, K를 모두 최적화 시키는 것이 가장 적합한 방법이며 특히 매개변수 CN과 K가 홍수량 산정에 많은 영향을 끼치는 것으로 판단된다. 따라서 CN은 유역의 여러 인자를 하나의 지표로 표현한 물리적인 특성값이라고 할지라도 최적화기법을 이용한 홍수량 산정대상 매개변수에 포함되어야 할 것으로 판단된다.
3) 매개변수 최적화를 위한 목적함수를 검토하기 위해 매개변수 CN, Tc, K를 모두 포함한 최적화를 실행한 결과 오차의 범위가 가장 적은 PWRMSE가 적합한 목적함수로 선정되었다. 따라서 HEC-HMS 프로그램을 이용한 매개변수 최적화 수행시에는 PWRMSE를 목적함수로 사용하는 것이 효율적임을 알 수 있었다.
4) 같은 유역이라 할지라도 강우사상 및 매개변수들로 인해 CN이 달라질 수 있다. 그러나, 여러 조건별로 CN의 분포를 분석했을 때 대부분이 AMC-Ⅲ 조건에 수렴하는 것으로 나타났으며, 안정적인 설계홍수량의 산정을 위한 CN의 선행토양함수조건으로 AMC-Ⅲ를 적용하는 것이 타당할 것으로 판단된다.
5) 이상의 연구과제는 보령, 합천, 남강 유역을 대상으로 유도한 결과로서 한정된 자료와 한정된 조건으로 분석된 결과를 모든 설계 홍수량 산정의 기준을 하기에는 한계가 있다. 따라서 보다 많은 유역을 대상으로 한 추가연구가 필요하며, 강우분포의 선정과 소유역 분할에 따른 영향을 고려하는 부분을 연계해서 연구한다면 보다 객관적인 결과의 도출이 가능할 것으로 판단된다.
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