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집중형 수문모형을 활용한 홍수유출자료 공간적 확장성 분석
Spatial Extension of Runoff Data in the Applications of a Lumped Concept Model 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.46 no.9, 2013년, pp.921 - 932  

김남원 (한국건설기술연구원, 수자원연구실) ,  정용 (한국건설기술연구원, 수자원연구실) ,  이정은 (한국건설기술연구원, 수자원연구실)

초록
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홍수빈도해석이나 홍수예측과 같은 홍수조절을 위한 필수적인 정보는 유출자료이다. 하지만, 소규모 유역의 경우 유출자료를 측정하지 않는 미계측 유역의 다지점 분석과 총량분석을 위한 정보가 너무 부족한 실정으로 이를 극복하기 위한 방안을 제시하였다. 이를 위해 본 연구에서는 집중형 모델인 저류함수법를 활용하여 충주댐유역을 세분화하여 적용하였다. 충주댐 유역은 22개의 소유역으로 분류하였으며 충주댐 수위관측소의 유출자료의 공간적 확장성을 검증하였다. 홍수사상은 1990년부터 2009년까지의 21개 홍수사상을 활용하여 한 곳(충주댐 유입량)의 자료를 중심으로 22개 소유역의 저류함수법의 수문지형학적 특성에 관여하는 매개변수(k, p, $T_l$)를 고정하고 홍수사상마다 달라지는($f_1$, $R_{sa}$)를 최적화 하며 22개 유역의 유출자료를 생산하였다. 교차검증 지점인 영춘과 판운 수위관측소의 평균 Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE)는 충주댐의 유입량이 0.71을 나타낼 때 각각 0.67과 0.52를 나타내 유출자료의 확장성에 있어서 만족(NSE > 0.5)하는 범위에 들어 집중형 모형을 활용한 유출자료의 확장가능성을 보였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Runoff data availability is a substantial factor for precise flood control such as flood frequency or flood forecasting. However, runoff depths and/or peak discharges for small watersheds are rarely measured which are necessary components for hydrological analysis. To compensate for this discrepancy...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이런 다양한 연구들의 기본개념들을 활용하여 미계측유역의 자료를 계측 유역의 정보를 중심으로 자료를 확장하는데 조금 더 나은 결과를 얻을 수 있었다. 본 연구에서는 한국 수자원공사에서 개발한 COSFIM모델 (Ministry of Land, Infrastructure and Transportation, 2004)을 기반으로 자료확장의 가능성을 모의 하였다.
  • 여기에서 안정화란 각각의 소유역에 유역의 수문지형학적 특성에 맞게 매개변수를 지역화하여 미계측 소유역을 포함한 전체유역에 일정한 오차변화 범위를 적용하기 위한 것이다. 안정화된 매개변수를 활용하고 홍수 사상마다 달리 표현되는 f1, Rsa를 최적화하여 미계측 유역의 유출량을 도출해 내는 것이다. 홍수사상마다 달라지는 매개변수, 즉 최적화 되는 매개변수는 과거자료 모의(simulation)에 대해 전체적인 오차를 줄이기 위해 사용된다.
  • , 2005)이다. 이는 지역화를 통한 평균적인 매개변수로 미계측 유역의 홍수사상을 생산하므로 홍수사상마다 달라지는 매개변수들에 대한 고려가 부족하며 홍수사상에 대한 설계(Design Flood)를 목적으로 실시하였다. 또한 이러한 접근방법은 개발도상국이나 댐건설, 하천보강 및 개선작업들이 빈번이 일어나고 있는 지역에서는 관측자료의 부재와 관측자료의 질적인 문제로 인해 이들의 직접적인 적용에 문제가 있다고 할 수 있다(Piman and Babel, 2013).
  • 특히 유출 미계측 중소규모 유역에 대한 자료의 미비로 인해 이 지역의 정확한 홍수량 산정에 어려움이 있다. 이를 극복하기 위해 본 연구에서는 계측된 자료를 기반으로 집중형 모형인 저류함수법을 이용하여 유출자료의 공간적인 자료확장의 대안을 제안하였다. 이를 위해 선정된 지역은 충주댐유역으로 1990년부터 2009년까지의 1시간 단위의 강우와 유출자료를 중심으로 21개의 홍수 사상을 선정하였으며 충주댐 유역을 22개의 소유역으로 분활하였다.
  • 이는 장기간 안정적인 유출자료를 확보하고 있는 선진국들(Merz and Bloschl, 2004)과는 다른 양상이라 할 수 있다. 이를 보완하기 위해, 본 연구에서는 현재 보유한 유출자료를 중심으로 공간적인 자료 확장의 개념을 도입하여, 같은 유역내의 중소규모의 미계측 유역의 유출자료를 확보하고자 한다. 여기서, 공간적 자료확장이란 본 연구에서 새롭게 도입하는 개념으로서 기존연구, 즉 관측유출량을 맞추기 위해 매개변수를 조정하는 것과는 다르게 미계측유역의 매개변수들을 조정하기 위해 계측 유출을 활용하고, 조정된 매개변수를 적용하여 미계측유역의 유출자료를 확보하는 것이다.

가설 설정

  • 를 최적화하여 교차검증을 위한 수위관측소(영춘, 판운)의 유출을 비교 분석하였다. 이때 f1과 Rsa를 전체 충주댐 유역에 균일하게 분포함을 가정하고 최적화를 실시하였다. 먼저 f1과 Rsa의 최적화 이후 충주댐에서의 NSE의 변화는 최대치는 0.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
수문기상요소의 시공간적 변화와 유역 특성의 변동으로 인한 홍수피해에 대처하기 위한 조치사항은 어떻게 분류하는가? 수문기상요소의 시공간적 변화와 유역 특성의 변동으로 인한 홍수피해에 대처하기 위한 조치사항으로는 구조적인 대책과 비구조적 대책으로 나눌 수 있다. 구조적 대책은 하천제방이나 홍수조절 댐 등을 고려하는 것이며 비구조적 대책은 홍수예경보 등을 통한 방법이다.
구조적 대책이란? 수문기상요소의 시공간적 변화와 유역 특성의 변동으로 인한 홍수피해에 대처하기 위한 조치사항으로는 구조적인 대책과 비구조적 대책으로 나눌 수 있다. 구조적 대책은 하천제방이나 홍수조절 댐 등을 고려하는 것이며 비구조적 대책은 홍수예경보 등을 통한 방법이다. 이들을 위한 홍수량의 산정 방법으로는 강우-유출관계를 활용한 방법과 홍수빈도 해석방법이 가장 보편적이다(Yoon, 2011).
강우-유출관계를 활용한 방법과 홍수빈도 해석방법에서 필수적인 요소는 무엇인가? 이들을 위한 홍수량의 산정 방법으로는 강우-유출관계를 활용한 방법과 홍수빈도 해석방법이 가장 보편적이다(Yoon, 2011). 두 가지 방법에 있어서 하천유출의 측정치는 필수적인 요소이지만, 우리나라에서는 홍수 예보지역, 대하천 내 주요지점을 위주로 유출 측정이 이루어지고 있어 중소유역의 경우 유출 관측이 이루어 지지 않고 있는 실정이다. 이와 같이 홍수량이 측정되지 않은 유역을 미계측유역이라 분류하며 미계측 유역의 유출자료 확보를 위한 연구가 필수적이라 할 수 있다.
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참고문헌 (27)

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