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강우모의기법과 강우-유출 모형을 연계한 댐 유입량 자료 생성기법 개발
Development of dam inflow simulation technique coupled with rainfall simulation and rainfall-runoff model 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.49 no.4, 2016년, pp.315 - 325  

김태정 (전북대학교 토목공학과) ,  소병진 (전북대학교 토목공학과) ,  유민석 (한국수자원공사 댐.유역관리처) ,  권현한 (전북대학교 토목공학과)

초록
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일반적으로 하천의 유량은 댐과 같은 수공구조물에 의해 조정된 유량으로 수자원계획을 위해서 필요한 자연유량과는 차이가 크다. 수자원계획을 수립함에 있어 자연 유입량 정보는 댐 운영과 수문분석을 위한 필수적인 정보이다. 본 연구에서는 댐 유역 일유입량 모의기법을 위한 통합 모형을 개발하였다. 첫째, 장기 강우-유출 모형의 입력강우자료로 사용하기 위하여 평균 및 중앙값과 같은 통계적 모멘트를 효과적으로 재현하고 극치 강우량 재현에 유리한 불연속 Kernel-Pareto 확률분포 기반의 강우모의기법을 통하여 강우모의를 수행하였다. 둘째, SAC-SMA 장기 강우-유출 모형의 매개변수Bayesian MCMC 기법을 통하여 최적화하여 산정된 매개변수의 사후분포를 활용하여 댐 유입량 시나리오 도출하였다. 댐 유역을 대상으로 개발된 모형을 평가한 결과 자연유량과 통계적으로 유사한 특성을 가지는 시나리오를 생성할 수 있었으며, 물수지 분석 등과 같은 수자원계획을 위한 시나리오로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Generally, a natural river discharge is highly regulated by the hydraulic structures, and the regulated flow is substantially different from natural inflow characteristics for the use of water resources planning. The natural inflow data are necessarily required for hydrologic analysis and water reso...

주제어

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문제 정의

  • 하지만 최근 가뭄현상과 연계하여 수자원 부족에 대한 심각성이 부각되고 있지만 환경문제 및 경제적 문제로 인하여 기존 댐을 효율적으로 활용하는 대안에 무게가 실리고 있다. 따라서 본 연구에서는 기존 댐을활용한 수자원관리를 위해서 강우모의기법과 강우-유출 모형을 연계한 댐 일유입량 산정연구를 수행하였다. 이를 위해서 기존 Markov Chain 모형에서 일강우량의 평균적인 특성과 극치특성을 동시에 고려할 수 있는 PKPD 강우모의기법과 세계적으로 널리 사용되고 있는 SAC-SMA 강우-유출 모형에 Bayesian Markov Chain Monte Carlo 기법을 연계하여 19개 매개변수를 최적화하고 각 매개변수의 사후분포를 도출하여 소양강댐과 대청댐의 일유입량을 생성하였다.
  • 다시 설명하면, 다변량 확률분포(multivariate probability distribution)가 복잡하여 이를 따르는 서로 독립(independent and identical distributed, iid)인 난수를 얻을 수 없는 경우에 Markov Chain을 통하여 난수를 사용하여 원하는 분포에 수렴하게 된다. 본 연구에서는 앞 절에서 설명한 Bayesian 이론을 MCMC 기법에 연계하여 보다 빠르게 확률분포의 수렴을 유도하고자 한다.
  • 장기 강우-유출 모형의 입력 자료로 활용하기 위한 댐 유역강우량을 추계학적으로 모의하는데 있어서 핵심적인 사항은관측강우계열의 연속성 및 통계학적 특성을 효과적으로 반영하는지 여부이다. 본 연구에서는 장기유출 모형의 입력 자료로 사용되는 모의강우계열의 연속성을 평가하기 위하여 연 최대 무강우일 발생사상을 Fig. 2에 도시하였다. Fig.
  • 2×106m3를 공급하고 있다. 본 연구에서는 제시된 용수공급량과 도출된 댐별 일유입량 시나리오를 활용하여 현재 용수공급 조건에 따른 용수공급능력을 평가하였다. Table 5는 100개의 유입량 시나리오를 통하여 100개의 용수공급능력 시나리오를 평가한 결과를 나타내며, 소양강댐은 부족연수 2회(신뢰도 98%), 부족일수 52회(신뢰도 99.
  • 이와 더불어 기존 연구에서는 강우-유출모형의 불확실성을 체계적으로 고려하지 못하는 단점이 존재한다. 이러한 점에서 본 연구에서는 극치현상 재현에 유리한 강우모의기법과 더불어 강우-유출 모형의 불확실성을 정량적으로 고려할 수 있는 방안을 수립하는데 목적이 있으며, 궁극적으로 강우자료의 표본오차 및 강우-유출과정의 불확실성을 감안한 일단위 유출시나리오를 생성하기 위한 연구를 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
우리나라 연평균 강우량은 세계 평균과 비교 하면 어떤 상황인가? 우리나라의 경우 연평균 강우량은 세계 평균에 비하여 약 1.6배 많지만, 강우사상의 대부분이 여름철인 6월∼9월에 집중되며, 특히 강우의 변동성이 매우 큰 특성으로 인하여 효율적인 수자원관리에 어려움이 있다. 우기기간에 집중호우 및 호우를 동반한 태풍사상으로 인하여 한반도 전역에 많은 강우가 유발되지만 저류시설의 부족 및 대부분의 하천에서는 바다로 유하되는 특성으로 수자원에 상당한 손실을 끼치고 있다.
최근 한반도가 수자원관리 측면에서 많은 어려움이 발생하고 있는 이유는? 최근 한반도는 극심한 가뭄으로 인하여 수자원관리 측면에서 많은 어려움이 발생되고 있으며 전 세계적으로 대형 가뭄이 계속 발생하고 있다(Fallah and Cubasch, 2015). 태국은 2014년 발생한 극심한 가뭄으로 인한 쌀 생산 감소로 국가경제에 큰 타격을 입을 것으로 예상되고 있다.
전 세계적으로 대형 가뭄이 발생하여 나타난 피해 사례는? 최근 한반도는 극심한 가뭄으로 인하여 수자원관리 측면에서 많은 어려움이 발생되고 있으며 전 세계적으로 대형 가뭄이 계속 발생하고 있다(Fallah and Cubasch, 2015). 태국은 2014년 발생한 극심한 가뭄으로 인한 쌀 생산 감소로 국가경제에 큰 타격을 입을 것으로 예상되고 있다. 미국 캘리포니아주는 최근 심각한 가뭄으로 인하여 주민들에게 ‘강제 절수령’을 선포하여 주민들에게 많은 불편함을 유발하여 수자원관리의 심각성이 부각되고 있다(Wang et al., 2014; Diffenbaugh et al.
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참고문헌 (24)

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