The component-based modeling framework for agricultural water-resources management (COMFARM) is a user-friendly, highly interoperable, lightweight modeling framework that supports the development of watershed-specific domain components. The objective of this study was to evaluate the suitability of ...
The component-based modeling framework for agricultural water-resources management (COMFARM) is a user-friendly, highly interoperable, lightweight modeling framework that supports the development of watershed-specific domain components. The objective of this study was to evaluate the suitability of the COMFARM for the design and creation of a component-based modeling system of agricultural reservoir watersheds. A case study that focused on a particular modeling system was conducted on a watershed that includes the Daehwa and Dangwol serial irrigation reservoirs. The hydrologic modeling system for the study area was constructed with linkable components, including the modified Tank, an agricultural water supply and drainage model, and a reservoir water balance model. The model parameters were each calibrated for two years, based on observed reservoir water levels. The simulated results were in good agreement with the observed data. In addition, the applicability of the COMFARM was evaluated for regions where reservoir outflows, including not only spillway release but also return flow by irrigation water supply, substantially affect the downstream river discharge. The COMFARM could help to develop effective water-management measures by allowing the construction of a modeling system and evaluation of multiple operational scenarios customized for a specific watershed.
The component-based modeling framework for agricultural water-resources management (COMFARM) is a user-friendly, highly interoperable, lightweight modeling framework that supports the development of watershed-specific domain components. The objective of this study was to evaluate the suitability of the COMFARM for the design and creation of a component-based modeling system of agricultural reservoir watersheds. A case study that focused on a particular modeling system was conducted on a watershed that includes the Daehwa and Dangwol serial irrigation reservoirs. The hydrologic modeling system for the study area was constructed with linkable components, including the modified Tank, an agricultural water supply and drainage model, and a reservoir water balance model. The model parameters were each calibrated for two years, based on observed reservoir water levels. The simulated results were in good agreement with the observed data. In addition, the applicability of the COMFARM was evaluated for regions where reservoir outflows, including not only spillway release but also return flow by irrigation water supply, substantially affect the downstream river discharge. The COMFARM could help to develop effective water-management measures by allowing the construction of a modeling system and evaluation of multiple operational scenarios customized for a specific watershed.
이에 Kang (2015)은 농촌용수의 지역적 복잡성과 광범위성을 보다 효율적으로 해석하기 위해 농촌용수의 다양한 모의 요소를 각각의 하나의 독립적인 객체로 모듈화하여 다수의 모듈을 조합하여 해석할 수 있는 컴포넌트 기반 모델링 프레임워크 COmponent-based Modeling Framework for Agricultural water-Resources Management (COMFARM)을 개발하였다. 본 연구에서는 COMFARM의 기본개념 및아키택처, 그리고 모의관련 주요 컴포넌트 등 시스템 개발현황을 소개하고, COMFARM을 통해 농업용 저수지 유역 수문 모델링 시스템을 구축하며, 이후 모형의 보·검정 결과 평가 및 농업 수문요소에 대한 상세한 물수지 분석을 통해 그 적용성을 평가하고자 한다.
제안 방법
COMFARM의 주요 컴포넌트의 매개변수는 크게 수정 3단 Tank 모형 관련 매개변수, 농업용수 공급량 및 배수량 관련 매개변수, 그리고 저수지 운영 관련 매개변수로 구분된다. 본 연구에서는 Tank 모형의 매개변수는 보정하지 않고 Kim and Park(1988)의 지역화식을 이용하여 추정하였으며, 저수지 운영 시기 매개변수는 실측 저수지 수위의 패턴을 분석하여 추정하였다. 따라서 본 연구에서는 공급량 모의 관련 매개변수인 물꼬높이 (PDmax), 최소담수심(PDmin), 침투량 (DP), 그리고 관개효율 (Es) 만을 보정하였다.
본 연구에서는 Tank 모형의 매개변수는 보정하지 않고 Kim and Park(1988)의 지역화식을 이용하여 추정하였으며, 저수지 운영 시기 매개변수는 실측 저수지 수위의 패턴을 분석하여 추정하였다. 따라서 본 연구에서는 공급량 모의 관련 매개변수인 물꼬높이 (PDmax), 최소담수심(PDmin), 침투량 (DP), 그리고 관개효율 (Es) 만을 보정하였다.
대상 데이터
본 연구에서는 대상지구로 대화 (DH) 및 당월 (DW) 저수지 유역을 선정하였다. Fig.
이론/모형
유역 유출량 모의를 위해 Kim and Park (1988)에 의해 제안된 수정 3단 Tank 모형을 컴포넌트로 구축하였다. 수정 3단 Tank 모형은 국내의 중소유역의 특징인 유출 지체시간이 짧고 기저유출 부분의 기울기가 급하다는 점을 고려하여 개발된 모형이다.
모형의 보정은 단순시행착오법을 사용하였으며 목적함수로는 R2, NSE (Nash-Sutcliffe Efficiency) (Nash and Sutcliffe, 1970), 그리고 RSR (root mean square error (RMSE)-observations standard deviation ratio) (Moriasi et al., 2007)를 선정하여 매개변수를 최적화하였다.
성능/효과
모형의 보정 및 검정은 저수지 실측수위와 모의수위를 비교하여 수행하였다. 보정 및 검정 결과, 통계적 지표는 Moriasi et al. (2007)의 기준에 따라 보정기간 및 검정기간에 각각 ‘Good’과 ‘Very good’으로 우수하게 나타났으며, COMFARM의 모의 방식이 실제 저수지 운영을 잘 반영하는 것으로 평가되었다. 또한, 하천유량을 구성하는데 있어 비관개지구 유출량, 관개지구 회귀수량, 그리고 저수지 물넘이 방류량이 복합적으로 연계되는 지역에 대한 적용성도 평가하였다.
후속연구
(2016)에 의해 제시된 물리적 범위에 포함되기 때문에 적절하다고 할 수 있으나, 유효우량 저장을 위한 여유고가 5 mm 밖에 안 되기 때문에 실제 현장의 물관리와 상이할 수 있다. 이러한 보정 결과는 통계적 지표를 높이기 위해 매개변수를 조정하다 발생한 것으로, 이를 해결 하기 위하여 선행 연구에서 제시된 실측 여유고 조사결과 등을 통하여 여유고의 최솟값을 모형의 보정시 제약조건으로 설정하는 연구 등이 필요할 것으로 사료된다.
COMFARM은 응용프로그램, 모형, 그리고 컴포넌트가 분리된 상태에서 통합할 수 있어 모형의 재사용성을 높일 수 있고 확장성이 큰 특징을 띠고 있어 우리나라 농촌유역의 물리적 특성 및 영농의 다양성․ 복잡성을 고려하면 그 적용성이 뛰어날 것으로 사료된다. 또한, COMFARM은 유역단위 농촌용수의 체계적․ 과학적 해석 및 관리가 가능하며, 이를 바탕으로 미래 물순환 예측은 물론 중장기 용수 활용계획을 위한 정책 수립에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
COMFARM은 응용프로그램, 모형, 그리고 컴포넌트가 분리된 상태에서 통합할 수 있어 모형의 재사용성을 높일 수 있고 확장성이 큰 특징을 띠고 있어 우리나라 농촌유역의 물리적 특성 및 영농의 다양성․ 복잡성을 고려하면 그 적용성이 뛰어날 것으로 사료된다. 또한, COMFARM은 유역단위 농촌용수의 체계적․ 과학적 해석 및 관리가 가능하며, 이를 바탕으로 미래 물순환 예측은 물론 중장기 용수 활용계획을 위한 정책 수립에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
COMFARM이란?
COMFARM은 농촌지역의 물리적 특성 및 영농의 다양화·복잡화에 따른 종합적 물순환 해석을 위한 컴포넌트 기반 모델링 프레임워크이다 (Kang, 2015). COMFARM은 이클립스 (Eclipse) 통합 개발 환경 (Integrated Development Environment, IDE)에서 자바언어를 통해 개발되고 있으며, 이로 인해 자바 런타임 환경 (Java runtime environment, JRE)이 구축되어 있으면 운영체제에 관계없이 동일하게 작동할 수 있다.
COMFARM의 주요 컴포넌트는 어떻게 구성되는가?
본 연구에서는 컴포넌트 기반 물순환 모델링 프레임쿼크 COMFARM을 이용하여 농업용 저수지 유역을 대상으로 수문 모델링 시스템을 구축하고 적용성을 평가하였다. 주요 컴포넌트로는 유역 유출량 컴포넌트, 농업용수 공급량 및 관개 지구 배수량 컴포넌트, 그리고 저수지 물수지 컴포넌트로 구성되며 각 컴포넌트는 요소 모듈 객체의 조합으로 구성된다.
COMFARM은 어떻게 개발되는가?
COMFARM은 농촌지역의 물리적 특성 및 영농의 다양화·복잡화에 따른 종합적 물순환 해석을 위한 컴포넌트 기반 모델링 프레임워크이다 (Kang, 2015). COMFARM은 이클립스 (Eclipse) 통합 개발 환경 (Integrated Development Environment, IDE)에서 자바언어를 통해 개발되고 있으며, 이로 인해 자바 런타임 환경 (Java runtime environment, JRE)이 구축되어 있으면 운영체제에 관계없이 동일하게 작동할 수 있다. COMFARM은 일련의 동적 모듈을 조합하고 통합할 수 있는 구조로서, 모델링 시스템 개발을 위한 유연성, 확장성, 재이용성, 모듈성 등을 극대화하였으며, 객체지향 구조를 갖는 각각의 모듈에 대해 서로 연동하여 시스템을 구성할 수 있도록 설계되었다.
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