[논문]베이지안 기법 기반의 댐 예측유입량 산정기법 개발 및 평가

김선호; 소재민; 강신욱; 배덕효

doi:10.3741/jkwra.2017.50.7.489

베이지안 기법 기반의 댐 예측유입량 산정기법 개발 및 평가
Development and evaluation of dam inflow prediction method based on Bayesian method 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.50 no.7, 2017년, pp.489 - 502

김선호 (세종대학교 건설환경공학과) , 소재민 (세종대학교 건설환경공학과) , 강신욱 (한국수자원공사 국가가뭄정보분석센터) , 배덕효 (세종대학교 건설환경공학과)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 충주댐 유역에 대해 다목적 댐 예측유입량 산정기법 BAYES-ESP를 개발하고 평가하였다. BAYES-ESP 기법은 기존 ESP (Ensemble Streamflow Prediction) 기법에 베이지안 이론을 적용하여 개발하였으며, 수문모델은 ABCD를 활용하였다. 입력자료는 기온, 강수량 자료와 댐 관측유입량 자료를 활용하였으며, 기온 및 강수량은 기상청, 국토교통부, 한국수자원공사의 지점관측자료, 댐 관측유입량은 한국수자원공사의 자료를 이용하였다. 적용성 평가방법은 시계열 분석과 Skill Score를 활용하였으며, 평가기간은 1986~2015년이다. 시계열 분석 결과 ESP 댐 예측유입량(ESP)는 매년 전망값의 큰 차이가 없었으며, 다우년 및 과우년의 예측성이 떨어지는 것으로 나타났다. BAYES-ESP 댐 예측유입량(BAYES-ESP)는 ESP가 관측유입량에 비해 과소모의하는 경향을 보정하였으며, 특히 다우년에 개선효과가 있는 것으로 나타났다. 월별 평균 댐 관측유입량과의 Skill Score 비교분석결과 ESP는 1~3월에 SS가 비교적 높은 값을 보였으며, 나머지 월에는 음의 값을 나타내었다. BAYES-ESP는 ESP와 관측 값 간의 선형적 관계를 갖는 1~3월에 ESP의 정확도를 향상시키는 것으로 나타났다. ESP 기법은 국내 강수특성상 우리나라에 적용하기에는 한계가 있었으며, 이를 개선한 BAYES-ESP 기법은 댐 유입량 예측연구에 가치가 있다고 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The objective of this study is to propose and evaluate the BAYES-ESP, which is a dam inflow prediction method based on Ensemble Streamflow Prediction method (ESP) and Bayesian theory. ABCD rainfall-runoff model was used to predict monthly dam inflow. Monthly meteorological data collected from KMA, MOLIT and K-water and dam inflow data collected from K-water were used for the model calibration and verification. To estimate the performance of ABCD model, ESP and BAYES-ESP method, time series analysis and skill score (SS) during 1986~2015 were used. In time series analysis monthly ESP dam inflow prediction values were nearly similar for every years, particularly less accurate in wet and dry years. The proposed BAYES-ESP improved the performance of ESP, especially in wet year. The SS was used for quantitative analysis of monthly mean of observed dam inflows, predicted values from ESP and BAYES-ESP. The results indicated that the SS values of ESP were relatively high in January, February and March but negative values in the other months. It also showed that the BAYES-ESP improved ESP when the values from ESP and observation have a relatively apparent linear relationship. We concluded that the existing ESP method has a limitation to predict dam inflow in Korea due to the seasonality of precipitation pattern and the proposed BAYES-ESP is meaningful for improving dam inflow prediction accuracy of ESP.

주제어

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	ESP 기법이 가지는 한계점은 무엇인가?	국내의 장기적인 댐 유입량 예측 기법은 ESP (Ensemble Streamflow Prediction) 기법을 활용하고 있다. 과거 기상자료와 수문모델을 활용하여 미래 댐 유입량을 예측하는 ESP 기법은 기상자료, 초기수문조건(Initial Hydrologic Condition, IHC), 매개변수 등에 불확실성을 가지고 있다(Hay et al., 2009; Kang et al.
	베이지안 이론을 활용한 확률분포의 결정의 사전분포은 어떤 방법이 있는가?	베이지안 이론을 활용하여 수문예측을 할 때 이러한 확률 값들은 확률분포의 형태로 표현할 수 있으며, 확률분포의 결정에는 공액 사전분포(conjugate priori distribution)과 비공액 사전분포(non-conguate priori distribution)을 활용한다. 공액 사전분포는 계산의 편의성을 위해 사전분포와 사후분포를 동일한 확률분포로 활용하는 방법이며, 비공액 사전분포는 공액분포의 추정이 어려울 경우 활용하는 방법이다(Kim, 2013). 본 연구에서는 공액 사전분포를 활용하여 사전분포를 추정하였으며, 분포형으로 평균과 분산을 모수로 취하는 정규분포를 활용하였다.
	ESP 기법은 어떤 기법인가?	본 연구에서는 다목적 댐의 월 단위 수문전망 방법으로 미국 기상청(National Weather Service, NWS)에서 개발한 ESP 기법을 활용하였다(Fread, 1998). ESP 기법은 과거의 기상현상이 미래에 재현될 수 있다는 전제하에 예측시점의 수문상태 (IHC)와 과거 기상자료를 강우-유출모델을 통해 결합하여 미래의 수문을 예측하는 경험적 장기수문예측기법이다. 즉, 예측시점의 수문상태인 IHC와 미래에 발생할 가능성이 있는 모든 기상시나리오를 활용하여 강우-유출모델으로부터 다수의 수문시나리오를 산정하고, 그 대푯값을 미래 수문 예측값으로 활용한다.

참고문헌 (24)

Bradley, A. A., Habib, M., and Schwartz, S. S. (2016). "Climate index weighting of ensemble streamflow forecasts using a simple Bayesian approach." Water Resources Reserach, Vol. 51, pp. 7382-7400.
Coelho, C. A. S., Pezzulli, S., Balmaseda, M., Doblas-Reyes, E. J., and Stephenson, D. B. (2004). "Forecast calibration and combination: a simple Bayesian approach for ENSO." Journal of Climate, Vol. 17, pp. 1504-1516.

상세보기
DeChant, C. M., and Moradkhani, H. (2011). "Improving the characterization of initial condition for ensemble streamflow prediction using data assimiliation." Hydrology and Earth System Science, Vol. 15, pp. 3399-3410.

상세보기
Duan, Q., Sorooshian, S., and Gupta, V. K. (1992). "Effective and efficient global optimization for conceptual rainfall-runoff models." Water Resources Research, Vol. 28, No. 4, pp. 1015-1031.

상세보기
Fang, L., Qing-Cun, Z., and Chao-Fan, L. I. (2009). "A Bayesian scheme for probabilistic multi-model ensemble prediction of summer rainfall over the Yangtze river valley." Atmospheric and Oceanic Science Letters, Vol. 2, No. 5, pp. 314-319.

상세보기
Fread, P. L. (1998). "A perspective on hydrologic prediction trends. symposium on hydrology." American Meteorologic Society, Phoenix, Arizona, pp. J1-J6.
Harrison, B., and Bales, R. (2015). "Skill assessment of water supply outlooks in the Colorado river basin." Hydrology, Vol. 2, No. 3, pp. 112-131.

상세보기
Hay, L. E., McCabe, G. J., Clark, M. P., and Risley, J. C. (2009). "Reducing streamflow forcast uncertainty: application and qualitative assessment of the upper Klamath river basin, Oregon." Journal of the American Water Resources Assocication, Vol. 45, No. 3, pp. 580-596.

상세보기
Hwang, J. S. (2005). Investigating applicability of monthly water balance models for climate change impact assessments. Master D. dissertation, Seoul National University, Seoul, Korea.
Kang, M. S., Yu, M. S., and Yi, J. E. (2014). "Prediction of Andong reservoir inflow using ensemble technique." Journal of the Korean Society of Civil Engineers, Vol. 34, No. 3, pp. 795-804.

원문보기 상세보기
Kim, D. H. (2013). Bayesian Statistics using R and WinBUGS. Freeacademy, pp.101-144.
Kim, H. S., Kim, H. S., Jeon, G. I., and Kang, S. W. (2016). "Assessment of 2014-2015 drought events." Journal of Korea Water Resoureces, Vol. 49, No. 7, pp. 61-75.

원문보기 상세보기
Kim, W. S., Yoon, Y. N., and Choi, Y. B. (1991). "A study on the application of Thomas monthly runoff prediction model for ungauged watershed." Journal of Korea Water Resources Association, Vol. 24, No. 4. pp. 85-91.
Korea Institute of Construction Technology (2011). Water vision 2020, Goyang, Korea.
K-water (2017). Drought information analysis improvement and development direction. Report, K-water, Daejeon, Korea.
Lee, J. H., and Kim, C. J. (2012). "A multimodel assessment of climate change effect on the drought severity-duration-frequency relationship." Hydrological Process, Vol. 27, No.19, pp. 2800-2813.
Li, W., and Sankarasubramanian, A. (2012). "Reducing hydrologic model uncertainty in monthly streamflow predictions using multimodel combination." Water Resources Research, Vol. 48, doi: 10.1029/2011WR011380.

상세보기
Luo, L., Wood, E. F., and Pan, M. (2007). "Bayesian merging of multiple climate model forecasts for seasonal hydrological predictions." Journal of Geophysical Research, Vol. 112, doi: 10.1029/2006JD007655.

상세보기
Martinez, G. F., and Gupta, H. V. (2010). "Toward improved identification of hydrlogical models: a diagnostic evaluation of the "abcd" monthly water balance model for the conterminous United States." Water Resources Research, AGU, Vol. 46, No. 8, doi: 10.1029/2009WR008294.

상세보기
Najafi, M. R., Moradkhani, H., and Piechota, Y. C. (2012). "Ensemble streamflow prediction: climate signal weighting methods vs. climate forecast system reanalysis." Journal of Hydrology, Vol. 442-443, pp.105-116.

상세보기
National Emergency Management Agency (NEMA) (2013). Establishment of national drought disaster information system. Sejong, Korea.
Son, K. H. (2015). Enhancement of hydrological drought outllok accuracy using Bayesian method and their real-time prediction applicability. Ph. D. dissertation, Sejong University, Seoul, Korea.
Tang, Q., and Lettenmaier, D. P. (2010). "Use of satellite snow-cover data for streamflow prediction in the Feather river basin, California." International Journal of Remote Sensing, Vol. 31, pp. 3745-3762.

상세보기
Thomas, H. A. (1981). Improved methods for national water assessment. Report, United States Water Resources Council, Washington, D.C.

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증