SCE-UA를 이용한 저류함수모형 최적 매개변수 선정 및 평가 = Determination and Evaluation of Optimal Parameters in Storage Function Method using SCE-UA

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Storage function method has been used for flood forecasting in the major rivers in Korea, however, the researches on the relationship between the parameters and runoff characteristics was not sufficient. In addition, there has been a controversy about the optimized parameters without the consideration of the physical characteristics of the basin. Therefore, in this study, the SCE-UA method is used to optimize the parameters and the proposed method was applied with two stage optimization in the Jeongseon and Yeongwol watersheds located in the most upstream in the South Han river. The contour map was developed to investigate parameters and the error surface calculated from the runoff. The proposed parameters is to provide a range of the possible parameter set in a watershed, rather than a specific value. However, the applicability is examined using the average value of the proposed ranged parameters. In this study, the criticism about the optimization technique to find an optimal value having no physical meaning on a watershed is tried to avoid. The objective of this study is to provide a range of parameters for the flood forecasting model and the intuition about the behavior of the parameters, so the efficiency of flood forecasting is increased.

국문 초록 (Abstract)

저류함수법은 오랜 기간 국내 주요하천의 홍수예보에 활용되어 오고 있다. 그럼에도 불구하고, 매개변수와 유출특성의 관계를 정확히 규명하지 못하고 있어, 저류함수법에 대한 매개변수 최적화 연구들은 유역의 물리적인 특성을 반영하지 못한다는 논쟁이 있다. 이에 본 연구에서는 SCE-UA방법을 이용하여 저류함수법의 매개변수를 최적화하고, 매개변수의 변화에 따라 유출곡선이 달라지는 양상을 분석하였다. 분석대상 유역으로는 남한강 최상류지역인 정선과 영월 소유역을 선정하였으며, 상 하류에 위치한 두 개의 유역을 단계적으로 최적화 하였다. 또한 매개변수와 오차평면과의 관계를 알아보기 위해 등고선도를 그려 매개변수가 달라짐에 따라 유출곡선 오차의 변화를 분석하였다. 본 연구는 최적화를 통해 매개변수의 특정 값을 제안하기보다는 실무에서 초기값으로 활용할 수 있는 매개변수의 가능한 범위를 제안하는데 그 목적이 있으며, 제안된 범위의 평균값을 사용하여 모의가 적절히 됨을 확인하였다. 또한 오차를 최소화하기 위해 무작위로 매개변수의 집합을 결정하기 보다는 유역의 물리적인 특성을 고려하여 가능한 매개변수를 고정하고, 매개변수의 변화가 오차에 미치는 영향을 등고선도를 이용하여 분석함으로서 매개변수가 모형의 결과에 미치는 영향에 대한 직관력을 제공하고자 하였으며, 그 결과가 실무에서 홍수예보 효율 제고에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

참고문헌 (Reference)

1 이정규, "홍수예보를 위한 통합저류함수모형의 퍼지제어(II)-이론 및 모형의 수립" 한국수자원학회 33 (33): 701-709, 2000

2 이정규, "홍수예보를 위한 통합저류함수모형의 퍼지제어(I)-이론 및 모형의 수립" 한국수자원학회 33 (33): 689-699, 2000

3 심순보, "최적화 기법에 의한 저류함수 유출모형의 자동보정" 대한토목학회 12 (12): 127-137, 1992

4 고석구, "최적화 기법에 의한 저류함수 모형의 자동보정" 33-44, 1991

5 송재현, "저수함수모형의 매개변수 보정과 홍수예측 (1) 보정 방법론과 모의 홍수수문곡선의 평가" 대한토목학회 26 (26): 27-38, 2006

6 이정규, "저류함수법의 시변성 매개변수 조정에 퍼지이론 도입에 관한 연구" 한국수자원학회 29 (29): 149-160, 1996

7 최종남, "저류함수법의 매개변수 산정식 개발" 한국방재학회 9 (9): 125-130, 2009

8 배덕효, "저류함수법에 의한 추계동력학적 하도홍수추적모형의 개발" 한국수자원학회 33 (33): 341-350, 2000

9 남궁달, "저류함수법에 의한 강우-유출모형의 변수추정" 한국수자원학회 18 (18): 185-185, 1985

10 정동국, "저류함수모형 매개변수 산정 개선방법의 한강유역 적용" 한국방재학회 8 (8): 149-158, 2008

11 이병주, "앙상블 칼만필터를 연계한 추계학적 연속형 저류함수모형 (Ⅱ) : - 적용 및 검증 -" 한국수자원학회 42 (42): 963-972, 2009

12 배덕효, "앙상블 칼만필터를 연계한 추계학적 연속형 저류함수모형 (Ⅰ) : - 모형 개발 -" 한국수자원학회 42 (42): 953-961, 2009

13 김종래, "동적효과를 고려한 저류함수모형의 최적 매개변수 결정" 한국수자원학회 39 (39): 593-603, 2006

14 배덕효, "대유역 홍수예측을 위한 연속형 강우-유출모형 개발" 한국수자원학회 44 (44): 51-64, 2011

15 김운해, "강우-유출량 예측을 위한 적응 저류함수법" 전기학회 47 (47): 231-236, 1998

16 木村俊晃, "貯留關數法に 洪水流出の 追跡法" 日本土木硏究所 1961

17 Sugiyama, H., "Verification and Application of Regional Equations for the Storage Function Runoff Model" 35 (35): 1147-1157, 1999

18 Fujita, M., "Stochastic response of a storage function model for flood runoff estimation of higher-order moments" 21 (21): 523-531, 1995

19 Duan, Q.Y., "Shuffled complex evolution approach for effective and efficient global minimization" 76 (76): 501-521, 1993

20 김태균, "SCS 초과우량산정방법을 이용한 저류함수법 적용" 한국수자원학회 40 (40): 523-532, 2007

21 Nash, J.E., "River flow forecasting through conceptual models part I-A discussion of principles" 10 (10): 282-290, 1970

22 이재응, "Neuro-Fuzzy 추론기법을 이용한 홍수 예 · 경보" 한국수자원학회 41 (41): 341-351, 2008

23 Shamir, E., "Flood Forecasting in Regulated Basins Using the Ensemble Extended Kalman Filter with the Storage Function Method" 15 (15): 1030-1044, 2010

24 Sugiyama, H., "Evaluation of the storage function model parameter characteristics" 191 : 332-348, 1997

25 Duan, Q.Y., "Effective and efficient global optimization for conceptual rainfall-runoff models" 28 (28): 1015-1031, 1992