태풍 발생 시 유출량 산정을 위한 개념적 강우-유출 모형의 지역화 연구

국문 초록 (Abstract)

최근 이상기후로 인하여 집중호우 및 태풍과 같은 극한홍수사상의 발생이 늘어나고 있으며, 이로 인한 인적 및 재산 피해가 과거와 비교하여 크게 증가하고 있다. 이와 같은 피해를 예방하기 위하여 유역 수문분석이 필요하지만, 미계측 유역에서는 수문분석의 기초자료인 수문 자료가 관측되지 못하는 어려움이 있다. 이에 본 연구에서는 수문 자료가 제한적인 미계측 유역에서 태풍에 의해 발생되는 피해를 줄이기 위하여 태풍 발생 시 유출량 산정을 위한 강우-유출 모형 매개변수의 지역화 회귀식을 개발하였다. 강우-유출 모형으로는 개념적 강우-유출 모형을 활용하였으며, 금강 13개 유역에서 4개 주요 태풍에 대하여 수집된 52개 홍수사상을 바탕으로 모형을 검정하였다. 또한, 모형 검정 결과는 목적함수 NSE를 활용하여 객관적으로 평가되었다. 52개 홍수사상 중 NSE 값이 0.4 이상으로 적합한 결과 값을 가지는 43개 홍수사상을 지역화 회귀식 개발에 활용하였다. 다중 선형 회귀분석을 활용하여 43개 홍수사상의 검정 매개변수 결과와 유역 특성인자 사이의 상관성을 분석하였으며, 분석 결과를 바탕으로 지역화 회귀식을 개발하였다. 개발된 지역화 회귀식 중 2개는 다소 낮은 결정계수 를 보였지만, 나머지 3개는 0.6 이상의 적합한 를 나타냈다. 또한, 5개 지역화 회귀식 모두 유의확률이 0.1 이하로 적합하게 나타났다. 이를 통하여 개발된 지역화 회귀식이 모형 매개변수와 유역 특성인자 사이의 상관성을 충분히 설명한다고 판단하였다. 개발된 지역화 회귀식이 미계측 유역의 유출량 모의에 적합한지 평가하기 위하여, 지역화 회귀식의 검증을 실시하였다. 검증 방법으로는 leave-one-out-cross-validation 방법을 활용하였으며, 금강 13개 유역 중 한 유역씩 차례대로 미계측 유역으로 가정하고 개발된 지역화 회귀식을 적용하였다. 그 결과, 지역화 회귀식 개발에 활용된 43개 중 21개 홍수사상이 0.4 이상의 적합한 NSE 결과 값을 보였다. 또한, 검정 및 검증 모의 결과 값의 오차를 비교한 결과, 검증 NSE 결과 값이 검정 결과와 비교하여 20% 내의 오차를 보이는 홍수사상이 16개이지만, 첨두홍수량 및 총 유출고 모의 결과에서는 각각 27개와 33개 홍수사상이 검정 결과와 비교하여 20% 내의 오차를 나타내는 검증 결과를 보이고 있다. 이를 통하여 개발된 지역화 회귀식이 적합한 모형 모의 성능을 가지는 모형 매개변수를 산정할 수 있다고 판단하였다. 향후 연구에서는 확대된 연구유역과 보다 많은 관측 수문자료를 바탕으로 우수한 지역화 회귀식을 개발하고, 태풍 발생 시 금강 미계측 유역의 태풍 발생 시 유출량을 보다 정확하게 모의할 수 있을 것으로 기대한다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. Introduction 1
• 1.1 Objective of the study 1
• 1.2 Background of the study 3
• 1.3 Outline of the study 8
• Ⅱ. Study watersheds 10
• 2.1 Hydrological data 13
• 2.2 Major typhoons in the Geum River basin 19
• Ⅲ. Rainfall-runoff modeling and regionalization 27
• 3.1 Conceptual rainfall-runoff model 27
• 3.2 Calibration of the rainfall-runoff model 33
• 3.3 Regionalization 35
• Ⅳ. Results 37
• 4.1 Calibration results 37
• 4.2 Regionalization equations 44
• 4.3 Validating the performance of regionalization equations 47
• Ⅴ. Conclusions 55
• References 58