실측자료 기반 농업용 저수지 장기유출모형 매개변수 회귀식 개선에 관한 연구
A Study on the Improvement of Regression Parameters of Long-Term Runoff Model based on Historical Data for Agricultural Reservoir
초록/요약
농업용 저수지는 미계측 유역이 대부분으로 강우량, 유출량 등의 수문·기상학적 자료와 농업용 저수지 수로부의 수위변화, 농업용수 공급량 등에 대한 계측 자료가 부족하기 때문에 농업용 저수지 설계 및 운영에 필요한 유입량을 정확하게 예측하는데 어려움이 많다. DIROM 모형은 농업용 저수지의 유입량 산정에 적용하기 위한 개념적 강우-유출모형인 수정 TANK 모형이다. 그러나 DIORM 모형 매개변수를 추정하기 위한 기존 회귀식은 TANK 모형 매개변수의 범위를 전혀 고려하지 않고, 유역면적이 큰 다목적댐 상류와 하천수위관측소를 대상유역으로 개발된 위한 회귀식을 제안하여 정확한 농업용 저수지의 유출량 모의에 한계가 있다. 우리나라 총 수자원 이용량의 41%를 차지하고 있는 농업용수는 농업용 저수지의 용수공급에 크게 의존하며 영농 활동의 필수 자원 중 하나이다. 그러나 최근 기후변화로 인해 기상재해 발생빈도가 증가함에 따라 약 17,000개를 차지하고 있는 농업용 저수지의 안정적인 용수공급 안정성이 감소하고 있다. 또한, 대부분의 농업용 저수지의 노후화가 심각한 상태이며, DIROM 모형은 현재 사용되고 있는 농업용 저수지의 유입량 산정모형으로 매개변수 산정을 위한 회귀식은 1980년대에 개발되어 현재까지 사용되고 있다. 우리나라의 강우와 유출 특성이 시간이 흐름에 따라 변화하였기 때문에 본 연구에서는 최근 수문자료를 관측하기 시작한 일부 농업용 저수지 중 25개의 농업용 저수지를 대상 저수지로 선정하여 실측 수문자료와 유전자 알고리즘을 활용하여 최적화된 DIROM 모형 매개변수를 산정하였고, DIROM 모형 매개변수 범위를 고려하여 매개변수 추정 회귀식을 보완하였다. 또한 최하단 TANK의 초기 저류고를 포함한 총 11개의 DIROM 모형 매개변수 추정을 위한 회귀식을 개발하고, 그 적용성을 평가하였다. 그 결과 기존의 매개변수 회귀식을 적용한 결과에 비하여 개발된 매개변수 회귀식을 적용하였을 때 실측 유입량과의 차이가 115%에서 86%로 감소하는 것으로 분석되었다. 또한 평균적으로 상관계수는 0.54에서 0.64로 증가하였고, Peak-Weighted Root Mean Square Error (PWRMSE)는 94×103 m3에서 62×103 m3로 감소하였다. 개발된 매개변수 회귀식을 사용하여 장기유출량을 모의하는 것이 실측 유입량에 좀 더 근접하게 모의하는 것을 확인하였다. 본 연구 결과 더 많은 농업용 저수지를 대상으로 장기적으로 관측된 실측 수문자료를 활용하여 매개변수 회귀식을 추정하게 된다면 좀 더 실측 유입량에 가까운 유입량을 모의할 수 있을 것이라 판단되며, 실측자료 획득에 어려움이 있는 농업용 저수지에서 안정적인 용수공급 분석에 도움이 될 것으로 판단된다.
more초록/요약
Most of the upstream basins of agricultural reservoirs are ungauged basins, and measurement data on hydrological and meteorological data such as rainfall and outflow, irrigation water supply, and water level changes to irrigation district water are insufficient. Therefore, there are many difficulties in accurately predicting the inflow amount for reservoir design and operation. DIROM is a conceptual rainfall-runoff model for application to ungauged basins. However, the existing regression equation for estimating the parameters of DIROM does not consider the scope of the parameters and does not propose a regression equation for calculating the initial reservoir of the lowest TANK, so there is a limit to accurate outflow simulation. Agricultural water in Korea accounts for 41% of the total use of water resources, and it is an essential resource for farming activities and relies heavily on the supply of water from agricultural reservoirs. However, as the frequency of weather disasters increases due to recent climate change, the stability of stable water supply in agricultural reservoirs, which account for the largest number of domestic reservoirs, is decreasing. In addition, most agricultural reservoirs are aging seriously, and DIROM, a model for calculating the inflow of agricultural reservoirs currently in use, uses a regression equation developed in the 1980s to calculate parameters. As Korea's rainfall and outflow characteristics change, this study optimized the parameters of the DIROM model using measured hydrological data and genetic algorithms for some agricultural reservoirs that recently began to observe hydrological data. And, the parameter estimation regression equation was supplemented by considering the range of DIROM parameters. In addition, a regression equation for estimating a total of 11 parameters, including the initial reservoir of the lowest TANK, was developed and its applicability was evaluated. The result, compared to the results of applying the existing parameter regression equation, it was analyzed that the difference from the actual amount of inflow decreased from 115% to 86%. In addition, on average, the correlation coefficient increased from 0.54 to 0.64, and the Peak-Weighted Root Mean Square Error (PWRMSE) decreased from 94×103 m3 to 62×103 m3. The simulated inflow using the developed parameter regression equation was closer to the measured inflow than the existing parameter regression equation. As a result of this study, the use of long-term observed measured hydrological data can simulate more accurate inflow and will help analyze stable water supply in ungauged agricultural reservoirs.
more목차
제 1 장 서 론 1
1.1 연구배경 및 목적 1
1.2 연구내용 및 범위 3
1.3 연구 동향 3
제 2 장 기본 이론 7
2.1 DIROM 모형 7
2.2 매개변수 최적화 10
2.2.1 유전자 알고리즘 10
2.2.2 목적함수 11
2.3 회귀식 개발을 통한 매개변수 일반화 13
제 3 장 대상 저수지 및 입력자료 구축 16
3.1 대상 저수지 16
3.2 입력자료 구축 18
3.2.1 농업용 저수지의 실측 유입량 산정 18
3.2.2 농업용 저수지의 지형자료 구축 19
3.2.3 강우량 자료 구축 20
제 4 장 유전자 알고리즘에 의한 매개변수 최적화 21
4.1 매개변수의 범위와 초기값 결정 21
4.2 유전자 알고리즘을 활요한 DIROM 모형 매개변수 최적화 23
4.3 실측 유입량과 최적화된 매개변수 적용 모의 유입량 비교 25
제 5 장 DIROM 모형 매개변수 추정을 위한 회귀식 개발 32
5.1 유역특성인자를 활용한 회귀식 개발 32
5.2 실측 유입량과 개발된 회귀식 적용 모의 유입량 비교 35
제 6 장 결 론 42
참 고 문 헌 44
부 록 48
Abstract 71
