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Fuzzy 회귀분석기법을 이용한 산지하천유역 홍수유출량 산정 시스템 개발

Development of Flood Estimation System for Mountainous River Basin Using Fuzzy Regression Method

초록/요약

최근 산지하천유역에서 빈번하게 발생하는 집중호우와 이를 동반한 토석류 등에 의해 많은 피해가 발생하고 있다. 이러한 피해를 최소화하기 위해서는 산악지형의 특성을 반영한 효율적인 홍수방어대책이 수립되어야 하며, 이는 정확도 높은 설계홍수량 산정이 동반되어야 한다. 하지만 그 과정이 복잡하고, 많은 입력자료가 필요하기 때문에 인구밀도와 지역적인 중요도가 낮은 산지하천유역에서는 올바른 설계홍수량 산정이 제대로 수행되지 않고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 지역의 특성을 고려하여 홍수량을 산정할 수 있는 지역회귀분석 기본식에 fuzzy 회귀분석기법을 도입하여 과정이 간편하고, 적은 수의 입력자료 만으로 정확도 높은 홍수유출량을 산정할 수 있는 방법을 개발하는데 목적이 있다. 또한, 일반사용자들이 손쉽게 개발된 과정을 수행할 수 있도록 GUI(Graphic User Interface)형태의 프로그램을 개발하는데 그 목적이 있다. 산악지형의 특성을 반영한 홍수량 산정 일반식을 도출하기 위해 대표적인 산지하천유역인 평창강 유역을 대상으로 연구를 수행하였다. 산악지형의 특성을 고려하기 위해 적합성 검토를 통해 산지하천유역에서 홍수유출량에 가장 많은 영향을 미치는 인자를 택하였다. 이러한 인자들을 대입한 지역회귀분석 기본식에 fuzzy 회귀분석기법을 도입하여 불확실성을 정량화한 홍수량 산정 일반식을 도출하였다. 도출된 홍수량 산정 일반식의 정확도를 분석하기 위해 평창강 유역 내 이미 설계홍수량이 산정된 9개 지점을 대상으로 설계홍수량과 산정된 홍수량을 비교·분석하였다. 평창강 유역을 대상으로 개발된 산지하천유역 홍수량 산정 일반식 도출 방법의 적용성을 검토하기 위해 평창강 유역과 다른 특성을 가진 산지하천유역인 양양남대천 유역에 개발된 방법을 적용하여 홍수량을 산정하였고, 그 정확성을 검토하였다. 또한, 평창강 유역의 홍수량 산정 결과와 양양남대천 유역의 홍수량 산정 결과를 비교·분석하였다. 최종적으로 산지하천유역의 임의지점에서 홍수량 산정을 일반사용자들도 쉽게 수행할 수 있도록 GUI 형태의 프로그램으로 개발하였다. 산정된 홍수유출량을 설계홍수량과 비교한 결과, 평창강 유역과 양양남대천 유역 모두 높은 정확도를 보였다. 양양남대천 유역에서의 정확도가 평창강 유역에서 보다 높은 것으로 분석되었다. 또한, 양양남대천 유역에서 불확실도가 평창강 유역의 불확실도보다 작게 산정되었다. 이러한 결과가 도출된 이유는 두 유역이 가진 특성이 상이하기 때문이라고 판단된다.

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목차

제 1 장 서 론
1.1 연구배경 및 목적
1.2 연구동향
1.3 연구내용 및 범위

제 2 장 Fuzzy 회귀분석기법의 기본이론
2.1 Fuzzy 집합 기본이론
2.2 Fuzzy 회귀분석기법의 필요성
2.3 Fuzzy 회귀분석 이론
2.4 Fuzzy 회귀분석 적합 모형
2.4.1 가능성 모형
2.4.2 최소자승 모형

제 3 장 Fuzzy 회귀분석기법을 이용한 홍수량 산정식 개발
3.1 대상유역 선정
3.2 입력변수 적합성 검토 및 추출
3.2.1 지형적 인자 적합성 검토 및 선정
3.2.2 수문학적 인자 선정 및 추출
3.3 홍수량 산정 일반식 도출
3.3.1 지역회귀분석 기본식
3.3.2 선형계획기법 적용을 통한 fuzzy 계수 산정
3.3.3 빈도별 홍수유출량 산정
3.4 결과분석

제 4 장 홍수량 산정식 도출 방법의 적용성 검토
4.1 대상유역 선정
4.2 입력변수 추출
4.2.1 지형적 인자 추출
4.2.2 수문학적 인자 추출
4.3 Fuzzy 계수 산정 및 홍수유출량 산정
4.4 결과 및 적용성 검토

제 5 장 산지하천유역 홍수유출량 산정 프로그램 개발
5.1 MATLAB GUI
5.2 산지하천유역 홍수유출량 산정 프로그램 개발

제 6 장 결 론

참고문헌

Abstract

감사의 글

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