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유역 경사에 따른 TANK 모형 매개변수 추정을 위한 회귀식 개발
Development of Regression Equations for the Parameter Estimation of TANK model based on Basin Slope

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Authors
안지현
Advisor
강문성
Major
농업생명과학대학 생태조경.지역시스템공학부(지역시스템공학전공)
Issue Date
2013-08
Publisher
서울대학교 대학원
Keywords
TANK 모형유출량유역특성인자유역경사회귀식
Description
학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 생태조경.지역시스템공학부(지역시스템공학전공), 2013. 8. 강문성.
Abstract
저수지 상류 유역은 대부분 미계측 유역으로 강우량, 유출량 등의 수문․기상자료와 관개용수공급량, 관개지구 용수로의 수위변화 등에 대한 계측 자료가 부족하여 저수지 설계 및 운영을 위한 정확한 유입량 예측에 어려움이 많다. 또한 미계측 유역에 적용하기 위한 개념적 강우-유출모형인 Tank 모형의 매개변수를 추정하기 위한 기존 회귀식은 매개변수의 범위를 고려하지 않고, 최하단 탱크의 초기 저류고를 산정하기 위한 회귀식을 제안하고 있지 않아 정확한 유출량 모의에 한계가 있다.
따라서 본 연구의 목적은 실측 유출량 자료를 확보하고 있는 국내 다목적댐 상류유역 및 하천 수위관측소 유역을 대상으로 3단 탱크 모형의 매개변수 추정 회귀식을 보완하여 매개변수 범위를 고려하였으며, 최하단 탱크의 초기 저류고를 포함하여 총 11개 매개변수 추정을 위한 회귀식을 개발하고, 그 적용성을 평가하는 데 있다.
대상유역의 실측 유출량 자료를 이용하여 유전자 알고리즘을 통해 모형의 매개변수를 최적화하였고, 최적화된 매개변수와 유역특성인자 간 상관분석을 실시한 뒤 일반화된 회귀식을 개발하였다. 개발된 회귀식으로 유출량을 모의한 결과, R2와 효율지수는 0.7 이상으로 높게 나타났으며 RMSE는 5 ㎜/day 이하로 나타남으로써 모의값이 실측값을 잘 반영하였다.
기존에 개발된 회귀식은 일부 다목적댐 및 하천유역을 대상으로 하고 있어 모든 유역에 적용하여 정확한 유출량을 모의하기에는 한계가 있다고 사료되어 유출량에 영향을 미치는 유역경사의 경사 구간을 고려한 세분화된 회귀식을 개발하였다. 유역경사 (S)의 평균값과 표준편차를 이용하여 구간을 Case Ⅰ(S ≤ 21.8%, 21.8% < S < 34.5%, S ≥ 34.5%)과 Case Ⅱ(S ≤ 25.0%, 25.0% < S < 31.4%, S ≥ 31.4%)로 구분하고 각 구간에 해당하는 회귀식을 개발하였으며, 통계적 결과 두 Case의 회귀식 모두 일반화된 하나의 회귀식보다 더 높은 정확도를 나타내었다.
본 연구에서 개발된 총 3 Case의 회귀식은 모두 기존에 제시된 회귀식보다 높은 정확도를 보였다. 특히, Case Ⅱ 회귀식으로 산정된 매개변수로 모의한 총유출량은 실측 총유출량에 좀 더 근접하게 모의됨으로써 임의의 유역에 대한 장기유출량 모의 시 보다 신뢰성 높은 결과를 나타낼 것으로 기대된다. 또한, 이를 통해 장기적으로 수집된 유출량 자료는 향후 자료 획득에 어려움이 있는 미계측 유역의 유역관리, 설계 및 운영 등에도 효과적으로 활용될 수 있을 것이다.
The TANK model has been widely used in rainfall-runoff modeling due to its simplicity of concept and computation while achieving forecast accuracy. A major difficulty in the application of the model arises from the determination of parameter values which are usually calibrated with the measured hydrologic data. However, most upstream of reservoirs in Korea are ungauged watersheds where limited or no monitoring data are available. Thus, generalized equations for estimating TANK model parameter values in ungauged watershed are needed. Thirty watersheds of dam sites and stream stations were selected in this study for the parameter estimation. A genetic algorithm was used to optimize Tank model parameters. Generalized equations were derived from correlations between the optimized parameters and the watershed characteristics. Basin slope is one of the most important factors in watershed runoff simulation. To improve accuracy of runoff simulation, separate regressing equations were developed for different basin slope ranges, defined by Case Ⅰ and Ⅱ
Slope range of Case Ⅰ is 21.8% ≥ S, 21.8% < S < 34.5%, S ≤ 34.5% and Case Ⅱ is 25.0% ≥ S, 25.0% < S < 31.4%, S ≤ 31.4%. Overall, the newly developed equations (generalized equations, Case Ⅰ equations, and Case Ⅱ equations) performed better in runoff simulation than conventional equations, especially, the Case Ⅱ equations simulated the closest to the observed runoff.
It was concluded that newly developed regression equations based on basin slope can improve the runoff simulation particularly for the ungauged watersheds upstream of agricultural reservoirs.
Language
Korean
URI
https://hdl.handle.net/10371/125548
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Appears in Collections:
College of Agriculture and Life Sciences (농업생명과학대학)Dept. of Landscape Architecture and Rural System Engineering (생태조경·지역시스템공학부)Theses (Master's Degree_생태조경·지역시스템공학부)
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