강우-유출 모형의 상태변수와 수문기상변량과의 상관성 분석 = A correlation analysis between state variables of rainfall-runoff model and hydrometeorological variables

국문 초록 (Abstract)

수자원의 효율적인 이용과 관리를 위해서는 기본적으로 강우-유출에 대한 신뢰성 있는 해석이 필요하지만 이를 위한 연속적인 수문자료가 부족하고, 실측 및 모형 등을 통한 강우-유출자료의 확보는 여전히 요원한 실정이다. 특히 미계측 유역의 경우는 합리적인 강우-유출 모의 개선의 일환으로 모형 적용시 필요한 매개변수를 계측유역에서 미계측 유역으로 전이하는 지역화 방안이 활용되고 있다. 본 연구에서는 하천 내 미계측 유역 또는 가뭄모니터링이 필요한 지점에서 GR4J 모형을 선정하여 강우-유출과정의 상태변수를 추출하고 SCEM-UA 기법을 이용한 매개변수 최적화를 진행하였다. 모형을 통해 획득한 유역특성인자와 매개변수 상관성 분석을 위해 Copula 함수를 이용하여 지역화하였으며 미계측 유역에 대한 강우-유출 분석을 수행하였다. 분석과정에서 대상 유역의 중간상태변수를 추출하고 이를 수문변량 인자인 하천수위와 지하수위에 대해 각각의 상관성을 분석하였다. 나아가 강우-유출 모의 과정에서 GR4J 모형의 상태변수를 산출하고 지수화시켜 수문학적 가뭄지수(SSDI)를 산정하였으며 이를 대표 가뭄지수인 SPI와 비교분석하여 산정된 가뭄지수의 수문학적 적합성 평가를 수행하였으며 이를 토대로 미계측 유역에서의 가뭄 모니터링 및 가뭄정보제공 체계구축과 활용 가능성을 확인할 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

For the efficient use and management of water resources, a reliable rainfall-runoff analysis is necessary. Still, continuous hydrological data and rainfall-runoff data are insufficient to secure through measurements and models. In particular, as part of the reasonable improvement of a rainfall-runoff model in the case of an ungauged watershed, regionalization is being used to transfer the parameters necessary for the model application to the ungauged watershed. In this study, the GR4J model was selected, and the SCEM-UA method was used to optimize parameters. The rainfall-runoff model for the analysis of the correlation between watershed characteristics and parameters obtained through the model was regionalized by the Copula function, and rainfall-runoff analysis with the regionalized parameters was performed on the ungauged watershed. In the process, the intermediate state variables of the rainfall-runoff model were extracted, and the correlation analysis between water level and the ground water level was investigated. Furthermore, in the process of rainfall-runoff analysis, the Standardized State variable Drought Index (SSDI) was calculated by calculating and indexing the state variables of the GR4J model. and the calculated SSDI was compared with the standardized Precipitation index (SPI), and the hydrological suitability evaluation of the drought index was performed to confirm the possibility of drought monitoring and application in the ungauged watershed.

참고문헌 (Reference)

• 1 임성수, "토양수분과정을 고려한 GR4J 모형의 개량 및 국내유역 적용성 평가" 한국방재학회 12 (12): 255-262, 2012
• 2 권형중, "유역의 지형 및 토양특성을 고려한 지하수 개발량 평가" 대한토목학회 25 (25): 19-25, 2005
• 3 강민구, "미계측 유역 유출 모의를 위한 Tank 모형의 매개변수 지역화" 한국수자원학회 46 (46): 519-530, 2013
• 4 Lyne, V., "Stochastic time-variable rainfallrunoff modelling" 79 (79): 89-93, 1979
• 5 Wagner, T., "Rainfall-runoff modeling in gaged and ungaged catchments" Imperial College Press 2004
• 6 Feyen, L., "Parameter optimisation and uncertainty assessment for large-scale streamflow simulation with the LISFLOOD model" 332 (332): 276-289, 2007
• 7 Duan, Q., "Model Parameter Estimation Exper iment (MOPEX): An overview of science strategy and major results from the second and third workshops" 320 (320): 3-17, 2006
• 8 Kwon, H. -J., "Methodology of drougth assessment using national groundwater monitoring network data" 27 (27): 193-199, 2007
• 9 McIntyre, N., "Ensemble Predictions of runoff in ungauged catchments" 41 (41): W12434-, 2005
• 10 Duan, Q., "Effective and efficient global optimization for conceptual rainfall‐runoff models" 28 (28): 1015-1031, 1992
• 11 Mckee, T. B., "Drought monitoring with multiple time scales preprints" 223-236, 1995
• 12 Kim, J. -G., "Development of climate-informed framework for evaluation of water supply capability via water circulation model" University of Sejong 2021
• 13 Findley, D. F, "Counterexamples to parsimony and BIC" 43 (43): 505-514, 1991
• 14 Vrugt, J. A., "A shuffled complex evolution metropolis algorithm for optimization and uncertainty assessment of hydrologic model parameters" 39 (39): 1-16, 2003