Journal of the Korean GEO-environmental Society (한국지반환경공학회 논문집)

Korean Geo-Environmental Society (한국지반환경공학회)
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Analysis of Parameter Optimization Reflecting the Characteristics of Runoff in Small Mountain Catchment

소규모 산지 유역의 유출특성을 반영한 매개변수 최적화 분석

  • Joungsung Lim (Graduate Student, School of Civil Engineering, Chungbuk National University) ;
  • Hojin Lee (School of Civil Engineering, Chungbuk National University)
  • Received : 2024.07.11
  • Accepted : 2024.07.31
  • Published : 2024.09.01
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Abstract

In Korea, torrential rain frequency and intensity have surged over the past five years (2019-2023), breaking rainfall records. Due to insufficient observation facilities for rainfall and runoff data in small mountainous catchments, preparing for unexpected floods is challenging. This study examines the Bidogyo catchment in Goesan-gun, Chungcheongbuk-do, comparing design flood discharge calculated with optimized parameters versus standard guidelines. Using HEC-HMS and Q-GIS for model construction, five rainfall events were analyzed with data from the National Water Resources Management Information System. The time of concentration (Tc) and storage constant (K) were calculated using the Seokyeongdae formula and model optimization. Results showed that optimized parameters produced higher objective function values for flood events. The design flood discharge varied by -10.7% to 17.3% from the standard guidelines when using optimized parameters. Moreover, optimized parameters yielded flood discharges closer to observed values, highlighting limitations of the Seokyeongdae formula for all catchments. Further research aims to develop suitable parameter estimation methods for small mountainous catchments in Korea.

우리나라는 최근 5년(2019년~2023년)간 발생한 강우의 모든 기록이 경신 될 만큼 집중호우의 발생빈도와 강도가 급증하고 있다. 소규모 산지 유역은 수문분석에 필요한 관측시설의 미비로 자료확보가 어려워 국지성 집중호우로 인한 돌발홍수에 대한 사전 대비가 어려운 실정이다. 이에 본 연구에서는 국내 소규모 산지유역인 충청북도 괴산군에 위치한 비도교 유역을 대상으로 최적화된 매개변수와 홍수량산정 표준지침에서 제시한 매개변수를 활용하여 산출된 설계홍수량을 비교하였다. 강우-유출모형은 HEC-HMS를 활용하여 모의하였으며, 모형 구축을 위한 유역특성인자는 Q-GIS를 활용하여 수치표고모형(DEM)을 바탕으로 산출하였다. 호우사상은 국가수자원관리종합정보시스템에서 제공하는 수문기상자료를 이용하여 5개의 호우사상을 선정하였다. 모형구동에 필요한 도달시간(Tc)과 저류상수(K)는 홍수량산정 표준지침에서 제시하는 서경대 공식과 강우-유출모형의 최적화를 통해 각각 산정하였다. 모의한 호우사상을 비교한 결과 연구유역인 소규모 산지유역의 경우 서경대 공식으로 산출한 매개변수보다 최적화된 매개변수로 산출된 홍수 사상의 목적함수 값이 높은 것을 확인하였다. 또한, 최적화된 매개변수를 바탕으로 비도교 유역의 설계홍수량을 산정하여 전국하천유역 홍수량 산정보고서의 결과와 비교한 결과, 보고서에서 산정한 값과 최적화 매개변수로 산정한 값이 -10.7%~17.3% 차이로 산정되었다. 소규모 산지 유역인 비도교 유역에 두 매개변수로 산출된 홍수량값을 관측값과 비교했을때, 최적화된 매개변수로 산출된 값이 관측값과 더 유사한 것으로 보아, 홍수량산정 표준지침에서 권장하는 서경대 공식을 국내 모든 유역에 일괄적으로 적용하기에는 한계점이 존재한다고 판단된다. 추가적인 연구를 통해 국내 소규모 산지유역에 적합한 매개변수 산정기법을 개발하고자 한다.

Keywords

Acknowledgement

이 논문은 2021년도 정부(교육부)의 재원으로 한국연구재단 기초연구사업의 지원을 받아 수행된 연구임(No.NRF-2021R1I1A3054408).

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