• Analysis of the Effect of Objective Functions on Hydrologic Model Calibration and Simulation

    목적함수에 따른 매개변수 추정 및 수문모형 정확도 비교․분석

    Lee, Gi Ha1, Yeon, Min Ho2, Kim, Young Hun3 and Jung, Sung Ho4*

    이기하, 연민호, 김영훈, 정성호

    An automatic optimization technique is used to estimate the optimal parameters of the hydrologic model, and different hydrologic response results can be …

    수문모형의 최적 매개변수를 추정하기 위해서 자동최적화기법이 자주 이용되며, 이러한 최적화기법은 관측값과 모의값의 오차를 최소로 하기 위해 목적함수를 필요로 한다. 다만, 다양한 목적함수 …

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    An automatic optimization technique is used to estimate the optimal parameters of the hydrologic model, and different hydrologic response results can be provided depending on objective functions. In this study, the parameters of the event-based rainfall-runoff model were estimated using various objective functions, the reproducibility of the hydrograph according to the objective functions was evaluated, and appropriate objective functions were proposed. As the rainfall-runoff model, the storage function model(SFM), which is a lumped hydrologic model used for runoff simulation in the current Korean flood forecasting system, was selected. In order to evaluate the reproducibility of the hydrograph for each objective function, 9 rainfall events were selected for the Cheoncheon basin, which is the upstream basin of Yongdam Dam, and widely-used 7 objective functions were selected for parameter estimation of the SFM for each rainfall event. Then, the reproducibility of the simulated hydrograph using the optimal parameter sets based on the different objective functions was analyzed. As a result, RMSE, NSE, and RSR, which include the error square term in the objective function, showed the highest accuracy for all rainfall events except for Event 7. In addition, in the case of PBIAS and VE, which include an error term compared to the observed flow, it also showed relatively stable reproducibility of the hydrograph. However, in the case of MIA, which adjusts parameters sensitive to high flow and low flow simultaneously, the hydrograph reproducibility performance was found to be very low.


    수문모형의 최적 매개변수를 추정하기 위해서 자동최적화기법이 자주 이용되며, 이러한 최적화기법은 관측값과 모의값의 오차를 최소로 하기 위해 목적함수를 필요로 한다. 다만, 다양한 목적함수 선택에 따라 각기 다른 수문응답 결과를 제공할 수 있다. 본 연구에서는 국내·외에서 사용되는 다양한 목적함수를 활용하여 단기 강우-유출 수문모형의 매개변수를 추정하고, 목적함수에 따른 수문곡선의 재현성을 평가하고, 적정 목적함수를 제시하고자 하였다. 강우-유출 모형으로는 현행 홍수예보에서 유역 유출모의에 활용되고 있는 집중형 수문모형인 저류함수모형을 선택하였으며, 모형의 5개 매개변수에 대해서 전역최적화기법인 SCE-UA를 적용하여 모형의 최적매개변수를 추정하였다. 목적함수별 수문곡선의 재현성 평가를 위해 용담댐 상류유역인 천천유역을 대상으로 9개의 강우사상을 추출하였으며, 7개의 목적함수를 선택하여 개별 강우사상별로 저류함수모형의 매개변수를 추정하고, 이를 활용한 모의 수문곡선의 재현성을 비교·분석하였다. 분석결과, 목적함수에 오차제곱을 포함하고 있는 RMSE, NSE, RSR이 Event 7을 제외한 모든 강우사상에 대해 가장 높은 정확도를 나타냈으며, 관측유량과 모의유량의 오차만을 반영한 ABIAS의 경우, 정확도가 가장 낮은 것으로 분석되었다. 또한, 관측유량 대비 오차 항을 포함하고 있는 PBIAS 및 VE의 경우 역시, 상기 3개(RMSE, NSE, RSR)의 결과와 유사하게 비교적 안정적인 수문곡선 재현성을 보여주었다. 다만, 고유량과 저유량을 동시에 고려하여 이에 민감한 매개변수를 조정하도록 개발된 MIA의 경우, 수문곡선 재현성 성능이 매우 낮은 것으로 나타났다.

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    31 March 2022
  • Analysis of Present Status and Characteristics of Elementary Technologies for Smart River Management

    스마트 하천관리를 위한 요소기술의 현황과 특성 분석

    Tae Soo Eum, Eun Taek Shin, Chang Geun Song

    엄태수, 신은택, 송창근

    In accordance with the 4th Industrial Revolution, the water resource management field is also making efforts to introduce and advance the 4th …

    4차 산업혁명에 따라 수자원 관리분야에서도 수문관측 및 해석 등에 4차 산업혁명 핵심 기술을 도입하고 고도화하는데 많은 노력을 기울이고 있으나 하천관리 및 운영 …

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    In accordance with the 4th Industrial Revolution, the water resource management field is also making efforts to introduce and advance the 4th industrial revolution core technologies to hydrological observation and interpretation sectors, but the river management and operation fields are relatively inferior in technology. Although various smart technologies are being developed for the analysis and operation of phenomena occurring in rivers, it is necessary to develop technologies to effectively apply them in practice. Therefore, in this study, core technologies for smart river management were derived by analyzing the level of on-site smart technology in the SOC field and the current status and characteristics of element technologies for river management, and future technologies were suggested.


    4차 산업혁명에 따라 수자원 관리분야에서도 수문관측 및 해석 등에 4차 산업혁명 핵심 기술을 도입하고 고도화하는데 많은 노력을 기울이고 있으나 하천관리 및 운영 분야는 상대적으로 기술 열세를 보이고 있는 실정이다. 하천에서 발생하는 현상해석과 운영을 위해 다양한 스마트 기술이 개발되고 있지만 이를 실무에 효과적으로 적용하기 위한 기술 개발이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 SOC 분야의 스마트 기술 현장화 수준과 하천관리를 위한 요소기술의 현황과 특성을 분석하여 스마트하천관리를 위한 핵심기술을 도출하고 미래기술의 추진 방향을 제시하였다.

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    31 March 2022
  • Suggestion the Rational Items with Comparison and Review for Designing of Buffering Retention Facility

    완충저류시설 설계 시 고려사항 분석을 통한 합리적 항목 제시

    Sang Hyun Ahn, Younghun Jung, Jaesang Kwak, Myoung-Jin Um

    안상현, 정영훈, 곽제상, 엄명진

    Korea Government promotes the installation of buffering retention facility to protect the water environment and prevent the environmental contamination event by toxic …

    유독성 물질로 인한 환경오염사고 방지 및 수환경 보호를 위해 정부에서는 완충저류시설의 설치를 제도적으로 추진하고 있다. 완충저류시설은 사고유출수 및 초기우수를 저류하여 수질오염을 방지하는 …

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    Korea Government promotes the installation of buffering retention facility to protect the water environment and prevent the environmental contamination event by toxic materials. Although the buffering retention facility is very important to protect the natural environment through the retention of accidental pollution and initial runoff, much study has not been done to suggest the guide line for the design of the facility. In this study, we suggested the rational items for the design of buffering retention facility based on many experts after we investigated and compared the previous results of many design materials.


    유독성 물질로 인한 환경오염사고 방지 및 수환경 보호를 위해 정부에서는 완충저류시설의 설치를 제도적으로 추진하고 있다. 완충저류시설은 사고유출수 및 초기우수를 저류하여 수질오염을 방지하는 긍정적인 역할에도 불구하고 관련연구 및 시설의 설계를 위한 구체적인 가이드 라인은 부족한 실정이다. 본 연구에서는 완충저류시설 설계 도서를 분석하여 어떠한 항목을 설계에 반영하였는지 분석하였다. 분석결과를 바탕으로 설계항목을 도출하고, 완충저류시설 관계자의 의견을 반영하여 완충저류시설의 설계에 필요한 항목을 제안하였다.

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    31 March 2022
  • Analysis of Appropriateness of Estimation Methods for Sediment Yields in Damaged Areas by Debris Flow

    토석류 피해지역 토사유출량 산정 방법의 적정성 분석

    Gi Jung Kim, Kye Won Jun, Bae Dong Kang

    김기중, 전계원, 강배동

    In this study, the amount of debris flow was calculated through the empirical equations of RUSLE, NILIM, and Marchi, which are widely …

    본 연구에서는 토석류 피해 발생지역에 대해 토사유출량 산정에 많이 사용되고 있는 RUSLE와 NILIM 그리고 Marchi의 경험식을 통해 토사유출량을 산정하였으며, 토사유출량 산정 방법의 …

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    In this study, the amount of debris flow was calculated through the empirical equations of RUSLE, NILIM, and Marchi, which are widely used to calculate areas affected by debris flow, and debris flow measured through precise measurements and field surveys was compared. The RUSLE method over estimated by 2.13 times in the average sense compared with the measured sediment quantify and Marchi's empirical equation over estimated by 2.83 times while NILIM's empirical equation 1.26 times, which is the lowest error among the three empirical equation.


    본 연구에서는 토석류 피해 발생지역에 대해 토사유출량 산정에 많이 사용되고 있는 RUSLE와 NILIM 그리고 Marchi의 경험식을 통해 토사유출량을 산정하였으며, 토사유출량 산정 방법의 국내 적용성을 검토하기 위해 정밀측량 및 현장조사를 통해 측정된 토사유출량을 비교하였다. RUSLE 방법은 실측 토사유출량에 비해 평균 2.13배 과다 산정되었으며, Marchi의 경험식은 평균 2.83배, NILIM 경험식의 경우 평균 1.26배로 세 가지 경험식 중 가장 낮은 오차가 발생하였다.

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    31 March 2022
  • Proposal of Performance Evaluation Methodology for Hydropower Reservoirs with Resilience Index

    회복탄력성을 고려한 발전용댐의 성능평가 방법론 제안

    Dong Hyun Kim, Hyung Ju Yoo, Hong-Joon Shin, Seung Oh Lee

    김동현, 유형주, 신홍준, 이승오

    Recently, water resources and energy policies such as integrated water management and carbon neutrality are changing rapidly. There is an opinion that …

    통합물관리, 탄소중립 등 수자원 및 에너지 정책이 급변하는 가운데 모두 연관성이 있는 발전용댐의 가치를 재평가해야한다는 의견이 제기되고 있다. 발전용댐은 홍수기에 제한수위를 두어 …

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    Recently, water resources and energy policies such as integrated water management and carbon neutrality are changing rapidly. There is an opinion that the value of hydropower reservoirs related to these policies should be re-evaluated. In the past, they have contributed to flood control in addition to electricity generation, such as operating at a limited water level during the flood season, but loss of power generation is inevitable with this operation. Therefore, this study introduced the concept of resilience to the hydropower generation system to minimize the power loss. A framework for evaluating the power generation performance of them was presented by defining the maximization of electricity sales as performance. Based on the current procedure of multiple operation plan, a scenario was established and simulation was performed using HEC-5. As a result of applying to the framework, it was confirmed that the power generation performance according to each scenario was evaluated as an important factor. And it was confirmed that the performance of flood control and water use could also be evaluated.


    통합물관리, 탄소중립 등 수자원 및 에너지 정책이 급변하는 가운데 모두 연관성이 있는 발전용댐의 가치를 재평가해야한다는 의견이 제기되고 있다. 발전용댐은 홍수기에 제한수위를 두어 운영을 하는 등 과거부터 전력생산 외에도 홍수조절 등에 기여해왔으나 이러한 운영방식은 전력손실이 불가피하다. 이에 본 연구는 발전용댐의 전력손실을 최소화하기 위하여 수력발전의 전력생산 시스템에 회복탄력성의 개념을 도입하고 전력판매액의 최대화를 발전성능으로 정의하여 발전용댐의 발전성능을 평가할 수 있는 프레임워크를 제시하였다. 현행 연계운영계획 수립 절차를 기반으로 댐 모의 운영 시나리오를 구축하고 HEC-5를 활용하여 댐 모의 운영을 수행하였다. 수행된 결과자료를 활용하여 제시된 프레임워크에 적용하여 각 시나리오에 따른 발전성능이 중요한 요소로 평가됨을 확인되었고 부가적으로 이·치수 성능도 평가할 수 있음을 확인하였다. 향후 다양한 시나리오를 기반으로 경제성 분석이 수반되어 비용과 편익이 산정된다면 시나리오별 경제적 효과 및 기회비용 등을 명확히 비교할 수 있을 것으로 판단된다.

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    31 March 2022