Automatic Calibration of Storage-Function Rainfall-Runoff Model Using an Optimization Technique

최적화(最適化) 기법(技法)에 의한 저유함수(貯留函數) 유출(流出) 모형(模型)의 자동보정(自動補正)

For the real-time control of a multi-purpose reservoir in case of a storm, it is absolutely necessary to forecast accurate flood inflows through a good rainfall-runoff model by calibrating the parameters with the on-line rainfall and water level data transmitted by the telemetering systems. To calibrate the parameters of a runoff model. the trial and error method of manual calibration has been adopted from the subjective view point of a model user. The object of this study is to develop a automatic calibration method using an optimization technique. The pattern-search algorithm was applied as an optimization technique because of the stability of the solution under various conditions. The object function was selected as the sum of the squares of differences between observed and fitted ordinates of the hydrograph. Two historical flood events were applied to verify the developed technique for the automatic calibration of the parameters of the storage-function rainfall-runoff model which has been used for the flood control of the Soyanggang multi-purpose reservoir by the Korea Water Resources Corporation. The developed method was verified to be much more suitable than the manual method in flood forecasting and real-time reservoir controlling because it saves calibration time and efforts in addition to the better flood forecasting capability.

다목적댐 유역에서의 호우(濠雨)발생지 저수지 실시간(實時間) 운영을 위해서는 Telemeter 설비를 통해 온라인으로 전송된 강우(降雨) 및 유입량(流入量)(수위(水位)) 관측자료를 이용하여 강우(降雨)-유출(流出) 모형(模型)의 매개변수(媒介變數) 신속하게 보정(補正)하고 정확한 유입량을 예측하여야 한다. 지금까지는 유출모형의 매개변수 보정을 모형 운영자의 주관적인 판단 아래 시행착오(試行錯誤)에 의한 수동보정(手動補正) 방법을 사용하여 왔으나 최적화 기법을 이용하여 강우-유출모형의 매개변수를 자동으로 보정할 수 있는 방법을 제시하는 것이 본 연구의 목적이다. 최적화 기법으로는 다양한 조건하에서도 해의 안정성이 우수한 Pattern-Search법을 선정하였으며 목적함수로는 모형에 의해 산정된 유출량과 관측 유출량과의 편차의 제곱에 대한 누계치를 최소화 하는 것으로 하였다. 본 연구를 위하여 개발한 최적화 기법을 현재 한국수자원공사(韓國水資源公社)에서 소양강 다목적댐의 실시간 홍수조절에 사용하고 있는 저유함수(貯留函數) 유출모형의 매개변수를 과거의 홍수사상(洪水事象) 사용하여 자동으로 보정 하는데 적용하였다. 적용결과에 시행착오에 의한 수동보정 방법보다 시간 및 노력면에서 보다 효율적일 뿐아니라 홍수예측 기능도 보다 우수하여 저수지의 실시간 홍수예측 및 홍수조절에 알맞은 것으로 나타났다.