Evaluating Hydrologic Behavior of Hydrology Simulation using Time Area (HYSTAR) Model through Sensitivity Analysis

국문 초록 (Abstract)

시간-면적 기법을 이용해 유역의 수문과정을 묘사하는 분산형 (distributed) 연속 (continuous) 강우유출모형인 HYSTAR의 거동특성과 주요 매개변수에 대한 민감도를 분석하였다. 유역의 수문조건에 따른 모형거동의 변화를 분석하기 위해 연속되는 4개의 개별 강우사상에 대한 민감도를 조사하고 비교하였다. 또한, 매개변수의 상호작용이 민감도 분석결과에 미치는 영향을 파악하기 위해 두 가지 서로 다른 기법 (one-factor-at-a-time 과 all-factor-at-a-time 방법)을 이용하여 산정된 민감도를 비교하였다. 분석결과, 모형의 직접유출량, 첨두유량 및 도달시간 모의결과는 유출곡선번호 (curve number)에 가장 민감하게 반응하는 것으로 나타났으며, 토양의 깊이, van Genuchten 식의 매개변수, 작물계수에 큰 영향을 받았다. 한편, 모의된 기저유출량은 토양의 깊이를 비롯하여 van Genuchten 식의 매개변수, 작물계수 (crop coefficient), 이방성계수 (anisotropic coefficient), 유출곡선번호의 변화에 민감하였다. 매개변수에 대한 민감도는 분석에 이용된 강우사상에 따라 다르게 나타났으며, 유역의 토양수분조건에 따라 다르게 거동하는 모형의 중요한 특성을 잘 반영하였다. 두 가지 서로 다른 기법을 이용한 민감도 분석결과는 모의된 직접유출량 및 기저유출량의 변화가 매개변수의 상호작용에 의해 제한될 수 있음을 보여 주었다. 본 연구는 HYSTAR 모형의 매개변수에 대한 민감도 분석을 통해서 해당 모형의 거동을 정량적으로 보여주었고, 이를 통해 모형의 건전성 (soundness)을 입증할 수 있는 하나의 근거를 제시하였다. 본 연구결과는 향후 HYSTAR 모형을 이용한 수문분석 시 보정을 위한 매개변수 선정에 활용될 수 있을 것으로 사료된다. 또한, 본 연구결과에서 나타난 민감도의 수문조건 (또는 선정된 강우사상)에 대한 의존성은 연속유출 모형의 민감도 분석을 위한 강우 사상 선정 및 민감도 분석결과의 해석에 유용한 정보를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

참고문헌 (Reference)

1 Lilburne, L., "ensitivity analysis of spatial models" 23 (23): 151-168, 2009

2 Helton, J. C., "Uncertainty and sensitivity analysis techniques for use in performance assessment for radioactive waste disposal" 42 : 327-367, 1993

3 Her, Y., "Two-dimensional continuous simulation of spatiotemporally varied hydrological processes using the time-area method. Hydrological Processes" 2015

4 Neitsch, S. L., "Soil and Water Assessment Tool: Theoretical documentation, ver. 2009"

5 Saltelli, A., "Sensitivity analysis for chemical models" 105 (105): 2811-2828, 2005

6 Castaings, W., "Sensitivity analysis and parameter estimation for distributed hydrological modeling: potential of variational methods" 13 : 503-517, 2009

7 Shukla, S., "Impact of agricultural facility best management practices on runoff water quality" 44 (44): 1661-1672, 2001

8 Mostaghimi, S., "Impact of BMPs on surface water in the Owl Run watershed" Virginia Polytechnic Institute and State University 1999

9 Her, Y., "HYSTAR: Hydrology and Sediment Transport Simulation using Time-Area Method" Virginia Polytechnic Institute and State University 2011

10 EPA, "Guidance on the development, evaluation, and application of environmental models"

11 Moglen, G. E, "Effect of orientation of spatially distributed curve numbers in runoff calculations" 36 (36): 1391-1400, 2000

12 Ritzema, H. P., "Drainage Principles and Applications" ILRI 1994

13 Tang, Y., "Comparing sensitivity analysis methods to advance lumped watershed model identification and evaluation" 11 (11): 793-817, 2007

14 Brannan, K. M., "Animal waste BMP impacts on sediment and nutrient losses in runoff from the Owl Run watershed" 43 (43): 1155-1166, 2000