홍수 유출자료의 공간확장과 홍수저감효과에 대한 댐 영향 분석 I

김남원,정용,이정은,Kim, Nam Won,Jung, Yong,Lee, Jeong Eun 한국수자원학회 2015 한국수자원학회논문집 Vol.48 No.3

본 연구에서는 미계측 유역의 홍수 유출자료를 생성하는 공간확장법에 대한 주변여건 변화의 영향을 검토하였다. 특히, 댐이 있는 곳에서의 홍수 유출자료의 공간확장 가능성을 보이고 공간확장 된 자료를 활용한 자연유량의 생성에 대한 연구를 실시하였다. 이는 댐의 설치로 유역동질성이 손실된 미계측 유역의 유출자료생성을 위한 시도이다. 댐의 영향을 받는 유역의 홍수 유출자료 공간확장을 위해서 남한강에 위치한 여주 수위관측소를 중심으로 양평 수위관측소까지를 연구의 공간적 범위로 삼았다. 홍수 유출자료의 공간확장성을 분석하기 위해 1986년부터 2010년까지의 여주수위관측소의 홍수유량을 중심으로 41개의 홍수사상을 선정하였으며, 이를 통해 홍수 유출자료 공간확장성과 댐 영향을 제거한 자연유량을 산정 하였다. 홍수 유출자료의 공간확장 작업에서 여주의 관측유출량을 중심으로 공간확장 했을 때 77%이상의 사상이 Nash-Sutcliffe efficiency의 만족도 범위 내(NSE>0.5)로 분포 하였으며, 확장된 양평 수위관측소의 첨두홍수량(peak discharge)에 대해 0.84 NSE를 얻을 수 있었다. 홍수 유출자료의 자연유량은 여주수위관측소를 중심으로 구하였으며 충주댐의 영향이 횡성댐의 영향보다 커 충주댐의 유입량을 중심으로 자연유량을 확보하였다. 충주댐이 존재하는 1986년 이후의 자연유량은 관측 유량보다 첨두홍수량이 크게 나타나고 있다. 본 연구의 결과로 댐과 같은 구조물의 설치가 있는 곳에서도 홍수 유출자료의 공간확장이 가능하며 홍수 유출자료 공간확장된 자료를 활용하여 자연유량을 구할 수 있음을 보였다. In this study, the effects of changed environment on spatial extension of flood discharge data which is generating discharge data at ungauged watersheds. Especially, effects of dams on spatial extensions of flood discharge data and on natural flow generation were studied. This is somehow an intial trial of flood discharge data generation for heterogeneous watersheds because of dam installation. Data extensions have been performed based on the flood discharge data from YeoJoo water gauge station located on the Nam-Han River. For the evaluation of flood discharge data spatial extension under dam effects and producing natural flow, 41 flood events associated with YeoJoo water gauge station were selected from 1986 to 2010. When flood discharge data were extended based on YeoJoo water gauge station, 77% of selected flood events were over the satisfaction ranges (NSE>0.5) of Nash-Sutcliffe Efficiency for model validation. Extended flood discharge data at Yangpyung has 0.84 NSE obtained from spatial data extension based on YeoJoo water gauge station. Generated natural flow at YeoJoo was influenced strongly by Chungju Dam which has larger effects on streamflow at YeoJoo than Hoangsung Dam. Observed peak discharges after the 1986 of Chungju Dam installation were smaller than those of the obtained natural flow. Through these results, spatial extension of flood discharge data with installed dams works efficiently for ungauged watersheds and natural flow can be generated using extended flood discharge data.

홍수 유출자료의 공간확장과 홍수저감효과에 대한 댐 영향 분석 I

김남원,정용,이정은 한국수자원학회 2015 한국수자원학회논문집 Vol.48 No.3

본 연구에서는 미계측 유역의 홍수 유출자료를 생성하는 공간확장법에 대한 주변여건 변화의 영향을 검토하였다. 특히, 댐이 있는 곳에서의 홍수 유출자료의 공간확장 가능성을 보이고 공간확장 된 자료를 활용한 자연유량의 생성에 대한 연구를 실시하였다. 이는 댐의 설치로 유역동질성이 손실된 미계측 유역의 유출자료생성을 위한 시도이다. 댐의 영향을 받는 유역의 홍수 유출자료 공간확장을 위해서 남한강에 위치한 여주 수위관측소를 중심으로 양평 수위관측소까지를 연구의 공간적 범위로 삼았다. 홍수 유출자료의 공간확장성을 분석하기 위해 1986년부터 2010년까지의 여주수위관측소의 홍수유량을 중심으로 41개의 홍수사상을 선정하였으며, 이를 통해 홍수 유출자료 공간확장성과 댐 영향을 제거한 자연유량을 산정 하였다. 홍수 유출자료의 공간확장 작업에서 여주의 관측유출량을 중심으로 공간확장 했을 때 77%이상의 사상이 Nash-Sutcliffe efficiency의 만족도 범위 내(NSE>0.5)로 분포 하였으며, 확장된 양평 수위관측소의 첨두홍수량(peak discharge)에 대해 0.84 NSE를 얻을 수 있었다. 홍수 유출자료의 자연유량은 여주수위관측소를 중심으로 구하였으며 충주댐의 영향이 횡성댐의 영향보다 커 충주댐의 유입량을 중심으로 자연유량을 확보하였다. 충주댐이 존재하는 1986년 이후의 자연유량은 관측 유량보다 첨두홍수량이 크게 나타나고 있다. 본 연구의 결과로 댐과 같은 구조물의 설치가 있는 곳에서도 홍수 유출자료의 공간확장이 가능하며 홍수 유출자료 공간확장된 자료를 활용하여 자연유량을 구할 수 있음을 보였다. In this study, the effects of changed environment on spatial extension of flood discharge data which is generating discharge data at ungauged watersheds. Especially, effects of dams on spatial extensions of flood discharge data and on natural flow generation were studied. This is somehow an intial trial of flood discharge data generation for heterogeneous watersheds because of dam installation. Data extensions have been performed based on the flood discharge data from YeoJoo water gauge station located on the Nam-Han River. For the evaluation of flood discharge data spatial extension under dam effects and producing natural flow, 41 flood events associated with YeoJoo water gauge station were selected from 1986 to 2010. When flood discharge data were extended based on YeoJoo water gauge station, 77% of selected flood events were over the satisfaction ranges (NSE>0.5) of Nash-Sutcliffe Efficiency for model validation. Extended flood discharge data at Yangpyung has 0.84 NSE obtained from spatial data extension based on YeoJoo water gauge station. Generated natural flow at YeoJoo was influenced strongly by Chungju Dam which has larger effects on streamflow at YeoJoo than Hoangsung Dam. Observed peak discharges after the 1986 of Chungju Dam installation were smaller than those of the obtained natural flow. Through these results, spatial extension of flood discharge data with installed dams works efficiently for ungauged watersheds and natural flow can be generated using extended flood discharge data.

확장 칼만 필터를 이용한 유량자료의 실시간 품질향상: 1. 알고리즘 구축 및 단일지점에의 적용

유철상,황정호,김정호 한국수자원학회 2012 한국수자원학회논문집 Vol.45 No.7

본 연구에서는 자료동화기법의 하나인 확장 칼만 필터를 이용하여 유량자료의 실시간 품질향상을 수행하였다. 확장 칼만 필터의 상태-공간모형은 강우-유출모형과 관측유량자료를 이용하여 구성하였다. 본 연구에서는 실시간 품질향상 목적을 댐 유입량의 비정상적 고변동성 억제 및 관측유량의 결‧오측 보완으로 구분하였으며, 각각의 경우에 적절한 확장 칼만 필터 모형을 제시하였다. 이들 모형의 차이는 칼만이득 계산에 필요한 공분산 함수의 추정에 변동성만을 고려하는냐 또는 편의까지를 포함하느냐로 나타난다. 본 연구는 충주댐 유역을 대상으로 적용하였으며, 그 결과 제시된 모형들이 댐 유입량자료나 결‧오측이 포함된 유량자료의 실시간 품질향상에 효과적으로 작동함을 확인하였다. This study applied the extended Kalman Filter, a data assimilation method, for the real-time quality improvement of runoff measurements. The state-space model of the extended Kalman Filter was composed of a rainfall-runoff model and the runoff measurement. This study divided the purpose of quality improvement of runoff measurements into two; one is to suppress the abnormally high variation of dam inflow data, and the other to amend the missing or erroneous measurements. For each case, a proper model of extended Kalman Filter was proposed, and the main difference between two models is whether only the variation is considered or both the bias and variation are considered in the estimation of covariance function. This study was applied to the Chungju Dam Basin to confirm the proposed models were effectively worked to improve the quality of both the dam inflow data and the runoff measurements with some missing and erroneous part.

확장 칼만 필터를 이용한 유량자료의 실시간 품질향상: 1. 알고리즘 구축 및 단일지점에의 적용

유철상,황정호,김정호,Yoo, Chul-Sang,Hwang, Jung-Ho,Kim, Jung-Ho 한국수자원학회 2012 한국수자원학회논문집 Vol.45 No.7

본 연구에서는 자료동화기법의 하나인 확장 칼만 필터를 이용하여 유량자료의 실시간 품질향상을 수행하였다. 확장 칼만 필터의 상태-공간모형은 강우-유출모형과 관측유량자료를 이용하여 구성하였다. 본 연구에서는 실시간 품질향상 목적을 댐 유입량의 비정상적 고변동성 억제 및 관측유량의 결 오측 보완으로 구분하였으며, 각각의 경우에 적절한 확장 칼만 필터 모형을제시하였다. 이들 모형의 차이는 칼만이득 계산에 필요한 공분산 함수의 추정에 변동성만을 고려하는냐 또는 편의까지를 포함하느냐로 나타난다. 본 연구는 충주댐 유역을 대상으로 적용하였으며, 그 결과 제시된 모형들이 댐 유입량자료나 결 오측이 포함된 유량자료의 실시간 품질향상에 효과적으로 작동함을 확인하였다. This study applied the extended Kalman Filter, a data assimilation method, for the real-time quality improvement of runoff measurements. The state-space model of the extended Kalman Filter was composed of a rainfall-runoff model and the runoff measurement. This study divided the purpose of quality improvement of runoff measurements into two; one is to suppress the abnormally high variation of dam inflow data, and the other to amend the missing or erroneous measurements. For each case, a proper model of extended Kalman Filter was proposed, and the main difference between two models is whether only the variation is considered or both the bias and variation are considered in the estimation of covariance function. This study was applied to the Chungju Dam Basin to confirm the proposed models were effectively worked to improve the quality of both the dam inflow data and the runoff measurements with some missing and erroneous part.

자연형하천의 환경개선을 위한 생태유량산정 연구

함창학(Hahm Chang Hahk),김기형(Kim Gee Hyoung) 대한공간정보학회 2010 대한공간정보학회지 Vol.18 No.1

정확한 하천유량은 하천이 지니고 있는 이수, 치수 및 생태기능이 원활이 유지되기 위해서 가장 중요한 항목이다. 특히 하천의 생태기능은 하천의 환경개선에 있어 매우 중요한 기능이다. 하천의 생태유량에 있어서 하천에 서식하는 생물 및 하천지형에 대한 정확한 정보는 중요한 역할을 한다. 본 논문에서는 유역 및 하천의 지형공간자료를 활용하여 시범적으로 하천의 생태유량을 산정하였다. 하천의 환경복원에 있어서 지형공간자료는 매우 중요한 기초자료로 활용된다. The correct river discharge is a important item to keep a river role of using, controlling and ecology. Especially river role of ecology is very important for environmental development of river. In assesment of ecological flow, exact information of river life and topograph is very important. In this paper, the assesment of environmental flow is conducted using geo-spatial data of basin and river. The geo-spatial data is used as a important basic data in river restoration.

실무활용을 위한 Manning 조도계수 관계식의 결정

이종석,오지은,박영주,정재훈,Lee,Jong Seok,Oh,Gi Eun,Park,Young Joo,Jung,Jae Hoon 한국방재학회 2012 한국방재학회논문집 Vol.12 No.1

본 연구는 Manning 조도계수의 실무활용을 위해 자연하천 1,875개와 식생하천 739개를 합한 2,614개 현장실측자료를 사용해 회귀 분석에 의하여 관계식을 결정하였다. Box-Wishker 분석에 의한 현장자료의 Manning 조도계수 분포는 자연하천의 179개 모래 자료에서 0.004~0.151, 992개 자갈 자료에서 0.008~0.250, 651개 조약돌 자료에서 0.015~0.327, 53개 호박돌 자료에서 0.023~0.444로 나타났고, 식생하천의 281개 초본 자료에서 0.015~0.250, 150개 관목 자료에서 0.016~0.250, 308개 교목 자료에서 0.018~0.310으로 각각 나타났다. 중요한 경향은 조도계수와 유량, 마찰경사 및 상대 잠수비 간의 관계로부터 얻었다. 자연하천과 식생하천에 대한 Manning의 조도계수 관계식은 유량과 마찰경사를 함수로 하는 멱함수 형으로 유도되었고, 무차원 전단속도 관계식은 상대 잠수비 관계로부터 얻었다. 현장실측 Manning 조도계수의 분포와 이들 관계식은 수공 실무에 유용하게 사용될 수 있을 것이다. This study is determined to use with the hydraulic engineering field of relationships for Manning roughness coefficient by the regression analyzing the field measurements of flow resistance data which consist of the total 2,614 rivers for 1,875 and for 793 data in natural and vegetated rivers. The measured distribution of Manning roughness coefficients by the Box-Whisker Plots show the values which ranges from 0.004~0.151 for 179 sand, 0.008~0.250 for 992 gravel, 0.015~0.327 for 651 cobble, 0.023~0.444 for 53 boulder in natural rivers, and also from 0.015~0.250 for 281 grass, 0.016~0.250 for 150 shrubs, 0.018~0.310 for 308 trees in vegetated rivers, respectively. Significant trends are obtained between Manning roughness coefficients and flow discharge, friction slope and relative submergence. The regression equations for Manning roughness coefficients derived as the power law form with a function of the flow discharge and the friction slope, and the equations for dimensionless shear velocity developed as a relation of the relative submergence in natural and vegetated rivers. Relationships of these semi-empirical and Manning roughness coefficients in field measurements can be useful for hydraulic engineering practice.

낙동강유역 하천유량 예측모형 구축

이병주,배덕효 한국수자원학회 2011 한국수자원학회논문집 Vol.44 No.11

본 연구는 연속형 강우-유출모형과 관측유량 자료동화기법으로 앙상블 칼만필터 기법을 연계한 SURF 모형을 낙동강유역에 적용하여 하천유량예측의 적용성을 평가하고자 하는데 그 목적이 있다. 낙동강유역을 43개 소유역으로 구분하고 2006년과 2007년의 홍수기간 동안 12개 평가지점에 대해 유출모의를 수행하였다. 관측유량 자료동화 효과로 인해 예측유량의 정확도가 향상되며 1~5시간의 예측선행시간별 유효성지수를 분석한 결과 자료동화로 인해 46.2~30.1% The objective of this study is to assess Sejong University River Forecast (SURF) model which consists of a continuous rainfall-runoff model and measured streamflow assimilation using ensemble Kalman filter technique for streamflow forecast on Nakdong rive

IHACRES 모형을 이용한 평창강 유역 내 관측 유량자료의 평가

박용희,유철상,Park,Yong-Hee,Yoo,Chul-Sang 한국방재학회 2008 한국방재학회논문집 Vol.8 No.4

본 연구에서는 IHACRES 모형을 이용하여 충주댐 유역 내 12개 지점에 대한 관측유량자료에 대한 평가를 수행하였다. 특히, IHACRES 모형의 매개변수 중 지형특성 관련 매개변수를 지역화 기법을 이용하여 정량화하고, 이를 대상유역인 충주댐 유역의 여러 수위 관측지점에 적용하는 과정을 함께 수행하였다. 본 연구의 결과를 정리하면 다음과 같다. (1) IHACRES 모형의 매개변수 중 기후특성을 반영하는 매개변수인 c, <TEX>$\tau_w{^0}$</TEX>, f는 유역 전체에 동일하게 결정하여 사용할 수 있음을 확인하였다. (2) IHACRES 모형의 지형특성 매개변수인 <TEX>$t_q,\;t_s,\;v_s$</TEX>는 지형특성인자인 유역면적, 유로연장, 하천경사, 유역경사와의 회귀분석을 통한 지역화를 통해 적절히 추정할 수 있음을 확인하였다. (3) 유역에 대해 일관되게 적용된 기후특성 매개변수와 지역화 과정을 통해 추정된 지형특성 매개변수를 이용하여 충주댐 유역 내 12개 수위관측지점에 대한 관측유량을 평가하였다. 그 결과 상안미, 영월 1 지점의 유량 자료가 상대적으로 정도가 높은 것으로 확인되었고, 영월, 백옥포, 판운 지점의 경우는 유출자료의 품질이 상대적으로 낮은 것으로 파악되었다. 전체적으로 보면 고려된 12개 지점의 관측품질에 많은 차이가 확인되며, 따라서 보다 일관된 관측품질의 확보를 위한 방안의 마련이 시급함을 판단할 수 있었다. This study evaluated the runoff data collected at 12 stream gauge stations of the Chungjoo dam basin using the IHACRES model. Especially, the geomorphology-related parameters of the IHACRES model could be quantified base on the regionalization technique, which have also been applied many stream gauge stations of the Chungjoo dam basin. Summarizing the results is as follows. (1) The climate-related parameters of the IHACRES model c, <TEX>$\tau_w{^0}$</TEX>, and f are found to be estimated and used uniformly over the basin. (2) The geomorphology-related parameters of the IHACRES model <TEX>$t_q,\;t_s,\;and\;v_s$</TEX> are found to be estimated by considering the geomorphological parameters like the basin area, channel length, channel slope, basin slope through the regionalization based on the regression analysis. (3) Using the climate-related parameters applied uniformly over the basin and the geomorphology-related parameters estimated based on the regionalization procedure for each stream gauge station, a total of 12 stream gauge stations have been evaluated with their stream flow measurements. As results, the Sanganmi and Youngwal 1 stream gauge stations have been found to make high quality flow data, but Youngwal, Baekokpo, and Panwoon stations low quality flow data. On the whole, 12 stream gauge stations considered show large differences with their data quality, so a plan for securing more consistent data quality should be prepared imminently.

IHACRES 모형을 이용한 평창강 유역 내 관측 유량자료의 평가

박용희,유철상 한국방재학회 2008 한국방재학회논문집 Vol.08 No.04

This study evaluated the runoff data collected at 12 stream gauge stations of the Chungjoo dam basin using the IHACRES model. Especially, the geomorphology-related parameters of the IHACRES model could be quantified base on the regionalization technique, which have also been applied many stream gauge stations of the Chungjoo dam basin. Summarizing the results is as follows. (1) The climate-related parameters of the IHACRES model , , and are found to be estimated and used uniformly over the basin. (2) The geomorphology-related parameters of the IHACRES model , , and are found to be estimated by considering the geomorphological parameters like the basin area, channel length, channel slope, basin slope through the regionalization based on the regression analysis. (3) Using the climate-related parameters applied uniformly over the basin and the geomorphology-related parameters estimated based on the regionalization procedure for each stream gauge station, a total of 12 stream gauge stations have been evaluated with their stream flow measurements. As results, the Sanganmi and Youngwal 1 stream gauge stations have been found to make high quality flow data, but Youngwal, Baekokpo, and Panwoon stations low quality flow data. On the whole, 12 stream gauge stations considered show large differences with their data quality, so a plan for securing more consistent data quality should be prepared imminently. 본 연구에서는 IHACRES 모형을 이용하여 충주댐 유역 내 12개 지점에 대한 관측유량자료에 대한 평가를 수행하였다. 특히, IHACRES 모형의 매개변수 중 지형특성 관련 매개변수를 지역화 기법을 이용하여 정량화하고, 이를 대상유역인 충주댐 유역의 여러 수위 관측지점에 적용하는 과정을 함께 수행하였다. 본 연구의 결과를 정리하면 다음과 같다. (1) IHACRES 모형의 매개변수 중 기후특성을 반영하는 매개변수인 , , 는 유역 전체에 동일하게 결정하여 사용할 수 있음을 확인하였다. (2) IHACRES 모형의 지형특성 매개변수인 , , 는 지형특성인자인 유역면적, 유로연장, 하천경사, 유역경사와의 회귀분석을 통한 지역화를 통해 적절히 추정할 수 있음을 확인하였다. (3) 유역에 대해 일관되게 적용된 기후특성 매개변수와 지역화 과정을 통해 추정된 지형특성 매개변수를 이용하여 충주댐 유역 내 12개 수위관측지점에 대한 관측유량을 평가하였다. 그 결과 상안미, 영월 1 지점의 유량 자료가 상대적으로 정도가 높은 것으로 확인되었고, 영월, 백옥포, 판운 지점의 경우는 유출자료의 품질이 상대적으로 낮은 것으로 파악되었다. 전체적으로 보면 고려된 12개 지점의 관측품질에 많은 차이가 확인되며, 따라서 보다 일관된 관측품질의 확보를 위한 방안의 마련이 시급함을 판단할 수 있었다.

자료동화 기법을 연계한 실시간 하천유량 예측모형 개발

이병주,배덕효 한국수자원학회 2011 한국수자원학회논문집 Vol.44 No.3

본 연구에서는 연속형 강우-유출모형과 앙상블 칼만 필터 기법을 연계하여 실시간 하천유량 예측모형을 개발하고 자료동화로 인한 정확도 개선 정도를 평가하고자 한다. 대상유역은 안동댐 상류유역을 선정하고 2006.7.1~8.18과 2007.8.1~9.30의 홍수기간에 대해 평가를 수행하였다. 자료동화를 위한 모형 상태변수는 유역의 토양수분과 저류량 및 하도 저류량을 선정하였으며 하류 댐 지점의 관측유량을 이용하여 상태변수를 갱신하도록 모형을 설계하였다. 상태 The objective of this study is to develop real-time river flow forecast model by linking continuous rainfall-runoff model with ensemble Kalman filter technique. Andong dam basin is selected as study area and the model performance is evaluated for two peri