강우량의 증가 경향성을 고려한 목표년도 확률강우량 산정

권영문(Kwon Young-Moon),박진원(Park Jin-Won),김태웅(Kim Tae-Woong) 대한토목학회 2009 대한토목학회논문집 B Vol.29 No.2B

최근 우리나리에서 집중 호우의 발생이 잦아지고 강우 강도가 증가하면서 강우로 인한 극심한 홍수 피해가 빈번히 발생하고 있다. 홍수피해의 경감을 위해서 수공구조물의 계획 및 설계에서 강우의 증가경향을 반영한 목표년도 확률강우량 산정이 필요하다. 본 연구에서는 30년 이상 자료보유기간을 가진 기상청 관할 56개 강우관측소의 강우자료를 분석하여 증가 경향성이 존재하는 7개 지점의 설계목표년도의 확률강우량을 산정하는 방법을 제안하였다. Gumbel 분포를 이용하여 연 최대 강우량 평균과 위치 매개변수, 축척 매개변수 간 관계를 분석하였으며, 이를 바탕으로 설계목표년도에 적용가능한 확률밀도함수를 추정하고, 확률강우량을 산정하였다. 본 연구에서 제안된 방법으로 산정된 목표년도 확률강우량은 자료의 정상성을 가정한 확률강우량에 비해 6-20% 정도의 증가를 보여주고 있다. Recently frequent occurrences of heavy rainfall and increases of rainfall intensity resulted in severe flood damage in Korea. In order to mitigate the vulnerability of flood, it is necessary to estimate proper design rainfalls considering the increasing trend of extreme rainfalls for hydrologic planning and design. This study focused the estimation of design rainfalls in a design target year. Tests of trend indicated that there are 7 sites showing increasing trends among 56 sites which have hourly data more than 30 years in Korea. This study analyzed the relationship between mean of annual maximum rainfalls and parameters of the Gumbel distribution. Based on the relationship, this study estimated the probability density function and design rainfalls in a design target year, and then constructed the rainfall-frequency curve. The proposed method estimated the design rainfalls 6-20% higher than those from the stationary rainfall frequency analysis.

극치호우사상에 기초한 설계강우의 지속기간

박민규,박무종,김형수 한국방재학회 2011 한국방재학회논문집 Vol.11 No.5

Rainfall duration of design storm is one of most important factors of hydrologic design. However the study is rare to investigate the characteristics of rainfall duration, this make it difficult the efficient design procedure. In Korea, the critical storm duration has been used for calculating peak discharge for design. The critical storm duration is defined as the storm duration which produces the biggest flood peak discharge in considering various storm durations. However the suitability of this critical storm duration has not been proved in actual rainfall runoff relationships. In this study, annual maximum storm events and observed maximum rainfall-runoff data at dam stations are evaluated to assess the design rainfall duration, and the results are as follows. The most frequent rainfall duration is about 24 hours as extreme storm events in Korea. There was no significant trend between basin areas and design rainfall durations. The bigger basin area shows wider rainfall durations. The duration of 24 hours is most appropriate for the fixed design storm duration if the rainfall is uniformly distributed throughout the whole basin area. 설계강우의 지속기간은 수공설계에서 고려해야할 가장 중요한 인자 중의 하나이지만 이와 관련해서 연구성과의 부족은 효과적인 설계를 어렵게 하는 요인이 되고 있다. 우리나라의 수공설계에서는 첨두홍수량을 구하기 위해 임계지속기간을 고려하고 있다. 이를 위해 다양한 지속기간별로 유출계산을 실시하고 가장 큰 첨두홍수량이 얻어지는 지속기간을 설계강우의 지속기간으로설정하고 있다. 이와 관련하여 이러한 방법론이 적절한지를 관측극치호우를 기초로 평가한 연구는 찾아보기 어렵다. 본 연구에서는 설계호우의 지속기간을 평가하기 위해 연최대호우사상 계열과 댐유역의 강우유출자료를 평가하였으며 그 결과는 다음과 같다. 우리나라에서 극치호우 사상들이 보여주는 가장 빈번한 지속기간은 24시간 내외였다. 한편, 유역면적과 강우의 지속기간은뚜렷한 경향성을 가지고 있지 않았으며 다만 유역면적이 커질수록 면적강우의 지속기간의 범위가 보다 폭넓게 나타나는 특성이관찰되었다. 유역전체에 강우가 균등하게 내리는 경우를 가정할 수 있을 경우 적절한 설계강우의 지속기간은 대체로 24시간 내외를 가진다고 평가할 수 있었다. 핵심용어 : 설계강우, 지속기간, 연최대

Variation of design flood according to the temporal resolution and periods of rainfall

Kim Min-Seok,Lee Jung-Hwan,Moon Young-Ilb 한국수자원학회 2018 한국수자원학회논문집 Vol.51 No.7

대부분의 수문분석은 시 단위 강우를 기반으로 확률강우량과 강우시간분포를 산정하고, 확률강우량과 강우시간분포의 자료기간을 달리 적용하는 방법으로 강우-유출분석을 수행하고 있다. 본 연구에서는 자료형태(시 단위와 분 단위 강우자료)와 확률강우량과 강우시간분포의 다른 자료기간 적용에 따른 설계홍수량 변화를 정량화 하고자, 자료형태와 자료기간에 따라 지점빈도해석을 통한 확률강우량 산정과 Huff의 4분위 방법을 통한 강우시간분포를 산정하였다. 또한, 확률강우량과 설계강우 시간분포의 자료기간을 달리 적용한 강우-유출분석으로 설계홍수량 변동분석을 실시하였다. 분석결과, 자료형태에서는 분 단위 강우가 시 단위 강우보다 더욱 정확하고 효과적인 강우분석을 수행할 수 있는 것으로 나타났으며, 확률 강우량과 강우시간분포의 다른 자료기간을 적용하여 산정된 설계홍수량의 차 보다 자료형식에 따른 설계홍수량 결과가 보다 큰 차이를 보이는 것 으로 나타났다. 이는 향후 분 단위 강우를 활용한 수문분석에 크게 기여할 것으로 판단된다. Most hydrological analysis such as probability rainfall and rainfall time distributions have typically carried out based on hourly rainfall and rainfall - runoff analysis have carried out by applying different periods of rainfall time distribution and probability rainfall. In this study, to quantify the change of design flood due to the data type (hourly and minutely rainfall data) and the probability rainfall and application of different data period to the rainfall time distribution, probability rainfall is calculated by point frequency analysis according to data type and period and rainfall time distribution was calculated by Huff's quartile distributions. In addition, the change analysis of design flood was carried out by rainfall - runoff analysis applying different data periods of design rainfall time distribution. and probability rainfall. As a result, rainfall analysis using minute rainfall data was more accurate and effective than using hourly rainfall data. And the design flood calculated by applying different data period of rainfall time distribution and probability rainfall made a large difference than by applying different data type. It is expected that this will contribute to the hydrological analysis using minutely rainfall.

1967-2023년 강우자료를 활용한 청주 지역의 빈도별 확률강우량 산정

조경훈 ( Kyoung-hoon Cho ),김현교 ( Hyun-kyo Kim ),권용민 ( Yong-min Kwon ),이효상 ( Hyo Sang Lee ) 충북대학교 건설기술연구소 2024 建設技術論文集 Vol.43 No.1

최근 기후 변화로 인한 극한 기상 현상의 빈도가 증가하면서 자연재해, 특히 홍수와 집중호우가 빈발하고 있다. 본 연구는 충청북도 청주 지역의 장기 관측된 강우 자료를 바탕으로 설계강우량의 변동 경향성을 파악하고자 한다. 1967년부터 2023년까지 청주 기상관측소에서 수집된 강우 데이터를 활용하여, 확률통계분석을 통해 지점별 빈도해석을 수행하였다. 연구는 30년 단위로 구간을 나누어 각 기간별 설계강우량을 산정하고 비교 평가하였다. 분석 결과, 최근 1994년부터 2023년까지의 관측된 강우량의 표준편차는 과거에 비해 크게 증가하였으며, 이는 강우량의 변동성이 커지고 있음을 시사한다. 6시간, 12시간, 24시간 지속시간을 기준으로 50년과 100년 빈도의 설계강우량을 산정한 결과, 시간이 지남에 따라 모든 지속시간에서 강우량이 증가하는 경향을 보였다. 특히, 2023년 7월의 집중호우는 기존의 강우 패턴과는 다른 양상을 보이며, 100년 재현기간 이상의 극한 강우사상으로 평가되었다. 이는 기후 변화가 강우 패턴에 큰 영향을 미치고 있음을 나타낸다. 본 연구는 청주 지역에서의 강우 패턴 변화를 이해하고, 이를 바탕으로 향후 수자원 관리 및 홍수 예방을 위한 기초 자료를 제공하고자 한다. 연구 결과는 재난관리 및 수자원 관리 전략의 중요성을 강조하며, 설계강우량의 재평가와 새로운 대응 전략 수립의 필요성을 제시한다. The extreme weather events leading to frequent natural disasters has been increasing in recent decades. This study aims to understand variations of design rainfall based on long-term observed precipitations at Cheongju, Chungbuk, Korea. The data in the period of 1967 to 2023 (The Cheongju Meteorological Observatory) was used for single site probabilistic frequency analysis. The data period was divided into 4 cases of 30-year periods to estimate and compare the design rainfall for each period. The analysis results show that the standard deviation of observed rainfall from 1994 to 2023 has significantly increased compared to previous periods, indicating greater variability in rainfall. Design rainfall amounts for 50-year and 100-year return periods were calculated for 1, 6, 12, and 24-hour durations. The results indicate an increasing trend in rainfall amounts over time for all durations. Notably, the heavy rainfall in July 2023 exhibited a different pattern compared to historical rainfall events, and it was evaluated as an extreme rainfall event exceeding a 100-year return period. It suggests that extreme weather event affecting rainfall patterns. This study provides fundamental data for understanding changes in rainfall patterns in the Cheongju region and for future water resource management. The findings highlight the importance of reassessing design rainfall and developing new strategies for disaster management and water resource management in response to climate change.

홍수피해 잠재위험도와 소유역의 계획빈도 산정방법

임우생(Lim Woo Saeng),이건행(Lee Keon Haeng),경민수(Kyung Min Soo),김형수(Kim Hung Soo) 대한토목학회 2007 대한토목학회논문집 B Vol.27 No.6B

기존에는 잠재위험도와 기왕최대강우량을 이용하여 계획빈도를 결정하였다. 그러나, 기왕최대강우량은 이미 발생한 최대강우량이기 때문에 안전치를 고려해 산정한 계획빈도를 따라가지 못하였고, 잠재위험도에 따른 계획빈도의 범위가 매우 작은 문제점이 있었다. 따라서, 본 연구에서는 안양천 유역의 기왕최대강우량과 잠재위험도를 이용하여 계획빈도를 산정하는데 있어 계획빈도의 가중치를 결정하였다. 그 가중치는 공시지가와 홍수량이며, 기왕최대강우량으로 계획빈도를 산정하는데 수도권지역의 기상청 강우관측소 6곳에 대하여 크리깅(kriging)기법을 이용하여 기존 산정법보다 좀 더 간편하고 필요한 유역에 대해서 언제든지 간단히 산정하게 하고자 하였다. 그 결과, 안양천 유역의 기왕최대강우량에 해당하는 빈도는 112년으로 결정되었으며, 공시지가와 홍수량의 가중치로 산정한 안양천 유역의 소유역별 계획빈도는 약 45년부터 200년까지 분포하였다. 200년의 계획빈도를 갖는 지역은 안양천 유역의 하구지점이며, 행정구역상 서울시 영등포구이다. 이 지역은 공시지가가 높고 단위면적당 홍수량이 많아 가장 높게 산정되었다. 본 연구의 결과를 이용하여 앞으로는 수도권지역의 필요한 유역에 해당하는 .shp 파일만 있으면 기왕최대강우량에 해당하는 빈도, 즉 잠재위험도 100일때의 빈도를 결정할 수 있을 것이다. 현재 국가하천, 지방1ㆍ2급 하천 등의 분류에 의해 계획빈도를 결정하는 것을 유역의 조건에 따라 보다 더 합리적으로 산정할 수 있을 것으로 판단된다. The previous study determined the design frequency by using the Potential Risk of Flood Damage(PRFD) and the recorded maximum rainfall. But, we had problems that the estimated design frequency did not catch up with it which is safely designed because a rainfall that the recorded maximum rainfall had already occurred, and it had a narrow range according to the values of PRFD. So, in this study we estimated the weighting coefficients in connecting PRFD to a design frequency by the recorded maximum rainfall in An-Yang stream basin. The coefficients are public land price and flood discharge and anyone who wants to estimate the design frequency by a recorded maximum rainfall can compute the frequency more easily than existing estimation method by using Kriging technique for 6-rainfall gage station of Korea Meteorological Administration (KMA) in the metropolitan area. As the results, the design frequency corresponding to the recorded maximum rainfall was calculated as 112 years. Also we estimated the design frequencies for small river basins in An-Yang stream and the estimated frequncies were in the range from 45 to 200 years. The region holding the frequency of 200 years is an estuary area of An-Yang stream, and this is in Yeongdeungpogu, Seoul. This area has the highest design frequency since it has high public land price and flood discharge per unit basin area as a national river area. So, we can determined the design frequency corresponding to a recorded maximum rainfall which has a PRFD value of 100 if we have the .shp file for study basins. At present, the design frequency is determined according to the class of a river such as the national river, regional rivers of the first or the second classes. However, if we use the suggested methodology in this study we can determine the design frequency more reasonably.

Huff의 4분위법을 이용한 지속기간별 연 최대치 강우의 시간분포 특성연구

이정규(Lee Jong-Kyu),추현재(Chu Hyun-Jae) 대한토목학회 2006 대한토목학회논문집 B Vol.26 No.5B

수공구조물 설계에서 가장 중요한 일은 설계홍수량을 결정하는 것이다. 따라서 설계홍수량 산정에 영향을 미치는 여러 가지 요소 중 적절한 설계 강우의 시간분포 방법을 선택하는 것은 중요한 일이다. 설계 강우의 시간분포 방법에는 여러 가지 방법 들이 있으며, 그 중에서 최근 첨두홍수량 산정을 위한 설계 강우의 시간분포 방법에 많이 이용하고 있는 Huff의 4분위법은 6시간 이상의 무강우시간을 갖는 강우시장을 자료로 이용, 분석하여 설계 강우의 시간분포 방법을 제시한 방법이다. 본 연구에서는 Huff의 4분위법에서 이용한 자료와 달리 1961년부터 2004년까지 서울지역 강우 관측자료 중 지속기간별 연 최대치 강우 자료를 이용하여 강우의 시간분포 특성을 분석하고 이전의 연구 결과와 비교하였다. 각각의 결과에 대하여 비교한 결과 서울지역의 경우 연 최대치 강우의 지속기간이 짧을 경우 무차원 누기곡선이 Huff의 4분위법 결과에 비하여 비교적 완만하게 나타났으며, 지속기간이 점점 증대될수록 무차원 누가곡선은 Huff의 4분위법 결과와 유사하게 나타났다. In the construction of hydraulic structures deciding a design flood is one of the most important works. It should be especially noted that the time distribution of the design rainfall method makes a significant effect on the results of the design flood. Thus, choosing an appropriate time distribution method for the design rainfall is a very important process. In recent years, Huff's method is usually used in Korea. This method presents dimensionless rainfall-time cumulative curves, which are made through the analyses of storm data. In this study, the annual maximum rainfall data, from 1961 to 2004 were analyzed to make the dimensionless rainfall-time cumulative curves and hyetographs in Seoul. The results were compared with the "Regional Time Distribution of the Design Rainfall", (KICT, 1989 and MCT, 2000). As a result, the dimensionless rainfall-time cumulative curves are smoother than Huff's results when the duration of an annual maximum rainfall is short, In addition, the curves are similar with the Huff's results as the duration is longer.

Statistical significance test of polynomial regression equation for Huff’s quartile method of design rainfall

Park, Jinheea,Lee, Jaejoon,Lee, Sungho 한국수자원학회 2018 한국수자원학회논문집 Vol.51 No.3

수공구조물 설계시 실측 유량의 자료 부족으로 홍수량의 빈도해석 결과보다는 강우자료를 수집하여 강우-유출 관계에 따라 산정된 설계강우량을 이용하여 특정 빈도에 해당하는 설계 홍수량을 사용하는 것이 일반적이다. 과거에는 첨두유량 산정을 위하여 합리식과 같은 경험식을 이용하였으나 지속기간이 장기화됨에 따라 실제 사상과는 다른 유출양상이 나타나게 되므로 확률강우량 시간분포의 정확성이 중요하게 되었다. 현재 실무에서는 설계강우량의 시간분포 방법으로 Huff의 4분위 방법 중 3분위를 사용하고 있으며 분위별 곡선에 대한 회귀식은 지속기간 전반에 걸쳐 정확도가 높은 이유로 6차식을 적용하고 있다. 그러나 통계 모델링에서는 간결함의 원리에 따라 회귀식이 간결할 필요가 있으며, 통계적 유의수준에 기초하여 회귀계수를 결정할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 기상청 관할 69개 강우관측지점을 대상으로 설계강우량의 시간분포 방법으로 사용되고 있는 Huff 4분위 방법의 시간분포 회귀식에 대한 유의성 검정을 실시하였다. 기상청 관할 69개 강우관측지점의 Huff 4분위 방법의 시간분포 회귀식의 유의성 검정결과 대부분의 지점에서 4차식까지 회귀계수가 유의한 것으로 나타나 통계학적으로 Huff의 4분위 방법의 시간분포 회귀식은 4차까지만 고려하여도 무방한 것으로 분석되었다. For the design of hydraulic structures, the design flood discharge corresponding to a specific frequency is generally used by using the design storm calculated according to the rainfall-runoff relationship. In the past, empirical equations such as rational equations were used to calculate the peak flow rate. However, as the duration of rainfall is prolonged, the outflow patterns are different from the actual events, so the accuracy of the temporal distribution of the probability rainfall becomes important. In the present work, Huff’s quartile method is used for the temporal distribution of rainfall, and the third quartile is generally used. The regression equation for Huff’s quadratic curve applies a sixth order polynomial equation because of its high accuracy throughout the duration of rainfall. However, in statistical modeling, the regression equation needs to be concise in accordance with the principle of simplicity, and it is necessary to determine the regression coefficient based on the statistical significance level. Therefore, in this study, the statistical significance test for regression equation for temporal distribution of the Huff’s quartile method, which is used as the temporal distribution method of design rainfall, is conducted for 69 rainfall observation stations under the jurisdiction of the Korea Meteorological Administration. It is statistically significant that the regression equation of the Huff‘s quartile method can be considered only up to the 4th order polynomial equation, as the regression coefficient is significant in most of the 69 rainfall observation stations.

설계강우량 산정을 위한 매개변수 추정방법 평가

김귀훈 ( Kim Kwihoon ),전상민 ( Jun Sang-min ),장정렬 ( Jang Jeongyeol ),송인홍 ( Song Inhong ),강문성 ( Kang Moon-seong ),최진용 ( Choi Jin-yong ) 한국농공학회 2021 한국농공학회논문집 Vol.63 No.4

Determining design rainfall is the first step to plan an agricultural drainage facility. The objective of this study is to evaluate whether the current method for parameter estimation is reasonable for computing the design rainfall. The current Gumbel-Kendall (G-K) method was compared with two other methods which are Gumbel-Chow (G-C) method and Probability weighted moment (PWM). Hourly rainfall data were acquired from the 60 ASOS (Automated Synoptic Observing System) stations across the nation. For the goodness-of-fit test, this study used chi-squared (χ²) and K olmogorov- Smirnov (K-S) test. When using G-K method, χ² statistics of 18 stations exceeded the critical value (X²_a=0.02,df=4=9.4877) and 10, 3 stations for G-C method, PWM method respectively. For K-S test, none of the stations exceeded the critical value (D^a=0.05_n=0.19838). However, G-K method showed the worst performances in both tests compared to other methods. Subsequently, this study computed design rainfall of 48-hour duration in 60 ASOS stations. G-K method showed 5.6 and 6.4% higher average design rainfall and 15.2 and 24.6% higher variance compared to G-C and PWM methods. In short, G-K showed the worst performance in goodness-of-fit tests and showed higher design rainfall with the least robustness. Likewise, considering the basic assumptions of the design rainfall estimation, G-K is not an appropriate method for the practical use. This study can be referenced and helpful when revising the agricultural drainage standards.

잔차시계열 분석을 통한 비정상성 강우빈도해석

장선우(Jang,Sun-Woo),서린(Seo,Lynn),김태웅(Kim,Tae-Woong),안재현(Ahn,Jae-Hyun) 대한토목학회 2011 대한토목학회논문집 B Vol.31 No.5B

최근 기후변화/변동으로 인한 집중호우가 증가하여 수문기상재해에 따른 피해가 증가하고 있다. 미래의 발생가능한 극한 강우사상에 대응하기 위해, 일반적으로 수문학적 빈도해석을 이용하여 목표연도의 설계 강우량을 산정한다. 이것은 수문빈도 해석에 적용된 강우자료가 정상성임을 가정하여 설계 강우량 산정하는 것이다. 하지만, 최근 관측된 강우자료를 살펴보면, 통계적 특성이 시간에 따라 변하는 경우가 있다. 본 연구는 연최대강우량의 회귀직선에 대한 잔차의 수문학적 빈도해석을 바탕으로, 가까운 미래로 설정된 목표연도의 확률강우량을 산정하는 방법을 제안하였다. 현재까지의 관측자료를 기초로 선형 회귀식의 추세선을 이용하여 잔차 시계열을 생성하고, 잔차에 대한 확률밀도함수를 추정한 후, 추세선의 증가 및 감소 경향을 고려하여 확률강우량을 산정하였다. 14개의 강우관측지점에 적용한 결과, 증가경향을 보이는 경우에는 현시점까지의 자료에 대한 선형회귀식을 산정한 후, 목표연도까지 연장했을 때의 추세요소를 산정한 방법이 보다 적합한 확률강우량을 산정하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 정상성을 바탕으로 추정한 확률강우량과 비교했을 때, 5-25%의 예측편차가 1-22% 정도로 감소하였다. Recently, increasing heavy rainfalls due to climate change and/or variability result in hydro-climatic disasters being accelerated. To cope with the extreme rainfall events in the future, hydrologic frequency analysis is usually used to estimate design rainfalls in a design target year. The rainfall data series applied to the hydrologic frequency analysis is assumed to be stationary. However, recent observations indicate that the data series might not preserve the statistical properties of rainfall in the future. This study incorporated the residual analysis and the hydrologic frequency analysis to estimate design rainfalls in a design target year considering the non-stationarity of rainfall. The residual time series were generated using a linear regression line constructed from the observations. After finding the proper probability density function for the residuals, considering the increasing or decreasing trend, rainfalls quantiles were estimated corresponding to specific design return periods in a design target year. The results from applying the method to 14 gauging stations indicate that the proposed method provides appropriate design rainfalls and reduces the prediction errors compared with the conventional rainfall frequency analysis which assumes that the rainfall data are stationary.

홍수방재능력 향상을 위한 채택 가능한 설계 극한강우량의 결정

조덕준,이나은,전병훈,강두기 한국방재학회 2012 한국방재학회논문집 Vol.12 No.3

In recent years, as the occurrence of torrential rainfall in urban area which caused by global climate change has increased, the flood damage also has increased. It's because careful consideration of increase tendency for rainfall wasn't given to the hydraulic structure design standard and the occurrence of rainfall which exceed the design probability rainfall has actually increased. This paper suggests the regression equation which presents the extreme rainfall value in a probability function. The regression equation is made from the observed data and it can be used in design. As a result of the research, it is possible to apply the regression equation to disaster safety assessment of extreme rainfall when the hydraulic structures are designed. 최근 지구의 기후변화로부터 발생된다고 추정되고 있는 도시지역의 극한호우의 증가로 홍수 피해가 늘어나고 있다. 이것은 수공구조물의 설계기준에 강우량의 증가추이에 대한 고려가 미흡하였고, 실제로 설계확률강우량을 초과하는 강우의 발생이 증가하기 때문으로 나타났다. 본 연구에서는 관측강우자료로부터 확률강우량을 초과하여 발생한 강우사상을 극한강우로 정의하고, 극한강우들에 대한 확률밀도함수로부터 설계에 고려할 수 있는 극한강우의 누가발생확률을 나타내는 회귀식을 제시하였다. 작성된극한호우의 확률 회귀식은 수공구조물의 설계단계에서 극한호우에 대한 방재안전성평가 등에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.