• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2020.06a
• /
• pp.98-98
• /
• 2020

모분포 홍수지수모형은 여러 관측지점의 수문자료를 활용하여 설계수문량을 산정하는 지역빈도해석을 위한 모형 중 하나이다. 기존의 홍수지수모형은 동질지역 내 각 지점의 표본통계량을 통해 표준화된 자료들을 기반으로 설계수문량을 산정하므로 왜곡이나 오차가 발생하는 반면, 모분포 홍수지수모형은 미지의 모분포에 대한 통계량으로 표준화한 설계수문량은 동질지역 내 모든 지점에 대해 동일하다는 가정을 기반으로 지역빈도해석을 수행하므로 보다 정확한 설계수문량 산정이 가능하다. 본 연구에서는 모분포 홍수지수모형에서의 미지의 모분포를 비정상성 GEV분포형으로 가정함으로써 각 지점의 비정상성을 고려한 설계수문량을 산정할 수 있는 비정상성 지역빈도해석 기법을 개발하고 그 적용성을 알아보고자 한다. 이를 위해 우리나라 전역에 분포된 10개의 강우관측 지점을 하나의 지역으로 구성하고 이질성척도를 통해 지역동질성을 확인하였다. 먼저, 각 지점의 모분포를 가정하기 위하여 각 지점의 연 최대치 강우자료에 대하여 Mann-Kendall test를 통해 경향성을 확인하였다. 경향성이 없는 지점의 경우 정상성 GEV분포형, 경향성이 나타나는 지점의 경우 다양한 형태의 비정상성 GEV분포형 중 Akaike information criterion을 통해 선정된 비정상성 GEV분포형을 모분포로 가정하고, 모분포 홍수지수모형을 적용하여 확률강우량을 산정하였다. 대상 지역에 대한 모의실험을 통해 비정상성을 고려한 모분포 홍수지수모형의 성능을 지점빈도해석 및 기존의 홍수지수모형과 비교하였으며, 정상성 지역빈도해석 대비 비정상성 지역빈도해석을 통해 산정된 확률강우량의 비교를 통해 그 적용성을 평가하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2011.05a
• /
• pp.25-25
• /
• 2011

우리나라는 국토의 60% 이상이 산지로 이루어져 있다. 최근 산지하천 유역에서 발생한 홍수와 토석류 등에 의해 많은 인적 물적 피해가 발생하고 있다. 현재 산지하천 유역은 유량자료에 비해 강우관측 자료는 비교적 많이 축적되어있으며, 최근에는 레이더를 이용한 강우관측도 지속적으로 이루어져 강우특성을 분석하는 것은 용이하다. 이에 비해서 산지하천 유역의 하천 유량에 대한 자료는 부족하거나 자료가 있더라도 결측치가 많고 보유연한이 분석에 필요한 만큼 충분하지 못하다. 또한 산지하천 유역의 유출특성을 분석하기 위해서는 강우관측 자료와 수위자료로부터 환산된 유량자료가 필수적인 인자이나 산지하천 유역의 수위관측소는 설치 및 유지관리 등의 어려움으로 인하여 유량자료가 상대적으로 부족한 실정이다. 이와 같은 제약을 해소하기 위해서는 많은 비용과 시간이 소요되므로 단 시간 내에 해결하는 것은 쉬운 일이 아니다. 따라서 유역의 물리적 특성을 이용하여 임의의 지점의 설계홍수량을 손쉽고, 정확하게 산정할 수 있다면 산지유역의 홍수와 토석류에 의해 발생하는 홍수 피해에 대한 대책을 마련하는데 큰 도움이 될 것이다. 일반적인 통계적 회귀분석은 여러 분야에서 널리 적용되고 있으나, 산지하천 유역의 강우-유출해석의 경우 관측자료의 수가 적고 발생하는 사상이 애매한 경우가 많아 일반적인 통계학적 선형 회귀분석을 적용하는 데 어려움이 많다. 이와 같은 어려움을 해결하기 위해 본 연구에서는 fuzzy regression 기법을 사용하였다. Fuzzy regression 기법의 하나인 possibilistic 모형을 사용하여 주어진 관측값과 산정값의 오차를 최소화함으로써 모형의 fuzziness를 최소화하였다. fuzzy regression 기법을 사용하면 변수들 간의 애매한 관계를 쉽게 해석하고 관측값과 산정값의 오차를 최소화하여 연구목적에 적합한 결과를 도출할 수 있다. 산지유역에서 발생하는 홍수는 많은 인명 및 재산피해뿐 아니라 사회 및 경제적 측면, 환경 및 생태계 그리고 인간의 정신적인 측면까지도 깊이 영향을 미친다. 따라서 본 연구에서 제안한 fuzzy regression 기법을 사용한 홍수량 산정기법을 통해 임의 지점의 빈도별 설계홍수량을 보다 신속하고 정확하게 산정하여 수공구조물의 설계에 적용하면 집중호우에 의해 발생하는 피해를 최소할 할 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2018.05a
• /
• pp.299-299
• /
• 2018

지역빈도해석은 수문관측자료의 보유기간이 짧은 지점 또는 미계측 지점에 대하여 보다 정확하며 신뢰할 수 있는 설계수문량을 산정하기 위해 널리 사용되고 있는 방법이다. 지역빈도해석에서 사용되는 가장 대표적인 모형인 홍수지수모형 (index flood model)은 각 지점의 표본평균을 홍수지수로 정의하고 이를 이용하여 설계수문량을 산정하는 방법이다. 모홍수지수모형 (population index flood model)은 표본평균을 홍수지수로 사용함으로써 발생하는 설계수문량의 왜곡과 오차를 극복하기 위해 제안된 방법으로 홍수지수를 미지의 모분포로 가정한 후 설계수문량을 산정한다. 본 연구에서는 모홍수지수모형을 국내 강우관측자료에 적용하여 지역빈도해석을 수행하고자 한다. 먼저, 이질성척도(heterogeneity)를 통해 지역동질성이 확인된 지역에 대하여 GEV 분포형을 적용한 비정상성 모홍수지수모형을 적용해 지역빈도해석을 수행하고 확률강우량을 산정하였다. 또한, 기존의 지점빈도해석 및 L-moment 기반의 지역빈도해석 결과와 비교를 통해 모홍수지수모형의 적용성을 확인하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2015.05a
• /
• pp.454-454
• /
• 2015

본 연구에서는 댐 유역의 설계홍수량을 산정할 시 발생할 수 있는 대표 매개변수의 불확실성에 대하여 분석하였다. 설계홍수량 산정 방법으로는 국내에서 가장 일반적으로 활용되고 있는 강우-유출모형 중 Clark 단위도를 활용하여 확률강우량을 동일 빈도의 홍수량으로 변환하는 방식을 적용하였다. 대상 유역으로는 수문학적 안전성평가가 수행된 국내 댐 유역 중 비교적 실측 호우사상 자료 수가 많은 3개 유역을 선정하였다. 또한 단위도 매개변수 결정 시 자료의 부족으로 최적화 매개변수에 대한 신뢰도 문제가 발생할 수 있으므로 가용 자료수가 증가함에 따른 불확실성의 영향을 분석하기 위해 대상 유역 간의 시간응답 특성을 분석하였다. 이를 통해 상사성이 있는 것으로 판단되는 유역의 호우사상 매개변수를 통합하여 무차원화된 저류상수 $K_x$를 구하였다. 이 $K_x$값을 표준정규분포로 변환하고 Monte Carlo Simulation을 통해 난수를 발생시켜 100개의 무차원 저류상수 $K_x$를 산정하였다. 이 값을 사용하여 설계홍수량을 산정하기 위한 대표 매개변수의 불확실성 분석을 실시하였다. 그 결과 상사성이 있는 것으로 판별된 유역의 호우사상을 통합하는 경우 양질의 호우사상을 다수 확보하고 있는 유역이 추가되면 홍수량 산정결과가 개선되는 것으로 나타났다.

• Journal of Korea Water Resources Association
• /
• v.51 no.9
• /
• pp.769-782
• /
• 2018

Estimation of design floods is typically required for hydrologic design purpose. Design floods are routinely estimated for water resources planning, safety and risk of the existing water-related structures. However, the hydrologic data, especially streamflow data for the design purposes in South Korea are still very limited, and additionally the length of streamflow data is relatively short compared to the rainfall data. Therefore, this study collected a large number design flood data and watershed characteristics (e.g. area, slope and altitude) from the national river database. We further explored to formulate a scaling approach for the estimation of design flood, which is a function of the watershed characteristics. Then, this study adopted a Hierarchical Bayesian model for evaluating both parameters and their uncertainties in the regionalization approach, which models the hydrologic response of ungauged basins using regression relationships between watershed structure and model. The proposed modeling framework was validated through ungauged watersheds. The proposed approach have better performance in terms of correlation coefficient than the existing approach which is solely based on area as a predictor. Moreover, the proposed approach can provide uncertainty associated with the model parameters to better characterize design floods at ungauged watersheds.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2021.06a
• /
• pp.397-397
• /
• 2021

본 연구의 목적은 비매개변수적 리샘플링 기법을 이용하여 농업용 저수지 유입 설계홍수량의 구간을 추정하는 기법을 제안하는 데 있다. 본 연구는 설계홍수량을 점 추정하여 안전계수(safety factor)를 적용하는 기존 방법에 대한 대안을 제시하고자 한다. 설계홍수량의 구간 추정을 수행하기 위해 부트스트랩 기법(bootstrap technique)을 사용하였다. 부트스트랩 기법을 이용하여 95% 신뢰수준에 해당하는 신뢰구간을 추정하였다. 본 연구의 공간적인 범위는 남한의 30개 농업용 저수지이며, 시간적인 범위는 과거 기간(2015s: 1986-2015)과 미래기간(2040s: 2011-2040, 2070s: 2041-2070, 2100s: 2071-2100)을 설정하였다. 본 연구에서는 200년 빈도, 24시간 지속기간을 대표적인 결과로 선정하여 분석하였다. 빈도분석은 GEV 분포를 사용하였고, L-moment 방법을 이용하여 매개변수를 추정하였다. 설계홍수량은 HEC-1 모형을 이용하여 산정하였다. 최종적으로 설계홍수량 구간 추정한 결과를 기존의 점 추정한 뒤 안전계수를 적용한 기존 방법과 비교하였다. 97.5th BCa percentile 기준으로 상대적인 변화를 비교해보면, 미래로 갈수록 구간 추정으로 산정한 설계홍수량이 점차 증가하는 것으로 도출되었다. 한강 및 금강 유역에 위치한 농업용 저수지의 설계홍수량이 낙동강 유역에 비해 상대적으로 큰 변화를 보여주었다. 몇몇 농업용 저수지에 대해서 2040s 기간에 다소 감소하기도 하였으나 2070s 기간 이후에 다시 증가하는 결과를 보여주었다. 낙동강 유역의 위치는 농업용 저수지의 설계홍수량은 미래로 갈수록 크게 증가하지 않는 경향을 보여주었다. 본 연구는 설계홍수량을 추정하는 데 있어 결정론적인 방법에서 더 나아가 자료의 통계적인 특성을 고려하여 구간 추정을 수행하는 방법론을 제공할 수 있을 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2022.05a
• /
• pp.286-286
• /
• 2022

홍수피해를 최소화하기 위한 수공구조물의 적정 규모 결정을 위해 사용되는 홍수빈도분석에는 통계적 분석절차에 따른 불확실성이 포함된다. 따라서 불확실성이 포함된 범주 내에서 가장 적절한 설계홍수량(design flood)를 결정하는 과정은 수공구조물의 최종단계에서 중요하게 다루어져야 하는 부분이나 이를 제시한 연구는 많지 않다. 비용-편익 분석기법을 홍수빈도분석 절차에 도입하여 구성되는 총 기대비용함수(total expected cost function)는 설계홍수량 중 최적 설계홍수량(optimal design flood)를 결정하기 위한 새로운 접근방식이다. 이 절차는 UNCODE(UNcertainty COmpliant DEsign)로 명명되어 사용된 바 있으나, 국내에서는 아직 적용 결과가 소개되지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 UNCODE의 수학적 구성 절차를 소개함과 함께 북한강수계에 위치한 수력발전댐(화천댐, 춘천댐, 의암댐, 청평댐)의 년최대유입량을 사용하여 최적 설계홍수량을 산정하고 이 결과를 기존 홍수빈도분석 결과와 비교하였다. 불확실성이 고려된 총 기대비용함수로부터 확률분포함수들(Gumbel 및 GEV)의 모수를 추출하는 과정에서 Metropolis-Hastings 알고리즘을 사용하여 불확실성의 범위를 추정하였으며, 비용-편익 분석기법에 사용되는 비용 및 피해함수는 수학적 구성의 편의성을 위하여 1차 선형함수로 가정되었다. 4개의 발전용댐, 2개의 확률분포 및 2개의 재현기간에 대하여 최적 설계홍수량의 중앙값이 기존 홍수빈도분석 절차에 의해 산정된 설계홍수량보다 일정 정도 큰 값으로 산정됨을 알 수 있었다. 향후에는 본 연구에서 적용된 절차를 간단한 수식형태로 함수화하여 발전용댐 운영의 실무업무나 하천기본계획의 수립 등에 있어 비용-편익분석 기법의 적용성을 높이기 위한 연구가 진행될 필요가 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2010.05a
• /
• pp.1053-1057
• /
• 2010

최근 이상홍수로 인한 피해를 예방할 뿐만 아니라 친환경적인 홍수방어대책으로 강변저류지 설치에 대한 요구가 증대되고 있다. 강변저류지는 하도에 집중된 홍수량의 일부를 하천변에 위치한 저류지로 배제시킴으로서 저류지 하류지역에 부담되는 홍수량을 저감시키기 위한 수리구조물이다. 그러므로 강변저류지의 설계에 있어서 홍수조절효과에 대한 정량적인 평가는 반드시 필요하다. 강변저류지의 홍수조절효과는 월류제의 위치, 폭, 높이와 본류 수위변화에 따라 변하는 월류량에 의해 결정된다. 하지만 월류량 산정을 위한 적절한 유량계수 선정 방법 및 범위에 대한 기준이 없기 때문에 강변저류지의 설계 및 치수능력평가에 많은 어려움이 있다. 이에 강변저류지 월류제의 횡월류 유량계수 산정 방법 및 적정 범위를 결정하기 위한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 강변저류지 설계에 적용 가능한 횡월류 유량계산식들과 유량계수 산정식들을 조사하여 월류량 산정을 위한 기초 자료를 제시하였다. 또한 1차원 부정류 수치 모의를 이용하여 실제 설계 사례를 기초로 유입부 제원과 본류 수위를 변화시키면서 횡월류위어의 유량 계수와 월류량을 산정 및 비교 분석 하였다. 향후 본 연구 결과와 강변저류지의 부정류 수리실험 결과를 비교 분석하여 좀 더 정확한 강변저류지 홍수조절효과의 산정이 필요할 것으로 판단된다.

• Journal of the Korean GEO-environmental Society
• /
• v.25 no.9
• /
• pp.5-14
• /
• 2024

In Korea, torrential rain frequency and intensity have surged over the past five years (2019-2023), breaking rainfall records. Due to insufficient observation facilities for rainfall and runoff data in small mountainous catchments, preparing for unexpected floods is challenging. This study examines the Bidogyo catchment in Goesan-gun, Chungcheongbuk-do, comparing design flood discharge calculated with optimized parameters versus standard guidelines. Using HEC-HMS and Q-GIS for model construction, five rainfall events were analyzed with data from the National Water Resources Management Information System. The time of concentration (Tc) and storage constant (K) were calculated using the Seokyeongdae formula and model optimization. Results showed that optimized parameters produced higher objective function values for flood events. The design flood discharge varied by -10.7% to 17.3% from the standard guidelines when using optimized parameters. Moreover, optimized parameters yielded flood discharges closer to observed values, highlighting limitations of the Seokyeongdae formula for all catchments. Further research aims to develop suitable parameter estimation methods for small mountainous catchments in Korea.

• Journal of Wetlands Research
• /
• v.19 no.3
• /
• pp.335-344
• /
• 2017

In this study, We proposed a method to estimate the design flood by area ratio in an ungauged basin. For that, the discharge parameters was determined by calibration of observed data at the watershed outlet and then peak flow was estimated by area ratio. In order to verify suggested method, peak flow was compared the observed discharge of the small river basin and the design flood discharge of river implementation projects. The results were summarized as follows. As a result of comparing the discharge by the area ratio and observed discharge, the difference of peak flows were analysed 14 ~ 25%. When the discharge calculated with area ratio of small river was compared with the design flood discharge of river implementation projects, the relative error was analyzed to be less than 20%. It means that suggested method in this study is appropriate.