Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2010.05a
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pp.346-349
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2010
In this study several unit hydrographs by rainfall storms are derived and moving averaged unit hydrograph is extracted from them based on the rainfall-runoff data in a small basin 8.5 $km^2$ wide. And peak discharges and peak times of the unit hydrographs are investigated and reviewed. And then a representative unit hydrograph of the moving averaged one is applied to the linear convolution integration for obtaining the flood discharge hydrograph and peak discharge and time of its result are researched and inspected. Variance in application of the representative unit hydrograph in a basin on assumption of linearity is appeared and this is given as a counterevidence about that the runoff response from rainfall on a basin has nonlinear characteristics. And As a result of application of derived representative unit hydrograph the errors in peak discharge and time are investigated.
The 30-year design flood hydrograph for the Musim Representative Basin, one of the study basins of the International Hydrological Program, is synthesized by the method of unit hydrograph. The theory of unit hydrograph has been well known for a long time. However, the synthesis of flood hydrograph by this method for a basin with insufficient hydrologic data is not an easy task and hence, assumptions and engineering judgement must be exercized. In this paper, the problems often encountered in applying the unit hydrograph method are exposed and solved in detail based on the theory and rational judgement. The probability rainfall for Cheonju Station is transposed to the Musim Basin since it has not been analyzed due to short period of rainfall record. The duration of design rainfall was estimated based on the time of concentration for the watershed. The effective rainfall was determined from the design rainfall using the SCS method which is commonly used for a small basin. The spatial distribution of significant storms was expressed as a dimensionless rainfall mass curve and hence, it was possible to determine the hyetograph of effective design storm. To synthesize the direct runoff hydrograph the 15-min. unit hydrograph was derived by the S-Curve method from the 1-hr unit hydrograph which was obtained from the observed rainfall and runoff data, and then it was applied to the design hyetograph. The exsisting maximum groundwater depletion curve was derived by the base flow seperation. Hence, the design flood hydrograph was obtained by superimposing the groundwater depletion curve to the computed direct runoff hydrograph resulting from the design storm.
Generally, the synthetic unit hydrograph method is presented to estimate the design flood in the ungaged watershed. However, due to the lack of rainfall-runoff data, the models developed in other countries such as U.S.A. and Japan have been widely used in Korea. Therefore, it may be essential to develope the rainfall-runoff model suitable for the hydrological char-acteristics in Korea. In this study, the representative unit hydrographs are derived from rainfall-runoff data at 19 basins in Selma-Cheon and 3-IHP experimental watersheds using ridge-regression method and Nash model. And a new synthetic unit hydrograph for Korea is suggested by integrating the described results and previous studies on unit hydrograph. The newly developed method is represented as two regression forms with three independent variables of watershed area, channel length, and channel slope by multiple regression analysis is carried out for each watershed, the coefficients of determination are not improved in all cases compared out for each watershed, the coefficients of determination are not improved n all cased the synthetic unit hydrograph for each watershed. Therefore, when the new method is applied to some watersheds, the result analyzed for all data has to be used.
An algorithm is developed to derive a representative I hr-unit hydrograph through an analysis of rainfall-runoff relations of a watershed as a closed system. For the base flow seperation of a flood hydrograph the multi-deflection method is proposed herein, which gace better results compared with those by the existing empirical methods. A modified $\Phi$index method is also proposed in this stidy to determine the time distribution rainfall excess of a rainstorm, which is essetially a modification of the commonly used $\Phi$index method of rainfall seperation. With the so-obtained rainfall excess hyetograph and the direct runoff hydrograph a trial and error computation of the ordinates of 1 hr-unit hydrograph was executed in such a manner that the synthesized flood hydrograph closely approximates the observed one, thus resulting a unit hydrograph of a piecewise exponential function type. To verify the validity of this study the 1 hr-unit hydrographs for the Imha and Dongchon in Nagdong River basin, and Yongdam in Geum River basin were derived by this algorithm, and the results were compared with those by the conventional synthetic unit hydrograph method and the Nakayasu method. Besides, the validity of this stiudy was also tested by comparing the observed hydrograph with the one computed by applying the unit hydrograph to a specific rainfall event. To generalize the result of this study a computer program, consisited of a main and three subprograns (for rainfall excess estimation, convolution summation, and sorting), is developed as a package, which is believed to be applicable to other watersheds for the similar purpose as those in this study.
An attempt is made to develope a scheme for synthesizing unit hydrograph for any arbitrary small watershed in the Han or Geum River basin, which can be applied in determining various sizes of design flood for flood control prijects. Stage gauging stations, seven in the Han and five in the Geun River basin with rating curves, were selected as subbasins for the analysis. Unit hydrographs of 2-hour duration were derived for several heavy storm events using the storm and the corresponding flood runoff data for each subbasin. The Clark method programmed by the Hydrologic Engineering Center, U.S. Corps of Engineers, was utilized for derivation of instantaneous unit hydrographs which were, in turn, converted into 2-hour unit hydrograph. By averaging the 2-hour unit hydrographs from several storm events a representative 2-hour unit hydrograph was determined for each subbasin and hence a separate derivation of dimensionless unit hedrograph was also possible for the Han and Geum River basins. The physiographic characteristics such as stream length, distance to the centroid of each watershed were correlated with the characteristic parameters of the derived unit hydrograph for the subbasins within two large basins. correlation analyses between the characteristic parameters were also made. These correlation analyses resulted a series of four equations and a dimensionless unit hydrograph for the two large basins, which made it possible to draw a synthetic 2-hour unitgraph for any small watershed within the Han or Geum River basin. A detailed procedure for aplying the derived method for an arbitrary basin is summarized with one sample computation for each of the two basins. A comparison of the actually derived 2-hour unit hydrogrograph and the synthesized one showed a fair agreement. A recommendation is made for the further study.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.36
no.3
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pp.439-449
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2016
The methodology of synthetic unit hydrograph using geomorphic characteristics was suggested. Six geomorphic components over 19 watersheds were used to estimate synthetic unit hydrograph and the test watersheds were classified into two groups on the basis of the area of $200km^2$. The regression formulas between standardized geomorphic characteristics for each group and peak quantities of specific streamflow and time of representative unit hydrograph were suggested and the Nash and the Clark unit hydrographs were derived. For verifying the derived unit hydrographs, the resulting hydrographs were compared with the ones using the existing Clark unit hydrographs based on the empirical parameter estimation for the 145 storm events during 2010 to 2011 for the additional six watersheds. The results showed the relatively higher performance over the existing synthetic unit hydrograph methods, which could be a contribution to the hydrologic estimation in ungauged watersheds.
The objective of this study was to determine the best representative synthetic unit hydrograph that is applicable to ungaged small watershed. A typical unit hydrograph was established with the actual data from a small watershed. Four currently well-known methods for analyzing ungaged small watershed, including Snyder's, Clark's S.C.S. and Nash methods, were evaluated with the data from the same small watershed. The following observations were noted from the analysis of four methods. The Snyder's method yielded the similar peak discharge value as the typical unit hydrograph. With co-ordinates of three discharge values, i.e. 25%, 50% and 75% of peak discharge, were not adequate for deriving a typical unit hydrograph in ungaged small watershed. With Clark's method there shall be some way of obtaining the exact base length of time area diagram and isochrone of each reach of the stream. With Nash method peak discharge and base flow time are affected by the storage constant and gamma function argument; therefore, for deriving a more reliable and workable unit hydrograph one needs to select for the better estimation of storage constant and gamma function argument. In S.C.S. method peak discharge is directly related to the watershed area and inversely related to the time of peak diacharge. Therefore area with faster peak discharge yielded the higer peak discharge value. Although the peak discharge value obtained frome the S.C.S. method higher than the value obtained from the unit hydrograph developed from the actual data, this method contains a number of advantageous factors. The peak discharge value and the time of peak discharge can be claculated easity from the morphological characteristics of the watershed, and in S.C.S method co-ordinates of the unit hydrograph can be calculated easily from that of the dimensionless unit hydrograph. When the four currently used methods were evaluated with a typical unit hydrograph obtained from the actual data, the S.C.S method was show to be the best method in deriving a synthetic unit hydrograph for ungaged small watershed.
A representative unit hydrograph responding to a small basin is used to calculate the flood discharge in the basin. The peak discharge and the time to peak of the unit hydrograph are dealt with its characteristic values. In this study it is shown and analyzed the fluctuations at peak discharges and times to peak of unit hydrographs by rainfall storms in a small national basin $8.5\;km^2$ wide are no small. And on assumption that a major factor in the fluctuations of the unit hydrographs in a small basin be rainfall intensity of a rainstorm, both relations of peak discharge and time to peak with rainfall intensity are suggested as exponential functions respectively. In this result although it is a limit of the study in which its result is accompanied with not small dispersion in the peak values of unit hydrograph due to a defect in used data it is sure an averaging regression relation between peak discharge and time to peak with rainfall intensity as identified in this study has hydrological worth from the complementary viewpoint of the theory of unit hydrograph.
Generally, design flood for a hydraulic structure is estimated using statistical analysis of runoff data. However, due to the lack of runoff data, it is difficult that the statistical method is applied for estimation of design flood. In this case, the synthetic unit hydrograph method is used generally and the models such as NYMO method, Snyder method, SCS method, and HYMO method have been widely used in Korea. In this study, these methods and KICT method, which is developed in year 2000, are compared and analyzed in 10 study areas. Firstly, peak flow and peak time of representative unit hydrograph and synthetic unit hydrograph in study area are compared, and secondly, the shape of unit hydrograph is compared using a root mean square error(RMSE). In Nakayasu method developed in Japan, synthetic unit hydrograph is very different from peak flow, peak time, and the shape of representative unit hydrograph, and KICT method(2000) is superior to others. Also, KICT method(2000) is superior to others in the aspects of using hydrologic and topographical data. Therefore, Nakayasu method is not a proper in hydrological practice. Moreover, it is considered that KICT model is a better method for the estimation of design flood. However, if other model, i.e. SCS method, Nakayasu method, and HYMO method, is used, parameters or regression equations must be adjusted by analysis of real data in Korea.
Improved methodology of Synthetic Unit Hydrograph (SUH) utilized generally in hydrologic design work was suggested. In this study, regression analysis between peak hydrological data and geospatial data was applied to estimate specific peak flow and peak time for determining shape of SUH. Regression formulas for specific peak flow with respect to shape factors show higher coefficient of determination (0.73~0.81) than the ones with geospatial components only (0.52~0.69). The areal limitation of unit hydrograph application is regarded as 500~700 $km^2$. The validation through rainfall-runoff simulation shows encouraging results that relative error is 1.7~29.0%(Avg. 11.6%) for the case of using SUH developed in this study and 35.0~ 64.9% (Avg. 46.7%) for the SUH in the previous study except for the extraordinary cases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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