• Title/Summary/Keyword: 저류함수모형

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TFN model application for hourly flood prediction of small river (소규모 하천의 시간단위 홍수예측을 위한 TFN 모형 적용성 검토)

  • Sung, Ji Youn;Heo, Jun-Haeng
    • Journal of Korea Water Resources Association
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    • v.51 no.2
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    • pp.165-174
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    • 2018
  • The model using time series data can be considered as a flood forecasting model of a small river due to its efficiency for model development and the advantage of rapid simulation for securing predicted time when reliable data are obtained. Transfer Function Noise (TFN) model has been applied hourly flood forecast in Italy, and UK since 1970s, while it has mainly been used for long-term simulations in daily or monthly basis in Korea. Recently, accumulating hydrological data with good quality have made it possible to simulate hourly flood prediction. The purpose of this study is to assess the TFN model applicability that can reflect exogenous variables by combining dynamic system and error term to reduce prediction error for tributary rivers. TFN model with hourly data had better results than result from Storage Function Model (SFM), according to the flood events. And it is expected to expand to similar sized streams in the future.

Applicability Analysis of Flood Forecasting in Nakdong River Basin using Neuro-Fuzzy Model (Neuro-Fuzzy 모형에 의한 낙동강유역의 홍수예측 적용성 분석)

  • Rho, Hong-Sik;Kim, Tae-Hyung;Kim, Pan-Gu;Han, Kun-Yeun;Choi, Seung-Yong
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • pp.642-642
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    • 2012
  • 최근에 들어 지구온난화에 따른 기후변화의 영향으로 국지성 집중호우와 돌발성 호우가 한반도 뿐 아니라 전 세계적으로도 많이 나타나고 있고, 그로 인한 이상홍수의 발생이 우리나라의 인명 및 재산피해를 날로 증가시키고 있는 추세이다. 그러나 현재 국내의 홍수방어시스템은 정확도 및 선행시간 확보 등의 측면에서 국민들의 요구수준까지는 그 역할을 수행하지 못하고 있는 실정이다. 또한 최근 4대강 살리기 사업을 통해 수행된 보 설치 및 하도 준설로 인해 하천환경의 변화가 크게 발생하여, 보다 정확하고 신속한 홍수위 예측기법이 요구되고 있는 실정이다. 이에 따라 현재 4대강 홍수통제소에서는 정확한 홍수위예측을 위해 4대강 본류 및 주요 지류에 대해 수리모형을 구축하고 있고, 기존의 저류함수모형에 의한 강우-유출 해석기법을 적용하여 주요 지류에 대한 유입량을 산정하기 위한 모형을 구축중에 있다. 국내 홍수방어 시스템에 현재까지 사용되어 오고 있는 저류함수모형 및 수위-유량 관계식을 이용한 방법은 물리적 기반의 홍수예측모형으로 유역의 지형학적 인자와 그에 따른 여러 변수를 포함하기 때문에 하천환경의 변화로 인해 각각의 추적과정에서 오차들이 발생하여 해석결과에 영향을 미치는 단점이 있다. 이에 반해 데이터 기반 모형은 강우-유출 모형에서 사용되는 많은 수문학적 자료 및 매개변수들의 사용 없이 오직 수위 및 강우측정 자료만을 이용하여 홍수를 예측하는 모형이다. 본 연구에서는 낙동강 유역에 대해 보다 정확한 홍수위 예측을 위해 현재 낙동강홍수통제소에서 구축중인 낙동강 본류의 수리모형의 주요 지류의 유입량 산정을 위해 기존의 물리적 기반 모형이 아닌 뉴로-퍼지(Neuro-Fuzzy) 모형을 이용한 data 기반 모형을 적용해 기존 물리적 기반 모형과 비교 분석 하고자 하였다. 낙동강의 주요지류인 감천, 금호강, 남강, 내성천, 밀양강, 반변천, 위천, 황강을 적용유역으로 선정하여 유역별로 티센망을 구축하였고, 각 지류별로 수위관측소를 선정하여 최근 10년동안 낙동강유역의 홍수예 경보가 발령되었거나 많은 비가 온 사상을 선정해 모형을 검증하였다. 모형은 실시간 수위측정 자료와 강우자료 및 해당유역 댐의 방류량 자료를 이용해 유역별 최적 입력자료 조합을 선정하여 간단하게 구축할 수 있었다. 또한 10분 단위 및 30분 단위의 입출력 자료로 모형을 구축하여 비교하였다. 이번 연구에서 수행한 낙동강유역에서의 뉴로-퍼지(Neuro-Fuzzy) 모형을 이용한 홍수예측기법을 통해 몇가지 data만으로 유역의 주요지점에 대한 홍수위와 홍수량을 예측할 수 있음을 확인할 수 있었다. 모의 결과는 실측치와 비교해 정확도 면에서 우수함을 보여 주었으나 예측시간이 길어질수록 실측치의 경향을 벗어나는 결과를 보였다. 그러나 실시간 홍수예 경보에 있어서는 만족할만한 선행시간을 확보할 수 있었다. 구축된 Data 기반 모형이 물리적 기반 모형과 더불어 낙동강 홍수예 경보를 위한 모형으로 사용될 수 있다면 보다 효율적인 예 경보 체계 구축에 도움을 줄 수 있을 것으로 판단된다.

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A Study of Progressive Parameter Calibrations for Rainfall-Runoff Models (강우-유출모형을 위한 매개변수 순차 보정기법 연구)

  • Kwak, Jae-Won;Kim, Duk-Gil;Hong, Il-Pyo;Kim, Hung-Soo
    • Journal of Wetlands Research
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    • v.11 no.2
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    • pp.107-121
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    • 2009
  • Many rainfall-runoff models have been used for the flood forecasting. However, the determination of rainfall-runoff model parameters is very difficult. In this study, we investigated the efficiency of flood forecasting models by studying the optimization techniques for parameter calibration of SFM, Tank, and SSARR models. We analyzed the correlations between parameters in optimization techniques, then classified the parameters into parameter groups. For this we applied the sequential calibration method through the sensitivity analysis. As the results of the analysis, the parameter groups clibration method showed better result for peak flow and clibtation time.

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Comparison of the Rainfall-Runoff Models for Flood Forecasting in Watershed (하천 수계의 홍수 예측을 위한 강우-유출 모형의 비교)

  • 심순보;박노혁
    • Water for future
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    • v.29 no.6
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    • pp.237-247
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    • 1996
  • In this study two rainfall-runoff models, the NWS-PC model and the Storage Function Model (SFM), were compared to see their applicability in the flood forecasting at the river system. The SFM has been adopted in the flood-forecasting and warning system for the major rivers in Korea since 1974, and the NWS-PC model, a physically based model, has been developed to simulate soil moisture changing as well as the surface and subsurface flow at the watershed and in the river streams. Case studies were carried out using flood event data observed at the Mihochun watershed in Geum-river basin during 1985 to 1995. Simulated results from both models were compared with the observed data with respect to the RMS errors and relative errors for peak flow discharges and total runoff volumes to show the advantages and disadvantages of both models and to suggest the way to improve their performances.

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Storage Type Nonlinear Hydrological Forecasting Model (저류함수형(貯溜凾數型) 비선형(非線型) 수문예측모형(水文豫測模型))

  • Baek, Un Il;Yoon, Tae Hoon
    • KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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    • v.2 no.2
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    • pp.29-38
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    • 1982
  • Nonlinear hydrological model containing the nonlinearity of effective rainfall, lag time and runoff is presented. In the evaluation of rainfall excess, the polynomial fitting method for total rainfall, 5 day antecedant rainfall and direct runoff is developed. In the application to actual watershed, the estimated model parameters of nonlinear lag model reflecting the nonlinearity of lag time are compared with the parameters, by both the fitting method and the correlation, model which are the modified version of the storage function model. The Successive Approximation Method in mathematical solution and Newton-Rhapson method in numerical solution are found to be superior to the conventional numerical graphic method in the analysis of nonlinear processes.

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Availability of AWS data from KMA for real-time river flow forecast (실시간 하천유량 예측을 위한 기상청 AWS 자료의 활용성 평가)

  • Lee, Byong-Ju;Chang, Ki-Ho;Choi, Young-Jean
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • pp.131-131
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    • 2011
  • 기후변화로 인한 기상이변 현상이 빈번하게 발생하면서 홍수와 같은 자연재해의 피해규모가 증가하고 있다. 이를 극복하기 위해 최근에는 구조적 대책뿐만 아니라 홍수예측시스템과 같은 비구조적 대책에도 많은 관심과 연구가 이루어지고 있다. 통상 홍수예측을 위해서는 예측강우의 정확도가 중요하게 부각되지만 중규모 이상의 유역에서는 수 시간의 지체시간 효과로 인해 AWS 실황강우만으로도 어느정도 선행시간에 대해서 하천유량예측이 가능하다고 할 수 있다. 본 연구에서는 기상청 AWS 실황강우를 이용하여 하천유량을 예측할 경우 어느정도 선행시간과 정확도를 확보할 수 있는지에 대해서 분석하고자 한다. 분석을 위한 시단위 강우자료와 기상자료는 각각 AWS와 ASOS 자료를 이용하였다. 또한 하천유량 모의를 위한 강우-유출모형으로는 SURF 모델(Sejong University River Forecast Model)을 이용하였다. 이 모형은 저류함수모형 기반의 연속형 강우-유출모형으로 미래에 대한 유출모의결과의 정확도를 향상시키기 위해 앙상블 칼만필터링 기법을 연계한 모형이다. 그림 1은 충주댐유역에 대해서 2009.7.8~17일(240시간)에 대해서 관측유량 자료동화 전후의 결과를 나타낸 것이다. 현시점을 100, 105, 110, 115시간으로 가정하고 미래기간에 대해서는 관측강우를 0으로 가정했을 때 대략 첨두유량 발생 5시간 전에 예측된 모의유량이 관측유량과 거의 일치함을 확인할 수 있다. 따라서 실황강우와 관측유량 자료동화 기법을 연계할 경우 수 시간의 선행시간에 대해서 유량예측이 가능한 것으로 판단된다.

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A Study on Flood Routing Model for the control of Reservoir Release in Nakdong River Dams (낙동강수계 댐방류량 조절을 위한 하도추적모형 연구)

  • 박영기;신용노
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • pp.62-67
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    • 1998
  • 낙동강 수계 다목적댐 하류 지역에 대한 홍수조절 의사결정 능력을 향상시키고자 강우- 유출 모형으로 선정된 저류함수법으로 낙동강 수계 다목적댐 하류부의 유역유출 체계를 먼저 구 성하였다. 저류함수법에 의한 낙동강 수계 유역유출 체계도는 유역의 물리적 특성을 감안하여 소 유역은 41개, 하동망은 28개로 구성하였다. 또한 수문학적 하도추적 기법이 갖는 결점을 보완하기 위하여 낙동강 본류 및 상류에 댐이 있는 금호강, 황강, 남강, 밀양강 등 1 지류 이상의 홍수추적 을 수리학적 모형으로 보완하여 유역유출 체계를 이원화하여 두시스템을 상호·연계할 수 있도록 하였다. 상기 두 시스템을 '93년 8월 홍수(8, 7~8, 15)에 시험 적용하였다. 모형수행 경과 홍수기 댐운영시 저류함수모형에 의한 강우 유출 모형과 수리학적 하도추적 모형을 통합한 시스템을 동시에 적용하여 상호 보완 과정을 통해 운영한다면 다목적댐의 홍수조절 의사결정능력을 향상시킬 수 있다고 판단된다. 본 연구에서는 사용자가 해석적 방법으로 유역에서 수문자료를 이용하여 매개변수를 대화식으로 산정할 수 있는 GUI 시스템을 EXCEL97 환경에서 개발하여 신뢰성 있는 Rating curve가 확보 상·하류에 위치한 12개 수위관측소에서 89개 홍수사상을 대상으로 유역의 매개변수를 산정하였다. 또한, 미계측 유역의 저류함수 관련 매개변수 확장을 위하여 12개 소유역 에 대한 매개변수의 평균값과 유역면적, 하도연장 및 경사, 유역의 사면경사 등의 지형인자들을 조합하여 지역화분석을 수행하여 미계측 유역의 매개변수 산정식으로 제안하였다. 본 회귀식으로 산정된 소유역별 매개변수를 '93년 8월 홍수(8, 7~8, 15)에 적용한 결과, 낙동강 수계 본류상 주요 수위관측소별 홍수량예측이 이근천공식 보다 양호한 결과를 주어 본 연구에서 제시한 유역의 매 개변수 회귀식은 미계측 유역의 매개변수 산정시 충분한 활용성을 입증하였다. 저류함수법에 의 한 낙동강 수계 다목적댐 하류부의 유역유출 체계도는 수리학적 하도추적 모형과의 연계와 유역 의 물리적 특성을 감안하여 현재의 홍수통제소에서 운영하는 홍수예경보 시스템의 유출체계도와 우리공사 물관리 상황실의 저수관리 모형의 유출체계도를 기준으로 재구성하여 다목적댐 하류부의 소유역은 41개, 하도망은 28개로 결정하였다.

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Estimation of Flash Flood Guidance considering Uncertainty of Rainfall-Runoff Model (강우-유출 모형의 불확실성을 고려한 돌발홍수기준)

  • Lee, Keon-Haeng;Kim, Hung-Soo;Kim, Soo-Jun;Kim, Byung-Sik
    • Journal of Wetlands Research
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    • v.12 no.3
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    • pp.155-163
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    • 2010
  • The flash flood is characterized as flood leading to damage by heavy rainfall occurred in steep slope and impervious area with short duration. Flash flood occurs when rainfall exceeds Flash Flood Guidance(FFG). So, the accurate estimation of FFG will be helpful in flash flood forecasting and warning system. Say, if we can reduce the uncertainty of rainfall-runoff relationship, FFG can be estimated more accurately. However, since the rainfall-runoff models have their own parameter characteristics, the uncertainty of FFG will depend upon the selection of rainfall-runoff model. This study used four rainfall-runoff models of HEC-HMS model, Storage Function model, SSARR model and TANK model for the estimation of models' uncertainties by using Monte Carlo simulation. Then, we derived the confidence limits of rainfall-runoff relationship by four models on 95%-confidence level.

Development of Hydraulic Flood Forecasting Model for the Lower Geum River (금강하류부 하도의 수리학적 홍수예측모형 개발)

  • Song, Jae-Hyun;Yoon, Kwang-Seok;Kim, Joo-Young;Yeo, Kyu-Dong
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • pp.751-755
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    • 2007
  • 금강 홍수예보시스템의 유출모형은 이미 구축되어 있던 한강의 홍수예보시스템과 마찬가지로 저류함수법과 단위도법에 의한 홍수 유출 모형을 근간으로 구성되어 있다. 홍수시 금강하구둑으로 인한 홍수시 하류부의 조위 또는 하구둑의 내수위 변화가 상류부에 미치는 영향을 현재 운영되고 있는 홍수예보 시스템의 저류 함수모형으로는 반영하지 못하기 때문에 하류부의 조위 변화에 영향을 받는 구간에서의 홍수예측에 많은 문제점을 초래하고 있다. 이와 같은 수문학적 상황으로 인하여 하구둑 저수지에 의한 배수 영향은 저류함수법에 의한 홍수예측의 정확도를 저하시키는 요인으로 작용하고 있으므로 수리학적 홍수예측모형의 개발을 필요로 하고 있다. 따라서, FLDWAV 모형을 적용하여 개발한 수리학적 홍수예측모형으로 배수영향을 받는 홍수예보지점인 규암, 강경지점을 모의하였다. 이를 통해 근본적으로 수문학적 모형이 해결할 수 없는 한계를 없애고, 수문학적 모형과 병용함으로써 더 정확하고 효과적인 홍수예보업무가 될 것이라고 판단된다.

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Analysis of runoff characteristics at Yongdam-Guryang study catchment (용담-구량천 유역의 유출 특성 분석)

  • Lee, Hyo Sang;Chang, Hyung Joon;Hwang, Myung Gyu
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • pp.527-527
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    • 2016
  • 최근 급증하는 이상기후 등으로 인하여, 가뭄 및 홍수 등의 자연재해가 반복적으로 발생하는 등 수자원관리에 어려움이 증대되고 있다. 본 연구는 토양수분량, 강우량, 수위관측 및 증발산량 관측이 수행되고 있는 용담-구량천 유역을 대상으로, PDM 토양저류 함수 모형을 습윤(6월~9월) 및 건조(10월~5월)기로 분리 적용하여 기간에 따른 유역 유출 특성을 분석하였다. 습윤 및 건조기의 유출률(유량/총강우량)은 각각 0.61~0.65와 0.31~0.42으로 서로 다른 유출 특성을 나타내고 있다. 2014~2015년 유역의 관측 토양 수분 자료(심도 100~200mm)와 PDM 토양저류 함수를 활용한 모의 결과가 습윤기에서 유사한 경향성을 보이고 있다(R2=0.9). 이를 바탕으로 용담-구량천 유역의 토양 저류 및 유출 특성을 분석한 결과, 기간을 습윤기 및 건조기로 분리하여 각각의 유역 유출 모형을 구축하는 것이 필요하다고 판단된다. 향후 단기 홍수 사상의 분석을 통한 홍수 유출 및 토양 저류 분석을 위한 모형을 제시하고자 한다.

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