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레이더 정량강우와 연계한 홍수유출 및 범람해석 시스템 확립 II. Cokriging을 이용한 2차원 정량강우 산정

Development of a Flood Runoff and Inundation Analysis System Associated With 2-D Rainfall Data Generated Using Radar II. 2-D Quantitative Rainfall Estimation Using Cokriging

韓國水資源學會論文集 = Journal of Korea Water Resources Association, v.39 no.4 = no.165, 2006년, pp.335 - 346  

최규현 (건설교통부 한강홍수통제소 하천정보센터) ,  한건연 (경북대학교 공과대학 토목공학과) ,  김광섭 (경북대학교 공과대학 토목공학과) ,  이창희 (경북대학교 공과대학 토목공학과)

초록
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수문모형의 많은 입력자료 가운데 강우 관측자료가 모의결과에 가장 주요한 원인을 가진다. 과거부터 수문모형은 유역에서의 평균강우량 자료를 한 지점에서의 강우량 자료에 의존해 왔다. 그러나, 지점에서 측정된 강우량 자료를 유역을 대표하는 평균강우량 산정에 이용할 경우 부적절한 경우가 발생할 수 있으며, 특히 그 계측망이 조밀하지 못할 경우 더욱 그러하다. 레이더의 경우 보다 넓은 유역 전체를 관측하기 때문에 유역에서의 평균강우량을 제공함에 있어 좋은 관측장비라 할 수 있다. 레이더를 이용하여 강우를 관측할 경우 직접적인 강우관측이 아니기 때문에 QPE에서 몇몇 한계가 있을 수 있으나, 강우자료의 공간변화도에 대한 좋은 정보를 제공해 준다. 또한 지상의 강우관측소에서의 강우측정자료는 지점에서의 강우량에 대한 정확한 정보를 제공해 준다. 따라서, 본 연구의 목적은 지상의 강우관측소에서 관측된 강우량 자료와 레이더를 이용하여 관측된 자료, 즉 두 가지 관측자료를 Ordinary cokriging 보간을 이용하여 통합함으로써 개선된 강우량 추정방법을 개발한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Among various input data to hydrologic models, rainfall measurements arguably have the most critical influence on the performance of hydrologic model. Traditionally, hydrologic models have relied on point gauge measurements to provide the area-averaged rainfall information. However, rainfall estimat...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 반면 강우의 공간분포를 잘 나타내는 레이더 자료는 강우에 대한 간접관측치이면서 특히 호우 시 각 지점에 대한 정량강우산정에 취약한 단점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 보다 정확한 홍수 예측 및 수자원 관리에 필요한 2차원 정량 강우 산정을 위하여 각 관측기기의 장단점을 파악하고 장점을 통합하기 위하여 cokriging 기법을 사용한 2차원 정량강우 의 산출기법을 제시하였다. 이를 위해서 레이더 반사도 측정 자료와 강우관측소에서의 강우량 관측자료의 지형통계학적 분석을 실시함으로서 cokriging에 필요한 주요 매개 변수를 산정할 수 있었다.
  • 본 연구에서는 범람해석을 위한 기본 자료 구축을 위해서 지상의 강우관측소와 레이더를 연계하여 개선된 정량강우량을 산정하였다. 지상의 강우관측소 자료의 경우 특정지점에 대한 비교적 정확하면서 직접적인 관측치를 제공하는 반면 강우의 공간구조를 정확하게 나타내는데 취약하다.
  • 따라서 여러 기기에 의하여 획득된 정보를 사용하여 최적의 강우를 환산하는 것이 중요한 극복과제인 것이다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 개선하고 보다 정확한 공간분포와 강우 량을 얻기 위한 기법을 제시하고자 한다. 레이더는 광역에 대하여 비교적 정확한 강우분포양상과 시간적 강우 진행과정을 제시함에도 불구하고 제시된 강우량은 간접적인 관측치로 레이더 반사도로부터 측정된 값이다.
  • 본 연구에서는 태풍 루사시 8월 31일 01:00~9월 1일 06:00 기간동안의 감천 유역에서의 범람홍수모형의 적용을 위해서 루사로 인한 강우량을 지상 강우관측소의 강우량 자료와 레이더의 반사도 자료를 연계하여 개선된 2차원 강우량을 산정하였다. 이를 위해서 대상유역 내의 강우관측소의 강우량 자료의 수집과 합성 CAPPI 의 산출과정이 선행되었다.

가설 설정

  • 본 연구에서 강우량 Z(a) 는 전체 계산영역(Ω)에 대해서 에르고딕성(ergodicity, 임의의 확률과정에서 충분히 긴 계열의 어떤 부분도 동일한 확률적 성질을 지닌 경우 시간 평균이 집합평균과 같게 되는 성질)한 것으로 가정하고, 또한 2차 정상(stationary, 시간에 따라 통계적 특성이 변하지 않는)인 것으로 가정하였다. 또한 강우량 자료의 관측 오차는 평균이 "0", 분산이며, 공간적으로 상관관계를 가지지 않는 것으로 가정하였다. 레이더 자료의 관측 오차는 평균이m,R이고, 계산영역에 대한 공분산을 CovfR(u) 로 가정하였다.
  • 또한 강우량 자료의 관측 오차는 평균이 "0", 분산이며, 공간적으로 상관관계를 가지지 않는 것으로 가정하였다. 레이더 자료의 관측 오차는 평균이m,R이고, 계산영역에 대한 공분산을 CovfR(u) 로 가정하였다. 이러한 두 가지가정은 실제 자료를 바탕으로 한 다양한 실험들에 기초하였다.
  • 본 연구에서 강우량 Z(a) 는 전체 계산영역(Ω)에 대해서 에르고딕성(ergodicity, 임의의 확률과정에서 충분히 긴 계열의 어떤 부분도 동일한 확률적 성질을 지닌 경우 시간 평균이 집합평균과 같게 되는 성질)한 것으로 가정하고, 또한 2차 정상(stationary, 시간에 따라 통계적 특성이 변하지 않는)인 것으로 가정하였다. 또한 강우량 자료의 관측 오차는 평균이 "0", 분산이며, 공간적으로 상관관계를 가지지 않는 것으로 가정하였다.
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  27. Zawadski, I.I. (1975). 'On radar-rain gauge comparison.' Journal of Applied Meteorology, Vol. 14, pp. 1487-1509 

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