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[국내논문] 레이더 자료의 해상도를 고려한 분포형 강우-유출 모형의 GIS 자료 최적 격자의 결정
Decision of GIS Optimum Grid on Applying Distributed Rainfall-Runoff Model with Radar Resolution 원문보기

한국습지학회지 = Journal of wetlands research, v.13 no.1, 2011년, pp.105 - 116  

김연수 (노아솔루션(주).기술연구소) ,  장권희 (노아솔루션(주).기술연구소) ,  김병식 (한국건설기술연구원 수자원연구실) ,  김형수 (인하대학교 토목공학과)

초록
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최근 몇 년간 기후변화에 의해 기상이변이 발생하고 있으며 이에 따른 집중호우로 인한 홍수피해가 심각하게 증가하고 있다. 이러한 피해를 저감하기 위한 수문기상학적 요소와 특성인자들의 정확한 상호 연관성 규명과 공간적 변동성 해석은 강우-유출 모형에서 발생하는 불확실성을 감소시키는데 중요한 요소로 작용하게 된다. 이에 본 연구에서는 레이더강우 격자 해상도와 지형인자 격자 해상도에 따라 강우-유출모형이 어떻게 반응하는지 분석하였으며, 가-분포 강우-유출 모형인 ModClark 모형을 이용하여 강원도 인제군의 내린천 유역을 대상으로 광덕산 레이더자료를 이용하였다. ModClark 모형 구성을 위한 GIS 지형공간 자료는 30m, 150m, 250m, 350m 격자크기의 DEM을 사용하였으며, 2006년 7월 14일부터 7월 17일까지의 관측레이더 강우자료를 500m, 1km, 2km, 5km, 10km 사용하여 유출모의를 실시하고, 각각의 격자해상도에 따른 모의 결과를 비교하기 위해 유출 수문곡선을 작성하고 유출량 변화를 모의하였다. 분석 결과 첨두유량 및 유출체적에 대해서는 DEM 30m~150m, 레이더강우 500m~2km 크기의 격자일 때 가장 최적의 유출 모의를 한 것으로 분석되었으며, 통계적 분석에 의한 분석결과에서는 모든 DEM 격자는 레이더강우 격자가 500m인 경우, 모든 레이더강우 격자는 DEM 30m인 경우에 모형의 적합성이 높은 것으로 나타났고, 민감도 산정 결과 지수 등급이 높은 DEM이 분포형 모형의 결과 값에 큰 영향을 주는 것으로 분석되었다. 최근 집중형 모형에서 분포형 모형을 이용한 강우-유출해석이 이루어지고 있기에 모델링 구성을 위한 효율적인 의사결정의 기준으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Changes in climate have largely increased concentrated heavy rainfall, which in turn is causing enormous damages to humans and properties. Therefore, the exact relationship and the spatial variability analysis of hydrometeorological elements and characteristic factors is critical elements to reduce ...

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 레이더 강우 및 분포형 모형을 이용한 정확한 유출량 예측을 위해 유출량 모의시 발생하는 불확실성을 감소시키는데 있어서 적정 격자 해상도를 찾는데 목표가 있다. Zhang 등 (1994)은 미국 서부의 두 유역에 대한 수치고도자료를 이용하여 DEM의 격자크기에 따른 수문학적 모의를 하였으며, 공간분포된 강우 및 기상레이더 강우자료를 이용하여 강우-유출해석에 관한 연구로 Johnson 등(1999)은 미국 서부지역을 대상으로 지상의 강우관측소 자료를 Thiessen 다각형법과 NEXRAD 기상레이더 자료를 이용하여 유역의 평균 강우량을 산정하여 대상유역의 월별 유출량을 모의하고 관측치와의 편차가 5%이내의 안정된 결과를 도출하였다.
  • 따라서 본 연구에서는 분포형 모형의 강우-유출에 있어 레이더 강우 및 ModClark 격자 크기를 세분화하여 다양한 규모의 DEM 격자에 적용하여 유출을 모의하고, 실제 관측치와 비교 ․ 분석하였다. 또한 강우격자 및 소유역 크기가 유출특성에 미치는 영향을 분석하였으며, 이를 통해 가-분포형 모형의 적정 강우격자 해상도 및 공간분포된 수문 자료의 적용성을 높이는데 그 목적이 있다.

가설 설정

  • ModClark 모형과 Clark 모형의 차이점은 각 격자마다의 도달시간을 계산하므로 유역의 모든 영역으로부터 유역출구의 도달시간 변동에 대해 정확하게 계산할 수 있다. 또한, 각각의 격자로부터 발생되는 유출량은 격자면적에 비례한다고 가정한다. 초과우량은 일반적인 유역 자료를 사용하여 각각의 격자에 대해서 계산되며 식 (2)와 함께 선형저수지를 통하여 추적된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
지점 우량 자료의 장점은 무엇인가? 대부분의 모형에서 입력자료로 사용하고 있는 지점 우량 자료는 우량계 위치에 상관없이 시간에 따라 연속적으로 강우량을 지상에서 관측한다는 장점이 있다. 그러나 공간적으로는 불연속적이고 우량계 네트워크에서 실시간 자료를 복구하는 데에 상당한 시간이 요구된다.
강우레이더 관측 자료의 장점은 무엇인가? 그러나 공간적으로는 불연속적이고 우량계 네트워크에서 실시간 자료를 복구하는 데에 상당한 시간이 요구된다. 반면에 강우레이더 관측 자료는 측정할 수 있는 지역 범위가 연속적 이므로 특정 지역으로의 활용이 가능하다는 장점이 있다. 이에 레이더에 의해 관측된 강우는 격자형 강우량 자료이기 때문에 분포형 모형과 연계하여 사용할 수 있다. 분포형 모형은 유역의 시공간적인 유출특성변화를 반영하기 위하여 수치지형자료(DEM 자료), 토지피복관련자료, 토양관련자료 등의 지리정보에 근간을 두고 유역을 작은 격자망 (grid cell)으로 나누어 격자(cell)단위를 기반으로 하여 강우-유출관계를 분석한다.
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참고문헌 (13)

  1. 배영혜, 김병식, 김형수 (2010), "보정 레이더 자료와 유출 모형을 이용한 홍수유출모의에 관한 연구." 한국습지학회지, 제12권 제1호, pp. 51-61 

  2. 김수전, 김연수, 장대원, 김형수 (2010), "레이더 강우와 분포형 모형을 이용한 섬진강 유역의 홍수 예.경보 지원." 제36회 대한토목학회 정기학술대회 발표논문 초록집, pp. 21 

  3. 김형수 (2010), 수문학, 동화기술, pp. 452-477 

  4. 김병식, 홍승진, 배영혜 (2009), "기상청 레이더 강우자료와 지상강우자료를 이용한 내린천 유역의 분포형 홍수유출 모의." 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집, pp. 217 

  5. 권영수 (2009), "신경망에 의한 레이더 강우 보정 및 유출해석", 석사학위 논문, 인하대학교 

  6. 문영일, 최병화, 안재현, 오태석 (2006), "격자크기에 따른 분포형 유출 모형의 강우-유출해석에 관한 연구." 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집, pp. 1787-1791 

  7. 안상진 (2005), "ModClark 모형을 이용한 유출해석." 한국수자원학회논문집, 제38권 제3호, pp. 245-257 

  8. 조효섭 (2000), "분포형 강우-유출모형의 격자규모결정", 박사학위 논문, 충남대학교 

  9. Hydrologic Engineering Center (2003), "HECGeoHMS : Geospatial Hydrologic Modeling Extension, User's Manual. U.S. Army Corps of Engineers, Davis, CA 

  10. Sun, S., Mein, R.G., Keenan, T.D., and Elliott, J.F. (2000), "Flood Estimation using Radar and Raingage Data.", Journal of Hydrology, Vol. 239, pp. 4-18 

  11. Hydrologic Engineering Center (2000), "HECHMS : Hydrologic Modeling System, User's Manual. U.S. Army Corps of Engineers, Davis, CA 

  12. Johnson, D., Smith, M., Koren, V., and Finnerty, B. (1999), "Comparing Mean Areal Precipitation Estimates from NEXRAD and Rain Gauge Networks.", Journal of Hydrologic Engineering, ASCE, pp. 117-124 

  13. Zhang, W. and Montgomery, D. R. (1994), "Digital Elevation Model Grid Size, Landscape Representaion, and Hydrologic Simulation.", Water Resources Reasearch, Vol. 30, No. 4, pp. 1019-1028 

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