강우량은 관측소의 설치고도에 따라 관측량의 편차가 심하며, 이로 인해 도시지역과 산지지역의 강우발생 특성이 다르다. 산지효과로 인해 고도가 높아질수록 강우 관측시 불확실성이 커지는 것을 감안하면 산지지역에서의 강우관측소 밀도는 커야한다. 이러한 관측소의 고도특성이 반영된 관측망 평가는 산지효과를 반영하기 위한 것으로 산악지역에서 발생하는 돌발홍수의 효과적인 예측 및 레이더 자료의 보정에 있어 중요한 과정이 된다. 이에 본 연구에서는 강우관측소의 설치고 도를 고려한 강우관측망의 평가방법론을 제안하였다. 강우관측소의 고도별 설치밀도 파악을 위해 고정간격의 고도를 이용하는 등고도비별 설치밀도 산정방법과 유역의 면적비를 이용하는 등면적비별 설치밀도 산정방법을 적용하였다. 그 결과 등면적비를 이용하는 경우가 고도별 강우관측망의 평가에 보다 유리함을 확인하였다. 아울러 타유역과의 비교를 위해 등면적별 관측소 설치밀도의 변동계수를 이용하여 고도별 분포를 정량화 하였다. 이는 강우관측소의 설치고도분포의 균등함을 평가하는 정량적 지표가 되며, 제시된 방법론을 5대강 유역에 적용하였다. 그 결과, 설치밀도의 변동계수가 작은 유역에서는 고도별 강우설치밀도가 일정함으로 인해 보다 균등한 분포를, 반면 변동계수가 큰 유역에서는 상대적으로 고도별 설치밀도가 불균등함을 확인하였다.
강우량은 관측소의 설치고도에 따라 관측량의 편차가 심하며, 이로 인해 도시지역과 산지지역의 강우발생 특성이 다르다. 산지효과로 인해 고도가 높아질수록 강우 관측시 불확실성이 커지는 것을 감안하면 산지지역에서의 강우관측소 밀도는 커야한다. 이러한 관측소의 고도특성이 반영된 관측망 평가는 산지효과를 반영하기 위한 것으로 산악지역에서 발생하는 돌발홍수의 효과적인 예측 및 레이더 자료의 보정에 있어 중요한 과정이 된다. 이에 본 연구에서는 강우관측소의 설치고 도를 고려한 강우관측망의 평가방법론을 제안하였다. 강우관측소의 고도별 설치밀도 파악을 위해 고정간격의 고도를 이용하는 등고도비별 설치밀도 산정방법과 유역의 면적비를 이용하는 등면적비별 설치밀도 산정방법을 적용하였다. 그 결과 등면적비를 이용하는 경우가 고도별 강우관측망의 평가에 보다 유리함을 확인하였다. 아울러 타유역과의 비교를 위해 등면적별 관측소 설치밀도의 변동계수를 이용하여 고도별 분포를 정량화 하였다. 이는 강우관측소의 설치고도분포의 균등함을 평가하는 정량적 지표가 되며, 제시된 방법론을 5대강 유역에 적용하였다. 그 결과, 설치밀도의 변동계수가 작은 유역에서는 고도별 강우설치밀도가 일정함으로 인해 보다 균등한 분포를, 반면 변동계수가 큰 유역에서는 상대적으로 고도별 설치밀도가 불균등함을 확인하였다.
The observed rainfall may be different along with the altitude of rain gauge, resulting in the fact that the characteristics of rainfall events occurred in urban or mountainous areas are different. Due to the mountainous effects, in higher altitude, the uncertainty involved in the rainfall observati...
The observed rainfall may be different along with the altitude of rain gauge, resulting in the fact that the characteristics of rainfall events occurred in urban or mountainous areas are different. Due to the mountainous effects, in higher altitude, the uncertainty involved in the rainfall observation gets higher so that the density of rain gauges should be more dense. Basically, a methodology for the rain gauge network evaluation, considering this altitude effect of rain gauges can account for the mountainous effects and becomes an important step for forecasting flash flood and calibrating of the radar rainfall. For this reason, in this study, we suggest a methodology for rain gauge network evaluation with consideration of the rain gauge's altitude. To explore the density of rain gauges at each level of altitude, the Equal-Altitude-Ratio of the density of rain gauges, which is based on the fixed amount of elevation and the Equal-Area-Ratio of the density of rain gauges, which is based on the fixed amount of basin area are designed. After these two methods are applied to a real watershed, it is found that the Equal-Area-Ratio generates better results for evaluation of a rain gauge network with consideration of rain gauge's altitude than the Equal-Altitude-Ratio does. In addition, for comparison between the soundness of rain gauge networks in other watersheds, the Coefficient of Variation (CV) of the rain gauge density by the Equal-Area-Ratio is served as the index for the evenness of the distribution of the rain gauge's altitude. The suggested method is applied to the five large watersheds in Korea and it is found that rain gauges installed in a watershed having less value of the CV shows more evenly distributed than the ones in a watershed having higher value of the CV.
The observed rainfall may be different along with the altitude of rain gauge, resulting in the fact that the characteristics of rainfall events occurred in urban or mountainous areas are different. Due to the mountainous effects, in higher altitude, the uncertainty involved in the rainfall observation gets higher so that the density of rain gauges should be more dense. Basically, a methodology for the rain gauge network evaluation, considering this altitude effect of rain gauges can account for the mountainous effects and becomes an important step for forecasting flash flood and calibrating of the radar rainfall. For this reason, in this study, we suggest a methodology for rain gauge network evaluation with consideration of the rain gauge's altitude. To explore the density of rain gauges at each level of altitude, the Equal-Altitude-Ratio of the density of rain gauges, which is based on the fixed amount of elevation and the Equal-Area-Ratio of the density of rain gauges, which is based on the fixed amount of basin area are designed. After these two methods are applied to a real watershed, it is found that the Equal-Area-Ratio generates better results for evaluation of a rain gauge network with consideration of rain gauge's altitude than the Equal-Altitude-Ratio does. In addition, for comparison between the soundness of rain gauge networks in other watersheds, the Coefficient of Variation (CV) of the rain gauge density by the Equal-Area-Ratio is served as the index for the evenness of the distribution of the rain gauge's altitude. The suggested method is applied to the five large watersheds in Korea and it is found that rain gauges installed in a watershed having less value of the CV shows more evenly distributed than the ones in a watershed having higher value of the CV.
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문제 정의
강우관측소의 고도특성이 반영된 강우관측소의 평가는 산지효과와 보다 나은 유역평균강우량 산정에 목적이 있다. 이러한 강우-유출해석을 위해서는 하천 형상에 따른 유역분수령을 기준으로 유역을 분할하여야 한다.
본 연구는 설치고도를 고려한 강우관측망 평가방안을 제안한 논문으로 이는 최종적으로 산지효과를 반영한 강우관측망 평가에 목적이 있다. 그러나 강우관측소는 다양한 목적에 의해 설치 운영되고 있으며, 따라서 유역의 특성 및 관측소 설치목적에 따라 평가되어야 한다.
본 연구는 이러한 연구의 연장으로 강우관측소의 설치고도가 고려된 관측망 평가방안을 제시하고자 한다. 강우관측소의 고도별 설치밀도 파악을 위해 고정간격의 고도를 이용하는 등고도비별 설치밀도와 유역의 면적비를 이용하는 등면적비별 설치밀도를 비교ㆍ평가하였다.
강우관측망 평가를 위해 단순히 설치밀도를 이용하는 경우는 유역의 개략적인 특성을 파악할 수 있지만 설치고도의 특성은 고려되기 어렵다. 이에 본 연구에서는 강우관측소의 설치고도를 고려한 강우관측망 평가방법론을 제시하였다. 강우관측소의 고도별 설치밀도 파악을 위해 고정간격의 고도를 이용하는 등고도비별 설치밀도와 유역의 면적비를 이용하는 등면적비별 설치밀도를 비교·평가하였다.
가설 설정
아울러 제안한 방법론으로 분석된 유역이 어느 정도의 산지효과를 보이는지는 본 연구의 범위를 벗어나므로 이 부분은 배제하였다. 다만, 산지효과를 반영하기 위해서는 평지와 산지지역에서의 고도별 설치밀도가 균등하게 설치되어야 한다는 가정하에 고도별 강우관측망의 균등함을 평가하는 것으로 한정한다.
재분류된 중유역은 국토교통부의 대권역과 중권역의 중간정도의 유역크기에 해당된다. 아울러 영산강과 섬진강의 경우 유역의 면적이 작아 하나의 단일 유역(국토교통부의 대권역과 동일)으로 가정하였다.
제안 방법
강우관측소의 고도별 설치밀도 파악을 위해 고정간격의 고도를 이용하는 등고도비별 설치밀도와 유역의 면적비를 이용하는 등면적비별 설치밀도를 비교·평가하였다.
본 연구는 이러한 연구의 연장으로 강우관측소의 설치고도가 고려된 관측망 평가방안을 제시하고자 한다. 강우관측소의 고도별 설치밀도 파악을 위해 고정간격의 고도를 이용하는 등고도비별 설치밀도와 유역의 면적비를 이용하는 등면적비별 설치밀도를 비교ㆍ평가하였다. 아울러 강우관측망의 고도 특성을 정량화하기 위해 변동계수(CV: Coefficient of Variation)를 이용하였다.
5에서 확인할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 등면적비를 이용하여 관측소의 설치밀도를 파악하였다.
반면 등면적비로 고도를 분류하면 고도분포가 등간격이 아닌 면적비에 따라 고도의 간격이 달라진다. 본 연구에서는 등고도비를 이용한 경우는 200 m의 고도 간격으로, 등면적비를 이용한 경우는 전체면적을 10등분하여 각각의 면적비에 해당되는 고도에 대해 설치밀도를 산정하였다. 이때 등면적비 경우 저지대로부터 고지대쪽으로 누가하여 전체면적의 1/10이 됐을 때의 고도의 변위를 의미한다.
등면적비별로 설치밀도가 산정되면 이를 유역별로 비교 및 평가가 필요하다. 본 연구에서는 설치밀도의 특성을 정량화하기 위해 설치밀도의 변동계수를 이용하였다. 변동계수는 자료의 표준편차와 평균의 비를 의미하며 표준편차를 평균으로 나누어 간단히 산정할 수 있다.
등고도비는 일정한 고도를 기준으로 각각의 고도에 해당하는 설치밀도를 파악하는 방법이며, 등면적비는 유역의 전체면적을 설정한 유역비를 기준으로 설치밀도를 파악하는 방법이다. 본 절에서는 이 두 방법론을 5대강 유역을 대상으로 적용한 후, 변동계수를 이용하여 각각의 중유역에 대한 설치밀도를 정량화 하였다.
강우관측소의 고도별 설치밀도 파악을 위해 고정간격의 고도를 이용하는 등고도비별 설치밀도와 유역의 면적비를 이용하는 등면적비별 설치밀도를 비교·평가하였다. 아울러 타유역과의 비교를 위해 고도별 설치밀도의 변동계수를 이용하여 정량화 하였다. 이는 강우관측소의 설치고도분포의 균등함을 평가하는 정량적 지표가 되며, 제시된 방법론을 5대강 유역에 적용하였다.
위 절차와 동일하게 각 중유역별에 대해 관측소 설치밀도를 산정 후 이들의 변동계수를 산정하였다. 이를 정리한 것이 Table 5이며, 변동계수를 각각의 중유역별로 도시적으로 비교한 것이 Fig.
아울러 강우관측망의 고도 특성을 정량화하기 위해 변동계수(CV: Coefficient of Variation)를 이용하였다. 이는 강우관측소의 설치고도분포의 균등함을 평가하는 정량적 지표가 되며, 제시된 방법론을 5대강 유역에 적용하였다. 아울러 제안한 방법론으로 분석된 유역이 어느 정도의 산지효과를 보이는지는 본 연구의 범위를 벗어나므로 이 부분은 배제하였다.
대상 데이터
만약 점선 근거에 곡선이 형성되면 장년기 유역(mature basin)으로 원래 지표면을 거의 상실한 단계로 하천은 U자형을 이루게 된다. 대상유역은 Fig 4(a)의 점선 아래쪽 형성되어 노년기 유역이다. 이 유역은 침식에 저항하여 바위가 노출되어 유역의 침식 및 비침식 부분의 고도 간에 분명한 대조를 초래할 때 나타난다(Lee, 2006).
여기서 국토교통부의 강우관측소는 한국수자원공사의 강우관측소가 포함된 경우이다. 아울러 한강유역의 경우 북한에 설치된 강우관측소의 현황파악이 어려워 남한에 설치된 강우관측소만 분석에 고려하였으며, 관측소 현황은 2012년 기준이다.
이론/모형
강우관측소의 고도별 설치밀도 파악을 위해 고정간격의 고도를 이용하는 등고도비별 설치밀도와 유역의 면적비를 이용하는 등면적비별 설치밀도를 비교ㆍ평가하였다. 아울러 강우관측망의 고도 특성을 정량화하기 위해 변동계수(CV: Coefficient of Variation)를 이용하였다. 이는 강우관측소의 설치고도분포의 균등함을 평가하는 정량적 지표가 되며, 제시된 방법론을 5대강 유역에 적용하였다.
성능/효과
그 결과 등면적비를 이용하는 경우가 보다 고도별 강우관측망의 평가에 보다 유리함을 확인하였다. 5대강 유역에 대해 적용한 결과, 중유역 Naksub4는 설치밀도의 변동계수가 가장 작았으며, 중유역 Sumjin은 상대적으로 설치밀도의 변동계수가 크게 산정되었다. 일반적으로 변동계수가 작으면 자료의 분포가 균일(고도별로 설치된 관측소가 일정)하다고 판단하며, 반대로 변동계수가 크면 자료의 편차가 심해 고도별로 설치된 강우관측소의 밀도가 일정하지 않다고 판단할 수 있다.
그 결과 등면적비를 이용하는 경우가 보다 고도별 강우관측망의 평가에 보다 유리함을 확인하였다. 5대강 유역에 대해 적용한 결과, 중유역 Naksub4는 설치밀도의 변동계수가 가장 작았으며, 중유역 Sumjin은 상대적으로 설치밀도의 변동계수가 크게 산정되었다.
6이다. 그 결과 중유역 Naksub4가 설치밀도의 변동계수가 가장 작아 고도별 분포가 가장 우수하다고 판단할 수 있으며, 반면 중유역 Sumjin은 상대적으로 고도별 분포가 떨어지는 것을 확인할 수 있다.
설치밀도를 각각의 중유역에 대해 비교하면 중유역 Geumsub1이 87.0 km²/관측소로 가장 설치 밀도가 우수하며, 중유역 Youngsan 유역이 182.6 km²/관측소로 상대적으로 설치밀도가 떨어진다.
일반적으로 변동계수가 작으면 자료의 분포가 균일(고도별로 설치된 관측소가 일정)하다고 판단하며, 반대로 변동계수가 크면 자료의 편차가 심해 고도별로 설치된 강우관측소의 밀도가 일정하지 않다고 판단할 수 있다. 이 두 유역에 대해 고도별 설치밀도를 확인할 결과, 중유역 Naksub4은 변동계수가 작음으로 인해 고도별 설치밀도가 일정함을, 반면 중유역 Sumjin은 변동계수가 커 고도별로 설치된 강우관측소의 밀도가 불균등함을 도시적으로도 확인하였다. 아울러 대상유역에 대한 상대면적-상대밀도 관계곡선으로도 이와 동일한 결과를 보였다.
따라서 산악지역의 강우관측소 밀도는 평지보다 설치밀도가 높아야 한다고 하였다. 이들의 연구를 종합해보면 산지효과는 주로 지형학적 인자에 의해 발생되며 따라서 산지지역에서의 설치밀도는 평지보다 높은 관측망이 구축되어 한다는 것이다. 아울러 강우관측망을 평가함에 있어 가장 중요하게 고려되어 할 사항이 대상유역내 관측소의 밀도가 충분히 확보되어 있는지와 이들의 공간적 분포가 적절 하느냐이다.
후속연구
그러나 강우관측소는 다양한 목적에 의해 설치 운영되고 있으며, 따라서 유역의 특성 및 관측소 설치목적에 따라 평가되어야 한다. 아울러 제시된 방법론으로 평가된 관측망이 어느 정도의 산지효과를 보이는지는 본 연구의 범위를 넘는 부분이라 이는 추후 연구과제로 남긴다. 향후 관할 기관별 설치목적에 부합되도록 강우관측망이 평가된다면 보다 현실적인 강우관측망 평가가 가능할 것이다.
아울러 제시된 방법론으로 평가된 관측망이 어느 정도의 산지효과를 보이는지는 본 연구의 범위를 넘는 부분이라 이는 추후 연구과제로 남긴다. 향후 관할 기관별 설치목적에 부합되도록 강우관측망이 평가된다면 보다 현실적인 강우관측망 평가가 가능할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
본 논문에서 수행한, 강우관측소의 설치고도를 고려한 강우관측망 평가방법론을 검증하기 위한 실험의 결과는 어떠한가?
그 결과 등면적비를 이용하는 경우가 보다 고도별 강우관측망의 평가에 보다 유리함을 확인하였다. 5대강 유역에 대해 적용한 결과, 중유역 Naksub4는 설치밀도의 변동계수가 가장 작았으며, 중유역 Sumjin은 상대적으로 설치밀도의 변동계수가 크게 산정되었다. 일반적으로 변동계수가 작으면 자료의 분포가 균일(고도별로 설치된 관측소가 일정)하다고 판단하며, 반대로 변동계수가 크면 자료의 편차가 심해 고도별로 설치된 강우관측소의 밀도가 일정하지 않다고 판단할 수 있다. 이 두 유역에 대해 고도별 설치밀도를 확인할 결과, 중유역 Naksub4은 변동계수가 작음으로 인해 고도별 설치밀도가 일정함을, 반면 중유역 Sumjin은 변동계수가 커 고도별로 설치된 강우관측소의 밀도가 불균등함을 도시적으로도 확인하였다. 아울러 대상유역에 대한 상대면적-상대밀도 관계곡선으로도 이와 동일한 결과를 보였다.
강우량의 특징은 무엇인가?
강우량은 관측소의 설치고도에 따라 관측량의 편차가 심하며, 이로 인해 도시지역과 산지지역의 강우발생 특성이 다르다. 산지효과로 인해 고도가 높아질수록 강우 관측시 불확실성이 커지는 것을 감안하면 산지지역에서의 강우관측소 밀도는 커야한다.
산지지역에서의 강우관측소 밀도가 커야하는 이유는 무엇인가?
강우량은 관측소의 설치고도에 따라 관측량의 편차가 심하며, 이로 인해 도시지역과 산지지역의 강우발생 특성이 다르다. 산지효과로 인해 고도가 높아질수록 강우 관측시 불확실성이 커지는 것을 감안하면 산지지역에서의 강우관측소 밀도는 커야한다. 이러한 관측소의 고도특성이 반영된 관측망 평가는 산지효과를 반영하기 위한 것으로 산악지역에서 발생하는 돌발홍수의 효과적인 예측 및 레이더 자료의 보정에 있어 중요한 과정이 된다.
참고문헌 (25)
Al-Zahrani, M and Husain, T (1998). An algorithm for designing a precipitation network in the southwestern region of Saudi Arabia, J. of Hydrology, 205, pp. 205-216.
Caselton, WF and Husain, T (1980). Hydrologic networks: Information transmission, J. of Water Resources Planning and Management Division, 106, pp. 503-529.
Chapman, TG (1986). Entropy as a measure of hydrologic data uncertainty and model performance, J. of Hydrology, 85, pp. 111-126.
Daly, C, Neilson, RP and Phillips, DL (1994). A statistical topographic model for mapping climatological precipitation over mountainous terrain, J. of applied meteorology, 33(3), pp. 140-158.
Donley, DE and Mitchell, RL (1939). The relation of rainfall to elevation in the southern appalachian region, Transactions of the American Geophysical Union, 20, pp. 711-721.
Kim, DK and Chun, HY (2000). A numerical study of the orographic effects associated with a heavy rainfall event, J. of the Korean Meteorological Society, 36(4), pp. 441-454. [Korean Literature]
Kim, KW, Yoo CS and Jun, KS (2004). Orographic effect estimation of rainfall in han river basin - 3. Regionalization, J. of Korea Society of Civil Engineers, 24(5B), pp. 461-468. [Korean Literature]
Kim, MJ and Lee, DK (1998). The study on local circulation and orographic precipitation over the southwestern Korean peninsula, J. of the Korean Meteorological Society, 34(1), pp. 128-146. [Korean Literature]
Krstanovic, PF and Singh, VP (1992). Evaluation of rainfall networks using entropy: II. Application, J. of Water Resources Management, 6, pp. 295-314.
Langbein, WB (1947). Topographic characteristics of drainage basins, U.S. Geological Survey, Water-Supply Paper 968-C, pp. 125-157.
Lee, JH, Byun, HS, Kim, HS and Jun, HD (2013). Evaluation of a rain gauge network considering the spatial distribution characteristics and entropy : A case study of Imha dam basin, J. of Korea Society of Hazard Mitigation, 13(2). pp. 217-226. [Korean Literature]
Naoum, S and Tsanis, IK (2004). A multiple linear regression GIS module using spatial variables to model orographic rainfall, J. of hydroinformatics, 6(1), pp. 39-56.
Peck, EL and Schaake, JC (1990). Network design for water supply forecasting in the west, Water Resources Bulletin, 26, pp. 87-99.
Rodda, J.C. (1951) An objective method for the assessment of areal rainfall amounts, Weather, Vol. 17, pp. 54-59.
Seo, KH and Lee DK (1996). Analysis and simulation of orographic rain in the middle part of the Korean peninsula, J. of the Korean Meteorological Society, 32(4), pp. 512-533. [Korean Literature]
Stidd, CK and Leopold, LB (1951). The geographic distribution of average monthly rainfall, Hawaii, American Meteorological Society, 1(3): pp. 24-33.
World Meteorological Organization (WMO). (1994). Guide to hydrological practices, Fifth edition, WMONo.168.
Yoo, CS and Jung, KS (2001). Estimation of area average rainfall amount and its error, J. of Korea Water Resources Association, 34(4), pp. 317-326. [Korean Literature]
Yoo, CS, Jun, KS and Kim, KW (2004a). Estimation of orographic effect on precipitation in the Han river basin -I. Regression analysis-, J. of Korea Society of Civil Engineers, 24(1B), pp. 33-39. [Korean Literature]
Yoo, CS, Jun, KS and Kim, KW (2004b). Estimation of orographic effect on precipitation in the Han river basin -II. EOF analysis-, J. of Korea Society of Civil Engineers, 24(1B), pp. 41-46. [Korean Literature]
Yoo, CS, Kim, IB and Ryu, SR (2003). Evaluation of rain gauge density and spatial distribution: A case study for Nam Han river basin, J. of Korea Water Resources Association, 36(2), pp. 173-181. [Korean Literature]
Yoon, YN (2007). Hydrology, Chungmoongak Publisher. [Korean Literature]
Yun, HS, Um, MJ, Cho, WC and Heo, JH (2009). Orographic precipitation analysis with regional frequency analysis and multiple linear regression, J. of Korea Water Resources Association, 42(6). pp. 465-480. [Korean Literature]
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