수문자료가 Neuro-Fuzzy 기법 결과에 미치는 영향 분석

지정원,최창원,이재응,Ji, Jungwon,Choi, Changwon,Yi, Jaeeung 대한토목학회 2013 대한토목학회논문집 Vol.33 No.4

최근 우리나라에는 집중호우의 발생 빈도가 잦아지고 있다. 집중호우는 단시간에 발생하여 인명과 재산에 직접적인 피해를 주는 특징이 있다. 이러한 이유로 치수에 대한 관심은 점점 높아지고 있으며 정확한 유량 예측을 바탕으로 홍수에 대비할 수 있는 시스템 개발에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 지금까지 홍수 예보에는 주로 물리적 모형이 사용되어 왔다. 물리적 모형은 매개변수 결정을 위해 많은 자료를 필요로 하고 또 매개변수의 결정 과정에서 많은 불확실성을 포함하고 있기 때문에 계산과정을 거치는 동안 다양한 오차가 반복하여 누적되는 단점이 있다. ANFIS는 인공신경회로망과 퍼지기법을 사용한 자료 지향형 모형으로 기존의 물리적 모형에서 사용한 방대한 양의 물리적 자료를 배제하고 유역의 강우자료와 유량자료만을 사용하여 모형을 구축하고 수위를 예측할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 자료 지향형 모형은 입력 자료와 결과 사이의 논리적 상관성을 찾을 수 없다는 단점이 있다. 본 연구에서는 ANFIS 모형에 사용되는 함수의 옵션과 입력자료의 특성의 제한적인 변화에 따른 결과자료 분석을 통해 자료 지향형 모형의 특성을 분석하였다. 또한 일반적으로 많이 사용하는 물리적 모형 중 하나인 HEC-HMS의 유출량 산정 결과와의 비교를 통해 ANFIS의 적용성을 평가하였다. 본 연구는 남한강 상류에 위치한 청미천 유역의 2007년부터 2011년까지의 관측 강우자료와 유량자료를 사용하여 수행하였다. Recently, the frequency of severe storms increases in Korea. Severe storms occurring in a short time cause huge losses of both life and property. A considerable research has been performed for the flood control system development based on an accurate stream discharge prediction. A physical model is mainly used for flood forecasting and warning. Physical rainfall-runoff models used for the conventional flood forecasting process require extensive information and data, and include uncertainties which can possibly accumulate errors during modelling processes. ANFIS, a data driven model combining neural network and fuzzy technique, can decrease the amount of physical data required for the construction of a conventional physical models and easily construct and evaluate a flood forecasting model by utilizing only rainfall and water level data. A data driven model, however, has a disadvantage that it does not provide the mathematical and physical correlations between input and output data of the model. The characteristics of a data driven model according to functional options and input data such as the change of clustering radius and training data length used in the ANFIS model were analyzed in this study. In addition, the applicability of ANFIS was evaluated through comparison with the results of HEC-HMS which is widely used for rainfall-runoff model in Korea. The neuro-fuzzy technique was applied to a Cheongmicheon Basin in the South Han River using the observed precipitation and stream level data from 2007 to 2011.

설계홍수량 산정을 위한 강우-유출 빈도해석에 관한 연구

최종인,지정원,이재응,Choi, Jongin,Ji, Jungwon,Yi, Jaeeung 한국수자원학회 2015 한국수자원학회논문집 Vol.48 No.8

본 연구는 치수 구조물의 규모를 결정하는 가장 기초가 되는 분석과정인 설계홍수량 산정 방법 중 실측 홍수량을 바탕으로 산정하는 홍수량 빈도해석방법과 설계강우법, 강우-유출해석 후 연최대 첨두홍수량 빈도해석방법을 비교 분석하는데 그 목적이 있다. 이를 위하여 기존의 설계홍수량 산정방법인 설계강우법과 강우량을 이용하여 유출을 모의하고 최대유출량을 빈도해석하는 방법을 비교 분석하였다. 대상 유역은 상대적으로 강우량과 유출량 자료의 기록이 오래된 7개 유역(남강댐 유역, 소양강댐 유역, 안동댐 유역, 임하댐 유역, 섬진강댐 유역, 충주댐 유역, 합천댐 유역)을 선정하였다. 실측 유출량 빈도해석 자료를 참값으로 가정하여 분석한 결과 섬진강댐 유역, 합천댐유역, 임하댐유역, 안동댐 유역에서는 본 연구에서 제시한 강우-유출해석 후 연최대 첨두홍수량 빈도해석방법이 상대적으로 홍수량 빈도해석 값에 가까운 결과를 나타내었고, 남강댐유역, 소양강댐유역, 충주댐유역에서는 기존의 설계강우법이 실측 유출량 빈도해석 값에 더 가까운 결과를 나타냈다. 이러한 결과로 볼 때 지금까지 사용되어온 설계강우법이 최선의 방법은 아니며 상대적으로 유역면적이 작은 지역에서는 금회 연구에서 제안하는 강우-유출해석 후 연최대 첨두홍수량 빈도해석방법이 좋은 결과를 나타냈다고 볼 수 있다. The purpose of this study is to compare and analyze design flood estimation methods which are the basis for determining the size of a flood control structure. The result from a flood frequency analysis which is considered as the best way for estimating design flood was assumed as a true value, and a method of simulating runoff and performing frequency analysis of the maximum discharge data were compared with a design storm method. For a comparative analysis of design flood estimation, seven basins (Namgang reservoir basin, Soyanggang reservoir basin, Andong reservoir basin, Seomjingang reservoir basin, Imha reservoir basin, Chungju reservoir basin, Hapcheon reservoir basin) were selected. For the Seomjingang, Hapcheon, and Imha reservoir basins, the method proposed in this study showed better results, whereas the conventional method showed better results for the Namgang, Soyanggang, and Chungju reservoir basins. The results show that the conventional method (the design storm method) is not the best way for estimating design flood and the proposed method can be used as an alternative for small basins.

지역특성을 고려한 홍수방어대안 제시를 위한 공간 다기준의사결정 기법 적용 방안 연구

이은경,지정원,이재응,Lee, Eunkyung,Ji, Jungwon,Yi, Jaeeung 한국수자원학회 2018 한국수자원학회논문집 Vol.51 No.4

지구 온난화가 심화됨에 따라 도시지역에서 집중호우에 의한 침수 피해가 증가하는 추세이다. 이러한 지구온난화에 의한 기후변화의 변동성은 IPCC 5차 보고서(2014)에서도 기술되어 있으며 기후변화에 의한 강수 패턴의 변화, 수문시스템의 변화 등 수자원 불확실성의 증가에 대하여 시사하고 있다. 최근 서울이나 부산과 같은 대도시의 관로의 수용 범위를 초과하는 국지성 호우가 발생하여 큰 피해를 초래하였다. 도시지역의 침수는 1차적으로 우수관거 통수능 부족에 의한 내수범람이 발생하고 방류구와 인접한 하천의 외수범람이 발생한다. 인구가 밀집되어 있는 도시지역에서 발생하는 침수는 인명피해 뿐만 아니라 도로, 교량, 지하공간 침수 및 파괴를 복구하기 위한 사회 경제적 피해를 동반하기 때문에 농촌, 산지 지역에 비해 피해량이 크다. 또한 도시개발에 인한 불투수면적 증가, 강우 유출시 출구부까지의 짧은 도달시간, 배수시설의 통수능부족 등 다양한 원인이 침수피해를 증대시킨다. 본 연구에서는 집중호우에 취약한 지역을 선정하고 XP-SWMM을 이용하여 내수침수 모의를 실시하였다. 또한 시범지역에 관로 개량, 우수저류지 설치, 우수펌프장 설치와 같은 홍수방어대안을 적용하여 각각의 침수모의를 실시하였으며 해당유역을 격자별로 분할하여 대안별 침수데이터를 추출하였다. 또한 격자별로 가장 적합한 구조적 홍수방어대안을 제시하기 위해 침수시간, 최대침수심, 구조물 설치비용을 평가요소로 이용하였으며 MCDM 기법 중 하나인 Compromise Programming 기법을 적용하였다. 본 연구에서는 동일 유역이라도 지리적 여건에 따라 대안의 선호도가 다르다는 점을 반영하고자 하였으며, Spatial Multi-Criteria Decision Making을 적용하여 지역특성을 고려한 홍수방어대안을 선정하는 방법에 대하여 연구하였다. Recently, the flood inundation caused by heavy rainfall in urban area is increasing due to global warming. The variability of climate change is described in the IPCC 5th report (2014). The precipitation pattern and hydrological system is varied by climate change. Since the heavy rainfall surpassed the design capacity of the pipeline, it caused great damage in metropolitan cities such as Seoul and Busan. Inundation in urban area is primarily caused by insufficient sewer capacity and surplus overflow of river. Inundation in urban area with concentrated population is more dangerous than rural and mountains areas, because it is accompanied by human casualties as well as socio-economic damage to recover destruction of roads, brides and underground spaces. In addition, various factors such as an increase in impervious area, a short time of concentration to outlet, and a shortage of sewer capacity's lack increase flooding damage. In this study, flood inundation analysis was conducted for vulnerable areas using XP-SWMM. Also, three structural flood prevention measures such as drainage pipeline construction, detention reservoir construction, and flood pumping station construction are applied as flood damage prevention alternatives. The flood data for each alternative were extracted by dividing the basin by grid. The Spatial Compromise Programming are applied using flood assessment criteria, such as maximum inundation depth, inundation time, and construction cost. The purpose of this study is to reflect the preference of alternatives according to geographical condition even in the same watershed and to select flood defense alternative considering regional characteristics.

다목적 활용을 위한 화천댐 용수공급능력 평가 연구

이은경,이선미,지정원,이재응,정순찬,Lee, Eunkyung,Lee, Seonmi,Ji, Jungwon,Yi, Jaeeung,Jung, Soonchan 한국수자원학회 2022 한국수자원학회논문집 Vol.55 No.6

In April 2020, the Korean government decided to operate the Hwacheon reservoir, a hydropower reservoir to supply water, and it is currently under pilot operation. Through the pilot operation, the Hwacheon reservoir is the first among the hydropower reservoirs in Korea to make a constant release for downstream water supply. In this study, the water supply capacity of the Hwacheon reservoir was estimated using the inflow data of the Hwacheon reservoir. A simulation model was developed to calculate the water supply that satisfies both the monthly water supply reliability of 95% and the annual water supply reliability of 95%. An optimization model was also developed to evaluate the water supply capacity of the Hwacheon reservoir. The inflow data used as input data for the model was modified in two ways in consideration of the impact of the Imnam reservoir. Calculating the water supply for the Hwacheon reservoir using the two modified inflows is as follows. The water supply that satisfies 95% of the monthly water supply reliability is 26.9 m³/sec and 24.1 m³/sec. And the water supply that satisfies 95% of the annual water supply reliability is 23.9 m³/sec and 22.2 m³/sec. Hwacheon reservoir has a maximum annual water supply of 777 MCM (Million Cubic Meter) without failure in the water supply. The Hwacheon reservoir can supply 704 MCM of water per year, considering the past monthly power generation and discharge patterns. If the Hwacheon reservoir performs a routine operation utilizing its water supply capacity, it can contribute to stabilizing the water supply during dry seasons in the Han River Basin.

Fuzzy 회귀분석기법을 이용한 평창강 유역의 설계홍수량 산정

이재응,김승주,이태근,지정원,Yi, Jaeeung,Kim, Seungjoo,Lee, Taegeun,Ji, Jungwon 한국수자원학회 2012 한국수자원학회논문집 Vol.45 No.10

선형회귀분석기법은 오랫동안 수공학분야뿐만 아니라 경제학, 통계학 등 여러 분야에서 널리 이용되어 왔다. Fuzzy 회귀분석기법은 자료의 불확실성이 높을 때 이를 정량화하여 회귀분석 모형에 반영할 수 있다. 본 연구에서는 평창강 유역의 임의 지점에서 설계 홍수량을 산정하기 위해 fuzzy 회귀분석모형을 개발하였다. 평창강 유역과 같은 산지하천 유역은 관측소의 부재로 홍수유출해석에 필요한 자료의 습득이 어려운 경우가 많이 있다. 본 연구에서는 지리정보시스템을 이용하여 유역특성인자를 공간적으로 분석하고, 그 결과를 바탕으로 미계측 산지유역에서 설계홍수량을 산정할 수 있는 기법을 검토하였다. Fuzzy 회귀분석기법을 산지하천 유역의 특성을 가지고 있으며 IHP 시험유역 운영을 통하여 비교적 강우와 유량자료가 잘 수집되어 있는 평창강 유역에 적용하였다. 평창강 유역에 대해서 유역특성인자를 이용하여 fuzzy 설계홍수량 산정식을 개발하였고, 유역의 본류를 따라 위치하고 있는 9개의 지점에서 산정된 빈도홍수량과 비교하여 개발된 산정식의 적합성을 검토하였다. Fuzzy 회귀분석을 사용하여 지역회귀분석을 수행한다면 자료 관측에서 발생하는 빈도홍수량의 불확실성을 정량화하고, 불확실성의 전파를 파악할 수 있다. Linear regression technique has been used widely in water resources field as well as various fields such as economics and statistics, and so on. Using fuzzy regression technique, it is possible to quantify uncertainty and reflect them to the regression model. In this study, fuzzy regression model is developed to compute design floods in any place in Pyeongchang River basin. In ungaged basins, it is usually difficult to obtain data required for flood discharge analysis. In this study, basin characteristics elements are analyzed spatially using GIS and the technique of estimating design flood in ungaged mountainous basin is studied based on the result. Fuzzy regression technique is applied to Pyeongchang River basin which has mountainous basin characteristics and well collected rainfall and runoff data through IHP test basin project. Fuzzy design flood estimation equations are developed using the basin characteristics elements for Pyeongchang River basin. The suitability of developed fuzzy equations are examined by comparing the results with design floods computed in 9 locations along the river. Using regional regression method and fuzzy regression analysis, the uncertainties of the design floods occurred from the data monitoring can be quantified.

퍼지회귀분석 기법을 이용한 산지하천 홍수유출 산정 시스템 적용 및 평가

이태근(Lee, Taegeun),지정원(Ji, Jungwon),이재응(Yi, Jaeeung) 대한토목학회 2012 대한토목학회 학술대회 Vol.2012 No.10

Ubiquitous Floater와 GIS를 활용한 도시하천 유속계측 시스템 개발

이재응(Yi Jaeeung),지정원(Ji Jungwon),최병규(Choi Byungkyu) 대한토목학회 2007 대한토목학회논문집 B Vol.27 No.5B

Due to unusual climate change, drought or flood happens frequently not only in Korea but also in all over the world, which leads to the serious damages and injuries in urban areas in addition to rural areas. To reduce damages from the flood and draught, stream discharge data collection with durability, consistency, and reliability should be guaranteed. But the current streamflow data collections are concentrated mainly on large river and the gauging stations are fixed at a certain location. Therefore, the development of system that can obtain discharge data anytime, anywhere is necessary to solve these problems. In this study, the urban stream velocity measurement system is developed which can aid to estimate an abnormal flow situations such as flood and drought quickly and accurately from remotely located personal computer by combining and estimating the stream discharge generated from an urban stream GIS and ubiquitous floater. Urban stream measurement system is tested and verified in Jungrang-cheon. 최근 들어 기상 이변 등의 영향으로 우리나라뿐만 아니라 전 세계적으로 가뭄 및 홍수가 빈번하게 발생하고 있다. 물로 인한 각종 재해는 농촌 지역에서도 피해를 발생시키지만, 특히 인구가 밀집되어 있는 도시 지역에서 막대한 피해를 발생시킨다. 도시유역 소하천에서 가뭄과 홍수로 인한 피해를 경감시키기 위해서는 무엇보다도 지속적이고 신뢰성 있는 하천유황자료의 획득이 중요하다. 그러나 현재 우리나라에서 수집되고 있는 유황자료는 자료의 수집이 대하천에 편중되어 있고, 관측소의 위치가 고정되어 있어 원하는 시점과 지점의 자료를 획득하기 힘든 단점이 있다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해서는 언제 어디서나 쉽게 유황자료를 획득할 수 있는 관측시스템의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 도시 소하천 지리정보 시스템과 유비퀴터스 floater로부터 계측된 유속자료를 결합하고 유량을 산정하여 PC에서 원거리에 위치한 도시 소하천 흐름의 상태를 정확하게 파악하고, 홍수, 갈수와 같은 하천흐름의 이상을 신속하고 정확하게 파악할 수 있는 도시 소하천 유속 계측 시스템을 개발하였다. 개발된 시스템을 중랑천에 적용한 결과 원거리에서 누구나 원하는 지점의 하천유황 파악이 가능하였다.

주암댐과 이사천댐의 연계운영을 고려한 이수안전도 분석

권태영(Kwon, Taeyoung),지정원(Ji, Jungwon),최창원(Choi, Changwon),이광만(Lee, Gwang-Man),이재응(Yi, Jaeeung) 대한토목학회 2013 대한토목학회 학술대회 Vol.2013 No.10

Ubiquitous Floater와 GIS를 연계한 도시 유출 관리 시스템 개발

이재응(Yi Jaeeung),지정원(Ji Jungwon) 대한토목학회 2006 대한토목학회 학술대회 Vol.2006 No.10

공간 다기준 의사결정기법을 활용한 홍수방어 최적 구조적 대안 도출 연구

이은경(Lee, Eun Kyung),지정원(Ji, Jung Won),이재응(Yi, Jae Eung) 대한토목학회 2016 대한토목학회 학술대회 Vol.2016 No.10