일유출량 자료의 비선형 분석 및 예측

정동국(Jeong Dong Kug),이배성(Lee Bae Sung) 대한토목학회 2003 대한토목학회 학술대회 Vol.2003 No.10

순간단위도의 왜곡된 형상에 대한 지형학적 접근

김주철,정관수,정동국,Kim, Joo-Cheol,Jung, Kwansue,Jeong, Dong Kug 한국수자원학회 2015 한국수자원학회논문집 Vol.48 No.2

This paper presents the systematic approach to positively skewed shape of instantaneous unit hydrograph (IUH), that is one of the universal features of hydrologic response function. To this end an analytical expression of statistical moments for IUH is derived within the framework of geomorphologic instantaneous unit hydrograph (GIUH) theory and quantified according to the concept of hydrodynamic, geomorphologic and kinematic heterogeneity. There is a big scale difference between hillslope and channel flow path system. Although the former has the much smaller level of scale its variation coefficient tends to be higher and coefficient of skewness has the different trend than the latter. The shape of IUH is likely to be much more affected by kinematic heterogeneity rather than hydrodynamic heterogeneity and its combined effect with geomorphologic heterogeneity is the major cause of skewing hydrologic response function. Statistical features of hillslope and channel flow path can be transferred into hydrologic response function in the form of dimensionless statistics and their relative importance forms the general shape of hydrologic response function. 본 연구에서는 순간단위도의 보편적 특성 중 하나인 왜곡된 형상에 대하여 체계적인 접근을 시도하여 보았다. 이를 위하여 순간단위도의 통계모멘트에 대한 해석적 관계식을 지형학적 순간단위도 이론을 기반으로 유도하고 유역의 동수역학적 이질성, 지형학적 이질성 및 운동학적 이질성의 개념에 따라 정량화하여 수문학적 응답 함수를 왜곡시키는 원인에 접근해 보고자 하였다. 지표면 배수경로와 하천 배수경로 사이에는 큰 규모의 차가 존재하지만 전자는 후자에 비하여 작은 규모임에도 불구하고 오히려 큰 변동계수를 가지며 왜곡계수 역시 다른 경향을 나타냄을 볼 수 있었다. 순간단위도의 형상은 동수역학적 이질성보다는 운동학적 이질성에 지배를 받으며 특히 지형학적 이질성과 결합하여 수문학적 응답함수에 왜도를 발생시키는 주요 원인이 될 수 있음을 알 수 있었다. 지표면과 하천의 배수경로들이 갖는 통계특성은 무차원 통계량의 형태로 수문학적 응답함수에 전달되어 지는데 이들 사이의 상대적 중요도에 따라 수문학적 응답함수의 전반적 형상이 결정되는 것으로 판단할 수 있었다.

충주(忠州)댐 유역(流域) 1990년(年) 9월(月) 대홍수(大洪水)의 수문학적(水文學的) 분석(分析)

고석구,이희승,정동국,정재성,Ko, Seok Ku,Lee, Hee Sung,Jeong, Dong Kug,Jung, Jae Sung 대한토목학회 1992 대한토목학회논문집 Vol.12 No.4

1990년 9월 9일부터 12일까지 한반도의 중부지방에 집중호우(集中豪雨)가 내렸으며 특히 1986년 완공된 우리나라 초대규모의 수자원 사업인 충주댐 유역에는 대홍수가 발생하였다. 홍수시 댐지점에 최대 유입량이 약 $21,000m^3/sec$에 달하였으며, 이는 설계 당시의 기준에 의하면 500년에서 1000년 빈도의 대홍수에 상당한다. 홍수후 현지조사를 포함한 광범위한 수문분석(水文分析)이 수행되었으며, 현지조사 결과 유역내에 위치한 22개소의 Telemetering 자동우량계 중 6개가 당시 호우동안에 정상적으로 작동되지 않았음이 확인되었다. 결측되었거나 오측된 6개 지점에 대한 Kriging 보간법(補間法)에 의한 강우보정(降雨補正)과 수수기(受水器) 높이에 따른 강우보정 결과유역 강우량이 206mm에서 665mm로써 유역평균 강우량은 458.6mm에 이르렀다. 년간 홍수량에 대한 경향분석(傾向分析) 결과 설계 홍수량을 증대시켜야 됨을 알 수 있었으며 충주댐의 운영 및 관리를 위해서 각 빈도에 따른 새로운 설계 홍수량을 제시하였다. A heavy storm hit the central part of the Korean Peninsula especially on the Chungju Dam Basin from the 9th to 12th of September 1990. The Chungju multipurpose dam is the largest water project in Korea completed in 1986. The storm recorded a peak inflow of about $21,000m^3/sec$ at the dam site which is equivalent to 500 to 1000 years recurring frequency according to the designed concept. Extensive hydrological analyses including field investigation were performed to identify the storm. The result of the field investigation showed that 6 gages among the 22 telemetering rain-gages located in the basin were proved to be out-of-normal operation during the storm. The corrected basin average rainfall was estimated to be 458.6 mm ranging from 206 to 665 mm. The correction of the rainfall depth included the adjustment of the rainfall depths of the 6 gages using the Kriging interpolation technique, and adjustment according to the heights of the gage mouths. For the maintenance and operation of the Chungju Dam, new design floods were suggested from the trend analysis which showed that the design flood have to be increased because of the increasing tendency of the annual flood peaks.

배수구조를 기반으로 한 Clark 모형의 재해석

박상현,김주철,정동국,정관수,Park, Sang Hyun,Kim, Joo Cheol,Jeong, Dong Kug,Jung, Kwan Sue 대한토목학회 2013 대한토목학회논문집 Vol.33 No.6

본 연구에서는 유역의 배수구조를 설명할 수 있는 폭 함수 기반의 Clark 모형을 제안하였다. 시간-면적곡선으로는 지표면과 하천에 대하여 개별적인 동수역학적 특성을 적용한 재조정된 폭 함수를 이용하였다. 선형저수지 추적의 경우 기존의 Clark 모형과 같이 차분화된 형태가 아니라 해석식을 적용하여 수행하였다. 본 연구에서 고려한 주요한 매개변수들로는 지표면평균이송속도 및 하천평균이송속도와 저류상수를 들 수 있다. 실제 매개변수의 추정 과정에는 전역최적화 기법 중의 하나인 SCE-UA 기법을 적용하였다. 또한 Clark 모형으로부터 유도된 순간단위도의 형상은 원점에 대한 1차모멘트와 면적중심에 대한 2, 3차 모멘트로 구분하여 평가하였다. 관측 수문사상의 통계모멘트들과 본 연구에서 추정된 통계모멘트들의 상관계수는 1차모멘트의 경우 0.995, 2차모멘트는 0.993, 3차모멘트는 0.983로 산정되었다. 평균과 분산에 대해서는 추정값과 관측값이 대체로 일치하는 경향을 보여주었다. 그러나 추정된 3차모멘트에 대한 결과는 다소 과대 평가되는 경향을 나타내었다. 제안된 Clark 모형은 순간단위도의 형상을 평균과 분산만을 고려하여 적용한 방법보다 수문곡선의 왜곡 및 첨두좌표의 모의와 관련된 한계점을 개선하였다. 이러한 결과로부터 본 연구에서 제시한 방법론은 배수경로의 이질성과 동적매개변수들의 영향을 적절하게 반영할 수 있음을 확인할 수 있었다. 본 연구에서 고려한 모멘트들의 변동성은 주로 저류상수의 영향이 크게 나타나고 있으며, 지표면평균이송속도보다는 하천평균이송속도가 크게 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다. 이로부터 저류상수와 하천평균이송속도가 Clark 모형으로부터 유도되는 순간단위도의 형상을 결정하는데 지배적인 역할을 하는 것으로 확인되었다. 따라서 두 매개변수는 모형의 적용 과정에서 중요하게 고려되어야 할 것으로 판단된다. This study presents the width function-based Clark model. To this end, rescaled width function with distinction between hillslope and channel velocity is used as time-area curve and then it is routed through linear storage within the framework of not finite difference scheme used in original Clark model but analytical expression of linear storage routing. There are three parameters focused in this study: storage coefficient, hillslope velocity and channel velocity. SCE-UA, one of the popular global optimization methods, is applied to estimate them. The shapes of resulting IUHs from this study are evaluated in terms of the three statistical moments of hydrologic response functions: mean, variance and the third moment about the center of IUH. The correlation coefficients to the three statistical moments simulated in this study against these of observed hydrographs were estimated at 0.995 for the mean, 0.993 for the variance and 0.983 for the third moment about the center of IUH. The shape of resulting IUHs from this study give rise to satisfactory simulation results in terms of the mean and variance. But the third moment about the center of IUH tend to be overestimated. Clark model proposed in this study is superior to the one only taking into account mean and variance of IUH with respect to skewness, peak discharge and peak time of runoff hydrograph. From this result it is confirmed that the method suggested in this study is useful tool to reflect the heterogeneity of drainage path and hydrodynamic parameters. The variation of statistical moments of IUH are mainly influenced by storage coefficient and in turn the effect of channel velocity is greater than the one of hillslope velocity. Therefore storage coefficient and channel velocity are the crucial factors in shaping the form of IUH and should be considered carefully to apply Clark model proposed in this study.

횡성댐 하류 홍수 영향 분석

정태성(Jung Tae-Sung),정동국(Jeong Dong Kug),고태진(Goe Taejin),전병호(Jun Byong Ho) 대한토목학회 2000 대한토목학회 학술발표회 논문집 Vol.2000 No.3

미계측 유역의 유출량 산정을 위한 합성단위도 개발

최용준 ( Yong Joon Choi ),김주철 ( Joo Cheol Kim ),정동국 ( Dong Kug Jeong ) 한국물환경학회 2010 한국물환경학회지 Vol.26 No.3

지형기후학적순간단위유량도를 이용한 미계측 소유역의 유출특성 분석

이상진(Lee Sang Jin),최현(Choi Hyun),이배성(Lee Bae Sung),정동국(Jeong Dong Kug) 대한공간정보학회 2006 대한공간정보학회지 Vol.14 No.2

지형학적순간단위유량도 및 지형기후학적단위유량도를 이용하여 미계측 소유역의 특성을 분석하였다. 경북 감포지역 5㎢ 미만의 소유역을 중심으로 GIS 기법으로 수문특성인자를 도출하고, 지형학적순간단위유량도의 동역학적 매개 변수인 특성속도를 호우시상별로 추정하여 지형기후학적 순간단위유량도 및 기타 집중시간 경험식과 비교한 결과 Kerby 및 Brasby-Williams공식이 소유역의 특성속도 산정공식으로 제시될 수 있는 것으로 분석되었다. 또한 확률 강우량으로부터 지형기후학적순간단위유량도의 첨두유량과 확률홍수량을 비교하는 방법과 여러 단위유량도 및 지형기후학적순간단위유량도에서 산정된 첨두유량을 실측자료와 비교한 결과 미계측 소유역의 적용 타당성이 확인되어 향후 돌발홍수 등 방재계획 수립 시 기준우량을 산정하는데 활용될 수 있을 것으로 판단된다. Runoff Characteristics has been Analysis Using geomorphologic Instantaneous Unit Hydrograph(GIUH) and geomorphoclimatic unit hydrograph(GCUH) on an un gaged vary small basin about 5㎢ scale in Kyungbuk gampo area. First, we estimated hydrology Factor using Geographic Information System(GIS) tool and then, calculated the characteristic velocity using the real rainfall-runoff data. It is compared with several velocities derived from GCUH theory and several other concentration time formulae. Kerby and Braby-Williams seems to be more applicable as characteristic velocity formula. Second, We compared the GCUH peak discharge with the probable flood, also compared the unit hydrograph as like the Clark, the Nakayasu and the S.C.S and GCUH with the observed discharge using the real rainfall events. The comparison results showed that GCUH could be aplicable on an ungaged vary small basin. We expected that the result can be used as for estimation of a flash flood standard rainfall as well as emergency management plan.

유역의 동수역학적 특성을 고려한 합성단위도 기법의 제시

김주철(Kim Joo Cheol),최용준(Choi Yong Joon),정동국(Jeong Dong Kug) 대한토목학회 2011 대한토목학회논문집 B Vol.31 No.1B

본 연구에서는 유역의 동수역학적 특성을 고려할 수 있는 합성단위도 방법을 제시하였다. 제시된 방법은 폭함수 GIUH 이론을 기반으로 하였으며 적용절차는 다음과 같다. 1) GIS에 의해 유역 각 격자 중심에서 유역출구점까지의 유하거리 분포도(폭함수) 산정, 2) 유역의 동수역학적 매개변수에 의한 유하시간 유하시간 분포도(재조정된 폭함수) 작성, 3) 재조정된 폭함수로 부터 순간단위도 및 지속시간 단위도 유도, 4) 기존 합성단위도와의 비교, 대상유역은 보청천 유역의 이평 및 탄부 유역을 선정하였다. 두 유역은 유사한 유역규모(유역면적)를 가지나, 배수구조(배수밀도 등)는 상이한 형태를 나타낸다. 따라서 두 유역은 동수역학적 특성에 따라 상이한 수문학적 응답함수를 나타낼 것으로 예상된다. 단위도 유도결과 기존 합성 단위도법은 두 유역에서 비슷한 형태의 형상을 나타낸 반면 제시된 방법은 상이한 형상의 수문학적 응답을 보였다. 실제사상의 적용결과 제시된 기법의 첨두유량은 기존 합성단위도법과 유사한 모의 양상을 나타냈으나, 첨두시간은 본 연구방법이 우수하게 모의되었다. 따라서 본 연구에서 제시된 방법과 합리적인 유속산정 방법이 결합된다면 미계측 유역의 단위도 합성에 유용한 도구가 될 것으로 기대된다. This study suggests new synthetic unit hydrograph method considering hydrodynamic characteristic on the basin. The suggested method based on width function GIUH, and the procedure is summarized as follows; 1) Draw up a travel distance distribution map (width function) which is raster of length between from center of individual cells to the outlet by GIS. 2) Calculation of travel time distribution map (rescaled width function) by hydrodynamic parameters and travel distance distribution map. 3) Derivation of IUH and Duration UH from rescaled width function. 4) Comparison of shape of UH between suggested method and existing synthetic unit hydrograph methods. The target basins are selected Ipyeong and Tanbu subwatershed in the Bocheong Basin. The target basins are similar scale (watershed area), but different drainage structure (drainage density et al.). Therefore we anticipate that there are different hydrologic response functions because different hydrodynamic characteristics. As a result of derivation of UH, existing synthetic unit hydrograph methods are similar shape of UHs about Ipyeong and Tanbu watersheds, but the suggested method is different shape of ones. As a result of application to observed data, the peak discharge by suggested method is similar to existing synthetic unit hydrograph methods, but the peak time is well correspondence between those. Henceforth, if the suggested method combines with the rational velocity estimation method, it is useful method for synthetic of UH in ungauged watershed.