Monthly Precipitation Forecasting with a Neuro-Fuzzy Model

Jeong, Changsam,Shin, Ju-Young,Kim, Taesoon,Heo, Jun-Haneg Springer-Verlag 2012 Water resources management Vol.26 No.15

BIM 기술을 활용한 통합방재시스템 구축 및 수공구조물에 대한 활용 방안 연구

정창삼(Jeong, Changsam),안정환(Ahn, Jeonghwan),안재현(Ahn, Jae-Hyun) 한국방재학회 2017 한국방재학회논문집 Vol.17 No.3

최근 BIM 기술은 건축 및 토목 엔지니어링 분야에서 설계와 시설물 유지관리에 광범위하게 사용되고 있다. BIM은 공간의 물리적 및 기능적 특성을 전산화된 정보의 형태로 생성하고 관리하는 과정이다. 본 연구에서는 BIM 기술을 이용하여 통합방재시스템을 구성하고 의정부시 홍복저수지 붕괴 시나리오에 적용하여 그 활용성을 확인하였다. 수문 및 수리학적 수치모형을 BIM 기술과 결합하였으며, 수치모의를 위해 필요한 계산 자원의 한계와 해상도 문제를 해결하기 위해 LOD 개념을 적용하였다. CityGML을 BIM 시스템을 구성하기 위한 표준으로 설정하였으며, 1차원 및 2차원 수리 수문 모형을 필요에 따라 복합적으로 활용을 함으로써 수치모의 계산 상의 부담을 저감하였다. 본 연구를 통해 개발된 통합방재시스템을 활용하여 의정부시 홍복저수지의 3차원 EAP의 예시를 수립하였다. 본 시스템을 통해 댐 붕괴 시나리오에 대응하는 침수심, 침수면적, 대피경로 등을 산정하고 그 결과를 가시화하였다. 본 연구에서 개발한 시스템을 통해 의사결정자와 일반 시민을 위한 선제적인 재난관리가 가능할 것으로 판단되며, 본 연구의 방법론은 BIM을 기반으로 작성된 공간 시스템과 재난을 예측할 수 있는 수치모형을 이용하여 다양한 재난에 적용 가능할 것으로 기대된다. Recently BIM technology is widely used in architectural and civil engineering fields for designing and maintenance control. BIM is process involving the generation and management of digital representations of physical and functional characteristics of places. In this research, we developed the integrated disaster management system using BIM technology and applied it to reservoir break or flood inundation disaster in Uijeongbu city, Korea. Hydrological and hydraulic modeling were combined with BIM technology. To overcome computational burden, resolution problem and the limit of data, concept of LOD was used. City Geography Markup Language was used as a BIM system for standard. Hybrid method combing 1D and 2D hydrologic & hydraulic modeling was also used to reduce the computational burden. We suggested 3D EAP for Hongbok reservoir in Uijeongbu city, Korea. Many important forecasted data such as flood depth, inundation area, evacuation path can be calculated and visualized through the system in accordance with reservoir break scenario. Preemptive disaster management can possible using this system for the decision makers and citizens. This methodology can be applied for various disaster using established base BIM map system and each hydrological and hydraulic model.

스마트 물 관리, 기후변화 시대 물 위기의 대안이 될 수 있나?

정창삼(Changsam Jeong) 대한토목학회 2023 대한토목학회지 Vol.71 No.8

FLOW-3D를 이용한 다양한 곡률에 대한 횡월류 위어의 유량계수 산정

정창삼(ChangSam Jeong) 한국방재안전학회 2015 한국방재안전학회 논문집 Vol.8 No.1

본 연구는 수치모형을 이용하여 만곡수로 외측에 설치된 횡월류 위어의 곡률반경에 대한 횡월류 유량계수를 분석한 연구이다. 곡률반경의 변화에 따른 만곡부의 중심각이 180°인 수로모형을 설계하였으며, FLOW-3D모형에 적용하여 유량계 수를 산정하고 직선 수로와 비교하는 방법으로 유량계수의 특성을 분석하였다. 모형의 적용성 검증을 위해 기존에 연구되었던 수리실험과 동일한 조건의 수치모의를 수행하였다. 하폭(b)을 고정시키고 곡률반경(Rc)을 변화시킴으로써 Rc/b의 변화에 따른 유량계수(CM)의 변화를 분석하고, 만곡수로의 월류량(Qwc)에 대한 직선수로의 월류량(Qwc)의 비를 분석하였다. 분석결과 유량 계수는 상류수심, 만곡수로의 곡률반경의 변화에 따라 유량계수는 변화하였으며, 직선과 만곡수로에 대해 분석을 수행하였기 때 문에 직선수로의 영향인자를 이용하여 만곡수로에 설치된 횡월류 위어의 월류량과 유량계수를 추정 가능 할 것이라 판단된다. In this study, the lateral overflow discharge coefficients for the curvatures of side weir on meandering channel were analyzed. The side weir installed in accordance with the variation of the radius of curvature of the central angle bends with 180°. FLOW-3D model is applied to calculate the discharge coefficients of the side-weir on meandering and straight channels and the characteristics of the discharge coefficients are analysed. In order to verify the numerical model, the results from the hydraulic experiment conducted by the former research are compared with the results simulated by FLOW-3D in the same conditions. The discharge coefficients are calculated for the ratio between curvature (Rc) and channel width (b), and the ratio between over flow discharge of the straight channel (Qwc) and the meandering channel (Qwc) are compared. As the result, the discharge coefficients depend on the weir depth on upstream, and the radius of curvature, so that the discharge coefficients of side weir on the meandering channel can be estimated by them on the straight channel.

2차원 침수해석과 BIM 기술을 활용한 홍수재난 대피지도 작성

정창삼,Jeong, Changsam 한국방재안전학회 2020 한국방재안전학회 논문집 Vol.13 No.2

본 연구에서는 2차원 흐름 해석 모형인 Hydro_AS-2D 모형을 이용하여 해수면 상승과 극한 홍수 발생 시 창원시 성산구 및 의창구 일대의 침수피해 상황을 모의하고, 그 결과를 3차원 지형 상에 표출한 후 BIM 기술을 이용하여 최적 대피경로를 도출하였다. 기후변화는 홍수재해 측면에서 크게 두 가지 요소에 영향을 미치는데 해수면 상승과 극한 강우사상의 증가이다. 해수면 상승은 그 자체만으로 연안지역에 해수가 범람하여 침수현상을 유발하는 영향을 미칠 수 있을 뿐 아니라 하천의 기점 홍수위를 상승시켜 하천 전체에 걸쳐 홍수위 상승을 유발한다. 본 연구에서는 기후변화에 의한 해수위 상승과 태풍에 의한 폭풍해일에 의한 해수위 상승, 그리고 태풍에 의한 극한 강우사상을 모의조건으로 설정하였다. 창원시의 지형공간정보와 하천정비기본계획의 하천횡단 정보를 이용하여 유역전체의 3차원 공간정보로 구성하고 이를 수치모형화 하였다. 연구대상지역은 BIM 기술을 이용하여 3차원 지형정보 상에 건물의 층고, 대피소 위치 등의 정보를 가지고 있는 3차원 도시정보모델로 구축하였으며, 수치모의 결과를 이 모델 상에 표출하고 대피계획을 위한 분석에 사용하였다. 침수발생 시 대피경로는 시간에 따른 침수 범위의 변화에 따라 대피소로의 경로를 설정하는 알고리즘에 의해 결정되며, 설정된 경로는 직관적인 3차원 공간정보 상에 표출되어 사용자에게 제공된다. In this study, the two-dimensional flow analysis model Hydro_AS-2D model was used to simulate the situation of flooding in Seongsangu and Uichang-gu in Changwon in the event of rising sea levels and extreme flooding, and the results were expressed on three-dimensional topography and the optimal evacuation path was derived using BIM technology. Climate change significantly affects two factors in terms of flood damage: rising sea levels and increasing extreme rainfall ideas. The rise in sea level itself can not only have the effect of flooding coastal areas and causing flooding, but it also raises the base flood level of the stream, causing the rise of the flood level throughout the stream. In this study, the rise of sea level by climate change, the rise of sea level by storm tidal wave by typhoon, and the extreme rainfall by typhoon were set as simulated conditions. The three-dimensional spatial information of the entire basin was constructed using the information of topographical space in Changwon and the information of the river crossing in the basic plan for river refurbishment. Using BIM technology, the target area was constructed as a three-dimensional urban information model that had information such as the building's height and location of the shelter on top of the three-dimensional topographical information, and the results of the numerical model were expressed on this model and used for analysis for evacuation planning. In the event of flooding, the escape route is determined by an algorithm that sets the path to the shelter according to changes in the inundation range over time, and the set path is expressed on intuitive three-dimensional spatial information and provided to the user.

강우 매트릭스를 활용한 댐 운영 조견표 개발에 관한 연구

정창삼,Jeong, Changsam 한국방재안전학회 2020 한국방재안전학회 논문집 Vol.13 No.2

최근 우리나라는 이상기후에 의한 국지성 호우의 빈도가 잦아지며 홍수피해가 증가하고 있다. 지난 2017년 7월 16일 충북지역에서 발생한 집중호우의 재현기간을 산정한 결과 괴산댐 상류지역에서 지속기간 2시간 기준 약 1,524년 빈도의 강우로 추정되었고, 당시 괴산댐 최고수위는 EL.137.60 m까지 상승하여 댐마루 높이(EL.137.65 m)까지 5 cm의 여유 밖에 없었다. 1957년 이후 62년 동안 운영된 괴산댐은 유역의 수문량 증가로 인한 대책마련이 필요하고, 단일 목적 댐인 발전전용 댐으로 개발되어 홍수조절 효과가 작으며, 별도의 홍수조절을 위한 치수시설물이 존재하고 있지 않아 상하류 지역 주민의 안전성 확보를 위한 신속한 의사결정을 위하여 효율화된 운영방안 마련이 필요하다. 본 연구에서는 홍수 예보시 신속한 의사결정을 목적으로 강우 매트릭스를 구성하고 각 조건별 댐 최고 수위를 사전에 산정하여 조견표를 작성한 후 상황 발생시 신속하게 조건에 해당하는 수위를 찾는 방식의 댐 운영방안을 제시하였다. Recently, flood damage has been increasing in Korea due to frequent local torrential rains caused by abnormal weather conditions. According to the calculation of the recurrence period of torrential rain that occurred in North Chungcheong Province on July 16, 2017, it was estimated that the rainfall frequency in the upper are of Goessan Dam was around 1,524 years, and the highest level of Goesan Dam rose to EL.137.60 meters, leaving only 5 cm of margin until the height of the dam floor (EL.137.65 meters). The Goesan Dam, which operated for 62 years since 1957, needs to be prepared to cope with the increase of floodgate volume in the basin, the development of a single purpose dam for power generation only, and there are no measurement facilities for flood control, so efficient operation methods are needed to secure the safety of residents in upper and lower regions. In this study, a method of dam operation was proposed by constructing a rain matrix for quick decision making in flood prediction, calculating the highest level of dam for each condition in advance, and preparing a survey table, and quickly finding the level corresponding to the conditions in case of a situation.

R2V2와 UAV를 이용한 3차원 하천지형정보 취득 기법 개발

정창삼,Jeong. Changsam 한국방재학회 2014 한국방재학회논문집 Vol.14 No.3

자연환경 기후변화 및 4대강 살리기 사업 등으로 인해 하천 내 수리 수문현상의 많은 변화가 예상되고 있으며, 그 중에서 하천지형정보는 하천관리를 위해 요구되는 다양한 하천 정보의 기초가 되며 하천 내 수리 수문현상을 이해하고 예측하는데 필수적인 자료이다. 따라서 본 연구에서는 첨단 기기를 이용하여 기존 하천 측정 방법에 비해 시간적, 경제적 효율성 및 신뢰도 높은 자료 제공이 가능한 방법을 개발해 보고자 하였다. 이를 위해 저수부 하상 측정에는 ADCP 센서를 장착한 무선조종 하천조사보트를 이용하여 3차원 저수부 하상지형자료를 취득하였으며, 고수부 지형자료 취득에는 사진측량 장비를 장착한 무인항공기를 이용하였다. 구성된 3차원 하천지형으로 기존의 하천측량 방법으로는 구현할 수 없었던 단절부 없이 고수부와 저수부가 연결된 하천 종 횡단 정보를 추출할 수 있었으며 이는 하천을 유지 관리하고 시설물 등을 계획하는데 유용한 정보로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. The hydraulic and hydrological changes in river are expected due to the global climate change and four-river restoration project. The river geographic information is a vital material to predict and understand the natural phenomenon and a base data of various river information that is demanded for river management. The method to enable to provide an information with time, economic efficiency and high reliability was developed in this study. For this, a geographic information of river bed in low flow plain was measured by a remote controlled boat with ADCP and a geographic information in high flow plain was measured by an unmanned aerial vehicle. As a result, the constructed 3D river geographic enables to extract the river cross section and longitudinal section without discontinuity, and these information are considered as useful data in river management and facility plan.

Subdaily precipitation downscaling of climate change scenarios

Taesam Lee,Changsam Jeong 한국방재학회 2014 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.-

In the current study, a temporal downscaling model that combines a nonparametric stochastic simulation approach with a genetic algorithm is proposed. The proposed model was applied to Jinju station in South Korea for a historical time period to validate the model performance. The results revealed that the proposed model preserves the key statistics (i.e., the mean, standard deviation, skewness, lag-1 correlation, and maximum) of the historical hourly precipitation data. In addition, the occurrence and transition probabilities are well preserved in the downscaled hourly precipitation data. Furthermore, the RCP4.5 and RCP8.5 climate scenarios for the Jinju station were also analyzed, revealing that the mean and the wet-hour probability significantly increased and the standard deviation and maximum slightly increased in these scenarios. The magnitude of the increase was greater in RCP8.5 than RCP4.5.

Flood flow simulation using CMAX radar rainfall estimates in orographic basins

Yoon, Sukmin,Jeong, Changsam,Lee, Taesam John Wiley Sons, Ltd 2014 Meteorological applications Vol.21 No.3

<P><B>Abstract</B></P><P>Rapid flood forecasting in orographic basins generally relies on hydrologic models. Rainfall is one of the most critical parameters in hydrologic models, and the spatial distribution of rainfall over a basin is required for accurate flood forecasting. Gauged rainfall is measured at ground stations; however, the resolution of the spatial rainfall distribution is limited by the number of available stations. In contrast, the use of weather radar to detect rainfall offers a significant analytical improvement in temporal and spatial resolution. The constant altitude plan position indicator (CAPPI) has been widely employed for precipitation nowcasting and flood prediction. The column maximum (CMAX) has been used to inform meteorologists about severe thunderstorms, and its use to predict hydrologic flood forecasting has great promise. Therefore, the purpose of the current study is to present the applicability of CMAX to hydrological flood forecasting, especially in orographic basins. Two radar rainfall estimates, comprised of CAPPI and CMAX, were compared to determine the actual spatial distribution of rainfall over a basin in the southern part of South Korea, and hydrologic flood forecasting was computed using a physics‐based distributed hydrologic model. The results show that the CAPPI underestimates the accumulative rainfall, while the CMAX reproduces the observed accumulative rainfall relatively well for Nam river dam basin in South Korea. In addition, the CAPPI‐estimated runoff is low compared to the observed hydrograph, while the CMAX‐estimated peak discharge, total volume, and peak time are estimated well. The results reveal that the CMAX provides useful information for hydrologic flood forecasting. Copyright © 2013 Royal Meteorological Society</P>

A study on the variation of design flood due to climate change in the ungauged urban catchment

Hwang Jeongyoon,Ahn Jeonghwan,Jeong Changsam,Heo Jun-Haeng 한국수자원학회 2018 한국수자원학회논문집 Vol.51 No.5

본 연구에서는 미계측 도시유역의 수공구조물 설계기준의 불확실성을 검토하기 위해 과거관측자료(S0)를 기준으로 상세화 기법(downscaling) 및 편의보정(bias correlation)을 통해 생산된 RCP 4.5 기후시나리오 HadGEM3-RA (RCM)모델을 이용하여 S1 (2017~2046년), S2 (2047~2076년), S3 (2077~2100년) 기간의 확률강우량의 변화를 평가하고, 도시유출모형을 이용하여 최대첨두홍수량을 산정하고 기후변화 기간별 영향을 분석하였다. 이때 확률분포형은 Gumbel, 매개변수 추정은 최우도법(ML)을 사용하였다. 평가 결과 대부분의 도시배수시설물 설계빈도인 10년 빈도의 경우 3사분위값을 기준으로 50년 미래를 가정할 경우에는 약 10%, 70년 이상의 미래를 가정할 경우에는 약 20%의 확률 홍수량 증가가 예상되었다. 이러한 결과는 현재를 기준으로 설정된 설계홍수량으로 설치된 도시배수시설물이 미래에는 설계기준에 미달하는 시설물이 될 수 있다는 것을 의미하며, 기후변화에 대응 위해서 설계기준에 시설물의 내구연한을 고려한 미래 기후상태를 반영해야할 것으로 판단된다. This research evaluated the change in rainfall quantile during S1, S2, and S3 by using Representative Concentration Pathways (RCP) 4.5 climate scenario HadGEM3-RA Regional Climate Model (RCM) produced by downscaling and bias correlation compared to the past standard observation data S0. Also, the maximum flood peak volume and flood area were calculated by using the urban runoff model and the impact of climate change was analyzed in each period. For this purpose, Gumbel distribution was used as an appropriate model based on the method of maximum likelihood. As a result, in the case of the 10 year-frequency which is the design of most urban drainage facilities, the rainfall quantile is in increased about 10% if we assume 50 years from now with the 3rd quarter value and about 20% if we assume 70 years from now. This result implies that the installed urban drainage facility based on the currently set design flood volume cannot be met the design criteria in the future. Therefore, it is necessary to reflect future climate conditions to current urban drainage facilities.