분단위 자료를 이용한 강우의 공간상관구조 분석

유철상,박창열,김경준,전경수,Yoo, Chul-Sang,Park, Chang-Yeol,Kim, Kyoung-Jun,Jun, Kyung-Soo 한국방재학회 2008 한국방재학회논문집 Vol.8 No.6

본 연구에서는 분단위 강우자료(MMR)를 이용하여 시간해상도에 따른 강우의 공간상관구조 특성을 분석하였다. 이를 위해 이 변량 혼합대수정규분포를 이용하여 강우를 모형화하였다. 본 연구에서의 분석은 중부지역의 26개 우량관측소 지점자료를 이용 하였으며, 호우 발생 특성별(장마, 태풍, 대류성 강우)로 수행하여 서로 비교될 수 있도록 하였다. 집성시간은 1, 2, 3, 5, 10, 30, 60분을 적용하였다. 그 결과, 현재의 분단위 관측지점 자료는 임의 지점의 분단위 강우강도로 내삽하여 추정하는데 적절하지 않음을 확인하였다. 만일 적절한 자료분해 및 내삽 방법론이 구비된다면, 분단위 관측지점 자료를 이용하는 것보다 시자료와 같이 밀도 있는 관측망의 자료를 이용하는 것이 보다 현실적인 분단위 강우강도 추정 방안이 될 수 있을 것이다. This study analyzed the spatial correlograms of minutely rainfall data with respect to various accumulation times. A bivariate mixed lognormal distribution was applied for rainfall modelling. A total of 26 minutely rainfall data sets from rain gauge stations in the central part of Korean peninsula were analyzed, also repeated for several storm types like Jang-Ma, typhoon and convective storms for their comparison. The accumulation times 1, 2, 3, 5, 10, 30 and 60 minutes were considered in this study. As results, it was found that the minutely rainfall data available was not good enough for estimating minutely rainfall intensity at ungaged locations. It seems more practical to use the hourly rainfall data with much higher rain gauge density, if proper methods for interpolation and data dis-aggregation are provided.

부분적 레이더 정보에 따른 면적평균강우의 관측오차

유철상,김병수,김경준,윤정수,Yoo. Chul-Sang,Kim. Byoung-Soo,Kim. Kyoung-Jun,Yoon. Jung-Soo 한국방재학회 2008 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.2008 No.1

This study estimated the error involved in the areal average rainfall derived incomplete radar information due to radar partial coverage of a basin or sub-basin. This study considers the Han River Basin as an application example for the rainfall observation using the Ganghwa rain radar. Among the total of 24 mid-sized sub-basins of the Han River Basin evaluated in this study, only five sub-basins are fully covered by the radar and three are totally uncovered. Remaining 16 sub-basins are partially covered by the radar leading incomplete radar information available. When only partial radar information is available, the sampling error decreases proportional to the size of the radar coverage, which also varies depending on the number of clusters. It is general that smaller sampling error can be expected when the number of clusters increases if the total area coverage remains the same. This study estimated the sampling error of the areal average rainfall of partially-covered mid-sized sub-basins of the Han River Basin, and the results show that the sampling error could be at least several % to maximum tens % depending on the relative coverage area.

확률강우량의 정상성 판단: 2. 새로운 방법의 제안

유철상,정성인,윤용남,Yoo,Chul-Sang,Jung,Sung-In,Yoon,Yong-Nam 한국방재학회 2007 한국방재학회논문집 Vol.7 No.5

본 연구에서는 확률강우량의 정상성을 판단해 볼 수 있는 간단한 방법을 제시해 보고, 이를 서울 지점의 강우량 자료에 적용하여 보았다. 본 연구에서의 방법은 확률강우량의 크기변화를 분석했던 기존의 연구(Ahn 등, 2001)와 달리 주어진 규모의 확률강우량의 발생빈도를 분석하는 형태를 가진다. 본 연구에서 제시하는 방법은 두 가지로 첫째는 기록년수를 초과하는 재현기간을 갖는 강우의 발생빈도를 평가하는 방법이며, 두 번째는 관측기록 중 최대치의 재현기간에 대한 신규 관측 치의 영향을 평가하는 방법이다. 이러한 방법의 적용결과 서울지점 강우의 정상성을 의심할 만한 유의한 근거는 찾을 수 없었다. This study proposed new simple methodologies for testing the stationarity of rainfall quantiles, and applied to the rainfall data at Seoul. The methodologies in this study are based on the analysis of frequency change of rainfall quantiles, different from previous studies like Ahn et al. (2001) who analyzed the change of rainfall quantiles themselves. The different types of methodologies are proposed in this study; one is to evaluate the occurrence frequency of rainfall with its return period more than the data length, and the other is to evaluate the effect of new observation on the highest rainfall data recorded. The application of these methodologies shows that the rainfall quantiles at Seoul have no significant proof leading their non-stationarity.

우량계망의 공간분석: 일양분포와 포아송 분포의 적용

유철상,이지호,양동민,정재학,Yoo. Chul-Sang,Lee. Ji-Ho,Yang. Dong-Min,Chung. Jae-Hak 한국방재학회 2011 한국방재학회논문집 Vol.11 No.4

본 연구에서는 전국적인 분포를 갖는 국토해양부, 기상청 AWS 및 지자체 우량계를 대상으로 그 공간분포 특성을 비교하였다. 방법론으로서 정방구역 방법과 최근린 방법을 모두 적용하였으며, 포아송 분포 및 일양분포를 대상 확률분포로 한정하였다. 그 결과, 기상청 AWS의 경우는 상대적으로 일양분포에 가까운 특성을, 국토해양부 우량계의 경우는 포아송 분포를 따름을 확인할 수 있었다. 마지막으로 지자체 우량계의 경우는 포아송 분포와 일양분포의 중간적 특성을 나타냄을 확인하였다. 우량계 설치의 다양한 목적 중 면적평균강우량의 정도 있는 추정을 고려하면 상대적으로 일양분포를 따르는 것이 유리하며, 반대로 포아송 분포를 따르는 경우에는 강우장의 공간상관특성을 파악하는데 유리하다. This study compared spatial distribution characteristics of three nationwide rain gauge networks of Ministry of Land, Transportation and Maritime Affairs (MLTM), Korea Meteorology Agency (KMA), and local governments. As methodologies, both quadrat method and nearest neighbor method were applied along with Poisson and uniform probability distributions of interest. As results, the AWS network of KMA was found to show characteristics near the uniform distribution, and that of MLTM the Poisson distribution. That of local governments was found to be in between the other two. Among various purposes of operating rain gauge networks, those following the uniform distribution have an advantage of estimating the areal average rainfall, and others following the Poisson distribution an advantage of estimating the spatial correlation structure of rainfall field.

확장 칼만 필터를 이용한 유량자료의 실시간 품질향상: 1. 알고리즘 구축 및 단일지점에의 적용

유철상,황정호,김정호,Yoo, Chul-Sang,Hwang, Jung-Ho,Kim, Jung-Ho 한국수자원학회 2012 한국수자원학회논문집 Vol.45 No.7

본 연구에서는 자료동화기법의 하나인 확장 칼만 필터를 이용하여 유량자료의 실시간 품질향상을 수행하였다. 확장 칼만 필터의 상태-공간모형은 강우-유출모형과 관측유량자료를 이용하여 구성하였다. 본 연구에서는 실시간 품질향상 목적을 댐 유입량의 비정상적 고변동성 억제 및 관측유량의 결 오측 보완으로 구분하였으며, 각각의 경우에 적절한 확장 칼만 필터 모형을제시하였다. 이들 모형의 차이는 칼만이득 계산에 필요한 공분산 함수의 추정에 변동성만을 고려하는냐 또는 편의까지를 포함하느냐로 나타난다. 본 연구는 충주댐 유역을 대상으로 적용하였으며, 그 결과 제시된 모형들이 댐 유입량자료나 결 오측이 포함된 유량자료의 실시간 품질향상에 효과적으로 작동함을 확인하였다. This study applied the extended Kalman Filter, a data assimilation method, for the real-time quality improvement of runoff measurements. The state-space model of the extended Kalman Filter was composed of a rainfall-runoff model and the runoff measurement. This study divided the purpose of quality improvement of runoff measurements into two; one is to suppress the abnormally high variation of dam inflow data, and the other to amend the missing or erroneous measurements. For each case, a proper model of extended Kalman Filter was proposed, and the main difference between two models is whether only the variation is considered or both the bias and variation are considered in the estimation of covariance function. This study was applied to the Chungju Dam Basin to confirm the proposed models were effectively worked to improve the quality of both the dam inflow data and the runoff measurements with some missing and erroneous part.

연최대치 계열과 연최대치 독립 호우사상 계열의 비교

유철상,박철순,Yoo, Chul-Sang,Park, Cheol-Soon 한국수자원학회 2012 한국수자원학회논문집 Vol.45 No.5

본 연구에서는 강우 지속기간이 짧은 경우와 긴 경우에 대한 연최대치 계열과 연최대치 독립 호우사상 계열의 차이를 살펴보았다. 연최대치 독립호우사상은 1961년부터 2010년까지의 서울지점 시강우 자료에 다양한 IETD와 절단값을 적용하여 추출하였다. 결정된 연최대치 독립호우사상 계열은 기존의 연최대치 계열과 비교하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, IETD와 절단값의 영향은 예상할 수 있는 수준을 벗어나지 않았다. 예를 들어, IETD의 증가에 따라 짧은 지속기간 및 긴 지속기간을 갖는 독립 호우사상의 발생 빈도는 유사한 감소비율을 갖으나, 절단값의 증가에 따라서는 특히 지속기간이 긴 호우사상의 발생빈도가 급격히 감소하는 것으로 나타났다. 둘째, 추출된 독립 호우사상의 평균 강우강도는 강우 지속기간에 관계없이 거의 일정한 것으로 나타났다. 이는 연 최대치 강우강도가 주로 지속기간이 긴 호우사상에서 결정될 가능성이 크다는 것을 의미한다. 마지막으로, 강우지속기간이 짧은 경우, 연 최대치 계열과 연 최대치 독립 호우사상 계열의 차이가 매우 큰 것으로 확인되었다. 그러나 이러한 차이는 강우 지속기간이 증가함에 따라 현저히 줄어들었다. 이러한 결과는 특히 매우 짧은 집중시간을 고려하는 작은 유역의 경우, 전통적인 자료 분석방법을 통해 결정된 설계강우가 실제 발생 가능성이 없는 비현실적인 경우가 될 가능성이 매우 큼을 의미한다. This study investigated the differences between annual maximum series and annual maximum independent rainfall event series with relatively short and long rainfall durations. Annual maximum independent rainfall events were selected by applying various IETDs and thresholds to the hourly rainfall data in Seoul for the duration from 1961 to 2010. Annual maximum independent rainfall event series decided were then compared with the conventional annual maximum series. Summarizing the results is as follows. First, the effect of IETD and threshold was not beyond the expected level. For example, as the IETD increases, the frequencies of independent rainfall events decreased similarly in their rate for both with short and long durations. However, as the threshold increases, the frequency of those with rather long durations decreased much higher. Second, The mean rainfall intensity of the independent rainfall events was found to remain constant regardless of their duration. This indicates that the annual maximum rainfall intensity could be found in a rainfall event with longer durations. Lastly, the difference between the annual maximum rainfall series and the annual maximum independent rainfall event series with rather short rainfall durations was found significantly large, which decreases with longer durations. This result indicates that the conventional data analysis method, especially for small basins with short concentration time, could lead an unrealistic design rainfall with little possibility of occurrence.

유역 내에서의 산사태에 의한 토사발생특성 분석 1. 토사발생모의 및 검증

유철상,김기욱,김성준,이미선,Yoo,Chul-Sang,Kim,Kee-Wook,Kim,Seong-Joon,Lee,Mi-Seon 한국방재학회 2010 한국방재학회논문집 Vol.10 No.3

본 연구에서는 강우에 기인하는 산사태에 의한 토사발생특성을 분석하였다. 이를 위해 1차원 불포화 지하수해석을 수행하여 강우에 따른 토양수분의 거동을 추정하였으며, 무한사면해석법을 이용하여 토양수분상태에 따른 유역단위 사면안정해석을 수행하였다. 사면안정해석에는 산사태의 발생 및 파괴깊이에 영향을 주는 토양심 및 여러 식생인자들을 함께 고려하였다. 파괴사면의 회복기간을 고려하여 연별토사발생량을 계산한 결과, 1963, 1970, 2002년에 유역 내에서 많은 양의 토사가 발생하였음을 알 수 있었다. 위성영상을 이용한 모의결과의 검증결과, 분석에 사용한 매개변수의 불확실성에 기인하여 위성영상과 모형을 이용한 결과에서 나타나는 산사태 발생위치에는 다소 차이를 보이는 것을 알 수 있었다. 하지만, 오봉댐유역을 왕산천과 도마천 유역으로 구분하는 경우, 이 둘 소유역 단위의 결과는 약 20% 전후의 오차를 가지는 것을 알 수 있었고, 전체유역에 대하여 비교하면 약 4%의 오차만을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 위성영상을 이용한 토지피복분류과정상의 오차, 토지피복자료를 이용한 산사태 발생지역 구분과정상의 오차, 아울러 모형의 오차 등을 고려할 때, 이러한 오차는 매우 미미한 수준인 것으로 판단되며, 이를 통해 모형의 적용성을 확인할 수 있었다. This study analyzed the characteristics of sediment produce by landslide triggered by rainfall. One-dimensional unsaturated groundwater model and infinite slope stability analysis were used to estimate the behavior of soil moisture and slope stability according to rainfall, respectively. Slope stability analysis was performed considering on soil depth and characteristics of trees. As the results considering on recovery of the failed slopes, much amount of sediment was produced in 1963, 1970, and 2002. As the results of verification of simulation results using Landsat 5 TM images, we can find differences of landslide location between the results from model and satellite images. These differences can be caused by uncertainties of the rough parameters in the model. However, in the case that Obong-dam basin was divided into two subbasin, Wangsan-chun and Doma-chun basin, the results of each subbasin show errors around 20%. And only 4% of error occurred in the case of comparing landslide area on the entire Obong-dam basin. These errors seem insignificant considering on the errors which can be caused from the analyses in this study such as estimation of sediment produce, soil cover classification, and estimation of landslide area.

측방 유입 수문곡선 유도를 위한 저류상수 및 집중시간의 유도

유철상,김하영,박창열,Yoo, Chul-Sang,Kim, Ha-Young,Park, Chang-Yeol 한국수자원학회 2012 한국수자원학회논문집 Vol.45 No.3

본 연구에서는 측방유입의 수문학적 해석을 시도해 보았다. 측방유입의 순간단위도는 여러 개의 격자가 만들어 내는 순간응답의 합으로 나타내었으며, 이는 Muskingum 하도추적모형을 수문학적으로 재해석하여 지체와 저류를 고려한 순간단위도를 이용한 것이다. 유역형상에 따른 측방유입 순간단위도의 변화를 살펴보기 위해 임의로 사각형과 삼각형 유역의 가상유역을 설정하여 각각에 해당하는 순간단위도를 유도하였다. 유도된 순간단위도는 각각 선형하천모형과 선형저수지모형의 합으로 이루어지며, 유역형상에 따라 서로 다른 특징을 보이게 된다. 집중시간과 저류상수의 일반적인 정의를 이용하여 측방유입의 저류상수를 수식적으로 유도하였으며, 그 결과 측방유입의 저류상수는 유역의 폭과 길이 및 주하도의 수문학적 특성을 알면 쉽게 산정할 수 있음을 확인하였다. The objective of this study is to analyze lateral inflow hydrologically. The IUH of lateral inflow is sum of the impulse responses of total cells in basin. This IUH bases on the Muskingum channel routing method, which hydrologically re-analysed to represent it as a linear combination of the linear channel model considering only the translation and the linear reservoir model considering only the storage effect. Rectangular and triangular basins were used as imaginary basins and IUH of each basin were derived. The derived IUH have different characteristics with respect to basin's shape. The storage coefficient of lateral inflow was also derived mathematically using general definitions of concentration time and storage coefficient. As a result, the storage coefficient of lateral inflow could be calculated easily using basin's width, length and hydrological characteristics of channel.

연구논문 : 댐 건설로 인한 국지 수문기상환경의 변화 추정

유철상 ( Chul Sang Yoo ),안재현 ( Jae Hyun Ahn ),강성규 ( Sung Kyu Kang ),김기욱 ( Kee Wook Kim ),윤용남 ( Yong Nam Yoon ) 한국환경정책평가연구원 2005 환경정책연구 Vol.4 No.1

본 연구에서는 댐 건설로 인한 대규모 저수지의 수문기상학적 영향에 대한 공간적인 범위를 분석할 수 있는 모형을 구축하였으며, 구축된 모형을 이용하여 섬진강댐, 소양강댐, 안동댐, 충주댐 등의 4개 댐에 대해 분석을 수행하였다. 이러한 분석에는 인공위성영상을 이용한 토지이용분석과, 아울러 이 결과를 이용한 알베도의 변화 추정이 포함된다. 본 연구에서 수행한 모형화 과정 및 적용 결과를 정리하면 다음과 같다. (1) 댐 건설로 인한 알베도의 공간적 변화는 댐의 규모와 크게 관련이 있으며, 섬진강댐은 댐 주변10∼20㎞, 소양강댐은 40㎞, 안동댐은 20∼30㎞, 충주댐은 50㎞ 정도까지 알베도의 변화가 나타나는 것으로 파악되었다. (2) 댐 건설 후 댐 주변에서 재순환계수(전체 가용 수분중 내부 공급이 차지하는 비율)의 변화가 크며(큰 값), 반대로 대상규모가 커질수록 작아지는 것을 파악하였다. (3) 댐의 격자별로 산정된 알베도와 재순환계수의 상관관계는 아주 높은 것으로 나타났다. 따라서, 댐 건설에 따른 토지이용의 변화가 궁극적으로 수분순환구조에 큰 영향을 미치고 있음을 파악할 수 있었다. (4) 수문기상학적 영향범위를 댐 건설 후 생성되는 수표면적과 비교한 결과, 대략 수표면적이 50㎢까지 그 변화의 정도가 민감한 것으로 파악되었다. In this study, a model for analyzing the spatial effect of large dam reservoirs on local hydrometeorology was developed, and then actually applied to the Seomjingang Dam, Soyanggang Dam, Andong Dam, and Chungju Dam. The application included the analysis of land use using the satellite images to derive the change in albedo before and after the dam construction. Summarizing the modeling procedure and its application results are as follows. (1) The change in albedo was found to be closely related with the size of the dam, also the spatial limit of albedo change were estimated to be 10-20㎞ for the Seomjingang Dam, 40㎞ for the Soyanggang Dam, 20-30㎞ for the Andong Dam, and 50㎞ for the Chungju Dam. (2) The change in the coefficient of recycle (ratio of internal supply of moisture to the total available moisture) was found to be big within the narrow boundary of the dam, but become smaller as the boundary becomes larger. (3) The correlation between the albedo and coefficient of recycle was found high. Thus, it could be concluded that the change in land use due to dam construction has much effect on the moisture circulation structure. (4) The spatial range of hydrometeorogic effect was compared with the water surface area of dam reservoir. The result showed that the spatial range sensitively increased up to 50㎢ of water surface area.

빗물이용의 수문학적 평가: 1. 수문해석

유철상 ( Chul Sang Yoo ),김경준 ( Kyoung Jun Kim ),윤주환 ( Zu Hwan Yun ) 한국물환경학회 2008 한국물환경학회지 Vol.24 No.2

This study revised a model for hydrologically analyzing rainwater harvesting facilities considering their rainfall-runoff properties and the data available. This model has only a few parameters, which can be estimated with rather poor measurements available. The model has a non-linear module for rainfall loss, and the remaining rainfall excess (effective rainfall) is assumed to be inflow to the storage tank. This model has been applied for the rainwater harvesting facilities in Seoul National University, Korea Institute of Construction Technology, and the Daejon World Cup Stadium. As a result, the runoff coefficients estimated were about 0.9 for the building roof as a rainwater collecting surface and about 0.18 for the playground. This result is coincident with that for designing the rainwater harvesting facilities to show the accuracy of model and the simulation results.