KR101094221B1 - 수문 및 수리분석 통합시스템 - Google Patents

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강동균
박윤배
채미애
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한국수자원공사
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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 수문 및 수리분석 통합시스템은, 확률강우량 산정에 필요한 실시간 강우관측자료와 가능최대강수량(PMP) 산정에 필요한 전국 PMP도를 보유하는 강우자료 데이터베이스; 상기 강우자료 데이터베이스에서 독출한 상기 전국 PMP도를 이용하여 PMP 산정을 자동으로 수행하는 PMP 산정 자동화부; 상기 강우자료 데이터베이스에서 독출한 상기 실시간 강우관측자료를 이용하여 확률강우량 산정을 자동으로 수행하는 확률강우량 산정 자동화부; 상기 PMP 산정 자동화부 및 상기 확률강우량 산정 자동화부의 결과를 취합하여 홍수 분석을 자동으로 수행하는 홍수 분석 자동화부; 상기 홍수 분석 자동화부의 결과를 이용하여 수리 분석을 자동으로 수행하는 수리 분석 자동화부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

수문 및 수리분석 통합시스템{HYDROLOGIC AND HYDRAULIC ANALYSIS INTEGRATED SYSTEM}
본 발명은 수문 및 수리분석 통합시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 홍수량 산정의 수문분석과 수리분석의 자동화 시스템을 개발하고 서로 통합시스템화한 수문 및 수리분석 통합시스템에 관한 것이다.
본 발명은 확률강우량 산정에 필요한 실시간 강우관측자료와 가능최대강수량(PMP) 산정에 필요한 전국 PMP도를 보유하는 강우자료 데이터베이스와, PMP 산정을 위해 수행되는 전과정을 자동화하여 통합화한 PMP 산정 자동화부와, 확률강우량 산정을 위해 수행되는 전과정을 자동화하여 통합화한 확률강우량 산정 자동화부와, 홍수 분석을 위해 수행되는 전과정을 자동화하여 통합화한 홍수분석 자동화부와, 수리 분석을 위해 수행되는 전과정을 자동으로 수행하는 수리 분석 자동화부로 구성된다.
앞선 조사의 결과, 한국에서 등록된 선행특허 1(10-0491407)의 기술은 지질도, 토양도, 홍수침수도 등을 보유하는 GIS 데이터베이스와, GIS 데이터베이스를 이용해 하천정보를 검색하는 하천정보 검색모듈과, 수리수문 모델링을 수행하는 수리수문 모듈과, 모델링 결과를 GIS 데이터베이스와 연계하여 지도로 제작하는 지도 제작모듈로 구성된다. 또한, 선행특허 1(10-0491407)의 기술은 강우해석, 유출해석, 하천흐름 및 범람해석의 수리수문 분석을 수행하고 그 분석결과의 도식화를 목적으로 한다.
선행특허 1(10-0491407)의 기술은 지도 제작을 주요 목표로 하고 홍수 관련 자료의 조회 기능을 포함하도록 설계된다. 또한, 선행특허 1(10-0491407)의 기술은 수리수문 분석을 위한 각종 모델링 도구를 연계하여 다양한 지역에 대한 수리수문 분석이 가능하도록 한다. 이 분석결과의 값은 GIS 데이터 타입으로 변환되어 화면에 출력된다.
앞선 조사의 결과, 한국에서 등록된 선행특허 2(10-0541930)의 기술은 소유역별 자료의 입력으로부터 소유역별 유입량과 유출량, 물수지를 계산하고 그 결과를 GIS 기반의 출력자료로서 가공하는 구성으로 이루어진다. 또한, 선행특허 2(10-0541930)의 기술은 GIS 데이터베이스와 가지야마 유출공식에 의한 수문 모형을 연계하는 것으로 GIS 기반의 수문 모델링을 통해 유역관련 수자원 관리에 기여한다.
선행특허 2(10-0541930)의 기술은 입력자료를 대상으로 소정의 프로그램을 이용한 연산과정에 의해 물수지를 수행하고 그 결과를 GIS 기반의 출력형태로 제공한다. 소유역별 유입량은 탱크 모형에 의해 산출될 수 있다.
앞선 조사의 결과, 한국에서 등록된 선행특허 3(10-0450631)의 기술은 수치지도에서 고도값에 대한 정보를 지닌 레이어를 추출하는 표고점 레이어 추출 모듈과, 추출된 표고점을 이용하여 TIN을 생성하는 TIN 생성 모듈과, 추출된 표고점을 이용하여 보간법으로 격자형 DEM을 생성하는 격자형 DEM 제작 모듈로 구성된다. 또한, 선행특허 3(10-0450631)의 기술은 수치지도에 의해 추출된 불규칙한 표고점에 삼각망과 보간법을 이용하여 격자형 DEM을 생성하는 알고리즘에 관한 것으로 격자형 DEM을 생성하기 위한 전 단계로서 추출된 표고점에 대한 x, y, z 정보를 이용하여 삼각망 구조의 자료로 변환하는 TIN 생성 모듈을 포함한다는 점에서 일부 유사하나 본 발명은 홍수량 산정의 수문분석과 수리분석의 자동화 시스템에 관한 것으로 이를 서로 통합함으로써 입출력 자료의 상호 제공을 용이하게 한다는 점에서 상이하다.
선행특허 3(10-0450631)의 기술은 격자형 DEM을 생성하기 위한 전 단계로서 표고점 레이어 추출 모듈에서 추출된 표고점에 대한 정보를 이용하여 삼각망 구조의 자료를 생성하는 TIN 생성 모듈을 포함한다.
하지만, 선행특허 1(10-0491407), 선행특허 2(10-0541930), 선행특허 3(10-0450631) 그 어디에도 홍수량 산정의 수문분석과 수리분석의 자동화 시스템과 이들을 서로 통합화한 것은 기재되어 있지 않다.
수자원 시설물 계획은 홍수량과 홍수위 분석결과를 토대로 이루어진다. 홍수량 산정은 기존 강우자료를 분석하여 설계대상 호우를 생성하고, 유역특성 매개변수를 고려하여 홍수분석을 통해 홍수수문곡선을 도출하게 되고, 이렇게 산정된 홍수량을 토대로 수리분석을 수행하여 시설물 규모를 계획한다. 그러나, 이들 작업을 개별적으로 수행시 자료의 연동이 어려워 입출력 자료생성이 비효율적으로 이루어지며, 일부 자료 수정 및 보완시 분석 단계별로 많은 시간이 소모되는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 수리수문분석의 일련의 과정을 통합화한다. 본 발명은 홍수량 산정의 수문분석과 홍수위 산정의 수리분석 과정에 대한 자동화 시스템을 개발하고 이들을 서로 통합시스템화함으로써 입출력 자료의 상호 효율적 제공 및 분석결과의 비교와 검토가 용이하도록 한다.
본 발명은 이러한 효율적 분석환경을 제공함으로써 분석기간 단축 및 비용절감을 실현하고자 한다.
상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 수문 및 수리분석 통합시스템은, 확률강우량 산정에 필요한 실시간 강우관측자료와 가능최대강수량(PMP) 산정에 필요한 전국 PMP도를 보유하는 강우자료 데이터베이스; 상기 강우자료 데이터베이스에서 독출한 상기 전국 PMP도를 이용하여 PMP 산정을 자동으로 수행하는 PMP 산정 자동화부; 상기 강우자료 데이터베이스에서 독출한 상기 실시간 강우관측자료를 이용하여 확률강우량 산정을 자동으로 수행하는 확률강우량 산정 자동화부; 상기 PMP 산정 자동화부 및 상기 확률강우량 산정 자동화부의 결과를 취합하여 홍수 분석을 자동으로 수행하는 홍수 분석 자동화부; 상기 홍수 분석 자동화부의 결과를 이용하여 수리 분석을 자동으로 수행하는 수리 분석 자동화부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 수문 및 수리분석 통합시스템에 따르면, 홍수량 산정 및 수리분석에 수행되는 수동과 반복 작업의 자동화 구현 및 통합시스템화로 작업환경을 보다 효율적으로 개선함으로써 분석시간을 대폭 단축시킬 수 있으며, 분석환경이 자동화 기반으로 전환됨으로써 분석자에 따라 발생할 수 있는 분석오류를 최소화하여 분석결과의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 강우 및 홍수분석 통합시스템의 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 대상유역의 유역도와 전국 PMP도의 중첩 상태를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 교집합의 도형정보 및 독치값의 산정 화면을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 Horton 공식을 활용한 면적별 포락의 수행 화면을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 Spline 곡선을 이용한 지속시간별 포락의 수행 화면을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 포락 결과를 이용한 PMP 내삽의 수행 화면을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 PMP 공간분포의 수행 화면을 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 강우자료 보정의 수행 화면을 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 지속시간별 연최대강우 계열의 작성을 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 확률분포형별 매개변수 적합도 검정결과 및 지속시간별 확률강우량 산정결과를 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 면적감소계수 산정결과 및 그 적용결과를 도시한 도면.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 강우강도식 및 그래프의 작성을 도시한 도면.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 Huff 방법을 이용한 강우 시간분포의 분석 화면을 도시한 도면.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 Yen&Chow 방법을 이용한 강우 시간분포의 분석 화면을 도시한 도면.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 Mononobe 방법을 이용한 강우 시간분포의 분석 화면을 도시한 도면.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 유출곡선지수의 산정 화면을 도시한 도면.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 도달시간과 저류상수의 산정 화면을 도시한 도면.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 홍수모형 입력자료의 작성을 도시한 도면.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 홍수분석 매개변수의 최적화 분석을 도시한 도면.
도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 홍수분석의 케이스 선택을 도시한 도면.
도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 홍수분석 결과를 도시한 도면.
도 22는 본 발명의 일실시예에 따른 수치지도 입력 및 등고성분 레이어 인식을 도시한 도면.
도 23은 본 발명의 일실시예에 따른 TIN 생성을 도시한 도면.
도 24는 본 발명의 일실시예에 따른 GRID 생성을 도시한 도면.
도 25는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 지형자료 생성을 도시한 도면.
도 26은 본 발명의 일실시예에 따른 HEC-RAS 모형 입력자료를 도시한 도면.
도 27은 본 발명의 일실시예에 따른 Flow-3D 모형 입력자료를 도시한 도면.
도 28은 본 발명의 일실시예에 따른 설계 홍수량 입력을 도시한 도면.
도 29는 본 발명의 일실시예에 따른 수리분석을 도시한 도면.
도 30은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 지형자료상 홍수위 현황을 도시한 도면.
도 31은 본 발명의 일실시예에 따른 홍수범람지역에 대한 지반계획 변경을 도시한 도면.
도 32는 본 발명의 일실시예에 따른 지반계획 변경 전후의 현황을 도시한 도면.
도 33은 본 발명의 일실시예에 따른 지반계획 변경에 따른 절토 및 성토물량을 도시한 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수문 및 수리분석 통합시스템의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 수문 및 수리분석 통합시스템은 크게 도 1에 도시된 바와 같이, 강우자료 데이터베이스(100), PMP 산정 자동화부(200), 확률강우량 산정 자동화부(300), 홍수 분석 자동화부(400), 및 수리 분석 자동화부(500)로 구성된다.
본 발명의 일실시예에 따른 강우자료 데이터베이스(100)는 강우분석 작업에 필요한 강우자료의 데이터베이스로 확률강우량 산정에 필요한 실시간 강우관측자료와 가능최대강수량(PMP) 산정에 필요한 전국 PMP도로 구성된다.
본 발명의 일실시예에 따른 PMP 산정 자동화부(200)는 PMP 산정을 위해 수행되는 전과정을 자동화하여 통합화한 S/W로 PMP 독치 자동화부(210), PMP 포락 자동화부(220), PMP 내삽 자동화부(230), 및 PMP 공간분포 자동화부(240)로 구성된다.
본 발명의 일실시예에 따른 확률강우량 산정 자동화부(300)는 확률강우량 산정을 위해 수행되는 전과정을 자동화하여 통합화한 S/W로 강우자료 보정 자동화부(310), 연최대강우량 산정 자동화부(320), 확률강우 분석 자동화부(330), IDF 분석 자동화부(340), 및 강우 시간분포 자동화부(350)로 구성된다.
본 발명의 일실시예에 따른 홍수 분석 자동화부(400)는 홍수 분석을 위해 수행되는 전과정을 자동화하여 통합화한 S/W로 유역특성 분석 자동화부(410) 및 홍수량 산정 자동화부(420)로 구성된다.
본 발명의 일실시예에 따른 PMP 독치 자동화부(210)는 대상유역의 유역도를 강우자료 데이터베이스(100)에서 독출한 전국 PMP도와 중첩 분석하여 면적별, 지속시간별 PMP를 산정한다. 즉, PMP 독치 자동화부(210)는 강우자료 데이터베이스(100)에서 전국 PMP도를 링크시켜 주고 대상유역의 유역도, 예를 들어, 캐드 파일을 입력한다. 이렇게 하여 PMP 독치 자동화부(210)는 면적별, 지속시간별 PMP를 독치한다.
본 발명의 일실시예에 따른 PMP 독치 자동화부(210)는 대상유역의 유역도와 전국 PMP도의 중첩 분석을 위해 등우선도를 폐합 처리하고 좌표 및 축적을 변환한다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 대상유역의 유역도와 전국 PMP도의 중첩 상태를 도시한 도면이다. 도 2에서 굵은 실선으로 된 윤곽선은 대상유역의 유역도이고 가는 실선으로 된 곡선은 전국 PMP도의 등우선도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 PMP 독치 자동화부(210)는 도 3에 도시된 바와 같이 대상유역의 유역도와 전국 PMP도를 중첩하여 교집합의 도형정보를 생성한다. PMP 독치 자동화부(210)는 교집합의 도형정보에 면적가중평균을 적용하여 면적별, 지속시간별 독치값을 산정한다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 교집합의 도형정보 및 독치값의 산정 화면을 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 PMP 포락 자동화부(220)는 PMP 독치 자동화부(210)에 의해 독치된 PMP에 Horton 공식을 적용하여 면적별 포락을 수행하고 면적별 포락된 PMP에 Spline, Box-Cox, Log 곡선을 이용하여 지속시간별 포락을 수행한 후 포락율(R2)을 고려하여 최적의 포락형을 결정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 PMP 포락 자동화부(220)는 면적별로 지속시간의 독치값 중 상하 2개와 4개 값을 이용하여 Horton 공식의 상수 k, n을 회귀분석을 통해 자동으로 산정한다. 포락율이 높은 최적의 포락형을 결정할 수 있도록 포락율을 제공한다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 Horton 공식을 활용한 면적별 포락의 수행 화면을 도시한 도면이다. 앞에서 말한 상하 2개와 4개 값은 각각 경계조건과 지렛점을 의미한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 Spline 곡선을 이용한 지속시간별 포락의 수행 화면을 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 PMP 내삽 자동화부(230)는 PMP 포락 자동화부(220)에 의해 산출된 포락식으로 면적별, 지속시간별 PMP의 내삽을 수행하여 대상유역의 PMP를 산출한다. 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 포락 결과를 이용한 PMP 내삽의 수행 화면을 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 PMP 내삽 자동화부(230)는 내삽값을 지정하여 해당 면적별, 지속시간별 PMP를 산정함으로써 대상유역의 PMP를 산출한다. 도 6과 같은 경우 앞에서 말한 내삽값은 면적 124.50km2이 되고 점선으로 표시된 곳에 해당 면적별, 지속시간별 PMP가 출력된다.
본 발명의 일실시예에 따른 PMP 내삽 자동화부(230)는 면적별 7개, 지속시간별 7개로 총 49개 경우에 대한 전국 PMP도로부터 산출된 포락식을 이용하여 추가로 필요한 면적별, 지속시간별 PMP를 내삽을 통해 제시할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 PMP 공간분포 자동화부(240)는 PMP 내삽 자동화부(230)에 의해 결정된 대상유역의 PMP를 기반으로 대상유역에 대한 가상호우 등우선을 배치함에 있어 최대강우체적이 발생하도록 하는 가상호우 등우선의 방향각을 탐색하며 이를 이용하여 대상유역의 공간분포 PMP를 산정한다.
가상호우의 등우선은 최대강우체적이 발생하도록 배치하여야 한다. 따라서, PMP 공간분포 자동화부(240)는 최대강우체적이 발생하는 등우선 각도를 반복적으로 탐색하여 최적의 등우선 각도를 제시한다. 또한, PMP 공간분포 자동화부(240)는 가상호우의 평균강우량을 이용하여 등우선값을 산정한다. 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 PMP 공간분포의 수행 화면을 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 강우자료 보정 자동화부(310)는 대상유역 내 관측소의 실시간 강우관측자료를 강우자료 데이터베이스(100)에서 독출하여 결측기간을 파악한다. 강우자료 보정 자동화부(310)는 주변 관측소로부터 결측기간 동안의 실시간 강우관측자료를 획득하고 여기에 역거리제곱법, 산술평균법, 비율법을 적용한다. 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 강우자료 보정의 수행 화면을 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 연최대강우량 산정 자동화부(320)는 강우자료 보정 자동화부(310)에 의해 보정된 강우자료에 임의시간 환산계수를 적용하여 대상유역에 대한 지속시간별 연최대강우를 산정한다. 연최대강우량 산정 자동화부(320)는 지속시간별 연최대강우 계열을 작성하고 이러한 고정시간 강우자료에 임의시간 환산계수를 적용하여 임의시간 강우자료로 변환할 수 있다. 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 지속시간별 연최대강우 계열의 작성을 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 확률강우 분석 자동화부(330)는 연최대강우량 산정 자동화부(320)에서 산정된 연최대강우를 이용하여 확률강우분석을 수행한 후 확률분포형별 매개변수 적합도 검정에 의해 결정된 확률분포형의 강우량을 산정하고 이에 면적감소계수를 적용하여 대상유역의 지점확률강우량을 면적확률강우량으로 보정한다.
본 발명의 일실시예에 따른 확률강우 분석 자동화부(330)는 확률분포형별 매개변수 적합도 검정결과를 검색하여 최적의 확률분포형을 선정할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 확률분포형별 매개변수 적합도 검정결과 및 지속시간별 확률강우량 산정결과를 도시한 도면이다. 도 10에 도시된 바와 같이 확률강우 분석 자동화부(330)는 지속시간별, 확률분포형별 확률강우량을 산정할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 면적감소계수 산정결과 및 그 적용결과를 도시한 도면이다. 확률강우 분석 자동화부(330)는 면적감소계수를 산정하고 이를 확률분포의 분석결과에 적용하여 대상유역의 지점확률강우량을 면적에 대하여 보정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 IDF 분석 자동화부(340)는 확률강우 분석 자동화부(330)에 의해 산정된 확률강우량을 이용하여 Talbot, Sherman, Japaness, 일반형, 통합형의 강우강도식을 산정하고 강우강도식별 결정계수(R2) 및 그래프를 제공하여 결정계수가 높은 강우강도식을 결정할 수 있도록 한다. 강우강도식에 있어서 장기와 단기를 구분해 각각의 강우강도식을 제공할 수 있다. 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 강우강도식 및 그래프의 작성을 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 강우 시간분포 자동화부(350)는 확률강우 분석 자동화부(330)에 의해 산정된 확률강우량에 Huff, Yen&Chow, Mononobe 방법을 적용하여 대상유역의 지속시간별 강우분포를 분석한다.
본 발명의 일실시예에 따른 강우 시간분포 자동화부(350)는 확률강우 분석 자동화부(330)에 의해 산정된 확률강우량을 입력자료로 사용하고 Huff 곡선의 지속시간율 및 분포율을 입력하면 Huff 방법을 이용하여 1 내지 4분위에 해당하는 지속시간별 강우분포값과 강우주상도를 자동으로 작성할 수 있다. 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 Huff 방법을 이용한 강우 시간분포의 분석 화면을 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 강우 시간분포 자동화부(350)는 확률강우 분석 자동화부(330)에 의해 산정된 확률강우량을 입력자료로 사용하고 호우전진계수(r)를 입력하면 Yen&Chow 방법을 이용하여 강우 중심위치가 조정된 지속시간별 강우분포값과 강우주상도를 자동으로 작성할 수 있다. 도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 Yen&Chow 방법을 이용한 강우 시간분포의 분석 화면을 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 강우 시간분포 자동화부(350)는 확률강우 분석 자동화부(330)에 의해 산정된 확률강우량을 입력자료로 사용하고 Mononobe 공식의 n값을 지정하면 Mononobe 방법을 이용하여 전진형, 중앙형, 지연형의 타입에 해당하는 지속시간별 강우분포값과 강우주상도를 자동으로 작성할 수 있다. 도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 Mononobe 방법을 이용한 강우 시간분포의 분석 화면을 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 유역특성 분석 자동화부(410)는 도달시간(TC), 저류상수(K), 유출곡선지수(CN)와 같은 유역특성인자를 대상유역의 유역도를 이용하여 산출한다.
본 발명의 일실시예에 따른 유역특성 분석 자동화부(410)는 토지이용도, 토지피복도, 유역도의 중첩 분석을 통해 유역별 유출곡선지수(CN)를 산정한다. 유역특성 분석 자동화부(410)는 토지이용도, 토지피복도, 유역도를 입력하고 이들 자료들을 중첩 분석한 후 토지이용도 및 토지피복도의 각 조합별로 유출곡선지수를 정의하며 면적평균을 통해 유역별 유출곡선지수를 산정한다. 도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 유출곡선지수의 산정 화면을 도시한 도면이다.
또한, 유역특성 분석 자동화부(410)는 하천도, 등고지도를 토대로 도달시간(TC) 및 저류상수(K)를 산정한다. 유역특성 분석 자동화부(410)는 하천도, 등고자료(DEM), 유역도를 입력하고 이들 자료들을 중첩 분석한 후 하천별 도달시간과 저류상수를 방법별로 산정할 수 있다. 도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 도달시간과 저류상수의 산정 화면을 도시한 도면이다. 또한, 유역특성 분석 자동화부(410)는 관측소 위치지점과 유역도의 중첩 분석을 통해 티센망 및 유역별 계수를 산정한다.
본 발명의 일실시예에 따른 홍수량 산정 자동화부(420)는 앞에서 말한 PMP 산정 자동화부(200), 확률강우량 산정 자동화부(300), 유역특성 분석 자동화부(410)와 통합 연동함으로써 홍수분석에 필요한 강우자료, 유역특성 분석자료를 홍수모형 입력자료의 형태로 변환하고 홍수모형 분석방법을 결정하여 홍수모형 입력자료를 생성한다. 도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 홍수모형 입력자료의 작성을 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 홍수량 산정 자동화부(420)는 홍수분석 매개변수인 도달시간(TC)과 저류상수(K)에 대한 최적화를 수행하여 최적화된 매개변수를 토대로 지속시간별, 발생빈도별 홍수분석을 수행한다. 홍수량 산정 자동화부(420)는 실측유출량과 모의유출량을 상호 비교하여 최적으로 홍수량을 산정할 수 있도록 하기 위해 홍수분석 매개변수인 도달시간과 저류상수를 MSX 알고리즘과 Nelder-Mead 알고리즘으로 최적화 분석을 수행하여 최적값을 도출, 제시할 수 있다. 도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 홍수분석 매개변수의 최적화 분석을 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 홍수량 산정 자동화부(420)는 홍수분석 결과에 의거하여 최대 홍수량이나 최대 저수위를 발생시키는 임계지속시간를 결정하여 설계 홍수량을 결정한다. 홍수량 산정 자동화부(420)는 홍수분석 수행시 홍수분석 케이스를 선택할 수 있으며 주요 분석결과를 그래프와 테이블로 정리하여 제시해 줌으로써 쉽게 임계지속시간 및 설계 홍수량을 결정할 수 있다. 도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 홍수분석의 케이스 선택을 도시한 도면이고 도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 홍수분석 결과를 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 수리 분석 자동화부(500)는 지형자료 생성 자동화부(510), 수리 해석 자동화부(520), 및 공간 계획 자동화부(530)로 구성된다. 본 발명의 일실시예에 따른 지형자료 생성 자동화부(510)는 수치지도를 입력하면 TIN 작업을 수행하여 GRID 파일 형태의 3차원 지형자료를 생성한다. TIN 작업이란 수치지도에서 등고성분 레이어를 인식하여 포인트별로 삼각망을 형성하고 3차원 입체면을 생성하는 것을 의미한다. 이렇게 하여 지형자료 생성 자동화부(510)는 별도의 GIS 프로그램 없이 본 시스템 내에서 본 작업을 처리할 수 있도록 하여 파일의 입력형식 변경 등에서 발생하는 불필요한 절차 및 시간 발생을 최소화할 수 있다. 도 22는 본 발명의 일실시예에 따른 수치지도 입력 및 등고성분 레이어 인식을 도시한 도면이다. 도 23은 본 발명의 일실시예에 따른 TIN 생성을 도시한 도면이다. 도 24는 본 발명의 일실시예에 따른 GRID 생성을 도시한 도면이다. 도 25는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 지형자료 생성을 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 지형자료 생성 자동화부(510)는 3차원 지형자료를 수리해석에 필요한 입력파일 형태로 변경하여 수리모형별, 예를 들어, 1차원 수리모형 모델인 HEC-RAS 모형과 3차원 수리모형 모델인 Flow-3D 모형 입력자료를 제공할 수 있다. 도 26은 본 발명의 일실시예에 따른 HEC-RAS 모형 입력자료를 도시한 도면이다. 도 27은 본 발명의 일실시예에 따른 Flow-3D 모형 입력자료를 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 수리 해석 자동화부(520)는 홍수 분석 자동화부(400)에서 산출된 설계 홍수량을 경계조건으로 입력하면 앞에서 생성된 3차원 지형자료를 토대로 홍수위를 산정한다. 도 28은 본 발명의 일실시예에 따른 설계 홍수량 입력을 도시한 도면이다. 도 29는 본 발명의 일실시예에 따른 수리분석을 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 공간 계획 자동화부(530)는 3차원 지형자료와 홍수위를 중첩시켜 홍수범람지역을 확인한다. 이렇게 하여 공간 계획 자동화부(530)는 홍수범람이 발생하는 지역에 대하여 지반계획을 변경할 수 있으며 변경 계획에 대한 수리검토를 수행하여 적정성을 바로 확인할 수 있다. 또한, 공간 계획 자동화부(530)는 지반고 변경시 발생되는 절토 및 성토물량을 자동으로 산정하여 제시할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 공간 계획 자동화부(530)는 홍수범람지역에 대한 제방단면 변경 등의 홍수대책을 수립한다. 도 30은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 지형자료상 홍수위 현황을 도시한 도면이다. 도 31은 본 발명의 일실시예에 따른 홍수범람지역에 대한 지반계획 변경을 도시한 도면이다. 도 32는 본 발명의 일실시예에 따른 지반계획 변경 전후의 현황을 도시한 도면이다. 도 32에서 지반계획 변경 전에는 침수구역이 발생하지만 지반계획 변경 후에는 침수구역이 발생하지 않음을 확인할 수 있다. 도 33은 본 발명의 일실시예에 따른 지반계획 변경에 따른 절토 및 성토물량을 도시한 도면이다.

Claims (15)

  1. 확률강우량 산정에 필요한 실시간 강우관측자료와 가능최대강수량(PMP) 산정에 필요한 전국 PMP도를 보유하는 강우자료 데이터베이스;
    상기 강우자료 데이터베이스에서 독출한 상기 전국 PMP도를 이용하여 PMP 산정을 자동으로 수행하는 PMP 산정 자동화부;
    상기 강우자료 데이터베이스에서 독출한 상기 실시간 강우관측자료를 이용하여 확률강우량 산정을 자동으로 수행하는 확률강우량 산정 자동화부;
    상기 PMP 산정 자동화부 및 상기 확률강우량 산정 자동화부의 결과를 취합하여 홍수 분석을 자동으로 수행하는 홍수 분석 자동화부;
    상기 홍수 분석 자동화부의 결과를 이용하여 수리 분석을 자동으로 수행하는 수리 분석 자동화부
    를 포함하되,
    상기 PMP 산정 자동화부는,
    대상유역의 유역도를 상기 강우자료 데이터베이스에서 독출한 상기 전국 PMP도와 중첩 분석하여 면적별, 지속시간별 PMP를 산정하는 PMP 독치 자동화부;
    상기 PMP 독치 자동화부에 의해 독치된 PMP에 Horton 공식을 적용하여 면적별 포락을 수행하고 상기 면적별 포락된 PMP에 Spline, Box-Cox, Log 곡선 방법별로 지속시간별 포락을 수행한 후 산정된 포락율을 고려하여 최적의 포락형을 결정할 수 있는 PMP 포락 자동화부;
    상기 PMP 포락 자동화부에 의해 산출된 포락식으로 면적별, 지속시간별 PMP의 내삽을 수행하여 상기 대상유역의 PMP를 산출하는 PMP 내삽 자동화부; 및
    상기 PMP 내삽 자동화부에 의해 결정된 상기 대상유역의 PMP를 기반으로 상기 대상유역에 대한 가상호우 등우선을 배치함에 있어 최대강우체적이 발생하도록 하는 상기 가상호우 등우선의 방향각을 탐색하며 이를 이용하여 상기 대상유역의 공간분포 PMP를 산정하는 PMP 공간분포 자동화부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수문 및 수리분석 통합시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 PMP 독치 자동화부는,
    상기 대상유역의 유역도와 상기 전국 PMP도의 중첩 분석을 위해 등우선도를 폐합 처리하고 좌표 및 축적을 변환하는 전처리부;
    상기 대상유역의 유역도와 상기 전국 PMP도의 교집합의 도형정보를 생성하는 중첩부;
    상기 교집합의 도형정보에 면적가중평균방법을 적용하여 면적별, 지속시간별 독치 PMP를 산정하는 분석부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수문 및 수리분석 통합시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 PMP 포락 자동화부는,
    상기 PMP 독치 자동화부에 의해 독치된 PMP에서 면적별로 지속시간의 독치값을 이용하여 Horton 공식의 호우특성 상수 k, n을 회귀분석을 통해 산정하고 포락 전후의 결정계수(R2)을 제공하는 면적별 포락부;
    상기 면적별 포락부에 의해 면적별 포락된 PMP에서 지레점을 선정하여 Spline, Box-Cox, Log 곡선으로 포락을 수행하고 포락 전후의 결정계수(R2)을 제공하는 지속시간별 포락부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수문 및 수리분석 통합시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 PMP 공간분포 자동화부는,
    상기 대상유역의 유역도 상에 가상호우 등우선을 배치하기 위해 최대강우체적이 발생하도록 하는 상기 가상호우 등우선의 방향각을 탐색하는 방향각 탐색부;
    탐색된 방향각으로 가상호우 등우선 배치시의 면적강우량을 이용하여 가상호우 등우선의 값을 산정하는 등우선값 산정부;
    산정된 등우선값을 이용하여 지속시간별 대상유역의 PMP를 산정하는 공간분포 PMP 산정부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수문 및 수리분석 통합시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 확률강우량 산정 자동화부는,
    상기 강우자료 데이터베이스에서 독출한 상기 실시간 강우관측자료에 역거리제곱법, 산술평균법, 비율법을 적용하여 결측기간 동안의 강우자료를 보정하는 강우자료 보정 자동화부;
    상기 강우자료 데이터베이스에서 독출한 상기 실시간 강우관측자료와 상기 보정된 강우자료에 임의시간 환산계수를 적용하여 대상유역에 대한 지속시간별 연최대강우를 산정하는 연최대강우량 산정 자동화부;
    상기 연최대강우량 산정 자동화부에서 산정된 상기 대상유역의 연최대강우를 이용하여 확률강우분석을 수행한 후 확률분포형별 매개변수 적합도 검정에 의해 결정된 확률분포형의 강우량을 산정하고 이에 면적감소계수를 적용하여 대상유역의 지점확률강우량을 면적확률강우량으로 보정하는 확률강우 분석 자동화부;
    상기 확률강우 분석 자동화부에 의해 산정된 상기 대상유역의 확률강우량을 이용하여 Talbot, Sherman, Japaness, 일반형, 통합형의 강우강도식을 산정하는 IDF 분석 자동화부; 및
    상기 확률강우 분석 자동화부에 의해 산정된 상기 대상유역의 확률강우량에 Huff방법, Yen&Chow방법, Mononobe방법을 적용하여 상기 대상유역의 지속시간별 강우분포를 분석하는 강우 시간분포 자동화부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수문 및 수리분석 통합시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 강우 시간분포 자동화부는,
    상기 Huff방법을 이용하여 1~4분위에 해당하는 지속시간별 강우분포값과 강우주상도를 자동으로 작성할 수 있는 것을 특징으로 하는 수문 및 수리분석 통합시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 강우 시간분포 자동화부는,
    상기 Yen&Chow방법을 이용하여 상기 대상유역의 지속시간별 강우분포를 분석시 호우전진계수를 통해 강우 중심위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 수문 및 수리분석 통합시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 강우 시간분포 자동화부는,
    상기 Mononobe방법을 이용하여 상기 대상유역의 지속시간별 강우분포를 분석시 Mononobe 공식의 n값을 지정하고 전진형, 중앙형, 지연형의 타입을 지정하는 것을 특징으로 하는 수문 및 수리분석 통합시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 홍수 분석 자동화부는,
    도달시간(TC), 저류상수(K), 유출곡선지수(CN)를 포함하는 유역특성인자를 대상유역의 유역도를 이용하여 산출하는 유역특성 분석 자동화부; 및
    상기 PMP 산정 자동화부, 상기 확률강우량 산정 자동화부, 상기 유역특성 분석 자동화부의 결과를 취합하여 HEC-1 모형을 포함하는 홍수모형의 입력자료 형태로 변환하고 홍수분석 매개변수에 대한 최적화를 수행하며 최적화된 매개변수를 토대로 지속시간별, 발생빈도별 홍수분석을 수행하고 홍수분석 결과에 의거하여 최대 홍수량이나 최대 저수위를 발생시키는 임계지속시간를 결정하여 설계 홍수량을 결정하는 홍수량 산정 자동화부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수문 및 수리분석 통합시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 유역특성 분석 자동화부는,
    상기 대상유역의 유역도와 토지이용도, 토지피복도를 중첩 분석하여 유역별 유출곡선지수(CN)를 산출하는 유출곡선지수 산출부;
    상기 대상유역의 유역도와 하천도, 등고자료(DEM)를 중첩 분석하여 하천별 도달시간(TC)과 저류상수(K)를 산출하는 도달시간 및 저류상수 산출부;
    상기 대상유역의 유역도와 강우관측소 위치지점을 중첩 분석하여 유역별 티센망 및 티센계수를 산정하는 티센계수 산출부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수문 및 수리분석 통합시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 홍수량 산정 자동화부는,
    상기 PMP 산정 자동화부, 상기 확률강우량 산정 자동화부, 상기 유역특성 분석 자동화부에서 취합한 결과를 Clark 유역추적법, Snyder의 합성 단위도법, SCS의 합성 단위도법, Nakayasu 단위도법을 포함하는 홍수량 산정방법에 따라 홍수모형의 입력자료 형태로 변환하는 홍수모형 입력자료 생성부;
    홍수분석 매개변수인 도달시간과 저류상수를 MSX 알고리즘과 Nelder-Mead 알고리즘으로 최적화를 수행하는 매개변수 최적화부;
    상기 매개별수 최적화부에서 최적화된 매개변수를 토대로 홍수분석을 수행할 분위 및 지속시간을 선택하고 상기 홍수모형 입력자료 생성부에서 생성된 홍수모형 입력자료를 선택하여 홍수분석을 수행하고 홍수분석 결과에서 임계지속시간 및 설계 홍수량을 결정하도록 하는 홍수분석부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수문 및 수리분석 통합시스템.
  13. 삭제
  14. 제1항에 있어서,
    상기 수리 분석 자동화부는,
    수치지도에서 등고성분을 인식하여 포인트별로 삼각망을 형성하는 TIN작업을 수행하여 수치지도를 GRID 파일 형태의 3차원 지형자료로 변환하고 이를 HEC-RAS 모형, Flow-3D 모형을 포함하는 수리모형의 입력자료 형태로 변환하는 지형자료 생성 자동화부;
    상기 홍수 분석 자동화부에서 산출된 설계 홍수량을 경계조건으로 입력하면 상기 3차원 지형자료를 토대로 수리분석을 수행하여 홍수위를 산정하는 수리 해석 자동화부; 및
    상기 수리 해석 자동화부에서 산출된 홍수위와 상기 3차원 지형자료를 중첩하여 홍수범람지역을 확인하고 상기 홍수범람지역에 대한 지반계획을 변경 계획할 수 있으며 지반 변경시 발생되는 절토물량 및 성토물량을 산정하는 공간 계획 자동화부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수문 및 수리분석 통합시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 공간 계획 자동화부는,
    지반계획 변경 전의 원지반과 지반계획 변경 후의 계획지반의 단면도를 제공하는 것을 특징으로 하는 수문 및 수리분석 통합시스템.
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