KR102512532B1 - 첨두유속 및 발생 시간차이를 이용한 홍수 발생 시간 예측 방법 - Google Patents

첨두유속 및 발생 시간차이를 이용한 홍수 발생 시간 예측 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (a) 첨두수위(Hmax) 및 첨두유속(Vmax)의 유속시간차이관계식을 설정하는 단계; 및 (b) 상기 설정된 유속시간차이관계식을 이용하여 홍수를 예측하는 단계;를 포함하는 홍수위 예측 방법으로써, 상기 (a) 단계는, (a1) 다수의 자동유측정장치(100)에서 실시간으로 수위(H), 및 표면유속(Vindex)이 계측되는 단계; (a2) 균유속 연산모듈(210)이 상기 다수의 자동유량측정장치(100)에서 실시간으로 계측는 수위(H) 및 표면유속(Vindex)을 입력받고, 이를 이용해 실시간 평균유속(V)을 연산하는 단계; (a3) 첨두수위/유속 선택모듈(220)이 상기 (a2)단계에서 연산된 평균유속(V) 및 수위(H) 중에서 첨두유속(Vmax) 및 첨두수위(Hmax)을 확인한 경우 이를 선택하는 단계; - 여기서, Vmax와 Hmax의 시간은 상이함 (a4) 시간차 연산모듈(225)이 상기 (a3) 단계에서 선택된 첨두수위(Hmax) 및 첨두유속(Vmax) 다수에 해당하는 시간차이(Lag)를 연산하는 단계; 및 (a5) 관계식 연산모듈(230)이 선택된 첨두유속(Vmax)과 상기 연산된 시간차이(Lag) 다수를 이용하여 유속시간차이관계식을 설정하는 단계;를 포함하고, 상기 (b) 단계는, (b1) 다수의 자동유량측정장치(100)에서 실시간으로 수위(H), 및 표면유속(Vindex)이 계측되는 단계; (b2) 평균유속 연산모듈(210)이 상기 다수의 자동유량측정장치(100)에서 실시간으로 계측되는 수위(H) 및 표면유속(Vindex)을 입력받고, 이를 이용해 실시간 평균유속(V)을 연산하는 단계; (b3) 첨두수위/유속 선택모듈(220)이 상기 (b2)단계에서 연산된 평균유속(V) 중에서 첨두유속(Vmax) 을 확인한 경우 이를 선택하는 단계; 및 (b4) 상기 첨두수위/유속 선택모듈(220)이 첨두유속(Vmax) 발생을 확인한 경우, 상기 홍수 예측 모듈(240)이 상기 유속시간차이관계식을 이용하여 시간차이(Lag)를 연산하고, 이를 이용해 홍수 발생 시간을 예측하는 단계;를 포함하는 홍수 발생 시간 예측 방법에 관한 것이다.

Description

첨두유속 및 발생 시간차이를 이용한 홍수 발생 시간 예측 방법{Flood occurrence time prediction method using peak flow velocity and time difference}
본 발명은 홍수 예측 시스템을 이용한 홍수 발생 시간 예측 방법에 관한 것으로, 첨두유속 및 첨두유속과 첨두수위 발생의 시간차이를 이용한 홍수 발생 시간 예측 방법에 관한 것이다.
현재 사용되는 홍수예측기술 대부분은 통계 또는 수문해석모델을 기반으로 홍수 범람시기와 홍수 범람구역을 예측한다. 이러한 홍수예측기술은 정확도가 부족하다.
도 1(a) 및 도 1(b)는 하천에서의 히스테리시스 현상(Hysteresis, 이력 현상)을 설명하기 위한 그래프로, 도 1(a)의 왼쪽 그래프에 단면유속 대 수위의 상관성이 실선으로 도시되고, 도1(a)의 오른쪽 그래프에 유량 대 수위의 상관성이 실선으로 도시되며, 도 1(b)에 자동유량측정장치의 측정데이터를 나타낸 그래프가 도시된다.
도 1(a)에서 U는 단면유속을 의미하고, H는 수위를 의미하고, Q는 유량을 의미하며, 화살표는 시간의 따른 흐름을 의미한다. 즉, 반시계 방향으로 시간이 진행된다.
도 1(a)의 왼쪽 그래프에 따르면 폭우와 같은 상황 발생 이후 시간에 따라 단면유속이 상승하여 최대 단면유속(Umax)을 나타내는데 이 때 수위가 최대가 아니며, 이후, 단면유속(Umax)이 감소하면서, 시간이 지난 후, 최대 수위(Hmax)를 나타내어 서로 어긋나는 현상이 나타나는 것을 알 수 있다.
유사하게, 도 1(a)의 오른쪽 그래프에 따르면 폭우와 같은 상황 발생 이후 시간에 따라 유량이 상승하여 최대 유량(Qmax)을 나타내는데 이 때 수위가 최대가 아니며, 이후, 유량(Qmax)이 감소하면서, 시간이 지난 후, 최대 수위(Hmax)를 나타내어 서로 어긋나는 현상이 나타나는 것을 알 수 있다.
도 1(b)는 시간에 따른 수위(stage) 및 표면유속(index velocity)을 나타낸다.
도 1(b)에 따르면 2015.03.12 경 표면 유속이 최대를 나타내는데 이때 수위는 최대가 아니며, 약 3일이 지난 후 2015.03.15 경 수위가 최대를 나타내어 최대를 나탄내는 시기가 서로 어긋나는 것을 알 수 있다.
이러한 현상 즉 수위, 속도, 유량 사이에 시간의 차이가 있는 현상을 히스테리시스 현상(Hysteresis, 이력 현상)이라 하는데, 실제 하천, 특히 중대형 하천 또는 강에서 많이 발생한다.
기존의 홍수 예측 방법에선 이러한 히스테리시스 현상을 고려하지 않아 정확도가 낮다. 구체적으로, 현재 사용되는 홍수예측기술 대부분은 도 1(a)의 실제 모델인 실선을 고려하지 않고, 점선으로 도시된 A, B와 같이 선형모델을 가정하여, 최대 유속 또는 유량이 도래하는 시기와 최대 수위가 도래하는 시기를 동일하게 예측하여 정확도가 낮다. 예컨대, 강우량이 최대인 시점에 수위가 가장 높은 것을 예측하거나, 유속이 최대인 시점에 홍수가 발생할 것으로 예측하는 방식이어서 정확도가 낮다.
또한, 홍수 발생시에는 고 유량에 대해 직접 측정이 어려워 유속을 측정할 수 없고 수위만 측정할 수 있어 이런 최소한의 데이터를 통해 예측이 어려운 경우도 있었다.
또한, 기존의 해석적인 방법으로 홍수 발생을 예측할 경우, 중대형의 강이나 하천을 모형화하기 위해 시스템을 구축하고 데이터를 획득하는데 많은 시간이 필요한 문제도 있었다.
관련된 특허 문헌을 검토한다.
중국공개특허 제2008-10970114호는 피크 수위의 시계열 데이터를 이용하여 피크 수위를 예측하는 방법이 개시되나, 전술한 문제점들이 모두 포함되어 있어, 히스테리시스 현상을 반영할 수 없어 예측 정확도가 낮다.
중국등록특허 제104392111호는 유량과 수위를 상관관계를 구축하며, 피크값 출현 시간을 결정하는 방법이 개시되나, 언급한 특허 문헌과 같이 전술한 문제점이 포함되어, 히스테리시스 현상을 반영할 수 없어 예측 정확도가 낮다.
한국등록특허 제10-1134631호는 수위, 유량, 유속을 측정하는 원격소 계측유닛을 이용하여 유량-수위 곡선을 이용하여 예측수위 출력하는 점이 개시한다. 원격소 계측 유닛을 이용하나, 수위만을 측정할 수 있고, 히스테리시스 현상을 반영할 수 있는 수단이 개시되지 않아 예측 정확도가 낮다.
중국공개특허 제2008-10970114호 중국등록특허 제104392111호 한국등록특허 제10-1134631호 한국등록특허 제10-2015531호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것이다. 특히, 유량과 수위를 이용하여 홍수를 예측하는 기존의 해석적인 예측 방법에서 발생하는 다양한 문제점을 해결하고자 한다.
구체적으로, 강 또는 하천에서 발생하는 히스테리시스 현상을 반영한 홍수 예측 방법을 제공하여, 히스테리시스 현상으로 인해 홍수 예측이 부정확하였던 문제를 해결하고자 한다.
또한, 홍수 발생시 고유량에 대한 직접 측정이 어려워 최소한의 데이터만 계측될 경우 홍수 예측이 어려웠던 문제를 해결하고자 한다.
또한, 기존의 해석적인 방법으로 홍수 발생을 예측할 경우, 중대형의 강이나 하천을 모형화하기 위해 시스템을 구축하고 데이터를 획득하는데 많은 시간이 필요한 문제를 해결하고자 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, (a) 첨두수위(Hmax) 및 첨두유속(Vmax)의 유속시간차이관계식을 설정하는 단계; 및 (b) 상기 설정된 유속시간차이관계식을 이용하여 홍수를 예측하는 단계;를 포함하는 홍수위 예측 방법으로써, 상기 (a) 단계는, (a1) 다수의 자동유량측정장치(100)에서 실시간으로 수위(H), 및 표면유속(Vindex)이 계측되는 단계; (a2) 평균유속 연산모듈(210)이 상기 다수의 자동유량측정장치(100)에서 실시간으로 계측되는 수위(H) 및 표면유속(Vindex)을 입력받고, 이를 이용해 실시간 평균유속(V)을 연산하는 단계; (a3) 첨두수위/유속 선택모듈(220)이 상기 (a2)단계에서 연산된 평균유속(V) 및 수위(H) 중에서 첨두유속(Vmax) 및 첨두수위(Hmax)을 확인한 경우 이를 선택하는 단계; - 여기서, Vmax와 Hmax의 시간은 상이함 (a4) 시간차 연산모듈(225)이 상기 (a3) 단계에서 선택된 첨두수위(Hmax) 및 첨두유속(Vmax) 다수에 해당하는 시간차이(Lag)를 연산하는 단계; 및 (a5) 관계식 연산모듈(230)이 선택된 첨두유속(Vmax)과 상기 연산된 시간차이(Lag) 다수를 이용하여 유속시간차이관계식을 설정하는 단계;를 포함하고, 상기 (b) 단계는, (b1) 다수의 자동유량측정장치(100)에서 실시간으로 수위(H), 및 표면유속(Vindex)이 계측되는 단계; (b2) 평균유속 연산모듈(210)이 상기 다수의 자동유량측정장치(100)에서 실시간으로 계측되는 수위(H) 및 표면유속(Vindex)을 입력받고, 이를 이용해 실시간 평균유속(V)을 연산하는 단계; (b3) 첨두수위/유속 선택모듈(220)이 상기 (b2)단계에서 연산된 평균유속(V) 중에서 첨두유속(Vmax) 을 확인한 경우 이를 선택하는 단계; 및 (b4) 상기 첨두수위/유속 선택모듈(220)이 첨두유속(Vmax) 발생을 확인한 경우, 상기 홍수 예측 모듈(240)이 상기 유속시간차이관계식을 이용하여 시간차이(Lag)를 연산하고, 이를 이용해 홍수 발생 시간을 예측하는 단계;를 포함하는 홍수 발생 시간 예측 방법을 제공한다.
또한, 상기(b) 단계는, 상기 (b4)단계 이후, (b5) 상기 홍수 예측 모듈(240)이 상기 (b4)단계에서 예측된 홍수 발생 시간이 도래한 경우 경보장치(300)를 작동시키는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (a1)단계 및 상기 (b1)단계에서, 상기 자동유량측정장치(100)는 초음파 방식으로 고정식으로 설치된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 방법은, 전국단위의 자동유량측정장치가 설치되어있는 하천에 대하여 첨두유속과 첨두유속 및 첨두수위가 발생하는 시간차이의 관계를 분석하여 그래프를 구축하면 홍수에 취약한 하천에 대하여 홍수 발생 시간을 예측하여, 대비할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법은, 강우량 측정 필요 없이 정확하게 홍수 발생 시간을 예측할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법은, 하천에서의 히스테리시스 현상을 반영할 수 있어 정확한 홍수 발생 시간을 예측할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법은, 이미 설치된 자동유량측정장치를 이용해 홍수 발생 시간을 예측하여 제공할 수 있는 것이어서 별도의 추가 장비가 필요하지 않아 경제성이 우수하다.
도 1의 (a)는 하천에서의 히스테리시스 현상을 설명하기 위한 그래프이고, (b)는 하천의 홍수사상을 대상으로 자동유량측정장치의 측정데이터를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 자동유량측정장치가 설치된 하천 및 자동유량측정장치와 전기적으로 연결된 홍수 예측 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 홍수 예측 시스템을 설명하기 위한 시스템도이다.
도 4는 본 발명에 따른 홍수 예측 시스템을 이용한 홍수위 예측 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 홍수 예측 시스템을 이용한 홍수 발생 시간 예측 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명에 따른 자동유량측정장치에서 계측된 데이터가 도시된 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 유속수위그래프에서 선형회귀분석을 하고 유속수위관계식을 산정한 그래프이다.
도 8a 및 8b는 본 발명을 검증하기 위해 실제 하천을 대상으로 작성된 그래프 및 작성된 그래프에서 선형회귀분석을 하고 유속수위관계식을 산정한 그래프이다.
도 9은 본 발명에 따른 유속시간차이그래프에서 선형회귀분석을 하고 유속시간차이관계식을 산정한 그래프이다.
도 10a 및 10b는 본 발명을 검증하기 위해 실제 하천을 대상으로 작성된 그래프 및 작성된 그래프에서 선형회귀분석을 하고 유속시간차이관계식을 산정한 그래프이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 홍수 예측 시스템, 홍수위 예측 방법 및 홍수 발생 시간 예측 방법을 상세히 설명한다. 여기에서, 본 발명을 이루는 구성요소들은 필요에 따라 일체형으로 사용되거나 각각 분리되어 사용될 수 있다. 또한, 사용 형태에 따라 일부 구성요소를 생략하여 사용 가능하다. 본 발명의 형태 및 구성요소의 개수에 있어서도 다양한 변형이 가능하다.
시스템의 설명
도 3에 도시되는 바와 같이, 본 발명에 따른 방법이 수행되는 시스템은, 자동유량측정장치(100), 홍수 예측 시스템(200), 및 경보 장치(300)를 포함한다.
자동유량측정장치(100)는 초음파 방식으로 강 또는 하천의 길이방향으로 고정식으로 설치되어 강 또는 하천의 유량(Q), 표면유속(Vindex), 및 수위(H)를 실시간으로 계측한다.
홍수 예측 시스템(200)은 홍수위 예측 및 홍수 발생 시간 예측을 위한 평균 유속 연산모듈(210), 첨두수위/유속 선택모듈(220), 시간차 연산모듈(225), 관계식 연산모듈(230), 및 홍수 예측 모듈(240)을 포함한다.
평균유속 연산모듈(210)은 다수의 자동유량측정장치(100)에서 실시간으로 계측되는 정보를 입력받아, 이를 이용해 평균유속(V)을 연산할 수 있다.
다수의 자동유량측정장치(100)에서 실시간으로 계측되는 수위(H) 및 평균유속 표면유속(Vindex)을 입력받고, 이를 이용해 평균유속(V)을 연산하는 것이다.
실시간 평균유속(V)은 계측된 수위(H) 및 표면유속(Vindex)에 평균유속 환산계수를 더 사용하여 연산할 수 있으며, 이 외에도, 다른 어떠한 방법이라도 제한되지 않고 사용될 수 있다.
첨두수위/유속 선택모듈(220)은 자동유량측정장치(100)의 수위(H) 중의 첨두수위(Hmax) 및 평균유속 연산모듈(210)에서 연산된 평균유속(V) 중의 첨두유속(Vmax) 을 확인한 경우 이를 선택한다. 여기서, 첨두유속(Vmax)과 첨두수위(Hmax)의 발생시간은 상이할 것이다. 종래 기술에서 언급한 히스테리시스 현상 때문이다.
시간차 연산모듈(225)은 첨두수위/유속 선택모듈(220)에서 선택된 첨두수위(Hmax) 및 첨두유속(Vmax) 다수에 해당하는 시간차이(Lag)를 연산한다. 구체적으로, 첫번째 홍수 이벤트 발생시에 선택된 (Hmax) 및 첨두유속(Vmax) 각각에 해당하는 시간의 차이를 시간차이(Lag)로 연산하고 이를 홍수 이벤트 발생시마다 반복하여 연산하는 것이다.
한편, 홍수 발생 시간 예측 방법의 경우, 첨두수위/유속 선택모듈(220)이 평균유속 연산모듈(210)에서 연산된 평균유속(V) 중에서 첨두유속(Vmax)을 확인한 경우 이를 선택한다. 즉, 홍수위 예측 방법과 달리, 첨두유속(Vmax)만을 확인하여 선택하는 것이다.
관계식 연산모듈(230)은 첨두수위/유속 선택모듈(220)에서 선택된 첨두유속(Vmax) 및 첨두수위(Hmax) 다수를 이용하여 유속수위관계식을 설정한다.
한편, 홍수 발생 시간 예측 방법의 경우, 관계식 연산모듈(230)이 선택된 첨두유속(Vmax)과 시간차 연산모듈(225)에서 연산된 시간차이(Lag) 다수를 이용하여 유속시간차이관계식을 설정한다.
홍수 예측 모듈(240)은 관계식 연산모듈(230)에서 설정된 유속수위관계식을 이용하여 첨두수위(Hmax)를 예측하고, 예측된 첨두수위(Hmax)가 기설정된 홍수위 이상인지 판단한다. 기설정된 홍수위는 넘침 수위가 아닌 많은 강우량으로 인해 평수량 이상이 된 수위로 필요에 따라 설정될 수 있다.
홍수 예측 모듈(240)은 예측된 첨두수위(Hmax)가 기설정된 홍수위 이상인 것으로 판단할 경우, 후술할 경보장치(300)를 작동시킬 수 있다.
한편, 홍수 발생 시간 예측 방법의 경우, 홍수 예측 모듈(240)은 관계식 연산모듈(230)의 유속시간차이관계식을 이용하여 시간차이(Lag)를 연산하고, 이를 이용해 홍수 발생 시간을 예측한다. 이때, 홍수 예측 모듈(240)은 예측된 홍수 발생 시간이 도래한 경우 경보장치(300)를 작동시킬 것이다.
경보장치(300)는 홍수 예측 모듈(240)의 신호를 받아 작동될 수 있다. 먼저, 홍수위 예측 방법에서의 경우, 홍수 예측 모듈(240)이 유속수위관계식을 이용하여 첨두수위(Hmax)를 예측하고, 판단하여, 기설정된 홍수위 이상으로 판단할 경우 보낸 신호를 받는다. 다음으로, 홍수 발생 시간 예측 방법의 경우, 홍수 예측 모듈(240)은 유속시간차이관계식을 이용하여 시간차이(Lag)를 연산하고, 이를 이용해 예측된 홍수 발생 시간이 도래한 경우 보낸 신호를 받는다.
홍수위 예측 방법의 설명
본 발명에 따른 방법을 설명한다. 도 4를 더 참조하여 홍수 예측 시스템(200)을 이용한 홍수위 예측 방법을 설명한다.
홍수위 예측 방법은 첨두수위(Hmax) 및 첨두유속(Vmax)의 유속수위관계식을 설정하는 단계(s100) 및 설정된 유속수위관계식을 이용하여 홍수를 예측하는 단계(s200)를 포함한다.
먼저, 첨두수위(Hmax) 및 첨두유속(Vmax)의 유속수위관계식을 설정하는 단계(s100)는, 다수의 자동유량측정장치(100)에서 실시간으로 수위(H), 및 표면유속(Vindex)이 계측되는 단계(s110), 평균유속 연산모듈(210)이 다수의 자동유량측정장치(100)에서 실시간으로 계측되는 수위(H) 및 표면유속(Vindex)을 입력받고, 이를 이용해 실시간 평균유속(V)을 연산하는 단계(s120), 첨두수위/유속 선택모듈(220)이 s120단계에서 연산된 평균유속(V) 및 수위(H) 중에서 첨두유속(Vmax) 및 첨두수위(Hmax)을 확인한 경우 이를 선택하는 단계(s130), 관계식 연산모듈(230)이 선택된 첨두유속(Vmax) 및 첨두수위(Hmax) 다수를 이용하여 유속수위관계식을 설정하는 단계(s140)를 순차적으로 포함한다.
다수의 자동유량측정장치(100)에서 실시간으로 수위(H), 및 표면유속(Vindex)이 계측되는 단계(s110)에서, 강 또는 하천에 길이방향으로 소정의 간격을 갖도록 설치된 초음파 방식의 자동유량측정장치(100)는 유량(Q), 수위(H), 및 표면유속(Vindex)을 실시간으로 계측한다.
평균유속 연산모듈(210)이 다수의 자동유량측정장치(100)에서 실시간으로 계측되는 수위(H) 및 표면유속(Vindex)을 입력받고, 이를 이용해 실시간 평균유속(V)을 연산하는 단계(s120)에서, 평균유속 연산모듈(210)은 연산에 필요한 수위(H) 및 표면유속(Vindex)의 실시간 계측정보를 입력 받고, 이를 이용해 실시간 평균유속(V)을 연산한다. 실시간 평균유속(V)은 계측된 수위(H) 및 표면유속(Vindex)에 평균유속 환산계수를 더 사용하여 연산할 수 있으며, 이 외에도, 다른 어떠한 방법이라도 제한되지 않고 사용될 수 있다.
첨두수위/유속 선택모듈(220)이 s120단계에서 연산된 평균유속(V) 및 S110단계에서 계측된 수위(H) 중에서 첨두유속(Vmax) 및 첨두수위(Hmax)을 확인한 경우 이를 선택하는 단계(s130)에서, 도 6에 개시된 바와 같이 그래프를 그려 선택할 수 있으며, 첨두유속(Vmax) 및 첨두수위(Hmax)의 시간은 상이할 것이다. 히스테리시스 현상에 의해 시간차가 발생하기 때문이다.
관계식 연산모듈(230)이 선택된 첨두유속(Vmax) 및 첨두수위(Hmax) 다수를 이용하여 유속수위관계식을 설정하는 단계(s140)에서, 도 7 내지 도 8에 개시된 바와 같이, 그래프를 통해 선형관계식을 설정하여 변수를 구함으로써 유속수위관계식을 설정한다.
다음으로, 설정된 유속수위관계식을 이용하여 홍수를 예측하는 단계(s200)는, 다수의 자동유량측정장치(100)에서 실시간으로 수위(H), 및 표면유속(Vindex)이 계측되는 단계(s210), 평균유속 연산모듈(210)이 다수의 자동유량측정장치(100)에서 실시간으로 계측되는 수위(H) 및 표면유속(Vindex)을 입력받고, 이를 이용해 실시간 평균유속(V)을 연산하는 단계(s220), 첨두수위/유속 선택모듈(220)이 (b2) 단계의 평균유속(V) 중에서 첨두유속(Vmax)을 확인하는 단계(s230), 첨두수위/유속 선택모듈(220)이 첨두유속(Vmax)을 확인한 경우, 홍수 예측 모듈(240)이 유속수위관계식을 이용하여 첨두수위(Hmax)를 예측하고, 예측된 첨두수위(Hmax)가 기설정된 홍수위 이상인지 판단하는 단계(s240), s240단계에서 연산된 첨두수위(Hmax)가 기설정된 홍수위 이상으로 판단될 경우, 홍수 예측 모듈(240)이 경보장치(300)를 작동시키는 단계(s250)를 순차적으로 포함한다.
다수의 자동유량측정장치(100)에서 실시간으로 수위(H), 및 표면유속(Vindex)이 계측되는 단계(s210)에서, 설정된 유속수위관계식을 이용하여 홍수위를 예측하기 위해 실시간으로 수위(H), 및 표면유속(Vindex)을 계측한다.
평균유속 연산모듈(210)이 다수의 자동유량측정장치(100)에서 실시간으로 계측되는 수위(H) 및 표면유속(Vindex)을 입력받고, 이를 이용해 실시간 평균유속(V)을 연산하는 단계(s220)에서, 변수가 되는 첨두유속(Vmax)을 확인하기 위해 평균유속(V)을 연산한다.
첨두수위/유속 선택모듈(220)이 (b2) 단계의 평균유속(V) 중에서 첨두유속(Vmax)을 확인하는 단계(s230)에서, 설정된 유속수위관계식에 대입할 변수인 첨두유속(Vmax)을 확인한다.
첨두수위/유속 선택모듈(220)이 첨두유속(Vmax)을 확인한 경우, 홍수 예측 모듈(240)이 유속수위관계식을 이용하여 첨두수위(Hmax)를 예측하고, 예측된 첨두수위(Hmax)가 기설정된 홍수위 이상인지 판단하는 단계(s240)에서, 실시간으로 확인된 첨두유속(Vmax)을 유속수위관계식에 대입해 실시간 첨두수위(Hmax)가 예측된다.
구체적으로, 자동유량측정장치(100)에서 실시간으로 계측된 유속(V)에서 확인된 첨두유속(Vmax)을 유속수위관계식에 대입하여 예측된 첨두수위(Hmax)가 기설정된 홍수위 이상인지 판단(s245)하고, 이상일 경우, s250단계를 수행하고, 미만일 경우, s210단계부터 반복 수행되어, 예측된 첨두수위(Hmax)가 홍수위를 예측할 때까지 반복하는 것이다.
s240단계에서 연산된 첨두수위(Hmax)가 기설정된 홍수위 이상으로 판단될 경우, 홍수 예측 모듈(240)이 경보장치(300)를 작동시키는 단계(s250)에서, 기설정된 홍수위 이상인지 미만인지 연산된 첨두수위(Hmax)를 판단하여, 경보장치(300)를 작동시킨다. 여기서, 기설정된 홍수위는 넘침 수위가 아닌 많은 강우량으로 인해 평수량 이상이 된 수위로 필요에 따라 설정된 수위일 것이다.
홍수 발생 시간 예측 방법의 설명
본 발명에 따른 방법을 설명한다. 도 5를 더 참조하여 홍수 예측 시스템(200)을 이용한 홍수 발생 시간 예측 방법을 설명한다.
홍수 발생 시간 예측 방법은 첨두수위(Hmax) 및 첨두유속(Vmax)의 유속시간차이관계식을 설정하는 단계(s300) 및 설정된 유속시간차이관계식을 이용하여 홍수를 예측하는 단계(s400)를 포함한다.
홍수 발생 시간 예측 방법은 첨두수위(Hmax) 및 첨두유속(Vmax)의 유속시간차이관계식을 설정하는 단계(s300)는 다수의 자동유량측정장치(100)에서 실시간으로 수위(H), 및 표면유속(Vindex)이 계측되는 단계(s310), 평균유속 연산모듈(210)이 다수의 자동유량측정장치(100)에서 실시간으로 계측되는 수위(H) 및 표면유속(Vindex)을 입력받고, 이를 이용해 실시간 평균유속(V)을 연산하는 단계(s320), 첨두수위/유속 선택모듈(220)이 s320단계에서 연산된 평균유속(V) 및 수위(H) 중에서 첨두유속(Vmax) 및 첨두수위(Hmax)을 확인한 경우 이를 선택하는 단계(s330) - 여기서, Vmax와 Hmax의 시간은 상이함, 시간차 연산모듈(225)이 s330 단계에서 선택된 첨두수위(Hmax) 및 첨두유속(Vmax) 다수에 해당하는 시간차이(Lag)를 연산하는 단계(s340), 및 관계식 연산모듈(230)이 선택된 첨두유속(Vmax)과 연산된 시간차이(Lag) 다수를 이용하여 유속시간차이관계식을 설정하는 단계(s350)를 순차적으로 포함한다.
다수의 자동유량측정장치(100)에서 실시간으로 수위(H), 및 표면유속(Vindex)이 계측되는 단계(s310)에서, 강 또는 하천에 길이방향으로 소정의 간격을 갖도록 설치된 초음파 방식의 자동유량측정장치(100)는 유량(Q), 수위(H), 및 표면유속(Vindex)을 실시간으로 계측한다.
평균유속 연산모듈(210)이 다수의 자동유량측정장치(100)에서 실시간으로 계측되는 수위(H) 및 표면유속(Vindex)을 입력받고, 이를 이용해 실시간 평균유속(V)을 연산하는 단계(s320)에서, 평균유속 연산모듈(210)은 연산에 필요한 수위(H) 및 표면유속(Vindex)의 실시간 계측정보를 입력 받고, 이를 이용해 실시간 평균유속(V)을 연산한다. 실시간 평균유속(V)을 연산하는데 있어 평균유속 환산계수를 사용하여 연산할 수 있으며, 이 외에도, 검증 및 공개되어 사용되는 연산방법이라면 제한되지 않고 채용될 수 있다.
첨두수위/유속 선택모듈(220)이 s320단계에서 연산된 평균유속(V) 및 수위(H) 중에서 첨두유속(Vmax) 및 첨두수위(Hmax)을 확인한 경우 이를 선택하는 단계(s330)에서, 도 6에 개시된 바와 같이 그래프를 그려 선택할 수 있으며, 첨두유속(Vmax) 및 첨두수위(Hmax)의 시간은 상이할 것이다. 히스테리시스 현상에 의해 시간차가 발생하기 때문이다.
시간차 연산모듈(225)이 s330 단계에서 선택된 첨두수위(Hmax) 및 첨두유속(Vmax) 다수에 해당하는 시간차이(Lag)를 연산하는 단계(s340)에서, 도 6에 개시된 그래프를 이용하여 시간차이(Lag)인 첨두수위(Hmax) 및 첨두유속(Vmax)의 수평거리를 이벤트 별로 다수 연산한다.
관계식 연산모듈(230)이 선택된 첨두유속(Vmax)과 연산된 시간차이(Lag) 다수를 이용하여 유속시간차이관계식을 설정하는 단계(s350)에서, 도 9 내지 도 10에 개시된 바와 같이, 그래프를 통해 선형관계식을 설정하여 변수를 구함으로써 유속시간차이관계식을 설정한다.
설정된 유속시간차이관계식을 이용하여 홍수를 예측하는 단계(s400)는, 다수의 자동유량측정장치(100)에서 실시간으로 수위(H), 및 표면유속(Vindex)이 계측되는 단계(s410), 평균유속 연산모듈(210)이 다수의 자동유량측정장치(100)에서 실시간으로 계측되는 수위(H) 및 표면유속(Vindex)을 입력받고, 이를 이용해 실시간 평균유속(V)을 연산하는 단계(s420), 첨두수위/유속 선택모듈(220)이 s420단계에서 연산된 평균유속(V) 중에서 첨두유속(Vmax) 을 확인한 경우 이를 선택하는 단계(s430), 첨두수위/유속 선택모듈(220)이 첨두유속(Vmax) 발생을 확인한 경우, 홍수 예측 모듈(240)이 유속시간차이관계식을 이용하여 시간차이(Lag)를 연산하고, 이를 이용해 홍수 발생 시간을 예측하는 단계(s440), 및 홍수 예측 모듈(240)이 s440단계에서 예측된 홍수 발생 시간이 도래한 경우 경보장치(300)를 작동시키는 단계(s450)를 순차적으로 포함한다.
다수의 자동유량측정장치(100)에서 실시간으로 수위(H), 및 표면유속(Vindex)이 계측되는 단계(s410)에서, 설정된 유속시간차이관계식을 이용하여 홍수 발생 시간을 예측하기 위해 실시간으로 수위(H), 및 표면유속(Vindex)을 계측한다.
평균유속 연산모듈(210)이 다수의 자동유량측정장치(100)에서 실시간으로 계측되는 수위(H) 및 표면유속(Vindex)을 입력받고, 이를 이용해 실시간 평균유속(V)을 연산하는 단계(s420)에서, 변수가 되는 첨두유속(Vmax)을 확인하기 위해 평균유속(V)을 연산한다.
첨두수위/유속 선택모듈(220)이 s420단계에서 연산된 평균유속(V) 중에서 첨두유속(Vmax) 을 확인한 경우 이를 선택하는 단계(s430)에서, 설정된 유속시간차이관계식에 대입할 변수인 첨두유속(Vmax)을 확인한다.
첨두수위/유속 선택모듈(220)이 첨두유속(Vmax) 발생을 확인한 경우, 홍수 예측 모듈(240)이 유속시간차이관계식을 이용하여 시간차이(Lag)를 연산하고, 이를 이용해 홍수 발생 시간을 예측하는 단계(s440)에서, 실시간으로 확인된 첨두유속(Vmax)을 유속시간차이관계식에 대입해 실시간 시간차이(Lag)가 예측된다. 구체적으로, 자동유량측정장치(100)에서 실시간으로 계측된 유속(V)에서 확인된 첨두유속(Vmax)을 유속시간차이관계식에 대입하여 예측된 시간차이(Lag)를 확인된 첨두유속(Vmax)의 발생시간에 더하여 홍수 발생 시간을 예측하는 것이다.
홍수 예측 모듈(240)이 s440단계에서 예측된 홍수 발생 시간이 도래한 경우 경보장치(300)를 작동시키는 단계(s450)에서, 홍수 예측 모듈(240)이 시스템에서 현재 시간을 판단하여 예측된 홍수 발생 시간과 비교하여 홍수 발생 시간이 도래했다고 판단할 경우 경보장치(300)를 작동시킨다.
이상, 본 명세서에는 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 본 발명의 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
100: 자동유량측정장치
200: 홍수 예측 시스템
210: 평균유속 연산모듈
220: 첨두수위/유속 선택모듈
230: 관계식 연산모듈
240: 홍수 예측 모듈
300: 경보 장치

Claims (3)

  1. (a) 첨두수위(Hmax) 및 첨두유속(Vmax)의 유속시간차이관계식을 설정하는 단계; 및
    (b) 상기 설정된 유속시간차이관계식을 이용하여 홍수를 예측하는 단계;를 포함하는 홍수위 예측 방법으로써,
    상기 (a) 단계는,
    (a1) 다수의 자동유량측정장치(100)에서 실시간으로 수위(H), 및 표면유속(Vindex)이 계측되는 단계;
    (a2) 평균유속 연산모듈(210)이 상기 다수의 자동유량측정장치(100)에서 실시간으로 계측되는 수위(H) 및 표면유속(Vindex)을 입력받고, 이를 이용해 실시간 평균유속(V)을 연산하는 단계;
    (a3) 첨두수위/유속 선택모듈(220)이 상기 연산된 평균유속(V) 및 수위(H) 중에서 첨두유속(Vmax) 및 첨두수위(Hmax)을 확인한 경우 이를 선택하는 단계; - 여기서, Vmax와 Hmax의 시간은 상이함
    (a4) 시간차 연산모듈(225)이 상기 선택된 첨두수위(Hmax) 및 첨두유속(Vmax) 다수에 해당하는 시간차이(Lag)를 연산하는 단계; 및
    (a5) 관계식 연산모듈(230)이 상기 선택된 첨두유속(Vmax)과 상기 연산된 시간차이(Lag) 다수를 이용해 선형관계식을 설정하고 변수를 구함으로써 유속시간차이관계식을 설정하는 단계;를 포함하고,
    상기 (b) 단계는,
    (b1) 다수의 자동유량측정장치(100)에서 실시간으로 수위(H), 및 표면유속(Vindex)이 계측되는 단계;
    (b2) 평균유속 연산모듈(210)이 상기 다수의 자동유량측정장치(100)에서 실시간으로 계측되는 수위(H) 및 표면유속(Vindex)을 입력받고, 이를 이용해 실시간 평균유속(V)을 연산하는 단계;
    (b3) 첨두수위/유속 선택모듈(220)이 상기 (b2)단계에서 연산된 평균유속(V) 중에서 첨두유속(Vmax) 을 확인한 경우 이를 선택하는 단계; 및
    (b4) 상기 첨두수위/유속 선택모듈(220)이 첨두유속(Vmax)을 확인한 경우, 홍수 예측 모듈(240)이 상기 (a5) 단계의 상기 유속시간차이관계식을 이용하여 시간차이(Lag)를 연산하고, 상기 연산된 시간차이(Lag)를 상기 확인된 첨두유속(Vmax)의 발생시간에 더하여 홍수 발생 시간을 예측하는 단계;를 포함하는,
    홍수 발생 시간 예측 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기(b) 단계는, 상기 (b4)단계 이후,
    (b5) 상기 홍수 예측 모듈(240)이 상기 (b4)단계에서 예측된 홍수 발생 시간이 도래한 경우 경보장치(300)를 작동시키는 단계;를 더 포함하는,
    홍수 발생 시간 예측 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a1)단계 및 상기 (b1)단계에서,
    상기 자동유량측정장치(100)는 초음파 방식으로 고정식으로 설치된 것인,
    홍수 발생 시간 예측 방법.
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