KR20160097849A - Discharge estimation method for ungauged basin using known discharge transfer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 미계측 유역의 장기유출량(長期流出量)을 산정함에 있어서, 하류 지점의 실측 수위와 하천단면 및 조도 등 하천정보를 이용하여 해당 지점의 실측유량을 산출하고, 이를 면적비와 강우량비를 이용하여 전이하되, 전이 대상유역외 잔여유역을 설정하고, 전이 대상 유역의 무강우(無降雨) 기간에 대하여 실측유량에서 잔여유역의 유량을 차감하여 적용하는 것이다.
In calculating the long-term outflow amount (long-term outflow amount) of the unmeasured watershed, the actual flow rate at the corresponding point is calculated using the actual water level of the downstream point, the river cross section and the roughness, And the remaining watershed outside the transition watershed is set, and the flow rate of the remaining watershed is subtracted from the measured flow rate for the non-rainfall period of the transition watershed.
하천의 장기유출은 단기유출인 홍수유출과 대별되는 유출현상으로서, 이를 정량화한 장기유출량은 수자원부존량의 산정, 물수지분석 및 저수지 모의운영을 비롯한 각종 이수계획 수립과, 댐 및 취수보 등 각종 수공구조물의 계획 및 설계에 있어서 기초자료로 활용된다.Long-term outflow of rivers is a phenomenon that is similar to flood runoff which is short-term outflow. The long-term outflow amount that quantifies the long term outflow is various plans such as calculation of water resource amount, water balance analysis and reservoir simulation operation, It is used as the basic data in planning and designing.
수자원개발 실무상 활용될 수 있는 장기유출 유량은 지속기간이 순(旬) 또는 반순(半旬)으로 설정되고, 통계적 유의성(有意性) 확보를 위하여 수십년 이상의 자료기간을 가지는 시계열 자료로 구축될 필요가 있으며, 이러한 시계열 하천 장기유출량 자료는 실제 하천 유하 상태에 대한 실측을 통하여 수립되거나, 장기유출모형 또는 경험공식에 의한 산출을 통하여 수립될 수 있다.Long-term outflows that can be used in water resource development are set as seasonal or semi-season and constructed as time-series data with a data period of several decades or more in order to secure statistical significance The data on long - term runoff of these time - series streams can be established through actual measurements of actual river run - down conditions, or they can be established through computation using long - run runoff models or empirical formulas.
실측방식의 장기유출량 수립은 하천 유로상 특정 지점의 수위를 지속적으로 측정하고 측정된 수위를 횡단측량 및 유량측정을 통하여 도출된 수위-유량 관계곡선으로 환산하여 유량을 산출하거나, 파샬플럼(Parshall Flume) 등의 수리학적 유량측정시설을 설치하여 유량을 직접 측정하는 등의 방식으로 수행될 수 있는데, 하천의 실제 유하 상태를 반영하여 실측된다는 점에서 상당 수준의 신뢰성이 확보될 수 있으나, 해당 지점에 관측시설이 구축되어 장기간 운영될 필요가 있으므로 하천내 임의 지짐에 대한 유출량 산출은 불가능하며, 관측시설의 설치 및 운용에 상당한 비용이 소요되는 문제점이 있었다.The long-term flow rate of the measurement system is measured by continuously measuring the water level at a specific point on the river channel, converting the measured water level into a water level-flow rate relationship curve derived from the cross-sectional measurement and flow measurement, or calculating the flow rate using Parshall Flume ) Can be carried out by directly measuring the flow rate by installing a hydraulic flow measurement facility such as a river, etc. However, since it is actually measured by reflecting the actual falling state of the river, a considerable level of reliability can be secured, Since the observation facility is constructed and needs to be operated for a long time, it is impossible to calculate the runoff amount for the arbitrary load in the river, and there is a problem that the installation and operation of the observation facility requires a considerable cost.
특히, 대부분의 미개발 지역에 대한 수자원개발에 있어서 개발 계획 지점은 관측시설이 구축되지 않았거나 충분한 관측자료가 확보되지 않았을 가능성이 지극히 높으므로 하천 유량의 실측자료를 해당 개발사업에 활용하는 것은 현실적으로 불가능하다.In particular, it is not possible to utilize the actual data of stream flow for the development project because the development planning point in the development of water resources for most of the untouched areas is very unlikely that observation facilities were not established or sufficient observation data could not be obtained. Do.
또한, 타 유역의 실측자료 등을 기초로 도출된 경험식을 활용하여 장기유출량 수립 대상 유역의 강우량을 유출량으로 단순 환산하거나, 강우량과 지형, 토질, 조림 및 피복상태 등의 유출인자를 입력자료로 구동되는 전산모형인 장기유출모형(長期流出模型)을 적용하여 장기유출량을 산출할 수 있으나, 그 정도(精度)가 낮고 충분한 신뢰성을 확보할 수 없는 문제점이 있다.It is also possible to use the empirical equation derived from actual data from other watersheds to simply calculate the amount of rainfall in the basin for the long-term runoff to the runoff amount, or to input the runoff factor such as rainfall, topography, soil, Long-term runoff model can be applied by applying long-term runoff model, which is a driven computer model, but there is a problem that the accuracy (accuracy) is low and sufficient reliability can not be secured.
이러한 장기유출모형 관련 종래기술로는 특허 제1319477호를 들 수 있다.
A prior art related to such a long-term runoff model is patent No. 1319477.
특허 제1319477호를 비롯한 장기유출모형 또는 경험식을 이용한 미계측 유역의 장기유출량 추정은 그 정도 및 신뢰성이 충분하지 못한 문제점이 있는 바, 이에, 상당수의 수자원개발 사업에서 비유량법 또는 강우-면적비법이라 불리는 기지(旣知)유량의 전이 기법이 적용되고 있다.Estimation of long-term run-out of ungaged watershed using long-term runoff model or empirical equation including patent No. 1319477 is insufficient and reliability is not sufficient. Therefore, in many water resources development projects, non-flow rate method or rainfall- The transfer technique of the known flow, called the secret method, is applied.
비유량법은 수문학적(水文學的) 동질성이 인정되는 하류 지점의 실측 또는 기 산출 유량 자료를 유역면적과 강우량의 비(比)를 이용하여 장기유출량 산출 대상 지점에 전이하는 방식으로, 전산모형 등 여타의 산출방식에 비하여 적용과정이 간단할 뿐 아니라, 실제 현상을 기초로 수립되는 바, 산출된 장기유출량의 신뢰성 또한 높은 장점이 있다.The non-flow method is a method of transferring measured or calculated flow data at a downstream point where hydrological homogeneity is recognized to the point at which long-term runoff is calculated using the ratio of the watershed area to the rainfall, The application process is simpler than the other calculation methods, and the process is established on the basis of actual phenomena, and the reliability of the calculated long-term run-out amount is also high.
이러한 비유량법에 의한 실측유량의 대상유역 전이는 다음의 수학식1을 기초로 수행된다.The target watershed transition of the measured flow rate by the non-flow method is performed based on the following equation (1).
상기 수학식 1에 있어서, Qt, Qm, At, Am, Pt 및 Pm은 각각 산출대상 유역의 장기유출량인 전이유량, 실측 유역의 장기유출량인 실측유량, 산출대상 유역의 면적인 대상유역면적, 실측 유역의 면적인 실측유역면적, 산출대상 유역의 강우량인 대상유역우량 및 실측 유역의 강우량인 실측유역우량이다.In the equation (1), Qt, Qm, At, Am, Pt, and Pm are respectively the transitional flow amount as a long-term outflow amount of the target watershed, actual flow amount as a long term outflow amount of the actual watershed, target watershed area It is the actual watershed area which is the area of the watershed, the target watershed rainfall which is the rainfall of the target watershed, and the actual watershed rainfall which is the rainfall of the actual watershed.
시계열 장기유출량을 수립하기 위한 상기 수학식 1에 있어서, 유역면적은 경시변화 없이 상수로 적용되며, 강우량은 동일한 지속기간 즉, 동일한 시점의 강우량이 적용되는데, 산출되는 전이유량은 유역면적과 강우량에 비례하여 증감하는 바, 산출치의 정도(精度)는 차치하더라도 산출 방식 자체의 합리성은 확보된 것으로 볼 수 있으나, 전이 대상유역이 무강우 기간인 즉, 대상유역우량이 영(零)인 기간에는 전이유량 역시 영으로 산출되는 모순을 가진다.In the equation (1) for establishing the time-series long-term runoff, the watershed area is applied as a constant without changing with time, and the rainfall is the same duration, that is, the rainfall at the same time is applied. The accuracy of the calculation method itself can be considered to be reasonable. However, in the period when the transition watershed is the rainless period, that is, when the target waterspeed is zero, The flow also has a contradiction that is calculated in the spirit.
전술한 바와 같이, 유량의 산출 계획 지점은 실측 유량자료의 보유 지점의 상류 지점으로서, 전이 대상유역은 실측 유량자료를 보유한 실측유역에 포함되는 소유역인 바, 상류 소유역인 대상유역의 강우량이 존재할 경우 하류 실측유역의 강우량이 0이 될 수는 없으며, 따라서 대상유역과 실측유역 각각의 강우량 중 적어도 하나가 0이 될 수 있는 경우는 대상유역의 강우량과 실측유역의 강우량 모두가 0이 되거나, 대상유역의 강우량은 0이나 실측유역의 강우량은 0이 아닌 경우로 한정된다.As described above, the calculation planning point of the flow rate is the upstream point of the holding point of the actual flow data, the transition target watershed is the subwatershed included in the actual watershed having the actual flow data, and the rainfall amount of the target watershed, If the rainfall in the downstream watershed can not be zero and therefore at least one of the rainfall in each of the target watershed and the actual watershed can be zero, both the rainfall in the target watershed and the actual watershed will be zero, Is 0 but the rainfall of the actual watershed is not zero.
따라서, 상기 수학식 1을 적용함에 있어서, 실측유역우량이 0인 경우에는 분모가 0이 되어 계산이 불가하게 되고, 대상유역우량이 0인 경우에는 전이유량이 0이 되는 불합리성이 있으며, 이에 종래의 비유량법 적용 유량전이에서는 실측유역우량 또는 대상유역우량 중 적어도 하나가 0인 경우, 강우량비를 무시하고 면적비만을 적용하여 전이유량을 산출하고 있다.Therefore, in applying Equation (1), when the actual watershed rain rate is 0, the denominator becomes 0 and the calculation becomes impossible, and when the target watershed rain rate is 0, there is an irrationality that the transition flow rate becomes zero. In the case of at least one of the actual watershed rainfall or the target watershed rainfall of 0, the meteorological flow rate is calculated by ignoring the rainfall ratio and applying the area rainfall.
이렇듯 비유량법에 의한 유량전이에 있어서, 무강우기간에 대한 강우량비 무시 및 면적비 단독 적용은 실측유역우량과 대상유역우량이 모두 0인 유역 전체 무강우 기간에 있어서는 그 합리성이 인정될 수 있으나, 실측유역우량은 0이 아니고 대상유역우량만이 0인 경우에는 전이유량이 과대산정되는 문제가 발생된다.In this way, in the case of the non-flow-rate flow transfer, the irregular rainfall overrun and area coverage alone can be considered as reasonable in the entire rainfall period when the actual watershed rainfall and the target rainfall rainfall are both 0, If the actual watershed rain rate is not 0 and only the target watershed rain rate is 0, the problem of overestimation of the transition flow rate occurs.
즉, 실측유역과 대상유역 모두 무강우인 경우에는 해당 지속기간내 강우에 의한 직접 유출은 발생되지 않고 기저유출에 의하여 유출량이 지배되는 바, 실측유역과 대상유역간 유량전이에 있어서 면적비만을 적용하는 것이 합리적이라 할 수 있으나, 실측유역에는 강우량이 존재하고 대상유역만이 무강우인 경우 실측유량의 형성에 있어서 기저유출 외에도 대상유역 하류지역 강우의 직접 유출 또는 타 지류 유역 강우의 직접 유출이 상당 부분 기여하게 되므로, 무강우 지역으로서 강우의 직접 유출이 발생되지 않는 대상유역으로 면적비만을 적용하여 실측유량을 단순 전이하면 전이유량이 실제 현상과 무관하게 지나치게 높게 산출될 수 밖에 없는 것이다.In other words, if both the actual watershed and the target watershed are moult, the direct runoff due to rainfall does not occur within the duration, and the runoff is governed by the base runoff, so that the area obesity is applied to the flow transfer between the actual watershed and the target watershed In the case of rainfall in the actual watershed and only the watershed in the actual watershed, it is reasonable to say that in the formation of the measured flow, direct spillage of rainfall in the downstream of the target watershed or direct outflow of rainfall in the other watersheds Therefore, if the measured flow rate is simply transferred to the target watershed where the direct runoff does not occur as rainfall-free areas, the metered flow rate can not be calculated too high regardless of the actual phenomenon.
이에, 종래의 비유량법 적용 유량전이시에는 전체 시계열자료에 있어서 무강우기간을 발췌하여 대상유역의 무강우 기간에 임의 설정된 기저유량을 일괄 적용하거나, 대상유역의 무강우기간에는 상기 수학식 1에 소정의 감소계수를 추가하여 산출량을 조정하는 방식 등을 적용하였으나, 이들 방식은 비유량법 자체의 논리적 모순을 회피하기 위한 미봉책에 불과한 것으로, 실체 강우 및 유출 현상을 일체 반영하지 못하는 문제점이 있었다.
Therefore, in the conventional non-flow method applied flow rate transfer, the non-precipitation period is extracted from the entire time-series data, and the base flow rate arbitrarily set in the non-precipitation period of the target watershed is collectively applied, And a method of adjusting the amount of output by adding a predetermined reduction coefficient to the flow rate, however, these methods are merely a measure for avoiding the logical contradiction of the non-flow method itself and have a problem that the actual rainfall and the outflow phenomenon are not reflected at all .
본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안된 것으로, 유역면적 및 강우량의 비를 이용하여 기지 유역의 유출량을 미지 유역으로 전이하는 비유량법에 의한 미계측 유역의 유출량 산정방법에 있어서, 실측유역면적(Am), 대상유역면적(At) 및 잔여유역면적(Ar)과, 실측유역, 대상유역 및 잔여유역의 경계선이 입력되는 유역정보입력단계(S11)와, 실측유역 유출구의 하천단면, 하천경사 및 조도가 포함되는 하천 특성정보가 입력되는 하천정보입력단계(S21)와, 실측유역 유출구의 수위정보가 입력되고 상기 하천 특성정보가 적용되어 지속기간별 시계열 실측유량(Qm)이 수립되는 실측유량수립단계(S22)와, 강우관측소별 강우정보가 입력되고 강우관측소별, 지속기간별 시계열 지점우량이 수립되는 지점우량수립단계(S31)와, 강우관측소의 좌표가 입력되고, 상기 실측유역 및 대상유역의 경계선과 합성되어 티센망이 구축되며, 실측유역, 대상유역 및 잔여유역의 티센면적비가 산정되는 티센망구축단계(S32)와, 강우관측소별 지점우량을 상기 티센면적비로 가중합산하여 지속기간별 시계열 실측유역우량(Pm), 대상유역우량(Pt) 및 잔여유역우량(Pr)이 산정되는 유역우량산정단계(S33)와, 대상유역우량(Pt)이 0이 아닌 경우, 실측유량(Qm)에 실측유역면적(Am)에 대한 대상유역면적(At)의 비와 실측유역우량(Pm)에 대한 대상유역우량(Pt)의 비를 곱하여 전이유량(Qt)를 산출하는 복합전이단계(S41)와, 대상유역우량(Pt)과 실측유역우량(Pm)이 모두 0인 경우, 실측유량(Qm)에 실측유역면적(Am)에 대한 대상유역면적(At)의 비를 곱하여 전이유량(Qt)를 산출하는 면적전이단계(S42)와, 대상유역우량(Pt)은 0이나 실측유역우량(Pm)은 0이 아닌 경우, 실측유량(Qm)에 실측유역면적(Am)에 대한 잔여유역면적(Ar)의 비와 실측유역우량(Pm)에 대한 잔여유역우량(Pr)의 비를 곱한 값을 실측유량(Qm)에서 차감하여 전이유량(Qt)를 산출하는 차감전이단계(S43)로 이루어짐을 특징으로 하는 기지 유량 전이를 이용한 미계측 유역 유출량 산정방법이다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method of estimating an outflow amount of an ungaged watershed by a non-flow rate method, which uses a ratio of a watershed area and a rainfall amount to an outflow amount of a base watershed to an unknown watershed, (S11) of inputting the watershed information (Am), the target watershed area (At) and the remaining watershed area (Ar), the boundary of the actual watershed, the target watershed and the remaining watershed, (S21) in which the river characteristics information including the roughness and the illuminance are inputted, and a flow information input step (S21) in which the water level information of the actual watershed outlet is inputted and the river characteristic information is applied, A step S31 for inputting rainfall information for each rainfall observing station and establishing a time series point rainfall for each rainfall observing station and a duration time for each of the rainfall observing stations and the coordinates of the rainfall observing station, The thixotropic network construction step (S32) in which the thixotropic area ratio of the actual watershed, the target watershed and the remaining watershed is calculated (S32) and the threshing ratio of the rainfall observatories to the thixen area ratio (S33) for calculating the time series actual watershed rainfall (Pm), the target watershed rainfall (Pt), and the residual watershed rainfall (Pr) The complex transition that calculates the transition flow rate Qt by multiplying the ratio of the flow rate Qm to the ratio of the target watershed area At to the actual watershed area Am to the ratio of the target watershed rainfall Pt to the actual watershed rainfall Pm, If the target watershed rain amount Pt and the actual watershed rainfall amount Pm are both zero, the actual flow rate Qm is multiplied by the ratio of the actual watershed area Am to the target watershed area At, An area transition step S42 for calculating the flow rate Qt and a step S42 for calculating the flow rate Qt when the target watershed rain amount Pt is 0 and the actual watershed rainfall amount Pm is not 0, The value obtained by multiplying the actual flow rate Qm by the ratio of the remaining watershed area Ar to the actual watershed area Am multiplied by the ratio of the remaining watershed rain rate Pr to the actual watershed rain rate Pm is subtracted from the actual flow rate Qm (Step S43) for calculating a transition flow rate (Qt) based on the estimated flow rate Qt.
본 발명을 통하여, 비유량법을 적용하여 미계측 유역의 유출량을 산정함에 있어서, 실제 강우 및 유출 현상이 충실하게 반영된 결과가 도출될 수 있으며, 이로써 전이유량의 정도(精度) 및 신뢰성을 획기적으로 향상시킬 수 있다.Through the present invention, it is possible to derive a result that faithfully reflects the actual rainfall and runoff phenomenon in estimating the runoff amount of the unmeasured watershed by applying the non-flow rate method, thereby remarkably improving the accuracy (accuracy) and reliability of the transition flow Can be improved.
특히, 수문(水文)자료가 기 구축되지 않은 미계측 유역에 대하여도 합리적인 결과를 도출할 수 있어, 각종 수자원관련 사업의 수행에 있어서, 설계 및 시공 품질을 제고할 수 있다.
In particular, it is possible to derive reasonable results for ungaged watersheds for which hydrological data have not been constructed, thereby improving design and construction quality in the execution of various water-related projects.
도 1은 본 발명을 수행하는 프로그램의 실행 화면 예시도
도 2는 본 발명의 흐름도
도 3은 본 발명의 하천정보 출력상태 예시도
도 4는 본 발명의 지점우량 예시도
도 5는 본 발명의 티센망 예시도
도 6은 본 발명의 유역우량 예시도
도 7은 본 발명의 전이유량 예시도1 is an example of an execution screen of a program for carrying out the present invention
2 is a flow chart
3 is a view showing an example of a stream information output state of the present invention
Figure 4 is an example of a point-
Figure 5 is a graphical illustration of the thixotropic network of the present invention
FIG. 6 is a schematic view of an example of a basin rainfall of the present invention
Figure 7 is an illustration of the transition flow rate of the present invention
본 발명의 상세한 수행과정을 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The detailed operation of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 유역면적 및 강우량의 비를 이용하여 기지 유역의 유출량을 미지 유역으로 전이하는 비유량법에 의한 미계측 유역의 유출량 산정방법으로서, 컴퓨터에 탑재된 프로그램에 의하여 수행되며, 도 1은 본 발명을 수행하는 프로그램의 실행 화면을 예시하고 있다.The present invention is a method for estimating an outflow amount of an ungaged watershed by a non-flow rate method that uses the ratio of a watershed area and a rainfall amount to an outflow amount of a base watershed to an unknown watershed. The method is performed by a computer- And shows an execution screen of a program for carrying out the invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 실측 수위자료가 확보된 하천 유로상의 특정 지점이 설정되고, 해당 실측지점을 유출구로 하는 유역이 실측유역으로 설정되며, 실측 수위자료를 기초로 실측유역의 유출량을 수리학적으로 산출한 후 이를 실측지점 상류에 위치한 미계측 유역인 대상유역으로 전이하는 방식으로 수행된다.As shown in FIG. 1, the present invention is characterized in that a specific point on the river channel where the actual water level data is secured is set, a watershed having the actual point as an outlet is set as the actual watershed, Hydraulic calculations of the runoff are carried out by transferring the runoff to the target watershed, which is an ungaged watershed located upstream of the survey point.
도 1에 도시된 컴퓨터 화면에는 본 발명 적용 대상 하천의 유역도가 표시되어 있는데 본 발명을 수행하는 컴퓨터 프로그램은 후술할 유역정보입력단계(S11) 및 티센망구축단계(S32)에서 입력된 유역면적 및 경계선 등의 유역공간정보와 강우관측소의 좌표를 활용하여 실측유역 및 대상유역을 시각적으로 출력하고, 특히, 동 도면에 도시된 바와 같이, 입력된 각각의 정보를 계층(layer)화 하여 처리함으로써, 사용자가 필요 정보를 취사하여 확인할 수 있도록 사용자인터페이스를 제공하고 있다.The computer screen shown in FIG. 1 displays the river watershed of the subject application subject to the present invention. The computer program for implementing the present invention includes a watershed area input step S11 and a thixotropic network construction step S32, And watershed space information such as a boundary line and coordinates of a rainfall observing station are used to visually output an actual watershed and a target watershed. In particular, as shown in the figure, each input information is layered and processed , And a user interface is provided so that the user can cook and confirm necessary information.
도 2는 본 발명의 수행과정 전반을 도시한 흐름도로서, 도시된 바와 같이, 본 발명은 실측유역면적(Am), 대상유역면적(At) 및 잔여유역면적(Ar)과, 실측유역, 대상유역 및 잔여유역의 경계선이 입력되는 유역정보입력단계(S11)로 개시된다.FIG. 2 is a flowchart showing the entire process of the present invention. As shown in FIG. 2, the present invention includes an actual watershed area Am, a target watershed area At and a remaining watershed area Ar, And a watershed information input step S11 in which a boundary line of the remaining watershed is inputted.
전술한 바와 같이, 실측유역면적(Am)은 실측유역의 총 면적이며, 유량 전이의 기준이 되는 실측유량의 유출구는 유의(有意)한 관측기간의 수위자료를 보유한 수위관측소가 설정된다.As described above, the actual watershed area Am is the total area of the actual watershed, and the outlet of the actual flow rate as the reference of the flow rate transfer is set to a water level observing station having the water level data of a significant observation period.
대상유역면적(At)은 유량전이 대상지점 유역이자, 실측유역의 상류부 소유역인 대상유역의 면적으로서, 도 1에서와 같이, 대상유역은 실측유역에 완전히 포함된다.The target watershed area (At) is the area of the target watershed, which is the upstream watershed of the actual watershed as well as the watershed destination watershed. The target watershed is completely included in the actual watershed, as shown in Fig.
잔여유역면적(Ar)은 실측유역에서 대상유역을 제외한 지역인 잔여유역의 면적으로서, 잔여유역면적(Ar)과 대상유역면적(At)의 합은 실측유역면적(Am)과 같게 된다.The remaining watershed area (Ar) is the area of the remaining watershed excluding the target watershed in the actual watershed. The sum of the remaining watershed area (Ar) and the target watershed area (At) is equal to the actual watershed area (Am).
또한, 유역정보입력단계(S11)에서는 상기 실측유역, 대상유역 및 잔여유역의 경계선이 입력되는데, 이들 유역 경계선은 후술할 티센망(Thiessen網)의 구축시 활용된다.In the watershed information input step S11, the boundaries of the actual watershed, the target watershed, and the remaining watershed are input. These watershed boundaries are utilized in building a thiessen network to be described later.
유역정보입력단계(S11)가 완료되면, 도 3에서와 같이, 실측유역 유출구의 하천 특성정보가 입력되는 하천정보입력단계(S21)가 수행되는데, 여기서 입력되는 하천 특성정보로는 해당 지점의 하천단면, 하천경사 및 조도(粗度) 등이 적용될 수 있다.When the watershed information input step S11 is completed, as shown in FIG. 3, a river information input step S21 is performed in which river characteristic information of the actual watershed outlet is inputted. Here, Section, river slope and roughness can be applied.
하천정보입력단계(S21)가 완료되면, 실측유역 유출구의 수위정보가 입력되고, 하천정보입력단계(S21)에서 입력된 하천 특성정보가 적용되어 하천유량이 수리학적으로 산출되어, 지속기간별 시계열 실측유량(Qm)이 수립되는 실측유량수립단계(S22)가 수행된다.When the river information input step S21 is completed, the river level information is input to the actual watershed outlet, and the stream characteristic information inputted in the river information input step S21 is applied to hydraulically calculate the river flow rate, An actual flow rate establishing step S22 in which the flow rate Qm is established is performed.
실측유량수립단계(S22)의 수행에 있어서, 수위정보를 이용한 하천유량의 수리학적 산출은 해당 하천의 흐름을 등류(等流)로 가정하고, 등류 유량의 산출식으로서 다음의 수학식 2와 같이 표현되는 만닝(Manning)공식을 적용하여 수행될 수 있다.In carrying out the measured flow rate setting step (S22), the hydraulic calculation of the river flow rate using the water level information assumes that the flow of the river is equal flow (equi-flow), and as an equation of the equal flow flow, Can be performed by applying a Manning formula that is expressed.
상기 수학식 2에 있어서, Q, n, R, I 및 A는 각각 유량, 만닝조도계수, 동수반경, 하천경사 및 단면적으로서, 만닝조도계수 및 하천경사는 경시변화 없이 상수로 적용되며, 수위의 변동에 따라 동수반경 및 단면적이 변화되면서 유량이 산출되는데, 도 3에 도시된 바와 같이 저수로와 고수로가 구분된 복단면 하천의 경우, 하천 단면을 구획하고, 구획된 하천단면에 대하여 각각의 유량을 산출한 후 합산하는 방식으로 전체 유량을 산출할 수 있다.In Equation (2), Q, n, R, I, and A are respectively a flow rate, a number of manning illuminance, a radius of the same radius, a slope and a cross section of the river. As shown in FIG. 3, in the case of a double-section river in which the waterway and the high-waterway are separated, the cross-section of the river is divided, and the flow rate of each flow is divided The total flow rate can be calculated by calculating and summing the total flow rate.
실측유량수립단계(S22)를 비롯한 본 발명의 수행에 있어서, 지속기간이란 산출된 장기유출량이 대표값으로 적용될 수 있는 기간으로서, 즉, 단위시간당 부피 형식의 단위가 적용되는 유량이 지속기간내 지속적으로 유출된다고 가정하여, 유량에 지속기간을 곱하면 해당 기간동안 유출된 유출수의 총량이 산출되는 기간을 의미한다.In the performance of the present invention including the actual flow rate establishing step (S22), the duration is a period during which the calculated long-term outflow amount can be applied as a representative value, that is, the flow rate to which the unit of the volume type per unit time is applied is continuously If the flow is multiplied by the duration, it is assumed that the total amount of the effluent discharged during the period is calculated.
통상의 수자원개발 사업에 있어서 장기유출량의 지속기간은 순(旬) 또는 반순(半旬)으로 설정되며, 따라서 지속기간이 순으로 설정되는 경우 1개월은 3개의 지속기간으로 구성되는 것이고, 산출된 단위시간당 부피 형식의 유량에 지속기간을 곱하면 해당 순에 발생된 유출수의 총량이 부피단위로 산출되는 것이다.In a typical water resource development project, the duration of the long-term runoff is set to a season or a semi-season, and therefore, when a sustain period is set in order, one month consists of three sustain periods, When the flow rate of the volume type per unit time is multiplied by the duration, the total amount of the effluent generated in the corresponding order is calculated in units of volume.
따라서, 본 발명의 실측유량수립단계(S22)는 단순히 수위정보를 전술한 만닝공식에 대입하는 것이 아니라, 지속기간내 유량의 평균유량을 도출하는 것인데, 수학식 2를 통하여 확인할 수 있는 바와 같이, 수위와 유량간에는 정비례관계가 수립되지 않으므로, 지속기간내 평균수위를 대입하여 유량을 산출하면 극심한 오차가 발생될 수 밖에 없으며, 따라서 일단 해당 지속기간내 개별 수위정보로 유량을 산출한 후 이를 해당 지속기간 전체에 대하여 평균하는 등의 방식으로 당해 지속기간내 평균유량을 도출하여 실측유량(Qm)을 수립하는 것이 바람직하다.Therefore, the measured flow rate establishing step (S22) of the present invention does not simply substitute the water level information into the above-described manning formula but derives the average flow rate of the flow rate within the duration. As can be seen from the equation (2) Since there is no direct relationship between flow rate and the flow rate, it is very difficult to calculate the flow rate by substituting the average water level within the duration. Therefore, once the flow rate is calculated using the individual water level information within the relevant duration, It is preferable that the measured flow rate Qm is established by deriving the average flow rate within the duration in such a manner as averaging.
또한, 실측유량수립단계(S22)에서 수립되는 실측유량(Qm)은 후술할 전이유량(Qt)의 수립 계획 기간 전체에 대하여, 전술한 지속기간별로 수립된 시계열자료 형식으로 구축되는데, 예를 들어 미계측 유역에 대한 과거 30년간 유출량 자료를 목표로 본 발명이 수행되는 경우, 동일한 기간인 과거 30년간의 시계열자료로서 지속기간별 실측유량(Qm)이 수립되는 것이다.The actual flow rate Qm established in the actual flow rate establishing step S22 is constructed in the time series data format established for each of the above-described duration periods for the whole of the establishment planning period of the transition flow rate Qt to be described later, When the present invention is carried out for the past 30 years with respect to the untreated watershed, the measured flow rate (Qm) for the last 30 years is established as the time series data for the same period.
이렇듯 시계열 지속기간별 실측유량(Qm)의 수립이 완료되면, 강우관측소별 강우정보가 입력되고 강우관측소별, 지속기간별 시계열 지점우량이 수립되는 지점우량수립단계(S31)가 수행된다.When establishment of the measured flow rate Qm for each time series duration is completed, the rainfall information for each rainfall station is input and a rainfall setting step S31 is performed for each rainfall observing station and the time series point rainfall for each duration is established.
지점우량수립단계(S31)에서는 강우관측소별 지속기간내 강우량이 합산되어, 해당 지속기간의 지점우량으로 산출되며, 도 4에서와 같이, 전술한 실측유량(Qm)과 동일한 자료기간을 가지는 시계열 자료로서 수립된다.In the step of establishing the spot quality (S31), the rainfall amount in the duration of each rainfall observing station is added and calculated as the spot rainfall of the corresponding duration. As shown in FIG. 4, the time series data having the same data period as the above- Is established.
이후, 도 5에서와 같이 강우관측소의 좌표가 입력되고, 상기 실측유역 및 대상유역의 경계선과 합성되어 티센망이 구축되며, 실측유역, 대상유역 및 잔여유역의 티센면적비가 산정되는 티센망구축단계(S32)와, 도 6에서와 같이 강우관측소별 지점우량을 상기 티센면적비로 가중합산하여 지속기간별 시계열 실측유역우량(Pm), 대상유역우량(Pt) 및 잔여유역우량(Pr)이 산정되는 유역우량산정단계(S33)가 순차적으로 수행된다.5, the coordinates of the rainfall observing station are input, the thixotropic network is constructed by synthesizing the coordinates with the boundaries of the actual watershed and the target watershed, and the thixotropic area ratio of the actual watershed, the target watershed and the remaining watershed is calculated (Pm), a target watershed rainfall (Pt), and a residual watershed rainfall rate (Pr) are calculated by weighting the spot rainfall by the rainfall observers with the thyssen area ratio as shown in FIG. 6, And the rainfall-calculating step S33 are sequentially performed.
티센망(Thiessen網)은 유역평균 강우량을 산출하기 위한 방법으로서, 도 1에서와 같이, 인근 강우관측소를 연결하는 선분의 직각 이등분선으로 구성된 평면 망체(網體)로 구성되며, 각각의 강우관측소가 포함되는 망목(網目)내 영역이 해당 강우관측소의 지배 영역으로 설정되어, 우역강우 산출 대상 유역내 망목별 중첩 면적비가 해당 유역의 강우관측소별 티센면적비로 설정되는 것이다.The Thiessen network is a method for calculating the mean rainfall in the watershed. As shown in FIG. 1, it is composed of a planar net composed of a right angle bisector of a line connecting the nearby rainfall observing stations. The area of the mesh included is set as the dominant area of the rainfall observing station and the overlapping area ratio of each mesh in the wastewater calculation target watershed is set as the threshing area ratio per rainfall station of the corresponding watershed.
도 6을 통하여 확인할 수 있는 바와 같이, 예시된 유역도 및 티센망에서는 유출량 전이 대상유역 전체가 도면상 강우관측소 B의 티센망에 포함되어, 강우관측소 B의 지점강우량이 그대로 대상유역우량(Pt)으로써 적용되는데, 이러한 단일 강우관측소의 유역강우량 지배는 비교적 조밀도가 낮은 강우관측망이 구축된 저개발 지역에서 빈발하는 현상으로서, 본 발명과 같은 미계측 유역의 수문분석시 고질적인 애로점으로 작용하고 있으며, 이로 인하여 단일 강우관측소의 지속기간내 강우량이 0일 경우, 대상유역의 유역평균 강우량 역시 0으로 설정되는 상황이 빈발할 수 밖에 없다.As shown in FIG. 6, in the illustrated watershed map and the thixotropic network, the entire effluent transferring watershed is included in the thixotropic network of the rainfall observation station B in the drawing, and the point rainfall amount of the rainfall observing station B is intact, This watershed dominance of a single rainfall station is a frequent phenomenon in an underdeveloped area where a relatively low density rainfall network is constructed. This is a persistent problem in the hydrological analysis of an ungaged watershed as in the present invention, As a result, when the rainfall is zero within the duration of a single rainfall station, the average rainfall in the watershed of the target watershed is also set to zero.
따라서, 무강우 기간에 대하여 강우비를 제외한 면적비만을 단순 적용하는 종래기술에서는 전술한 전이유량의 과대산정이 빈발할 수 밖에 없으며, 이는 해당 대상유역의 수자원부존량이 과대평가되는 결과를 야기하게 되는 것이다.Therefore, in the prior art in which the area ratio except for the rainfall ratio is simply applied to the rainfall period, it is necessary to overestimate the above-mentioned transition flow rate, which causes the water resource abundance of the corresponding watershed to be overestimated will be.
이에 본 발명에서는 도 2의 하단부에서와 같이, 대상유역 및 실측유역의 유역강우 조건을 다각적으로 고려하고, 실측유역에서 대상유역을 제외한 잔여유역을 설정하여, 전이유량(Qt)의 산정에 활용함으로써, 무강우 기간에 대한 비유량법 적용시 발생되는 모순점을 해결함과 동시에, 실제 유출현상을 충실히 반영한 합리적인 결과를 도출할 수 있도록 하였다.Therefore, in the present invention, as in the lower part of FIG. 2, the watershed precipitation conditions of the target watershed and the actual watershed are considered variously, and the remaining watershed excluding the target watershed is set in the actual watershed, In addition to solving the inconsistencies in the application of the non-flow rate method over the rainless period, it is possible to derive a reasonable result that faithfully reflects the actual runoff phenomenon.
이러한 본 발명에 있어서의 대상유역 및 실측유역의 강우조건은 도 2에서와 같이, 대상유역우량(Pt)이 0이 아닌 경우, 대상유역우량(Pt)과 실측유역우량(Pm)이 모두 0인 경우, 또는 대상유역우량(Pt)은 0이나 실측유역우량(Pm)은 0이 아닌 경우의 3가지 경우로 설정될 수 있다.The rainfall conditions of the target watershed and the actual watershed in the present invention are such that the target watershed rain rate Pt and the actual watershed rainfall rate Pm are both 0 when the target watershed rain rate Pt is not 0, , Or the case where the target watershed rain rate (Pt) is 0 but the actual watershed rain rate (Pm) is not 0 can be set.
단순 논리상 대상유역 및 실측유역의 무강우 여부에 따른 경우의 수는 총 4개이나, 대상유역은 실측유역에 완전히 포함되는 소유역인 바, 대상유역의 강우량이 존재하는 경우 실측유역의 강우량 또한 반드시 존재할 수 밖에 없으므로, 일단 대상유역이 무강우가 아니면 실측유역의 무강우 여부는 판단할 필요가 없으며, 따라서 본 발명에 있어서 실질적 경우의 수는 3으로 압축될 수 있다.In the simple logistic case, the total number of cases in the target watershed and the actual watershed is four, but the target watershed is a subwatershed completely included in the actual watershed. If there is rainfall in the watershed, Therefore, it is not necessary to judge whether the actual watershed is rainless unless the target watershed is non-rainfall. Therefore, in the present invention, the actual number can be reduced to three.
우선, 대상유역우량(Pt)이 0이 아닌 경우, 즉, 대상유역우량(Pt) 및 실측유역우량(Pm) 공히 0이 아닌 경우에는, 실측유량(Qm)에 실측유역면적(Am)에 대한 대상유역면적(At)의 비와 실측유역우량(Pm)에 대한 대상유역우량(Pt)의 비를 곱하여 전이유량(Qt)를 산출하는 복합전이단계(S41)가 수행된다.First, when the target wastewater rain amount Pt is not 0, that is, when both the target wastewater rain amount Pt and the actual watershed rainfall amount Pm are not 0, the actual flow amount Qm is set to the actual wastewater area Am A complex transition step S41 is performed in which the transition flow rate Qt is calculated by multiplying the ratio of the target watershed area At to the ratio of the target watershed rain rate Pt to the actual watershed rain rate Pm.
또한, 대상유역우량(Pt)과 실측유역우량(Pm)이 모두 0인 경우, 실측유량(Qm)에 실측유역면적(Am)에 대한 대상유역면적(At)의 비를 곱하여 전이유량(Qt)를 산출하는 면적전이단계(S42)가 수행된다.When both the target wastewater quality Pt and the actual wastewater quality Pm are both 0, the transition flow Qt is calculated by multiplying the actual flow Qm by the ratio of the actual watershed area Am to the target wastewater area At. An area transfer step S42 is performed.
종래기술에 있어서 전이유량의 과대산정을 유발하는 대상유역의 무강우 기간 즉, 대상유역우량(Pt)은 0이나 실측유역우량(Pm)은 0이 아닌 경우, 실측유량(Qm)에 실측유역면적(Am)에 대한 잔여유역면적(Ar)의 비와 실측유역우량(Pm)에 대한 잔여유역우량(Pr)의 비를 곱한 값을 실측유량(Qm)에서 차감하여 전이유량(Qt)를 산출하는 차감전이단계(S43)가 수행됨으로써, 면적비 단독 적용으로 인한 전이유량의 과대산정을 방지하고 실제 유출현상이 충실히 반영된 결과를 획득할 수 있다.In the case where the rainfall duration of the target watershed, that is, the target watershed rain rate Pt is 0 but the actual watershed rainfall rate Pm is not 0 in the prior art, which causes the over estimation of the transition flow rate in the related art, The value obtained by multiplying the ratio of the residual watershed area Ar to the actual watershed rain quantity Am by the ratio of the residual watershed rain quantity Pr to the actual watershed rain quantity Pm is subtracted from the actual flow quantity Qm to calculate the transition flow quantity Qt By performing this step S43, it is possible to prevent the excessive calculation of the transition flow due to the application of the area ratio alone, and obtain the result that the actual flow phenomenon is faithfully reflected.
이러한, 복합전이단계(S41) 내지 차감전이단계(S43)는 실측유량(Qm)의 시계열자료 전체에 대하여 반복 수행되어, 동일한 자료기간을 가지는 시계열 자료인 전이유량(Qt)이 수립되며, 수립된 전이유량(Qt)은 단위환산 또는 합산 등의 가공을 거쳐 다양한 수자원개발 사업에 활용될 수 있다.The complex transition steps S41 to S43 are repeatedly performed on the entire time series data of the actual flow rate Qm to establish a transition flow rate Qt which is time series data having the same data period, Transition flow rate (Qt) can be utilized in various water resource development projects through processing such as unit conversion or addition.
도 7은 본 발명을 통하여 산정된 전이유량(Qt)이 본 발명을 수행하는 프로그램에 의하여 컴퓨터의 화면에 출력된 상태를 예시한 것으로, 도면상 원시 산정치(Raw Value)는 무강우 기간에 대하여 단순 면적비만이 적용되는 종래기술에 의한 산정결과를 표시한 것이고, 도면상 수정 산정치(Modified Value)는 본 발명이 적용되어 대상유역 무강우 기간에 차감전이단계(S43)가 적용된 산정결과를 표시한 것인데, 동 도면을 통하여 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명을 통하여 대상유역의 무강우 기간 유출량이 비현실적으로 과대산정되는 종래기술의 문제점을 극복하고 실제 강우-유출현상을 충실히 반영한 합리적 결과가 도출됨을 확인할 수 있다.
FIG. 7 is a diagram illustrating a state in which a transition rate (Qt) estimated by the present invention is output to a computer screen by a program for carrying out the present invention. The raw value in FIG. (S43) is applied to the target watershed-free rainfall period by applying the present invention, and the modified result is shown in the drawing. As can be seen from the figure, the present invention overcomes the problems of the prior art in which the runoff amount of the rainfall period of the target watershed is unrealistically overestimated through the present invention, and a rational result that faithfully reflects the actual rainfall- Can be confirmed.
S11 : 유역정보입력단계
S21 : 하천정보입력단계
S22 : 실측유량수립단계
S31 : 지점우량수립단계
S32 : 티센망구축단계
S33 : 유역우량산정단계
S41 : 복합전이단계
S42 : 면적전이단계
S43 : 차감전이단계S11: Watershed information input step
S21: Step of entering river information
S22: Actual flow setting step
S31: Establishment of the spot goodness
S32: Thyssen building stage
S33: Calculation of basin rainfall
S41: Complex transition step
S42: Area transfer step
S43:
Claims (1)
실측유역면적(Am), 대상유역면적(At) 및 잔여유역면적(Ar)과, 실측유역, 대상유역 및 잔여유역의 경계선이 입력되는 유역정보입력단계(S11)와;
실측유역 유출구의 하천단면, 하천경사 및 조도가 포함되는 하천 특성정보가 입력되는 하천정보입력단계(S21)와;
실측유역 유출구의 수위정보가 입력되고 상기 하천 특성정보가 적용되어 지속기간별 시계열 실측유량(Qm)이 수립되는 실측유량수립단계(S22)와;
강우관측소별 강우정보가 입력되고 강우관측소별, 지속기간별 시계열 지점우량이 수립되는 지점우량수립단계(S31)와;
강우관측소의 좌표가 입력되고, 상기 실측유역 및 대상유역의 경계선과 합성되어 티센망이 구축되며, 실측유역, 대상유역 및 잔여유역의 티센면적비가 산정되는 티센망구축단계(S32)와;
강우관측소별 지점우량을 상기 티센면적비로 가중합산하여 지속기간별 시계열 실측유역우량(Pm), 대상유역우량(Pt) 및 잔여유역우량(Pr)이 산정되는 유역우량산정단계(S33)와;
대상유역우량(Pt)이 0이 아닌 경우, 실측유량(Qm)에 실측유역면적(Am)에 대한 대상유역면적(At)의 비와 실측유역우량(Pm)에 대한 대상유역우량(Pt)의 비를 곱하여 전이유량(Qt)를 산출하는 복합전이단계(S41)와;
대상유역우량(Pt)과 실측유역우량(Pm)이 모두 0인 경우, 실측유량(Qm)에 실측유역면적(Am)에 대한 대상유역면적(At)의 비를 곱하여 전이유량(Qt)를 산출하는 면적전이단계(S42)와;
대상유역우량(Pt)은 0이나 실측유역우량(Pm)은 0이 아닌 경우, 실측유량(Qm)에 실측유역면적(Am)에 대한 잔여유역면적(Ar)의 비와 실측유역우량(Pm)에 대한 잔여유역우량(Pr)의 비를 곱한 값을 실측유량(Qm)에서 차감하여 전이유량(Qt)를 산출하는 차감전이단계(S43)로 이루어짐을 특징으로 하는 기지 유량 전이를 이용한 미계측 유역 유출량 산정방법.A method for estimating the runoff of an ungaged watershed by using a non-flow method that uses the ratio of the watershed area and the rainfall to transfer the runoff of the base watershed to the unknown watershed,
A watershed information input step (S11) for inputting actual watershed area (Am), target watershed area (At), remaining watershed area (Ar), and boundaries of actual watersheds, target watersheds and remaining watersheds;
A river information input step (S21) for inputting river characteristic information including a river cross section, a river gradient, and an illuminance of an actual watershed outlet;
A measured flow rate setting step (S22) in which the level information of the actual watershed outlet is input and the river characteristic information is applied to establish a time series measured flow rate (Qm) for each duration;
A rainfall setting step (S31) in which rainfall information for each rainfall observing station is input and a time series point rainfall is established for each rainfall observing station;
A thinsen network building step (S32) in which the coordinates of a rainfall observing station are input, a thinsen network is constructed by synthesizing the coordinates of the actual watershed and the target watershed, and a thesis line area ratio of the actual watershed, the target watershed and the remaining watershed is calculated;
A basin rain rate calculation step (S33) in which time series actual watershed rainfall (Pm), target wastewater rainfall (Pt), and remaining wastewater rainfall rate (Pr) are calculated by weighting the spot rainfall by the rainfall observing site with the thyssen area ratio;
The ratio of the target watershed area At to the actual watershed area Am and the ratio of the target watershed rainfall rate Pt to the actual watershed rainfall Pm to the actual watershed Am A complex transition step (S41) of calculating a transition flow rate (Qt) by multiplying the ratio by a ratio;
If the target wastewater quality Pt and the actual wastewater rainfall Pm are both 0, the transition flow Qt is calculated by multiplying the actual flow Qm by the ratio of the actual watershed area Am to the target wastewater area At An area transfer step S42;
The ratio of the remaining watershed area Ar to the actual watershed area Am to the actual flow rate Qm and the actual watershed rainfall Pm is 0 when the target watershed rain Pt is 0 but the actual watershed rainfall Pm is not 0, (S43) for calculating a transition flow rate (Qt) by subtracting a value obtained by multiplying a ratio obtained by multiplying the ratio of the residual watershed rain quantity (Pr) to the measured flow volume (Qm) Estimation of runoff.
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