KR20240000915A - Water supply and demand analysis method based on historical data by using downscaling watershed and recording medium storing program for executing the method - Google Patents

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KR20240000915A
KR20240000915A KR1020220077705A KR20220077705A KR20240000915A KR 20240000915 A KR20240000915 A KR 20240000915A KR 1020220077705 A KR1020220077705 A KR 1020220077705A KR 20220077705 A KR20220077705 A KR 20220077705A KR 20240000915 A KR20240000915 A KR 20240000915A
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KR1020220077705A
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강신욱
이정주
남우성
홍성재
권현한
김장경
홍성훈
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한국수자원공사
대한민국(환경부 한강홍수통제소장)
세종대학교산학협력단
주식회사 베이지안웍스
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Abstract

본 발명은 하천 절점에 따라 세분화한 소유역 단위로 자연 유량을 추정하고, 하천 각 지점의 방류 요소, 취수 요소 및 회귀 요소를 하천망에 연계시킨 물순환 모델을 사용하여, 소유역별 자연 유량과 각 요소에 의한 유량을 하천 흐름을 따라 적산하는 과정을 수행하여 하천의 각 지점에 대해 물수지를 분석하며, 물수지 분석에 따라 추정한 각 지점의 유량을 관측 유량에 따라 보정하여, 각 지점의 물수급 상황을 정확하게 평가할 수 있는 유역 상세화를 통한 실적자료 기반 물수급 분석 방법 및 그 방법을 구현하기 위한 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 저장된 프로그램에 관한 것이다.The present invention estimates the natural flow rate in sub-basin units subdivided according to river nodes, and uses a water cycle model that links discharge elements, intake elements, and regression elements at each point of the river to the river network to estimate the natural flow rate for each sub-basin and each element. The water balance is analyzed for each point in the river by performing a process of integrating the flow rate along the river flow, and the flow rate at each point estimated according to the water balance analysis is corrected according to the observed flow rate to determine the water supply and demand situation at each point. It relates to a water supply and demand analysis method based on performance data through watershed detailing that can accurately evaluate water supply and demand, and a program stored in a computer-readable recording medium to implement the method.

Description

유역 상세화를 통한 실적자료 기반 물수급 분석 방법 및 그 방법을 구현하기 위한 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 저장된 프로그램{WATER SUPPLY AND DEMAND ANALYSIS METHOD BASED ON HISTORICAL DATA BY USING DOWNSCALING WATERSHED AND RECORDING MEDIUM STORING PROGRAM FOR EXECUTING THE METHOD}A water supply and demand analysis method based on performance data through basin detailing and a program stored in a computer-readable recording medium for implementing the method METHOD}

본 발명은 하천 절점에 따라 세분화한 소유역과, 하천 각 지점의 방류 요소, 취수 요소 및 회귀 요소를 하천망에 연계시킨 물순환 모델을 생성하여, 하천의 각 지점에 대해 물수지 분석하여 유량을 추정하고, 추정한 각 지점의 유량을 관측 유량에 따라 보정하여 물수급 상황을 정확하게 평가할 수 있는 유역 상세화를 통한 실적자료 기반 물수급 분석 방법 및 그 방법을 구현하기 위한 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 저장된 프로그램에 관한 것이다.The present invention creates a water cycle model that links sub-basins subdivided according to river nodes, discharge elements, intake elements, and regression elements at each point of the river to the river network, analyzes the water balance for each point of the river, and estimates the flow rate. , a water supply and demand analysis method based on performance data through basin detailing that can accurately evaluate the water supply and demand situation by correcting the estimated flow rate at each point according to the observed flow rate, and a program stored in a computer-readable recording medium to implement the method. It's about.

생활용수 및 공업용수는 대부분 댐, 저수지 등을 통해 공급이 이루어지지만, 하천에서 직접 취수하여 공급하기도 한다. 또한, 농업용수는 저수지에서 공급하기도 하지만, 하천을 따라 조성된 농업용수 수요구역의 경우에는 하천에서 직접 취수하여 공급한다.Most domestic and industrial water is supplied through dams and reservoirs, but it is also supplied directly from rivers. In addition, agricultural water is sometimes supplied from reservoirs, but in the case of agricultural water demand areas created along rivers, water is supplied directly from the river.

이에 따라, 하천의 임의 취수 지점에 대해 가뭄 모니터링하며 효율적으로 하천 관리하기 위해서는, 강우에 의한 각 지점의 자연유량과, 댐, 보, 저수지 등의 공급 유량과, 하천 각 지점에서의 취수 유량과, 취수함 물이 하천으로 회귀한 회귀 유량을 종합적으로 세밀하게 분석하여 하천 임의 지점의 유량을 일 단위로 정확하게 생산할 수 있어야 한다.Accordingly, in order to efficiently manage rivers by monitoring drought at arbitrary water intake points of the river, the natural flow rate at each point due to rainfall, the supply flow rate from dams, weirs, reservoirs, etc., the water intake flow rate at each point of the river, It must be possible to accurately produce the flow rate at any point in the river on a daily basis by comprehensively and in detail analyzing the return flow rate of water from the intake tank returning to the river.

그런데 기존에는 대권역 또는 중권역 단위로 생성한 강우-유출 모형을 최적화하는 얻은 매개변수를 표준유역으로 전이하여 표준유역의 자연유량을 추정하므로 표준유역 이하로 세분화하여 하천의 임의 지점에 대한 자연유량을 얻는데 직접적으로 활용할 수 없었고, 강우-유출 모형의 오차가 있으므로 실제 자연유량을 관측 유량에 따라 추정하여야 하는데 각각의 지점에 존재하는 취방류 시설물의 실적을 충실하게 반영하기 어려워서 실제 자연유량을 정확하게 얻을 수도 없었다.However, in the past, the parameters obtained for optimizing the rainfall-runoff model created at the large or mid-area level are transferred to the standard watershed to estimate the natural flow rate in the standard watershed, so the natural flow rate for any point in the river is subdivided into standard watersheds or lower. It could not be used directly to obtain, and since there is an error in the rainfall-runoff model, the actual natural flow rate must be estimated based on the observed flow rate, but it is difficult to faithfully reflect the performance of the intake and discharge facilities existing at each point, so the actual natural flow rate cannot be obtained accurately. There was no way.

또한, 기존에는 댐 및 보의 공급수량 자료를 대부분 직접 얻을 수 있게 되어 있으나 저수지의 공급수량은 직접 얻을 수 없었고, 용수 목적, 용수 수요지역 규모, 특성 등에 따라 일률적으로 정한 기준을 적용하여 취수량 및 회귀수량을 추정하므로 일 단위의 정확한 유량을 얻기 어렵고, 더욱이, 기존에는 중권역 단위의 개념적 물순환 모델을 사용하여 분석하므로, 임의 지점의 유량을 일 단위로 생산할 수 없었다.In addition, although most of the data on the supply water of dams and weirs could be obtained directly, the supply water of reservoirs could not be obtained directly, and standards set uniformly according to the purpose of water, the size and characteristics of the water demand area, etc. were applied to determine water intake and regression. Because water volume is estimated, it is difficult to obtain accurate flow rates on a daily basis. Moreover, because the existing analysis was done using a conceptual water cycle model at the mid-area level, the flow rate at an arbitrary point could not be produced on a daily basis.

이에, 출원인의 발명자는 하천의 절점을 기준으로 세분화한 유역도를 사용하고, 방류, 취수 및 회귀에 관련된 하천의 각 지점 요소를 실적 자료에 따라 하천망에 연계시켜 각 지점의 물수지를 분석할 수 있는 물순환 모델을 개발하여, 하천 전반에 대한 물수급 상황을 평가할 수 있는 기반을 마련하였다.Accordingly, the applicant's inventor was able to analyze the water balance at each point by using a watershed map segmented based on the nodes of the river and linking the elements of each point of the river related to discharge, intake and return to the river network according to performance data. By developing a water cycle model, we have laid the foundation for evaluating the water supply and demand situation across rivers.

하지만, 발명자가 개발한 물순환 모델은 유역을 소유역으로 상세화하여 소유역별 자연유량을 추정하는 방법과, 저수지에서 직접 물 공급하는 농업용수 수요구역의 논배수모형에 따른 회귀 유량 산정 방법과, 추정한 유량의 검증 방법에 중점을 두고 있어서, 하천 유역에 존재하는 요소 전체를 정확하게 반영하며 분석하기에 미흡한 부분이 있고, 특히, 댐, 보 및 저수지의 영향과, 저주지로 직접 물 공급받지 아니하는 농업용수 수요구역에 대한 취수량 및 회귀량과, 추정 유량의 검증 결과를 반영하는 방법과, 자연 유량의 보정 및 활용 방법 등을 전반적으로 반영하여 하천 구간별 물수지를 정확하게 분석하는데에는 한계가 있었다.However, the water cycle model developed by the inventor includes a method of estimating the natural flow rate for each sub-basin by detailing the basin into sub-basins, a method of calculating the return flow rate according to the paddy drainage model of the agricultural water demand area where water is supplied directly from the reservoir, and the estimated Because the focus is on the flow verification method, there are some shortcomings in accurately reflecting and analyzing all the elements that exist in the river basin, especially the influence of dams, weirs, and reservoirs, and agricultural water that is not directly supplied to low-lying areas. There were limitations in accurately analyzing the water balance for each river section by generally reflecting the water intake and return volume for the demand area, the verification results of the estimated flow rate, and the correction and utilization method of the natural flow rate.

수문학적 가뭄 모니터링을 위한 실적자료 기반 물순환 모델 개발(The development of water circulation model based on quasi-realtime hydrological data for drought monitoring), 한국수자원학회논문집 v.53 no.8, pp. 569 - 582, 2020년, 1226-6280 , 한국수자원학회 The development of water circulation model based on quasi-realtime hydrological data for drought monitoring, Journal of the Korean Society of Water Resources v.53 no.8, pp. 569 - 582, 2020, 1226-6280, Korean Society of Water Resources 수문학적 가뭄 평가 예측을 위한 실적자료 기반 물순환 모델 소개, 물과 미래 : 한국수자원학회지 = Water for future v.53 no.4, pp. 16 - 23, 2020, 1738-9488, 한국수자원학회 Introduction to a water cycle model based on performance data for hydrological drought assessment and prediction, Water and Future: Journal of the Korean Society of Water Resources = Water for future v.53 no.4, pp. 16 - 23, 2020, 1738-9488, Korean Society of Water Resources

따라서, 본 발명의 목적은 방류하는 요소와 다양한 형태의 농업용수 수요구역을 반영한 물순환 모델을 구성하고, 이를 기반으로 하천 전반에 대해 유량을 보정하여 정확하게 추정함은 물론이고 자연 유량도 적응적으로 정확하게 추정하여서, 하천의 각 구간에 대한 물수급 상황을 활용 가능한 수준으로 살필 수 있게 하는 유역 상세화를 통한 실적자료 기반 물수급 분석 방법 및 그 방법을 구현하기 위한 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 저장된 프로그램을 제공하는 것이다.Therefore, the purpose of the present invention is to construct a water cycle model that reflects discharge elements and various types of agricultural water demand areas, and based on this, not only correct and accurately estimate the flow rate for the entire river, but also adaptively estimate the natural flow rate. A water supply and demand analysis method based on performance data through basin detail that enables the water supply and demand situation for each section of the river to be examined at a usable level by accurately estimating it, and a program stored in a computer-readable recording medium to implement the method. It is provided.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 기상 자료와, 분석 대상 유역의 강우-유출 모형과, 댐, 보 및 저수지를 포함한 공급 요소의 방류 유량 실적 자료와, 상수도 취수장, 하천수 사용시설물, 양수장을 포함하는 취수 요소의 취수 유량 실적 자료와, 하수처리장, 농업용수 수요구역을 포함하는 회귀 요소 중에 하수처리장의 회귀 유량 실적 자료 및 농업용수 수요구역의 논배수 모형과, 하천 상의 유량 관측 지점에서 얻는 관측 유량을 입력받아 저장한 데이터베이스부(20)의 자료를 데이터 처리부(30)로 분석하여 물수급 현황을 판단하는 유역 상세화를 통한 실적자료 기반 물수급 분석 방법에 있어서, 하천(100)의 합류 지점, 강우 유출의 집속 지점, 공급 요소의 지점, 하천의 본류 발원지나 아니면 본류의 유입 지점 및 하천의 지류 발원지가 하천 절점(103)으로 설정되고 하천 절점(103)을 기준으로 분석 대상 유역을 분할하여 얻는 소유역(200)이 구간별로 매칭된 하천망을 생성한 후, 취수 요소와 회귀 요소를 하천망에 연계 절점(105, 106)을 설정하여 하천망에 연계시킨 물순환 모델을 생성하는 물순환 모델 생성단계(S100); 소유역별 자연유량을 강우-유출 모형을 이용하여 산정하고, 가산할 공급 요소의 방류 유량, 가산할 취수 요소의 취수 유량, 감산할 회귀 요소의 회귀 유량을 실적자료에 따라 결정하되, 회귀 요소 중에 농업용수 수요구역의 회귀 유량은 논배수 모형으로 산정하고, 하천의 흐름 방향을 따라가며 소유역별 자연유량을 순차적으로 적산하며 취수 요소의 취수 유량을 감산하고 회귀 요소의 회귀 유량을 감산하여 각 하천 절점(103)까지의 적산량을 얻되, 공급 요소를 맞날 시에 공급 요소의 방류 유량으로 적산량을 초기화하고, 각 하천 절점(103)까지의 적산량을 유량으로 추정하는 물수지 분석단계(S200); 유량 관측 지점의 추정 유량을 관측 유량에 맞추도록 보정한 후, 유량 관측 지점의 상류측에 존재하는 각 하천 절점(103)의 추정 유량을 동일한 보정 방식으로 보정하는 검증/보정단계(S300); 각 하천 절점(103)의 보정 유량에 따라 물수급 현황을 분석하는 물수급 분석단계(S400);를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention includes meteorological data, a rainfall-runoff model of the analysis target basin, discharge flow performance data of supply elements including dams, weirs, and reservoirs, and water intake stations, river water use facilities, and pumping stations. Among the regression elements including water intake flow performance data of water intake elements, sewage treatment plants, and agricultural water demand areas, regression flow performance data of sewage treatment plants, rice field drainage models of agricultural water demand areas, and observed flow rates obtained from flow observation points on rivers are used. In the water supply and demand analysis method based on performance data through basin detailing, which analyzes the data of the database unit 20 input and stored by the data processing unit 30 to determine the water supply and demand status, the confluence point of the river 100 and rainfall outflow The concentration point, the point of the supply element, the source of the main stream or the inflow point of the main stream and the source of the tributaries of the river are set as river nodes (103), and the subbasin obtained by dividing the analysis target basin based on the river nodes (103) ( 200) After creating a river network matched for each section, a water cycle model creation step (S100) of creating a water cycle model linked to the river network by setting nodes (105, 106) linking water intake elements and regression elements to the river network; The natural flow rate for each subbasin is calculated using the rainfall-runoff model, and the discharge flow rate of the supply factor to be added, the intake flow rate of the water intake factor to be added, and the regression flow rate of the regression factor to be subtracted are determined based on performance data. Among the regression factors, agricultural use The return flow rate of the water demand area is calculated using the rice field drainage model, and the natural flow rate for each sub-basin is sequentially integrated following the flow direction of the river. The water intake flow rate of the intake element is subtracted, and the return flow rate of the regression element is subtracted to reach each river node ( A water balance analysis step (S200) in which the accumulated amount up to 103) is obtained, but when a supply element is encountered, the accumulated amount is initialized with the discharge flow rate of the supply element, and the accumulated amount up to each river node 103 is estimated as the flow rate; After correcting the estimated flow rate at the flow rate observation point to match the observed flow rate, a verification/correction step (S300) of correcting the estimated flow rate at each river node 103 existing upstream of the flow rate observation point using the same correction method; It includes a water supply and demand analysis step (S400) in which the water supply and demand status is analyzed according to the corrected flow rate of each river node 103.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 유량에 영향을 주는 모든 절점을 갖도록 하천망을 세분화하여 자연유량도 상세하게 분석할 수 있고, 공급 요소에 의한 영향을 반영한 물순환 모델을 기반으로, 각 지점의 유량을 정확하게 추정할 수 있으므로, 하천 전반에 대해 물수급 상황을 명확하게 판단할 수 있다.The present invention, achieved as described above, can analyze the natural flow rate in detail by subdividing the river network to have all nodes that affect the flow rate, and based on a water cycle model that reflects the influence of supply factors, the flow rate at each point can be accurately determined. Since it can be estimated, the water supply and demand situation for the entire river can be clearly judged.

본 발명의 실시 예에 따르면, 실적자료를 확용하더라도 다양한 형태의 농업용수 수요구역의 취수 유량 및 회귀 유량을 보다 정확하게 추정하여서, 특히 가뭄 모니터링에 유용하게 활용할 수 있는 장점을 갖는다.According to an embodiment of the present invention, even if performance data is used, the water intake flow rate and return flow rate of various types of agricultural water demand areas can be more accurately estimated, which has the advantage of being particularly useful for drought monitoring.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 유역 상세화를 통한 실적자료 기반 물수급 분석 방법을 실시하기 위한 물수급 분석 장치의 블록 구성도.
도 2는 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 유역 상세화를 통한 실적자료 기반 물수급 분석 방법의 순서도.
도 3은 기존 중권역 유역 중에 어느 하나의 표준유역을 확대 도시한 유역도.
도 4는 본 발명에 따라 표준유역을 소유역으로 분할하여 얻는 상세유역도.
도 5는 취수 요소와 회귀 요소를 연계한 표준유역의 상세유역도와, 각각의 표준유역에 대해 소유역으로 분할하여 생성한 중권역 유역도
도 6는 물순환 모델의 예시적 개략 구성도.
도 7은 보정한 추정 유량과 실제 관측한 유량의 그래프.
1 is a block diagram of a water supply and demand analysis device for implementing a water supply and demand analysis method based on performance data through basin detail according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a flowchart of a water supply and demand analysis method based on performance data through basin detail according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a watershed diagram showing an enlarged view of one of the existing mid-region watersheds.
Figure 4 is a detailed watershed diagram obtained by dividing the standard watershed into subwatersheds according to the present invention.
Figure 5 is a detailed watershed map of the standard watershed linking water intake elements and regression elements, and a mid-watershed watershed map created by dividing each standard watershed into sub-watersheds.
6 is an exemplary schematic diagram of a water cycle model.
Figure 7 is a graph of the corrected estimated flow rate and the actual observed flow rate.

본 발명은 물수급 분석할 대상 하천의 절점을 기준으로 유역을 분할하여 표준유역보다 작은 면적을 갖는 소유역으로 세분화함으로써, 소유역 단위로 하천 구간의 물수지를 분석할 수 있는 기틀을 마련한 후 하천을 따라 존재하는 공급 요소, 취수 요소 및 회귀 요소를 위치에 맞춰 하천에 연계시킨 물순환 모델을 생성한다.The present invention divides the basin based on the nodes of the target river to be analyzed for water supply and demand and subdivides it into sub-basins with an area smaller than the standard basin, thereby establishing a framework for analyzing the water balance of the river section on a sub-basin basis and then following the river. Create a water cycle model that links existing supply elements, water intake elements, and return elements to the river according to their location.

그리고, 본 발명은 소유역 단위의 자연유량을 얻은 후, 상류에서 하류를 따라 순차적으로 내려오며 각 요소에 의한 물수지를 분석하여 각 절점의 유량을 추정한다. In addition, the present invention obtains the natural flow rate of the sub-basin unit, and then sequentially descends from upstream to downstream to estimate the flow rate at each node by analyzing the water balance by each element.

여기서, 공급 요소, 취수 요소 및 회귀 요소에 의한 물수지는 각 요소의 일 단위 실적에 근거하여 분석한다. 취수 요소 중에 실적을 일 단위로 갱신하며 얻을 수 없는 요소의 경우에는 과거 실적의 분석 결과와 기상 상황을 반영하여 생성한 시계열적 자료를 활용함으로써, 일 단위의 취수량을 모의하여 물수지를 분석할 수 있게 한다. 또한, 일 단위로 갱신되는 실적을 알고 있는 농업용수 취수 자료를 다른 논에 전이시켜 일 단위 취수량을 보완 수정할 수도 있다.Here, the water balance by supply factor, water intake factor, and regression factor is analyzed based on the daily performance of each factor. In the case of water intake elements that cannot be obtained by updating performance on a daily basis, the water balance can be analyzed by simulating daily water intake volume by utilizing time-series data generated by reflecting the analysis results of past performance and weather conditions. let it be In addition, the daily water intake amount can be supplemented and modified by transferring agricultural water intake data, whose performance is updated on a daily basis, to other rice fields.

본 발명은 물수지 분석하여 추정한 유량을 관측소의 관측 유량으로 검증하여 추정 유량을 보정하고, 보정 결과를 관측소의 상류측 하천 구간으로 전이시켜 각 구간의 추정 유량도 보정함으로써, 비계측 지점의 유량 자료도 정확하게 제시할 수 있다.The present invention corrects the estimated flow rate by verifying the flow rate estimated by water balance analysis with the observed flow rate of the observatory, and transfers the correction result to the river section upstream of the observatory to correct the estimated flow rate of each section, thereby adjusting the flow rate at the non-measured point. Data can also be presented accurately.

이에, 본 발명은 하천의 임의 지점에 대해 유량을 모니터링하여, 임의 지점의 물수급 현황을 분석 및 전망하고, 가뭄 발생지역을 세분화하여 판단할 수 있는 등 다양한 분야에서 다양한 용도로 활용할 수 있다.Accordingly, the present invention can be used for various purposes in various fields, such as monitoring the flow rate at an arbitrary point in a river, analyzing and forecasting the water supply and demand status at an arbitrary point, and segmenting and determining drought occurrence areas.

이를 위한 본 발명의 구체적인 실시 예들에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 구체적이고 다양한 예시들을 보여주며 설명한다. For this purpose, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the attached drawings, showing specific and various examples so that those skilled in the art can easily implement the present invention.

본 발명의 실시 예들은 본 발명의 범위 내에서 다양한 변경이나 수정을 통해 실시될 수 있음도 분명하므로, 설명하는 실시 예들에 한정되지는 않는다. 그리고, 본 발명의 실시예들은 잘 알려진 부품, 회로, 기능, 방법, 전형적인 상세한 내용에 대해서는 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 추가하여 실시할 수 있으므로, 자세히 기술하지 않기로 한다.It is clear that the embodiments of the present invention can be implemented through various changes or modifications within the scope of the present invention, and therefore are not limited to the described embodiments. In addition, since the embodiments of the present invention can be implemented by those skilled in the art by adding well-known parts, circuits, functions, methods, and typical details, they will not be described in detail.

본 발명의 실시 예는 소프트웨어와 하드웨어가 결합된 형태로 구현될 수 있고, 소프트웨어와 하드웨어 형태는 부품, 모듈, 부 등으로 기술될 수 있고, 기록매체에 구현된 컴퓨터에서 읽을 수 있는 프로그램 코드의 형태로 구현될 수 있다. Embodiments of the present invention may be implemented as a combination of software and hardware, and the software and hardware may be described as parts, modules, parts, etc., and may be in the form of computer-readable program code implemented on a recording medium. It can be implemented as:

어떤 구성요소를 ‘포함’한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.‘Including’ a certain component does not mean excluding other components, but rather including other components, unless specifically stated to the contrary.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 유역 상세화를 통한 실적자료 기반 물수급 분석 방법을 실시하기 위한 물수급 분석 장치(10)의 블록 구성도이다.Figure 1 is a block diagram of a water supply and demand analysis device 10 for implementing a water supply and demand analysis method based on performance data through basin detail according to an embodiment of the present invention.

물수급 분석 장치(10)는 하천의 각 지점의 물수지를 산정하는데 필요한 DB 자료를 입력하는 입력부(11), 입력한 DB 자료와 물순환 모델 생성, 물수지 산정 및 물수급 분석의 과정에서 생성되는 각종 자료를 저장하는 데이터베이스부(12), 데이터베이스부(12)의 자료를 읽어들여 물수급 분석하는 데이터 처리부(13) 및 물수급 분석 결과를 출력하는 출력부(14)를 포함한다.The water supply and demand analysis device 10 includes an input unit 11 that inputs DB data required to calculate the water balance at each point of the river, generates a water cycle model using the input DB data, and is generated in the process of water balance calculation and water supply and demand analysis. It includes a database unit 12 that stores various data, a data processing unit 13 that reads data from the database unit 12 and analyzes water supply and demand, and an output unit 14 that outputs the water supply and demand analysis results.

상기 입력부(11)를 통해 구축되는 상기 DB 자료는 아래의 표 1에 정리한 바와 같이 기상 자료, 자연유출 자료, 공급 자료, 취수 자료, 회귀 자료 및 관측 자료(검증 자료)를 포함하고, 각각의 자료에는 하천망에 공간적으로 연계하여 물순환 모델을 생성하기 위한 공간 자료도 부가되어 있다.The DB data constructed through the input unit 11 includes meteorological data, natural discharge data, supply data, water intake data, regression data, and observation data (verification data) as summarized in Table 1 below, and each The data also includes spatial data to create a water cycle model by spatially linking it to the river network.

구분division 상세 자료Detailed data 공간 자료space data 자료
주기
data
to give
갱신
주기
renewal
to give
자료 출처Source of data
기상 자료meteorological data 강수량, 최고기온,평균기온,최저기온,이슬점온도,풍속,일조시간 등Precipitation, maximum temperature, average temperature, minimum temperature, dew point temperature, wind speed, sunshine hours, etc. 관측 지점observation point
단위
Day
unit
매일everyday 기상청,홍수통제소,K-waterMeteorological Administration, Flood Control Center, K-water
자연유출 자료Natural runoff data 강우-유출 모형 자료
(TANK 모형)
Rainfall-runoff model data
(TANK model)
표준유역도
지형공간정보
Standard watershed map
Geospatial information
공급 자료supply material 댐,보 방류 실적Dam and weir discharge performance 시설물(댐,보) 위치Location of facilities (dams, weirs)
단위
Day
unit
매일everyday K-waterK-water
농업용수 공급 실적
(저수지 저수율 실적)
Agricultural water supply performance
(Reservoir water yield performance)
저수지 공간자료
농업용수 수요구역
유효저수량
Reservoir spatial data
Agricultural water demand area
Effective water storage volume

단위
Day
unit
매일
또는
추정
everyday
or
calculation
한국농어촌공사Korea Rural Community Corporation
취수 자료water intake data 상수도 취수실적
(생활/공업용수 취수실적)
Water intake performance
(Results of residential/industrial water intake)
취수 지점water intake point
단위
Day
unit
매년every year 기초조사 자료Basic research data
하천수 사용허가실적River water use permit performance 취수 지점water intake point
단위
Day
unit
매년every year 홍수통제소flood control station
양수장 취수실적Pumping station water intake performance 취수 지점
농업용수 수요구역
water intake point
Agricultural water demand area

단위
Day
unit
매일
또는
매면
everyday
or
If you tie it
한국농어촌공사Korea Rural Community Corporation
회귀 자료regression data 하수처리 방류실적Sewage treatment discharge performance 하수처리 배수 지점sewage treatment drainage point
단위
Day
unit
매년every year 기초조사 자료Basic research data
논배수 모형 자료Rice field drainage model data 농업용수 수요구역Agricultural water demand area 관측 자료
(검증 자료)
observation data
(Verification data)
관측소 수위/유량Station water level/flow 관측 지점observation point
단위
Day
unit
매일everyday 홍수통제소,K-waterFlood Control Center, K-water
댐/보 유입량/방류량Dam/weir inflow/discharge 관측 지점observation point
단위
Day
unit
매일everyday K-waterK-water
저수지 저수량(저수율)Reservoir storage volume (water retention rate) 관측 지점observation point
단위
Day
unit
매일everyday 한국농어촌공사Korea Rural Community Corporation

상기한 DB 자료에 대해서는 대한민국의 경우를 예를 들어 설명한다.The above DB data will be explained using the case of Korea as an example.

상기 기상 자료는 물수급 분석할 유역의 기상 현황 자료이며, 하기에서 설명하는 강우-유출 모형 및 논배수 모형으로 자연유량 및 회귀 유량을 산정하기 위해 필요한 항목으로서 강수량, 최고기온, 평균기온, 최저기온, 이슬점온도, 풍속, 일조시간 등을 포함할 수 있다. 이러한 기상 자료는 기상청, 홍수통제소, 한국수자원공사 등에서 분석 대상 유역에 속한 관측 자료만 일 단위로 매일 수집할 수 있다.The above meteorological data are the weather status data of the basin to be analyzed for water supply and demand, and are the items necessary to calculate the natural flow rate and return flow rate using the rainfall-runoff model and rice field drainage model described below, including precipitation, maximum temperature, average temperature, and minimum temperature. , dew point temperature, wind speed, sunlight hours, etc. Such meteorological data can be collected on a daily basis only from the Korea Meteorological Administration, Flood Control Center, Korea Water Resources Corporation, etc., only observation data belonging to the basin to be analyzed.

상기 자연유출 자료는 인위적인 물 사용 및 조절 행위가 전혀 없는 자연 상태에서 유역에 발생하는 자연유량을 추정하기 위한 강우-유출 모형에 관련된 자료로서, 물수급 분석할 대상이 되는 유역의 강우-유출모형을 학습시킬 자료 또는 분석 대상 유역에 대해 기존에 학습시켜 사용하던 강우-유출모형일 수 있다. 강우-유출모형은 대상 유역에 내린 강우가 대상 유역에서 유출되어 댐, 저수지, 하천 등의 급수 수원으로 유입되는 자연유량을 추정하기 위한 모델로서, 일 단위로 자연유량을 생성하기에 적합한 TANK 모형일 수 있다. 일반적으로 강우-유출모형은 중권역 단위로 과거 기상 관측 자료와 중권역 출구 지점에서의 과거 유량 관측 자료를 이용하여 학습시켜 모형의 매개변수를 최적화한 후, 중권역의 자연유량을 추정하고, 중권역을 세분화한 표준유역도에 근거하여 표준유역의 매개변수를 전이시켜 표준유역별로 자연유량을 추정한다. 이에, 하기에서 사용하는 강우-유출모형은 과거 관측 자료를 이용하여 생성하거나 또는 기존 사용하던 모형인 것으로 하며, 이와 관련해서는 공지된 기술이므로 더 이상의 상세 설명을 생략한다.The above natural runoff data is data related to a rainfall-runoff model for estimating the natural flow that occurs in the basin in a natural state without any artificial water use or control, and is a rainfall-runoff model for the basin that is the subject of water supply and demand analysis. It may be a rainfall-runoff model that has been previously learned and used for the data to be learned or the watershed to be analyzed. The rainfall-runoff model is a model for estimating the natural flow rate where rainfall in the target basin flows out of the target basin and flows into water supply sources such as dams, reservoirs, and rivers. It is a TANK model suitable for generating natural flow rate on a daily basis. You can. In general, the rainfall-runoff model is trained using past meteorological observation data and past flow observation data at the exit point of the mid-zone at the mid-zone level to optimize the model's parameters, then estimate the natural flow rate in the mid-zone. Based on the standard watershed map that subdivides the station, the parameters of the standard watershed are transferred to estimate the natural flow rate for each standard watershed. Accordingly, the rainfall-runoff model used below is either created using past observation data or is an existing model, and since it is a known technology, further detailed explanation will be omitted.

상기 공급 자료는 댐, 보, 저수지 등의 수원에서 분석 대상 유역의 하천에 공급하기 위해 방류하는 물의 양에 관한 자료이다. 한국수자원공사에서 관리하는 댐 및 보의 방류량은 방류할 시에 일 단위로 측정하여 데이터베이스화하므로 이를 방류 실적 자료로서 얻을 수 있으며, 댐 및 보의 시설물 위치를 포함한 공간 자료로서 필요하다. The above supply data is data on the amount of water released from water sources such as dams, weirs, reservoirs, etc. to supply the rivers in the basin to be analyzed. Discharge from dams and weirs managed by the Korea Water Resources Corporation is measured on a daily basis and created into a database when discharging water, so this can be obtained as discharge performance data and is necessary as spatial data including the location of dams and weirs' facilities.

농업용수 공급용 저수지의 방류 유량은 강우량에 따라 하천으로 방류하는 유량과 용수로를 통해 농업요수 수요구역으로 방류하는 유량으로 구분될 수 있다.The discharge flow rate from reservoirs for agricultural water supply can be divided into the flow rate discharged into rivers and the flow rate discharged into agricultural water demand areas through irrigation canals depending on the amount of rainfall.

용수를 위한 방류 유량은 한국농어촌공사에서 저수율을 일 단위로 측정하여 데이터베이스화하므로 이를 공급 실적(저수율 실적) 자료로서 얻고, 저수지 위치뿐만 아니라 용수 공급되는 농업용수 수요구역과 저수율 변동량으로 방류량을 추정하기 위한 유효저수량을 필요로 한다. 저수량은 유효저수량에 저수율을 곱셈하여 얻을 수 있으므로, 저수율 변동에 따른 저수량 변화로 저수지의 방류량을 추정할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 저수지 방류량의 통계자료에 따라 일 단위 1년치 자료를 얻어 데이터베이스화하고, 이 자료는 후술하는 바와 같이 관개량 산정에 이용한다.As for the discharge flow rate for water, the Korea Rural Community Corporation measures the water storage rate on a daily basis and creates a database, so this is obtained as supply performance (water storage rate performance) data, and the discharge volume is estimated based on not only the location of the reservoir, but also the agricultural water demand area to which water is supplied and the change in water storage rate. Effective water storage capacity is required for this purpose. Since the storage amount can be obtained by multiplying the effective storage amount by the storage rate, the discharge amount from the reservoir can be estimated based on the change in storage amount due to changes in the storage rate. According to an embodiment of the present invention, one year's worth of daily data is obtained and made into a database according to the statistical data of the reservoir discharge amount, and this data is used to calculate the amount of irrigation as described later.

한편, 분석 대상 유역의 하천이 상류 하천에 이어진 경우에는 상류 하천에서 유입되는 유량 자료를 공급 자료로 필요로 하지만, 상류측 유역에 대해 본 발명을 적용하여 얻는 상류측 유역의 출구 유량을 유입 유량으로 사용할 수 있다.On the other hand, if the stream in the analysis target basin is connected to the upstream stream, flow data flowing in from the upstream stream is required as supply data, but the outlet flow rate of the upstream basin obtained by applying the present invention to the upstream basin is used as the inflow flow rate. You can use it.

상기 취수 자료는 하천 취수실적 자료로서, 상수도 취수장의 취수실적 자료와 하천수 사용시설물의 하천수 사용허가실적 자료와 양수장의 취수실적 자료를 포함할 수 있다. 상수도 취수장의 취수실적 자료는 생활용수 또는 공업용수 공급을 위한 취수량 실적으로서, 취수장의 취수실적으로 파악될 수 있고, 또는 월단위의 상수도 요금부과자료로부터 얻는 급수실적에 취수장, 정수장 및 배수지의 운영실적으로 얻는 손실량을 반영하여 취수실적을 파악할 수도 있다. 이러한 취수실적을 매년 기초조사를 수행하여 일 단위의 자료로 데이터베이스화할 수 있다. 하천수 사용허가실적 자료는 하천수 사용시설물의 취수 허가량을 관리하는 홍수통제소로부터 매년 얻어서 일 단위의 자료로 데이터베이스화할 수 있다. The water intake data is river water intake performance data and may include water intake performance data from water supply intake stations, river water use permit data from river water use facilities, and water intake performance data from pumping stations. The water intake performance data of the water intake station is the water intake performance for the supply of domestic water or industrial water, and can be understood as the water intake performance of the water intake station, or the water supply performance obtained from monthly water supply charging data and the operation performance of the water intake plant, water purification plant, and drainage basin. Water intake performance can also be determined by reflecting the amount of loss obtained. This water intake performance can be converted into daily data into a database by conducting a basic survey every year. River water use permit performance data can be obtained annually from the flood control office that manages the water intake permit for river water use facilities and converted into a database as daily data.

양수장은 하천에서 직접 취수하는 시설물로서, 취수실적 자료는 매년 운용실적에 따라 얻어서 일 단위의 자료를 생성하고, 매일 운용실적을 관리하는 양수장의 경우 일 단위의 자료를 직접 얻을 수 있다. 이 경우에는 양수장의 수혜지역에 대한 공간자료를 포함한다. 한편, 양수장이 설치되지 아니한 농업용수 수혜지역에 대해서는 실적 자료를 사전조사하여 일 단위의 자료로 변환 데이터베이스화할 수도 있으며, 이 경우에는 수혜지역에 대한 공간자료를 포함한다. 실적 자료를 얻기 어려운 경우에는 수혜지역의 공간자료만 데이터베이스화한다.A pumping station is a facility that directly collects water from the river. Water intake performance data is obtained based on annual operation performance to generate daily data. In the case of a pumping station that manages daily operation performance, daily data can be obtained directly. In this case, spatial data on the benefit area of the pumping station are included. Meanwhile, for agricultural water beneficiary areas where pumping stations are not installed, performance data can be conducted in advance and converted into daily data into a database. In this case, spatial data on the beneficiary areas are included. In cases where it is difficult to obtain performance data, only the spatial data of the beneficiary area is databased.

이러한 취수실적 자료는 취수 지점의 위치를 공간 자료에 포함시킨다. These water intake performance data include the location of the water intake point as spatial data.

상기 회귀 자료는 하수처리장의 방류실적 자료와 논배수 모형 자료를 포함한다. 하수처리장의 방류실적 자료는 하수처리장의 월 단위 운용실적에 대한 기초조사를 매년 수행하여 일 단위 자료로 입력 및 데이터베이스화할 수 있고, 배수 지점의 공간 자료를 포함한다. The above regression data includes sewage treatment plant discharge performance data and paddy field drainage model data. The discharge performance data of the sewage treatment plant can be input and databased as daily data by conducting a basic survey on the monthly operation performance of the sewage treatment plant every year, and includes spatial data of the discharge point.

논배수 모형 자료는 농업용수 수요구역을 통한 물의 흐름을 모의한 모형으로서, 하기에서 설명하는 수학적 모델식의 물꼬 높이, 용수로의 송수 손실률, 용수로 배수율, 침투량 및 증발산량에 관한 자료를 포함하고, 아울러 농업용수 수요구역의 공간자료도 포함한다. 여기서, 공간자료는 저수지에서 물 공급하는 경우에 저수지와 연계시켜 데이터베이스화한다.The rice field drainage model data is a model that simulates the flow of water through the agricultural water demand area, and includes data on the height of the water pipe, water transmission loss rate to the irrigation canal, irrigation canal drainage rate, infiltration amount, and evapotranspiration amount according to the mathematical model described below, and also includes data on the water flow through the agricultural water demand area. Spatial data on agricultural water demand areas are also included. Here, spatial data is linked to the reservoir and made into a database when water is supplied from the reservoir.

상기 관측 자료(검증 자료)는 하천의 유량을 얻을 수 있는 자료로서, 수위 관측소 또는 유량 관측소의 관측 자료, 댐 또 보에서 관측한 유입량 및 방유량, 저수지에서 관측한 저수율(저수량)을 포함할 수 있고, 아울러, 관측 지점의 공간자료를 포함하며, 이러한 관측 자료는 관측 관리하는 훙수통제소, 한국수자원공사, 한국농어촌공사 등에서 매일 수집하여 일 단위 자료로 데이터베이스화한다.The above observation data (verification data) is data from which the flow rate of the river can be obtained, and may include observation data from a water level observation station or flow rate observation station, inflow and discharge amounts observed at dams or weirs, and water storage rate (storage volume) observed at reservoirs. In addition, it includes spatial data of observation points, and these observation data are collected daily from the Hongsu Control Center, Korea Water Resources Corporation, and Korea Rural Community Corporation, which manage the observations, and are converted into daily data into a database.

본 발명의 실시 예에 따른 유역 상세화를 통한 실적자료 기반 물수급 분석 방법은 이상에서 설명한 상기 DB 자료를 기반으로 물수급 분석하는 상기 데이터 처리부(13)에 의해 이루어진다. The water supply and demand analysis method based on performance data through basin detail according to an embodiment of the present invention is performed by the data processing unit 13 that analyzes water supply and demand based on the DB data described above.

이를 위한 상기 데이터 처리부(13)는 도 2의 순서도에 따른 본 발명의 실시 예를 수행하기 위해서, 물순환 모델 생성단계(S100)를 수행할 물순환 모델 생성부(13a), 물수지 분석단계(S200)를 수행할 물수지 분석부(13b), 검증/보정단계(S300)를 수행할 검증/보정부(13c) 및 물수급 분석단계(S400)를 수행할 물수습 분석부(13d)를 프로그램적 구성요소로 구비한다.The data processing unit 13 for this purpose includes a water cycle model creation unit 13a to perform the water cycle model creation step (S100), and a water balance analysis step ( Program the water balance analysis unit 13b to perform the verification/correction step (S300), the verification/correction unit 13c to perform the water supply and demand analysis step (S400), and the water balance analysis unit 13d to perform the water supply and demand analysis step (S400). Equipped with enemy components.

상기 물순환 모델 생성부(13a)는 상기 물순환 모델 생성단계(S100)의 유역 상세화단계(S110) 및 취수/회귀 연계단계(S120)를 순차적으로 수행하여서, 표준유역을 분할하여 얻는 소유역 단위의 구간 자연유량과 구간별 취수 유량 및 회귀 유량에 따라 각 절점(또는 각 구간)의 물수지를 분석할 수 있는 물순환 모델을 생성한다.The water cycle model creation unit 13a sequentially performs the basin detailing step (S110) and the water intake/return linkage step (S120) of the water cycle model creation step (S100) to create a sub-basin unit obtained by dividing the standard watershed. Create a water cycle model that can analyze the water balance at each node (or each section) according to the section natural flow rate, section-specific water intake flow rate, and return flow rate.

도 3 내지 도 5는 예시적으로 중권역 유역을 물수급 분석 유역으로 한 경우의 물순환 모델 생성과정을 보여주는 도면이다. 구체적으로서, 도 3은 기존 분석 단위인 표준유역을 보여주기 위해서 기존 중권역 유역도 중에 어느 하나의 표준유역을 확대 도시한 표준유역도이고, 도 4는 본 발명에 따라 표준유역을 소유역으로 분할하여 얻는 상세유역도이고, 도 5는 취수 요소와 회귀 요소를 연계한 표준유역의 상세유역도와 각각의 표준유역에 대해 소유역으로 분할하여 생성한 중권역 유역도이다.Figures 3 to 5 are diagrams showing the water cycle model creation process when the mid-region basin is used as a water supply and demand analysis basin as an example. Specifically, Figure 3 is a standard watershed diagram that enlarges one of the existing mid-region watershed maps to show the standard watershed, which is the existing analysis unit, and Figure 4 shows the standard watershed divided into sub-watersheds according to the present invention. This is a detailed watershed map obtained, and Figure 5 is a detailed watershed map of a standard watershed linking water intake elements and regression elements, and a mid-watershed watershed map created by dividing each standard watershed into sub-watersheds.

도 3에 예시한 바와 같이 표준유역도에서 하천(100)은 유역 입구에서 유역 출구에 이르는 본류(101)를 따라 지류(102)가 합류하지만, 기존에는 이러한 표준유역 단위로 자연유량을 산정하므로, 유역 출구에서 얻는 자연유량에 따라 표준유역 전체에 대해 물수급 분석할 수밖에 없었다. 그렇지만, 본 발명에서는 표준유역을 보다 세분화하여 경계를 설정한 소유역 단위로 물수급 분석하며, 이를 위해서 상기 유역 상세화단계(S110) 및 취수/회귀 연계단계(S120)를 수행하여 물순환 모델을 생성한다.As illustrated in FIG. 3, in the standard watershed map, the river 100 is joined by a tributary stream 102 along the main stream 101 from the watershed entrance to the watershed outlet. However, the natural flow rate is traditionally calculated in units of these standard watersheds, There was no choice but to analyze water supply and demand for the entire standard basin according to the natural flow obtained at the outlet of the basin. However, in the present invention, water supply and demand are analyzed in sub-basin units with boundaries set by further subdividing the standard basin, and for this purpose, the basin detailing step (S110) and the water intake/return linking step (S120) are performed to create a water cycle model. .

상기 유역 상세화단계(S110)는 수치표고자료(Digital Elevation Model, DEM)를 활용하여 하천(100)의 흐름방향 및 흐름집적과, 유역 내 유출방향 및 유출 지점을 분석하여 도 4에 예시한 바와 같이 하천 절점(103)으로 구간 나눈 하천망을 생성하고(S111), 하천 절점(103)을 기준으로 경계를 지어 표준유역을 복수의 소유역(200)으로 분할한다(S112). The basin detailing step (S110) uses digital elevation data (Digital Elevation Model, DEM) to analyze the flow direction and flow accumulation of the river 100, and the outflow direction and outflow point within the basin, as shown in Figure 4. A river network divided into sections by river nodes 103 is created (S111), and boundaries are drawn based on the river nodes 103 to divide the standard basin into a plurality of sub-basins 200 (S112).

여기서, 하천 절점(103)은 본류(101) 및 지류(102)의 발원지, 지류(102)의 합류 지점, 강우 유출 지점(강우 유출 집족 지점) 등으로 결정된다. 도 4의 예시에서는 본류 발원지가 유역 입구 지점에 해당된다.Here, the river node 103 is determined as the source of the main stream 101 and the tributary stream 102, the confluence point of the tributary stream 102, and the rainfall outflow point (rainfall outflow collection point). In the example of Figure 4, the main stream source corresponds to the basin entrance point.

또한, 하천 절점(103)은 상기 DB 자료 중에 공급 자료의 공간자료에 따라 댐, 보 및 저수지 위치도 추가 결정될 수 있다. 이에, 댐, 보, 저수지 등으로 이루어지는 공급 요소는 하천망에 연계된다. In addition, the locations of dams, weirs, and reservoirs of the river nodes 103 may be additionally determined according to the spatial data of the supply data among the DB data. Accordingly, supply elements consisting of dams, weirs, reservoirs, etc. are linked to the river network.

이와 같이 하천 절점(103)을 기준으로 한 표준유역의 분할은 TauDEM (Terrain analysis using Digital Elevation Models) 알고리즘을 활용할 수 있다.In this way, the division of the standard watershed based on the river node 103 can utilize the TauDEM (Terrain analysis using Digital Elevation Models) algorithm.

그리고, 상기 유역 상세화단계(110)는 표준유역의 번호체계를 세분화하여 도 4에 도시한 바와 같이 식별을 위한 번호(201)를 각각의 소유역(200)에 부여하고, 도 5에 도시한 바와 같이 각각의 하천 절점(103)에도 식별을 위한 번호(104)를 부여한다(S113). 여기서 절점(103)의 번호(104)는 소유역(200) 번호(201)와 연관시키고, 하천차수도와 하천 흐름방향 및 흐름집적을 기준으로 순차적으로 결정할 수 있다. 이와 같은 번호 체계는 DB 자료를 공간 자료에 따라 하천망에 연계시키는 데 사용한다.In addition, the basin detailing step 110 subdivides the numbering system of the standard basin and assigns a number 201 for identification to each sub-basin 200 as shown in FIG. 4, and as shown in FIG. 5 Each river node 103 is also assigned a number 104 for identification (S113). Here, the number 104 of the node 103 is associated with the number 201 of the subbasin 200, and can be sequentially determined based on the river order, river flow direction, and flow concentration. This numbering system is used to link DB data to the river network according to spatial data.

한편, 도 3에서 분석 대상 유역으로 예시한 중권역은 상류측 중권역과 이어지므로, 상류측 중권역에서 유역 입구를 통해 하천으로 유입되는 유량이 발생하는데, 이러한 유입 유량은 상류측 중권역에 대해 본 발명을 적용하여 얻는 상류측 중권역의 출구 유량을 중권역 입구의 유입 유량으로 사용할 수 있다. Meanwhile, the middle basin illustrated as the analysis target basin in Figure 3 is connected to the upstream middle basin, so the flow that flows into the river through the basin entrance from the upstream middle basin occurs, and this inflow flow is similar to that of the upstream middle basin. The outlet flow rate of the upstream middle region obtained by applying the invention can be used as the inlet flow rate of the inlet of the middle region.

상기 취수/회귀 연계단계(S120)는 상기 DB 자료 중에 취수 자료의 취수 요소(상수도 취수장, 하천수 사용시설물, 양수장)와, 회귀 자료의 회귀 요소(하수처리장, 농업용수 수요구역)를 공간자료에 따라 하천망에 연계시킨다. 한편, 저수지 중에 농업용수 수요구역와 용수로를 통해 연결된 저수지에 대해서는 용수로를 연결한 지점을 취수 요소에 포함시킬 수 있다.The water intake/regression linkage step (S120) is based on the spatial data of the water intake elements (water intake point, river water use facility, pumping station) of the water intake data and the regression elements of the regression data (sewage treatment plant, agricultural water demand area) among the DB data. Connected to the river network. Meanwhile, for reservoirs that are connected to agricultural water demand areas and irrigation canals, the point where the irrigation canals are connected can be included in the water intake element.

도 5에 예시한 바와 같이 하천망 상에 연계 절점(105, 106)을 설정하여 취수 요소 및 회귀 요소를 하천망에 연계시킨다. 즉, 공간자료가 하천망의 지점인 경우 그 지점을 연계 절점(105, 106)으로 설정하면 되고, 공간자료가 시설물 위치 또는 수요구역으로 된 경우에 최단거리의 하천 상 지점에 연계 절점(105, 106)을 설정할 수 있다. 이때의 연계 절점(105, 106)은 취수 요소를 연계시키는 하천망에 연계 절점(105)과 회귀 요소를 연계시키는 하천망에 연계시키는 연계 절점(106)으로 구분되며, 식별을 위한 번호를 부여할 수 있다.As illustrated in Figure 5, connection nodes 105 and 106 are set on the river network to link water intake elements and regression elements to the river network. In other words, if the spatial data is a point in the river network, that point can be set as a connection node (105, 106), and if the spatial data is a facility location or demand area, the connection node (105, 106) can be set to the point on the river at the shortest distance. ) can be set. At this time, the connection nodes 105 and 106 are divided into a connection node 105 connected to a river network connecting water intake elements and a connection node 106 connected to a river network connecting return elements, and a number can be assigned for identification. .

이에 따라, 분석 대상 유역에 존재하는 취수 요소로서 생활용수 또는 공업용수를 위해 취수하는 상수도 취수장의 취수 지점과 하천수 사용허가받은 하천수 사용시설물 및 양수장의 취수 지점이 하천망 상에 특정되어 하천망의 어느 구간에서 취수되는지 파악되고, 회귀 요소로서 상수도 하수처리장의 배수 지점과 농업용수 수요구역의 회귀 지점(배수 지점)도 하천망 상에 특정되어 하천망의 어느 구간에서 회귀되는지 파악되는 물순환 모델을 얻을 수 있다.Accordingly, as water intake elements that exist in the basin to be analyzed, the water intake points of water intake stations that take in water for domestic or industrial use, and the water intake points of river water use facilities and pumping stations that are permitted to use river water are specified on the river network and are located in a certain section of the river network. It is possible to obtain a water cycle model in which water intake is identified, and as regression elements, the drainage point of the water supply sewage treatment plant and the regression point (drainage point) of the agricultural water demand area are also specified on the river network to determine which section of the river network it returns to.

아울러, 상기 취수/회귀 연계단계(S120)는 하천망에 연계시킨 농업용수 수요구역의 논배수 모형을 회귀 자료의 논배수 모형 자료를 적용하여 생성한다(S121).In addition, in the water intake/regression linking step (S120), a rice field drainage model of the agricultural water demand area linked to the river network is created by applying the rice field drainage model data of the regression data (S121).

논배수 모형은 하천으로의 회귀 유량을 아래의 수학식 1 내지 4로 산정하는 수학적 모델로 생성한다.The rice field drainage model is created as a mathematical model that calculates the return flow to the river using Equations 1 to 4 below.

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure pat00002

Figure pat00003
Figure pat00003

Figure pat00004
Figure pat00004

상기 수학식 3 및 4의 산식에서 '(담수심)', '(물꼬 높이)' 및 '(전일 담수심)'은 농업용수 수요구역의 면적으로 환산하여 얻는 물의 양임을 주의해야 한다. 즉, 수학식 3에서 논 포장배수량은 담수심이 물꼬 높이를 넘을 때에만 발생하며, 담수심과 물꼬 높이 사이의 높이차에 수요구역 면적을 적용하여 얻는 물의 양으로 계산하고, 아울러, 물꼬를 통해 월류하는 유량으로 환산한다. 상기 수학식 2 내지 4에서 용수로 배수율, 물꼬 높이, 송수 손실률, 용수로 배수율, 침투량, 증발산량은 상기 DB 자료의 논배수 모형 자료를 적용하며, 기존 연구자료에 따라 통계적으로 얻은 값이거나 아니면 기존에 잘 알려진 산출 공식에 따라 얻는 값일 수 있으며, 공지된 자료이므로 상세 설명은 생략한다.It should be noted that in the equations 3 and 4 above, '(fresh water depth)', '(water tip height)', and '(previous day's fresh water depth)' are the amounts of water obtained by converting to the area of the agricultural water demand area. That is, in Equation 3, paddy field drainage occurs only when the depth of fresh water exceeds the height of the water outlet, and is calculated as the amount of water obtained by applying the demand area area to the height difference between the depth of fresh water and the height of the water outlet, and also the amount of water that overflows through the water outlet. Convert to flow rate. In Equations 2 to 4 above, the waterway drainage rate, water pipe height, water loss rate, waterway drainage rate, infiltration rate, and evapotranspiration rate apply the paddy drainage model data from the above DB data, and are either statistically obtained values according to existing research data or existing It may be a value obtained according to a well-known calculation formula, and since it is known data, detailed explanation will be omitted.

한편, 상기한 논배수 모형은 농업용수 수요구역별로 미리 생성하여 데이터베이스화한 것일 수도 있다.Meanwhile, the rice field drainage model described above may be created in advance for each agricultural water demand area and converted into a database.

상기 수학식 1 내지 4로 표현한 논배수 모형은 강우량를 포함한 기상자료와 농업용수 공급량을 입력 변수로 하여 산정한 담수심이 물꼬 높이보다 클 때에 논 포장배수량을 산정하고, 농업용수가 공급될 때에 용수로 배수량을 산정하고, 논 포장배수량과 용수로 배수량을 합산하여 회귀수량을 얻는 수학적 모델이다. 이에, 후술하는 바와 같이 기상자료에 따른 강우량과 공급 자료 또는 취수 자료에 따른 농업용수 공급량를 적용하여 회귀수량을 산정할 수 있다.The paddy field drainage model expressed in Equations 1 to 4 above calculates the paddy field drainage when the freshwater depth calculated using meteorological data including rainfall and agricultural water supply as input variables is greater than the height of the water stop, and calculates the irrigation water drainage when agricultural water is supplied. It is a mathematical model that obtains the regression water volume by adding the paddy field drainage volume and irrigation water drainage volume. Therefore, as described later, the return water volume can be calculated by applying the rainfall amount according to meteorological data and the agricultural water supply amount according to supply data or water intake data.

도 6은 도 4 및 도 5를 참조하며 설명한 과정에 따라 생성하는 물순환 모델의 개략 구성도이다.Figure 6 is a schematic diagram of a water cycle model created according to the process described with reference to Figures 4 and 5.

물순환 모델은 상수도 취수장, 하천수 사용시설물, 양수장 등을 포함하는 취수 요소와 하수처리장, 농업용수 수요구역 등을 포함하는 회귀 요소를 각 요소의 공간 자료에 따라 하천망에 연계 절점(105, 106)을 설정하여 하천망에 연계시킨 모델이다.The water cycle model connects water intake elements including water intake stations, river water use facilities, pumping stations, etc. and regression elements including sewage treatment plants and agricultural water demand areas to the river network at nodes (105, 106) according to the spatial data of each element. This is a model that has been established and linked to the river network.

여기서, 하천망은 합류 지점과, 강우 유출의 집속 지점과, 댐, 보, 저수지 등을 포함한 공급 요소의 지점과, 본류 및 지류의 발원지와, 합류 지점에 하천 절점(103)을 갖추고, 상기한 바와 같이 하천 절점(103)을 기준으로 분할하여 얻는 소유역이 구간별로 매칭되어 있어서 하천 절점(103)으로 구분된 각 구간이 소유역에 하나씩 매칭된다. 물론, 본류 발원지는 분석 대상 유역의 범위에 따라 유역 입구로 대체하고, 유역 입구를 물 공급하는 공급 요소로 할 수 있다.Here, the river network has a confluence point, a concentration point of rainfall outflow, a point of supply elements including dams, weirs, reservoirs, etc., a source of the main stream and tributaries, and a river node 103 at the confluence point, as described above. Likewise, the sub-watersheds obtained by dividing based on the river node 103 are matched for each section, so each section divided by the river node 103 is matched to each sub-watershed one by one. Of course, the main stream source can be replaced with the basin entrance depending on the scope of the basin to be analyzed, and the basin entrance can be used as a supply element that supplies water.

농업용수 공급용 저수지에서 용수로를 통해 물 공급하는 농업용수 수요구역은 해당 저수지에 직접 연계시키거나 또는 저수지에 이어진 하천에 연계시키고, 양수장이 없는 농업용수 수요구역의 취수 지점도 취수 연계 절점으로 결정한다.Agricultural water demand areas that supply water through irrigation canals from agricultural water supply reservoirs are directly connected to the relevant reservoir or connected to a river connected to the reservoir, and the water intake point of the agricultural water demand area without a pumping station is also determined as a water intake connection node. .

그리고, 각각의 농업용수 수요구역에 대해서는 상기한 바와 같이 논배수 모형이 결정된다.And, for each agricultural water demand area, a rice field drainage model is determined as described above.

상기한 바와 같이 물순환 모델을 생성한 이후에는 상기 물수지 분석부(13b)에서 일 단위의 기상 자료, 공급 자료, 취수 자료 및 회귀 자료를 물순환 모델에 적용하여 물수지 분석단계(S200)를 일 단위로 수행한다.After creating the water cycle model as described above, the water balance analysis unit 13b applies daily weather data, supply data, water intake data, and regression data to the water cycle model to perform the water balance analysis step (S200). Performed on a daily basis.

상기 물수지 분석단계(S200)는 자연유출량 분석단계(S210), 취수/회귀 분석단계(S220) 및 하천구간별 물수지 분석단계(S230)를 순차적으로 수행하는 단계이다.The water balance analysis step (S200) is a step of sequentially performing the natural runoff analysis step (S210), the water intake/regression analysis step (S220), and the water balance analysis step for each river section (S230).

상기 자연유출 분석단계(S210)는 상기 DB 자료의 강우-유출 모형에 기상 자료를 적용하여 각 소유역의 자연유량을 산정하는 단계로서, 본 발명의 실시 예에서는 중권역의 강우-유출 모형에서 매개변수를 중권역의 각 표준유역에 전이시켜 얻는 표준유역별 강우-유출 모형으로 표준유역의 자연유량(즉, 표준유역 출구의 자연유량)을 산정하는 표준유역 유출 분석단계(S211)와, 표준유역의 자연유량을 각 소유역에 면적배분하여 소유역별 자연유량(즉, 소유역의 출구측 절점의 자연유량)을 산정하는 소유역 유출 분석단계(S212)를 포함한다.The natural runoff analysis step (S210) is a step of calculating the natural flow rate of each sub-basin by applying meteorological data to the rainfall-runoff model of the DB data. In the embodiment of the present invention, the parameter in the rainfall-runoff model of the mid-basin area is A standard basin runoff analysis step (S211) in which the natural flow rate of the standard basin (i.e., the natural flow rate at the outlet of the standard basin) is calculated using the rainfall-runoff model for each standard basin obtained by transferring to each standard basin in the middle basin, and the standard basin runoff analysis step (S211) It includes a sub-basin outflow analysis step (S212) in which the natural flow rate for each sub-basin is calculated by distributing the natural flow rate to each sub-basin (i.e., the natural flow rate at the outlet node of the sub-basin).

이때의 소유역별 자연유량은 기상 현황을 적용하여 매일 산정할 수 있고, 기상 전망에 따라 1~3개월치의 일 단위 자료로 산정할 수도 있다. At this time, the natural flow rate for each sub-basin can be calculated daily by applying weather conditions, and can also be calculated with 1 to 3 months worth of daily data depending on the weather forecast.

강우-유출 모형은 일 단위의 자연유량 산정에 유리한 TANK 모형이 적합하다. 상기 DB 자료의 강우-유출 모형 자료가 과거 기상 관측 자료 및 과거 유량 관측 자료이면 해당 자료로 강우-유출 모형을 학습시켜 매개변수를 최적화하는 과정을 포함할 수 있다. 표준유역 유출 분석단계(S211)는 중권역 강우-유출 모형을 이용하여 미리 생성한 표준유역 강우-유출 모형을 사용하게 할 수도 있다. 중권역 내의 표준유역별로 기상 상황이 상이할 수 있으므로, 표준유역에 맞춰 기상 자료를 적용하여 표준유역의 자연유량을 산정할 수 있다. 이러한 중권역 강우-유출 모형, 강우-유출 모형 학습 과정, 표준유역의 자연유량 산정과정 및 표준유역 강우-유출 모형은 공지된 기술로 뒷받침되는바 상세 설명을 생략한다.The TANK model, which is advantageous for calculating natural flow on a daily basis, is suitable for the rainfall-runoff model. If the rainfall-runoff model data of the DB data is past weather observation data and past flow observation data, a process of optimizing parameters by learning a rainfall-runoff model with the corresponding data may be included. The standard basin runoff analysis step (S211) may use a standard basin rainfall-runoff model created in advance using a mid-region rainfall-runoff model. Since weather conditions may be different for each standard basin within the mid-zone, the natural flow rate of the standard basin can be calculated by applying meteorological data according to the standard basin. These mid-basin rainfall-runoff models, rainfall-runoff model learning processes, standard basin natural flow calculation processes, and standard basin rainfall-runoff models are supported by known technology, so detailed explanations are omitted.

소유역별 자연유량은 표준유역 면적 대비 소유역 면적의 비율(면적 비율)을 표준유역 자연유량에 곱셈하여 얻으며, 이는 표준유역 내의 각 소유역이 유사한 유출 특성을 갖기 때문에 가능하다.The natural flow rate for each sub-basin is obtained by multiplying the ratio of the sub-basin area to the standard basin area (area ratio) by the standard basin natural flow rate, which is possible because each sub-basin within the standard basin has similar outflow characteristics.

상기 취수/회귀 분석단계(S220)는 취수 요소별 취수 유량을 일 단위로 분석하는 취수량 분석단계(S221)와, 회귀 요소별 회귀 유량을 일단위로 분석하는 회귀수량 분석단계(S222)를 순차적으로 수행한다.The water intake/regression analysis step (S220) sequentially performs a water intake analysis step (S221) in which the water intake flow rate for each water intake element is analyzed on a daily basis, and a regression quantity analysis step (S222) in which the regression flow rate for each regression element is analyzed on a daily basis. do.

상기 취수량 분석단계(S221)에서, 상기 DB 자료의 상수도 취수실적 및 하천수 사용허가실적은 일 단위의 1년치 취수 유량 데이터이므로 분석 일자의 취수 유량을 그대로 적용한다. 농업용수 수요구역의 관개를 위한 취수 유량은 아래와 같이 보다 상세하게 분석한다.In the water intake analysis step (S221), the water intake performance and river water use permit performance in the DB data are one year's water intake flow rate data in daily units, so the water intake flow rate on the analysis date is applied as is. The water intake flow rate for irrigation of agricultural water demand areas is analyzed in more detail as follows.

우선, 농업용수 수요구역 중에 저수율을 매일 측정하며 용수로를 통해 관개하는 저수지와 양수량을 매일 측정하며 관개하는 양수장에서 물 공급받는 농업용수 수요구역을 기준 농업용수 수요구역으로 정하고, 기준 농업용수 수요구역을 위한 방류 유량(저수지의 방류 유량)과 취수 유량(양수장의 취수 유량)을 실적 자료에 따라 산정하고, 산정한 방류 유량 및 취수 유량에 따라 각각 관개량을 산정한다. First, among the agricultural water demand areas, the water storage rate is measured daily, the reservoir irrigated through the irrigation canal, and the agricultural water demand area that receives water from the irrigation pumping station, where the pumping water volume is measured daily, are set as the standard agricultural water demand area, and the standard agricultural water demand area is defined as the standard agricultural water demand area. The discharge flow rate (discharge flow rate from the reservoir) and intake flow rate (water intake flow rate from the pumping station) are calculated based on performance data, and the irrigation amount is calculated according to the calculated discharge flow rate and intake flow rate.

저수지의 경우에 비가 오지 않는 상황에서 관개를 위해 방류하면 저수율이 감소하므로, 실적자료에서 저수율이 감소하는 것으로 나타나면 저수율의 감소량에 따라 농업용수 공급량(방류 유량)을 산정한 후 상기 수학식 4를 이용하여 관개량을 얻는다. 양수장의 경우에 실적자료의 일단위 양수량을 관개량의 값으로 한다. 물론, 용수로의 유무에 따라 용수로 배수율을 선택적으로 적용한다. In the case of a reservoir, if water is discharged for irrigation in a situation where there is no rain, the water storage rate decreases, so if the performance data shows that the water storage rate is decreasing, calculate the agricultural water supply (discharge flow rate) according to the decrease in water storage rate and use Equation 4 above. Thus, the irrigation amount is obtained. In the case of a pumping station, the daily pumping amount in the performance data is taken as the value of the irrigation amount. Of course, the irrigation water drainage rate is selectively applied depending on the presence or absence of a irrigation ditch.

이때 얻는 관개량을 기준 농업용수 수요구역 면적으로 제산하여 얻는 값을 당일의 기준 관개량으로 정한다.The irrigation amount obtained at this time is divided by the area of the standard agricultural water demand area, and the value obtained is set as the standard irrigation amount for the day.

기준 농업용수 수요구역을 제외한 나머지 농업용수 수요구역의 관개량은 기준 관개량에 수요구역 면적을 곱셈하여 얻는다.Excluding the standard agricultural water demand area, the irrigation amount for the remaining agricultural water demand areas is obtained by multiplying the standard irrigation amount by the area of the demand area.

기준 농업용수 수요구역이 복수 개이면, 거리적으로 가장 근접한 것의 기준 관개량을 사용하여 관개량을 추정한다. 1년치 과거 실적이 있는 경우에는 관개량을 추정할 수요구역에 공급하는 요소의 실적과 시기적으로 상관성이 가장 높은 취수 실적을 갖는 요소를 통해 관개하는 기준 농업용수 수요구역의 기준 관개량을 사용하여 관개량을 추정한다. 즉, 일 단위 실적을 상호 비교하여, 취수 시기(또는 방류 시기)의 유사성이 가장 큰 기준 농업용수 수요구역의 기준 관개량을 사용한다. 예를 들어, 과거 실적 자료에서 일 단위 취수 날짜의 차이가 상대적으로 가장 적고 면적 대비 취수 유량의 차이가 적은 것을 상관분석하여 정할 수 있다. If there are multiple standard agricultural water demand areas, the irrigation amount is estimated using the standard irrigation amount of the one closest in distance. If there is one year's worth of past performance, the irrigation amount is estimated using the standard irrigation amount of the standard agricultural water demand area, which is irrigated through the element with the highest water intake performance in time with the performance of the element supplying the demand area for which the irrigation amount is to be estimated. do. In other words, by comparing daily performance, the standard irrigation amount of the standard agricultural water demand area with the greatest similarity in water intake time (or discharge time) is used. For example, from past performance data, it can be determined through correlation analysis that the difference in daily water intake dates is relatively small and the difference in water intake flow rate compared to area is small.

그리고, 상기 수학식 4에 관개량을 대입하여 농업용수 공급량을 취수량으로 정한다. 이 경우에도 수요구역의 공간 자료에서 파악되는 용수로의 유무에 따라 용수로 배수율의 적용 여부를 결정한다.Then, by substituting the irrigation amount into Equation 4 above, the agricultural water supply amount is determined as the water intake amount. In this case as well, whether or not to apply the waterway drainage rate is determined depending on the presence or absence of a waterway identified in the spatial data of the demand area.

이와 같이 취수 요소별 취수 유량과, 농업용수 수요구역을 위한 방류 또는 취수한 유량을 일 단위로 추정한다.In this way, the water intake flow rate for each water intake element and the discharged or withdrawn flow rate for agricultural water demand areas are estimated on a daily basis.

상기 회귀수량 분석단계(S222)는 회귀 요소(하수처리장, 농업용수 수요구역)에 의해 하천으로 회귀하는 유량을 일 단위로 분석한다. In the regression quantity analysis step (S222), the flow returning to the river by regression elements (sewage treatment plant, agricultural water demand area) is analyzed on a daily basis.

하수처리장에 의한 회귀 유량은 상기 DB 자료의 일단위 하수처리 방류실적 중에 당일의 방류실적을 적용하여 결정한다.The return flow rate by the sewage treatment plant is determined by applying the daily discharge performance among the daily sewage treatment discharge performance in the above DB data.

농업용수 수요구역에 의한 회귀 유량은 상기 수학식 1 내지 4의 논배수 모형에 따라 산정한다. 이때 상기 수학식 2 및 4에서 농업용수 공급량은 상기 취수량 분석단계(S221)에서 농업용수 수요구역에 대해 산정한 취수 유량 또는 방류 유량을 대입하고, 상기 수학식 4에서 강우량은 기상 자료에 따라 결정한다. 그리고, 당일의 담수심을 산정한 후 물꼬 높이와의 높이 차이에 따라 논 포장배수 여부를 판단하고 논 포장배수가 발생하는 것으로 판단되면 논 포장배수량을 산정한다. 또한 농업용수가 공급될 시에는 용수로 배수량도 산정한다. 회귀 유량은 수학식 1에서 알 수 있듯이 논 포장배수량과 용수로 배수량을 합산한 값이다.The return flow rate by the agricultural water demand area is calculated according to the rice field drainage model in Equations 1 to 4 above. At this time, in Equations 2 and 4, the agricultural water supply amount is substituted for the water intake flow rate or discharge flow rate calculated for the agricultural water demand area in the water intake analysis step (S221), and the rainfall amount in Equation 4 is determined according to meteorological data. . Then, after calculating the freshwater depth of the day, whether or not the paddy field is drained is determined based on the height difference from the water stop height, and if it is determined that the paddy field is drained, the amount of paddy field drained is calculated. In addition, when agricultural water is supplied, the water discharge volume is also calculated. As can be seen in Equation 1, the return flow rate is the sum of the paddy field drainage and the waterway drainage.

이에 따라, 회귀 요소별 일단위 회귀 유량을 얻을 수 있다.Accordingly, the daily regression flow rate for each regression element can be obtained.

상기 하천구간별 물수지 분석단계(S230)는 하천의 흐름 방향을 따라 상류에서 하류를 향해 하천을 따라가며 소유역별 자연유량을 순차적으로 적산하고 공급 요소 및 회귀 요소의 유량을 가감하는 적산 과정을 수행하되, 공급 요소를 만날 시에는 공급 요소의 방류 유량으로 적산량을 초기화한다. 적산 과정에서는 취수 요소의 취수 유량을 감산하고, 회귀 요소의 회귀 유량을 가산한다. 즉, 하천을 따라 내려가는 중에 각 절점(103, 105, 106)을 지나갈 때마다 절점(103, 105, 106)의 상류측 구간에 매칭된 소유역 자연유량을 적산하고, 구간에 연계된 취수 요소의 취수 유량을 감산하고, 구간에 연계된 회귀 요소의 회귀 유량을 가산하며, 공급 요소를 연계한 절점을 지나갈 때에는 적산량을 공급 요소의 방류 유량으로 초기화한 후 해당 절점(공급 요소를 연계한 절점) 이후 부터 하천을 따라 내려가며 적산 과정을 계속 진행한다. 즉, 공급 요소 이후 부터는 공급 요소의 방류 유량에 공급 요소 하류측의 소유역 자연유량을 가산하고, 취수 유량을 감산하고, 회귀 유량을 가산하는 적산 과정을 하천을 따라가며 수행한다. The water balance analysis step for each river section (S230) follows the river from upstream to downstream along the flow direction of the river, sequentially accumulating the natural flow rate for each subbasin, and performing an integration process of adding and subtracting the flow rate of the supply element and return element. However, when a supply element is encountered, the accumulated amount is initialized to the discharge flow rate of the supply element. In the integration process, the intake flow rate of the water intake element is subtracted and the return flow rate of the return element is added. In other words, whenever each node (103, 105, 106) is passed while going down the river, the natural flow rate of the subbasin matched to the section upstream of the node (103, 105, 106) is accumulated, and the water intake of the water intake element linked to the section is accumulated. The flow rate is subtracted, the return flow rate of the regression element linked to the section is added, and when passing through a node linked to a supply element, the accumulated amount is initialized to the discharge flow rate of the supply element, and then the river flows from that node (the node linked to the supply element). Continue the integration process by going down. In other words, from the supply element onwards, the integration process of adding the natural flow rate of the sub-basin downstream of the supply element to the discharge flow rate of the supply element, subtracting the intake flow rate, and adding the return flow rate is performed along the river.

합류 지점에 설정된 하천 절점의 유량은 본류를 따라 적산 과정을 수행하여 얻는 적산량에 지류를 따라 적산 과정을 수행하여 얻는 적산량을 합산한 결과로 정한다.The flow rate of the river node set at the confluence point is determined by adding the accumulated volume obtained by performing the integration process along the main stream to the accumulated volume obtained by performing the integration process along the tributary.

그리고, 하천을 따라가며 적산 과정을 수행하는 중, 각각의 절점에서 얻는 적산량을 절점 유량으로 기록하여서, 하천 전 구간에 대해 적산 과정을 수행한 결과에 따라 각 절점의 유량을 얻을 수 있다. 즉, 각 절점 유량은 하천 절점까지 적산 과정을 수행하여 얻은 적산량으로 정해진다.Also, while performing the integration process along the river, the integrated quantity obtained at each node is recorded as the nodal flow rate, so that the flow rate at each node can be obtained according to the results of the integration process for the entire river section. In other words, the flow rate at each node is determined by the integrated amount obtained by performing the integration process up to the river nodes.

이에, 각 절점의 추정 유량

Figure pat00005
는 아래의 수학식 5로 표현할 수 있다.Accordingly, the estimated flow rate at each node
Figure pat00005
Can be expressed as Equation 5 below.

Figure pat00006
Figure pat00006

여기서,

Figure pat00007
는 유량 추정 절점의 상류측 공급 요소별 방류 유량을 합산한 것으로서 공급 요소가 없을 시에는 '0'으로 처리된다. 그리고,
Figure pat00008
은 소유역별 자연유출량을 합산한 것이고,
Figure pat00009
는 취수 요소별 취수 유량을 합산한 것이고,
Figure pat00010
는 회귀 요소별 회귀 유량을 합산한 것이되, 여기서의 소유역, 취수 요소 및 회귀 요소는 유량 추정 절점과 유량 추정 절점의 상류측 공급 요소의 절점 사이의 것만으로 한정하며, 상류측 공급 요소가 없을 시에는 유량 추정 절점의 상류측 전체로 한다. 물론, 분석 대상 유역이 상류 하천 유역에 이어진 것인 경우에,
Figure pat00011
는 유역 입구로 유입되는 상류 하천의 유량을 포함된다.here,
Figure pat00007
is the sum of the discharge flow rates for each supply element upstream of the flow rate estimation node, and is treated as '0' if there is no supply element. and,
Figure pat00008
is the sum of natural runoff by subbasin,
Figure pat00009
is the sum of the water intake flow rates for each water intake element,
Figure pat00010
is the sum of the regression flow rates for each regression element. Here, the sub-basin, water intake elements, and regression elements are limited to those between the flow rate estimation node and the node of the upstream supply element of the flow estimation node, and when there is no upstream supply element, It is assumed to be the entire upstream side of the flow rate estimation node. Of course, if the basin to be analyzed is connected to an upstream river basin,
Figure pat00011
includes the flow rate of the upstream river flowing into the basin entrance.

또한, 물수급 상황을 분석함에 있어서 취수 요소가 연계된 연계 절점(105)이 주요 관심 지점일 수 있다. 이에, 취수 요소 연계 절점(105)에서의 적산량도 기록하여 얻되, 취수 요소 연계 절점(105)의 취수 요소의 취수 유량를 제외하여, 취수 유량이 감산되지 않은 유량을 얻는다. 즉, 취수 요소 연계 절점(105) 유량은 연계 절점(105) 직전까지 적산 과정을 수행하여 얻는 적산량으로 정한다.Additionally, when analyzing the water supply and demand situation, the connection node 105 to which water intake elements are linked may be a major point of interest. Accordingly, the integrated amount at the water intake element connection node 105 is also recorded and obtained, but excluding the water intake flow rate of the water intake element at the water intake element connection node 105, a flow rate in which the water intake flow rate is not subtracted is obtained. In other words, the flow rate of the water intake element linked node 105 is determined by the integrated amount obtained by performing the integration process up to just before the linked node 105.

물론, 회귀 요소가 연계된 연계 절점(106)에 대해서 회귀 요소 연계 절점(106)까지의 적산 과정을 수행하여 회귀 유량에 따른 하류측의 유량을 파악하게 할 수 있다. 이때의 유량은 회귀 유량이 가산된 유량으로 할 수 있다.Of course, the integration process up to the regression element connection node 106 can be performed for the connection node 106 to which the regression element is connected, so that the downstream flow rate according to the regression flow rate can be identified. The flow rate at this time can be the flow rate with the return flow rate added.

적산 과정에서 각 절점까지의 적산량을 유량으로 정하는 이유는 각 소유역의 자연유량이 소유역의 유출 지점, 즉 소유역이 속한 하천 구간의 하류측 절점에 집속되어 나타나는 유량으로 보기 때문이고, 구간에 연계된 취수 요소 및 회귀 요소에 의한 유량 변화가 구간의 하류측 절점에 나타나기 때문이다. 이에 각 하천 구간의 유량은 구간의 상류측 절점 유량으로 간주할 수 있다. 하천 발원지가 속한 소유역의 하천 구간에도 유량 추정할 관심 지점이 있다면 소유역을 관심 지점을 기준으로 면적 분할하여, 관심 지점에 집속하는 자연유량을 추정하고, 관심 지점까지의 적산 과정을 수행하여도 좋다.The reason why the accumulated amount to each node is set as flow rate in the integration process is because the natural flow of each sub-basin is viewed as the flow rate concentrated at the outflow point of the sub-basin, that is, the downstream node of the river section to which the sub-basin belongs. This is because flow rate changes due to water intake elements and regression elements appear at the downstream nodes of the section. Accordingly, the flow rate of each river section can be regarded as the nodal flow rate on the upstream side of the section. If there is a point of interest for estimating flow in the river section of the sub-basin where the river source belongs, the sub-basin can be divided into areas based on the point of interest, estimate the natural flow concentrated at the point of interest, and perform an integration process up to the point of interest.

상기 검증/보정부(13c)에 의해 수행되는 상기 검증/보정단계(S300)는 관측 자료의 관측 유량으로 추정 유량을 검증하고, 추정 유량과 관측 유량 사이의 차이가 클 시에 추정 유량이 관측 유량에 맞춰지도록 추정 유량을 보정한다.The verification/correction step (S300) performed by the verification/correction unit 13c verifies the estimated flow rate with the observed flow rate of the observation data, and when the difference between the estimated flow rate and the observed flow rate is large, the estimated flow rate is the observed flow rate. Correct the estimated flow rate to match .

관측 유량을 얻는 관측 지점과 일치하거나 가장 근접한 절점의 추정 유량을 선택한 후 추정 유량과 관측 유량을 비교하여 오차가 사전 설정하여둔 오차보다 클 시에 오차를 줄이도록 추정 유량을 보정한다. 물론, 유량 관측 지점을 절점으로 설정하여 두어서, 비교 지점을 일치시킬 수 있다.After selecting the estimated flow rate of the node that matches or is closest to the observation point where the observed flow rate is obtained, the estimated flow rate is compared with the observed flow rate, and if the error is greater than the preset error, the estimated flow rate is corrected to reduce the error. Of course, by setting the flow rate observation point as a node, the comparison points can be matched.

본 발명의 실시 예에서 실제 관측되는 유량은 추정한 자연유량을 변수로 하는 멱함수로 가정하여, 상기 수학식 5를 변형한 아래의 수학식 6으로 추정 유량을 보정하는 것으로 하였다.In an embodiment of the present invention, the actual observed flow rate is assumed to be a power function with the estimated natural flow rate as a variable, and the estimated flow rate is corrected using Equation 6 below, which is a modification of Equation 5 above.

Figure pat00012
Figure pat00012

여기서, 계수

Figure pat00013
Figure pat00014
는 장기간의 관측 유량 자료와 추정 유량 자료를 이용하여 최적화할 수 있다. 예를 들어, 관측 유량, 기상 자료 및 요소별 실적자료의 장기간 과거 자료를 준비한 후, 과거 기상 자료 및 요소별 실적자료에 따라 상기 물수지 분석단계(S200)를 수행하여서, 유량 관측 지점에서의 유량 추정을 위해 적산되는 소유역의 자연유량, 공급 요소의 방류 유량, 취수 요소의 취수 유량 및 회귀 요소별 회귀 유량을 일단위 자료로 생성한다. 그리고, 생성한 일단위 자료를 수학식 6의 우변에 대입할 시에 관측 유량을 얻을 수 있는 최적의 계수
Figure pat00015
Figure pat00016
를 얻는다. 다른 예로서, 일반적으로 취수 유량과 회귀 유량을 합산한 값은 자연유량에 비해 상대적으로 적고, 장기간의 과거 자료를 얻는 것도 어려울 수 있으므로, 이를 무시하고 계수
Figure pat00017
Figure pat00018
를 최적화할 수도 있다.Here, the coefficient
Figure pat00013
and
Figure pat00014
can be optimized using long-term observed flow data and estimated flow data. For example, after preparing long-term past data of observed flow rate, meteorological data, and performance data for each element, the water balance analysis step (S200) is performed according to the past meteorological data and performance data for each element, and the flow rate at the flow observation point is performed. For estimation, the natural flow rate of the subbasin, the discharge flow rate of the supply element, the intake flow rate of the intake element, and the regression flow rate of each regression element are generated as daily data. And, when substituting the generated daily data into the right side of Equation 6, the optimal coefficient to obtain the observed flow rate is
Figure pat00015
and
Figure pat00016
get As another example, the sum of the intake flow rate and the return flow rate is generally relatively small compared to the natural flow rate, and it may be difficult to obtain long-term past data, so this is ignored and the coefficient is calculated.
Figure pat00017
and
Figure pat00018
can also be optimized.

도 7은 상기 도 5에 도시한 중권역의 '규암'에서 관측한 유량과, '규암' 지점의 추정 유량을 일단위 1년치를 얻어서 계수

Figure pat00019
Figure pat00020
를 최적화한 후, 보정한 추정 유량과 관측 유량을 비교하기 위해 그래프로 도시한 도면이다. Figure 7 shows the flow rate observed at 'quartzite' in the middle region shown in Figure 5 and the estimated flow rate at 'quartzite' point, obtained by daily and one-year values.
Figure pat00019
and
Figure pat00020
This is a graph shown to compare the corrected estimated flow rate and observed flow rate after optimizing.

도 7을 참조하면, 그래프 상에서도 오차가 적고, 특히 가뭄 모니터링에 있어 주요 관심 대상인 저유량 부분에서 오차가 매우 적으므로, 상기 수학식 6처럼 멱함수로 가정한 것이 유효함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7, the error is small on the graph, especially in the low flow portion, which is a major subject of interest in drought monitoring, so it can be confirmed that the assumption of a power function as in Equation 6 above is valid.

그리고, 유량 관측 지점에서 획득한 추정 유량의 보정방식은 상기 수학식 6의 수학적 모델로 이루어지고, 유량 관측 지점의 상류측 하천 절점 및 연계 절점의 추정 유량도 동일하게 적용된다. 즉, 유량 관측 지점에서 얻는 계수

Figure pat00021
Figure pat00022
의 계수값을 적용한 상기 수학식 6의 수학적 모델을 상류측 절점에도 적용하여서, 각 절점까지의 소유역 자연유량, 취수 유량 및 회귀 유량을 대입하여 보정한 유량을 얻는다.In addition, the correction method for the estimated flow rate obtained at the flow rate observation point is made up of the mathematical model of Equation 6 above, and the estimated flow rate at the river node and connected node upstream of the flow rate observation point is also applied in the same way. That is, the coefficient obtained from the flow observation point
Figure pat00021
and
Figure pat00022
The mathematical model of Equation 6, which applies the coefficient value of , is also applied to the upstream nodes, and the corrected flow rate is obtained by substituting the subbasin natural flow rate, water intake flow rate, and return flow rate to each node.

상기 물수급 분석부(13d)에 의해 수행되는 상기 물수급 분석단계(S400)는 상기 검증/보정단계(S300)에 보정한 각 하천 절점(103) 및 연계 절점(105, 106)의 유량에 따라 유량의 적절성을 판단하는 물수습 현황 분석을 수행한다. The water supply and demand analysis step (S400) performed by the water supply and demand analysis unit (13d) is performed according to the flow rate of each river node (103) and linked nodes (105, 106) corrected in the verification/correction step (S300). Perform water collection status analysis to determine the appropriateness of flow rate.

예를 들어, 각 하천 절점(103)에 이어진 하류측의 물수급 상황을 하천 절점(103)의 유량으로 판단하고, 취수 요소 연계 절점(105)의 유량에 따라 취수 요소에의 물수급 현황을 판단하고, 회귀 요소 연계 절점(106)의 유량에 따라 하류의 물수습 상황을 판단한다.For example, the water supply and demand status on the downstream side connected to each river node 103 is judged by the flow rate of the river node 103, and the water supply and demand status to the water intake element is determined according to the flow rate of the water intake element linked node 105. And, the downstream water collection situation is determined according to the flow rate of the regression element linkage node 106.

아울러, 상기 물수급 분석단계(S400)는 유량 관측 지점의 자연유량

Figure pat00023
를 관측 유량을 이용한 아래의 수학식 7로 추정한다.In addition, the water supply and demand analysis step (S400) is the natural flow rate at the flow observation point.
Figure pat00023
is estimated using Equation 7 below using the observed flow rate.

Figure pat00024
Figure pat00024

수학식 7에서,

Figure pat00025
는 유량 관측 지점의 관측 유량이고,
Figure pat00026
는 취수 요소 취수 유량를 합산한 것이고,
Figure pat00027
는 회귀 요소별 회귀 유량을 합산한 것이고,
Figure pat00028
는 공급 요소에 대해 유입 유량에서 방류 유량을 차감하여 얻는 유출 저수량이다. In equation 7,
Figure pat00025
is the observed flow rate at the flow observation point,
Figure pat00026
is the sum of water intake element intake flow rates,
Figure pat00027
is the sum of the regression flow rates for each regression element,
Figure pat00028
is the outflow storage amount obtained by subtracting the discharge flow rate from the inlet flow rate for the supply element.

즉, 자연유량

Figure pat00029
는 관측 유량
Figure pat00030
와, 하천에서의 순 소모 유량
Figure pat00031
과, 댐, 보, 저수지 등의 공급 요소에서의 저수량의 증가분에 해당되는 유출 저수량
Figure pat00032
을 합산하여 얻는다. That is, natural flow
Figure pat00029
is the observed flow rate
Figure pat00030
Wow, net wasted flow in the river.
Figure pat00031
Outflow storage volume corresponding to the increase in water storage volume from supply elements such as dams, dams, weirs, reservoirs, etc.
Figure pat00032
It is obtained by adding up.

다만, 상기 수학식 7에서 소유역, 취수 요소, 회귀 요소 및 공급 요소는 분석 대상 유역 중에 유량 관측 지점을 기준으로 상류측 전체의 소유역 및 요소(취수 요소, 회귀 요소 및 공급 요소)를 포함한다. 물론, 분석 대상 유역과 인접한 유역에서의 유입 유량이 있다면, 수학식 7의 우변에서 유입 유량을 감산하는 항을 부가한다.However, in Equation 7 above, the sub-watershed, intake element, regression element, and supply element include the entire sub-watershed and elements (water intake element, regression element, and supply element) upstream from the flow rate observation point in the analysis target basin. Of course, if there is an inflow rate from a watershed adjacent to the analysis target watershed, a term for subtracting the inflow rate is added to the right side of Equation 7.

여기서, 공급 요소 중에 댐 및 보의 경우에, 일반적으로 유입량 및 방류량을 일 단위로 측정한 실적 자료가 있으므로 유출 저수량

Figure pat00033
는 유입량에서 방류량을 차감하여 얻는다. 저수율을 일단위로 측정하는 저수지의 경우에는 저수율에 따라 저수량을 얻게 되므로, 저수율이 증가할 시의 저수량 증가분으로 추정한다. Here, in the case of dams and weirs among the supply elements, there is generally performance data measuring the inflow and discharge on a daily basis, so the outflow storage amount
Figure pat00033
is obtained by subtracting the discharge from the inflow. In the case of reservoirs that measure the water storage rate on a daily basis, the water storage volume is obtained according to the water storage rate, so it is estimated as the increase in water storage volume when the water storage rate increases.

이와 같이 하천에서의 취수 유량 및 회귀 유량과, 유량 관측 지점으로 흐르지 않은 저수량을 관측 유량에 반영하여 추정한 자연유량은 사전 학습시킨 강우-유출 모형에 비해 더욱 정확한 값으로 볼 수 있으므로, 자연유량에 따른 각 하천 구간의 물수급 현황을 더욱 정확하게 판단할 수 있다.In this way, the natural flow rate estimated by reflecting the intake flow rate and return flow rate from the river, and the storage volume that does not flow to the flow observation point in the observed flow rate can be viewed as a more accurate value compared to the pre-trained rainfall-runoff model, so it can be considered as a more accurate value than the pre-trained rainfall-runoff model. The water supply and demand status of each river section can be more accurately determined.

또한, 상기 물수급 분석단계(S400)는 상기 수학식 7에 근거하여 산정한 자연유량을 이용하여 강우-유출 모형을 학습시킬 수도 있다. 즉, 강우-유출 모형으로 얻는 자연유량이 상기 수학식 7에 근거하여 산정한 값을 갖도록 강우-유출 모형을 학습시킨다. 그리고, 학습시킨 강우-유출 모형은 데이터베이스에 저장하여 DB 자료의 자연유출 자료를 갱신함으로써, 이후 일 단위로 물수지 분석할 시에 상기 자연유출 분석단계(S210)에서 사용되게 한다.Additionally, the water supply and demand analysis step (S400) may learn a rainfall-runoff model using the natural flow rate calculated based on Equation 7 above. In other words, the rainfall-runoff model is learned so that the natural flow rate obtained from the rainfall-runoff model has the value calculated based on Equation 7 above. In addition, the learned rainfall-runoff model is stored in the database to update the natural runoff data in the DB data, so that it can be used in the natural runoff analysis step (S210) when analyzing the water balance on a daily basis.

또한, 상기 수학식 7에 근거하여 산정한 자연유량은 당일의 소유역별 자연유량을 수정하는데 사용하여 당일의 물수지 분석 및 물수급 분석에 반영함으로써, 분석 결과를 수정하게 할 수도 있다.In addition, the natural flow rate calculated based on Equation 7 above can be used to correct the natural flow rate for each sub-basin of the day and reflected in the water balance analysis and water supply and demand analysis of the day, thereby modifying the analysis results.

그리고, 상기 물수습 분석단계(S400)는 물수지 분석단계(S200) 및 물수급 분석단계(S400)에서 얻은 결과를 출력부(14)를 통해 출력하여 다양한 용도로 활용하게 할 수 있다.In addition, in the water collection analysis step (S400), the results obtained in the water balance analysis step (S200) and the water supply and demand analysis step (S400) can be output through the output unit 14 and utilized for various purposes.

한편, 상기한 유역 상세화를 통한 실적자료 기반 물수급 분석 방법은 컴퓨터가 판독할 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 판독할 수 있는 프로그램으로 구현할 수 있다. 컴퓨터가 판독할 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해서 읽혀질 수 있는 데이터를 저장할 수 있는 모든 종류의 기록장치를 포함하며, 예를 들어, ROM, RAM, CD-ROM, 광데이터 자장장치 등이 있고, 네트워크로 연결된 컴퓨터에서 읽어들일 수 있게 한 저장 시스템도 포함할 수 있다. 이 프로그램은 실적자료 기반 물수급 분석 방법을 컴퓨터에 실현시키기 위하여 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 저장된 프로그램으로서, 물수습 분석 장치(10)의 메모리(미도시)에 저장되어 데이터 처리부(13)에서 읽어들여 실행함으로써, 물순환 모델 생성단계(S100)를 수행할 물순환 모델 생성부(13a), 물수지 분석단계(S200)를 수행할 물수지 분석부(13b), 검증/보정단계(S300)를 수행할 검증/보정부(13c) 및 물수급 분석단계(S400)를 수행할 물수습 분석부(13d)를 소프트웨어적으로 구현되게 하는 것일 수 있다.Meanwhile, the water supply and demand analysis method based on performance data through watershed detailing described above can be implemented as a computer-readable program on a computer-readable recording medium. Computer-readable recording media include all types of recording devices that can store data that can be read by a computer, such as ROM, RAM, CD-ROM, optical data magnetic storage devices, etc., and network It may also include a storage system that can be read by a connected computer. This program is stored in a computer-readable recording medium in order to implement a water supply and demand analysis method based on performance data on a computer. It is stored in the memory (not shown) of the water collection and analysis device 10 and is read by the data processing unit 13. By executing the water cycle model creation step (S100), the water cycle model creation unit (13a), the water balance analysis unit (13b) to perform the water balance analysis step (S200), and the verification/correction step (S300). The verification/correction unit 13c to perform and the water collection analysis unit 13d to perform the water supply and demand analysis step (S400) may be implemented in software.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.In the above, specific embodiments have been shown and described to illustrate the technical idea of the present invention, but the present invention is not limited to the same configuration and operation as the specific embodiments as described above, and various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. It can be carried out in Accordingly, such modifications should be considered to fall within the scope of the present invention, and the scope of the present invention should be determined by the claims described below.

10 : 물수급 분석 장치
11 : 입력부
12 : 데이터베이스부
13 : 데이터 처리부
13a : 물순환 모델 생성부 13b : 물수지 분석부
13c : 검증/보정부 13d : 물수급 분석부
14 : 출력부
100 : 하천
101 : 본류 102 : 지류
103 : 하천 절점 104 : 번호
105 : 취수 요소 연계 절점 106 : 회귀 요소 연계 절점
200 : 소유역
10: Water supply and demand analysis device
11: input unit
12: Database section
13: data processing unit
13a: Water cycle model creation unit 13b: Water balance analysis unit
13c: Verification/correction unit 13d: Water supply and demand analysis unit
14: output unit
100: river
101: main stream 102: tributary stream
103: River node 104: Number
105: Node connected to intake element 106: Node connected to regression element
200: subbasin

Claims (11)

기상 자료와, 분석 대상 유역의 강우-유출 모형과, 댐, 보 및 저수지를 포함한 공급 요소의 방류 유량 실적 자료와, 상수도 취수장, 하천수 사용시설물, 양수장을 포함하는 취수 요소의 취수 유량 실적 자료와, 하수처리장, 농업용수 수요구역을 포함하는 회귀 요소 중에 하수처리장의 회귀 유량 실적 자료 및 농업용수 수요구역의 논배수 모형과, 하천 상의 유량 관측 지점에서 얻는 관측 유량을 입력받아 저장한 데이터베이스부(20)의 자료를 데이터 처리부(30)로 분석하여 물수급 현황을 판단하는 유역 상세화를 통한 실적자료 기반 물수급 분석 방법에 있어서,
하천(100)의 합류 지점, 강우 유출의 집속 지점, 공급 요소의 지점, 하천의 본류 발원지나 아니면 본류의 유입 지점 및 하천의 지류 발원지가 하천 절점(103)으로 설정되고 하천 절점(103)을 기준으로 분석 대상 유역을 분할하여 얻는 소유역(200)이 구간별로 매칭된 하천망을 생성한 후, 취수 요소와 회귀 요소를 하천망에 연계 절점(105, 106)을 설정하여 하천망에 연계시킨 물순환 모델을 생성하는 물순환 모델 생성단계(S100);
소유역별 자연유량을 강우-유출 모형을 이용하여 산정하고, 가산할 공급 요소의 방류 유량, 가산할 취수 요소의 취수 유량, 감산할 회귀 요소의 회귀 유량을 실적자료에 따라 결정하되, 회귀 요소 중에 농업용수 수요구역의 회귀 유량은 논배수 모형으로 산정하고, 하천의 흐름 방향을 따라가며 소유역별 자연유량을 순차적으로 적산하며 취수 요소의 취수 유량을 감산하고 회귀 요소의 회귀 유량을 감산하여 각 하천 절점(103)까지의 적산량을 얻되, 공급 요소를 맞날 시에 공급 요소의 방류 유량으로 적산량을 초기화하고, 각 하천 절점(103)까지의 적산량을 유량으로 추정하는 물수지 분석단계(S200);
유량 관측 지점의 추정 유량을 관측 유량에 맞추도록 보정한 후, 유량 관측 지점의 상류측에 존재하는 각 하천 절점(103)의 추정 유량을 동일한 보정 방식으로 보정하는 검증/보정단계(S300);
각 하천 절점(103)의 보정 유량에 따라 물수급 현황을 분석하는 물수급 분석단계(S400);
를 포함하는
유역 상세화를 통한 실적자료 기반 물수급 분석 방법.
Meteorological data, rainfall-runoff model of the basin to be analyzed, discharge flow performance data of supply elements including dams, weirs, and reservoirs, water intake flow performance data of water intake elements including water supply intake stations, river water use facilities, and pumping stations, Among the regression elements including the sewage treatment plant and the agricultural water demand area, a database unit (20) that receives and stores the regression flow performance data of the sewage treatment plant, the paddy drainage model of the agricultural water demand area, and the observed flow rate obtained from the flow observation point on the river. In the performance data-based water supply and demand analysis method through basin detailing that analyzes the data with the data processing unit 30 to determine the water supply and demand status,
The confluence point of the river 100, the concentration point of rainfall outflow, the point of the supply element, the source of the main stream or the inflow point of the main stream, and the source of the tributaries of the river are set as the river node 103, and the river node 103 is set as the reference point. After creating a river network in which the sub-watersheds (200) obtained by dividing the analysis target basin are matched for each section, a water cycle model is created by linking the intake elements and regression elements to the river network by setting nodes (105, 106) to link them to the river network. Water cycle model creation step (S100);
The natural flow rate for each subbasin is calculated using the rainfall-runoff model, and the discharge flow rate of the supply factor to be added, the intake flow rate of the intake factor to be added, and the regression flow rate of the regression factor to be subtracted are determined based on performance data. Among the regression factors, agricultural use The return flow rate of the water demand area is calculated using the rice field drainage model, and the natural flow rate for each sub-basin is sequentially integrated following the flow direction of the river. The water intake flow rate of the intake element is subtracted, and the return flow rate of the regression element is subtracted to reach each river node ( A water balance analysis step (S200) of obtaining the accumulated amount up to 103), initializing the accumulated amount with the discharge flow rate of the supply element when a supply element is encountered, and estimating the accumulated amount up to each river node 103 as the flow rate;
After correcting the estimated flow rate at the flow rate observation point to match the observed flow rate, a verification/correction step (S300) of correcting the estimated flow rate at each river node 103 existing upstream of the flow rate observation point using the same correction method;
A water supply and demand analysis step (S400) in which the water supply and demand status is analyzed according to the corrected flow rate of each river node (103);
containing
Water supply and demand analysis method based on performance data through basin detailing.
제 1항에 있어서,
상기 검증/보정단계(S300)는
Figure pat00034

으로 하천 절점(103)의 추정 유량을 보정하며, 여기서,
Figure pat00035
는 유량 추정 절점의 상류측 공급 요소별 방류 유량을 합산한 것이고,
Figure pat00036
은 소유역별 자연유출량을 합산한 것이고,
Figure pat00037
는 취수 요소별 취수 유량을 합산한 것이고,
Figure pat00038
는 회귀 요소별 회귀 유량을 합산한 것이되, 소유역, 취수 요소 및 회귀 요소는 유량 추정 절점과 유량 추정 절점의 상류측 공급 요소의 절점 사이의 것만으로 한정하는
유역 상세화를 통한 실적자료 기반 물수급 분석 방법.
According to clause 1,
The verification/correction step (S300) is
Figure pat00034

The estimated flow rate of the river node 103 is corrected, where:
Figure pat00035
is the sum of the discharge flow rates for each supply element upstream of the flow rate estimation node,
Figure pat00036
is the sum of natural runoff by subbasin,
Figure pat00037
is the sum of water intake flow rates for each water intake element,
Figure pat00038
is the sum of the regression flow rates for each regression element, but the subbasin, water intake elements, and regression elements are limited to only those between the flow rate estimation node and the node of the supply element upstream of the flow estimation node.
Water supply and demand analysis method based on performance data through basin detailing.
제 1항에 있어서,
상기 공급 요소의 방류 유량 실적 자료와 유량 관측 지점에서 얻는 관측 유량는 일 단위로 실측한 자료이고,
취수 요소의 취수 유량 실적 자료는 과거 1년치 실적 자료를 근거로 얻는 일 단위의 자료이며,
상기 물수지 분석단계(S200), 검증/보정단계(S300) 및 물수급 분석단계(S400)는 일 단위로 물수급 현황을 판단하게 수행되는
유역 상세화를 통한 실적자료 기반 물수급 분석 방법.
According to clause 1,
The discharge flow performance data of the supply elements and the observed flow rate obtained from the flow observation point are data actually measured on a daily basis,
The water intake flow performance data of the water intake element is daily data obtained based on the past year's performance data.
The water balance analysis step (S200), verification/correction step (S300), and water supply and demand analysis step (S400) are performed to determine the water supply and demand status on a daily basis.
Water supply and demand analysis method based on performance data through basin detailing.
제 1항에 있어서,
상기 논배수 모형은
Figure pat00039

Figure pat00040

Figure pat00041

Figure pat00042

으로 이루어진 수학적 모델로 구성되고, 여기서 농업용수 공급량은 저수지의 방류 방류 유량 실적 자료 또는 양수장의 취수 유량 실적 자료로 얻는
유역 상세화를 통한 실적자료 기반 물수급 분석 방법.
According to clause 1,
The rice field drainage model is
Figure pat00039

Figure pat00040

Figure pat00041

Figure pat00042

It consists of a mathematical model, where the agricultural water supply is obtained from the discharge discharge flow performance data of the reservoir or the water intake flow performance data of the pumping station.
Water supply and demand analysis method based on performance data through basin detailing.
제 1항에 있어서,
상기 물수지 분석단계(S200)는
취수 요소가 연계된 연계 절점(105)까지 적산량에서 취수 요소의 취수 유량을 제외하여 취수 전 연계 절점(105)의 유량을 얻는
유역 상세화를 통한 실적자료 기반 물수급 분석 방법.
According to clause 1,
The water balance analysis step (S200) is
By excluding the water intake flow rate of the water intake element from the accumulated amount up to the link node (105) where the water intake element is linked, the flow rate of the link node (105) before water intake is obtained.
Water supply and demand analysis method based on performance data through basin detailing.
제 1항에 있어서,
상기 물수급 분석단계(S400)는
유량 관측 지점의 자연유량 Q를
Figure pat00043

으로 산정하며, 여기서
Figure pat00044
는 유량 관측 지점의 관측 유량이고,
Figure pat00045
는 취수 요소의 취수 유량이고,
Figure pat00046
는 회귀 요소의 회귀 유량이고,
Figure pat00047
는 공급 요소에 대해 유입 유량에서 방류 유량을 차감하여 얻는 유출 저수량이되, 소유역, 취수 요소, 회귀 요소 및 공급 요소는 유량 관측 지점의 상류측 소유역 및 요소만로 한정하는
유역 상세화를 통한 실적자료 기반 물수급 분석 방법.
According to clause 1,
The water supply and demand analysis step (S400) is
The natural flow rate Q at the flow observation point is
Figure pat00043

It is calculated as, where
Figure pat00044
is the observed flow rate at the flow observation point,
Figure pat00045
is the water intake flow rate of the water intake element,
Figure pat00046
is the regression flow rate of the regression element,
Figure pat00047
is the outflow storage volume obtained by subtracting the discharge flow rate from the inflow flow rate for the supply element, but the sub-basin, intake element, return element, and supply element are limited to only the sub-basin and element upstream of the flow observation point.
Water supply and demand analysis method based on performance data through basin detailing.
제 6항에 있어서,
상기 물수급 분석단계(S400)는
유량 관측 지점에 대해 산정한 자연유량 Q을 이용하여 상기 강우-유출 모형을 갱신하는
유역 상세화를 통한 실적자료 기반 물수급 분석 방법.
According to clause 6,
The water supply and demand analysis step (S400) is
The rainfall-runoff model is updated using the natural flow rate Q calculated for the flow observation point.
Water supply and demand analysis method based on performance data through basin detailing.
제 1항에 있어서,
상기 물수급 분석단계(S400)에서 농업용수 수요구역을 위한 취수 유량을 결정함에 있어서,
농업용수 수요구역 중에 매일 갱신되는 실적 자료를 갖는 저수지 또는 양수장으로 관개하는 농업용수 수요구역을 기준 농업용수 수요구역으로 정하고 실적 자료에 따라 관개량을 얻은 후, 관개량을 기준 농업용 수요구역 면적으로 제산하여 얻는 값을 기준 관개량으로 정하며,
기준 농업용수 수요구역을 제외한 농업용수 수요구역에 공급하기 위한 취수 유량을 기준 관개량에 농업용수 수요구역 면적을 곱셈하여 얻는 관개량에 따라 추정하는
유역 상세화를 통한 실적자료 기반 물수급 분석 방법.
According to clause 1,
In determining the water intake flow rate for the agricultural water demand area in the water supply and demand analysis step (S400),
Among the agricultural water demand areas, the agricultural water demand area irrigated by a reservoir or pumping station with daily updated performance data is set as the standard agricultural water demand area, the irrigation amount is obtained according to the performance data, and the irrigation amount is divided by the area of the standard agricultural demand area. The value is set as the standard irrigation amount,
The water intake flow rate to supply agricultural water demand areas excluding the standard agricultural water demand area is estimated based on the irrigation amount obtained by multiplying the standard irrigation amount by the area of the agricultural water demand area.
Water supply and demand analysis method based on performance data through basin detailing.
제 8항에 있어서,
상기 물수급 분석단계(S400)는
기준 농업용수 수요구역이 복수 개인 경우에, 기준 농업용수 수요구역을 제외한 농업용수 수요구역의 취수 유량을 산정하기 위한 기준 농업용수 수요구역은 거리적으로 가장 근접한 것으로 선택하는
유역 상세화를 통한 실적자료 기반 물수급 분석 방법.
According to clause 8,
The water supply and demand analysis step (S400) is
In the case where there are multiple standard agricultural water demand areas, the standard agricultural water demand area for calculating the water intake flow rate of agricultural water demand areas excluding the standard agricultural water demand area is selected as the closest in distance.
Water supply and demand analysis method based on performance data through basin detailing.
제 8항에 있어서,
상기 물수급 분석단계(S400)는
기준 농업용수 수요구역이 복수 개인 경우에, 기준 농업용수 수요구역을 제외한 농업용수 수요구역의 취수 유량을 산정하기 위한 기준 농업용수 수요구역은 취수 또는 방류 시기의 상관성이 가장 높은 실적을 갖는 것으로 선택하는
유역 상세화를 통한 실적자료 기반 물수급 분석 방법.
According to clause 8,
The water supply and demand analysis step (S400) is
In the case where there are multiple standard agricultural water demand areas, the standard agricultural water demand area for calculating the water intake flow rate of agricultural water demand areas excluding the standard agricultural water demand area is selected as the one with the highest correlation in water intake or discharge time.
Water supply and demand analysis method based on performance data through basin detailing.
청구항 제1항 내지 제10항 중에 어느 한 항에 기재된 방법을 구현하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터프로그램.A computer program stored in a computer-readable recording medium for implementing the method according to any one of claims 1 to 10.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117852977A (en) * 2024-03-06 2024-04-09 江西省水利科学院(江西省大坝安全管理中心、江西省水资源管理中心) Water resource simulation and regulation method with dual quality control

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Title
수문학적 가뭄 모니터링을 위한 실적자료 기반 물순환 모델 개발(The development of water circulation model based on quasi-realtime hydrological data for drought monitoring), 한국수자원학회논문집 v.53 no.8, pp. 569 - 582, 2020년, 1226-6280 , 한국수자원학회
수문학적 가뭄 평가 예측을 위한 실적자료 기반 물순환 모델 소개, 물과 미래 : 한국수자원학회지 = Water for future v.53 no.4, pp. 16 - 23, 2020, 1738-9488, 한국수자원학회

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