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보고서 초록(3차년도)
요약문
SUMMARY
Contents
목차
제1장 서론 25
제1절 연구의 필요성 25
제2절 연구 수행 절차 26
제2장 국내·외 기술개발 현황 28
제1절 국내 기술개발 현황 28
제2절 국외 기술개발 현황 30
제3절 현기술상태의 취약성 분석 및 향후 전망 32
제3장 연구개발 수행 내용 및 결과 34
제1절 GIS를 활용한 국내 도시유역의 홍수특성 분석 34
1. 국내 도시유역의 GIS 자료 구축 34
가. 낙동강 유역 현황 34
나. 낙동강 유역 홍수예경보 소유역 구분 38
다. 낙동강 유역 수계 현황 42
라. 낙동강 유역 기상-수문관측소 현황 45
마. 낙동강 유역 수치고도 분포 61
바. 낙동강 유역 토양도 63
사. 낙동강 유역 토지피복도 65
2. GIS 자료에 근거한 대분류 개념의 적용 대상유역 선정 66
가. 대분류 개념의 적용 대상유역 선정 66
나. 도시유역 관망자료 구축 70
3. GIS 자료를 활용한 강우 및 홍수특성 상관관계 분석 71
가. GIS를 활용한 수문학적 유출특성 분석 71
나. 도시홍수 기록자료 분석 73
다. 대상 도시지역 토지피복 상세분류 75
제2절 유역홍수 및 도시홍수 해석기법 분석 77
1. 유역홍수 기법 조사 및 분석 77
가. 사상모형 77
나. 연속모형 81
2. 도시홍수 기법 조사 및 분석 85
가. RRL(Rainfall Runoff Library) 모형 85
나. SWMM 모형 86
다. ILLUDAS 모형 89
3. 통계모형 기법 조사 및 분석 91
가. 인공신경망 91
나. 퍼지추론시스템 92
다. 유전자알고리즘 94
제3절 지자체별 가용자료 네트워크 분석 97
1. 지자체별 강우자료 네트워크 분석 97
2. 지자체별 수위 및 유량자료 네트워크 분석 100
3. 기타 내배수재해 자료 네트워크 분석 102
4. 관측기간 및 지점별 가용자료 특성분석 102
제4절 강우예보자료의 지자체별 활용기술 개발 107
1. 강우예보자료 107
가. RDAPS 모델 특성 107
나. GDAPS T213 모델 특성 114
다. Radar 모델 특성 119
2. 편차보정기법 127
가. GDAPS/RDAPS 127
나. Radar 128
3. 레이더 강수 산정 및 결과 분석 130
가. 가용자료 현황 조사 130
나. 자료 수집 및 처리 140
다. QPE 산정 및 평가 141
라. QPF 산정 및 평가 151
4. 결과 토의 165
제5절 지자체별 소유역 홍수해석 및 적용성 평가 166
1. HEC-HMS 모형 적용 166
가. 유역특성인자 산정 166
나. 매개변수 추정 169
2. SWMM 모형 적용 179
가. SWMM 모형 개선방안 도출 179
나. 지형자료 구축 182
다. 적용결과 185
제6절 대유역 홍수해석기술 개발 186
1. 연속형 저류함수모형 개발 186
가. 저류함수모형 기본이론 186
나. 개선 방안 190
2. Kalman filtering 기법을 이용한 실시간 보정기술 개발 194
3. 실시간 보정기법을 결합한 대유역 홍수예측 시스템 구축 197
제7절 대유역 홍수 예측 시스템 적용성 평가 200
1. 소유역 구성 200
2. 수문자료 구축 203
가. 강우자료 수집 및 분석 203
나. 유량자료 수집 및 분석 213
다. 잠재증발산량 자료 생산 및 분석 220
3. 지형자료 구축 230
가. 수치표고모델 230
나. 토지피복도 233
다. 토양도 235
4. 매개변수 추정 236
5. 홍수량 예측 및 결과 분석 241
제8절 Nested 해석기법 개발 및 적용성 평가 244
1. 지자체별 내배수재해 예측을 위한 Nested 해석기법 도출 244
2. 시범유역 적용 245
3. 결과 토의 248
제4장 연구개발목표 달성도 및 대외 기여도 250
제1절 세부연구목표 및 평가 착안점 250
제2절 연구목표의 달성도 251
제5장 연구개발결과의 활용계획 253
제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 256
제7장 참고문헌 259
표 3.1.1. 낙동강유역의 중권역 구분현황 37
표 3.1.2. 낙동강 홍수예경보을 위한 소유역별 특성치 40
표 3.1.3. 낙동강 수계 하천등급별 현황 43
표 3.1.4. 낙동강유역내 국가하천 및 지방 1급하천 제원 44
표 3.1.5. 낙동강수계 유역면적별 하천현황 44
표 3.1.6. 낙동강유역 행정구역별 하천현황 45
표 3.1.7. 낙동강유역 강우관측소 현황 (2001년 기준) 45
표 3.1.8. 낙동강유역내 수계별 강우관측소 (2001년 기준) 47
표 3.1.9. 낙동강권역내 강우관측소 현황 및 제원 48
표 3.1.10. 낙동강권역 수위관측소 현황 (2001년 기준) 53
표 3.1.11. 낙동강권역 수위관측소 현황 및 제원 55
표 3.1.12. 기상관측소의 위치 및 자료년수 59
표 3.1.13. 댐지점 자료의 종류 및 가용자료기간 61
표 3.1.14. 낙동강 유역 표고분석 결과 62
표 3.1.15. 낙동강 유역 향분석 결과 62
표 3.1.16. 개략토양도 토양 범례 64
표 3.1.17. 연도별 토지피복현황 66
표 3.1.18. 선정 적용 시범유역 특성 68
표 3.1.19. 낙동강 유역 경사분석 결과 72
표 3.1.20. 낙동강 유역 내수재해 특성자료 (발생위치, 침수원인 등) 74
표 3.2.1. 사상모형의 종류 및 특징 80
표 3.2.2. 연속모형의 종류 및 특징 84
표 3.2.3. 도시홍수 해석기법 모형의 종류 및 특징 85
표 3.2.4. SWMM 모형 블록의 주요 기능 88
표 3.2.5. 유출해석 블록의 기능비교 89
표 3.3.1. 지자체별 관측기간 및 지점별 가용자료 특성 103
표 3.4.1. RDAPS 생산 자료의 변수 종류 112
표 3.4.2. GDAPS T213 생산 자료의 변수 종류 117
표 3.4.3. 다양한 강수형태에 따른 Z-R 관계식 125
표 3.4.4. 면봉 레이더 반경 내의 AWS 관측소 현황 134
표 3.4.5. 편차보정 전후의 정확도 평가 결과 150
표 3.4.6. AWS 관측강우와 QPF 비교 결과 163
표 3.4.7. QPE와 QPF 비교 결과 164
표 3.5.1. 대상유역 유역특성인자 산정 결과 168
표 3.5.2. 시범유역 호우사상 수집 현황 173
표 3.5.3. 대상유역 CN값 산정 결과 176
표 3.5.4. 대상유역 도달시간 산정 결과 177
표 3.5.5. 대상유역 저류상수 산정 결과 177
표 3.5.6. 자연유역 유출매개변수 정확도 평가 179
표 3.5.7. Horton의 침투량 계수 184
표 3.5.8. 토지이용별 조도계수 185
표 3.7.1. 유출모의 결과 검정 지점 정보 203
표 3.7.2. 우량 관측소 위치 및 제원 205
표 3.7.3. 수위관측소 위치 및 제원 (135개소) 215
표 3.7.4. 홍수예측을 위한 수위관측소 현황 219
표 3.7.5. 기상관측소 위치 및 제원 229
표 3.7.6. 소유역별 표고 및 경사 분석 232
표 3.7.7. 토지피복현황 233
표 3.7.8. 소유역별 유역특성인자 및 모형 입력변수 산정 결과 237
표 4.1.1. 세부연구목표 및 평가 착안점 250
표 4.2.1. 연구목표의 달성도 251
표 6.1.1. 지역별 RFC 현황 257
그림 1.2.1. 연구개발 추진전략 도식도 26
그림 2.1.1. 레이더 강수자료 산정과정 28
그림 2.1.2. 돌발홍수예보체계의 구성도 29
그림 2.2.3. 미국 RFC 예측강우 활용 체계도 31
그림 3.1.1. 낙동강 유역 현황도 35
그림 3.1.2. 낙동강 중권역 구분 현황 36
그림 3.1.3. 낙동강 홍수예경보 소유역 구분도 39
그림 3.1.4. 낙동강 유역의 하천망도 43
그림 3.1.5. 낙동강 유역 강우관측소 현황 46
그림 3.1.6. 낙동강 유역 수위관측소 현황 54
그림 3.1.7. 낙동강 유역 기상관측소 현황 58
그림 3.1.8. 낙동강 유역 주요 댐 현황 60
그림 3.1.9. 낙동강유역 수치고도모델 62
그림 3.1.10. 낙동강유역 개략 토양도 63
그림 3.1.11. 낙동강유역 토지피복도 65
그림 3.1.12. 적용 시범유역 선정을 위한 조건별 분류사항 66
그림 3.1.13. 낙동강 유역 침수재해 실적 (1984~2000년) 67
그림 3.1.14. 낙동강 적용 시범유역 및 고도분포 69
그림 3.1.15. 김천-직지사천 유역 고도분포 및 도시유역 자료 70
그림 3.1.16. 낙동강 유역 유출곡선지수 산정결과 71
그림 3.1.17. 낙동강 유역 하천차수도 및 유역경사분석도 72
그림 3.1.18. 적용 시범유역 토지이용도 분석결과 76
그림 3.2.1. SWMM 모형의 구성 87
그림 3.2.2. ILLUDAS 모형의 계산 흐름도 90
그림 3.3.1. 낙동강 유역의 강우 관측소 및 지자체별 가용 강우관측소 자료 98
그림 3.3.2. 낙동강 유역의 연도별 강우량 99
그림 3.3.3. 낙동강 유역의 연평균·다우년·과우년별 월강우량 100
그림 3.3.4. 낙동강 유역의 평균·최대·최소 월강우량 100
그림 3.3.5. 낙동강 유역의 지자체별 수위 관측소 및 기타 위치도 101
그림 3.4.1. RDAPS 모델의 연직 격자체계 108
그림 3.4.2. RDAPS 모델의 수평 격자체계 108
그림 3.4.3. RDAPS 둥지 격자체계의 종류 109
그림 3.4.4. RDAPS 모델 시스템의 흐름도 110
그림 3.4.5. RDAPS 예보영역 및 수평 격자수 111
그림 3.4.6. RDAPS 예보자료의 생산주기 111
그림 3.4.7. RDAPS 강수량(mm) 예보자료 (2002년 8월 9일 OOUTC +03시간 예보) 113
그림 3.4.8. RDAPS 기온(℃) 예보자료 (2002년 8월 9일 OOUTC +03시간 예보) 113
그림 3.4.9. GDAPS T213 예보영역 및 수평 격자수 116
그림 3.4.10. GDAPS T213 예보자료의 생산주기 117
그림 3.4.11. GDAPS 강수량(mm) 예보자료 (2002년 8월 17일 OOUTC +12시간 예보) 118
그림 3.4.12. GDAPS 기온(℃) 예보자료 (2002년 8월 17일 OOUTC +12시간 예보) 119
그림 3.4.13. 레이더 강수 산정 절차 119
그림 3.4.14. 레이더 반사도 인자의 보간(Mohr and Vaughan, 1979) 121
그람 3.4.15. CAPPI 자료의 계산절차 122
그림 3.4.16. 레이더 자료 품질관리 절차 123
그림 3.4.17. AWS 자료처리 알고리즘 124
그림 3.4.18. AWS와 레이더 관측 자료의 시·공간적 분포 및 대응 126
그림 3.4.19. Least-Square Fitting 126
그럼 3.4.20. 실시간 편차보정 기법의 개념도 128
그림 3.4.21. Mean-field bias 보정기법 적용 절차 129
그림 3.4.22. 전국 합성 레이더 네트워크 131
그림 3.4.23. 면봉산 레이더 사이트와 관측 반경 132
그림 3.4.24. 면봉산 레이더 반경 내 AWS 지점 133
그림 3.4.25. 현업보정기법 적용 절차 140
그림 3.4.26. 소유역별 QPE 산정 결과 141
그림 3.4.27. 소유역별 QPF 산정 결과 151
그림 3.5.1. 시범유역 수치표고모델 자료 167
그림 3.5.2. 시범유역 소유역 분할 현황 168
그림 3.5.3. 신천유역 시 강우자료 (2006~2008년) 169
그림 3.5.4. 침산관측소 시 유량자료 (2006~2008년) 169
그림 3.5.5. 영강유역 시 강우자료 (2006~2008년) 170
그림 3.5.6. 점촌관측소 시 유량자료 (2006~2008년) 170
그림 3.5.7. 감천유역 시 강우자료 (2006~2008년) 171
그림 3.5.8. 선산관측소 시 유량자료 (2006-2008년) 171
그림 3.5.9. 시범유역 티센망 구축 현황 172
그림 3.5.10. 호우사상 선정 (신천) 173
그림 3.5.11. 호우사상 선정 (감천) 173
그림 3.5.12. 호우사상 선정 (영강) 173
그림 3.5.13. 토지이용도와 수문학적 토양군 및 CN값 산정 결과 (신천) 175
그림 3.5.14. 토지이용도와 수문학적 토양군 및 CN값 산정 결과 (영강) 175
그림 3.5.15. 토지이용도와 수문학적 토양군 및 CN값 산정 결과 (감천) 175
그림 3.5.16. 매개변수 추정 결과 (신천) 178
그림 3.5.17. 매개변수 추정 결과 (감천) 178
그림 3.5.18. 매개변수 추정 결과 (영강) 178
그림 3.5.19. 관의흐름을 고려한 지표면 흐름 모식도 180
그림 3.5.20. 직지사천 유역 하수관망 및 도로 주제도 183
그림 3.5.21. 직지사천유역 소배수구역 분할 결과 183
그림 3.5.22. 직지사천 유역특성 및 SWMM 모형 모의 결과 185
그림 3.6.1. 저류함수의 유출해석 개념도 188
그림 3.6.2. 저류함수의 하도추적 개념도 189
그림 3.6.3. 단일유역-하도 연계 모식도 195
그림 3.6.4. 전체 시스템 흐름도 198
그림 3.6.5. 연속형 저류함수모형 흐름도 199
그림 3.7.1. 소유역 구성 현황 201
그림 3.7.2. 낙동강 유역 수계망도 202
그림 3.7.3. 우량관측소 현황 204
그림 3.7.4. 티센망 구축 현황 208
그림 3.7.5. 소유역별 면적평균 강수량 (2006~2008년) 209
그림 3.7.6. 낙동강 유역 수위관측소 현황 (135개소) 214
그림 3.7.7. 홍수예측을 위한 수위관측소 선정 지점 218
그림 3.7.8. 홍수예측을 위한 시유량자료 도시 결과 219
그림 3.7.9. 기상관측소 현황 228
그림 3.7.10. 기상관측소 티센망 구축 현황 230
그림 3.7.11. 낙동강 유역 DEM (100m×100m) 231
그림 3.7.12. 낙동강 유역 토지피복항목 (100m×100m) 234
그림 3.7.13. 낙동강 유역 정밀토양도 (1:25000) 235
그림 3.7.14. 주요 수위관측소 지점 매개변수 보정 결과 (2006.7.1~8.18) 239
그림 3.7.15. 댐 지점 매개변수 보정 결과 (2006.7.1~8.18) 240
그림 3.7.16. 주요 수위관측소 지점 매개변수 검정 결과 (2007.8.1~9.30) 240
그림 3.7.17. 댐 지점 매개변수 검정 결과 (2007.8.1~9.30) 241
그림 3.7.18. 실시간 보정을 통한 1시간 홍수량 예측 결과 (2006.7.1~8.18) 242
그림 3.7.19. 실시간 보정을 통한 1시간 홍수량 예측 결과 (2007.8.1~9.30) 243
그림 3.8.1. 내배수재해 실시간 Nested 예측체계 개념도 245
그림 3.8.2. Nested 기법 적용을 위한 시범유역 246
그림 3.8.3. 소유역별 유출모의 결과 247
그림 3.8.4. Nest 해석기법의 결과 분석 248
그림 5.1.1. 최종 연구결과 활용 전략 254
그림 6.1.1. 미국의 RFC 운영 현황 256
그림 6.1.2. RFC 시스템의 예보 절차 257
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