HEC-RAS 모형과 상류 관측 유량을 활용한 하류 결측 유량의 예측에 관한 연구 :A Study on Forecast of Downstream Missing Discharge Data Estimation using HEC-RAS Model and Upstream Observed Discharges

오동헌

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자료유형: 학위논문

저자정보: 오동헌 (인천대학교, 인천대학교 대학원)

지도교수: 김동욱

발행연도: 2015

저작권: 인천대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2019

HEC-RAS 모의결과를 활용한 연속유량 자료 보완 방법에 관한 연구

오동헌 , 조상욱 , 노영신 외 1명 한국수자원학회 학술발표회 2019.01 학술대회자료

2015

HEC-RAS 모형과 상류 관측 유량을 활용한 하류 결측 유량의 예측에 관한 연구

오동헌 건설환경공 2015.01 학위논문

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자동유량측정시설은 하천 유량을 실시간으로 측정하기 위한 수문조사시설로써, 측정시간 단축 및 무인운영을 통해 기존 인력에 의한 측정의 제약조건을 극복할 뿐만 아니라 수위-유량관계곡선식으로는 유량산정이 어려운 배수 및 조위영향 구간에서 양질의 유량자료를 확보할 수 있다. 하지만 자동유량측정시설로 측정되는 실시간 유량자료는 내외부적인 요인(낙뢰, 누전, 기타 시설물 고장)으로 인하여 자료의 결측 발생하고 있다.
본 연구에서는 2013년 실시간 유량자료 취득 지점 중 자료 결측이 많이 발생한 남한강 유역의 우만～양평 구간을 대상으로 HEC-RAS 모형과 상류 관측유량을 활용하여 하류 결측 유량을 예측하고 보완하기 위한 방법을 검토 및 적용하였다.
상류 관측유량은 우만 지점의 자료를 활용하였으며, 하류 결측 유량의 예측 보완 지점은 여주보하류와 이포 지점으로 선정하여 평저수기(3월), 홍수기(7월)의 실시간 유량자료와 수위-유량관계식 환산유량, HEC-RAS 모형을 통하여 취득된 유량자료를 비교검토 하였다. 여주보하류 지점의 경우 평저수기(3월)와 홍수기(7월)에 수위-유량관계식의 환산유량 상대오차는 각각 24% 와 10%, 이포 지점의 경우 평저수기(3월)에는 수위-유량관계식을 적용하기에 불가능한 수위로 유량산정이 불가능하였고, 홍수기(7월)에는 상대오차가 약 73%로 나타났다.
반면, HEC-RAS 모형에서 취득된 유량자료는 실시간 유량자료와의 상대오차가 여주보하류 지점의 경우 평저수기(3월), 홍수기(7월) 각각 0.7% 와 5% 나타났으며, 이포 지점의 경우 5%와 6%로 나타났다. 평저수기(3월)와 홍수기(7월) 자료를 비교 검토한 결과 HEC-RAS 모형으로 결측된 유량자료에 대한 예측 보완을 실시하였을 경우 수위-유량관계곡선식 보다 정확성이 높은 것으로 나타났다.
여주보하류, 이포 지점에서 결측 기간에 측정된 유량측정성과를 가지고 HEC-RAS 모형을 통해 취득된 자료의 정확성을 비교 검토한 결과, 여주보하류 지점에서는 유량측정성과 174.01㎥/s와 예측보완자료가 181.33㎥/s로 상대오차는 약 4%로 나타났고, 이포 지점에서는 유량측정성과 249.95㎥/s와 예측보완자료는 235.60㎥/s로 상대오차는 약 6%로 나타나 자료의 예측보완이 잘 이루어진 것으로 나타났다.
따라서 남한강 유역의 우만～양평 구간에서 발생한 실시간 유량 결측자료는 HEC-RAS 모형을 통하여 예측 보완이 가능할 것으로 판단된다. 해당 유역 외에도 상류에서 관측된 실시간 유량자료가 있다면 모형을 통하여 하류의 결측유량을 예측 하고 보완하는 것이 가능할 것으로 판단되며, 이것으로 보 설치에 따른 수위-유량관계식의 한계성을 극복하고 해당유역의 다양한 자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

The automatic discharge measurement system is a hydrological investigation facility measuring river discharges in real time. The system overcomes the main constraints of manual measurements and enables fast and exact measurements.
In addition, the system acquires high-quality discharge data even in the sections having difficulties in discharge estimation using the stage-discharge rating curve equation and affected by the tide level.
Nevertheless, there are still missing real-time discharge data frequently due to internal and external factors(lightning, short circuit and failure in other facilities), even the data were measured from the automatic discharge measurement system.
In this study, a method to estimate downstream missing discharge was reviewed and was implemented using HEC-RAS model based on the upstream observed discharge in the Uman section to Yangpyeong section of the Namhan River basin. These locations are the ones having many missing discharge of data in 2013.
For upstream observed discharge, Uman section''s data were used. The downstream of the Yeoju weir and Ipo section were chosen to estimate downstream missing discharge. Then, the computed discharge from the stage-discharge rating curve equation and the numerical model(HEC-RAS) were compared and reviewed, based on the data of dry season (March) and the flood season (July).
The relative error of the estimated discharge from the stage-discharge rating curve equation in the downstream of the Yeoju weir during the dry(March) and the flood(July) seasons were 24% and 10%, respectively. In the Ipo location, it was impossible to estimate discharge during the dry season(March) using the stage-discharge rating curve equation; however, the relative error during the flood season(July) was 73%. On the other hand, the relative errors between the HEC-RAS data and the real-time discharge data were 0.7% and 5% in the downstream of the Yeoju weir, and were 5% and 6% in the Ipo location.
The data acquired during the dry season(March) and the flood season(July) were compared. As a result, it was found that the missing discharge estimation using the HEC-RAS model was more accurate than that based on the stage-discharge rating curve equation.
The discharge measurement results obtained in the downstream of the Yeoju weir and the Ipo spot during the missing occurrence period were compared with the results of the HEC-RAS model.
In the downstream of the Yeoju weir, the relative error between of the discharge measurement (174.01㎥/s) and that the estimated discharge (181.33㎥/s) based on the numerical model was approximately 4%. At the Ipo location, the relative error between the discharge measurement (249.95㎥/s) and that the estimated discharge (235.60㎥/s) based on the numerical model was approximately 6%, which accuracy is acceptable.
Therefore, missing real-time discharge data in the Uman section to Yangpyeong section of the Namhan River basin can be reasonably well evaluated using the HEC-RAS model.
Consequently, based on the real-time discharge data observed in the upstream and the data observed in the basin, it is possible to reasonably estimate missing discharge of the downstream. This discharge estimation method helps improving the limitation of the stage-discharge rating curve equation in the weir. The discharge estimation method developed in this study is applicable to other locations at which missing discharge data should be predicted.

#HEC-RAS #결측자료 예측방법 #자료 보완 #유량 측정

제 1 장 서 론 1
1.1 연구 배경 및 목적 1
1.2 연구 내용 및 방법 2
1.3 연구동향 3
제 2 장 자료 수집 및 보완 방법과 이론적 배경 9
2.1 자료 수집 및 보완 방법 9
2.2 수위-유량관계곡선식 9
2.2.1 수위-유량관계의 기본 특성 10
2.2.2 수위-유량관계 곡선식 자료 분석방법 11
2.3 초음파 유속계의 원리 및 유량 산정 방법 12
2.3.1 ADVM 12
2.3.2 지표유속법 16
2.4 HEC-RAS 모형 21
2.4.1 HEC-RAS 모형의 일반 사항 21
2.4.2 부정류 해석 기본방정식 24
제 3 장 대상유역 현황 및 자료수집 28
3.1 대상유역의 현황 28
3.2 자료수집 35
3.2.1 자동유량측정시스템 유량자료 35
3.3.2 수위자료 40
3.3.3 HEC-RAS 모형 구축 42
제 4 장. 자료 분석 및 결과 44
4.1 수위-유량관계곡선식을 이용한 분석 44
4.1.1 수위-유량관계곡선식 산정 44
4.1.2 실시간 유량자료 및 방류량 검토 46
4.2 실시간 유량자료와 HEC-RAS 모형을 이용한 분석 50
4.3 HEC-RAS 모형 자료 정확성 검토 53
4.4 실시간 유량자료 결측 구간 보완 방법 적용 59
제 5 장 결 론 63
참 고 문 헌 64
ABSTRACT 67
감 사 의 글 70

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