Journal of Korea Water Resources Association (한국수자원학회논문집)

Korea Water Resources Association (한국수자원학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Discharge Estimation at Ungauged Catchment Using Distributed Rainfall-Runoff Model

분포형 강우-유출 모형을 이용한 미계측 중소유역의 유량 추정

  • Choi, Yun-Seok (Water Resources Research Div., Korea Institute of Construction Technology) ;
  • Kim, Kyung-Tak (Water Resources Research Div., Korea Institute of Construction Technology) ;
  • Shim, Myung-Pil (Dept. of Civil Engineering, Inha Univ.)
  • 최윤석 (한국건설기술연구원 수자원연구실) ;
  • 김경탁 (한국건설기술연구원 수자원연구실) ;
  • 심명필 (인하대학교 사회기반시스템공학부)
  • Published : 2010.04.30
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

Generally, river discharge is measured at flood forecasting points, upstream dam points, large rivers, and important points over a basin, and it is hard to estimate discharge of medium or small stream and small catchment. Physically based rainfall-runoff model with geographical parameters can simulate discharge at all the points within a basin with optimized parameters for a point in the basin. In this study, GRM (Grid based Rainfall-runoff Model) calibrated at the outlet is applied. The discharge at upstream point is estimated and the possibility of model regionalisation is examined for ungauged catchment of small or medium stream within a river system. Wicheon and Boksu watershed in Nakdonggang (Riv.) and Yudeungcheon (Riv.) respectively are selected. The discharge at Miseong and Sindae station is simulated with the parameters estimated at Museong and Boksu station. The results of Miseong and Sindae station show good agreement with observed hydrographs in peak discharge and peak time and consistently linear relationships with high correlations in discharge volume, peak discharge, and peak time. And it shows GRM could be applied to estimate discharge at ungauged catchments along a river system.

하천의 유량 측정은 대부분 홍수 예보지역, 댐 상류지역, 대하천 및 유역내 주요 지점을 위주로 수행되고 있으며, 이에 따라서 중소하천과 소유역에 대한 유량 산정에 어려움이 있다. 물리적 기반의 분포형 모형에서는 유역의 지형학적 매개 변수를 기반으로 강우-유출 현상을 해석하고 있으며, 특정 지점에 대해서 최적화된 매개변수를 이용하여 유역 내 모든 지점에 대한 유량을 모의할 수 있다. 본 연구에서는 물리적 기반의 분포형 모형인 GRM(Grid based Rainfall-runoff Model)을 이용하여 유출구 지점에 대해서 모형을 보정하고, 이를 통해서 상류의 하천지점에 대한 유량을 추정함으로써 동일 수계에서 유량 측정이 이루어지지 않는 중소하천의 소유역에 대한 모형의 지역화 가능성을 평가하고자 한다. 대상 유역은 낙동강의 위천 유역과 유등천의 복수 유역을 선정하였으며, 무성과 복수 수위관측소에 대해서 추정된 매개변수를 이용하여 미성 및 신대 수위관측소의 유량을 모의하였다. 연구결과 미성 및 신대 수위관측소의 모의결과는 첨두유량 및 첨두시간에 대해서 관측 수문곡선을 잘 재현하였으며, 총유출량과 첨두유량 및 첨두시간에 대해서 관측값과 선형의 높은 상관성을 일관되게 보이고 있다. 따라서 동일 수계에 있는 상류 미계측 중소유역의 유량 추정시 GRM은 충분히 적용성이 있는 것으로 나타났다.

Keywords

References

  1. 건설부 (1994). 국제수문개발계획(IHP) 연구보고서.
  2. 건설교통부 (2005). 하천설계기준.해설, pp. 262-265.
  3. 국토해양부 (2007). 한국수문조사연보.
  4. 김경탁 (1998). GIS 적용에 따른 유출응답에 관한 연구. 박사학위논문, 인하대학교, pp. 94-98.
  5. 농업기술연구소(1992). 증보 한국토양총설. 토양조사자료 13, 농춘진흥청, pp. 283-290.
  6. 박정술, 김경탁, 최윤석 (2009a). “레이더 강우와 GRM을 이용한 임진강 유역의 홍수 유출모의.” 2009년 한국수자원학회 학술발표회 논문집, 한국수자원학회, pp. 1047-1051.
  7. 박정술, 최윤석, 김경탁, 이승기 (2009b). “기상레이더와 분포형 수문모형을 이용한 내린천 유역의 강우-유출 분석.” 2009년 대한원격탐사학회 춘계학술대회 논문집, 대한원격탐사학회, pp. 291-295.
  8. 심순보, 안보훈 (1976). “미계측 중소유역의 설계홍수량 산정에 관한 연구.” 한국수자원학회지, 한국수자원학회, 제9권, 제2호, pp. 101-114.
  9. 오경두 (2009). “분포형 모형 $Vflo^{TM}$에 의한 수문해석.” 제20회 수공학 웍샵 교재, 한국수자원학회, pp. 32-41.
  10. 이효상, 문영일 (2007). “미계측 지역의 강우 유출 모델의 적용.” 대한토목학회논문집, 대한토목학회, pp. 489-498.
  11. 최윤석 (2010). 지리정보시스템 기반의 물리적 분포형 강우-유출 모형 개발 및 평가. 박사학위논문, 인하대학교, pp. 21-212.
  12. 최윤석, 김경탁, 이진희 (2008). “유한체적법을 이용한 격자기반의 분포형 강우-유출 모형 개발.” 한국수자원학회논문집, 한국수자원학회, 제41권, 제9호, pp. 895-905. https://doi.org/10.3741/JKWRA.2008.41.9.895
  13. 최윤석, 김경탁, 심명필 (2009). “댐 하류 지점에 대한 분포형 모형의 적용성 평가.” 한국수자원학회논문집, 한국수자원학회, 제42권, 제9호, pp. 703-713. https://doi.org/10.3741/JKWRA.2009.42.9.703
  14. 한국건설기술연구원 (2007). HyGIS 개발, 과학기술부.
  15. 한국건설기술연구원, (주)지오매니아, (주)로커스솔루션 (2009). HyGIS Tutorial-제5.6회 HyGIS Workshop 실습, pp. 184-194.
  16. 행정자치부 (1998). 위성자료를 이용한 미계측 특정지역의 하천재해 분석을 위한 기초연구, NIDP-97-07, pp. 105-292.
  17. Abbott, M.B., Bathurst, J.C, Cunge, J.A., O'Connell, P.E., and Rasmussen, J. (1986). “An introduction to the European Hydrological System-Systeme Hydrologique Europeen, “SHE”, 1: History and philosophy of a physically-based, distributed modelling system.” Journal of Hydrology, Vol. 87, pp. 45-59. https://doi.org/10.1016/0022-1694(86)90114-9
  18. Andersen, J., Refsgaard, J.C., and Jensen, K.H. (2001).“Distributed hydrological modelling of the SenegalRiver Basin-model construction and validation.”Journal of Hydrology, Vol. 247, pp. 200-214. https://doi.org/10.1016/S0022-1694(01)00384-5
  19. Ajami, N.K., Gupta, H., Wagener, T., and Sorooshian,S. (2004). “Calibration of a semi-distributed hydrologicmodel for streamflow estimation along a riversystem.” Journal of Hydrology, Vol. 298, pp.112-135. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2004.03.033
  20. Aron, G. and Miller, A. (1978). “Adaptation of floodpeaks and design hydrographs from gaged to nearbyungaged watershed.” Water Resources Bulletin, Vol.14, No. 2, pp. 313-321. https://doi.org/10.1111/j.1752-1688.1978.tb02169.x
  21. Bandaragoda, C., Tarboton, D.G., and Woods, R.(2004).“Application of TOPNET in the distributed modelintercomparison project.” Journal of Hydrology, Vol.298, pp. 178-201. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2004.03.038
  22. Bloschl, G. and Sivapalan, M. (1995). “Scale issues inhydrological modelling: a review.” HydrologicalProcesses, Vol. 9, pp. 251-290. https://doi.org/10.1002/hyp.3360090305
  23. Chaudhry, M.H. (1993). Open-channel Flow. Prentice-Hall, pp. 82-86.
  24. Chow, V.T. (1959). Open-channel hydraulics. McGraw-Hill, pp. 101-123.
  25. Chow, V.T., Maidment, D.R., and Mays, L.W. (1988). Applied hydrology. McGraw-Hill, pp. 110-147.
  26. Dawson, C.W., Abrahart, R.J., Shamseldin, A.Y., andWilby, R.L. (2006). “Flood estimation at ungaugedsites using artificial neural networks.” Journal ofHydrology, Vol. 319, pp. 391-409. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2005.07.032
  27. Gotzinger, J., and Bardossy, A. (2007). “Comparison offour regionalisation methods for a distributedhydrological model.” Journal of Hydrology, Vol. 333,pp. 374-384. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2006.09.008
  28. Merz, R., and Blöschl, G. (2004). “Regionalisation ofcatchment model parameters.” Journal of Hydrology,Vol. 287, pp. 95-123. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2003.09.028
  29. Nash, J.E., and Sutcliffe, J.V. (1970). “Flow forecastingthrough conceptual models part I - a discussion ofprinciples.” Journal of Hydrology, Vol. 10, pp. 282-290. https://doi.org/10.1016/0022-1694(70)90255-6
  30. Pilgrim, D.H. (1983). “Some problems in transferringhydrological relationships between small and largedrainage basins and between regions.” Journal ofHydrology, Vol. 65, pp. 49-72. https://doi.org/10.1016/0022-1694(83)90210-X
  31. Refsgaard, J.C. (1997). “Parameterisation, calibrationand validation of distributed hydrological models.”Journal of Hydrology, Vol. 198, pp. 69-97. https://doi.org/10.1016/S0022-1694(96)03329-X
  32. Young, A. (2006). “Stream flow simulation within UKUngauged catchments using a daily rainfall-runoffmodel.” Journal of Hydrology, Vol. 320, pp. 155-172. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2005.07.017
  33. http://www.geumriver.go.kr/
  34. http://www.nakdongriver.go.kr/

Cited by

  1. Development of a Multi-Site Calibration Module of Distributed Model - The Case of GRM - vol.15, pp.3, 2012, https://doi.org/10.11108/kagis.2012.15.3.103
  2. Parameter Estimation of a Distributed Hydrologic Model using Parallel PEST: Comparison of Impacts by Radar and Ground Rainfall Estimates vol.46, pp.11, 2013, https://doi.org/10.3741/JKWRA.2013.46.11.1041
  3. Evaluation of Error Indices of Radar Rain Rate Targeting Rainfall-Runoff Analysis vol.21, pp.9, 2016, https://doi.org/10.1061/(ASCE)HE.1943-5584.0001393
  4. Simulation Conditions based Characteristics of Spatial Flood Data Extension vol.47, pp.6, 2014, https://doi.org/10.3741/JKWRA.2014.47.6.501
  5. Impact Assessment of Spatial Resolution of Radar Rainfall and a Distributed Hydrologic Model on Parameter Estimation vol.34, pp.5, 2014, https://doi.org/10.12652/Ksce.2014.34.5.1443
  6. Development and Application of Diffusion Wave-based Distributed Runoff Model vol.44, pp.7, 2011, https://doi.org/10.3741/JKWRA.2011.44.7.553
  7. Dam Effects on Spatial Extension of Flood Discharge Data and Flood Reduction Scale I vol.48, pp.3, 2015, https://doi.org/10.3741/JKWRA.2015.48.3.209
  8. Assessment of Conceptual Rainfall Runoff Models for Regionalisation at Miho Catchment vol.12, pp.1, 2012, https://doi.org/10.9798/KOSHAM.2012.12.1.193
  9. Parameterization Analysis of SWAT Model Considering the Uncertainty vol.12, pp.2, 2012, https://doi.org/10.9798/KOSHAM.2012.12.2.173
  10. Regionalisation of a PDM Model for Catchment Runoff in a Mountainous Region of Korea pp.1976-3808, 2018, https://doi.org/10.1007/s12205-018-1629-7