홍수예경보시스템구축을위한강우관측망설계방법™수예경보.pdf · 2017. 3....

182 |설계·감리사례

홍수예경보시스템구축을위한강우관측망설계방법

Design Method of a Rainfall Gauging Station Network in Flood Forecasting Waring System

1. 서론

2. 우량 관측망 밀도기준

3. 강우 관측소의 수량 및 위치 결정 사례

4. 결론

1) 수자원부 차장([email protected])2) 수자원부 대리([email protected])

The flood damage has been severed due to the recent climate changes and abnormal

climate conditions across the world. As an effective measure against this problem, there is

the Flood Forecast Warning System(FFWS) and the related projects are in the growing

trend.

The technological FFWS development in Korea is at a very high level, even being exported

to the Philippines, Indonesia and Thailand. And the technology itself has been widely used

in other countries.

The object of the FFWS development is minimizing flood damage through warning in

advance to the local residents and relevant authority about the flood information which are

flood level, the occurrence time and the flood area by forecasting model before the real

flooding.

Accurate flood forecasting will be a lot of help to mitigate flood damage, however

inaccurate flood forecasting can adversely affect the residential life, lowering the reliability

of the forecasts.

Therefore, the accuracy of forecasting in the FFWS development must be guaranteed. It

depends on the rainfall data as input data of runoff model which is the most important

part of the FFWS.

In this study, the reasonable method of designing a rainfall gauging station network in

the FFWS will be introduced through case study of the "Development of FFWS in CRB,

Indonesia" and it is expected that can be helpful for future similar projects.

노정수1) 김상우2)

< 유신기술회보_ VOL.23

14-182~193-홍수예경보 1904.1.9 1:31 페이지182 G7 JPC-ATALK 2540DPI 175LPI

홍수 예경보 시스템 구축을 위한 강우 관측망 설계 방법 |183

1. 서론

홍수예·경보의목적은강우로인해발생하는홍

수의규모와발생시간을정확하고신속하게예측하

여 댐 수문조작에 의한 홍수조절을 가능하게 하고

홍수에대비할수있도록유관기관또는지역주민에

게사전에홍수에관한정보, 즉예측되는홍수위와

그발생시간을제공함으로써홍수로부터피해를최

소화하는데있다.

정확한홍수예보는홍수피해를경감시키는데많은

도움을줄수있으나, 부정확한홍수예보는잘못된경

보를발령케하여지역주민의불편을가중시키고예

보에대한신뢰도를저하시킴으로써오히려홍수예

보를하지않는것보다못한악영향을미치게된다.

따라서홍수예경보시스템의개발에있어그예측

결과의정확성은매우중요하며, 이는홍수예보모형

을구성하는강우-유출모형의입력자료인강우관측

자료의품질과관련된다. 홍수예경보시스템을구축

하고자 하는 대상유역의 강우관측망은 공간적으로

균등하게분포되고, 예측결과의신뢰성을담보하기

위한최소한의밀도이상으로구축되어야한다.

본고에서는우리회사에서수주하여추진중인“인

도네시아 찌따룸강 홍수예경보시스템 개발사업”에

서 적용한 정확한 홍수예경보 시스템 구축을 위한

강우관측소의 밀도 및 그 위치결정 방법에 대하여

소개하고, 향후이와비슷한홍수예경보시스템개

발사업의참고자료로활용될수있도록하였다.

2. 우량관측망밀도기준

우량관측망은공간적으로균등하게배치하되, 산

악지역의경우에는높은표고에서의강우량도관측

할수있도록연직방향의분포에도주의를기울여야

한다. 수문자료조사시가장일반적으로적용되고있

는강우관측소의지형별최소밀도기준은WMO1)

(World Meteorological Organization; 세계

기상기구)에서발행한수문실무지침서에다음과같

이제시되어있다.

Recommended minimum densities of stations

○ ○ ○

Physiographic unit(area in ㎢ per station)

Non-recording Recording

Coastal

Mountains

Interior plains

Hilly / undulating

Small islands

Urban areas

Polar/arid

900

250

575

575

25

-

10,000

9,000

2,500

5,750

5,750

250

10 ~ 20

100,000

1) World Meteorological Organization(2008) Guide to Hydrological Practices, Volume I, Hydrology From Measurement to Hydrological Information. 6th edition, WMO-No. 168.


184 |설계·감리사례

우리나라의 경우 국토교통부 수문조사 업무규정

에는다음과같은기준이제시되어있다.

1) 강우관측소는대략균등한강우상황을나타내

는지역으로구분이가능한경우에는그지역별

로 1개관측소를배치하되평면과표고차를고

려하여관측망을구성한다.

2) 이것이곤란한경우에는 50km2마다 1개관측

소를배치한다.

한편, 홍수 예보를 위한 수문관측망은 일반적인

수문현황조사를 위한 수문관측망 밀도기준보다는

보다 엄격할 필요가 있다. US Weather Bureau2)

(현재는NWS; National Weather Service; 미

국기상청)은강우관측소지배면적과강우량표준오

차의관계를조사하여다음과같은수식을제시하였

으며, 이를도식화하면다음그림과같다.

SE(%)=(-0.422logA+2.191)Ag0.5

여기서, SE는강우량표준오차(%), A는유역면적

(km2), Ag는강우관측소의지배면적(km2)이다.

● ● ●

Relation among Basin area-Area per rainfall station-Standard error

2) US Weather Bureau (1947) Thunderstorm rainfall, Hydrometeorological Report No 5.3) Stephenson, D. (2014) "4 Data processing in hydrology," in Handbook of Engineering Hydrology : Fundamentals andApplications, edited by Eslamian, S., CRC Press.

일반적으로 최적화된 우량관측망을 설계시 호우

에대해서허용되는최대표준오차는20% 정도3)이

나, 홍수예경보시스템의특수성을고려할경우허용

오차는 10% 이내가되는것이바람직할것으로판

단된다.

Standard Error, SE(%)



3. 강우관측소의수량및위치결정사례

3.1 강우관측소 현황

인도네시아 찌따룸강 홍수예경보 시스템 구축사

업의 대상유역은 UCRB(Upper Citarum River

Basin)에 위치하고 있으며, 관리주체가 찌따룸강

유역관리청(BBWSC)인 강우관측소(Rainfall

Gauging Station : RGS)의현황은다음그림과

같다.

○ ○ ○

01 Cileunca-Wanasari02 Kertamanah-PTP VIII03 Cipanas-Margamukti04 Paseh-Cipaku05 Cisondari-Pasirjambu07 Margahayu I-Lembang08 Meteo-Lembang12 Tanjungsari13 Dampit

14 Jatiroke-Cikuda15 Cibiru-Cisurupan16 Rancaekek17 Cikancung19 Kertasari20 Pakar-Dago21 Cipeusing22 Sapan23 Hantap

24 Cidurian (Balai ARR)25 Bojongsoang26 Dayeuhkolot27 Cinambo28 Cisanti30 Cinchona32 Cicalengka

Location of RGs in the UCRB operated by the BBWSC


186 | 설계·감리사례

3.2 홍수예보용강우관측소의최소개소수

홍수 예보용 강우관측소의 최소 개소수는 US

Weather Bureau의“강우관측소 개소-지배면

적-표준오차”의 관계식을 이용하여 산정하였으며,

홍수예보의특성을고려하여허용표준오차는10%

이하의기준을적용하였다.

UCRB의면적1,825km를적용하면총13개이

상의강우관측소가필요한것으로검토되었다.

3.3 강우관측소의 공간 분포 검토

강우관측소의균등분포를분석하기위하여유역

내각강우관측소의영향범위를분석하여다음그

림과같이나타내고, 이로부터강우관측소의군집을

분류하였다.

● ● ●

01 Cileunca-Wanasari02 Kertamanah-PTP VIII03 Cipanas-Margamukti04 Paseh-Cipaku05 Cisondari-Pasirjambu07 Margahayu I-Lembang08 Meteo-Lembang12 Tanjungsari13 Dampit14 Jatiroke-Cikuda15 Cibiru-Cisurupan16 Rancaekek17 Cikancung19 Kertasari20 Pakar-Dago21 Cipeusing22 Sapan23 Hantap24 Cidurian (Balai ARR)25 Bojongsoang26 Dayeuhkolot27 Cinambo28 Cisanti30 Cinchona32 Cicalengka

Distribution of distances to the nearest RGs

Number of rainfall stations Area per a rainfall station [㎢] Standard Error [%]

12

13

14

152.3

140.5

130.5

10.05

9.66

9.31

SE [%] according to the number of RGs


홍수 예경보 시스템 구축을 위한 강우 관측망 설계 방법 | 187

분석결과, UCRB 유역내 H-군집의 경우 8km

이내에는기존강우관측소가설치되어있지않으므

로신규강우관측소를추가설치하는것이바람직하

다. 각군집에속하는강우관측소및권장개소수는

다음표와같으며, 유역면적에대한각군집별면적

비와전체강우관측소설치개수(13개소)를이용하여

산정하였다.

3.4 핵심 강우관측소의 선정

Hall(1972)4)은 홍수예보용 핵심 강우관측소를

결정하는방법을제안한바있다. 이는먼저유역평

균강우량과각강우관측소에서의강우량간의상관

계수를구한다.

그다음각관측소를상관계수에관하여내림차순

으로정리하고, 상관계수가가장높은강우관측소를

핵심강우관측소로선정한다.

다음 단계로 앞에서 선정된 핵심 강우관측소를

제외하고나머지강우관측소만을이용하여동일한

작업을반복하여다음번째핵심강우관측소를선

정한다.

각단계별로핵심강우관측소가선정됨에따라단

계별우량관측망에대한분석이계산된다. 이로부터

허용오차를갖는강우관측소의개소수가결정될수

있다.

금회분석에서는최근2014년의일강우량을대상

으로분석하여22개강우관측소의상관분석을실시

하였으며, 그결과는다음표와같다.

○ ○ ○

RGs belonging to each cluster

4) Hall, A. J. (1972) Methods of selection of areal rainfall stations and the calculation of areal rainfall for flood forecasting purposes.Australian Bureau of Meteorological Working Paper No 146.

No. ClusterArea ofcluster [㎢]

Area ratio ofcluster [%]

No. of rainfall stations

Code of rainfall stations

Recommended No. of rainfall

stations for FFWS

1

2

3

4

5

6

7

8

A

B

C

D

E

F

G

H

Total

273.215

352.928

145.431

164.393

150.615

271.061

337.803

129.943

1825.389

14.967

19.334

7.967

9.006

8.251

14.849

18.506

7.119

100.0

4

6

3

3

1

6

2

1

26

07, 08, 20, 21

15, 22, 24, 25 26, 27

12, 14, 16

13, 17, 32

04

01, 02, 03, 19, 28, 30

05, 23

33*

1.9

2.5

1.0

1.2

1.1

1.9

2.4

0.9

13

*New rainfall station to fill the blank zone and the code is temporary.


1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

22

21

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

04 Paseh-Cipaku /2000.2

16 Rancaekek /1848.6

32 Cicalengka /2149.3

22 Sapan /2114.0

17 Cikancung /2001.9

23 Hantap /2550.0

20 Pakar-Dago /1755.9

14 Jatiroke-Cikuda /1268.4

25 Bojongsoang /2033.5

15 Cibiru-Cisurupan /1961.9

24 Cidurian(Balai ARR) /3676.0

19 Kertasari /2533.2

07 Margahayu I-Lembang /2698.2

12 Tanjungsari /2089.4

26 Dayeuhkolot /1285.0

01 Cileunca-Wanasari /1974.4

01, 02, 03, 04, 05, 07, 08, 12, 14, 15, 16,17, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 28, 32

01, 02, 03, 05, 07, 08, 12, 14, 15, 17, 19,20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 28, 32

01, 02, 03, 05, 07, 08, 12, 14, 15, 17, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 28

01, 02, 03, 05, 07, 08, 12, 14, 15, 17, 19,20, 21, 23, 24, 25, 26, 28

01, 02, 03, 05, 07, 08, 12, 14, 15, 19,20, 21, 23, 24, 25, 26, 28

01, 02, 03, 05, 07, 08, 12, 14, 15, 19, 20,21, 24, 25, 26, 28

01, 02, 03, 05, 07, 08, 12, 14, 15, 19, 21,24, 25, 26, 28

01, 02, 03, 05, 07, 08, 12, 15, 19, 21, 24,25, 26, 28

01, 02, 03, 05, 07, 08, 12, 15, 19, 21, 24,26, 28

01, 02, 03, 05, 07, 08, 12, 19, 21, 24, 26,28

0.698159

0.667497

0.655061

0.634158

0.615008

0.593444

0.603355

0.604280

0.616144

0.588665

0.610168

0.613897

0.607383

0.655949

0.666849

0.757211

3.5 군집별 홍수예보용 권장 강우관측소

앞단계의상관분석, 실시간자료전송을위한통

신조건, 자동차의현장접근성및군집대표성을이

용하여홍수예보용강우관측소를선정하였으며, 그

결과는다음과같다.


● ● ●

No.No. ofstations incomb.

Combination of stationsSelected key stations and

annual rainfall [mm]

Correlationof keystation

01, 02, 03, 05, 07, 08, 12, 19, 21, 26, 28

01, 02, 03, 05, 07, 08, 12, 21, 26, 28

01, 02, 03, 05, 08, 12, 21, 26, 28

01, 02, 03, 05, 08, 21, 26, 28

01, 02, 03, 05, 08, 21, 28

02, 03, 05, 08, 21, 28

Distribution of distances to the nearest RGs



○ ○ ○

Recommended RGs for FFWS by clusters

Cluster Rainfall stationGood (◎), Fair (0), Not good (X)

SelectionPriority bycorrelation

Telecomm.condition

Accessibilityby utomobile

representa-tivenessincluster

A

B

C

D

E

F

G

H

07 MargahayuI-Lembang

08 Meteo-Lembang

20 Dago Pakar

21 Cipeusing

13

-

7

-

X

◎

◎

X

X

◎

◎

X

O

◎

O

X

O

O

15 Cibiru-Cisurupan

22 Sapan

24 Cidurian (Balai ARR)

25 Bojongsoang

26 Dayeuh Kolot

27 Cinambo

10

4

11

9

15

-

X

◎

◎

O

◎

X

X

◎

◎

O

◎

X

O

O

◎

O

O

◎

O

O

O

12 Tanjungsari

14 Jatiroke-Cikuda

16 Rancaekek

14

8

2

O

◎

◎

O

◎

X

O

◎

O

O

O

13 Dampit

17 Cikancung

32 Cicalengka

-

5

3

O

◎

◎

O

◎

◎

O

O

◎ O

04 Paseh-Cipaku 1 ◎ ◎ ◎ O

01 Cileunca-Wanasari

02 Kertamanah-PTP VIII

03 Cipanas-Margamukti

19 Kertasari

28 Cisanti

30 Cinchona

16

-

-

12

-

-

X

X

X

X

X

X

X

X

X

O

X

X

O

X

X

◎

O

◎

O

05 Cisondari-Pasirjambu

23 Hantap

-

6

◎

◎

◎

◎

◎

◎

O

O

33 Ancol Merkan - O O ◎ O

Total 13

3.6 연강우량의 등우선도를 고려한

강우관측소 선정

홍수예보용강우관측소를선정할때중요관심사

는기존강우관측소의공간분포와유역전반에대

한강우변동성이다. 신규관측소에대한접근성제

한, 관측소유지관리에가용한시설등의제한등을

고려하여홍수예보용강우관측소의위치는유역전

반에걸쳐균등하게분포해야한다. 이를반영하기

위하여선정과정에하천유역전반에걸친월강우



● ● ●

Isoyetal map of annual rainfall

01 Cileunca-Wanasari(1974.4)02 Kertamanah-PTP VIII(2389.4)03 Cipanas-Margamukti(2415.3)04 Paseh-Cipaku (2000.2)05 Cisondari-Pasirjambu(2177.8)07 Margahayu I-Lembang(2698.2)08 Meteo-Lembang(2001.6)12 Tanjungsari(2089.4)13 Dampit(-)

14 Jatiroke-Cikuda(1268.4)15 Cibiru-Cisurupan(1961.9)16 Rancaekek(1848.6)17 Cikancung(2001.9)19 Kertasari(2533.2)20 Pakar-Dago(1755.9)21 Cipeusing(1401.4)22 Sapan(2114.0)23 Hantap(2550.0)

24 Cidurian(Balai ARR) (3676.0)25 Bojongsoang(2033.5)26 Dayeuh Kolot(-)27 Cinambo(-)30 Cinchona(-)28 Cisanti(2331.9)32 Cicalengka(2149.3)

량또는연강우량의변동성을고려한다. 하천유역

에서필요한강우관측소를선정하는과정에서강우

의 공간 분포를 고려하기 위하여 연평균 강우량의

등우선지도를이용할수있다.

각관측소의연강수량은2002~2014년일강우

량을이용하여산정하였다. 결측일강우자료가있

는관측소는연강우량산정에서제외되었다. UCRB

에대한연강우량의평균, 분산및변동계수는각각

2,160.6, 241, 508.8 및 22.7이다. 연 강우량에

대한등우선지도는아래그림에보인바와같다. 연

강우량등우선간격구간에속하는기존강우관측소

는다음표와같다. 등우선간격구간에설치된강우

관측소의개소수는각구간의면적에 비례한다.



3.7 강우관측소의 공간분포 균등성 검토

강우관측소의공간분포의균등성을검토할수있

는방법중의하나는Thiessen 다각형을살펴보

는것이다. 각 강우관측소를둘러싸는 Thiessen

다각형의크기가균등하고정각형에가까울수록균

등한공간분포를나타낸다고할수있다. UCRB의

기존강우관측소에대한Thiessen 다각형은아래

그림의왼쪽과같다.

이그림으로부터각Thiessen 다각형의크기

의변화가크고정각형을많이벗어남을알수있다.

UCRB의홍수예보용으로추천된강우관측소에대

한Thiessen 다각형은아래 그림의 오른쪽과같

다. 이그림으로부터각Thiessen 다각형크기의

변화가작고유역경계내부에서정각형을많이벗

어나지않음알수있다. 기존강우관측소와홍수예

보용으로 추천된 강우관측소의 Thiessen 다각형

면적에대한비교는다음그림과같다.

○ ○ ○

Rainfall stations belonging to each isoyetal interval of annual rainfall

No.Isoyetal

interval [mm]Area[㎢]

ratio of area[-]

No. of needed rainfall station

Rainfall stations belonging to isoyetal intervals

New rainfall station

1

2

3

4

5

≤ 2000

2000-2100

2100-2200

2200-2300

2300 <

228.628

398.041

320.647

484.412

392.725

0.125

0.218

0.176

0.266

0.215

1.6

2.8

2.3

3.5

2.8

01, [14], 15, [16], [20], 21

[04], [08], 12, 17, 25

[05], [22], [26], [32]

-

02, 03, 07, [19], [23], [24]

[33]*

*The code rainfall station selected as rainfall stations of FFWS is marked in [ ]

UCRB 티센망 검토

기존 티센망 FFWS 강우관측소 티센망


4. 결론

최근기후변화에의한이상기후로집중호우의발

생빈도가증가하고, 이로인한홍수피해또한증가

하는추세에있다. 이에대한효과적인대책으로써

최근홍수예경보시스템구축에대한사업역시증

가하고있는추세이다.

우리나라의 홍수예경보시스템 개발 기술은 이미

인도네시아를비롯하여필리핀, 태국등에서적용되

어사업이진행중에있으며, 다른저개발국가를대

상으로점점확대추세에있다.

이러한홍수예경보시스템개발의핵심기술중하

나로써 홍수예보의 근간이 되는 강우-유출모형의

입력자료중하나인강우관측자료는시간적, 공간

적으로 품질이 보장되어야 한다. 그러나 아직까지

홍수예경보 시스템을 위한 강우관측소의 선정기준

은명확하지않아사업추진시물량및위치선정에

있어많은시행착오를겪고있다.

우리나라의 홍수예경보 시스템은 이미 권역별로

개발완료되어운영되고있으므로향후이러한개발


3.8 최종 홍수예보용 강우관측소의 결정

상기절차에의거최종선정된홍수예보용강우관측소는다음과같다.

● ● ●

Recommended RGs for FFWS by clusters

Cluster Rainfall stationCoordinates Location

Latitude Longitude Desa Kec Kec

A08 Meteo-Lembang

20 Dago Pakar

6。49'55.00"S

6。51'41.02"S

107。37'38.00"E

107。37'29.11"E

Pencut

Dago

Lembang

Coblong

Bdg. Barat

Kota Bdg

B

22 Sapan

24 Cidurian (Balai ARR)

26 Dayeuh Kolot

6。59'23.80"S

6。56'56.14"S

6。59'05.00"S

107。41'13.84"E

107。40'17.84"E

107。36'59.04"E

Sapan

Cipamokolan

-

Bojongsoang

Rancasari

-

Bandung

Kota Bdg

Bandung

C

D

E

F

14 Jatiroke-Cikuda

16 Rancaekek

6。56'10.10"S

6。58'11.00"S

107。47'06.00"E

107。49'00.00"E

Jatisari

Rancaekek

Jatiroke

Rancaekek

Sumedang

Bandung

32 Cicalengka

04 Paseh-Cipaku

19 Kertasari

6。58'49.60"S

7。03'23.81"S

7。11'30.61"S

107。49'48.60"E

107。45'49.92"E

107。40'36.57"E

-

Paseh

Cibeureum

-

Majalaya

Kertasari

Bandung

Bandung

Bandung

G05 Cisondari-Pasirjambu

23 Hantap

33 Ancol Merkan (NEW)

7。07'12.97"S

7。03'47.15"S

7。05'06.61"S

107。29'12.89"E

107。33'21.02"E

107。40'35.89"E

Pasirjambu

Jatisari

Ancolmekar

Ciwidey

Cangkuang

Arjasari

Bandung

Bandung

BandungH

Total 13



○ ○ ○

사업은해외사업으로그수요가있을것이며, 이러

한경우수문관측망의구축부터설계를진행하여야

할것이다.

현재우리회사에서추진중에있는“인도네시아

홍수예경보시스템개발사업”의경우홍수예보를위

한강우관측소의수량은미국기상청의“강우관측소

개소-지배면적-표준오차”의관계식을이용하여허

용표준오차범위를 10% 이내로하는기준으로그

수량을 결정하고, Hall(1972)의 홍수예보용 핵심

강우관측소결정방법및공간적분포, 통신여건, 유

지관리성등을종합적으로고려하여최종강우관측

소의위치를선정하였다.

이러한절차를참고하여홍수예경보시스템의수

문관측망을 설계하면서 향후 동류의 사업 추진 시

많은도움이될것으로기대한다.


홍수예경보시스템구축을위한강우관측망설계방법™수예경보.pdf · 2017. 3....

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