• Title/Summary/Keyword: 강우시계열

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A Comparative Study on Methods for Outlier Test of Rainfall in Korea (국내 강우의 이상치검정 방법의 비교 연구)

  • Lee, Jung Sik;Shin, Chang Dong
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2018.05a
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    • pp.359-359
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    • 2018
  • 이상치는 표본자료에서 크게 어긋나 다른 자료들로부터 떨어져 표시되는 자료로써, 실제로 발생할 확률이 매우 낮은 자료로 정의되고 있다. 설계홍수량을 산정하기 위하여 적용하고 있는 극치계열의 연최대치 강우자료에는 기계오작동 및 엔지니어의 표독오류가 발생하고 있으며, 기후변화에 따른 거대태풍 및 국지적인 집중호우 발생 등으로 인한 극치값 등에서 이상치가 관측되고 있다. 통상 이상치들은 통계분석시 자료 본연의 특성을 왜곡시켜 편향된 결과를 산정할 수 있으므로 빈도해석시 이상치해석 절차를 수행하여 자료의 적정성을 확인하여야 한다. 현재 실무에서는 설계홍수량 산정요령과 하천설계기준 해설 등에서 관련 내용을 기술하고 있지만, 국내 강우자료의 기록연수의 부족으로 인하여 빈도해석시 이상치 해석이 미수행되고 있어 이상치에 따른 자료편의가 발생하면 결과물인 확률강우량이 왜곡되게 산정될 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 국내 주요 도시의 강우자료를 이용하여 이상치검정을 수행하였다. 대상지점으로는 서울, 부산, 대전, 대구, 인천, 광주, 울산 등의 비교적 긴 관측년수를 보유하고 있는 광역시를 선정하였으며, 지속기간은 10분, 1~24시간의 25개 강우자료를 적용하였다. 이상치검정 방법으로는 타 방법에 비하여 이상치 검정력이 뛰어난 것으로 알려진 2가지 방법을 채택하였으며, 표본자료의 평균과 표준편차로 표준화된 z값을 이용하여 상 하 한계선를 초과하는 값을 확인하는 z-Score 방법중 향상된 중위수 절대편차(MAD)에 의한 수정 z-Score 방법(Hoaglin, 1993)과 Box-Plot 방법(Tukey, 1969)을 적용하였다. Box-Plot 방법(Tukey, 1969)은 전체 자료를 25%씩 사분위로 구분하는 방법으로 정렬된 자료계열을 중앙값, 박스, 수염(whiskers), 이상치로 구분한다. 정렬된 25~75% 값들을 박스로 포함하여 외곽의 수염값들을 이상치로 분류하며, 특히 사분위수의 도식화로 데이터의 분포를 파악하기 좋으며, 이상치들의 위치와 자료의 비대칭 여부를 쉽게 파악할 수 있다. 본 연구의 수행으로 수정 z-Score 방법의 경우에는 서울과 대구지점에는 이상치가 없으며, 부산지점에는 13개, 대전지점 7개, 인천지점 5개, 광주지점 32개, 울산지점 26개가 나타났다. Box-Plot 방법으로는 서울지점 35개, 부산지점 39개, 대전지점 32개, 대구지점 38개, 인천지점 51개, 광주지점 61개, 울산지점 65개의 이상치가 분석되었다. 연구를 수행한 결과, 수정 z-Score 방법에 비하여 Box-Plot 방법에 의한 이상치가 더 많이 발생하였으며, 각각의 방법으로 지속기간 및 연도별 이상치 발생자료를 확인하였다. 방법별 이상치 발생현황 등을 분석하여 지점별 발생횟수를 분석하였으며, 추후 지점 및 자료의 보완이 수행되면 활용성을 증대시킬 수 있을 것으로 판단된다.

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A Point Rainfal1 Model and Rainfall Intensity-Duration-Frequency Analysis (점 강우모형과 강우강도-지속기간-생기빈도 해석)

  • Yu, Cheol-Sang;Kim, Nam-Won;Jeong, Gwang-Sik
    • Journal of Korea Water Resources Association
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    • v.34 no.6
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    • pp.577-586
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    • 2001
  • This study proposes a theoretical methodology for deriving a rainfall intensity-duration- frequency (I-D-F) curve using a simple rectangular pulses Poisson process model. As the I-D-F curve derived by considering the model structure is dependent on the rainfall model parameters estimated using the observed first and second order statistics, it becomes less sensitive to the unusual rainfall events than that derided using the annual maxima rainfall series. This study has been applied to the rainfall data at Seoul and Inchon stations to check its applicability by comparing the two I-D-F carves from the model and the data. The results obtained are as followed. (1) As the duration becomes longer, the overlap probability increases significantly. However, its contribution to the rainfall intensity decreases a little. (2) When considering the overlap of each rainfall event, especially for large duration and return period, we could see obvious increases of rainfall intensity. This result is normal as the rainfall intensity is calculated by considering both the overlap probability and return period. Also, the overlap effect for Seoul station is fecund much higher than that for Inchon station, which is mainly due to the different overlap probabilities calculated using different rainfall model parameter sets. (3) As the rectangular pulses Poisson processes model used in this study cannot consider the clustering characteristics of rainfall, the derived I-D-F curves show less rainfall intensities than those from the annual maxima series. However, overall pattern of both I-D-F curves are found very similar, and the difference is believed to be overcome by use of a rainfall model with the clustering consideration.

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Generation of radar rainfall data for hydrological and meteorological application (II) : radar rainfall ensemble (수문기상학적 활용을 위한 레이더 강우자료 생산(II) : 레이더 강우앙상블)

  • Kim, Tae-Jeong;Lee, Dong-Ryul;Jang, Sang-Min;Kwon, Hyun-Han
    • Journal of Korea Water Resources Association
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    • v.50 no.1
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    • pp.17-28
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    • 2017
  • A recent increase in extreme weather events and flash floods associated with the enhanced climate variability results in an increase in climate-related disasters. For these reasons, various studies based on a high resolution weather radar system have been carried out. The weather radar can provide estimates of precipitation in real-time over a wide area, while ground-based rain gauges only provides a point estimate in space. Weather radar is thus capable of identifying changes in rainfall structure as it moves through an ungauged basin. However, the advantage of the weather radar rainfall estimates has been limited by a variety of sources of uncertainty in the radar reflectivity process, including systematic and random errors. In this study, we developed an ensemble radar rainfall estimation scheme using the multivariate copula method. The results presented in this study confirmed that the proposed ensemble technique can effectively reproduce the rainfall statistics such as mean, variance and skewness (more importantly the extremes) as well as the spatio-temporal structure of rainfall fields.

Development of the Radar Precipitation Bais Correction and Precipitation Ensemble Generation Technique (레이더 강수자료 편의보정 및 강수앙상블 생산기법 개발)

  • Kim, Tae-Jeong;Kwon, Jang-Gyeong;Lee, Dong-Ryul;Kwon, Hyun-Han
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2017.05a
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    • pp.17-17
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    • 2017
  • 최근 기후변화로 인한 국지적인 돌발성 위험기상 및 집중호우의 발생빈도가 증가로 인한 기상재해의 규모가 대형화되고 있다. 이러한 기상재해 및 위험기상의 대비를 위하여 시공간적으로 고해상도를 갖는 레이더 강수자료가 수공학분야에 널리 활용되고 있다. 하지만 기상레이더는 대기 중에 존재하는 수상체로부터 반사되는 반사도를 사용하여 강수량을 산정하므로 지상 강수자료와 시공간적 오차가 존재하며 레이더-반사도 관계식을 적용하더라도 과소추정의 문제가 발생하게 된다. 과소추정의 문제를 해결하기 위하여 편의보정기법을 적용한 레이더 강수자료에는 여전히 관측과정에서 발생할 수 있는 무작위 오차(random error)에 대한 불확실성이 존재하게 된다. 따라서 본 연구에서는 과소추정의 문제를 개선하고 레이더 강수자료의 시공간적 오차구조 규명이 가능한 정량적 강수량 추정기법을 개발하였다. 이를 위해 다변량 분석기법을 사용하여 레이더 강수자료의 시공간적 오차구조를 반영할 수 있는 무작위 오차(random error)를 확률론적으로 발생할 수 있는 레이더 강수앙상블 모형을 개발하였다. 개발된 모형으로부터 생산된 레이더 강우앙상블은 통계적 효율기준 분석결과 우수한 모형성능을 확인하였으며 극치호우 및 강우시계열 패턴 분석결과 지상강우의 특성을 효과적으로 재현하는 것을 확인하였다. 최종적으로 도시유역 및 미계측유역의 강우-유출모형에 입력 자료로 활용하여 홍수자료를 생산할 수 있는 레이더기반 홍수예보 시스템을 개발하고자 한다.

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A Chaos Characteristic Analysis of Nonlinear Rainfall-Runoff Data (비선형 강우-유출량 자료에 대한 카오스 특성 분석)

  • Park, Sung-Chun;Jin, Young-Hoon;Oh, Chang-Ryol
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2005.05b
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    • pp.614-618
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    • 2005
  • 수문시계열 분석과 예측은 대부분 ARMA(AutoRegressive Moving Average) 형태의 선형적인 추계학적인 모형을 이용하였으나 자현현상이 복잡해지고 비선형적인 특성을 가짐에 따라 선형적인 해석은 수문시계열의 분석과 예측에 있어서 많은 오류를 내포하고 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위한 시도로 Chaos이론이란 개념이 사용되기 시작하였으며, 수자원분야에서는 1980년대 후반부터 물수지 방정식 및 강우유출에 대한 카오스적 특성분석 등 많은 연구가 진행되었다. 본 연구에서는 영산강유역의 본류를 대표하는 나주지점을 대상으로 2003년 1월 1일 00시부터 2004년 12월 31일 23시까지 17,544개의 시수위 자료에 대하여 해당 년도의 Rating-Curve식을 적용 환산한 유출량자료에 데한 카오스적 특성을 분석하였다. 카오스적 특성을 분석하기에 앞서 원자료에 대하여 이동평균법과 Savitzky-Golay Filter를 적용하여 잡음을 제거하였으며, 1차원의 단일변량의 자료에 대한 상태공간(Phase Space)의 재건을 통하여 비교검토 하였다. 이러한 일련의 과정을 거친 자료에 대하여 상관차원법을 이용하여 영산강 유역의 나주지점의 시유출량 자료에 대한 카오스적 특성을 분석한 결과 저차원의 수렴으로 카오스 특성을 가졌다.

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Analysis of Extreme Rainfall for Evaluation of IDF Curves in Climate Change (기후변화에 따른 IDF곡선 평가를 위한 극한강우 분석)

  • Choi, Jeonghyeon;Lee, Okjeong;Lee, Jeonghoon;Kim, Sangdan
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2016.05a
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    • pp.211-211
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    • 2016
  • 도시 배수 시스템의 설계 및 홍수 방지 전략의 수립은 공통적으로 특정 재현 기간에 대한 극한강우량의 정보가 필요하다. 최근 이상기후로 인한 극한강우사상의 발생이 잦아짐에 따라, 수공 구조물의 설계 및 계획에 기후변화의 영향(특히 강수량)이 고려되어야 한다. 이에 본 연구에서는 설계에 사용되는 일반적인 재현기간의 IDF(intensity duration frequency)곡선에서 극한강우량을 산출하고, 이를 분석한 통계학적인 추세가 기후변화 시나리오의 IDF곡선의 작성에 미치는 영향에 대한 평가를 실시하였다. 연구 첫 단계에는 연 최대 일강수량 시계열의 추세를 분석하고 정량화하였다. 본 연구에서는 1970년부터 2015년까지의 60개 관측소의 연 최대 일강수량 시계열을 사용하여 분석하였으며, 관측소별로 다른 유의수준을 고려하여 Mann-Kendall test가 실시되었다. 그 결과 연구기간동안 증가 및 감소 추세가 발생하였다. 추세가 분석 및 정량화 되면, Gumbel 분포를 이용하여 극한강우량을 계산하였다. 마지막으로 지역별로 실시한 추세분석으로부터 얻은 정보를 통합하고 추세분석 결과를 바탕으로 2가지의 기후 시나리오를 규정하여 IDF곡선의 매개변수를 산정하였다. 그 결과, 통계학적인 추세의 증가 또는 감소 모두 각 지속시간의 극한강우시계열에 영향을 주는 것으로 나타났다.

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Extreme Event Analysis Using High Resolution RCM Climate Change Precipitation Scenario and CWGEN in Korea (고해상도의 강수변화 시나리오와 CWGEN을 이용한 극한 강우 특성에 관한 연구)

  • Kwon, Hyun-Han;Kim, Byung-Sik;Yoon, Seok-Young
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2008.05a
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    • pp.279-283
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    • 2008
  • 국외를 중심으로 기존 GCM보다 해상도가 높은 Regional Climate Model(RCM)을 이용한 분석이 일부 시행되고 있으나, 국내에서는 이를 이용한 연구가 아직 미비한 실정이다. 이러한 관점에서 본 연구에서는 27km의 해상도를 갖는 기상청 RegCM3 RCM에서 도출된 기후변화 SRES 시나리오 자료를 이용하고자 한다. 수자원의 장기 거동을 강우-유출 모형으로 모사하기 위해서는 입력 자료인 일 강수자료 계열을 모의발생이 필요하며 본 연구에서는 천이확률 및 강수 모의에 이용되는 Gamma 확률분포와 같은 분포형의 매개변수들이 외부 인자 즉 기후변화 시나리오에 따라 조건부로 변동할 수 있는 CWGEN(Cross-validated Canonical Correlation Analysis-Weather Generator) 강수 모의기법을 도입하여 이용하였다. RCM 자료 그 자체는 일반적으로 시 공간적으로 왜곡되어 있어 Quantile Mapping을 통하여 수정을 하였다. 최종적으로 모의된 결과를 바탕으로 기후변화에 따른 극치사상들에 대한 정량적인 거동을 추정하고 평가하였다.

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Regional Frequency Analysis Based on FORGEX Model (FORGEX 기법에 의한 지역빈도해석)

  • Nam, Woo Sung;Kim, Kyung Duk;Heo, Jun-Haeng
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2004.05b
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    • pp.323-327
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    • 2004
  • 우리나라의 경우 짧은 자료기간으로 인해 지점빈도해석에 의한 확률강우량 추정시 불확실성이 커지는 문제가 있어 지역빈도해석의 적용이 필요하다. 본 인구에서는 지역빈도해석 기법의 하나인 FORGEX 기법을 우리나라 강우자료에 적용하였다. 전국의 82개 기상청 산하 관측지점의 자료로부터 지속기간별 연최대 강우 자료를 추출하였으며, FORGEX 기법의 절차애 따라 확률강우량을 계산하고자 하는 지점을 중심으로 네트워크를 구성하였다 Netmax 계열을 이용하여 긴 재현기간에 내한 안정된 확률강우량을 추정할 수 있는 성장곡선을 유도할 수 있었다.

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Study on data preprocessing methods for considering snow accumulation and snow melt in dam inflow prediction using machine learning & deep learning models (머신러닝&딥러닝 모델을 활용한 댐 일유입량 예측시 융적설을 고려하기 위한 데이터 전처리에 대한 방법 연구)

  • Jo, Youngsik;Jung, Kwansue
    • Journal of Korea Water Resources Association
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    • v.57 no.1
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    • pp.35-44
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    • 2024
  • Research in dam inflow prediction has actively explored the utilization of data-driven machine learning and deep learning (ML&DL) tools across diverse domains. Enhancing not just the inherent model performance but also accounting for model characteristics and preprocessing data are crucial elements for precise dam inflow prediction. Particularly, existing rainfall data, derived from snowfall amounts through heating facilities, introduces distortions in the correlation between snow accumulation and rainfall, especially in dam basins influenced by snow accumulation, such as Soyang Dam. This study focuses on the preprocessing of rainfall data essential for the application of ML&DL models in predicting dam inflow in basins affected by snow accumulation. This is vital to address phenomena like reduced outflow during winter due to low snowfall and increased outflow during spring despite minimal or no rain, both of which are physical occurrences. Three machine learning models (SVM, RF, LGBM) and two deep learning models (LSTM, TCN) were built by combining rainfall and inflow series. With optimal hyperparameter tuning, the appropriate model was selected, resulting in a high level of predictive performance with NSE ranging from 0.842 to 0.894. Moreover, to generate rainfall correction data considering snow accumulation, a simulated snow accumulation algorithm was developed. Applying this correction to machine learning and deep learning models yielded NSE values ranging from 0.841 to 0.896, indicating a similarly high level of predictive performance compared to the pre-snow accumulation application. Notably, during the snow accumulation period, adjusting rainfall during the training phase was observed to lead to a more accurate simulation of observed inflow when predicted. This underscores the importance of thoughtful data preprocessing, taking into account physical factors such as snowfall and snowmelt, in constructing data models.

Development of water level-runoff relationship curve by separating water level time series in tidal river (감조 하천 수위 자료 분리를 통한 수위-유량 관계 곡선식 개발)

  • Lee, Myung Jin;Yoo, Young Hun;Lee, ChoongKe;Kim, Hung Soo;Kim, Soo Jun
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2020.06a
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    • pp.100-100
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    • 2020
  • 감조하천은 일반하천과 달리 다양한 수문 요소에 영향을 받아 비선형적인 수문 특성을 보이고 있기 때문에 수위-유량 관계곡선식이 개발되어 있지 않다. 본 연구에서는 조위의 영향을 받는 감조하천에서 강우의 영향으로 인한 수위-유량 관계곡선식의 작성 방법론을 제안하고자 하였다. 이를 위해 울산 수위시계열을 wavelet 분석, curve fitting, high pass filter 방법을 이용하여 4가지의 성분(조석 성분, 파고 성분, 강우-유출 성분, 잡음 성분)으로 분리하고, 분포형 모형인 GRM 모형을 통해 유출량을 산정하였다. 모의 유출량과 강우-유출 성분을 이용하여 수위-유량 관계곡선식을 개발하고, 모의 유출량에 따른 수위를 추정하였다. 나머지 3가지 성분과 합하여 통합 수위를 산정하고 관측 유량과 비교한 결과 오차가 약 10% 이내로 본 방법론이 적용성이 있음을 확인하였다. 본 연구결과를 활용한다면 홍수기에 감조하천에서 수위를 정확히 예측하는데 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

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