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학교
HECHEC--RASRAS와와 HECHEC--GeoRASGeoRAS를를
이용한이용한 홍수범람도홍수범람도 작성작성
중부대학교 토목공학과 이 주 헌
제제 2 0 2 0 회회 수수 공공 학학 웍웍 샵샵
홍수범람도란?
– 홍수가 발생하였을 때 인명 및 재산피해를 최소화하기 위해 홍수지역
을 미리 예측 가능하게 만들어 놓은 지도.
– 홍수에 대비하여 도시계획이나 제방 등의 설계에 주로 이용
홍수범람도의 이용
1. . 서서 론론
재 해 위 험 지 도
침수취약지구분석
홍 수 보 험 F F G
유역종합치수계획
1. 서 론
홍수범람도의 작성 개념
범 람 조 건 수 리 모 의 조 건 수 리 모 형
파제(Levee Break)를 전제로 한 모의 1차원 RAS
제방 월류에 의한 모의 2차원FLOW2DFLUMEN
1. . 서서 론론
동영상
1. 서 론
ArcView는 ESRI사에서 개발한 GIS소프트웨어
2.1 ArcView
A r c / I n f o ( c o v e r a g e m o d e l )
V e r s i o n s 1 - 7 f r o m 1 9 8 0 – 1 9 9 9
A r c M a c r o L a n g u a g e ( A M L )
A r c V i e w ( s h a p e f i l e m o d e l )
V e r s i o n s 1 - 3 f r o m 1 9 9 4 – 1 9 9 9
A v e n u e s c r i p t i n g l a n g u a g e
A r c G I S ( g e o d a t a b a s e m o d e l )
V e r s i o n 8 . 0 , 8 . 1 , 8 . 2 f r o m 2 0 0 0
–
V i s u a l B a s i c f o r A p p l i c a t i o n s
1 0 0 , 0 0 0 l i c e n s e s
1 , 0 0 0 , 0 0 0 u s e r s a s o f 2 0 0 1
A r c / I n f o ( c o v e r a g e m o d e l )
V e r s i o n s 1 - 7 f r o m 1 9 8 0 – 1 9 9 9
A r c M a c r o L a n g u a g e ( A M L )
A r c V i e w ( s h a p e f i l e m o d e l )
V e r s i o n s 1 - 3 f r o m 1 9 9 4 – 1 9 9 9
A v e n u e s c r i p t i n g l a n g u a g e
A r c G I S ( g e o d a t a b a s e m o d e l )
V e r s i o n 8 . 0 , 8 . 1 , 8 . 2 f r o m 2 0 0 0
–
V i s u a l B a s i c f o r A p p l i c a t i o n s
1 0 0 , 0 0 0 l i c e n s e s
1 , 0 0 0 , 0 0 0 u s e r s a s o f 2 0 0 1
• Coverages
– Developed for workstation Arc/Info ~ 1980
– Complex structure, proprietary format
– Attributes in Infotables
• Shapefiles
– Developed for
ArcView ~ 1993
– Simpler structure in
public domain
– Attributes in dBase
(.dbf) tables
2. 2. 모형의모형의 개요개요
HEC-GeoRAS는 HEC-RAS모형의 지형자료를 처리하기
위해 미국의 솔루션 개발업체인 ESRI에서 개발한
ArcView의 확장모듈
Hardware & Software Requirement
– 3D Analyst Extension
– Spatial Analyst Extension → speed up post processing
– ArcView 3.2 or higher version
– HEC-RAS
2.2 HEC-GeoRAS2. 2. 모형의모형의 개요개요
Data Requirement
– DTM in the form of TIN
– DTM must be a continuous surface
– DTM includes the bottom of the river channel and the floodplain to be modeled
– Because all cross-sectional data will be extracted from the DTM
– Only high-resolution DTMs should be considered for hydraulic modeling
2. 2. 모형의모형의 개요개요2.2 HEC-GeoRAS
HEC-RAS모형은 미육군공병단이 개발한 하천 해석
모형으로 수면곡선을 분석하는 HEC-2 모형의 확장형
HEC-RAS의 주요특징
– 하천형상에 대한 3차원 도시가 가능
– 상류 및 사류 모의가 가능
– 교량, 수문 등에 대한 중간경계조건 처리 용이
– 부등류 및 부정류 해석 처리
– GIS등 다른 프로그램과의 연계성 강화
2.3 HEC-RAS2. 2. 모형의모형의 개요개요
3.1 GIS의 일반
3.2 DTM (Digital Terrain Model)
3.3 홍수범람도 작성절차
preRAS
HEC-RAS
PostRAS
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성
HEC-RAS 모형의 지형 속성자료를 구축하기 위한 전처리 과정
HEC-RAS 모의 결과로 홍수범람도를 작성하는 후처리 과정
Way of storing spatial data
– Grid data set
지도상에 표시되는 형태를 격자를 이용하여 표시하는 방법---> Spatial Analyst
– Triangulated Irregular Network(TIN)
삼각망을 이용하여 지형, 지세 등의 3 차원 표현에 사용 --> 3D Analyst
– Image data set
TIFF, GIF, JPEG.....
– CAD file
속성정보의 표현에 주로 사용, vector type의 file 구조
3.1 GIS 일반
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성
Way of representing elevation data
– DEM (Digital Elevation Model)
일정 크기의 격자를 기반으로 이루어진 matrix 형태에 표고값을 저장한 것 → 지형의 표고분석이나 수문학적 응용에 주로 사용
– DTM (Digital Terrain Model)
표고값 및 도로, 호수, 강과 같은 지형인자를 나타내는 포괄적인 형식 →TIN(Triangular Irregular Network) 형식으로 저장
– DTED (Digital Terrain Elevation Model)
미국의 DMA (Defence Mapping Agency) 에서 사용하는 용어 → 주로 군사용으로 사용
– DLG (Digital Line Graphs)
3.1 GIS 일반
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성
Numerical representation of a spatial surface
Grid
TIN Contour and flowline
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성3.1 GIS 일반
Raster and Vector Data
3.1 GIS 일반
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성
PointPoint
LineLine
PolygonPolygon
VectorVector RasterRaster
Zone of cells
PointPoint
LineLine
PolygonPolygon
VectorVector RasterRaster
Zone of cells
DTM : (Digital Terrain Model)
수치지도 (DXF file)
Shape 파일 생성
불규칙 삼각망의 생성 (TIN)
3.2 DTM (Digital Terrain Model)
수치고도모델 생성 (DEM)
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성
3.2 DTM (Digital Terrain Model)
수치지도 (dxf file)
수치고도모델 형성(DEM)불규칙 삼각망 생성(TIN)
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성
shape 파일 생성
1:25,000 축척의 수치지도(유역전체)
3.2 DTM (Digital Terrain Model)
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성
항공측량 수치지도(고해상도)
3.2 DTM (Digital Terrain Model)
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성
1:25,000 축척의 수치지도(유역전체)
3.2 DTM (Digital Terrain Model)
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성
1:25,000 축척지도의 하도부분 제거
3.2 DTM (Digital Terrain Model)
하도제거 부분
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성
1:25,000 축척지도와 항공측량의 하도 합성
3.2 DTM (Digital Terrain Model)
하도부분 합성
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성
고해상도-저해상도 수치 합성 결과
ZOOM
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성3.2 DTM (Digital Terrain Model)
HEC-GeoRAS 처리 과정
– HEC-RAS 모형의 지형 속성자료를 구축하기 위한 전처리 과정인
PreRAS 과정
– HEC-RAS 모형의 결과로 GIS에 사용할 수 있도록 하는 후처리 과정인
PostRAS 과정
3.3 홍수범람도 작성절차
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성
PreRAS (전처리과정)
3.4 PreRAS
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성
4th. Block
5th. Block
6th. Block
1st. Block
2nd. Block
3rd. Block
PreRAS의 구성요소
3.4 PreRAS
Themes Themes 설명
TIN고도데이터파일로서 HEC-RAS 구성에 직접적으로 작용하지 않으
나 다른 파일의 고도 입력에 필요
Stream centerline 하도중심선으로 상류와 하류를 구분
Main channel banks cross section cut lines의 제방위치에 대한 자료를 제공
Flowpath centerlines reach 길이 정보를 cross section cut lines에 제공
Cross section cut lines 하도 단면에 대한 정보를 제공
Land use-manning table 조도계수를 제공해 주는 파일로서 land use 데이터를 통해 구성
Levee alignment 제방(bank)보다 높은 위치로 흐름이 제한되는 곳의 정보를 제공
Ineffective flow areas 하천이 흐르지 않는 범위에 대한 정보 제공
Storage ares 하천의 흐름이 머물러 있는 범위에 대한 정보 제공
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성
Channel Structure For Flood Innundation Mapping
Flow in the main channelFlow in the main
channel and floodplains
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성3.4 PreRAS
Best fit for Flood Innundation Mapping
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성3.4 PreRAS
Worst fit for Flood Innundation Mapping
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성3.4 PreRAS
1st. Block (구동순서)
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성3.4 PreRAS
1. Create Stream Centerline(하도중심선)
2. Create Banks(하천제방구축)
3. Create Flowpaths(유출경로)
4. Create XS Cut Lines( 하도 횡단면 절취)
5. Create Levee Alignment(인공제방구축)
하도중심선 (Stream Ceterline)
– 하천구간망을 구축하는데 사용
– Main channel flow path
– River Network
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성3.4 PreRAS
하천제방 (Main channel Banks)
– 주 수로와 홍수터를 분리하는 것으로, 홍수터 구간으로부터 주 수로구간의 홍수면적을 나타내는데 사용
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성3.4 PreRAS
유출경로중심선 (Flow Path Centerline)
– 모든 흐름 경로들은 상류로부터 하류로 그려지며, 오른쪽·왼쪽 범람, 주수로 안에서 수리학적 경로를 확정하는데 사용
– 주수로(Main Channel) 및 홍수터 부분의 횡단면간 거리를 결정하는데사용
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성3.4 PreRAS
하도 횡단면 절취선(Cross Section Cut Lines)
– TIN으로부터 하도 측정 위치에서의 횡단면에 대한 좌표 및 고도정보 추출
– 흐름에 직각 방향으로 추출
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성3.4 PreRAS
Levee Alignments
– PreRAS → Create Levee Alignment Menu → Draw Line tool
→ Entering Levee Elevation
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성3.4 PreRAS
Land Use
– Land Use Theme는 각 단면에 대한 조도계수를 참조하기 위해 사용
– 모든 횡단면을 포함하는 다각형 자료로 Manning의 조도계수 n을 포함하는 데이터 필드를 가짐.
– 사용자가 토지이용에 따라 원하는 조도계수 입력 가능.
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성3.4 PreRAS
3rd. Block (구동순서)
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성3.4 PreRAS
1. Centerline Completion(하도중심선 완료)
2. Centerline Topology(상·하류 관계 정립)
3. Lengths/Stations(하도 중심선의 거리계산)
4. Centerline Elevation(하상표고 구축-3D Shape)
하도 중심선완료(Centerline Completion)
– 길이/지점, 중심선 지형, 중심선 표고 등의 세가지 절차를 차례로 수행하여 수로의 길이, 방향, 표고 위해 구축
– TIN으로부터 고도자료를 추출함으로써 3D Stream Centerline theme을 생성
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성3.4 PreRAS
Centerline Topology
– 하도 중심선의 흐름방향과 지천과의 연계상황을 결정
– 상·하류 관계의 정립
Length / station
– 하도 중심선의 주요지점간 거리 계산
Centerline Completion 을 통하여 샹성된 2D Shape
file을 TIN을 이용하여 3D shape file로 변환
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성3.4 PreRAS
4th. Block (구동순서)
1. XS Attibuting(하도 횡단면의 속성 처리)
2. Stream/Reach Name(각 ID 부여)
3. Stationing(교차점에 대한 위치결정)
4. Bank Station(교차점에 대한 위치결정)
5. Reach Lengths(횡단면 간격별 길이계산)
6. XS Elevations(횡단면의 3D shape파일을 생성)
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성3.4 PreRAS
XS Attributing
– Stream / Reach Names
Stream ID, XS ID 및 Reach ID 부여
– Stationing
Stream Centerline과 XS Cutline과의 교차점에 대한 위치결정
– Bank Station
XS Cutline과 Bank Line과의 교차점에 대한 위치 결정
– Reach Length
주수로 및 좌,우간 제방간의 횡단면 간격별 길이계산
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성3.4 PreRAS
하도 횡단면 속성부여(XS Attributing)
제방선과 하도횡단면사이에서의 제방위치계산
유출경로중심선과 하도횡단면절취선 사이에서의 하도길이계산
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성3.4 PreRAS
XS Elevation
– 하도횡단면 절취선으로부터 3D shape파일을 생성하는 과정
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성3.4 PreRAS
HEC-RAS 파일 생성
– PreRAS 전처리 과정의 마지막 부분으로, HEC-RAS의 입력파일 생성.
– Cross Section 자료
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성3.4 PreRAS
PostRAS (후처리 과정)
– RAS모의 결과를 GeoRAS에서 홍수범람모의 결과를 얻는 과정
– PostRAS의 메뉴창
3.6 PostRAS
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성
4th. Block
1st. Block
2nd. Block
3rd. Block
PostRAS의 구성요소
ThemesThemes Themes Themes 설명설명
Water Surface TINWater Surface TINcross-sectional cut lines theme과 각 수면 곡선 ID에 대한
bounding polygon으로부터 생성.
Depth GridDepth Grid 홍수터와 Depth Grid를 식별하는 polyline theme을 생성
Velocity TINVelocity TIN유속의 변화를 표현하는 수면곡선을 생성
Velocity Grid Velocity Grid
3.6 PostRAS
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성
RAS GIS Export 파일 읽기
– Stream Network
– Cross-Sectional Cut Lines
– Cross-Sectional Surface Lines
– Bank Station
– Bounding Polygons
– Velocity Mass Points
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성3.6 PostRAS
3rd. Block (구동순서)
3.6 PostRAS
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성
1. WS TIN Generation(수표면 TIN 생성)
2. Floodplain Delineation(홍수범람구역 결정)
수표면 TIN 생성(Water Surface TIN Generation)
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성3.6 PostRAS
Water Surface TIN Clipped by a bounding polygon
홍수범람구역 결정(Floodplain Delineation)
– Rasterization of Water surface TIN
– Rasterization of Terrain TIN
– Floodplain is delineated where the water surface elevation are
higher than terrain elevation
– If Spatial Analyst is loaded, the depth grid will be created
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성3.6 PostRAS
홍수범람구역 결정(Floodplain Delineation)
– postRAS 메뉴의 Floodplain Delineation를 선택하여, HEC-RAS의 부등류 해석결과와 지형데이터 표고를 병합하여 홍수범람 구역을 결정
3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성3.6 PostRAS
Floodplain delineation with terrain contours
Depth grids displayed with terrain contours
4.1 Geo-RAS Install
4.2 방법 1. preRAS와 RAS, postRAS 과정을 통한
홍수범람도 구축
4.3 방법 2. RAS 수행결과를 이용하여 홍수 범람도
작성
4.4 방법 3. Levee Alignment 기능 사용
4. HEC4. HEC--GeoRASGeoRAS를를 활용한활용한 실습실습
Method 1. Proto type
PreRAS
수치지도의 합성(고해상도+저해상도)
하도단면자료 추출
RAS PostRAS
홍수범람도 작성부등류 ·부정류해석
RAS 입력자료 구축
4. HEC4. HEC--GeoRASGeoRAS를를 활용한활용한 실습실습
Method 2. RAS 수행결과가 있는경우
Method 3. Levee Alignment 기능 이용
RAS Result PostRASRAS GIS Export
4. HEC4. HEC--GeoRASGeoRAS를를 활용한활용한 실습실습
“Essentially, all models are wrong,
but some are useful."
George E P Box,
in "Science and statistics",
Journal of the American Statistical Association,
71:791-799
4. HEC4. HEC--GeoRASGeoRAS를를 활용한활용한 실습실습
ArcViewArcView--FileFile--extensionextension의의 HECHEC--GeoRAS 3.1.1 GeoRAS 3.1.1 체크체크
4.1 Geo-RAS Install
RAS 입력 데이터
� Manning’s n Values
� 빈도별 홍수량
� 하류단 경계조건- 등류수심=0.0015
4. HEC4. HEC--GeoRASGeoRAS를를 활용한활용한 실습실습
좌안 Channel 우안
0.045 0.025 0.045
구분 PF1 빈도 PF2 빈도
방류량(CMS) 480.1 1,461.4
4. HEC4. HEC--GeoRASGeoRAS를를 활용한활용한 실습실습4.2 방법 1
preRAS, RAS, postRAS 과정을 통한 홍수범람도 구축
1. 하도중심선
2. 제방선
3. 유출경로 중심선
4. 하도 횡단면 절취선
5. 3D공간데이터 생성
6. 하도 중심선완료
7. 하도 횡단면 속성부여
8. HEC-RAS 파일생성
1. 하도중심선
2. 제방선
3. 유출경로 중심선
4. 하도 횡단면 절취선
5. 3D공간데이터 생성
6. 하도 중심선완료
7. 하도 횡단면 속성부여
8. HEC-RAS 파일생성
1. RAS GIS Export 파일 불러오기
2. RAS GIS Export 파일 일기
3. 수표면 TIN 파생
4. 홍수범람구역 결정
5. 3차원 홍수범람구역 재현
1. RAS GIS Export 파일 불러오기
2. RAS GIS Export 파일 일기
3. 수표면 TIN 파생
4. 홍수범람구역 결정
5. 3차원 홍수범람구역 재현
HEC-RAS와연계
4. HEC4. HEC--GeoRASGeoRAS를를 활용한활용한 실습실습4.2 방법 1
preRAS, RAS, postRAS 과정을 통한 홍수범람도 구축
PF1 침수심 PF2 침수심
4. HEC4. HEC--GeoRASGeoRAS를를 활용한활용한 실습실습4.2 방법 2
완성된 RAS자료를 이용한 홍수범람도 구축
1. 기존의 RAS자료 불러오기
2. 실측 데이터 입력
3. 보간된 HEC-RAS 파일생성
1. 기존의 RAS자료 불러오기
2. 실측 데이터 입력
3. 보간된 HEC-RAS 파일생성
1. RAS GIS Export 파일 불러오기
2. RAS GIS Export 파일 일기
3. 수표면 TIN 파생
4. 홍수범람구역 결정
5. 3차원 홍수범람구역 재현
1. RAS GIS Export 파일 불러오기
2. RAS GIS Export 파일 일기
3. 수표면 TIN 파생
4. 홍수범람구역 결정
5. 3차원 홍수범람구역 재현
4. HEC4. HEC--GeoRASGeoRAS를를 활용한활용한 실습실습4.2 방법 3
Levee Alignment 기능을 사용한 홍수범람도 구축
1. 하도중심선
2. 제방선
3. 유출경로 중심선
4. 하도 횡단면 절취선
5. 제방 설정
6. 3D공간데이터 생성
7. 하도 중심선완료
8. 하도 횡단면 속성부여
9. 제방 설정 완료
10.HEC-RAS 파일생성
1. 하도중심선
2. 제방선
3. 유출경로 중심선
4. 하도 횡단면 절취선
5. 제방 설정
6. 3D공간데이터 생성
7. 하도 중심선완료
8. 하도 횡단면 속성부여
9. 제방 설정 완료
10.HEC-RAS 파일생성
1. RAS GIS Export 파일 불러오기
2. RAS GIS Export 파일 일기
3. 수표면 TIN 파생
4. 홍수범람구역 결정
5. 3차원 홍수범람구역 재현
1. RAS GIS Export 파일 불러오기
2. RAS GIS Export 파일 일기
3. 수표면 TIN 파생
4. 홍수범람구역 결정
5. 3차원 홍수범람구역 재현
HEC-RAS와연계
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