HEC -RAS 와HEC -GeoRAS 를 이용한홍수범람도작성 · PDF file학교 hec -ras 와hec -georas 를 이용한홍수범람도작성 중부대학교 토목공학과 이주헌 제2

학교

HECHEC--RASRAS와와 HECHEC--GeoRASGeoRAS를를

이용한이용한 홍수범람도홍수범람도 작성작성

중부대학교 토목공학과 이 주 헌

제제 2 0 2 0 회회 수수 공공 학학 웍웍 샵샵

1. 서론

2. 모형의 개요

3. HEC-GeoRAS를 이용한 홍수범람도 작성

4. HEC-GeoRAS를 활용한 실습

목목 차차

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

2. 2. 모형의모형의 개요개요

2.1 2.1 Arc ViewArc View

2.2 2.2 HECHEC--GeoRASGeoRAS

2.3 2.3 HECHEC--RASRAS

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

DTM for floodplain mapping

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


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


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


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)


수치고도모델 생성 (DEM)



수치지도 (dxf file)

수치고도모델 형성(DEM)불규칙 삼각망 생성(TIN)


shape 파일 생성

1:25,000 축척의 수치지도(유역전체)



저해상도 수치지도

ZOOM

3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성3.2 DTM (Digital Terrain Model)

항공측량 수치지도(고해상도)



하도 합성 후



1:25,000 축척의 수치지도(유역전체)



1:25,000 축척지도의 하도부분 제거


하도제거 부분


1:25,000 축척지도와 항공측량의 하도 합성


하도부분 합성


고해상도-저해상도 수치 합성 결과

ZOOM

3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성3.2 DTM (Digital Terrain Model)

HEC-GeoRAS에 의한 홍수범람 수치모의 절차



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



PreRAS (전처리과정)

3.4 PreRAS


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


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


Worst fit for Flood Innundation Mapping


1st. Block (구동순서)


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


하천제방 (Main channel Banks)

– 주 수로와 홍수터를 분리하는 것으로, 홍수터 구간으로부터 주 수로구간의 홍수면적을 나타내는데 사용


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


하도 횡단면 절취선(Cross Section Cut Lines)

– TIN으로부터 하도 측정 위치에서의 횡단면에 대한 좌표 및 고도정보 추출

– 흐름에 직각 방향으로 추출


횡단면 미리보기


Levee Alignments

– PreRAS → Create Levee Alignment Menu → Draw Line tool

→ Entering Levee Elevation



Levee Positioning

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.


2nd. Block (RAS Theme 속성 처리)


3rd. Block (구동순서)


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


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


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)


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


하도 횡단면 속성부여(XS Attributing)

제방선과 하도횡단면사이에서의 제방위치계산

유출경로중심선과 하도횡단면절취선 사이에서의 하도길이계산


XS Elevation

– 하도횡단면 절취선으로부터 3D shape파일을 생성하는 과정


HEC-RAS 파일 생성

– PreRAS 전처리 과정의 마지막 부분으로, HEC-RAS의 입력파일 생성.

– Cross Section 자료


HEC-RAS와의 연계

3.5 HEC-RAS와의 연계


PostRAS (후처리 과정)

– RAS모의 결과를 GeoRAS에서 홍수범람모의 결과를 얻는 과정

– PostRAS의 메뉴창

3.6 PostRAS


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


1st. Block (GIS 파일 불러오기)

3. HEC3. HEC--GeoRASGeoRAS를를 이용한이용한 홍수홍수 범람도범람도 작성작성3.6 PostRAS

RAS GIS Export 파일 읽기

– Stream Network

– Cross-Sectional Cut Lines

– Cross-Sectional Surface Lines

– Bank Station

– Bounding Polygons

– Velocity Mass Points


3rd. Block (구동순서)

3.6 PostRAS


1. WS TIN Generation(수표면 TIN 생성)

2. Floodplain Delineation(홍수범람구역 결정)

수표면 TIN 생성(Water Surface TIN Generation)


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


홍수범람구역 결정(Floodplain Delineation)

– postRAS 메뉴의 Floodplain Delineation를 선택하여, HEC-RAS의 부등류 해석결과와 지형데이터 표고를 병합하여 홍수범람 구역을 결정


Floodplain delineation with terrain contours

Depth grids displayed with terrain contours

4th. Block


결 과 보 기

침수심 확인 유속 값 확인


Floodplain delineation result shoud be

carefully examined !!!

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


Method 2. RAS 수행결과가 있는경우

Method 3. Levee Alignment 기능 이용

RAS Result PostRASRAS GIS Export


“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

HEC-GeoRAS Install

4.1 Geo-RAS Install4. HEC4. HEC--GeoRASGeoRAS를를 활용한활용한 실습실습


ArcViewArcView--FileFile--extensionextension의의 HECHEC--GeoRAS 3.1.1 GeoRAS 3.1.1 체크체크

4.1 Geo-RAS Install

DTM 구축

� ArcView에서 dxf파일 실행



DTM 구축

� shape파일 생성


DTM 구축

� 0이하 elevation 제거

DTM 구축

� TIN 생성


RAS 입력 데이터

� Manning’s n Values

� 빈도별 홍수량

� 하류단 경계조건- 등류수심=0.0015


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






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






HEC-RAS와연계


preRAS, RAS, postRAS 과정을 통한 홍수범람도 구축

PF1 침수심 PF2 침수심


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












완성된 RAS자료를 이용한 홍수범람도 구축



Levee Alignment 기능을 사용한 홍수범람도 구축

1. 하도중심선

2. 제방선



5. 제방 설정




9. 제방 설정 완료

10.HEC-RAS 파일생성

1. 하도중심선

2. 제방선



5. 제방 설정




9. 제방 설정 완료

10.HEC-RAS 파일생성











HEC-RAS와연계


Levee Alignment 기능을 사용한 홍수범람도 구축


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