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문제 정의
- 일반적으로 강우의 지속기간이 길어짐에 따라 강우강도는 작아지지만 총 강우량은 증가한다는 사실은 당연한 사실이며, 지속기간과 강우강도가 반비례하는 정도가 선형이 아니고 비선형으로 감소하기 때문에 지속기간-강우강도 관계는 강우의 지속기간을 단시간 및 장시간 혹은 단시간, 중 시간 및 장시간 등으로 구분하여 제시되고 있다. 따라서 본 연구에서는 유역에서 최대 첨두유량을 발생시키는 강우의 지속기간을 설계강우의 지속기간의 개념으로 설정하였으며, 설계강우의 지속기간 변화에 따른 첨두유량의 변동성을 파악하였다. 이와 함께 국내에서 확률강우량을 산정하기 위하여 사용되는 여러가지 형태의 확률강우강도식과 I-D-F곡선에 따른 지속기간별 첨두유량의 변화를 검토하고 실제유역의 도달시간과 비교 .
- 이와 함께 국내에서 확률강우량을 산정하기 위하여 사용되는 여러가지 형태의 확률강우강도식과 I-D-F곡선에 따른 지속기간별 첨두유량의 변화를 검토하고 실제유역의 도달시간과 비교 . 분석하여 적절한 지속기간의 결정을 통해 유역에서의 수문량을 결정하는데 있어 보다 합리적인 방안을 제시하고자 한다.
제안 방법
- 또한 본 연구에서는 유출모형에 따른 첨두유량의 변화율을 검토하기 위해 실측수문곡선으로부터 구한 대표단 위도(RUH)의 최대 첨두유량과 이를 발생시키는 지속기간에서 산출된 각 유출모형의 첨두유량을 이용하여 첨두유량의 오차를 식(2)와 같이 산정하였다.
- 본 연구에서는 지속기간에 따른 첨두유량의 변화율을 검토하기 위해 표 1의 대상유역의 도달시간과 동일한 지속기간을 갖는 첨두유량과 지속기간에 따른 최대 첨두유량을 이용하여 각 Case별 첨두유량의 오차를 식 (1)과 같이 산정하였다.
- 등의 3가지 유출모형과 대표단위도(RUH)를 이용하여 유출수문곡선을 산출하였다. 이때 확률 강우 강도 식의 형태에 따른 첨두유량의 변화를 검토하기 위하여 4가지 경우로 나누어 분석하였으며, 이원환(1980) 제시한 위천유역의 권역 확률강우강도식을 적용한 경우를 Case I, 건설부(1989)의 위천유역 단시간 확률 강우 강도 식을 적용한 경우를 CaseU, 대구광역시(1997)의 단시간 및 장시간 확률강우강도식을 적용한 경우를 Casem, 확률강우강도를 단시간, 중시간, 장시간으로 세분화하여 유도한 손광익(1981)의 대구지점 I-D-F 곡선을 적용한 경우를 CaselV라 구분하였다 확률강우강도식의 재현기간은 50년을 사용하였으며, 각 Case별 확률 강우 강도 식은 표 2와 같다.
- 수 있도록 설계가 이루어져야 한다. 이를 위하여 유역에서 유출해석의.결과로부터 얻어지는 첨두유량의 산정이 필요로 하게 되며, 첨두유량의 산정에 영향을 미치는 주요인자로는 강우의 지속기간을 들 수 있다.
- 따라서 본 연구에서는 유역에서 최대 첨두유량을 발생시키는 강우의 지속기간을 설계강우의 지속기간의 개념으로 설정하였으며, 설계강우의 지속기간 변화에 따른 첨두유량의 변동성을 파악하였다. 이와 함께 국내에서 확률강우량을 산정하기 위하여 사용되는 여러가지 형태의 확률강우강도식과 I-D-F곡선에 따른 지속기간별 첨두유량의 변화를 검토하고 실제유역의 도달시간과 비교 . 분석하여 적절한 지속기간의 결정을 통해 유역에서의 수문량을 결정하는데 있어 보다 합리적인 방안을 제시하고자 한다.
- 확률강우강도를 보다 세분화하여 유도된 손광익(1981)의 대구지점 I-D-F곡선을 사용하여 지속기간의 변화에 따른 첨두유량을 산정하였으며, 이를 표 3에 나타내었다. 그림 4는 CaselV에 대한 강우의 지속기간에 따른 첨두유량의 변화를 도시한 것이다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 국제수문개발계획 대표시험유역인 경상북도 군위군에 위치하는 위천유역의 동곡지점을 대상 유역으로 선정하였다. 동곡지점은 유역면적 33.
- 위천유역의 강우, 유출자료를 선정하기 위하여 IHP보고서(1983~1996)에 수록된 자료의 신뢰성을 인정하고 난순 호우 자료를 채택하여 사용하였으며, 분석에 사용된 대상유역의 강우, 유출자료는 9개 호우사상이다.
이론/모형
- 강우의 시간분포모형은 박종영 등(1999)이 제시한 바와 같이 기존의 시간분포모형 중에서 최악의 유출상황을 발생시키는 Yen과 Chow(1980)의 삼각형분포에서 무차원 계수 값이 0.75인 경우를 이용하였다.
- 강우의 지속기간 변화에 따른 첨두유량의 변화를 파악하기 위해 미계측 유역의 유출량 산정시 국내 실무에서 널리 사용되고 있는 유출모형인 SCS 방법, Nakayasu 방법, Clark 방법과 대상유역에서 실측 수문곡선으로부터 유도된 대표단위도(RUH)를 이용하였다 22리고 확률강우강도식의 형태에 따른 첨두유량의 변동성을 검토하기 위하여 국내 실무에서 이용되고 있는 이원환(1980)의 권역 확률강우강도식, 건설부(1989)의 위천 단시간 확률강우강도식과 대구광역시(1997)의 단시간 및 장시간 확률강우강도식 등의 3가지 확률 강우 강도 식과 손광익(1981)의 I-D-F곡선을 대상유역인 위천유역에 적용하였다.
- 강우의 지속기간에 따른 첨두유량의 변화를 파악하기 위해 대상유역에 SCS 방법, Nakayasu 방법, Clark 방법 등의 3가지 유출모형과 대표단위도(RUH)를 이용하여 유출수문곡선을 산출하였다. 이때 확률 강우 강도 식의 형태에 따른 첨두유량의 변화를 검토하기 위하여 4가지 경우로 나누어 분석하였으며, 이원환(1980) 제시한 위천유역의 권역 확률강우강도식을 적용한 경우를 Case I, 건설부(1989)의 위천유역 단시간 확률 강우 강도 식을 적용한 경우를 CaseU, 대구광역시(1997)의 단시간 및 장시간 확률강우강도식을 적용한 경우를 Casem, 확률강우강도를 단시간, 중시간, 장시간으로 세분화하여 유도한 손광익(1981)의 대구지점 I-D-F 곡선을 적용한 경우를 CaselV라 구분하였다 확률강우강도식의 재현기간은 50년을 사용하였으며, 각 Case별 확률 강우 강도 식은 표 2와 같다.
- 본 연구에서는 수문해석을 위하여 index법을 사용하여 유효우량을 산정였으며, 경사급변점법을 이용하여 직접유출수문곡선을 산정하였다 . 도달시간은 유효우량의 종점에서 직접유출수문곡선의 변곡점 사이의 시간으로 정의 되는 도달시간 개념을 적 용하였으며, 지체시 간은 유효우량의 중심에서 직접 유출수문곡선의 중심까지의 시간으로 정의하였다.
- 지속기 간에 따른 첨두유량의 변화를 검토하고자 대구종합운동장(체육공원)조성 재해영향평가서 (대구광역시, 1997)에서 유도된 단시간 및 장시간으로 구분되어진 확률강우강도식을 적용하였으며, CaseHI에 대한 대상 유역의 강우의 지속기간에 따른 첨두유량을 표 3에 나타내었다. 그림 3은 CaseDI의 결과를 도시한 것이다.
성능/효과
- 1) 단일 확률강우강도식을 적용한 경우 유출모형에 따라 최대 첨두유량을 발생시키는 지속기간에 큰 차이를 보이고 있으며, 합성단위도 모형인 SCS 방법과 Nakayasu 방법들은 단시간 확률강우강도식을 적용한 경우를 제외하고 최대 첨두유량을 발생시키는 지속기간이 유역에서의 도달시간과 근사한 값을 보이고 있다.
- 2) 단시간 및 장시간으로 구분된 확률강우강도식과 I-D-F곡선을 적용한 경우 유출모형에 따라 최대 첨두유량을 발생시키는 지속기간의 큰 변동성을 찾아볼 수 없었으며, 최대 첨두유량을 발생시키는 지속기간이 유역에서의 도달시간과 근사한 값을 보이고 있다.
- 3) 대표단위도(RUH)와 유출모형에 의한 첨두유량 오차분석 결과로부터 Clark 방법이 합성단위도 모형인 SCS 방법과 Nakayasu 방법에 비해 실측수문곡선으로부터 유도된 대표단위도(RUH)와의 적합성이 크게 나타나고 있다.
- 4) 강우의 지속기간을 결정짓는 요인의 하나로 확률강우강도식이나 I-D-F곡선을 들 수 있으며, 설계홍수량 산정 시 확률강우강도식이나 I-D-F곡선의 사용에 주의를 기울여야 할 것이며, 적절한 확률 강우 강도 식을 선택할 경우 설계강우의 지속기간으로 대상유역의 도달시간을 사용하여도 될 것으로 생각된다.
- 대체적으로 유역에서의 도달시간과 근사한 값으로 나타났다. Clark 방법과 대표 단위 도(RUH)는 단시간 및 장시간으로 구분된 확률강우강도식과 I-D-F곡선을 적용한 경우가 단일 확률강우강도식을 적용한 경우보다 최대 첨두유량을 발생시키는 지속기간이 유역에서의 도달시간에 근접하게 나타남을 알 수 있었다. 따라서 설계홍수량 산정 시 확률강우강도식의 형태가 첨두유량에 영향을 미치므로 적절한 확률 강우 강도 식이나 I-D-F곡선의 사용에 주의 를 기울여야 할 것이며, 적절한 확률강우강도식이 나 I-D-F곡선을 사용시 도달 시간을 설계강우의 지속기간으로 사용하여도 될 것으로 생각된다.
- Clark 방법과 대표 단위 도(RUH)는 단시간 및 장시간으로 구분된 확률강우강도식과 I-D-F곡선을 적용한 경우가 단일 확률강우강도식을 적용한 경우보다 최대 첨두유량을 발생시키는 지속기간이 유역에서의 도달시간에 근접하게 나타남을 알 수 있었다. 따라서 설계홍수량 산정 시 확률강우강도식의 형태가 첨두유량에 영향을 미치므로 적절한 확률 강우 강도 식이나 I-D-F곡선의 사용에 주의 를 기울여야 할 것이며, 적절한 확률강우강도식이 나 I-D-F곡선을 사용시 도달 시간을 설계강우의 지속기간으로 사용하여도 될 것으로 생각된다. 또한 본 연구에서 적용한 유출모형 중 SCS 방법과 Nakayasu 방법은 첨두유량의 오차가 크게 나타나고 있으므로 미계측유역의 강우-유출해석 시적 용에 신중을 기하여야 할 것으로 생각된다.
- 이상의 결과로부터 대상유역에 3가지 형태의 확률강우강도식과 I-D-F곡선을 적용한 경우 유출모형별로 SCS 방법과 Nakayasu 방법은 단시간 확률강우강도식 (Casell)을 제외하고 최대 첨두유량을 발생하는 강우의 지속기간이 대체적으로 유역에서의 도달시간과 근사한 값으로 나타났다. Clark 방법과 대표 단위 도(RUH)는 단시간 및 장시간으로 구분된 확률강우강도식과 I-D-F곡선을 적용한 경우가 단일 확률강우강도식을 적용한 경우보다 최대 첨두유량을 발생시키는 지속기간이 유역에서의 도달시간에 근접하게 나타남을 알 수 있었다.
- SCS 방법과 Nakayasu 방법은 지속기간 420분, Clark 방법은 1, 080분, 그리고 대표단위도(RUH) 의 경우 1, 200분에서 최대 첨두유량이 발생하였다. 첨두유량 값도 Casel 의 경우와 같이 Nakayasu 방법과 SCS 방법 순으로 크게 산출되었으며, Clark 방법과 대표단위도(RUH)는 첨두유량이 비슷하게 산출되었다.
- Clark 방법과 대표단위도(RUH)의 경우 Case I 과 II 의 경우와 달리 360분에서 최대 첨두유량이 발생하며, 지속기간이 길어짐에 따라 첨두유량이 서서히 감소하고 있다. 첨두유량 값은 Casel 과 #의 경우와 같이 Nakayasu 방법과 SCS 방법 순으로 크게 산출되었으며, Clark 방법과 대표단위도(RUH) 는 첨두유량이 비슷하게 산출되었다.
- 따라서 Clark 방법과 대표단위도(RUH)의 경우는 최초의 첨두봉이 발생하는 지속기간 360분을 최대 첨두유량이 발생하는 지속기간으로 정하였다. 첨두유량 값은 전술한 Case들과 같이 Nakayasu 방법과 SCS 방법 순으로 크게 산출되었으며, Clark 방법과 대표단위도(RUH)는 첨두유량이 비슷하게 산출되었다.
- 그러나 Clark 방법의 경우 780분, 그리고 대표단 위도(RUH)의 경우 900분에서 최대 첨두유량이 나타나고 있지만 지속기간이 길어짐에 따라 첨두유량의 변화가 크게 나타나지 않고 있다. 첨두유량 값을 보면 Clark 방법과 대표단위도(RUH)의 경우 첨두유량이 비슷하게 산출된 반면 SCS 방법과 Nakayasu 방법은 대표단위도(RUH)의 경우에 비해 크게 산출되었다,
후속연구
- 따라서 설계홍수량 산정 시 확률강우강도식의 형태가 첨두유량에 영향을 미치므로 적절한 확률 강우 강도 식이나 I-D-F곡선의 사용에 주의 를 기울여야 할 것이며, 적절한 확률강우강도식이 나 I-D-F곡선을 사용시 도달 시간을 설계강우의 지속기간으로 사용하여도 될 것으로 생각된다. 또한 본 연구에서 적용한 유출모형 중 SCS 방법과 Nakayasu 방법은 첨두유량의 오차가 크게 나타나고 있으므로 미계측유역의 강우-유출해석 시적 용에 신중을 기하여야 할 것으로 생각된다.
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