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문제 정의
- 본 연구는 유역의 지상학적 인자와 기후학적 인자를 이용하여 유황을 추정할 수 있는 유황곡선 합성기법 개발을 위한 기초연구로서 유황에 대한 유역면적, 하천 경사, 강수량의 관계를 파악하는데 목적이 있으며, 인위적인 유량조절의 영향을 무시할 수 있는 자연하천에서 무차원 유황곡선을 연구하였다.
- 본 연구에서는 한강, 낙동강, 금강, 영산강, 섬진강과 보청천 및 위천의 IH垣대표유역의 주요 지점 중에 상류 지역에서 댐과 같은 인위적인 유량조절이 없는 자연하천을 대상으로 유황곡선을 조사하였다.
제안 방법
- 여주와 왜관 지점에 대해서는 한국수자원공사(1992)의 전국하천조사서에서 제시한 값을 이용하였다. 보청천과 위천 IHP대표유역 각 지점의 유황은 전기간 유황분석을 적용하여 구한 것이다. 표 5는 본 연구에 적용한 지점에 대한 유황과 유역면적의 관계식을 나타내는 것이며 결정계수는 0.
- 본 연구에서는 이와 같은 유황계수 개념을 전 유황 곡선에 적용한 무차원 유황곡선(dimensionless flow duration curve)을 도입하였으며 무차원 유황은 다음과 식 ⑺과 같이 얻어진다.
- 유황변동계수에 대한 유역의 유역면적, 년평균강수량하천 평균경사의 관계를 다중상관분석에 의하여 조사하여 보았다. 그 결과는 표 8의 식 (12)~(17)과 같으며 여기서 A는 유역면적(虹而, P는 년평균강수량(mm), S 는 하천경사이다.
- 다. 이 연구는 기존의 유황 곡선 추정 방법을 그대로 적용하여 하천 유역특성의 변화에 따른 유황의 변동을 조명하였으며 유황곡선 변화도 유황계수, 하상계수를 검토하고 있다. 유황 곡선에서 갈 수량과 홍수량에 대한 유역특성인자와 관계를 파악하는 연구가 박성우<1968, 1974)에 의하여 이루어진 바가 있다.
대상 데이터
- 그러나 상류에 댐이 없으면서 수위-유량곡선이 개발되어 있는 수위관측지점 중에 신뢰할 만한 관측자료를 보유한 지점은 많지 않다. 따라서 본 연구에서는 국제수문개발계획(IHP)의 대표유역인 금강수계의 보청천과 낙동강 수계의 위천에 설치된 6개 수위표 지점(건설부, 1989~1999)과 건설교통부에서 설치하여 운영하고 있는 한강, 낙동강, 금강, 영산강, 섬진강 수계의 7개 수위 표 지점을 표 2와 같이 선정하였다. 우리나라의 IHP 대표유역 중에서 평창강은 동계의 관측자료에 대한 신뢰성이 부족하였고 결측이 많았기 때문에 본 연구에서는 제외하였다.
- 보청천과 위천의 관측자료 중에서도 자료의 신뢰성 검토를 통하여 표 2와 같이 분석대상 지점을 선정하였다. 또한 표 2의 건설교통부에서 운영하고있는 수위표 지점은 댐이 없거나 댐 건설에 따른 인위적인 유량 조절이 없는 것으로 판단되는 기간을 기본자료로 선정하였다.
- 우리나라의 IHP 대표유역 중에서 평창강은 동계의 관측자료에 대한 신뢰성이 부족하였고 결측이 많았기 때문에 본 연구에서는 제외하였다. 보청천과 위천의 관측자료 중에서도 자료의 신뢰성 검토를 통하여 표 2와 같이 분석대상 지점을 선정하였다. 또한 표 2의 건설교통부에서 운영하고있는 수위표 지점은 댐이 없거나 댐 건설에 따른 인위적인 유량 조절이 없는 것으로 판단되는 기간을 기본자료로 선정하였다.
- 본 연구에서 적용한 각 지점별 유황은 표 4에 제시되었으며 인도교, 진동, 공주 송정, 나주의 유황은 이진원 등(1993)의 유황분석자료를 사용하였다. 여주와 왜관 지점에 대해서는 한국수자원공사(1992)의 전국하천조사서에서 제시한 값을 이용하였다.
- 본 연구에서는 미계측 하천의 관리나 수공구조물계획 수립에 필요한 유황분석을 하기 위해서 인위적인 유량조절이 없는 자연하천의 유량관측자료를 사용하였다. 그러나 상류에 댐이 없으면서 수위-유량곡선이 개발되어 있는 수위관측지점 중에 신뢰할 만한 관측자료를 보유한 지점은 많지 않다.
- 등(1993)의 유황분석자료를 사용하였다. 여주와 왜관 지점에 대해서는 한국수자원공사(1992)의 전국하천조사서에서 제시한 값을 이용하였다. 보청천과 위천 IHP대표유역 각 지점의 유황은 전기간 유황분석을 적용하여 구한 것이다.
성능/효과
- 정의한 각 유황계수를 포함한다. 각 수위관측 지점별 유황계수는 표 6에 나타낸 바와 같으며 풍수 계수는 1.903 ~3.441의 범위에 있고 저수계수나 갈 수 계수에 비하여 지점간에 변화가 작고 평균값은 2.48이다. 대하천과 중소하천의 유황계수를 비교하면 풍수 계수가 하천 규모에 거의 무관한 것으로 나타났으나, 저수 계수나 갈수계수는 하천규모에 따라 크게 다르며 갈 수 계수 및 저수계수는 대하천이 중소하천보다 큰 경향을 나타내고 있는 것을 표 4에서 확인할 수 있다.
- 갈수계수 및 저수계수에 대한 풍수계수의 비로 정의한 유황변동계수가 대 하천보다 중소하천에서 크게 나타나 대하천의 지배유량이 중소하천보다 상대적으로 안정적이라는 것을 알 수 있다. 갈수유황 변동계수가 저수 유황 변동계수보다 하천의 규모를 나타내는 유역면적에 민감하게 변화하기 때문에 중소하천의 경우 저수량보다는 갈수량을 다룰 때에 보다 주의를 기울여 다루어져야 한다는 것을 알 수 있다.
- 따라서 생태적 지배유량은 생물서식환경을 지배하는 유량으로서 비교적 풍부하면서도 지속일수가 큰 평균적인 유량에 해당한다. 본 연구에서 사용된 지배유량은 생태적 지배 유량의 의미로 사용하였다 지배유량에 대한 정의는 안정하도의 흐름과 하도의 관계를 연결시켜주는 유량으로서 하천의 형태학적인 거동에 지배적인 유량으로서 사용되어 왔으나 연중유량 변화가 극심한 우리나라 하천에서는 어느 한 유량을 설정하는 것이 특별한 의미를 찾기 어렵다(우효섭, 2001).
- 유황변동계수가 유역면적의 증가에 따라 감소하는 것은 유황이 유역면적의 증가에 따라 증가하는 것과는 반대의 경향을 나타내는 것이다. 따라서 유역면적이 증가하면 유량은 증가하나 풍수량을 기준으로 한 갈 수량과 저수량의 변화율은 줄어드는 것을 알 수 있다. 그림 6에서도 알 수 있는 바와 같이는 대 하천에서는 유황변동계수가 작고 중소하천에서 유황변동계수가 크고 갈수유황 변동계수가 저수유황 변동계수보다 유역면적에 민감한 것을 알 수 있다.
- 유역면적의 증가에 따른 저수량과 평 수량의 증가율이 풍수계수와 마찬가지로 거의 동일하다는 것을 알 수 있다. 따라서 하천의 생태적 지배 유량이라고 할 수 있는 풍수량과 저수량 사이의 유량^ 평 수량을 기준으로 볼 때 유역면적 변화에 대하여 거의 일정한 변화율을 갖는다는 것을 확인할 수 있다. 본 연구의 전 지점에 대해서 보면 풍수계수와 유역면적의 관련성이 거의 나타나 있지 않으나 중소규모하천에 해당하는 IHP 대표유역에 대해서는 그림 4에서도 알 수 있듯이 Qd10 보다 큰 무차원 유황에서 서로 관련성이 있다는 것을 알 수 있다.
- 따라서 하천의 생태적 지배 유량이라고 할 수 있는 풍수량과 저수량 사이의 유량^ 평 수량을 기준으로 볼 때 유역면적 변화에 대하여 거의 일정한 변화율을 갖는다는 것을 확인할 수 있다. 본 연구의 전 지점에 대해서 보면 풍수계수와 유역면적의 관련성이 거의 나타나 있지 않으나 중소규모하천에 해당하는 IHP 대표유역에 대해서는 그림 4에서도 알 수 있듯이 Qd10 보다 큰 무차원 유황에서 서로 관련성이 있다는 것을 알 수 있다. 즉 유역면적의 증가에 따라 유황 계수가 증가하고 있다.
- 이진원 등의 유황계수는 하천의 홍수시 유량과 갈수시 유량의 변화 폭이 어떤 지를 나타내고 있으며, 그들에 의하면 우리나라에서 현재 사용되고 있는 하상계수를 대신할 수 있을 것으로 판단하고 있다. 본연구에서 제안하고 있는 유황계수는 풍수량을 기준으로 한 갈수량과 저수량의 변화 폭을 나타내고 있어서 하천의 지배유량 변화에 보다 초점이 맞추어진 것이라고 할 수 있다. 이와 같은 유황변동계수는 그림 6과 그림 7에서 알 수 있듯이 유역면적에 따라 감소하고 하천의 경 사에 따라 증가하는 경향을 나타내고 있으며 그 관계는 식 (10) 및 (11)과 같다.
- 유역면적과 저수계수 및 갈수계수는 증가함수의 관계에 있으나 풍수계수는 4.2절에서도 설명한 바와 같이 유역면적에 관계없이 거의 일정한 값을 나타내었다. 이는 풍수계수가 하천규모에 무관하게 고유한 값을 가질 수 있으며, 풍수량과 평수량이 유역면적 변화에 대하여 동일한 변화경향을 갖는다는 것을 의미한다.
- 그 결과는 표 8의 식 (12)~(17)과 같으며 여기서 A는 유역면적(虹而, P는 년평균강수량(mm), S 는 하천경사이다. 유황변동계수에 대하여 상관 계수가 가장 큰 유역특성 인자는 갈수유황 변동계수의 경우에는 유역면적이었고 저수유황 변동계수의 경우에는 하천 경사였다. 변수의 증가에 따른 상관계수의 변화를 보면 갈 수 유황 변동계수는 하천경사를, 저수유황 변동계수는 유역면적을 제거하여도 될 것으로 보이나 이는 본 연구에 적용된 지점 이외에 더 많은 지점의 자료에 대하여 분석하여 판단하여야 할 것으로 생각된다.
- 것이 있다. 이 연구에서는 유황계수라는 정의를 최초로 사용하으며 댐 건설에 따라서 하상계수가 개선되었다는 것을 확인하고 있다. 다.
- 그러나 풍수계수가 년평균 강우량의 증가에 따라 작아지는 경향이 있으므로 풍수계수에 대한 추가적인 연구가 필요한 것으로 판단된다. 저수계수나 갈 수 계수는 년평균 강수량게 관계가 거의 없으나 하천 규모에는 큰 영향을 받고 있으며 중소하천보다 대 하천에서 더 크게 나타났다.
후속연구
- 48이었다 따라서 풍수계수는 하천유황의 고유한 특성일 가능성이 많다. 그러나 풍수계수가 년평균 강우량의 증가에 따라 작아지는 경향이 있으므로 풍수계수에 대한 추가적인 연구가 필요한 것으로 판단된다. 저수계수나 갈 수 계수는 년평균 강수량게 관계가 거의 없으나 하천 규모에는 큰 영향을 받고 있으며 중소하천보다 대 하천에서 더 크게 나타났다.
- 유황변동계수에 대하여 상관 계수가 가장 큰 유역특성 인자는 갈수유황 변동계수의 경우에는 유역면적이었고 저수유황 변동계수의 경우에는 하천 경사였다. 변수의 증가에 따른 상관계수의 변화를 보면 갈 수 유황 변동계수는 하천경사를, 저수유황 변동계수는 유역면적을 제거하여도 될 것으로 보이나 이는 본 연구에 적용된 지점 이외에 더 많은 지점의 자료에 대하여 분석하여 판단하여야 할 것으로 생각된다.
- 갈수유황 변동계수가 저수 유황 변동계수보다 하천의 규모를 나타내는 유역면적에 민감하게 변화하기 때문에 중소하천의 경우 저수량보다는 갈수량을 다룰 때에 보다 주의를 기울여 다루어져야 한다는 것을 알 수 있다. 하천의 경사가 증가하면 유황변동계수가 커지므로 하천의 종단경사가 하류 지역보다 상류지역에서 급한 것을 감안할 때 하류지역 보다 상류 지역 하천에서 저수량 및 갈수량에 대한 풍수량의비율이 커진다 본 연구의 결과는 하천의 유황 특성을 이해하는데 기여할 것으로 생각되나 적용한 각 지점의 자료상 한계가 있으므로 정확한 유황계수와 유황변동계수의 특성을 파악하기 위해서는 신뢰성 있는 보다 많은 유량 관측 지점의 자료확보■가 필요한 것으로 판단된다.
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