본 연구는 실측자료가 확보된 중규모 하천유역에서 최대 첨두유량을 발생시키는 설계강우의 시간분포모형을 밝혀내고, 결정된 시간분포모형을 바탕으로 하여 유역특성과 임계지속기간의 관계를 규명하는 것이다. 50-5,000$\textrm{km}^2$의 44개 유역을 통하여 수문분석을 실시하였으며, SCS유효우량 산정방법으로 결정된 유효우량을 사용하여 최대 첨두유량을 발생시키는 시간분포모형은 Huff의 4분위 시간분포모형으로 나타났다. 유역면적 50-600$\textrm{km}^2$인 유역에서는 24시간 강우지속기간의 첨두유량과 임계지속기간의 첨두유량은 유사한 값을 보이며, 유역면적 600-5,000$\textrm{km}^2$인 유역에서는 48시간 강우지속기간의 첨두유량과 임계지속기간의 첨두유량이 유사한 값을 보였다. AMC III 조건의 유효우량에 대하여 높은 상관성을 지니는 유역면적과 임계지속기간의 관계식을 유도하였으며, 유역면적 50-5,000$\textrm{km}^2$이 중규모 하천유역에서 임계지속기간을 결정하는데 유용한 식으로 이용될 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 단위도 특성치를 이용한 무차원 회귀식을 유도하였다.
본 연구는 실측자료가 확보된 중규모 하천유역에서 최대 첨두유량을 발생시키는 설계강우의 시간분포모형을 밝혀내고, 결정된 시간분포모형을 바탕으로 하여 유역특성과 임계지속기간의 관계를 규명하는 것이다. 50-5,000$\textrm{km}^2$의 44개 유역을 통하여 수문분석을 실시하였으며, SCS 유효우량 산정방법으로 결정된 유효우량을 사용하여 최대 첨두유량을 발생시키는 시간분포모형은 Huff의 4분위 시간분포모형으로 나타났다. 유역면적 50-600$\textrm{km}^2$인 유역에서는 24시간 강우지속기간의 첨두유량과 임계지속기간의 첨두유량은 유사한 값을 보이며, 유역면적 600-5,000$\textrm{km}^2$인 유역에서는 48시간 강우지속기간의 첨두유량과 임계지속기간의 첨두유량이 유사한 값을 보였다. AMC III 조건의 유효우량에 대하여 높은 상관성을 지니는 유역면적과 임계지속기간의 관계식을 유도하였으며, 유역면적 50-5,000$\textrm{km}^2$이 중규모 하천유역에서 임계지속기간을 결정하는데 유용한 식으로 이용될 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 단위도 특성치를 이용한 무차원 회귀식을 유도하였다.
This study is to propose the temporal pattern of design rainfall which causes maximum peak discharge, and to analyze the relation of catchment characteristics and critical durations for gauged midsize catchment. Hydrologic analysis has done over the 44 midsize catchments with 50-5,000$\textrm{k...
This study is to propose the temporal pattern of design rainfall which causes maximum peak discharge, and to analyze the relation of catchment characteristics and critical durations for gauged midsize catchment. Hydrologic analysis has done over the 44 midsize catchments with 50-5,000$\textrm{km}^2$. The type of temporal pattern of design rainfall which causes maximum peak discharge has resulted in Huff's 4 quartile distribution method for effective rainfall(AMC III) The peak discharges of 24hr rainfall duration are similar to those of critical duration for 50-600$\textrm{km}^2$, and the peak discharges of 48hr rainfall duration are similar to those of critical duration for 600-5,000$\textrm{km}^2$. Therefore, if the proper rainfall intensity formula is selected, 24hr or 48hr rainfall duration may be regarded as the critical duration of midsize catchment. A simple regression equation is derived by using a catchment area and critical duration with high correlation for the case of effective rainfall(AMC III). Therefore, it can be used to determine the critical duration of ungauged catchment with 50-5,000$\textrm{km}^2$. Also, dimensionless regression equation is derived by using characteristic values of unit hydrograph.
This study is to propose the temporal pattern of design rainfall which causes maximum peak discharge, and to analyze the relation of catchment characteristics and critical durations for gauged midsize catchment. Hydrologic analysis has done over the 44 midsize catchments with 50-5,000$\textrm{km}^2$. The type of temporal pattern of design rainfall which causes maximum peak discharge has resulted in Huff's 4 quartile distribution method for effective rainfall(AMC III) The peak discharges of 24hr rainfall duration are similar to those of critical duration for 50-600$\textrm{km}^2$, and the peak discharges of 48hr rainfall duration are similar to those of critical duration for 600-5,000$\textrm{km}^2$. Therefore, if the proper rainfall intensity formula is selected, 24hr or 48hr rainfall duration may be regarded as the critical duration of midsize catchment. A simple regression equation is derived by using a catchment area and critical duration with high correlation for the case of effective rainfall(AMC III). Therefore, it can be used to determine the critical duration of ungauged catchment with 50-5,000$\textrm{km}^2$. Also, dimensionless regression equation is derived by using characteristic values of unit hydrograph.
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문제 정의
않고 사용되고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 중규모 하천유역에 대해 실무에서 사용하는 지속기간과 임계지속기간의 첨두유량을 비교하고자 한다. 이를 위하여 Huff 4분위모형, SCS 유효우량산정법의 AMC-Ⅲ조건으로 유출분석을 실시하였으며, 도달시간, 24시간과 48시간 강우지속기간의 첨두유량을 기준으로 임계지속기간의 첨두유량 변화율을 식 (5)와 같이 구하여 비교하였다.
따라서 본 연구에서는 중규모 하천유역을 대상으로 최대 첨두유량을 발생시키는 설계강우의 시간 분포모형을 결정하고, 결정된 시간분포 모형을 이용하여 지속기간의 변화에 따른 첨두유량의 변동성을 파악한 후 중규모 하천유역에서의 임계지속기간을 규명하고자 한다. 또한, 24시간 강우지속기간과 임계지속기간의 첨두유량 변화율을 이용하여 국내 실무에서 정확한 검증없이 이용되고 있는 24시간 강우지속기간의 유효성을 검토하며, 유역특성과 임계지속기간과의 관계를 밝히고 단위도 특성치를 이용한 무차원 회귀식을 유도함으로써 향후 중규모 하천유역에서의 수문량 산정에 기초연구자료를 제시하고자 한다.
한다. 또한, 24시간 강우지속기간과 임계지속기간의 첨두유량 변화율을 이용하여 국내 실무에서 정확한 검증없이 이용되고 있는 24시간 강우지속기간의 유효성을 검토하며, 유역특성과 임계지속기간과의 관계를 밝히고 단위도 특성치를 이용한 무차원 회귀식을 유도함으로써 향후 중규모 하천유역에서의 수문량 산정에 기초연구자료를 제시하고자 한다.
본 연구는 수문 관측자료가 확보된 중규모 하천유역을 통하여 최대 첨두유량을 발생시키는 설계강우의 시간 분포모형을 결정하고, 결정된 시간분포 모형을 바탕으로 하여 유역특성과 임계지속기간의 관계를 규명하고자 하였으며, 다음과 같은 결론은 얻었다.
본 연구에서는 대상유역에서 분석한 결과를 바탕으로 최대 첨두유량을 발생시키는 시간분포 모형을 결정하기 위하여 첨두유량과 첨두시간 변화율을 비교·검토하였다. 설계수문량의 관점에서 보면 첨두유량 변화율이 최대를 보이는 시간분포모형이 최대 첨두유량을 발생시 키는 것이 되며, 저류능력의 관점에서 보면 첨두시 간이지연되면서 첨두유량 변화율이 최대를 보이는 시간 분포모형이 최대 첨두유량을 발생시키는 것이 된다.
본 연구에서는 여러가지 유역특성인자 중 유역면적과 임계지속기간의 상관성을 검토하여 임계지속기간을 결정하기 위한 일반화된 회귀식을 제시하고자 한다. 회귀 식을 결정하는데 이용된 대상유역은 44개 지점이며, 확률강우강도식의 형태는 건설교통부(2000)의 연구 결과를 이용하였고, 유효우량은 AMC-HI 조건, 설계강우의시간분포모형은 Huff의 4분위모형을 이용하였다.
본 연구에서는 중규모 하천유역을 대상으로 설계 강우의 수문학적 분석을 실시하고자 한다. 중규모 하천유역은 유역면적의 크기만으로 판단하기는 어려우나 Ponce(1989)가 제시한 바와 같이 유역특성에 따라 10 0~5, 000knf의 면적을 가지는 유역으로 정의하거나, 국내 실무에서 적용하는 바와 같이 25~l, 000knf으로 간주하기도 한다.
제안 방법
3.2.1 설계강우의 시간분포모형에 따른 유출변화 본 연구에서는 중규모 하천유역에서 설계강우의 시간 분포모형별로 유출량의 변화를 분석하기 위하여 SCS 유효우량산정 법으로부터 결정된 유효우량을 입력 강우로 하였으며, 대표단위도에 의거하여 유출 수문 곡선을 구하였다.
이 모형은 개념상 비교적 단순하면서도 물리적으로도 의미를 가지고 있으며, 대량의 강우 자료에 대해서도 짧은 시간내에 계산이 가능하기 때문에 많이 사용되고 있다. Huff의 시간분포모형은 지역의 통계치로부터 산정되어야 하나 Huff의 시간 분포모형의 특성상 발생 첨두위치는 4분위 중 어느 한 분위에 속하게 되는 점과 기존의 권역별 강우강도식의 유도에 관한 연구결과에서 해당 유역들이 동질성을 지니는 동일권역에 속하는 점 등을 감안하므로 본 연구에서는 대상 유역에 대하여 대구, 청주, 원주, 대전, 전주, 광주지방의 50% 무차원확률곡선을 이용하여 첨두강우 위치를 선정하였다(건설교통부, 2000b).
그리고 임계지속기간의 수문학적 특성을 규명하기 위하여 유역면적과 임계지속기간, 단위도의 특성치와 임 계지 속기 간과의 회 귀 분석을 실시 한다.
본 연구에서는 중규모 하천유역에 대하여 최대 첨두유 량을 발생시키는 시간분포모형으로 Huff의 4분위모형으 로 결정되었다. 따라서 44개 대상유역에서 Huff의 4분위 모형에 의해 확률강우량을 시간분포시킨 후 SCS 유효우 량산정법으로 최대 첨두유량을 나타내는 강우지 속기간을 해당유역에서의 임계지 속기 간으로 산정하였다. 해당유역 별 임계지속기간과 최대 첨두유량은 표 6과 같디.
375 tD인 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 Yen과 Chow의 시간분포모형의 적용을 위하여 이정식 등(2001)이 검토한 바와 같이 무차원 호우 진 행 계수 αº 값을 강우지 속기 간의 중앙에서 25%씩 가감한 위치에서 첨두강우 위치를 발생시켰으며, 각각 전방집중형, 중앙집중형 , 후방집중형이라고 하였다.
본 연구에서는 단위도의 특성치와 임계지속기간과의 관계를 파악하고자 단위도의 첨두시간과 임계지속기간의 비, 단위도의 첨두유량과 임계지속기간에서의 첨두유량 비를 이용하여 식 (7)과 같은 무차원 회귀식을 유도하였다. 유도된 회귀식은 결정계수가 0.
본 연구에서는 대상유역에서 대표단위도를 이용하여시간분포별 유출변화를 분석하였으며, 표 3과 4는 위천유역과 금강유역의 분석결과이다. 그림 1~8은 44개 지점 중 8개 지점에서의 시간분포모형별 지속기간에 따른 첨두유량의 변화를 도시한 결과이다.
설계수문량의 관점에서 보면 첨두유량 변화율이 최대를 보이는 시간분포모형이 최대 첨두유량을 발생시 키는 것이 되며, 저류능력의 관점에서 보면 첨두시 간이지연되면서 첨두유량 변화율이 최대를 보이는 시간 분포모형이 최대 첨두유량을 발생시키는 것이 된다. 본 연구에서는 설계수문량을 최대로 발생시키는 설계강우의시간분포모형을 결정하고자 하므로 판단기준으로는 첨두유량 변화율이 최대를 보이는 시간분포 모형을 최대첨두 유량을 발생시키는 설계강우의 시간 분포모형으로 결정하였다.
유출곡선지수 CNe 최대의 유출상황을 고려하고자 유 출곡선지수는 AMC-n 조건으로 적용하였으며, CN값은 건설교통부(1995), 건설부(1989, 1991a, 1991b)와 한국건 설기술연구원(2001)의 연구결과에 제시되어 있는 CN값을 면적별 가중치를 고려하여 대상지점별로 산정하였다.
이때 설계강우의 시간분포모형이 유출량에 미치는 영향을 파악하기 위한 인자로는 첨두유량, 첨두유량 변화율, 첨두시간 변화율을 선정하였으며, 기준값으로는 강우 지속기간 동안 일정한 강우강도인 유효우량의 균등 강우 강도 적용시의 결과를 사용하였다. 첨두유량과 첨두시간의 변화율을 식으로 나타내면 각각 식 (3)과 (4)와 같다.
이를 위하여 3개 국제수문개발계획 대표시험유역과 낙동강, 금강, 영산강, 섬진강유역의 44개 지점에서 설계강우량을 구하고 Yen과 Chow의 시간분포모형과 Huff의 시간분포 모형을 대표단위도에 적용하여 유출 수문곡선을 구한 후 강우특성과 유출특성을 비교 분석한다. 그리고 임계지속기간의 수문학적 특성을 규명하기 위하여 유역면적과 임계지속기간, 단위도의 특성치와 임 계지 속기 간과의 회 귀 분석을 실시 한다.
따라서 본 연구에서는 중규모 하천유역에 대해 실무에서 사용하는 지속기간과 임계지속기간의 첨두유량을 비교하고자 한다. 이를 위하여 Huff 4분위모형, SCS 유효우량산정법의 AMC-Ⅲ조건으로 유출분석을 실시하였으며, 도달시간, 24시간과 48시간 강우지속기간의 첨두유량을 기준으로 임계지속기간의 첨두유량 변화율을 식 (5)와 같이 구하여 비교하였다.
즉, 강우지속기간을 4등분 하였을 때 강우초기에 해당하는 처음 1/4구간을 제1분위호우, 다음 2/4구간에 있으면 제2분위호우, 다음 3/4구간에 있으면 제3분위호우, 그리고 마지막 구간일 경우는 제4분위호우로 하였다.
강우지속기간의 변화에 따른 첨두유량을 산정하기 위하여 건설교통부(2000a)에서 제안한 식 (1)과 같은 확률강우강도식을 이용하였으며, 이재준 등(2001)에 의해 제시된 바와 같이 강우의 동질성이 인정되는 권역별로 대구, 청주, 원주, 대전, 전주, 광주지방을 대표지점으로 선정하였다. 지속기간은 1시간부터 96시간까지 1시간 간격으로 적용하였으며, 확률강우량의 재현기간은 50년 으로 하였다.
대상 데이터
중규모 하천유역은 유역면적의 크기만으로 판단하기는 어려우나 Ponce(1989)가 제시한 바와 같이 유역특성에 따라 10 0~5, 000knf의 면적을 가지는 유역으로 정의하거나, 국내 실무에서 적용하는 바와 같이 25~l, 000knf으로 간주하기도 한다. 본 연구에서는 중규모 하천유역의 범위를 50~5, 000㎢로 설정하였으며, 이를 기준으로 국제수문개발계획 대표시험유역인 위천, 보청천, 평창강의 16개 지점과 낙동강의 14개, 금강의 3개, 영산강의 6개, 섬진강의 5개 지점 등 총 44개 지점을 대상유역으로 선정하였다. 대상유역의 특성은 표 1에 제시된 바와 같다.
데이터처리
(4) 단위도의 첨두시간과 임계지속기간의 비, 단위 도의 첨두유량과 임계지속기간에서의 첨두유량 비를 이용하여 무차원 회귀식을 유도하였다.
이론/모형
강우지속기간의 변화에 따른 첨두유량을 산정하기 위하여 건설교통부(2000a)에서 제안한 식 (1)과 같은 확률강우강도식을 이용하였으며, 이재준 등(2001)에 의해 제시된 바와 같이 강우의 동질성이 인정되는 권역별로 대구, 청주, 원주, 대전, 전주, 광주지방을 대표지점으로 선정하였다. 지속기간은 1시간부터 96시간까지 1시간 간격으로 적용하였으며, 확률강우량의 재현기간은 50년 으로 하였다.
정확히 산정할 수 있다. 국내에서 검토된 바 있는 시간 분포모형으로는 Mononobe의 시간분포모형, Yen과 Chow의 시간분포모형, Huff의 시간분포모형, Keifer와 Chu의 시간분포모형 등이 있으나 본 연구에서는 국내 실무에서 널리 사용하고 있는 Yen과 Chow의 시간 분포모형과 Huff의 시간분포모형을 이용하였으며, 각 방법에 대해 기술하면 다음과 같다.
표 5에서 살펴보면 보청천과 영산강의 일부지점에서 Yen과 Chow 시간분포모형의 후방집중형이 최대 첨두유량을 발생시키는 시간 분포모형으로 나타나고 있으나 대체적으로 Huff의 4분위 모형이 최대 첨두유량 발생 시간분포모형으로 나타나고 있다. 따라서 본 연구에서는 중규모 하천유역에 대하여 최대첨두유량을 발생시키는 시간분포모형으로 Huff의 4분위 모형을 결정하였다.
사다리꼴 우량주상도로 단순화하였다. 본 연구에서는 Yen과 Chow의 삼각형 우량주상도를 이용하였으며 첨두강우강도는 다음과 같다.
수문량 산정에 이용되는 대표단위도는 위천, 보청천, 평창강유역의 경우 한국건설기술연구원(2000)의 연구 결과를 이용하였으며, 낙동강, 금강, 영산강과 섬진강 유역의 대표단위도는 건설부(1993)의 연구결과를 이용하였다.
회귀 식을 결정하는데 이용된 대상유역은 44개 지점이며, 확률강우강도식의 형태는 건설교통부(2000)의 연구 결과를 이용하였고, 유효우량은 AMC-HI 조건, 설계강우의시간분포모형은 Huff의 4분위모형을 이용하였다.
성능/효과
(1) 중규모 하천 유역에서 Yen과 Chow의 시간 분포모형과 Huff의 시간분포 모형을 적용한 결과 AMC-m 조건의 유효강우량으로부터 최대 첨두유량을 발생시키는 시간분포모형은 Huff 4분위 모형으로 나타났다.
(2) 임 계지 속기 간과 기 준강우지 속기 간과의 첨 두유량의 비교를 통해 유역면적이 50~600kirf인 유역에서 24시간 강우지속기간, 유역면적이 600-5, 000㎢인 유역에서 48시간 강우지속기간을 임계지속기간으로 적용할 수 있을 것으로 판단된다.
(3) 임계지속기간과 유역면적과의 회귀식을 유도하였으며, 제한적이지만 중규모 하천유역의 임계지속기간을 결정하는데 유용한 식으로 이용될 수 있을 것으로 판단된다.
있다. 24시간 기준강우지속기간의 경우 유역면적이 600㎢를 초과함에 따라 첨두유량의 변화율이 크게 증가하고 있으며, 48시간 기준강우지속기간의 경우 유역면적이 600㎢ 보다 감소함에 따라 첨두유량의 변화율이 증가하는 것으로 나타났다. 따라서, 유역면적이 50~ 5, 000knf인 중규모 하천유역에서 유역면적이 600M 보다 작은 유역에서는 24시간 강우지속기간을 임계지속기간으로 사용하고, 유역면적이 600knf 보다 큰 유역에서는 48시간 강우지속기간을 해당유역의 임계지속기간으로 간주하여도 큰 무리는 없을 것으로 생각된다.
따라서 설계강우의 시간분포모형별 첨두유량과 첨두시간 변화율을 검토한 결과 설계 강우 주상 도의 첨두위치가 후반부에 위치하는 설계강우의 시간 분포모형이 최대 첨두유량을 발생시키는 것으로 나타났다. 또한 그림 에서도 첨두위치가 후반부에 위치한 Huff의 4분위모형이 최대 첨두유량을 보이고 있음을 알 수 있다.
86으로 나타났다. 따라서, 유역면적과 임계지속기간의 관계는 상관성이 높은 것으로 판단되며, 식 ⑹은 제한적이지만 유역면적 50~5,000kirf인 중규모 하천유역에서 임계지속기간을 결정하는데 있어 유용한 식으로 이용될 수 있을 것으로 판단된다.
24시간 기준강우지속기간의 경우 유역면적이 600㎢를 초과함에 따라 첨두유량의 변화율이 크게 증가하고 있으며, 48시간 기준강우지속기간의 경우 유역면적이 600㎢ 보다 감소함에 따라 첨두유량의 변화율이 증가하는 것으로 나타났다. 따라서, 유역면적이 50~ 5, 000knf인 중규모 하천유역에서 유역면적이 600M 보다 작은 유역에서는 24시간 강우지속기간을 임계지속기간으로 사용하고, 유역면적이 600knf 보다 큰 유역에서는 48시간 강우지속기간을 해당유역의 임계지속기간으로 간주하여도 큰 무리는 없을 것으로 생각된다.
본 연구에서는 중규모 하천유역에 대하여 최대 첨두유 량을 발생시키는 시간분포모형으로 Huff의 4분위모형으 로 결정되었다. 따라서 44개 대상유역에서 Huff의 4분위 모형에 의해 확률강우량을 시간분포시킨 후 SCS 유효우 량산정법으로 최대 첨두유량을 나타내는 강우지 속기간을 해당유역에서의 임계지 속기 간으로 산정하였다.
유역별로 임계지속기간을 살펴보면, 위천유역이 1, 440~2, 100분, 보청천 유역이 1,500 ~2, 280분, 평창강유역이 2, 040 -3, 540 분, 낙동강유역이 2, 340 ~3, 900분, 금강유역이 2, 280~ 3, 780분, 영산강유역이 2, 040 ~3, 540분, 섬진강유역이 2, 4000~3, 840분으로 나타났다. 전체적으로 유역면적이 비교적 작은 위천, 보청천, 평창강유역의 임계지속기간은 1, 440 ~2, 340분으로 나타났으며, 유역면적이 비교적 큰 낙동강, 금강, 영산강, 섬진강 유역의 임계지속기간은 2, 040 ~3, 900분으로 나타나 유역면적의 크기에 따른 임계지속기간의 변화를 알 수 있었다.
첨두시간은 전반적으로 균등강우강도 적용시보다 길어지고 있으며, 첨두시간 변화율은 Yen과 Chow의 시간 분포모형의 경우 전방집중형에서 후방집중형으로 감에 따라 증가하고 있으나 Huff의 시간분포모형은 2분위와 3분위에서 감소하였다가 4분위에서 다시 증가하는 양상을 나타내었다.
첨두유량은위천유역의 무성과 고노지점에서는 Yen과 Chow 시간 분포모형의 후방집중형이 가장 큰 값을 보였으며 병천, 미성, 효령은 Huff 시간분포모형의 4분위가 가장 큰 값을 나타났다. 금강유역은 전체적으로 Huff 시간 분포모형의 4분위가 가장 큰 값을 나타냈다.
최대 첨두유량을 발생시키는 Huff의 4분위 모형을 이용한 임계지속기간과 유역면적과의 회귀분석에서 결정계수는 0.86으로 나타났다. 따라서, 유역면적과 임계지속기간의 관계는 상관성이 높은 것으로 판단되며, 식 ⑹은 제한적이지만 유역면적 50~5,000kirf인 중규모 하천유역에서 임계지속기간을 결정하는데 있어 유용한 식으로 이용될 수 있을 것으로 판단된다.
표 3과 4을 살펴보면, 첨두유량 변화율은 Yen과 Chow 시간분포모형의 경우 후방집중형, Huff 시간 분포모형의 경우 4분위가 가장 크게 나타났다. 첨두유량은위천유역의 무성과 고노지점에서는 Yen과 Chow 시간 분포모형의 후방집중형이 가장 큰 값을 보였으며 병천, 미성, 효령은 Huff 시간분포모형의 4분위가 가장 큰 값을 나타났다.
있다. 표 7을 살펴보면 도달시간을 기준강우 지속기간으로 한 경우는 19.0-48.3%, 24시간을 기준강우 지속기간으로 한 경우는 0.0~19.8% 그리고 48시간을 기준강우 지속기간으로 한 경우는 0.0~8.6%의 첨두유량 변화율을 나타내고 있어 도달시간의 임계지속기간 적용성은 부적합한 것으로 판단된다.
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