[논문]Nash 모형의 지체시간을 이용한 GIUH 유도

김주철; 윤여진; 김재한

doi:10.3741/jkwra.2005.38.10.801

Nash 모형의 지체시간을 이용한 GIUH 유도
The derivation of GIUH by means of the lag time of Nash model 원문보기

韓國水資源學會論文集 = Journal of Korea Water Resources Association, v.38 no.10 = no.159, 2005년, pp.801 - 810

김주철 (충남대학교 산업기술연구소) , 윤여진 (건양대학교 토목시스템공학과) , 김재한 (충남대학교 토목공학과)

초록
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자연 하천으로부터 홍수유출을 추정할 경우, 반드시 고려해야 할 중요한 인자들 중의 하나는 지체시간이다. 지체 시간은 집수형상디스크립터로 표현될 수 있는 유역의 형태적 특성의 영향아래 있음이 잘 알려져 있다. 본 논문에서는 Moussa(2003)에 의하여 제안된 등가타원의 기하학적 특성에 대한 개념을 유역 출구에 대한 지형학적 순간단위도 (GIUH)의 지체시간 산정에 적용한다. 강우-유출 관측 자료에 대한 지체시간은 Nash(1957)가 제안한 적률법을 이용하여 산정하고, GIUH 유도에는 지형학에 기초한 절차가 적용된다. 국내 3개 유역에 대한 적용사례를 통하여, 유역의 형태적 특성과 수문학적 응답사이의 관계를 고찰한다. 또한 상류지역으로부터 하류지역까지 등가타원 형상의 변화양상이 시험된다. 그 결과, 수문학적 응답특성과 디스크립터 사이에는 비교적 우수한 관계가 존재함이 확인되었고 타원의 형상은 하류방향을 따라 원의 형태로 접근해 감을 확인할 수 있었다. 본 연구 결과는 미계측 유역으로 확대 적용이 가능할 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The lag time is one of the most important factors for estimating a flood runoff from streams. It is well known to be under the influence of the morphometric properties of basins which could be expressed by catchment shape descriptors. In this paper, the notion of the geometric characteristics of an equivalent ellipse proposed by Moussa(2003) is applied for calculating the lag time of geomorphological instantaneous unit hydrograph(GIUH) at the basin outlet. The lag time is obtained from the observed data of rainfall and runoff by using the method of moments suggested by Nash(1957), and the procedure based on geomorphology is used for GIUH. The relationships between the basin morphometric properties and the hydrological response are discussed as applied to 3 catchments In Korea. Additionally, the shapes of equivalent ellipse are examined how then are transformed from upstream area to downstream one. As a result, the relationship between the hydrological response and descriptors is shown to be comparatively good, and the shape of ellipse is presented to approach a circle along the river downwards. These results may be expanded to the estimation of hydrological response of ungauged catchment.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구의 목적은 유역의 시변성에 기인하여 호우사상별로 다르게 산정되는 GIUH 모형의 특성 유속에 대한 대표치를 집수형상 디스크 립터를 이용하여 산정하고자 하는 것이다. Rosso(1984) 및 Chutha and Dooge (1990)의 견해에 따라 본 연구에서는 Nash 모형과 GIUH 모형을 합동으로 가정한다.
Rosso(1984) 및 Chutha and Dooge (1990)의 견해에 따라 본 연구에서는 Nash 모형과 GIUH 모형을 합동으로 가정한다. 이러한 시도의 주된 의도는 GIUH 모형의 대표 유속 산정에 있어 양자의 실무 적용성을 시험하고 GIUH 모형을 이용한 유역의 대표 순간 단위도를 유도하고자 하는 것이다.

가설 설정

본 연구의 목적은 유역의 시변성에 기인하여 호우사상별로 다르게 산정되는 GIUH 모형의 특성 유속에 대한 대표치를 집수형상 디스크 립터를 이용하여 산정하고자 하는 것이다. Rosso(1984) 및 Chutha and Dooge (1990)의 견해에 따라 본 연구에서는 Nash 모형과 GIUH 모형을 합동으로 가정한다. 이러한 시도의 주된 의도는 GIUH 모형의 대표 유속 산정에 있어 양자의 실무 적용성을 시험하고 GIUH 모형을 이용한 유역의 대표 순간 단위도를 유도하고자 하는 것이다.

제안 방법

본 연구에서는 대상 유역으로 한강수계의 평창 강 유역, 금강수계의 보청천 유역 그리고 낙동강 수계의 위천유역을 선정하였다. 대상 유역 내 위치한 총 17개 수위 표지점에 대하여 Strahler의 차수 분류법을 기반으로 한 각종 수로망 디스크 립터 및 등가타원에 의한 신집수형상 디스크립터를 DEM으로부터 추출하였다. DEM의 생성에는 1/25,000축척의 수치 지도를 이용하였고 격자 크기는 20 m를 적용하였다.
하류 방향으로 진행함에 따라 첨두는 작아지고 첨두시간은 길어지는 일관성 있는 응답 특성을 확인할 수 있다. 대표 순간 단위도의 적용 성 분석을 위하여, 평창 강 유역의 이목정 수위표, 보청천 유역의 산성 수 위 표 그리고 위천유역의 동곡 수위표 지점에 대하여 1시간 대표단위도를 유도하고 tl에 대한 회귀식의 산정에 이용되지 않은 호우사상에 적용하여 보았다. Fig.
본 연구에서는 등 가타원을 기반으로 한 신집수형상 디스크립터를 이용하여 GIUH 모형의 특성 유속을 추정하고 대표 순간 단위도 유도에 적용하여 보았다. 집수평면과 등가타원의 형상평가를 위하여 각종 밀집도를 산정하였고, 대표 순간 단위도의 유도에는 GIUH 모형을 이용하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 대상 유역으로 한강수계의 평창 강 유역, 금강수계의 보청천 유역 그리고 낙동강 수계의 위천유역을 선정하였다. 대상 유역 내 위치한 총 17개 수위 표지점에 대하여 Strahler의 차수 분류법을 기반으로 한 각종 수로망 디스크 립터 및 등가타원에 의한 신집수형상 디스크립터를 DEM으로부터 추출하였다.

이론/모형

DEM의 생성에는 1/25,000축척의 수치 지도를 이용하였고 격자 크기는 20 m를 적용하였다. 또한 실제 하천 자료와의 오차를 줄이기 위하여 DEM의 전처리에 fnibum DEM 기법을 적용하였다. 차수 산정의 자동화를 위하여 Arc View에서 운용되는 Strahler stream order Extension을 적용하였고, 집수평면의 관성적률은 ®rid형 유역도의 격자 중심 점들의 좌표로부터 계산하였다 (김주철, 2004).
본 연구에서는 v의 산정에 Eqs- ⑼~(11) 의 A에 대한 신집수형상 디스크 립터 a + b의 회귀식을 적용한다
수로망의 형상에 대한 정량적 분석은 Horton의 배수 구성 법칙을 기원으로 한다(Smart, 1972). Hortone 차 수 분류법을 제안한 바 있는데, 이는 Strahler에 의해 다음과 같이 보다 객관적인 형태로 수정되었다.
본 연구에서는 등 가타원을 기반으로 한 신집수형상 디스크립터를 이용하여 GIUH 모형의 특성 유속을 추정하고 대표 순간 단위도 유도에 적용하여 보았다. 집수평면과 등가타원의 형상평가를 위하여 각종 밀집도를 산정하였고, 대표 순간 단위도의 유도에는 GIUH 모형을 이용하였다. 이상으로부터 의 결론을 요약하면 다음과 같다.
또한 실제 하천 자료와의 오차를 줄이기 위하여 DEM의 전처리에 fnibum DEM 기법을 적용하였다. 차수 산정의 자동화를 위하여 Arc View에서 운용되는 Strahler stream order Extension을 적용하였고, 집수평면의 관성적률은 ®rid형 유역도의 격자 중심 점들의 좌표로부터 계산하였다 (김주철, 2004).

성능/효과

Eq. (2)의 디스크 립 터들은 모두 유역의 형상을 일종의 평면도형으로서 평가하고 있음을 알 수 있다
결국 Eq. (2)의 디스크 립터들은 모두 집수평면에 대하여 각 특성을 내포한 일종의 밀집도로서 정의할 수 있다. Eq.
1) 신 집 수형상 디스크 립터를 이용하여 GIUH 모형의 대표 유속을 추정한 결과, 하류 방향으로 진행함에 따라 첨두는 작아지고 첨두시간은 길어지는 일관성 있는 응답 특성을 볼 수 있었다. 모의된 유출 수문 곡선 역시 관측 유출 수문곡선과 잘 일치하여 신집수형상 디스크립터가 수문학적 적용에 있어 유용한 도구가 될 수 있음을 확인할 수 있었다.
2) 등 가타원의 형상은 하류 방향을 따라 원의 형태로 접근해 감을 밀집도에 대한 산정 결과에서 확인할 수 있었다. 본 연구 결과로부터 판단해 볼 때, 유역형상은 상류에서는 타원에 가까운 형상을 가지나 하류로 이동함에 따라 상하, 좌우가 서로 대칭된 형상으로 진행되는 경향이 존재하는 것으로 보인다.
1) 신 집 수형상 디스크 립터를 이용하여 GIUH 모형의 대표 유속을 추정한 결과, 하류 방향으로 진행함에 따라 첨두는 작아지고 첨두시간은 길어지는 일관성 있는 응답 특성을 볼 수 있었다. 모의된 유출 수문 곡선 역시 관측 유출 수문곡선과 잘 일치하여 신집수형상 디스크립터가 수문학적 적용에 있어 유용한 도구가 될 수 있음을 확인할 수 있었다.
2) 등 가타원의 형상은 하류 방향을 따라 원의 형태로 접근해 감을 밀집도에 대한 산정 결과에서 확인할 수 있었다. 본 연구 결과로부터 판단해 볼 때, 유역형상은 상류에서는 타원에 가까운 형상을 가지나 하류로 이동함에 따라 상하, 좌우가 서로 대칭된 형상으로 진행되는 경향이 존재하는 것으로 보인다.

후속연구

3) 본 연구의 적용 결과는 미계측 유역으로의 확대 적용이 가능할 것으로 판단된다. 보다 일반화된 결과의 획득을 위하여 앞으로 더 많은 유역 및 자료들에 대한 분석이 이루어져야 할 것으로 보인다.
이로부터 본 연구에서 제안된 방법을 통하여 합리적인 유역의 대표 응답함수 산정이 가능할 것으로 기대된다. 또한 등가타원을 기반으로 한 신집수형상 디스크립터 a + 6, a 十3 + eOl/은 수문학적 적용을 위하여 유용한 도구가 될 수 있을 것으로 판단된다.
따라서 적용된 3개 유역들로부터 판단해 볼 때, 유역형상은 상류에서는 타원에 가까운 형상을 가지나 하류로 이동함에 따라 신장비가 줄어듦으로써 상하, 좌우가 서로 대칭된 형상으로 진행된다고 할 수 있겠다. 물론 보다 일반화된 결과의 획득을 위하여 앞으로 더 많은 유역 및 자료들에 대한 분석이 이루어져야 하겠다.
3) 본 연구의 적용 결과는 미계측 유역으로의 확대 적용이 가능할 것으로 판단된다. 보다 일반화된 결과의 획득을 위하여 앞으로 더 많은 유역 및 자료들에 대한 분석이 이루어져야 할 것으로 보인다.
4(b), 5(b), 6(b)는 유출 수문곡선의 산정 결과를 도시한 것으로 관측 유출 수문곡선과 잘 일치함을 볼 수 있다. 이로부터 본 연구에서 제안된 방법을 통하여 합리적인 유역의 대표 응답함수 산정이 가능할 것으로 기대된다. 또한 등가타원을 기반으로 한 신집수형상 디스크립터 a + 6, a 十3 + eOl/은 수문학적 적용을 위하여 유용한 도구가 될 수 있을 것으로 판단된다.

참고문헌 (25)

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원문보기 상세보기
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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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