In this study, CN value was estimated by using detailed soil map and land cover characteristic against upper basin of Kumho watermark located on the upper basin of Kumho river and the hydrologic morphological characteristic factors were extracted from the basin by using the DEM document. Also the ru...
In this study, CN value was estimated by using detailed soil map and land cover characteristic against upper basin of Kumho watermark located on the upper basin of Kumho river and the hydrologic morphological characteristic factors were extracted from the basin by using the DEM document. Also the runoff analysis was conducted by the WMS model in order to study how the assumed CN value affects the runoff characteristic. First of all, as a result of studying the soil type in this study area, mostly D type soil was Identified by the application of the 1987 classification criteria. However, by that in 1995, B type soil and C type soil were distributed more widely in that area. When CN value was classified by the 1995 classification criteria, it was estimated lower than in 1987, as a result of comparing the estimated CNs by those standars. Also it was assumed that CN value was underestimated when the plan for Geum-ho river maintenance was drawn up. As a result of the analysis of runoff characteristic, the pattern of generation of the classification criteria of soil groups appeared to be similar, but in the case of the application of the classification criteria in 1995, the peak rate of runoff was found to be smaller on the whole than in the case of the application of the classification criteria in 1987. Also when the statistical data such as the prediction errors, the mean squared errors, the coefficient of determination and other data emerging from the analysis, was looked over in total, it seemed appropriate to apply the 1995 classification criteria when hydrological soil classification group was applied. As the result of this study, however, the difference of the result of the statistical dat was somewhat small. In future study, it is necessary to follow up evidence about soil application On many more watersheds and in heavy rain.
In this study, CN value was estimated by using detailed soil map and land cover characteristic against upper basin of Kumho watermark located on the upper basin of Kumho river and the hydrologic morphological characteristic factors were extracted from the basin by using the DEM document. Also the runoff analysis was conducted by the WMS model in order to study how the assumed CN value affects the runoff characteristic. First of all, as a result of studying the soil type in this study area, mostly D type soil was Identified by the application of the 1987 classification criteria. However, by that in 1995, B type soil and C type soil were distributed more widely in that area. When CN value was classified by the 1995 classification criteria, it was estimated lower than in 1987, as a result of comparing the estimated CNs by those standars. Also it was assumed that CN value was underestimated when the plan for Geum-ho river maintenance was drawn up. As a result of the analysis of runoff characteristic, the pattern of generation of the classification criteria of soil groups appeared to be similar, but in the case of the application of the classification criteria in 1995, the peak rate of runoff was found to be smaller on the whole than in the case of the application of the classification criteria in 1987. Also when the statistical data such as the prediction errors, the mean squared errors, the coefficient of determination and other data emerging from the analysis, was looked over in total, it seemed appropriate to apply the 1995 classification criteria when hydrological soil classification group was applied. As the result of this study, however, the difference of the result of the statistical dat was somewhat small. In future study, it is necessary to follow up evidence about soil application On many more watersheds and in heavy rain.
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문제 정의
본 연구에서는 금호강 상류 금호수위표지점 상 류유역에 대한 정밀토양도와 토지피복지도를 이용하여 CN값을 산정하고 DEM자료를 이용하여 유역 의 수문학적 지형특성인자들을 추출하였으며, 추정 된 CN값이 유출특성에 미치는 영향을 검토하기 위하여 WMS모형을 이용한 유출해석을 실시하였다.
본 연구에서는 유역의 GIS를 이용하여 추출된 수치지형(Digital Elevation Model, DEM)자료를 WMS모형에 Import시켜 유역의 수문학적 지형특성 인자들을 추출하였다. SCS 유출곡선지 수(CN) 산정은 환경부에서 제공하는 토지피복도와 농촌진 흥청 농업과학기술원에서 제공하는 정밀토양도를 이용하여 국내에서 기 연구된 토양군의 분류방법에 따른 유역의 유출곡선지수를 결정하여 유출량 해석을 실시하였으며, 분석된 CN의 적합성 검토 및 결과의 비교를 위하여 WMS모형을 이용하였다.
본 연구에서는 토지의 이용상황을 피복상태에 따라 23개 항목으로 분류한 환경부 토지피복분류 도.(중분류)를 사용하여 수문분석을 위한 토지이용 도관련 데이터를 구축하였으며 그 결과 Table 3과 Table 4와 같다.
제안 방법
WMS모형에서는 격자의 흐름방향을 결정하기 위하여 TOPAZCTOpographic PArameteriZation) Moduel을 이용하고 있다. TOPAZ Moduele DEM 에서 오류를 수정하기 위해 3×3의 격자를 포함하는 window를 움직이면서 9개 격자의 값을 이용한 내삽법에 의해 격자 하나의 새로운 값을 얻게 된다. 또한 흐름방향의 결정은 3×3 window에서 가운 데 점을 중심으로 하는 8개 방위의 각 격자 중 경 사가 가장 급한 곳으로 흐름이 발생한다고 가정하는 8방위법을 사용하고 있다.
먼저, 본 연구에서는 대상유역에 해당하는 국립 지리원발행의 1:25,000 수치지도 16도엽을 ArcView 를 이용하여 수치고도자료(DEM)을 생성하였다. 생성된 수치고도자료를 WMS를 이용하여 유역의 공 간자료를 수집하였으며, 하천의 분기형태는 Fig.
본 연구에서는 1987년 허기술 등의 분류기준과 1995년 정정화 등의 분류기준을 이용하여 본 연구 대상유역의 수문학적 토양군을 USDA SCS의 분 류기준에 의하여 4개의 토양형(A, B, C, D)로 재분 류하여 WMS에서 이용하였으며, 그 결과 WMS에서 Import된 대상유역의 토양도는 Fig. 4와 같다. Fig.
WMS에서 기 작성된 수치지도로부터 하천망 및 유역경계를 추출하는 방법은 WMS의 TIN Module 과 DEM Module 등에서 작성할 수 있다. 본 연구에서는 1:25,000 축척의 수치지형도로부터 래스터 형식의 데이터로 작성된 유역 전체의 DEM file을 이용하여 하천망을 작성하였다.
본 연구에서는 WMS의 DEM Module을 이용하} 여 하천망을 생성하여 유역분할을 수행하였다. WMS에서 기 작성된 수치지도로부터 하천망 및 유역경계를 추출하는 방법은 WMS의 TIN Module 과 DEM Module 등에서 작성할 수 있다.
유줄곡선지수(CN)를 산정하기 위해서는 유역의 지형자료와 SCS분류기준에 의해 4개의 수문학적 토양군(A, B, C, D Type)으로 재분류한 토양도, 토지이용도가 필요하며 공간 DB자료를 WMS에 입 력하여 CN을 결정하였으며 대상유역의 유출곡선 지수 산출결과는 Table 6과 같다.
대상 데이터
본 연구는 WMS를 이용한 하천유역의 홍수유출 해석을 위하여 금호강 최상류로부터 금호수위관측 소까지의 유역을 대상으로 선정하였다(Fig. 1). 연 구대상 유역은 유역면적 920.
환경부에서는 Landsat TM영상을 이용하여 1/ 50, 000 및 1/25,000 토지피복도를 구축하여 학술 연구용으로 제공하고 있다. 본 연구에서 사용된 환경 부 제공 토지피복분류도(중분류)는 토지이용의 피복 상태를 23개 항목으로 구분하여 Geo-Tiffgudtlr의 Raster data로 보급하고 있으며, 국립지리원의 토지 이용현황도는 38개 항목으로 구분하여 벡터자료로 구축되어 보급하고 있는 자료를 이용하였다.
본 연구에서는 계산된 유역의 수문학적 특성인 자를 이용하여 WMS HEC-1의 입력자료를 구성하였으며, 모형의 적용에 있어서는 Table 7과 같이 1998년부터 2003년까지 유역내에서 발생한 7개의 주요호우 사상을 이용하였다.
본 연구에서는 대상유역에 해당하는 국립지리원 발행 수치지도를 GIS To이인 ArcView Software 를 이용하여 수치고도자료(DEM)을 주줄하였다. DEM을 생성하기 위해서 벡터형식(Vector type)의 데이터를 래스터형식(Gird type)의 데이터로 변환 하는 작업은 ArcView를 이용하였다.
본 연구에서는 지형공간특성자료를 이용한 CN 산정 및 유출해석을 위하여 유역의 지형자료(국립 지리원 수치지도, 1/25,000)와 토지피복도(환경부 토지피복지도, 중분류, 1/25,000), 토양도(농촌진흥 청 농업과학기술원, 1/25,000)를 이용하여 공간특성 자료를 구축하였다.
먼저, 본 연구에서는 대상유역에 해당하는 국립 지리원발행의 1:25,000 수치지도 16도엽을 ArcView 를 이용하여 수치고도자료(DEM)을 생성하였다. 생성된 수치고도자료를 WMS를 이용하여 유역의 공 간자료를 수집하였으며, 하천의 분기형태는 Fig. 2와 같다.
이론/모형
본 연구에서는 대상유역에 해당하는 국립지리원 발행 수치지도를 GIS To이인 ArcView Software 를 이용하여 수치고도자료(DEM)을 주줄하였다. DEM을 생성하기 위해서 벡터형식(Vector type)의 데이터를 래스터형식(Gird type)의 데이터로 변환 하는 작업은 ArcView를 이용하였다. 생성된 래스 터 형식의 Grid filee WMS(ver 6.
본 연구에서는 유역의 GIS를 이용하여 추출된 수치지형(Digital Elevation Model, DEM)자료를 WMS모형에 Import시켜 유역의 수문학적 지형특성 인자들을 추출하였다. SCS 유출곡선지 수(CN) 산정은 환경부에서 제공하는 토지피복도와 농촌진 흥청 농업과학기술원에서 제공하는 정밀토양도를 이용하여 국내에서 기 연구된 토양군의 분류방법에 따른 유역의 유출곡선지수를 결정하여 유출량 해석을 실시하였으며, 분석된 CN의 적합성 검토 및 결과의 비교를 위하여 WMS모형을 이용하였다.
본 연구에서는 농촌진흥청 농업과학기술원에서 전산화 사업을 통해 구축된 Vector Type의 정밀토 양도를 이용하였으며 토양분류방법은 미국 농림부 (U.S. Department of Agriculture)의 Soil Survey Manual에 기초를 두고 있다. 따라서 SCS의 수문 토양군에 관한 분류기준은 한국에서도 그 기준설 정이 가능하다.
본 연구에서는 지형공간특성자료를 이용한 유출 해석을 위하여 WMS모형을 이용하였으며 이를 위하여 유역의 지형자료와 토지피복도, 토양도를 이용하였다.
성능/효과
979의 범위로서 분석 검토되었다. 그리고 모형의 관측 첨두 홍수량에 대한 예측 첨두 홍수량 백분율((嘉林)은 87년기준, 95년기준 및 금호강연구 방법에서 각각 68.337~148.910%, 73.467-161.98 5% 및 91.156~221.776%의 범위로서 분석 검토되어 대체적으로 95년기준의방법이 가장 우수함을 알 수 있었다.
또한 분석결과에 대한 예측오차의 평균, 평균제 곱오차, 결정계수 등의 통계적 검토결과를 종합적 으로 볼 때 수문학적 토양분류군을 적용할 때에는 95년 분류기준을 적용하는 것이 적합한 것으로 검 토되었다. 그러나 본 연구결과로 볼 때 통계적 검토 결과의 차이가 매우 미소하므로 계속되는 연구에서 더 많은 유역과 호우를 대상으로 토양군 적용에 대한 근거를 제안할 필요가 있을 것으로 판단된다.
또한 이들 분류기준에 의해 산정된 CN값을 비교한 결과 95년기준에 의하여 분류할 경우 87년분 류에 의한 CN값보다 낮게 산정되었으며, 금호강 하천정비기본계획당시의 CNe 과소하게 추정된 깃으로 추정된다.
128m3/s의 범위로서 분석 검토되었다. 또한 평 균제곱오차평방근(RMSE)의 경우 87년기준, 95년 기준 및 금호강연구 방법에서 각각 102.314 ~ 301.207m3/s, 106.626 ~ 297.639m3/s 및 110.500 ~ 296.779m3/s의 범위로서 분석 검토되었으며, 결정 계수(IF)의 경우 87년기준, 95년기준 및 금호강연구 방법에서 각각 0.677 - 0.976, 0.677 - 0.974 및 0.699 ~ 0.979의 범위로서 분석 검토되었다. 그리고 모형의 관측 첨두 홍수량에 대한 예측 첨두 홍수량 백분율((嘉林)은 87년기준, 95년기준 및 금호강연구 방법에서 각각 68.
먼저, 본 연구대상유역내의 토양형을 검토한 결과 87년 분류기준에 의하면 D Type이 대부분이었 으나 95년 분류기준에 의하면 B Type과 C Type 이 훨씬 넓게 분포된 것으로 검토되었다.
DEM을 생성하기 위해서 벡터형식(Vector type)의 데이터를 래스터형식(Gird type)의 데이터로 변환 하는 작업은 ArcView를 이용하였다. 생성된 래스 터 형식의 Grid filee WMS(ver 6.1)에서 호환이 안 되므로 래스터 형식의 ASCH file로 Export 시 킨 후 WMS에서 Import하는 방식을 취하였다.
유출특성분석결과 토양형 분류기준에 따른 유출 수문곡선의 발생패턴은 유사하게 나타났으나 95년 토양형 분류기준에 의할 경우에 87년 분류기준을 적용할 경우보다 첨두유출량이 전반적으로 작게 검토되었다.
여기서, 불투수층이라 함은 Table 2에서 나타낸 바와 같이 경반층(Hard pan), 모암층(Parent rock), 점토층(Clayey layer) 및 논토양의 쟁기바닥층(서 상층:Plow sole), 지하수위 (Groud water table)등을 의미한다. 이 기준을 이용하여 우리나라의 수문 학적 토양군을 분류한 결과 우리나라의 경우 A군 이 83개통, B군이 102개통, C군이 77개통, D군이 116개통으로 분류되었다.
주요호우사상의 홍수유출특성 비교를 위해 토양 분류형 별 87년 분류와 95년 분류 및 금호강 하천정 비기본계획 당시 사용된 값을 이용한 유출분석결 과에 대하여 비교분석한 결과 Fig. 7과 같이 토양 형 분류기준에 따른 유출수문곡선의 발생패턴은 유사하게 나타났으나 95년 토양형 분류기준에 의 할 경우에 87년 분류기준을 적용할 경우보다 첨두 유출량이 다소 작게 검토되었다.
후속연구
또한 분석결과에 대한 예측오차의 평균, 평균제 곱오차, 결정계수 등의 통계적 검토결과를 종합적 으로 볼 때 수문학적 토양분류군을 적용할 때에는 95년 분류기준을 적용하는 것이 적합한 것으로 검 토되었다. 그러나 본 연구결과로 볼 때 통계적 검토 결과의 차이가 매우 미소하므로 계속되는 연구에서 더 많은 유역과 호우를 대상으로 토양군 적용에 대한 근거를 제안할 필요가 있을 것으로 판단된다.
참고문헌 (11)
허기술, 정정화, 1987, 한국토양의 수문학적 분류 및 그 응용, 농공기술, 4(4), 47-61
허창환, 2001, GIS를 이용한 강우-유출해석에 관한 연구, 영남대학교 대학원 박사학위논문
Hormadka, T. V., R. J. Whitley, 1999, On Formalization of Unit Hydrograph and LinkNode Hydrograph-Routing Systems, Journal of Hydrology, pp.66-84
Horton, R. E., 1945, Erosional Development of Stream and Their Drainage Basins : Hydrophysical Approach to Quantitative Morphology, Bull. Geol. Soc. of Amer.(56), pp.275-375
Rosso, R., 1984, Nash Model Relation to Horton Order Ratios, Water Resources Research 20(7), 914-920
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