Huff(1967)의 연구배경과 지형 및 강우특성을 국내유역과 비교하고 Huff(1967) 방법을 국내에 적용한 건설교통부(2000) Huff의 한계점을 파악하였으며, 국내 강우가 갖는 지속기간별 시간분포특성을 검토함으로써 국내유역에 적합한 Huff방법의 개선방안을 위한 기초연구를 목표로 하였다 Huff(1967)의 연구유역과 본 연구유역의 점강우가 갖는 특성에는 차이가 있었다. 그리고 건설교통부(2000) Huff 방법은 관측소별로 분석되어 유역을 대표하는 누가곡선의 채택에 어려움을 갖게 되며, 이용된 강우사상은 강우총량의 크기에 관계없이 모든 자료를 이용하여 점우량 25.4mm 이상을 대상으로 비교한 결과와 차이가 있는 것으로 분석되었다. 또한, 본 연구 대상유역의 점강우와 면적평균 강우에서 지속기간별로 강우의 시간분포 특성이 다양한 것으로 분석되었으며, 이는 K-S 검정결과 5% 유의수준에서 지속기간별로 작성된 일부 누가곡선이 전 지속기간에 대해 작성된 누가곡선과 유의하지 않는 것으로 분석되어 지속기간별 시간분포 특성이 통계학적으로 입증되었다. 따라서 Huff(1967) 방법을 국내유역에 적용하기 위해서는 적정 수준 이상의 총량을 갖는 강우사상을 대상으로 유역의 대표성, 강우의 지속기간별 특성이 반영된 누가곡선이 작성되어야 할 것으로 판단되었다.
Huff(1967)의 연구배경과 지형 및 강우특성을 국내유역과 비교하고 Huff(1967) 방법을 국내에 적용한 건설교통부(2000) Huff의 한계점을 파악하였으며, 국내 강우가 갖는 지속기간별 시간분포특성을 검토함으로써 국내유역에 적합한 Huff방법의 개선방안을 위한 기초연구를 목표로 하였다 Huff(1967)의 연구유역과 본 연구유역의 점강우가 갖는 특성에는 차이가 있었다. 그리고 건설교통부(2000) Huff 방법은 관측소별로 분석되어 유역을 대표하는 누가곡선의 채택에 어려움을 갖게 되며, 이용된 강우사상은 강우총량의 크기에 관계없이 모든 자료를 이용하여 점우량 25.4mm 이상을 대상으로 비교한 결과와 차이가 있는 것으로 분석되었다. 또한, 본 연구 대상유역의 점강우와 면적평균 강우에서 지속기간별로 강우의 시간분포 특성이 다양한 것으로 분석되었으며, 이는 K-S 검정결과 5% 유의수준에서 지속기간별로 작성된 일부 누가곡선이 전 지속기간에 대해 작성된 누가곡선과 유의하지 않는 것으로 분석되어 지속기간별 시간분포 특성이 통계학적으로 입증되었다. 따라서 Huff(1967) 방법을 국내유역에 적용하기 위해서는 적정 수준 이상의 총량을 갖는 강우사상을 대상으로 유역의 대표성, 강우의 지속기간별 특성이 반영된 누가곡선이 작성되어야 할 것으로 판단되었다.
The goal of this study is to improve Huff's method which is the most popular method for rainfall time distribution in Korea. As the first step, we reevaluated the context of Huff's original research motivations, geography and rainfall pattern of study area, and compared that to Korean situations. In...
The goal of this study is to improve Huff's method which is the most popular method for rainfall time distribution in Korea. As the first step, we reevaluated the context of Huff's original research motivations, geography and rainfall pattern of study area, and compared that to Korean situations. In original Huff's results, no change in temporal distribution characteristics were found for different rainfall durations. This was found to be different from Korean situations. Furthermore, results from the MOCT(Ministry of Construction and Transportation) version of Huff's method is on a gage basis not on a watershed basis, thus making it difficult to select cumulative rainfall curves representative of a watershed. In addition, all rainfall data regardless of their magnitude were used in the MOCT version of Huff' method which is different from original Huff's which screened out data by using a threshold value of 25.4mm. For both point and areal mean rainfall, time distribution characteristics of rainfall for various durations were found to be different. This was statistically proven by K-S test at 5% significance level as some cumulative rainfall curves developed from the rainfall data of certain durations were found to be not significant with cumulative rainfall curves developed from the rainfall data of all durations. Therefore, in order to apply Huff's method to Korean situations, it is recommended that dimensionless cumulative curve must be developed for various rainfall duration intervals using rainfall data greater than a certain threshold value.
The goal of this study is to improve Huff's method which is the most popular method for rainfall time distribution in Korea. As the first step, we reevaluated the context of Huff's original research motivations, geography and rainfall pattern of study area, and compared that to Korean situations. In original Huff's results, no change in temporal distribution characteristics were found for different rainfall durations. This was found to be different from Korean situations. Furthermore, results from the MOCT(Ministry of Construction and Transportation) version of Huff's method is on a gage basis not on a watershed basis, thus making it difficult to select cumulative rainfall curves representative of a watershed. In addition, all rainfall data regardless of their magnitude were used in the MOCT version of Huff' method which is different from original Huff's which screened out data by using a threshold value of 25.4mm. For both point and areal mean rainfall, time distribution characteristics of rainfall for various durations were found to be different. This was statistically proven by K-S test at 5% significance level as some cumulative rainfall curves developed from the rainfall data of certain durations were found to be not significant with cumulative rainfall curves developed from the rainfall data of all durations. Therefore, in order to apply Huff's method to Korean situations, it is recommended that dimensionless cumulative curve must be developed for various rainfall duration intervals using rainfall data greater than a certain threshold value.
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문제 정의
특히, Huff(1990)에서는 Huff(1967)방법이 미 일리노이 중부지역의 자료를 토대로 개발되었고 실측된 자료를 토대로 개발되었음을 강조하고 있다. 또한, 과거에는 모든 강우사상에 대한 중앙값의 누가곡선이 사용되어져 왔으나 이는 자연현상에서 발생하기 극히 드문 경우로 이를 극복하기 위한 목적으로 연구가 진행되어 졌음을 지적하였다. 이는 분위를 구분한 이유에 대한 설명으로 판단된다.
본 연구에서는 Huff(1967) 방법이 개발된 당시의 연구배경과 지형 및 강우특성을 국내유역과 비교하고 Huff(1967)의 방법을 국내에서 적용한 건설교통부 (2000) Huff 방법의 한계점을 파악하였으며, 국내 강우가 갖는 지속기간별 시간분포특성을 검토함으로써 국내 유역에 적합한 Huff 방법의 개선방안 연구를 위한 기초 분석을 목표로 하였으며, 결과를 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
4mm 이상 자료를 적용하였다. 강우의 지속기간 등급은 건설교통부(2000)과 같이 5개 등급으로 구분한 결과를 검토하였다.
지속강우의 지속기간 등급의 구분시점 우량은 12시간 이하에서 수집된 자료의 양이 충분치 않아 Huff(1967)가 지속기간 등급별로 분석한 바와 같이 12시간 이하, 13~24시간, 25시간 이상의 3개 구간으로 나누었다. 그러나 평균우량의 경우 12시간 이하는 충분치 않으나 12시간 이후는 충분하여 12시간이 후부터는 건설교통부(2000) 방법과 같이 12이하, 13~18시간, 19~24시간, 25시간 이상의 4개구간으로 구분하였다.
그러므로 Huff(1967)의 연구배경과 지형 및 강우특성을 국내유역과 비교하고 Huff(1967) 방법을 국내에 적용한 건설교통부(2000) Huff의 한계점을 파악하고 국내 강우가 갖는 지속기간별 시간분포특성을 검토함으로써 국내유역에 적합한 Huff 방법의 개선방안을 검토하였다. 다만, 자연변동성과 지구온난화로 인하여 강수현상의 특성이 변할 가능성이 매우 높고 최근 강우강도가 증가하고 있는 점을 감안하면 건설교통부(2000) Huff와 본 연구에서 사용된 자료기간의 상이성으로 인한 분석 상 차이가 있을 수 있다.
따라서 Huff(1967)에서와 같이 25.4mm 이상의 점우 량을 대상으로 분석한 결과와 건설교통부(2000)에서 총 우량에 관계없이 작성된 무차원 누가곡선의 차이를 분석하고자 동일한 관측소에 대하여 지속기간 등급별 강우사상의 수와 최빈분위, 무차원 누가곡선을 검토하였다.
본 연구 대상유역의 강우가 갖는 지속기간별 시간분포 특성에 대한 검토로서 Huff(1967)에서와 같이 점우량 25.4mm, 면적평균우량 12.7mm 이상인 강우사상을 대상으로 지속기간별과 지속기간 등급별 시간분포 특성을 분석하였다. 지속강우의 지속기간 등급의 구분시점 우량은 12시간 이하에서 수집된 자료의 양이 충분치 않아 Huff(1967)가 지속기간 등급별로 분석한 바와 같이 12시간 이하, 13~24시간, 25시간 이상의 3개 구간으로 나누었다.
초창기 미 육군공병단(1952)과 Tholin and Keifer(1960) 등이 빈도자료를 토대로 강우의 시간분포 형태를 개발하였지만 이는 제한적일 수밖에 없었다. 이에 1967년 일리노이 수자원조사소는 일리노이 중부지역에 49개 우량관측소를 설치하여 12년간 관측된 자료를 구축하였으며, 이를 토대로 기존과는 달리 중호우에 대한 보다 세분화된 강우의 시간분포방법을 제시하게 되었다. 이 연구는 원래 도시설계에 적용하기 위한 것이었지만 미 토양 보존국(1972)이 평균 시간 분포형태를 제시하여 설계목적을 위해 폭넓게 적용되어지면서 보편화되어졌다.
점강우 특성분석을 위한 관측소의 선정은 Fig. 1과 같이 기상청 관측소인 서산, 천안, 보령, 부여를 선정하였으며, 면적평균 강우의 특성분석을 위해 예당지 지점 유역에 대하여 우량관측소별로 Thiessen 망을 구축하고 천안, 서산, 부여, 보령의 우량관측소별 동시간 강우 량자료에 면적가중치를 곱하여 평균함으로써 예당지 지점을 대표하는 일련의 강우사상별 동 시간 강우량 자료를 구축하였다.
대상 데이터
관측소별 자료의 기록 년 수로 건설교통부(2000) 시간분포 방법은 보령(73~98년, 26년), 서산(68~98년, 31년), 부여(73~98년, 26년), 천안(73~98년, 26년)이며, 본 연구는 모두 1973년~2002년의 30개년 자료를 이용하였다. 그리고 강우사상의 구분은 Huff(1967), 건설교통부(2000) 방법과 동일하게 무강우 지속기간이 6시간 이상이면 하나의 강우사상으로 간주하였다.
37m로 최대 표고 차가 79m인 대단히 평탄한 유역이다. 독립된 강우사상의 구분은 무강우 지속기간이 6시간 이상인 사상을 선정 하였으며, 자료에 사용된 강우는 평균 강우량이 12.7mm(0.5 inch)이상 이고/이거나 하나이상의 관측소 강우량이 25.4mm(l inch) 이상인 자료를 대상으로 하였다.
따라서 본 연구를 위한 자료는 서산, 천안, 보령, 부여 등 4개 관측소의 강우사상별 강우량 자료와 이로부터 Thiessen 면적가중 평균된 유역의 면적평균 강우량 자료들이다.
본 연구에서는 최빈분위의 선택, 유역의 대표성, 지 속기간별 강우의 시간분포특성 반영 등에 대한 국내의 강우자료 특성을 검토하기위해 유역내 관측소의 면적가 중치가 비슷한 무한천 예당지 유역을 대상유역으로 선 정하였다. 예당지 유역은 유역면적이 368.
점우량에 대하여 건설교통부(2000)의 시간분포 방법을 적용하기 위한 관측소별, 분위별 무차원 누가곡선은 강우총량에 관계없이 모든 자료를 이용하였으며, 본 연구에서는 Huff(1967)에서 적용한 25.4mm 이상 자료를 적용하였다. 강우의 지속기간 등급은 건설교통부(2000)과 같이 5개 등급으로 구분한 결과를 검토하였다.
성능/효과
(1) Huff(1967) 연구유역과 본 연구유역의 점강우가 갖는 특성에는 차이가 있었으며, 건설교통부 (2000)의 Huff 시간분포 방법은 관측소별로 분석되어 실제 유역에 적용시 유역을 대표하는 무차원 누가곡선의 채택에 대한 어려움을 갖게 되며, 이용된 강우사상은 강우총량의 크기에 관계없이 모든 자료를 이용하여 점우량 25.4mm이상을 대상으로 비교한 결과와 차이가 있는 것으로 분석 되었다.
(2) 지속기간별 최빈분위를 강우총량에 따라 구분한 결과 건설교통부(2000)와 본 연구의 지속기간별 최빈분위가 상이하게 분석되어 설계적인 측면에서 강우의 시간분포는 설계지속기간의 최빈분위 를 선정하여 이에 해당하는 분위의 누가우량곡선을 사용한다는 점을 감안하면 강우총량의 크기에 관계없이 모든 자료를 이용할 경우 치수목적의 설계강우의 시간분포특성을 고려하지 못할 우려가 있는 것으로 파악되었다.
(3) 본 연구 대상유역의 점강우와 면적평균 강우 모두에서 지속기간별로 강우의 시간분포특성이 다양한 것으로 분석되었으며, 이는 K-S 검정결과 5% 유의수준에서 지속기간별로 작성된 일부 무차원 누가곡선이 전 지속기간을 하나로 작성된 무차원 누가곡선과 유의하지 않는 것으로 분석되어 지속기간별 시간분포 특성이 통계학적으로 입증되었다.
2(a) and 2(b)를 보면, Huff(1967)에서와는 달리 동일한 강우사상이라 할지라도 지역적으로 첨두강우, 강우의 지속기간, 강우의 시간 분포 형태가 상이함을 알 수 있다. 그리고 유역 인근 관측소를 면적 가중평균하게 되면 우량주상도의 형상이 평활화 되어 시간별 강우특성이 많이 사라지게 됨을 파악할 수 있었다.
그리고 전 지속기간을 하나로 하여 작성한 무차원 누가곡선을 이론적인 분포형태로 가정하고 지속기간별로 다양한 무차원 누가곡선을 관측된 분포 형태라고 가정하여 이론적인 분포형태에 얼마나 유의한지에 대한 K-S 검정결과 5% 유의수준에서 지속기간별로 작성된 일부 무차원 누가곡선이 전 지속기간을 하나로 작성된 무차원 누가곡선과 유의하지 않는 것으로 분석되어 지속기간별 시간분포 특성이 통계학적으로 있는 것으로 분석되었다.
따라서 설계적인 측면에서 강우의 시간분포는 치수 목적으로 설계지속기간의 최빈분위를 선정하여 이의 무차원 누가곡선을 이용한다는 점을 감안하면 모든 자료를 이용할 경우 최빈분위 선정오류에 의한 우려가 크며, 중호우를 기준으로 할 경우 지속기간별 최빈분위 선정이 곤란하다.
9에서도 점강우와 유사한 특징으로 곡선의 형태가 다양하게 나타나 지속기간별 강우특성 변화가 있는 것으로 분석되었다. 또한, K-S 검정결과 5% 유의수준에서 지속기간별로 작성된 일부 무차원 누가곡선이 전 지속기간을 하나로 작성된 무차원 누가곡선과 유의하지 않는 것으로 분석되어 지속기간별 시간분포 특성이 통계학적으로 있는 것으로 분석되었다.
그리고 분위별로 분석함에 있어서 10%의 누가우량 곡선은 천등과 번개를 동반하여 쏟아지는 형태이며 반면, 90% 누가곡선은 지속적으로 지속기간동안 내리는 형태로 분석하고 있다. 또한, 이렇게 개발된 누가우량곡선은 강우사상들의 평균값이 반영하여 매끄러운 곡선의 형태를 띠게 되어 burst와 같은 특성이 없음을 지적하였으며, 비록 중앙값인 50%의 누가우량곡선이 heavier line으로 통계적으로 가장 유용한 값으로 추천하고는 있지만 10%와 90%의 누가우량곡선을 이용하여 극대의 유출량을 추정하는데 사용될 수 있다고 지적하고 있다.
위 네 가지 방법들 중 해당지역의 과거 강우자료로부터 강우지속기간동안에 총강우량이 시간의 경과에 따라 어떻게 분포하는가를 통계학적으로 분석하여 그 지역에 적합한 시간분포를 결정하는 방법이 가장 많이 사용되었다. 국내의 경우도 하천정비기본계획수립 및 하 천대장작성 지침(건설교통부, 2002)에서 임계지속기간을 산정하여야 하며, 강우시간분포의 결정은 blocking 방법을 지양하고 Huff(1967) 의 강우시간분포방법의 사용을 권장하고 있다.
후속연구
설계에 적용되기 위한 강우의 시간분포는 치수목적임으로 강우총량에 관계없이 모든 강우사상을 대상으로 하기에는 불확실성을 내포하고 있다. 그러나 이와 같은 강우사상에 대한 강우량은 일리노이 등에 대한 사항으로 국내유역에 적용하기 위한 절대적인 기준이 될 수 없으며, 강우량에 대한 기준은 유역의 규모나 강우의 지속기간에 따라 다르게 산정될 수 있기 때문에 추가적인 연구가 필요하다. 또한, 본 연구에서 적용한 티센법은 강우현상에 대한 지형의 대기역학적인 영향이 고려하지 않았으므로 이에 대한 불확실성 또한 고려되지 않은 것이 사실이다.
참고문헌 (19)
건설교통부 (2000). 1999년도 수자원 관리기법개발연구조사 보고서 : 지역적 설계 강우의 시간적 분포
건설교통부 (2002). 하천정비 기본계획수립 및 하천정비대장 작성 지침
건설교통부 (2005). 하천설계기준.해설 pp.203-203
오규창 (2005). '유역종합치수계획 수립 현황 및 문제점.' 한국수자원학회 학술발표회 기획세션 II, 한국수자원학회
이상렬 (2005) '유역종합치수계획의 바람직한 방향설정.' 한국수자원학회 학술발표회 기획세션 II, 한국수자원학회
Bonta, J. V., and Rao., A. R. (1987). 'Factors affecting development of huff curves.' Transactions of the American Society of Agricultural Engineers, Vol. 30, No.6, pp. 1689-1693
Huff F. A. (1990). Time distribution of heavy rainstorms in illinois. Illinois State Water Survey, Circular 173, p. 19
Knapp, H. V., and Terstriep., M. L. (1981). Effects of basin rainfall estimates on dam safety design in illinois. Illinois State Water Survey Contract Report 253, p. 57
Pani, E. A,. and Haragan., D. R. (1981). A comparison of Texas and Illinois temporal rainfall distributions, Preprints, 4th Conference on Hydro-meteorology, American Meteorological Society, Boston, MA, pp. 76-80
?Pilgrim, D. H., and Cordery, I. (1975). 'Rainfall temporal patterns for design flood.' Journal of Hydraulic Division, ASCE, Vol. 101, No. HY1, pp. 81-95
Soil Conservation Service. (1972). Hydrology. SCS National Engineering Handbook, U.S. Department of Agriculture, Washington, DC, p. 110
Tholin, A. L., and Keifer., C. J. (1960). The hydrology of runoff. Transactions. American Society of Civil Engineers, 125, pp. 1300-1309
U.S. Army Corps of Engineers. (1952). Standard project flood determinations. Civil Engineer Bulletin 52-8, p. 19
Viessrnan, W. Jr., Lewis, G. L., and Knapp, J. W.. (1989). 'Introduction of Hydrology, third edition : New York' Harper and Row Publishers, 700 p
Ward, A. B., Bridges, T. and Barfield., B. (1900). 'An evaluation of hydrologic modeling techniques for determining a design storm hydrograph.' Proc., International Symposium on Urban Storm Runoff. pp. 59-69
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