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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 강우의 지속기간별 시간 분포 특성과 유역별 평균적 강우특성을 반영할 수 있는 Huff 방법의 개선방안을 제시하고자 하였다.
- 본 연구에서는 Huff(1967) 방법을 국내 유역에 적용하기 위한 방안으로 각 관측소의 지속기간별 점 우량 자료와 평균 우량자료를 지속 기간별로 모두 수집하여 이들 통합 자료를 이용하여 누가우량 곡선을 작성하는 방안을 제시하고자 하였다.
- 본 연구에서는 Huff(1967) 방법의 국내 유역 적용을 위한 개선방안으로서 유역내•외 관측소의 강우사상별로 점 우량 25.4mm 이상과 이들 관측소의 동시간강우량을 면적 가중 평균한 면적평균 우량 12.7mm 이상의 자료를 사용하여 대상 유역의 최빈 분위 결정과 함께 강우 지속기 간에 따른 시간 분포 특성을 고려하여 설계우량주상도를 작성할 수 있는 개선된 Huff 방법을 제시하였다.
- 점 우량과 면적평균 우량에서 지속기간별 시간분포 특성이 있는 것으로 분석된 바이들 점 우량과 면적평균 우 량을 모두 사용한 본 연구의 결과에서도 지속기간별 시간분포 특성을 갖는지에 대해 검토하였다.
제안 방법
- 건설교통부(2000)의 Huff 시간분포 방법과 본 연구 방 법의 차이점 분석을 위해 본 연구 대상 유역인 예당 저수 지의 지속기간별 홍수 유입량을 시간 분포 방법별로 산정하여 비교하였다. 이를 위한 건설교통부(2000)의 Huff 시간 분포 방법의 적용 대상은 유역의 Thiessen 가 중면 적이 가장 큰 천안관측소를 선정하였으며, 본 연구에서는 지속기간별 최빈 분위를 대상으로 하였다.
- 검토 방법은 본 연구의 대상 유역에 대한 지속기간별로 확률 강우량을 산정하고 이를 지속 기간별로 건설교통부(2000) Huff 방법과 본 연구의 방법으로 확률 강우량 을 시간 분포 시킨 후 예당저수지로 유입되는 확률 홍수 수문곡선을 비교하였다. 비교를 위한 유출 모형의 구성은 예당저수지 유역을 10개의 소유역으로 구분하고 소유역별 홍수 추적은 Clark 방법으로 산정하고 하도의 홍수추적은 Muskingum 방법을 적용하였다.
- 즉, 모든 관측소 자료를 사용하는 이유는 Huff(1967)의 적용 대상 유역과는 달리 국내의 경우 우량 관측소간 거리가 너무 커 동일한 강우사상이라 하더라도 첨두 강우의 크기, 강우의 지속기간, 우량 주상도의 형태 등 강우특성이 공간적으로 상이하기 때문이다. 그리고 관측소가 유역 내에 위치하거나 유역에의 면적 기여도가 큰 경우 다른 관측소에 비해 동일한 강우 특성을 가질 가능성이 높기 때문에 본 연구에서는 관측소별로 면적 가중 평균한 유역의 평균우 량자료 계열을 이용하였다.
- 본 연구에서는 앞에서 설명한 바 30개 이상의 자료를 최소의 개수로 선정하였으며, 이에 따라 지속기간별로 최빈 분위를 선정하여 무차원 누가 곡선을 작성하게 된다. 본 연구대상 유역에서는 지속기간별로 Table 2의 총 16개 시간 구간으로 나뉘었으며, 대부분이 두 개의 지속기간이 하나의 구간으로 선정되었다.
- 본 연구의 적용은 무한천 예당지 유역(장수형 등, 2006)에 적용하였으며, 선정된 관측소는 유역의 면적 가 중치가 비슷한 기상청 관측소인 서산, 천안, 보령, 부여이며, 유역평균 강우는 예당지 지점 유역에 대하여 우 량관측소별로 Thiessen 망을 구축하고 천안, 서산, 부여, 보령의 우량 관측소별 동시간강우량자료에 면적 가 중치를 부여함으로써 예당지 지점을 대표하는 하나의 동시간 강우량 자료를 구축하였다.
대상 데이터
- 그리고 확률 강우량 산정에 관한 연구결과이기는 하지만 자료의 거동 특성이 안정되는 측면에서 안재현 등(2000)이 30년(자료의 개수로 30개)을 제시하고 Huff (1967)에서도 점강우 및 평균 강우의 정확한 개수는 제시하지 않고 있지만 최소의 개수인 4분위의 경우 26개~36개로 평균적으로 약 30개 정도이며, 기상청에서 기후자료에 대한 통계적인 분석에서도 30년을 적용하고 있다는 점에서 30개 이상의 자료를 본 연구에서는 최소의 개수로 선정 하였다.
- 본 연구에서는 앞에서 설명한 바 30개 이상의 자료를 최소의 개수로 선정하였으며, 이에 따라 지속기간별로 최빈 분위를 선정하여 무차원 누가 곡선을 작성하게 된다. 본 연구대상 유역에서는 지속기간별로 Table 2의 총 16개 시간 구간으로 나뉘었으며, 대부분이 두 개의 지속기간이 하나의 구간으로 선정되었다. 그리고 Fig.
- 건설교통부(2000)의 Huff 시간분포 방법과 본 연구 방 법의 차이점 분석을 위해 본 연구 대상 유역인 예당 저수 지의 지속기간별 홍수 유입량을 시간 분포 방법별로 산정하여 비교하였다. 이를 위한 건설교통부(2000)의 Huff 시간 분포 방법의 적용 대상은 유역의 Thiessen 가 중면 적이 가장 큰 천안관측소를 선정하였으며, 본 연구에서는 지속기간별 최빈 분위를 대상으로 하였다. 천안 관측 소의 지속기간별 적용 분위는 본 연구에서 선정된 최빈 분위와 동일한 분위로 결정하였다.
이론/모형
- 검토 방법은 본 연구의 대상 유역에 대한 지속기간별로 확률 강우량을 산정하고 이를 지속 기간별로 건설교통부(2000) Huff 방법과 본 연구의 방법으로 확률 강우량 을 시간 분포 시킨 후 예당저수지로 유입되는 확률 홍수 수문곡선을 비교하였다. 비교를 위한 유출 모형의 구성은 예당저수지 유역을 10개의 소유역으로 구분하고 소유역별 홍수 추적은 Clark 방법으로 산정하고 하도의 홍수추적은 Muskingum 방법을 적용하였다.
성능/효과
- Fig. 5에 도시된 바와 같이 지속 기간별 첨두강우 강도 의 크기는 생기확률 구간 50%일 때 15.86miMir(지속기간 18시간)로서 본 연구의 방법으로 산정된 값이 전반적으로 컸으며, 지속기간에 따라 일관된 경향을 나타내지는 않았다. 반면, Fig.
- 본 연구의 분석 결과 시간 구간별 최빈 분위의 대부분이 면적평균 우량과 같은 분위가 선택되어 유역의 대표성을 갖는 것으로 분석되었으며, 수집된 지속기간별 강우사상의 수가 충분하여 지속기간별 시간 구간을 구분할 수 있었다. 그리고 지속기간별 무차원 누가 곡선에는 시 간분포 특성이 잘 반영된 것으로 파악되어 지속기간에 관계없이 하나의 무차원 누가 곡선을 이용해왔던 기존 방 법에서 탈피하여 지속기간별로 구분함으로써 강우의 시간분포 특성이 보다 더 적절하게 반영할 수 있음이 밝혀 졌다.
- 또한, 통합 자료의 지속기간별 강우의 시간 분포에 대한 K-S 검정 결과 5% 유의 수준에서 지속기간별로 작성된 일부 무차원 누가 곡선이 전 지속기간을 하나로 작성된 무차원 누가 곡선과 유의하지 않는 것으로 분석되어 지속기간별 시간 분포 특성이 통계학적으로 있는 것으로 분석되었다. 따라서 본 연구에서와 같이 통합 자료를 적용하더라도 강우의 지속기간별 특성을 잘 대변하는 것으로 확인되었다.
- 따라서 지속기간별 강우의 시간 분포 특성이 반영되지 못한 건설교통부(2000) Huff 방법은 과거 강우사상들의 평균값이 반영하여 유역의 유출량이 작게 산정되었으나, 본 연구의 방법을 적용하게 될 경우 지속기간별 강우의 시간 분포 특성을 반영하여 유역의 유출량이 크게 산정되는 것으로 분석되었다.
- 또한, 통합 자료의 지속기간별 강우의 시간 분포에 대한 K-S 검정 결과 5% 유의 수준에서 지속기간별로 작성된 일부 무차원 누가 곡선이 전 지속기간을 하나로 작성된 무차원 누가 곡선과 유의하지 않는 것으로 분석되어 지속기간별 시간 분포 특성이 통계학적으로 있는 것으로 분석되었다. 따라서 본 연구에서와 같이 통합 자료를 적용하더라도 강우의 지속기간별 특성을 잘 대변하는 것으로 확인되었다.
- 본 연구의 분석 결과 시간 구간별 최빈 분위의 대부분이 면적평균 우량과 같은 분위가 선택되어 유역의 대표성을 갖는 것으로 분석되었으며, 수집된 지속기간별 강우사상의 수가 충분하여 지속기간별 시간 구간을 구분할 수 있었다. 그리고 지속기간별 무차원 누가 곡선에는 시 간분포 특성이 잘 반영된 것으로 파악되어 지속기간에 관계없이 하나의 무차원 누가 곡선을 이용해왔던 기존 방 법에서 탈피하여 지속기간별로 구분함으로써 강우의 시간분포 특성이 보다 더 적절하게 반영할 수 있음이 밝혀 졌다.
- 3은 지속기간별로 작성한 결과로서 지속기간별 강우의 시간분포 특성을 검토하였다. 본 연구의 지속기간별 누가 곡선은 다양한 시간분포 특성을 가지고 있으며, 장수형 등(2006)에서 분석된 점강우 및 면적 강우의 특성과 유사한 특징을 갖는 것으로 분석되었다.
- 1은 강우 지속기간에 관계없이 하나의 무차원 누 가우량 곡선을 작성하여 점 우량과 면적평균 우량의 곡선을 함께 도시 한 결과이다. 본 연구의 통합 자료로 적용한 곡선이 점강우와 면적 강우의 중간에 위치하여 점강우적인 특성을 지님과 동시에 면적 강우적인 특성도 함께 지니고 있음을 파악할 수 있었다.
- Table 1에 분석된 바와 같이 4개 관측소와 유역평균 강우량 산 정치로 축적된 총 강우사상의 수는 1,753 개이다. 시간 구간별 강우사상의 수로 총 1,753개 중 6시간 이하 115개(7%), 7~12시간 334개(19%), 13-18시간 425개(24%), 19~24시간 328개(19%), 25시간이상 551개(31%)로 25시간이상 비율이 약간 줄어들기는 했지만 면적평균 우량의 특징과 매우 흡사한 결과로 분 석되었다.
- 전술한 두 방법에 의해 시간 분포 시킨 지속기간별 확률 강우량을 입력으로 하여 유입 수문곡선을 모의한 결과 첨두강우 강도의 경우와는 달리 지속기간별 첨두 홍수 량의 값은 지속기간 12시간을 기준으로 지속기간이 증가됨에 따라 두방벙에 의한 값의 차이가 커졌다. 특히, 임계 지속기간을 고려한 첨두 홍수량에서 큰 차이를 보였으며, 이는 지속기간별 첨두 홍수량 차이에서도 유사한 특성으로 나타났다.
- 4는 본 연구대상 유역 대부분의 지속기간 등급에서 2분 위 로 산정되어 2분 위 생기 확률 10%, 50%, 90%에 대한 지속기간 등급별 누가 곡선을 도시한 결과이다. 지속기 간 등급별, 최빈 분위에서도 강우의 지속기간별 시간분 포 특성을 잘 반영하고 있는 것으로 분석되었다.
- 2는 강우사상별 강우 지속기간을 5개의 등급으로 설정하여 강우분포 특성을 검토한 결과이다. 지속기간 등급별로 10%, 50%, 90%의 생기확률 구간에 대하여 전자료를 사용한 곡선과의 검토로서 만약, 10시간 동안 100mm가 내린다고 가정하면, 생기확률 구간 10%에서 11.6mm/hr, 50%에서 9.8mm/hr, 90%에서 13.5mm/hr의 차이나는 것으로 분석되었다.
- 특히, 본 연구의 대상 유역에 대한 지속기간별로 확률 강우량을 산정하고 이를 지속 기간별로 건설교통부(2000) Huff 방법과 본 연구의 방법으로 확률 강우량을 시간 분포 시킨 결과 지속기간별 첨두 강우강도의 크기는 본 연구의 방법으로 산정된 값이 컸으나, 지속기간에 따라 일관된 경향을 나타내지는 않았다.
- 특히, 본 연구의 대상 유역은 유역 면적이 368.86km2인 중 규모 유역으로서 첨두강우강도가 첨두 홍수량에 영향을 미치는 강우의 지속기간이 12시간 정도 파악되었으며, 이는 유역의 규모가 커짐에 따라 단순히 첨두강우량의 크기보다는 우량 주상도의 형상 및 유역의 유출 특 성의 영향이 큰 것으로 분석되었다.만약, 첨두강우강도 에 직접적인 영향을 받는 소규모 유역 및 도시유역의 경우 첨두 홍수량의 차이는 점차 지속기간이 짧아질 것으로 판단된다.
- 특히, 설계홍수량의 적용은 생기확률 구간 50%의 누가 곡선을 이용하여, 임계 지속기간에 따른 첨두 홍수량을 설계홍수량으로 채택하고 있는 점을 감안하면 첨두홍수량 대비 17.16%나 차이를 갖게 되어 치수목적상 시간 분포 방법별 영향이 큰 것으로 분석되었다.
- 전술한 두 방법에 의해 시간 분포 시킨 지속기간별 확률 강우량을 입력으로 하여 유입 수문곡선을 모의한 결과 첨두강우 강도의 경우와는 달리 지속기간별 첨두 홍수 량의 값은 지속기간 12시간을 기준으로 지속기간이 증가됨에 따라 두방벙에 의한 값의 차이가 커졌다. 특히, 임계 지속기간을 고려한 첨두 홍수량에서 큰 차이를 보였으며, 이는 지속기간별 첨두 홍수량 차이에서도 유사한 특성으로 나타났다.
후속연구
- 따라서 본 연구에서 제시한 방법은 지속기간에 관계없이 하나의 누가 곡선을 이용해왔던 기존 방법에서 탈피해 지속기간별로 누가 곡선을 구분함으로써 지속기간별 강우의 시간 분포 특성과 유역의 대표성을 갖는 무차원 누가 곡선 작성 방법으로 효과적일 것으로 기대되었다.
- 단지 차이점이 있다면 Huff(1967)에서는 49개 관측소가 거의 동일한 특성을 보이고 있어 점강우를 49개 관측소별로 선정하는 게 아니라 49개 관측소를 평균하여 적용하였지만, 본 연구에서는 관측소별 동질성이 없고 유역별로 적용해야 할 국내 관측소의 수가 극히 제한되어 있어 각 관측소의 자료를 모두 이용하였다는 점이다. 본 연구의 방법을 적용하게 되면 많은 자료를 확보할 수 있어 지속기간의 구분이 가능하며, 점강우의 특성과 유역의 대표성이 함께 고려된다.
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