[논문]연안도서지역 소하천 유역의 홍수도달시간 산정

정연중; 최계운; 한만신; 정상만

연안도서지역 소하천 유역의 홍수도달시간 산정
Estimate of Time of Concentration for Stream at Island near Coastal Region 원문보기

한국방재학회논문집 = Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation, v.7 no.5, 2007년, pp.151 - 158

정연중 (인천대학교 토목환경시스템공학과) , 최계운 (인천대학교 토목환경시스템공학과) , 한만신 (인천대학교 토목환경시스템공학과) , 정상만 (공주대학교 건설환경공학부)

초록
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인천연안도서지역 소하천의 홍수도달시간을 산정하기 위하여 영흥도의 9개 소하천을 대상으로 11개 지점에 수위표를 설치하고 실제 강우사상에 대하여 유량을 산정하였다. 실무에서 주로 사용되고 있는 홍수도달시간공식을 이용하여 유량산정 지점별 홍수도달시간을 산정하였으며, 유입시간을 고려하기 위하여 3가지 방법으로 비교하였고, 도표에 의한 방범을 채택하였다. 유출모형을 이용하여 산정된 첨두홍수량 발생시간과 관측된 첨두유량 발생시간을 비교 분석하였다. 연안도서지역에 적합한 도달시간공식으로 Kirpich공식을 채택하였으며, 통상적으로 알려진 Kirpich공식의 적용범위가 유역면적 $0.453km^2$이하로 하도경사 $3{\sim}5%$까지 였으나, 본 연구를 통하여 유역면적을 $2.0km^2$까지 확대하고 유역면적 증가에 따라 하도경사도 1.5%까지 확대 사용 가능하도록 적용범위를 확대하여 제안하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

After installing calibrated depth scale at 11 different points inside the nine streams network for estimating time of concentration of stream in Young-Heung island near coastal region of Incheon we estimated the flow against actual rainfall events. By considering time of concentration formula which here mainly used for estimating the time of concentration from practical experiments, compared were three methods of inflow time and accepted to method of used the chart. The maximum flow occurrence time was estimated by an outflow model and observed maximum flow occurrence time were determined by to a comparative analysis. Kirpich formula was selected as the proper formula for calculating the concentration time inside the island streams. Kirpich formula could be applicable for the expanded range while catchment area of $0.453km^2$ and channel bed slope of $3{\sim}5%$ to catchment area of $2.0km^2$ and channel bed slope of about 1.5%.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

2) 프로그램을 이용하여 유출 모의를 실시하였다. 관측에 의한 유량과 유출모의에 의한 유량을 비교분석하여, 인천연안도서지역의 소하천에 대한 올바른 홍수도달시간을 제시하고자 한다.
본 연구에서는 영흥도 소하천의 홍수도달시간을 산정하기 위하여 그림 2와 같이 유입시간과 유하시간을구분하고자 3가지 방법을 제안하였다.

가설 설정

2) 를 이용하였으며, SCS 곡선지수를 이용하여 유효우량을 산정하였고, Clark의 유역추적법을 이용하였다. 기저유출은 없는 것으로 간주하였으며, 각 하도에 대하여는 하도를 통한 지하침투량은 없는 것으로 가정하였다. 유출곡선지수인 CN값을 AMCI, AMCn, AMCffl 조건에 따라 계산하여 강우가 발생한 일을 기준으로 5일 선행강우량을 판단하여 제시하였다.

제안 방법

따라서, 유입시간을 세 가지 방법에 의한 공식별 홍수도달시간을 산정하였을 때, 유역의 최원점으로부터하천의 최하류부 지점까지를 가상의 하도로 연결하였을 경우 하상경사가 커지게 되어 홍수도달시간이 지나치게 작게 나타났고, 유역의 최원점으로부터 하천본류 유입부까지를 가상의 하도로 연결하여 공식에 의하여 유입시간을 계산하였을 때, 공식의 특성에 의한영향이 크게 나타나 지표면에 대한 흐름을 현실성 있게 나타내기 곤란하여 본 연구에서 홍수도달시간은도표에 의한 평균유속을 산정하여 유입시간을 계산하는 방법으로 결정하였다.
또한, 적정공식을 산정하기 위하여 지금까지 문헌 등에 제시된 적용범위를 감안하여 본 검토에서 산정된 결과와 표 3과 같이 비교를 실시하였다.
본 연구에서는 인천연안 도서지역의 소하천을 대상으로 실제 발생된 강우사상에 대하여 실측된 수위, 유속, 횡단면자료 등을 이용하여 유량을 산정한 후, HEC-HMS(2.2.2) 프로그램을 이용하여 유출 모의를 실시하였다. 관측에 의한 유량과 유출모의에 의한 유량을 비교분석하여, 인천연안도서지역의 소하천에 대한 올바른 홍수도달시간을 제시하고자 한다.
본 연구에서는 홍수도달시간 산정에 있어서 유입시간을 고려할 때, 도표를 이용하여 평균유속을 산정한후 유입시간을 결정하는 방법이 다른 방법에 비하여유역의 조건을 잘 반영하여 홍수도달시간 산정시 사용하였다. 홍수도달시간 산정공식에 의한 홍수도달시간은 Kraven공식<Rziha공식<Kirpich공식 (California 공식)< Kerby공식 <SCS lag공식으로 나타났다.
수위표는 영흥도 내의 총 9개 하천 중에서 신답천과 중앙천을 제외하고 배수위 영향이 없는 7개 소하천을 대상으로 11개 지점에 대하여 설치하였으며, 유속측정을 위하여 저수위에는 1차원 유속계인 SENSA -Z300을 사용하였고, 홍수위에는 부자측정을 실시하였다. 유량조사를 위하여 2006년 6월~7월까지의 장마철에 대한 유량 조사를 실시하였으며, 강우자료는영흥도 면사무소 옥상에 설치된 자기우량관측기 (AWS)를 이용하여 데이터를 추출하였다.
실제현장의 실측치와 각 공식에 의한 첨두유량 발생시간을 표 2와 같이 비교하였다. 실측치와 가장 근접하게첨두홍수량 발생시간을 갖는 홍수도달시간공식이 현장조건을 가장 잘 반영하는 것으로 판단하여 적정공식으로 결정하였다.
연안도서지역 하천의 적정공식을 제안하기 위하여 유출 모의에 대한 결과와 실제 관측된 결과를 비교하였으며, 오차율을 적용하여 실측치와 가까운 홍수 도달 시간 공식을 연안도서지역의 홍수도달시간 공식으로 제안하고자 한다. 공식의 적정성을 평가하기 위하여 오차율을 산정하였으며, 오차율의 계산은 식 (7)을 이용하였다.
기저유출은 없는 것으로 간주하였으며, 각 하도에 대하여는 하도를 통한 지하침투량은 없는 것으로 가정하였다. 유출곡선지수인 CN값을 AMCI, AMCn, AMCffl 조건에 따라 계산하여 강우가 발생한 일을 기준으로 5일 선행강우량을 판단하여 제시하였다. 실제현장의 실측치와 각 공식에 의한 첨두유량 발생시간을 표 2와 같이 비교하였다.
저13방법은 그림 3에서 보는 바와 같이 토지이용도에 따른 지표면류와 면상류의 평균유속 도표를 이용하여 유입부구간의 지표형태에 따른 유역의 평균유속을 산정한 후 직선거리를 평균유속으로 나누어 유입 시간을 결정하는 방법으로 구분하였다. 유하시간은 하도 구간을 공식으로 산정한 후, 유입시간과 유하시간을 합하여 홍수도달시간으로 산정하였다.
제1방법은 유역의 최원점으로부터 유역내 하천의 최하류 지점까지 가상의 하도로 가정하여 하도내 홍수 도달 시간을 산정하는 공식을 그대로 적용하는 방법을 구분하고자 3가지 방법을 제안하였다.
제2방법은 유역의 최원점으로부터 하도의 유입부지점까지를 가상의 하도로 가정하여 홍수도달시간공식을 이용하여 유입시간을 산정하고 하도내 흐름을 유하시간으로 하여 동일하게 공식으로 산정한 후, 유입시간과 유하시간의 합으로 홍수도달시간을 산정하는 방법을 사용하였다.
측정지점별로 분할된 유역에 대하여 입력값으로 실제 강우를 이용하여 유출모의를 실시한 후, 현장에서관측된 수위, 유량자료를 활용한 첨두유량 발생시간과비교하였다. 유출모의는 HEC-HMS(Version 2.
하지만, California공식과 Kirpich공식이 동일한값을 갖는 공식으로 계산되었고, 실무적으로는 California공식이 그다지 많이 사용되지 않는 점을 감안하여 미터단위계를 갖고 있는 Kirpich공식을 사용하도록 제안하였다. 그러나, Kirpich공식은 0.

대상 데이터

수위 및 유속측정을 위하여 인천광역시 옹진군내에위치한 영흥도를 대상으로 실시하였으며, 연육도로가개설되어 강우시 이동하기 편리한 도서를 선택하였다. 그림 1은 영흥도의 소하천에 수위표를 설치한 지점을표시하고 있으며, 관측지점별 유역을 분할하였다.
유량조사를 위하여 2006년 6월~7월까지의 장마철에 대한 유량 조사를 실시하였으며, 강우자료는영흥도 면사무소 옥상에 설치된 자기우량관측기 (AWS)를 이용하여 데이터를 추출하였다.

이론/모형

유출모의는 HEC-HMS(Version 2.2.2) 를 이용하였으며, SCS 곡선지수를 이용하여 유효우량을 산정하였고, Clark의 유역추적법을 이용하였다. 기저유출은 없는 것으로 간주하였으며, 각 하도에 대하여는 하도를 통한 지하침투량은 없는 것으로 가정하였다.

성능/효과

Kraven공식으로 산정된 첨두유출 발생이 가장 빠르게 나타났으며, Kirpich공식과 California공식이 경우 도달시간 계산결과 홍수도달시간이 동일하게 산정이 되어 첨두유량 발생시간도 동일하게 나타났다.
각 공식별 오차율을 적용하였을 때, 표 4에서 보는바와 같이 Kirpich공식 (California공식) 이 가장 오차가 적게 산정되었으며, Rziha공식, Kraven공식, SCS lag공식, Kerby공식 순으로 나타났다.
5%이상으로 확대 적용하는 것이 바람직하다. 공식별로 유출모의에 대한 결과와 실제 관측된 결과를 비교하여 오차율을 산정하였을 때, Kirpich공식 (California공식) 이 가장 오차가 적게 산정되었다.
2시간 이내로 나타나 제 2, 3방법에비하여 전체적으로 홍수도달시간이 짧게 나타나는 경향을 보이고 있고, 공식에 따라 증가하는 정도가 다르게 나타나고 있다. 또한, California공식과 Kirpich공식의 값이 동일하게 산정되어 회귀식이 일치하여 나타났다.
연구 결과, 산지소하천의 경우 Kerby공식, SCS 공식은 과다 산정되고 Rziha공스], Kraven공식은 홍수 도달 시간이 과소 산정되어 비교적 안전한 식으로는 Kirpich공식으로 판단하였다.
적용결과 유역면적이 작은 작골천과 덕골천에는 Rziha공식이 적합하며, 두 지점을 제외한 하천에 대하여는 California공식이 적정하다고 제안하였다.
최대유량 발생시간을 비교하였을 때, 본 연구의 대상유 역인 연안도서지역 하천에서는 홍수도달시간이관측치와 매우 가깝고 산지 소유역의 특성을 잘 반영하는 것으로 판단된 Kirpich공식과 California공식이비교적 합리적인 공식으로 나타났다.
홍수도달시간 산정공식에 의한 홍수도달시간은 Kraven공식<Rziha공식<Kirpich공식 (California 공식)< Kerby공식 <SCS lag공식으로 나타났다. 측정지점별 소유역의 실제 강우에 대한 첨두홍수량 발생시간을 검토하여 현장 실측치와 계산치에 대하여 비교하면 전체적으로 Kirpich공식 (California공식)이 가장 적합하였다.
홍수도달시간 산정공식에 의한 홍수도달시간은 Kraven공식<Rziha공식<Kirpich공식 (California 공식)< Kerby공식 <SCS lag공식으로 나타났다. 측정지점별 소유역의 실제 강우에 대한 첨두홍수량 발생시간을 검토하여 현장 실측치와 계산치에 대하여 비교하면 전체적으로 Kirpich공식 (California공식)이 가장 적합하였다.

참고문헌 (13)

강상진 (2000) 도달시간 산정공식의 입력변수 적용 범위 및 민감도 분석, 석사학위논문, 건국대학교
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유근상 (2003) 소하천 유역의 지형요소를 고려한 유출특성에 관한 연구-도달시간에 대하여, 석사학위논문, 진주산업대학교
장성모 (2003) 유역인자 및 강우인자를 고려한 임계 지속시간 산정에 관한 연구, 석사학위논문, 경희대학교
하수용 (2003) 임계지속기간을 고려한 소유역의 최적 홍수량 산정에 관한 연구 : 경기 북부지역을 중심으로, 석사학위논문, 인천대학교
허창환 (1992) 하천유역의 홍수도달시간에 관한 기초적 연구, 석사학위논문, 영남대학교
행정자치부 (1999) 소하천시설기준
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McCuen, R.H., Wong, S.L. (1984) Estimation Urban time of Concentration. Journal of hydrology., ASCE, Vol. 110, No.7, pp. 887-904

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Pilgrim, D. H. (1976) Isochrones Travel Time and Distribution Flood Storage from a Tracer Study on a Small Watershed. Water Resources Research, Vol. 13, No.3, pp. 587-595

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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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