1974년 한강홍수예보시스템을 구축한 이후로, 저류함수법을 근간으로 하는 홍수예보시스템이 주요하천을 대상으로 운영되고 있다. 1961년 목촌준황(木村俊晃)에 의하여 제안된 저류함수법은 저류함수를 기본식으로 이용하고 있다. 저류함수법에서는 유역을 유출역과 침투역으로 구분하고, 누가우량이 포화우량을 초과하기 전까지는 유출역에서만 유출이 발생하고, 포화우량을 초과한 후부터 침투역에서도 유출이 발생하는 것으로 가정하였고, 이때 유출역의 면적이 일정하므로 유출률은 일정한 것으로 가정하였다. 또한 유출역과 침투역의 유출량을 분리하여 계산하며, 이는 비선형저수지의 특성을 고려하면 불합리하다. 본 연구에서는 저류방정식과 연속방정식을 이용한 수정된 저류함수법을 제시하였으며, 유효우량은 SCS 초과우량산정방법을 이용하였다. 낙동강유역의 위천을 대상으로 수정된 저류함수법을 적용하였으며, 목촌준황(木村俊晃) 저류함수법에 비하여 첨두홍수량 산정에 개선된 결과를 보였으며, 매개변수의 감소로 적용성을 개선하였다.
1974년 한강홍수예보시스템을 구축한 이후로, 저류함수법을 근간으로 하는 홍수예보시스템이 주요하천을 대상으로 운영되고 있다. 1961년 목촌준황(木村俊晃)에 의하여 제안된 저류함수법은 저류함수를 기본식으로 이용하고 있다. 저류함수법에서는 유역을 유출역과 침투역으로 구분하고, 누가우량이 포화우량을 초과하기 전까지는 유출역에서만 유출이 발생하고, 포화우량을 초과한 후부터 침투역에서도 유출이 발생하는 것으로 가정하였고, 이때 유출역의 면적이 일정하므로 유출률은 일정한 것으로 가정하였다. 또한 유출역과 침투역의 유출량을 분리하여 계산하며, 이는 비선형저수지의 특성을 고려하면 불합리하다. 본 연구에서는 저류방정식과 연속방정식을 이용한 수정된 저류함수법을 제시하였으며, 유효우량은 SCS 초과우량산정방법을 이용하였다. 낙동강유역의 위천을 대상으로 수정된 저류함수법을 적용하였으며, 목촌준황(木村俊晃) 저류함수법에 비하여 첨두홍수량 산정에 개선된 결과를 보였으며, 매개변수의 감소로 적용성을 개선하였다.
It has been operated since 1974, recently, the flood forecasting and warning system is applied in almost all the rivers in Korea, and the Storage Function Method (SFM) is used for flood routing. The SFM which was presented by Toshimitsu Kimura (1961) routes floods in channels and basins with the sto...
It has been operated since 1974, recently, the flood forecasting and warning system is applied in almost all the rivers in Korea, and the Storage Function Method (SFM) is used for flood routing. The SFM which was presented by Toshimitsu Kimura (1961) routes floods in channels and basins with the storage function as the basic equation. A watershed is divided into two zone, runoff and percolation area and runoff from runoff area is occurred when cumulated rainfall is not exceed saturation point, but exceed runoff is occurred from percolation area, too. Runoff area is given and not changed, runoff ratio is constant. In routing Process, runoff from runoff and percolation area is routed seperately with nonlinear conceptual reservoir having the same characteristics and it is unreasonable assumption. A modified SFM is proposed with storage function and continuity equation which has no assumption for routing process and effective rainfall is calculated by SCS Method. For Wi-stream, comparison of Kimura and the modified SFM is conducted, and it could be seen that the modified SFM is more improvable and applicable method easily by reducing the parameters.
It has been operated since 1974, recently, the flood forecasting and warning system is applied in almost all the rivers in Korea, and the Storage Function Method (SFM) is used for flood routing. The SFM which was presented by Toshimitsu Kimura (1961) routes floods in channels and basins with the storage function as the basic equation. A watershed is divided into two zone, runoff and percolation area and runoff from runoff area is occurred when cumulated rainfall is not exceed saturation point, but exceed runoff is occurred from percolation area, too. Runoff area is given and not changed, runoff ratio is constant. In routing Process, runoff from runoff and percolation area is routed seperately with nonlinear conceptual reservoir having the same characteristics and it is unreasonable assumption. A modified SFM is proposed with storage function and continuity equation which has no assumption for routing process and effective rainfall is calculated by SCS Method. For Wi-stream, comparison of Kimura and the modified SFM is conducted, and it could be seen that the modified SFM is more improvable and applicable method easily by reducing the parameters.
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문제 정의
, 1988) 개념적, 결과적으로 다를 뿐 아니라, 유출역과 침투 역으로 분리하여 계산된 유출량은 이론적 근거가 부족하다. 따라서 저류함수와 물수지방정식만을 이용한 유역 유출모형을 개발하고자 한다.
가설 설정
이때 Eqs. (4) and ⑸의 계산에 이용된 rare는 유효우량이 아니라, 유역의 평균강우량이고, 유역환산계수의 유역 평균유입 계수 (Q 를 T'로 가정하였다. 즉 홍수추적과정에서 모형의 입력인 강우량은 손실량을 전혀 고려하지 않고 홍수추적을 시행하여 단위면적당 유출고를 산정한 후, 유역의 1 차유출률(£)에 해당하는 유출량만을 유출로 계산하는 것이다.
않을 때에는 Fig. 2의 (a)에서 상부 유출 역의 비선형 저수지로만 지표면유출이 유입하는 것으로 가정하였다. 누가강우량이 Rsa를 초과할 경우 침투역의 유출이 시작되고, Eq.
⑺과 Fig. 2의 (b)에 나타나 있는 것과 같이 유출역의 유출량은 같은 방법으로 산정되고, 침투역의 유출량이 유출특성이 같은 다른 1개의 비선형저수지로 유입하는 것으로 가정하였다. 예를 들면 h = 0.
기존 저류함수법에서는 유역을 유출역과 침투 역으로 구분하였으며, 두 지역의 유출률을 “1”로 가정하였으며, 유출구조는 Fig. 2의 (a)와 같다. 유출량을 유출고로 변환하여 산정하기 위하여 Eqs.
위에서 언급한 바와같이, 기존 저류함수법에는 유효 우량을 산정하지 않고 유역의 홍수추적을 실시하며, 손실량에 대한 고려는 유출역과 침투역을 구분하여 두 구역 공히 유출률은 “1”이나 유출역은 강우초기부터 유출이 발생하고, 침투역은 유역의 누가우량이 유역포화 우량, 를 초과한 이후부터 유출되는 것으로 가정하여 손실량을 고려하였다. 따라서 저류함수법에서 유효 우량을 직접 산정할 수 있는 방법은 없으나, 유효 우량이란 직접 유출량이 되는 강우량이므로(Chow et al, 1988), 저류함수법에서 제안한 유출구조에 따라 Eqs.
저 류함수법 의 유역유출모형 에서는 유역 을 유출역 과침투역으로 구분하고, 유출역과 침투역이 홍수가 끝날 때까지 유역내 병존한다고 가정하였으며, 유출역과 침투역의 유출률은 Fig. 1과 같다고 가정하였다.
(8) 에서와 같이 일정한 비율로 유출이 일어난다. 즉 시간당 강우량이 많고 적음에 관계없이 일정한 비율이 침투하는 것으로 가정하였다.
1 에서 누가우량이 유역포화우량 (Saturation Point,ESO))보다 작을 때에는, 유역의 유출률은 1차 유출률(Primary Runoff Ratio, f1 = 4유출역/64유역)이다. 한편 누가우량이 유역포화우량을 초과할 때 유출률은 포화 유출률(Saturated Runoff Ratio, ?/)이며, 木村俊 晃(1961)은 fsa = 1 로 가정하였다.
제안 방법
6 및 Table 3에 나타나 있다. 대상 호우 사상에 대한 모의는 낙동강홍수예보시스템을 이용하였고, 수정된 저류함수법은 기존 예보프로그램에 subroutine 을 추가하여 모의하였다. 두 모형의 비교분석을 위하여, 비선형저수지의 매개변수를 낙동강홍수예보시스템 (건설교통부, 2004)에 나타나 있는 값을 동일하게 적용하였다.
대상 호우 사상에 대한 모의는 낙동강홍수예보시스템을 이용하였고, 수정된 저류함수법은 기존 예보프로그램에 subroutine 을 추가하여 모의하였다. 두 모형의 비교분석을 위하여, 비선형저수지의 매개변수를 낙동강홍수예보시스템 (건설교통부, 2004)에 나타나 있는 값을 동일하게 적용하였다.
본 연구에서는 기존 저류함수법의 침투(유효우량)와 관련된 가정과 비선형저수지의 모순을 수정하여 수정된 저류 함수 법을 제시하였으며, 낙동강의 위천유역을 대상으로 낙동강 홍수예보시스템을 이용하여 비교하였으며, 결론은 다음과 같다.
대상 데이터
기존 저류함수법과 수정된 저류함수법을 대상유역의 Table 2의 호우를 대상으로 적용하였으며, 그 결과가 Fig. 5, Fig. 6 및 Table 3에 나타나 있다. 대상 호우 사상에 대한 모의는 낙동강홍수예보시스템을 이용하였고, 수정된 저류함수법은 기존 예보프로그램에 subroutine 을 추가하여 모의하였다.
본 연구의 대상유역으로는 낙동강의 지류인 위 천을 선정하였으며, Fig. 3에 나타나 있다. 위천유역에는 6 개의 T/M 우량관측소와 2개의 T/M수위관측소가 있다.
이론/모형
1977). JICA에서는 유출모형으로 단위도법, Tank Model 등을 검토하였으며, 최종적으로 저류함수법(Storage Function Method)을 채택하였다. JICA에서저류함수법에 의한 홍수예보시스템을 제안한 이후, 1974년 7월 한강홍수통제소를 시작으로 5대강 유역과 삽교천 등의 중소규모 하천(건설교통부, 1998) 및 중량천, 지석천 등 주요 지천까지 확대되었으며(건설교통부, 1997), 산업화, 도시화에 따른 유출특성의 변화를 반영하기 위하여 모형의 각종 매개변수를 오늘날까지 조정하고 있다.
3과 같이 3개의 소유 역과 2개의 하도구간으로 구분되어지며 소유역의 특성 및 저류 함수 법의 각종 매개변수가 Table 1에 나타나 있다. Table 1에서 수정된 저류함수법의 유효우량은 SCS초과우량산정 방법을 이용하였으며, CN은 선행토양함수조건 AMCTI[에 해당하는 값이다(건설교통부, 2004). 위천유역에 대한 홍수추적을 위한 모식도는 Fig.
위천유역에는 6 개의 T/M 우량관측소와 2개의 T/M수위관측소가 있다. 유역평균강우량은 Thiessen method를 이용하여 계산된다.
성능/효과
1) 수정된 저류함수법은 유효우량을 산정하여 저류 함수 법에 입력하여 강우-유출현상을 모의하므로, 2.3 절에서 지적한 것과 같은 기존 모형의 포화유출률 (/sa= 1) 및 일정비율의 유출률(f1rave)에 대한 비합리적인 가정을 수정할 수 있다.
1) 유역유출모형의 유출량은 유효우량으로부터 산정하며, 이때의 유출률(f)은 “1”이다.
2) 기존 저류함수법의 유출구조는 유출역과 침투 역을 구분하고, 유역포화우량, Rsa 를 기준으로 병렬구조를 가진 저류특성이 같은 2개의 비선형 저수지를 도입하였는데, 이를 1개의 비선형 저수지를 통한 홍수추적방법으로 수정하여, 2개의 병렬 비선형 저수지에 의한 유출량 분리 계산 절차를 수정할 수 있다.
3) 유역유출모형의 매개변수가 6개(k, p, Tl, ft, k, fsa,Rsa에서 4개(k,p,Tl,CN)로 줄어, 매개변수 조정이 용이하다. 낙동강 홍수예보시스템의 소유 역은 총 114개이며, 수정된 저류함수법과 SCS 초과우량산정 방법을 이용할 경우 228개의 변수를 줄일 수 있다.
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