유역의 수문현상을 해석하기 위해서는 다양한 지형자료와 수문 시계열자료가 필요하다. 최근 들어 DEM(Digital Elevation Model)과 수자원 주제도와 같은 지형자료 뿐만 아니라 수치예보자료 및 강우레이더의 관측자료와 같은 수문 시계열자료 또한 격자 형태로 제공되고 있으며, 이를 활용한 수문분석에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 이러한 격자형 자료를 이용하여 효과적으로 단기간의 강우-유출 현상을 모의하기 위한 물리적 기반의 분포형 강우-유출 모형인 GRM(Grid based Rainfall-runoff Model)을 개발하였다. 지표면 유출과 하도 유출의 모의는 운동파 방정식을 이용하고 있으며, 침투량 산정을 위해서 Green-Ampt 모형을 이용하고 있다. 지배방정식은 유한 체적법을 이용하여 이산화 하였으며, TDMA(TriDiagonal Matrix Algorithm) 방법을 이용하여 연립방정식을 풀고, 비선형 항에 대해서는 Newton-Raphson 방법으로 반복 계산함으로써 수렴해를 도출하였다. 개발된 모형은 단순화된 가상의 유역에 대해서 적용한 결과를 $Vflo^{TM}$ 모형의 모의결과와 비교함으로써 타당성을 검토하였다. 또한 위천 유역의 적용을 통해 모형의 검증 및 실제 유역에 대한 적용성을 검토하였으며, 모의결과는 관측유량의 재현성이 높은 것으로 나타났다.
유역의 수문현상을 해석하기 위해서는 다양한 지형자료와 수문 시계열자료가 필요하다. 최근 들어 DEM(Digital Elevation Model)과 수자원 주제도와 같은 지형자료 뿐만 아니라 수치예보자료 및 강우레이더의 관측자료와 같은 수문 시계열자료 또한 격자 형태로 제공되고 있으며, 이를 활용한 수문분석에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 이러한 격자형 자료를 이용하여 효과적으로 단기간의 강우-유출 현상을 모의하기 위한 물리적 기반의 분포형 강우-유출 모형인 GRM(Grid based Rainfall-runoff Model)을 개발하였다. 지표면 유출과 하도 유출의 모의는 운동파 방정식을 이용하고 있으며, 침투량 산정을 위해서 Green-Ampt 모형을 이용하고 있다. 지배방정식은 유한 체적법을 이용하여 이산화 하였으며, TDMA(TriDiagonal Matrix Algorithm) 방법을 이용하여 연립방정식을 풀고, 비선형 항에 대해서는 Newton-Raphson 방법으로 반복 계산함으로써 수렴해를 도출하였다. 개발된 모형은 단순화된 가상의 유역에 대해서 적용한 결과를 $Vflo^{TM}$ 모형의 모의결과와 비교함으로써 타당성을 검토하였다. 또한 위천 유역의 적용을 통해 모형의 검증 및 실제 유역에 대한 적용성을 검토하였으며, 모의결과는 관측유량의 재현성이 높은 것으로 나타났다.
To analyze hydrologic processes in a watershed requires both various geographical data and hydrological time series data. Recently, not only geographical data such as DEM(Digital Elevation Model) and hydrologic thematic map but also hydrological time series from numerical weather prediction and rain...
To analyze hydrologic processes in a watershed requires both various geographical data and hydrological time series data. Recently, not only geographical data such as DEM(Digital Elevation Model) and hydrologic thematic map but also hydrological time series from numerical weather prediction and rainfall radar have been provided as grid data, and there are studies on hydrologic analysis using these grid data. In this study, GRM(Grid based Rainfall-runoff Model) which is physically-based distributed rainfall-runoff model has been developed to simulate short term rainfall-runoff process effectively using these grid data. Kinematic wave equation is used to simulate overland flow and channel flow, and Green-Ampt model is used to simulate infiltration process. Governing equation is discretized by finite volume method. TDMA(TriDiagonal Matrix Algorithm) is applied to solve systems of linear equations, and Newton-Raphson iteration method is applied to solve non-linear term. Developed model was applied to simplified hypothetical watersheds to examine model reasonability with the results from $Vflo^{TM}$. It was applied to Wicheon watershed for verification, and the applicability to real site was examined, and simulation results showed good agreement with measured hydrographs.
To analyze hydrologic processes in a watershed requires both various geographical data and hydrological time series data. Recently, not only geographical data such as DEM(Digital Elevation Model) and hydrologic thematic map but also hydrological time series from numerical weather prediction and rainfall radar have been provided as grid data, and there are studies on hydrologic analysis using these grid data. In this study, GRM(Grid based Rainfall-runoff Model) which is physically-based distributed rainfall-runoff model has been developed to simulate short term rainfall-runoff process effectively using these grid data. Kinematic wave equation is used to simulate overland flow and channel flow, and Green-Ampt model is used to simulate infiltration process. Governing equation is discretized by finite volume method. TDMA(TriDiagonal Matrix Algorithm) is applied to solve systems of linear equations, and Newton-Raphson iteration method is applied to solve non-linear term. Developed model was applied to simplified hypothetical watersheds to examine model reasonability with the results from $Vflo^{TM}$. It was applied to Wicheon watershed for verification, and the applicability to real site was examined, and simulation results showed good agreement with measured hydrographs.
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문제 정의
본 연구에서는 GRM 모형을 실제 유역에 적용함으로써 모형의 구동을 위한 자료의 구축과정과 매개변수의 설정배경 및 추정과정을 제시하였으며, 모형을 검증하고 실제 유역에 대한 적용성을 검토하였다. 대상 유역은 경상북도 군위군의 무성 수위관측소 상류에 위치한 위천 유역이며 약 472km2의 유역 면적을 가지고 있다.
본 연구에서는 GRM 모형의 수문성분 해석모듈의 타당성을 검토하기 위하여 가상의 유역을 설정하였으며, 이에 가상의 균일한 강우를 발생시킨 후 해석결과를 검토하였다. 각각의 격자에 대한 모의결과는 GRM 모형과 동일한 지배방정식을 적용하고 있는 VfloTM의 모의결과와 비교하였다.
본 연구에서는 격자 기반의 분포형 강우-유출 모형인 GRM을 개발하였다. 지표면 유출과 하도 유출의 해석을 위한 지배방정식은 운동파 방정식을 이용하였으며, 침투량 산정은 Green-Ampt 모형을 이용하고 있다.
본 연구에서는 단기간의 강우-유출해석을 위한 분포형 모형의 개발을 목적으로 하고 있으며, 따라서 홍수 유출의 주요 수문인자인 강우, 침투, 지표유출, 지표하 유출을 주요 컴포넌트로 포함하고 있다. Fig.
최근 들어 이와 같이 격자 형태로 제공되는 지형 및 수문시계열자료가 다양해지고 있으며, 이에 대한 활용성이 높아지고 있다. 본 연구에서는 이와 같은 격자형태의 자료를 이용하여 유역내에서 격자 단위로 유출모의를 수행 할 수 있는 분포형 강우-유출 모형(GRM)을 개발하였다.
가설 설정
사공호상은 농업지역, 수역, 습지의 불투수율을 직접적으로 제안하지 않고 있다. 따라서 농업지역에 대해서는 논, 밭, 비닐하우스의 불투수율을 평균한 값을 적용하였으며(홍준범 등, 2006), 수역과 습지는 모든 강우가 직접 유출에 기여하는 것으로 가정하였다.
본 연구에서는 토지피복 특성별 조도계수로 Vieux(2004)에 의해서 제안된 값을 적용하고 있으나, 수역에 대해서는 흐름이 발생되는 수역은 하도인 것으로 가정하여 하도에서의 조도계수를 적용하고 있으며, 본문 “5.5 매개변수 추정”에서 이에 대한 내용을 기술하고 있다.
지표면에서의 초기수심은 건조한 상태에서 출발하는 것으로 가정하며, 이는 모든 지표면 흐름(overland flow) 모의 대상 격자에서의 초기수심이 “0”으로 설정되는 것을 의미한다.
제안 방법
4개의 강우사상 중 지속시간이 비교적 짧고 시간분포가 비교적 단순한 “Event 1"을 대상으로 GRM에서 제안하고 있는 매개변수 값으로 모의를 수행하고, 그 결과에 따라서 매개변수의 보정 여부를 판단하였으며, 모의결과는 Fig. 4 및 Table 5와 같다.
GRM 모형을 위천 유역에 적용함으로써 모형 구동을 위한 자료의 구축과 매개변수의 설정 과정을 제시하였으며, 모형을 검증하고 실제 유역에 대한 적용성을 검토하였다. 위천 유역의 적용결과 모형의 구동을 위한 자료구축과 적용과정 및 매개변수의 설정이 적합한 것으로 나타났다.
따라서 “Event 1"을 제외한 3개의 강우에 대해서도 GRM에서 제안하고 있는 매개변수 값을 그대로 유지하고 초기함수율과 건천차수만을 보정하여 그 결과를 검토하였다.
따라서 본 연구에서는 HyGIS를 이용하여 위천 유역의 11개 강우관측소에 대한 티센계수를 산정하고, 이를 이용하여 면적평균강우량을 계산하였으며, 이를 공간자료와 동일한 크기(100m×100m)의 그리드 레이어로 전환하여 GRM의 입력 강우자료로 이용하였다.
4 및 Table 5와 같다. 모의조건은 Green-Ampt 매개변수, 지표면 조도계수, 불투수율, 하도 조도계수 등 모든 매개변수가 GRM에서 제안된 값으로 설정된 상태에서 모의를 수행하였으며, 선행강우에 따라서 수문사상별로 달라지는 토양의 초기함수율과 건천차수는 각각 시행착오법으로 0.3과 1로 보정한 값을 적용하였다.
모형의 검증을 위해 설정한 가상의 유역과 강우에 대한 사항은 Table 1과 같다. 본 연구에서는 3가지 형태의 가상 유역에 대하여 10 mm/h, 30 mm/h, 50 mm/h의 강우강도로 1시간과 3시간 동안 지속되는 강우를 적용하여 그 결과를 검토하였으며, 이 중 10 mm/h와 30 mm/h로 3시간 동안 지속되는 강우에 대한 각 유역의 최하류셀의 모의결과는 Fig. 3과 같다. Fig.
본 연구에서는 위천 유역의 DEM을 1/25,000 수치지도의 등고자료를 이용하여 100m×100m 크기로 구축 하였으며, HyGIS(Hydro Geographic Information System)(한국건설기술연구원, 2007)를 이용하여 DEM의 sink와 flat area를 전처리하고 흐름방향, 흐름누적수, 하천망, 경사, 유역경계 정보를 그리드 레이어로 생성하였다.
토양도는 침투과정의 모의에 적용되는 Green-Ampt 모형의 매개변수 설정에 이용된다. 본 연구에서는 위천 유역의 정밀토양도를 토성별로 분류하고, 각각의 토성에 대한 Green-Ampt 매개변수(Chow et al., 1988)를 설정하였다. 이때 정밀토양도의 토성과 Green-Ampt 매개변수의 “Soil class”의 대응은 한국토양총설(농업기술연구소, 1992)을 참고하였다.
위천 유역에 대해서 Table 4와 같은 수문사상을 GRM 모형에 적용하고, 모의결과를 관측 유량과 비교하였다. 4개의 강우사상 중 지속시간이 비교적 짧고 시간분포가 비교적 단순한 “Event 1"을 대상으로 GRM에서 제안하고 있는 매개변수 값으로 모의를 수행하고, 그 결과에 따라서 매개변수의 보정 여부를 판단하였으며, 모의결과는 Fig.
위천 유역의 4개 강우사상에 대한 적용에서는 모든 매개변수에 대해서 GRM에서 제안하고 있는 값을 적용하고, 선행강우에 따라서 수문사상별로 달라지는 초기 함수율과 건천차수 만을 보정하였다. 모의결과는 관측 값과 비교하였을 때 첨두유량은 0.
대상 데이터
본 연구에서는 GRM 모형을 실제 유역에 적용함으로써 모형의 구동을 위한 자료의 구축과정과 매개변수의 설정배경 및 추정과정을 제시하였으며, 모형을 검증하고 실제 유역에 대한 적용성을 검토하였다. 대상 유역은 경상북도 군위군의 무성 수위관측소 상류에 위치한 위천 유역이며 약 472km2의 유역 면적을 가지고 있다. 수문사상은 2007년에 관측된 강우와 유량자료를 이용하여 4개의 사상을 추출하고 이를 모형에 적용하였다.
본 연구에서는 위천유역의 11개 강우관측소(무성, 군위, 고매, 효령, 대율, 산성, 화수, 석산, 의흥, 신령, 서부)와 1개의 수위관측소(무성)에서 관측된 2007년의 1시간 간격의 강우와 유량자료 중 4개의 사상을 추출하여 모형에 적용하였으며, Table 4와 같다.
대상 유역은 경상북도 군위군의 무성 수위관측소 상류에 위치한 위천 유역이며 약 472km2의 유역 면적을 가지고 있다. 수문사상은 2007년에 관측된 강우와 유량자료를 이용하여 4개의 사상을 추출하고 이를 모형에 적용하였다.
데이터처리
GRM 모형의 타당성을 검토하기 위해서 가상의 유역을 설정하고, 각 격자에 대해서 모의된 결과를 VfloTM의 모의결과와 비교하였다. 가상의 유역에 대한 검토결과 강우, 침투, 지표면 유출, 지표하 유출, 하도 유출의 수문성분에 대한 해석 모듈이 적합하게 구현된 것으로 나타났으며, 모형 구동을 위한 입출력 모듈 또한 적합한 것으로 검토되었다.
본 연구에서는 GRM 모형의 수문성분 해석모듈의 타당성을 검토하기 위하여 가상의 유역을 설정하였으며, 이에 가상의 균일한 강우를 발생시킨 후 해석결과를 검토하였다. 각각의 격자에 대한 모의결과는 GRM 모형과 동일한 지배방정식을 적용하고 있는 VfloTM의 모의결과와 비교하였다.
이론/모형
(9)와 Eq. (10)의 이산화 방정식은 각 검사체적에 대해서 수립될 수 있으며, 본 연구에서는 이를 행렬식으로 작성하고 TDMA 방법을 이용하여 연립방정식을 풀고 있다. 또한 각 식에서는 유속과 수심 및 유속과 단면적의 비선형식을 포함하고 있으며, 이에 대해서는 Newton-Raphson 방법을 이용하여 반복 계산함으로써 수렴해를 도출하였다.
HyGIS를 이용한 공간정보 구축에서 흐름방향 레이어는 D8-method(O'Callaghan and Mark, 1984)에 의해서 결정된 정보를 이용하였고, 하천망 레이어는 1/25,000 수치지도로부터 추출한 하천망의 총연장과 가장 근접한 하천 총연장을 가지는 흐름누적수를 입력하여 생성된 것을 이용하였으며(김경탁, 1998), 속성으로 하천차수를 포함하고 있다.
(10)의 이산화 방정식은 각 검사체적에 대해서 수립될 수 있으며, 본 연구에서는 이를 행렬식으로 작성하고 TDMA 방법을 이용하여 연립방정식을 풀고 있다. 또한 각 식에서는 유속과 수심 및 유속과 단면적의 비선형식을 포함하고 있으며, 이에 대해서는 Newton-Raphson 방법을 이용하여 반복 계산함으로써 수렴해를 도출하였다.
HyGIS를 이용한 공간정보 구축에서 흐름방향 레이어는 D8-method(O'Callaghan and Mark, 1984)에 의해서 결정된 정보를 이용하였고, 하천망 레이어는 1/25,000 수치지도로부터 추출한 하천망의 총연장과 가장 근접한 하천 총연장을 가지는 흐름누적수를 입력하여 생성된 것을 이용하였으며(김경탁, 1998), 속성으로 하천차수를 포함하고 있다. 또한 경사 레이어는 D8-method에서 이용되는 최급경사 방법을 적용하여 계산된 정보를 이용하였다.
본 연구에서 개발한 GRM은 지표면 유출과 하도 유출의 해석을 위해서 운동파 방정식을 이용하고 있으며, 침투량 산정은 Green-Ampt 모형을 이용하고 있다. 지배방정식은 향후 모형의 확장성을 고려하여 유한차분법 및 유한요소법에 비하여 유량 및 운동량의 보존을 잘 만족하고, 검사체적의 경계조건에 의한 흐름율 통제를 비교적 간단히 처리할 수 있는 유한체적법(한국건설기술연구원, 1995, 1996)을 이용하여 이산화 방정식을 유도 하였다.
본 연구에서는 개략토양도에 비하여 토양특성을 비교적 잘 반영하고 있는 것으로 알려진 정밀토양도(김경탁, 2003)를 적용하였다. 토양도는 침투과정의 모의에 적용되는 Green-Ampt 모형의 매개변수 설정에 이용된다.
본 연구에서는 유한체적법을 이용하여 운동파 모형의 이산화 방정식을 작성하며, 이를 위한 검사체적의 설정은 Fig. 2와 같다. Fig.
유출해석을 위한 유한체적법의 적용은 Zhao et al.(1994)에 의해서 유역에서의 2차원 부정류 해석에 이용되었으며, 이진희(1996)는 개수로에서의 2차원 부정류 해석을 위해 2차원 천수방정식을 유한체적법으로 해석하였다.
지배방정식은 향후 모형의 확장성을 고려하여 유한차분법 및 유한요소법에 비하여 유량 및 운동량의 보존을 잘 만족하고, 검사체적의 경계조건에 의한 흐름율 통제를 비교적 간단히 처리할 수 있는 유한체적법(한국건설기술연구원, 1995, 1996)을 이용하여 이산화 방정식을 유도 하였다. 이산화 방정식은 TDMA 방법을 이용하여 연립방정식의 해를 구하고, 비선형 항에 대해서는 Newton-Raphson 방법을 이용하여 반복 계산함으로써 수렴해를 도출하였다.
지표면 유출과 하도 유출의 해석을 위한 지배방정식은 운동파 방정식을 이용하였으며, 침투량 산정은 Green-Ampt 모형을 이용하고 있다. 지배방정식은 유한체적법을 이용해서 이산화 하였으며, TDMA 방법을 이용하여 연립방정식의 해를 구하고, 비선형 항에 대해서는 Newton-Raphson 방법을 이용하여 수렴해를 도출하였다.
본 연구에서 개발한 GRM은 지표면 유출과 하도 유출의 해석을 위해서 운동파 방정식을 이용하고 있으며, 침투량 산정은 Green-Ampt 모형을 이용하고 있다. 지배방정식은 향후 모형의 확장성을 고려하여 유한차분법 및 유한요소법에 비하여 유량 및 운동량의 보존을 잘 만족하고, 검사체적의 경계조건에 의한 흐름율 통제를 비교적 간단히 처리할 수 있는 유한체적법(한국건설기술연구원, 1995, 1996)을 이용하여 이산화 방정식을 유도 하였다. 이산화 방정식은 TDMA 방법을 이용하여 연립방정식의 해를 구하고, 비선형 항에 대해서는 Newton-Raphson 방법을 이용하여 반복 계산함으로써 수렴해를 도출하였다.
Hydro-BEAM 모형은 지표 유출과 지표하 유출, 지하수 흐름 및 차단, 침투, 증발산 등을 모의한다. 지표 흐름의 해석에는 일차원 운동파 모형을 적용하고 있으며, 지표하 유출에 기여하는 토양층의 수분 분포는 일차원 Richard 방정식을 이용하고, 이에 대한 유출은 선형저수지법을 이용하고 있다(Nawahda et al., 2004). 또한 토목연구소(土木硏究所, 2002)에서는 침투, 증발산, 지표면 유출, 중간유출, 지하수 유출 등을 모의할 수 있는 격자기반의 물리적 분포형 수문순환 모형으로 WEP(Water and Energy transfer Processes)을 개발한 바 있으며, 지표면 유출 해석에 일차원 운동파 방정식을 이용하고, 하도 추적에는 운동파 방정식과 동력학파 방정식을 선택하여 적용할 수 있다.
본 연구에서는 격자 기반의 분포형 강우-유출 모형인 GRM을 개발하였다. 지표면 유출과 하도 유출의 해석을 위한 지배방정식은 운동파 방정식을 이용하였으며, 침투량 산정은 Green-Ampt 모형을 이용하고 있다. 지배방정식은 유한체적법을 이용해서 이산화 하였으며, TDMA 방법을 이용하여 연립방정식의 해를 구하고, 비선형 항에 대해서는 Newton-Raphson 방법을 이용하여 수렴해를 도출하였다.
본 연구에서는 개략토양도에 비하여 토양특성을 비교적 잘 반영하고 있는 것으로 알려진 정밀토양도(김경탁, 2003)를 적용하였다. 토양도는 침투과정의 모의에 적용되는 Green-Ampt 모형의 매개변수 설정에 이용된다. 본 연구에서는 위천 유역의 정밀토양도를 토성별로 분류하고, 각각의 토성에 대한 Green-Ampt 매개변수(Chow et al.
성능/효과
GRM 모형을 이용해서 위천 유역의 4개의 강우사상에 대해 모의한 결과 GRM에서 제안하고 있는 매개변수 값을 사용하고, 선행강우에 따라서 수문사상별로 달라지는 초기함수율과 건천차수 만을 보정하였을 때에도 모의결과가 모든 사상에 대하여 관측된 유출의 재현성이 높은 것으로 나타났다.
의 모의결과와 비교하였다. 가상의 유역에 대한 검토결과 강우, 침투, 지표면 유출, 지표하 유출, 하도 유출의 수문성분에 대한 해석 모듈이 적합하게 구현된 것으로 나타났으며, 모형 구동을 위한 입출력 모듈 또한 적합한 것으로 검토되었다.
7 및 Table 6과 같다. 관측유량과의 비교결과 첨두유량은 5 % 이내의 상대오차로 관측유량을 매우 잘 모의하고 있는 것으로 나타났으며, 첨두유량의 발생시간은 정확히 일치하는 것으로 나타났다.
위천 유역의 4개 강우사상에 대한 적용에서는 모든 매개변수에 대해서 GRM에서 제안하고 있는 값을 적용하고, 선행강우에 따라서 수문사상별로 달라지는 초기 함수율과 건천차수 만을 보정하였다. 모의결과는 관측 값과 비교하였을 때 첨두유량은 0.9～4.6 %, 총유출량은 0.7～20.4 %의 상대오차를 나타냈고 첨두시간의 발생시간은 정확히 일치하였으며, 따라서 관측된 유출의 재현성이 높은 것으로 나타났다. 이를 통해서 실제 유역에 대한 적용성이 충분히 있는 것으로 사료되나, 이는 향후 다양한 유역과 수문사상에 대한 추가 검토를 필요로 한다.
GRM 모형을 위천 유역에 적용함으로써 모형 구동을 위한 자료의 구축과 매개변수의 설정 과정을 제시하였으며, 모형을 검증하고 실제 유역에 대한 적용성을 검토하였다. 위천 유역의 적용결과 모형의 구동을 위한 자료구축과 적용과정 및 매개변수의 설정이 적합한 것으로 나타났다.
후속연구
향후 GRM 모형은 좀 더 많은 유역에서 다양한 수문 사상을 적용하여 모형의 적용성에 대한 검토를 지속적으로 수행할 필요가 있을 것이다. 또한 다양한 특성을 가지는 공간자료 및 수문사상을 적용할 때 참고할 수 있는 자료의 적용방법 및 매개변수의 추정과정에 대한 가이드라인의 설정을 위한 추가적인 연구를 지속할 예정이다.
4 %의 상대오차를 나타냈고 첨두시간의 발생시간은 정확히 일치하였으며, 따라서 관측된 유출의 재현성이 높은 것으로 나타났다. 이를 통해서 실제 유역에 대한 적용성이 충분히 있는 것으로 사료되나, 이는 향후 다양한 유역과 수문사상에 대한 추가 검토를 필요로 한다.
향후 GRM 모형은 좀 더 많은 유역에서 다양한 수문 사상을 적용하여 모형의 적용성에 대한 검토를 지속적으로 수행할 필요가 있을 것이다. 또한 다양한 특성을 가지는 공간자료 및 수문사상을 적용할 때 참고할 수 있는 자료의 적용방법 및 매개변수의 추정과정에 대한 가이드라인의 설정을 위한 추가적인 연구를 지속할 예정이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
유한체적법을 이용한 격자 기반의 분포형 강우-유출 모형인 GRM을 개발한 결과는 무엇인가?
본 연구에서는 격자 기반의 분포형 강우-유출 모형인 GRM을 개발하였다. 지표면 유출과 하도 유출의 해석을 위한 지배방정식은 운동파 방정식을 이용하였으며, 침투량 산정은 Green-Ampt 모형을 이용하고 있다. 지배방정식은 유한체적법을 이용해서 이산화 하였으며, TDMA 방법을 이용하여 연립방정식의 해를 구하고, 비선형 항에 대해서는 Newton-Raphson 방법을 이용하여 수렴해를 도출하였다.
GRM 모형의 타당성을 검토하기 위해서 가상의 유역을 설정하고, 각 격자에 대해서 모의된 결과를 VfloTM의 모의결과와 비교하였다. 가상의 유역에 대한 검토결과 강우, 침투, 지표면 유출, 지표하 유출, 하도 유출의 수문성분에 대한 해석 모듈이 적합하게 구현된 것으로 나타났으며, 모형 구동을 위한 입출력 모듈 또한 적합한 것으로 검토되었다.
GRM 모형을 위천 유역에 적용함으로써 모형 구동을 위한 자료의 구축과 매개변수의 설정 과정을 제시하였으며, 모형을 검증하고 실제 유역에 대한 적용성을 검토하였다. 위천 유역의 적용결과 모형의 구동을 위한 자료구축과 적용과정 및 매개변수의 설정이 적합한 것으로 나타났다.
위천 유역의 4개 강우사상에 대한 적용에서는 모든 매개변수에 대해서 GRM에서 제안하고 있는 값을 적용하고, 선행강우에 따라서 수문사상별로 달라지는 초기 함수율과 건천차수 만을 보정하였다. 모의결과는 관측 값과 비교하였을 때 첨두유량은 0.9～4.6 %, 총유출량은 0.7～20.4 %의 상대오차를 나타냈고 첨두시간의 발생시간은 정확히 일치하였으며, 따라서 관측된 유출의 재현성이 높은 것으로 나타났다. 이를 통해서 실제 유역에 대한 적용성이 충분히 있는 것으로 사료되나, 이는 향후 다양한 유역과 수문사상에 대한 추가 검토를 필요로 한다.
유역의 수문 분석에 이용되는 격자 형태의 지형자료로 무엇을 나타낼 수 있는가?
유역의 수문 분석에 이용되는 격자 형태의 지형자료는 수문학적 지형 요소들의 공간분포를 표현할 수 있으며, 수치예보자료와 강우레이더자료 등으로부터 생성되는 격자 형태의 강우자료는 강우의 공간분포를 나타낼 수 있다. 최근 들어 이와 같이 격자 형태로 제공되는 지형 및 수문시계열자료가 다양해지고 있으며, 이에 대한 활용성이 높아지고 있다.
유역에서의 수문순환의 해석을 위해 SHE 모형으로 할 수 있는 것은 무엇인가?
(1986)은 물리적 기반의 분포형 모형인 SHE(Systeme Hydrologique Europeen)를 개발한 바 있다. SHE 모형에서는 유역에서의 수문순환의 해석을 위하여, 차단, 증발산, 지표면 유출, 하도 유출, 지표하 흐름, 융설을 모의할 수 있다. 지표면 흐름에서는 2차원 확산파 방정식을 양해 유한차분법을 이용하여 해석하고 있으며, 하도에서의 흐름은 일차원 확산파 방정식의 해석에 음해 유한차분법을 적용하고 있다.
참고문헌 (35)
강석구 (2003). 유한체적법을 이용한 2차원 홍수범람 모형의 개발. 석사학위논문, 한양대학교, pp. 5-19
김성준 (1998). "격자기반의 운동파 강우유출모형 개발(I)-이론 및 모형-." 한국수자원학회 논문집, 한국수자원학회, 제31권, 제3호. pp. 303-308
신사철 (1996). "분포형 강우-유출 모형에 의한 유출해석." 한국수자원학회 논문집, 한국수자원학회, 제29권, 제6호. pp. 131-139
이진희 (1996). 유한체적법에 의한 개수로에서의 2차원 부정류 해석. 인하대학교, 석사학위논문. pp. 11-27
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