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문제 정의
- 본 연구의 목적은 소하천의 유역기반 위험유량을 산정하는 것으로 국가하천이나 지방하천과 같은 대하천의 단면 자료보다는 소하천 단면자료의 특성이 적합하다. 따라서 낙동강수계 내 3,724개 중소하천 자료 중 유역특성과 하도특성이 이용 불가능한 자료를 제외한 자료에 대한 다중회귀분석을 수행하였다.
제안 방법
- Hec-GeoHMS를 이용하여 낙동강 22개 중권역을 2,268개 미세소유역으로 구분하고 해당 소유역에 대한 유역 및 하도 관련 특성자료를 이용하여 Hec-HMS모형을 구축하였으며 낙동강 중소하천 DB자료를 이용하여 지역적회귀식을 구축하여 미세소유역별 위험유량을 산정하였다. 최종적으로 초기매개변수를 이용하여 낙동강 2,268개 소유역에 대한 개략적인 한계강우량을 분석하였으며 Hec-GeoHMS를 이용하여 낙동강 22개 중권역에 대한 유역 및 하도관련 특성자료를 산정하였다.
- Hec-GeoHMS를 이용하여 미세소유역을 구분하고 해당 소유역에 대한 유역 및 하도 관련 특성자료를 이용하여 중소하천 첨두유량 산정 및 홍수유출해석을 위한 Hec-HMS모형을 구축한다. 구축한 Hec-HMS모형을 이용하여 지속시간별 강우량에 해당하는 강우량-첨두유량 관계곡선을 구축한다. 그리고 낙동강 중소하천 DB를 이용하여 유역면적, 하천경사, 하천길이와 하폭에 대한 지역적회귀식을 구축후 이를 이용하여 미세소유역에 대한 위험유량을 산정한다.
- 지형분석도구인 Hec-GeoHMS내 지형분석도구인 Terrain Processing 도구를 이용하여 유역에 대한 전처리 작업을 수행 후 임계면적을 기준으로 Basin Processing 도구를 이용하여 미세 소유역으로 구분한다. 그리고 Basin Characteristics 도구를 이용하여 미세 소유역에 대한 하천 및 유역관련 특성인자를 산정한다.
- 구축한 Hec-HMS모형을 이용하여 지속시간별 강우량에 해당하는 강우량-첨두유량 관계곡선을 구축한다. 그리고 낙동강 중소하천 DB를 이용하여 유역면적, 하천경사, 하천길이와 하폭에 대한 지역적회귀식을 구축후 이를 이용하여 미세소유역에 대한 위험유량을 산정한다. 미세소유역에 대한 강우-첨두유량관계곡선과 위험유량을 이용하여 소유역기반 한계강우량을 산정한다.
- 낙동강 유출해석모형의 최적매개변수 선정을 위한 검정오차 분석 통계치로 상대첨두치오차(RPE, Relative Peak Error), 절대평균편차(AMB, Absolute Mean Bias), 제곱근평균자승오차(RMSE, Root Mean Square Error), 상관계수(CC, Correlation Coefficient) 등 4개 항목을 선정하였다. 낙동강내 수위관측소 중 강우-유출관계가 유의한 15개 지점에 대한 관측소별 호우사상을 선정하여 최적매개변수 선정을 위한 Hec-HMS 검보정을 수행하였다.
- 지형분석도구인 Hec-GeoHMS를 이용하여 대상 수계를 실제 하천을 기준으로 미세 소유역으로 구분하여 중소하천 유역의 지형학적 특성인자와 유출해석과 관련된 여러 매개변수를 산정후 유출해석모형을 구축하였다. 낙동강유역의 중소하천 DB를 이용하여 유역면적, 하천경사, 하천길이와 하폭, 수리수심에 대한 지역적회귀식을 구축후 이를 이용하여 미세소유역에 대한 위험유량을 산정하였다. 유출해석모형을 이용하여 강우량-첨두유량 관계곡선을 산정후 위험유량에 해당하는 소유역기반 한계강우량을 산정하였다.
- 따라서 낙동강수계 내 3,724개 중소하천 자료 중 유역특성과 하도특성이 이용 불가능한 자료를 제외한 자료에 대한 다중회귀분석을 수행하였다. 독립변수로 유역면적(㎢), 하천길이(㎞), 하천경사를 종속변수로 하천폭(m)과 수리수심(m)을 선정하여 소하천 횡단면도와 종단면도를 이용하여 해당변수를 추출하여 미계측 소유역의 하천폭과 수리수심을 산정하기 위한 지역적회귀식을 개발하였다.
- 첫째, GIS를 이용하여 중소하천유역에 적합하게 적용될 수 있는 소유역을 구분하며 국내하천의 지형분석을 수행한다. 둘째, Hec-GeoHMS를 이용하여 구축한 Hec-HMS모형을 사용하여 홍수사상을 모의 예측할 수 있는 지형수문유역시스템을 개발하여 범용으로 적용할 수 있도록 한다. 셋째, 소유역별 특성을 고려하여 산정한 홍수유량과 Hec-HMS모형을 중소하천 소유역에 구축 적용함으로써 중소하천 홍수 예 · 경보시스템 구축을 위한 방향 및 기술을 제시하고자 한다.
- 본 연구의 목적은 소하천의 유역기반 위험유량을 산정하는 것으로 국가하천이나 지방하천과 같은 대하천의 단면 자료보다는 소하천 단면자료의 특성이 적합하다. 따라서 낙동강수계 내 3,724개 중소하천 자료 중 유역특성과 하도특성이 이용 불가능한 자료를 제외한 자료에 대한 다중회귀분석을 수행하였다. 독립변수로 유역면적(㎢), 하천길이(㎞), 하천경사를 종속변수로 하천폭(m)과 수리수심(m)을 선정하여 소하천 횡단면도와 종단면도를 이용하여 해당변수를 추출하여 미계측 소유역의 하천폭과 수리수심을 산정하기 위한 지역적회귀식을 개발하였다.
- 그리고 낙동강 중소하천 DB를 이용하여 유역면적, 하천경사, 하천길이와 하폭에 대한 지역적회귀식을 구축후 이를 이용하여 미세소유역에 대한 위험유량을 산정한다. 미세소유역에 대한 강우-첨두유량관계곡선과 위험유량을 이용하여 소유역기반 한계강우량을 산정한다. 최종적으로 경보발령을 판단시에는 SCS방법을 이용하여 토양함수조건을 고려하여 경보발령 기준강우를 산정하고 티센법을 이용하여 산정한 유역평균강우량과의 비교를 통해 경보발령여부를 결정한다.
- 본 연구에서는 경보단계를 낙동강 중소하천 DB를 분석하여 배수면적을 기준으로 위험수심에 따라 주의, 경계, 대피의 3단계로 나누어 설정하였다. 소유역의 배수면적이 50㎢ 이하일 경우는 유역내 소하천을 산지소하천으로 간주하여 주의, 경계, 대피관련 위험수심으로 0.
- 본 연구에서는 대상유역 내 소유역의 경보단계별 한계수심에 해당하는 위험유량을 산정후 Hec-HMS를 이용하여 지속시간별 강우량-첨두유량 관계 곡선을 작성하였다. 이를 이용하여 단계별 위험유량에 해당하는 한계강우량을 산정하였다.
- 본 연구의 수행을 위해 크게 3개 부분의 연구개발을 시도하였는데 각각 GIS기반 중소하천 홍수예 · 경보 미세소유역 구축, Hec-HMS 모형 개발, 중소하천 기준강우량 산정이다.
- 셋째, 소유역별 특성을 고려하여 산정한 홍수유량과 Hec-HMS모형을 중소하천 소유역에 구축 적용함으로써 중소하천 홍수 예 · 경보시스템 구축을 위한 방향 및 기술을 제시하고자 한다.
- 본 연구에서는 경보단계를 낙동강 중소하천 DB를 분석하여 배수면적을 기준으로 위험수심에 따라 주의, 경계, 대피의 3단계로 나누어 설정하였다. 소유역의 배수면적이 50㎢ 이하일 경우는 유역내 소하천을 산지소하천으로 간주하여 주의, 경계, 대피관련 위험수심으로 0.5m, 0.7m, 1.0m로 설정하였으며 유역면적 50㎢ 이상일 경우는 도시 및 평지 소하천으로 간주하여 주의, 경계, 대피관련 위험수심으로 수리수심의 50%, 70%, 85%로 설정하였다. 낙동강 22개 중 권역을 대상으로 본 연구에서 개발한 지역적회귀식과 Manning 공식을 이용하여 소유역별 하폭과 주의, 경계, 대피단계에 해당하는 위험수심, 위험유량을 산정하였으며 그 결과는 아래 Fig.
- 낙동강유역의 중소하천 DB를 이용하여 유역면적, 하천경사, 하천길이와 하폭, 수리수심에 대한 지역적회귀식을 구축후 이를 이용하여 미세소유역에 대한 위험유량을 산정하였다. 유출해석모형을 이용하여 강우량-첨두유량 관계곡선을 산정후 위험유량에 해당하는 소유역기반 한계강우량을 산정하였다.
- 본 연구에서는 대상유역 내 소유역의 경보단계별 한계수심에 해당하는 위험유량을 산정후 Hec-HMS를 이용하여 지속시간별 강우량-첨두유량 관계 곡선을 작성하였다. 이를 이용하여 단계별 위험유량에 해당하는 한계강우량을 산정하였다.
- 중소하천 유출해석모형과 소유역 위험유량을 이용하여 소유역기반 한계강우량을 산정하는 방안을 확정하였다. 지형분석도구인 Hec-GeoHMS를 이용하여 대상 수계를 실제 하천을 기준으로 미세 소유역으로 구분하여 중소하천 유역의 지형학적 특성인자와 유출해석과 관련된 여러 매개변수를 산정후 유출해석모형을 구축하였다.
- 중소하천 유출해석모형과 소유역 위험유량을 이용하여 소유역기반 한계강우량을 산정하는 방안을 확정하였다. 지형분석도구인 Hec-GeoHMS를 이용하여 대상 수계를 실제 하천을 기준으로 미세 소유역으로 구분하여 중소하천 유역의 지형학적 특성인자와 유출해석과 관련된 여러 매개변수를 산정후 유출해석모형을 구축하였다. 낙동강유역의 중소하천 DB를 이용하여 유역면적, 하천경사, 하천길이와 하폭, 수리수심에 대한 지역적회귀식을 구축후 이를 이용하여 미세소유역에 대한 위험유량을 산정하였다.
- 따라서 위와 같은 모형 개발을 통해 다음과 같은 목적을 얻고자 하였다. 첫째, GIS를 이용하여 중소하천유역에 적합하게 적용될 수 있는 소유역을 구분하며 국내하천의 지형분석을 수행한다. 둘째, Hec-GeoHMS를 이용하여 구축한 Hec-HMS모형을 사용하여 홍수사상을 모의 예측할 수 있는 지형수문유역시스템을 개발하여 범용으로 적용할 수 있도록 한다.
- 미세소유역에 대한 강우-첨두유량관계곡선과 위험유량을 이용하여 소유역기반 한계강우량을 산정한다. 최종적으로 경보발령을 판단시에는 SCS방법을 이용하여 토양함수조건을 고려하여 경보발령 기준강우를 산정하고 티센법을 이용하여 산정한 유역평균강우량과의 비교를 통해 경보발령여부를 결정한다.
- Hec-GeoHMS를 이용하여 낙동강 22개 중권역을 2,268개 미세소유역으로 구분하고 해당 소유역에 대한 유역 및 하도 관련 특성자료를 이용하여 Hec-HMS모형을 구축하였으며 낙동강 중소하천 DB자료를 이용하여 지역적회귀식을 구축하여 미세소유역별 위험유량을 산정하였다. 최종적으로 초기매개변수를 이용하여 낙동강 2,268개 소유역에 대한 개략적인 한계강우량을 분석하였으며 Hec-GeoHMS를 이용하여 낙동강 22개 중권역에 대한 유역 및 하도관련 특성자료를 산정하였다. 이를 이용하여 손실모형으로 SCS, 유역추적모형으로 Clark, 하도추적모형으로 Muskingum을 선정하여 관련 매개변수를 산정하고 22개 중권역에 대한 Hec-HMS모형을 구축하였다.
데이터처리
- 낙동강 유출해석모형의 최적매개변수 선정을 위한 검정오차 분석 통계치로 상대첨두치오차(RPE, Relative Peak Error), 절대평균편차(AMB, Absolute Mean Bias), 제곱근평균자승오차(RMSE, Root Mean Square Error), 상관계수(CC, Correlation Coefficient) 등 4개 항목을 선정하였다. 낙동강내 수위관측소 중 강우-유출관계가 유의한 15개 지점에 대한 관측소별 호우사상을 선정하여 최적매개변수 선정을 위한 Hec-HMS 검보정을 수행하였다.
이론/모형
- Hec-GeoHMS를 이용하여 미세소유역을 구분하고 해당 소유역에 대한 유역 및 하도 관련 특성자료를 이용하여 중소하천 첨두유량 산정 및 홍수유출해석을 위한 Hec-HMS모형을 구축한다. 구축한 Hec-HMS모형을 이용하여 지속시간별 강우량에 해당하는 강우량-첨두유량 관계곡선을 구축한다.
- Manning의 홍수량 기법을 적용하여 위험유량을 산정하기 위해서는 대상유역의 하도단면자료를 입력자료로 요구하므로 이들 자료를 수집 및 분석하여 위험유량 계산에 활용하였다.
- 0m로 설정하였으며 유역면적 50㎢ 이상일 경우는 도시 및 평지 소하천으로 간주하여 주의, 경계, 대피관련 위험수심으로 수리수심의 50%, 70%, 85%로 설정하였다. 낙동강 22개 중 권역을 대상으로 본 연구에서 개발한 지역적회귀식과 Manning 공식을 이용하여 소유역별 하폭과 주의, 경계, 대피단계에 해당하는 위험수심, 위험유량을 산정하였으며 그 결과는 아래 Fig. 3과 같다.
- 최종적으로 초기매개변수를 이용하여 낙동강 2,268개 소유역에 대한 개략적인 한계강우량을 분석하였으며 Hec-GeoHMS를 이용하여 낙동강 22개 중권역에 대한 유역 및 하도관련 특성자료를 산정하였다. 이를 이용하여 손실모형으로 SCS, 유역추적모형으로 Clark, 하도추적모형으로 Muskingum을 선정하여 관련 매개변수를 산정하고 22개 중권역에 대한 Hec-HMS모형을 구축하였다.
- 지형분석도구인 Hec-GeoHMS내 지형분석도구인 Terrain Processing 도구를 이용하여 유역에 대한 전처리 작업을 수행 후 임계면적을 기준으로 Basin Processing 도구를 이용하여 미세 소유역으로 구분한다. 그리고 Basin Characteristics 도구를 이용하여 미세 소유역에 대한 하천 및 유역관련 특성인자를 산정한다.
성능/효과
- 59로 분석되었다. 위험유량은 안동댐, 낙동구미, 낙동고령, 낙동창녕, 낙동강하구언등의 낙동강 본류에 위치한 중권역이 높고 변동성이 큰 것으로 분석되었다.
후속연구
- 특히 돌발 홍수형태의 특성 및 예측을 위한 연구는 진행되고 있지만 아직까지는 이 결과를 이용하기에는 미계측유역의 지형학적순간단위도 적용성 검증, 지역적 회귀식의 적절성 등의 몇 가지 문제점을 해결해야 하는 단계에 있다. 이를 해결하기 위한 연구로서 GIS기법을 이용한 지형 특성 자료의 분석 기법의 적용과 중소하천 홍수예측을 위한 강우-유출 모형의 개선 등의 더욱 정밀한 기법을 통한 연구가 필요하다.
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