선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 이에 본 연구의 목표는 유사발생 위험성이 높은 내성천 유역을 대상으로 분포형 모형인 TREX 모형을 이용하여 이를 구성하는 다양한 매개변수들 중 수치모의 결과에 주요한 영향을 미치는 매개변수들을 평가하고 이에 대한 민감도 분석을 실시하고자 한다. 또한 민감도 분석을 통해 보정 및 검증된 주요 매개변수들을 다양한 크기의 단기호우사상에 적용하여 모의를 수행하고 주요 지점별 유출 및 유사이송의 정량적인 평가를 수행하고자 한다. 이를 통해 도출된 결과들은 분포형 모형 활용의 최종 목표인 유출량 및 유사 농도의 시공간적 변화, 유사 공급원 분석, 극한호우 사상 발생 후 최종 지표고 변화 분석 등에 활용할 수 있으며 모형에서 도출되는 결과 값의 예측 정확도 제고에도 기여할 수 있을 것이다.
- 유역단위의 유출-토양침식-유사이송 수치모의를 위해 현재 국내외에서 널리 사용되는 모형으로는 대표적으로 HSPF(Hydrological Simulation Program-Fortran), SWAT (Soil and Water Assessment Tool), AGNPS (Agricultural Non-Point-Source Pollution Model), ANSWERS (Areal Nonpoint Source Watershed Environment Response Simulation), DWSM(Dynamic Watershed Simulation Model), KINEROS (KINematic Runoff and EROSion Model), MIKE SHE (Systeme Hydrologuque Européen), TREX (Two-dimensional, Runoff, Erosion, and Export) 모형 등이 있다. 본 연구에서는 연구 목적에 맞게 단기호우 사상에 대한 모의를 위해서 준분포형 모형 보다는 분포형 모형을 선택할 필요가 있다. 또한 분포형 모형인 AGNPS 모형은 단기호우사상에 대해 동일한 모의 시간간격(time step)만을 사용해야 하기 때문에 다양한 모의 시간간격 (time step)을 적용할 필요가 있는 단기호우 사상에 대해서는 모형을 안정적으로 구동하는데 있어 활용성이 떨어질 수 있다.
- 앞서 설명한 조도계수 민감도 분석에서 언급하였듯이 향석 지점에서의 전체 유출량과 첨두 유출량이 과소 산정되는 것을 보완하기 위해서는 투수계수 값을 감소시켜 침투량을 감소시키고 유출량을 증대시킬 필요가 있다. 이에 본 연구에서는 2011년 호우 사상에 대해 조도계수 민감도 분석시 적용한 투수계수 값을 내성천유역을 구성하는 모든 토양에 대해 값을 감소시켜 반복적인 검토를 수행하였으며 본 논문에서는 뚜렷한 변화를 검토할 수 있는 50% 및 80% 저감하였을 경우의 수치모의 결과만 제시하였다. 투수계수 변경에 따른 모든 모의결과를 실제 관측된 값과 비교하였다.
- 이에 본 연구의 목표는 유사발생 위험성이 높은 내성천 유역을 대상으로 분포형 모형인 TREX 모형을 이용하여 이를 구성하는 다양한 매개변수들 중 수치모의 결과에 주요한 영향을 미치는 매개변수들을 평가하고 이에 대한 민감도 분석을 실시하고자 한다. 또한 민감도 분석을 통해 보정 및 검증된 주요 매개변수들을 다양한 크기의 단기호우사상에 적용하여 모의를 수행하고 주요 지점별 유출 및 유사이송의 정량적인 평가를 수행하고자 한다.
가설 설정
- 토양과 유사의 입자특성은 굵은 자갈 이상, 굵은 자갈에서 가는 자갈, 가는 자갈에서 굵은 모래, 가는 모래 이하로 총 4가지 입자크기를 분류하여 모의를 수행하였다. 토양과 유사의 입자 침강속도는 유효입경에 해당하는 물의 온도가 10℃일 경우로 가정하여 Julien (1998)에 의해 표로 제시된 값을 활용하였으며 한계전단응력은 각각의 유효입경에 해당되는 값(Julien, 1998)들을 활용하였다. 지표면에서의 한계유속은 각각의 토양특성에 따라 정의되었으며 Moore and Burch (1986)의 관계식에 기초한 값을 활용하였고, 하천의 유사와 관련된 한계유속은 유사가 이동하는 동안 비점착성 유사라는 가정을 기초로 각각의 입자특성에 Yang (1996)에 의해 제시된 관계식에 기초한 값을 활용하였다.
제안 방법
- , 2014). 2011년 호우 사상에 대한 조도계수 민감도 분석을 위해 내성천유역을 구성하는 토지이용항목 중 85% 이상의 가장 넓은 면적을 차지하고 있는 숲의 조도계수 값을 조정하였다. 먼저 2008년 및 2009년 호우사상에 대한 모형 검보정에서 최종 채택된 숲의 조도계수 값 0.
- 따라서 ANSWERS, DWSM, KINEROS, MIKE SHE, TREX 모형 등이 단기호우사상의 수치모의에 적합한 분포형 모형이라고 평가할 수 있다. Borah and Bera (2003)는 TREX 모형의 전신모형인 CASC2D (CASCade of planes in 2-Dimensions) 모형이 수문 및 유사 모형구성에 있어 안정적인 모형이라 소개한 바 있으며 본 연구에서는 ANSWERS, DWSM, KINEROS, MIKE SHE 모형 보다는 모형의 소스코드가 공개되어 필요 시 모형의 수정이 가능한 TREX 모형을 최종 활용 모형으로 선정하였다.
- 내성천유역의 토지이용도는 토지이용 항목에 따라 산림, 논, 주거지 등 20여 가지로 분류된 낙동강 정밀토지이용도를 이용하여 추출하고 단순화된 8개의 분류 체계로 통합시켜 구축하였다. 각각의 토지 이용에서 차단 저류 깊이와 요지 저류 깊이는 각종 문헌(Linsley et al., 1982; Woolhiser et al., 1990; Bras, 1990)에서 제시하고 있는 토지이용 특성들을 기초로 설정하였다. 논의 토지이용 특성의 경우 논 주변의 관개수로의 영향을 고려하기 위해 6 cm의 요지 저류 깊이를 적용하였다(Jia et al.
- (2014) 연구에서 2008년 및 2009년 호우사상에서 적용한 TREX 모형의 주요 매개변수(조도계수 및 투수계수)를 동일하게 사용하여 2011년 호우사상에 대한 수치모의를 실시하였으나 관측된 유출량 및 유사 농도 결과와의 오차가 크게 나타나 2011년 호우사상에 적합한 주요 매개변수 값을 파악하기 위해 민감도 분석을 실시하였다. 그 결과는 앞선 3장에서 제시하였으며 본 장에서는 2008년, 2009년, 2011년 호우사상에 따른 최적의 매개변수를 최종 결정하고 평가하였으며 그 내용을 요약하였다.
- (2008)에 의하면 해상도가 더 높은 30 m 혹은 90 m 격자와 비교 했을 때 150 m 격자를 사용하는 것은 유출 및 유사이송모의 결과에 미치는 영향이 크지 않다는 연구사례를 참고하여 반영한 것이다. 그 외 토지이용 항목별 특성, 토양 분류별 특성, 토양 및 유사 입자 특성, 하천특성, 강우에 대한 자료는 각각의 등급과 종류에 따라 구축하였다.
- 내성천유역의 토지이용도는 토지이용 항목에 따라 산림, 논, 주거지 등 20여 가지로 분류된 낙동강 정밀토지이용도를 이용하여 추출하고 단순화된 8개의 분류 체계로 통합시켜 구축하였다. 각각의 토지 이용에서 차단 저류 깊이와 요지 저류 깊이는 각종 문헌(Linsley et al.
- 대상유역의 토양특성을 정의하기 위해 사용된 토양도는 1:50,000 개략 토양도로서 8개의 토양종류별로 분류하여 구축하였다. 토양 분류별 특성과 관련하여 유효 수리 전도도(투수계수), 모세관 압력수두, 토양침식인자(K) 등이 모형의 입력 자료로 활용되었다.
- 따라서 모의결과에 주요한 영향을 미치는 매개변수인 조도계수(Manning’s n)와 투수계수(Kh)를 재조정하여 2011년 호우사상에 대한 매개 변수 보정을 수행하였다.
- 2011년 호우 사상에 대한 조도계수 민감도 분석을 위해 내성천유역을 구성하는 토지이용항목 중 85% 이상의 가장 넓은 면적을 차지하고 있는 숲의 조도계수 값을 조정하였다. 먼저 2008년 및 2009년 호우사상에 대한 모형 검보정에서 최종 채택된 숲의 조도계수 값 0.4를 그대로 적용한 조건과 숲에서의 조도계수를 0.45로 증대시켜 지표수 유출 유속을 감소시킴으로써 향석 지점에서의 유출곡선에 미치는 영향을 분석하기 위한 조건 두 가지로 구분하여 모의를 수행하였다. 최종적으로 조도계수 변경에 따른 두 가지 모의결과를 실제 관측된 값과 비교하여 민감도 분석을 실시하였다.
- , 2014)에서는 2008년 및 2009년 호우사상에 대해 TREX 모형을 검보정한 바 있다. 본 논문에서는 2008년 및 2009년 호우사상보다 상대적으로 큰 강우와 유출량을 갖는 조건인 2011년 호우사상(향석 지점 기준, 2008년 첨두 유출량 1,619 m3/s, 2009년 첨두 유출량 520 m3/s, 2011년 첨두 유출량 2,301 m3/s)을 적용하여 TREX 모형의 매개변수 민감도 분석을 수행하였다. Ji et al.
- 본 연구에서는 내성천유역을 대상으로 TREX 모형을 이용하여 유출과 유사농도 모의 결과에 주요한 영향을 미치는 조도계수 및 투수계수의 민감도 분석을 실시하였다. 이를 통해 과거에 발생한 단기 호우사상별 최적화된 매개 변수들을 적용하여 다양한 크기의 호우 발생 시 유역의 유출 및 유사 농도 변화를 모의하였으며 정량적인 평가를 수행하였고 그 결론을 요약하면 다음과 같다.
- 본 연구에서는 내성천유역을 대상으로 TREX 모형을 이용하여 유출과 유사농도 모의 결과에 주요한 영향을 미치는 조도계수 및 투수계수의 민감도 분석을 실시하였다. 이를 통해 과거에 발생한 단기 호우사상별 최적화된 매개 변수들을 적용하여 다양한 크기의 호우 발생 시 유역의 유출 및 유사 농도 변화를 모의하였으며 정량적인 평가를 수행하였고 그 결론을 요약하면 다음과 같다.
- 토양침식인자(K)는 Wischmeier and Smith (1978)과 Julien (1998)에 의해 제시된 값들을 사용하였다. 토양 유효 공극의 경우 최대 수분함량과 현장 수분함량 관측 값을 기초로 결정하였다.
- 토양과 유사의 입자특성은 굵은 자갈 이상, 굵은 자갈에서 가는 자갈, 가는 자갈에서 굵은 모래, 가는 모래 이하로 총 4가지 입자크기를 분류하여 모의를 수행하였다. 토양과 유사의 입자 침강속도는 유효입경에 해당하는 물의 온도가 10℃일 경우로 가정하여 Julien (1998)에 의해 표로 제시된 값을 활용하였으며 한계전단응력은 각각의 유효입경에 해당되는 값(Julien, 1998)들을 활용하였다.
- 이에 본 연구에서는 2011년 호우 사상에 대해 조도계수 민감도 분석시 적용한 투수계수 값을 내성천유역을 구성하는 모든 토양에 대해 값을 감소시켜 반복적인 검토를 수행하였으며 본 논문에서는 뚜렷한 변화를 검토할 수 있는 50% 및 80% 저감하였을 경우의 수치모의 결과만 제시하였다. 투수계수 변경에 따른 모든 모의결과를 실제 관측된 값과 비교하였다.
대상 데이터
- TREX 모형에 필요한 지형자료(수치고도모형, 토지이용도, 토양도 등)는 30 × 30 m 격자의 해상도를 갖는 자료를 수집하여 150 ×150 m 격자크기로 변환하여 사용하였다.
- TREX 모형의 입력자료 구축을 위해 내성천유역에 대한 수치고도모형(Digital Elevation Model, DEM), 토지이용도, 토양도, 하천, 강우 자료를 수집하였다(Jeong, 2014). TREX 모형에 필요한 지형자료(수치고도모형, 토지이용도, 토양도 등)는 30 × 30 m 격자의 해상도를 갖는 자료를 수집하여 150 ×150 m 격자크기로 변환하여 사용하였다.
- TREX 모형은 최소 분 단위의 강우자료를 입력할 수 있지만 현실 적인 모형 구동시간을 고려하여 시 단위 강우자료를 사용 -하였다. 내성천유역의 TREX 모형 보정 및 검증을 위해 실측된 유출량 및 유사량 자료를 활용하였다. 실측된 유출량 자료는 낙동강홍수통제소(www.
- 본 연구에서는 내성천유역 내 9개의 관측소(월포, 시항, 동로1, 동로2, 영주, 풍기, 희방, 부석, 봉화), 내성천유역외 13개의 관측소(동화원, 이안, 사벌, 지보, 안동, 의촌, 명호, 재산, 도천, 석현, 하동, 단양, 덕산), 총 22개의 관측소 (Fig. 1)를 대상으로 단기간에 큰 호우가 발생한 2011년(6월 23∼28일)의 강우자료를 국가수자원관리종합정보시스템(http://www.wamis.go.kr)을 통해 수집하였다.
- 최근 기후변화로 인한 자연재해의 규모 증가와 도시화 및 산업화의 진행으로 토지이용이 변화하면서 유역 내 돌발홍수, 토양침식, 유사이송으로 인한 문제가 발생하고 있다. 본 연구의 대상 유역인 내성천유역은 기존 연구에서 실시한 현장조사와 유사발생 잠재성 평가(Ji et al., 2012)에서 토양침식으로 인한 유사발생 위험성이 매우 높다고 평가된 유역이다. 이러한 중대규모 유역의 경우 강우 발생 시 유역반응 예측과 이에 따른 관리 방안 마련을 위해서는 강우-유출-토양침식-유사이송으로 이어지는 유역 단위의 시·공간적 분석이 반드시 필요하다.
- 내성천유역의 TREX 모형 보정 및 검증을 위해 실측된 유출량 및 유사량 자료를 활용하였다. 실측된 유출량 자료는 낙동강홍수통제소(www.nakdongriver.go.kr)의 2011년 호우사상에 대한 내성천유역의 주요 지점별(향석, 미호, 월호, 예천) 유량 자료를 활용하였으며, 실측된 유사량 자료는 향석과 송리원 지점을 대상으로 개발된 유량-유사량 관계식 자료를 활용하였다(Fig. 1). 향석 지점의 유량-유사량 관계식(KOWACO, 2012)은 2010년에 실측된 자료이며, 송리원 지점의 유량-유사량 관계식(KOWACO, 2012)은 1992년에 실측된 자료이다.
- 5초에서 8초 사이의 다양한 시간간격 값들이 적용되었다(Jeong, 2014). 전체 유출 및 유사이송 모의시간은 호우사상이 발생한 96시간을 포함한 총 144시간을 모의하였다. 호우가 발생하지 않은 시간에 해당하는 추가적인 48시간은 수문곡선상 유출이 감소되는 하강곡선에서 기저유량 상태로 회복되는 기간을 충분히 모의할 수 있도록 추가시간을 설정한 것이다.
- 8 km이다. 하천의 물리적 크기 즉 하폭, 강턱 높이, 사면경사 등은 내성천의 HEC-RAS 지형자료(MLTMA, 2013)를 이용하여 결정하였다.
데이터처리
- Ji et al. (2014) 연구에서 2008년 및 2009년 호우사상에서 적용한 TREX 모형의 주요 매개변수(조도계수 및 투수계수)를 동일하게 사용하여 2011년 호우사상에 대한 수치모의를 실시하였으나 관측된 유출량 및 유사 농도 결과와의 오차가 크게 나타나 2011년 호우사상에 적합한 주요 매개변수 값을 파악하기 위해 민감도 분석을 실시하였다. 그 결과는 앞선 3장에서 제시하였으며 본 장에서는 2008년, 2009년, 2011년 호우사상에 따른 최적의 매개변수를 최종 결정하고 평가하였으며 그 내용을 요약하였다.
- 45로 증대시켜 지표수 유출 유속을 감소시킴으로써 향석 지점에서의 유출곡선에 미치는 영향을 분석하기 위한 조건 두 가지로 구분하여 모의를 수행하였다. 최종적으로 조도계수 변경에 따른 두 가지 모의결과를 실제 관측된 값과 비교하여 민감도 분석을 실시하였다.
이론/모형
- 모형의 이론에 대한 사항은 TREX User’s Manual (Velleux et al., 2006)을 참고할 수 있다.
- 본 연구에서 활용한 TREX 모형의 처리과정은 수문학적 처리과정과 유사이송 처리과정으로 구분할 수 있다. 수문학적 처리과정은 강수와 차단, 적설과 융설, 침투와 투과손실, 저류, 지표 및 하도 흐름으로 구분할 수 있으며, 유사이송 처리과정은 이류-확산, 침식, 퇴적, 하상변화로 구분할 수 있다.
- 토양과 유사의 입자 침강속도는 유효입경에 해당하는 물의 온도가 10℃일 경우로 가정하여 Julien (1998)에 의해 표로 제시된 값을 활용하였으며 한계전단응력은 각각의 유효입경에 해당되는 값(Julien, 1998)들을 활용하였다. 지표면에서의 한계유속은 각각의 토양특성에 따라 정의되었으며 Moore and Burch (1986)의 관계식에 기초한 값을 활용하였고, 하천의 유사와 관련된 한계유속은 유사가 이동하는 동안 비점착성 유사라는 가정을 기초로 각각의 입자특성에 Yang (1996)에 의해 제시된 관계식에 기초한 값을 활용하였다.
- , 2005). 지표수와 하도흐름의 저항을 나타내는 Manning 조도계수의 경우 초기 값은 USACE(1998)와 Chow (1959)에 의해 제시된 토지이용 특성에 기초하여 결정한 후 추후 모형 보정변수로 활용하였다. 토양피복인자(C), 침식제어대책인자 (P)의 값들은 Wischmeier and Smith (1978)와 Julien (1998)에 의해 제시된 값들을 사용하였다.
- (1993)이 제시한 토양특성을 기초로 결정된 것이며 최종 유효 수리전도도의 경우 본 연구의 모형 보정에 주요한 변수이다. 토양침식인자(K)는 Wischmeier and Smith (1978)과 Julien (1998)에 의해 제시된 값들을 사용하였다. 토양 유효 공극의 경우 최대 수분함량과 현장 수분함량 관측 값을 기초로 결정하였다.
- 지표수와 하도흐름의 저항을 나타내는 Manning 조도계수의 경우 초기 값은 USACE(1998)와 Chow (1959)에 의해 제시된 토지이용 특성에 기초하여 결정한 후 추후 모형 보정변수로 활용하였다. 토양피복인자(C), 침식제어대책인자 (P)의 값들은 Wischmeier and Smith (1978)와 Julien (1998)에 의해 제시된 값들을 사용하였다.
- 하천의 특성은 TauDEM 4.0 (Tarboton, 1997)을 이용해 하도를 구축한 뒤 설정하였다. 하도는 2,135개의 node로 구성된 53개의 link로 구성하였으며 총 하천의 길이는 34.
성능/효과
- 기존에 검보정된 2008년, 2009년 단기호우사상에 대한 모의결과와 본 연구에서 유출량이 크게 증가한 2011년 단기호우사상의 TREX 모의 결과를 종합해 봤을 때 내성천 유역의 토지 피복이 숲인 지역의 조도계수를 0.4에서 0.45로 변경하여도 유출량의 변화는 그 민감도가 적은 것으로 나타났으며 평균 유사농도 값과 유사농도의 범위에 있어서도 모의 결과가 근소하게 증가하나 큰 차이는 없는 것으로 나타났다. 즉, 내성천의 경우 유출 모의와 유사농도 변화를 모의하는데 있어 토지 피복이 숲인 지역의 조도계수 값이 결과에 미치는 민감도는 적은 것으로 나타났다.
- 먼저 앞서 언급한 바와 같이 조도계수 변경에 따른 유출량 및 유사 농도 모의결과는 투수계수와 비교하였을 때 모의 결과에 미치는 그 민감도가 적은 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서 적용한 2008년 및 2009년 호우사상, 2011년 호우사상의 강우와 유출량 규모 내에서는 동일한 조도계수 값(Table 5)을 적용하여 사용해도 모의결과에는 큰 차이가 없을 것으로 판단된다. 반면에 투수계수 변경에 따른 2011년 호우사상의 유출 및 유사 모의결과는 매우 큰 변화의 폭을 나타내며 다양한 결과를 나타내었다.
- 이러한 원인으로는 2011년 호우사상에서 발생한 홍수량의 범위가 송리원 지점의 유량-유사량 관계식 개발에 사용된 관측 유량의 범위를 벗어나는 값들이기 때문에 관측된 유량 범위를 벗어나는 홍수량에 대해서는 개발된 관계식을 외삽하여 사용함으로써 홍수시의 유사 농도를 과대평가하고 있기 때문이다. 따라서 송리원 지점의 유사농도 모의 결과와 유량-유사량 관계식에 의한 계산된 결과와의 차이는 개발된 유량-유사량 관계식을 외삽하여 사용하는 방법 자체의 불확실성에 의해 발생한 오차라고 판단된다. 송리원 지점의 유량-유사량 관계식은 약 10 m3/s에서 150 m3/s의 유량에서 관측된 유사자료를 기반으로 개발된 관계식이며 2011년 호우사상의 경우 송리원 지점의 유출량이 이 범위를 초과한 것으로 판단되기 때문에 유사 농도에 대한 모형 검보정을 위한 대표 지점으로 송리원 지점을 활용하기에는 무리가 있을 것으로 판단된다.
- 반면 향석, 미호, 월호 지점과 비교했을 때 유출량의 오차가 크게 나타난 예천 지점의 경우 투수계수 값을 변경하는 것 외에 본 연구의 수치모의 상에서 제외된 상류의 저류지 정보를 추가함으로써 과대 산정되는 총유출량과 첨두 유출량의 모의 정확도를 높일 수 있을 것으로 판단된다. 또한 TREX 모형의 유사농도 모의의 경우 모의된 결과와 유량-유사량 관계식에 의해 계산된 결과를 정량적으로 비교 했을 때 모형의 정확도는 지점별로 관측된 유사량 자료의 양적, 질적 차이에 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 향석 지점의 경우 TREX 모형의 모의결과는 관측치에 기초하여 유도된 유량-유사량 관계식에 의해 계산된 유사농도 범위를 포함하고 있으며, 유출이 큰 구간에서 모의된 유사농도와 계산된 유사농도가 더 일치하는 것으로 나타났다.
- 또한 분포형 모형을 이용해 유역의 유사 운반과정에 대한 시·공간적 분포를 파악하는 것은 효과적인 유사 최적관리기법(BMPs)을 수립하는데 있어 유용한 수단이 될 수 있다는 사실을 언급했다.
- 2와 같이 나타냈으며 Table 1은 향석 지점을 포함한 내성천유역의 주요 지점(미호, 월호, 예천)에서의 모의 결과와 관측 값을 비교한 표이다. 먼저 내성천의 본류에 위치한 향석, 미호 지점은 조도계수 변경에 따른 두 가지 모의결과에서 모두 관측된 값에 비해 과소 산정되는 경향이 나타났으며 내성천 지류에 위치한 월호, 예천 지점에서는 관측된 값에 비해 과대 산정되는 경향이 나타났다.
- 4%(8 m3/s)로 감소하였다. 미호 지점 역시 투수계수 저감 전에 비해 투수계수 50%, 80% 저감 후, 총 유출량은 관측된 값과의 차이가 -18.9%(4.10E+ 07 m3)에서 -6% (1.30E+07 m3), 5.1%(1.10E+ 07 m3)로 점차 감소하였으며 첨두 유출량은 관측 값과의 차이가 -32.8%(707 m3/s)에서 -27% (581 m3/s), -24%(524 m3/s)로 감소하였다. 반면, 내성천지류에 위치한 월호와 예천 지점의 경우에는 투수계수를 저감 시킬수록 관측 값과의 차이는 더 증가하였다.
- 8/%로 나타나 총 유출량 보다는 첨두 유출량과 첨두 유출이 발생하는 시간에 대해 비교적 정확한 모의결과가 도출된 것으로 판단된다. 미호 지점의 경우에는 총 유출량은 RPD가 -6%에서 22.2%, 첨두 유출량은 -27%에서 14.8%, 첨두 유출량 발생 시간은 2.9%에서 23.1%로 나타나 첨두 유출량보다는 총 유출량과 첨두 유출이 발생하는 시간에 대해 비교적 정확한 모의결과가 도출된 것으로 나타났다. 월호 지점은 총 유출량의 RPD가 -4.
- 즉, 내성천의 경우 유출 모의와 유사농도 변화를 모의하는데 있어 토지 피복이 숲인 지역의 조도계수 값이 결과에 미치는 민감도는 적은 것으로 나타났다. 반면 내성천유역에 대한 TREX 모형의 투수계수에 대한 민감도 분석 결과, 투수계수 감소에 따라 모든 지점에서 전체적인 유출 수문곡선의 양상은 크게 변화하지 않았으나 투수계수 값을 저감 시킬수록 총 유출량 및 첨두 유출량은 점차 증가하는 것으로 나타났다. 내성천의 최하류단 관측 지점인 향석 지점의 경우 투수계수를 50%, 80% 저감한 경우 총 유출량의 관측된 값과의 차이가 -26.
- 5와 같이 나타냈으며 Table 4는 향석 지점과 송리원 지점의 모의결과와 관측 값을 정량적으로 비교한 것이다. 수치모의 결과, 투수계수를 저감시킬수록 모든 지점에서 평균 유사농도 및 유량에 따른 유사농도 범위가 증가하였으며, 향석 지점의 경우 투수계수를 50% 저감하였을 때 유사 농도 모의 값이 유량-유사량 관계식(실측 유사 자료를 이용하여 개발)에 의해 계산된 값과 가장 근사한 것으로 나타났다. 송리원 지점의 경우 앞서 실시한 조도계수에 따른 민감도 분석 결과와 마찬가지로 유량-유사량 관계식의 유량 범위를 벗어나는 값들에 대해 관계식을 외삽하여 사용하는 방법의 불확실성에 기인하여 모의결과와 큰 차이가 발생하였으며, 현장 측정 자료의 부족으로 인해 TREX 모형의 모의결과와 비교하기에는 그 대표성이 떨어지는 것으로 판단된다.
- 3과 같이 나타냈으며 유사 관측 자료가 있는 향석 지점과 송리원 지점의 모의 결과와 관측 자료의 정량적 비교는 Table 2와 같다. 수치모의 결과, 향석 지점은 숲 영역의 조도계수 변화와 상관없이 TREX 모형에 의해 모의된 유사농도 범위가 향석 지점에 대해 관측 자료를 기초로 개발한 유량-유사량 관계식에 의해 계산된 유사농도 범위를 포함하고 있는 것으로 나타났으며 유출량이 점차 증가함에 따라 유량-유사량 관계식을 이용한 계산 값과 모의한 값이 근사해지는 경향을 보였다. 반면에 송리원 지점의 경우 조도계수에 변경에 따른 두 가지 모의 결과에서 모두 계산된 값에 비해 전체적으로 매우 작게 산정되었다.
- 한반도의 중동부에 위치한 내성천유역의 전반적인 강우특성은 6월에서 9월에 걸쳐 한반도를 통과하는 저기압 및 6월 말에서 8월 초에 걸쳐 한반도에 상륙하는 열대성 저기압에 의한 집중호우가 발생한다는 것이다. 연평균 강수량은 1,107.7 mm으로 전국평균인 1,245.0 mm보다 약 137 mm 적은 것으로 나타났으며, 낙동강유역의 연평균 강수량 1,178.2 mm보다 약 70 mm 적은 것으로 나타났다. 내성천유역의 하천특성은 대부분의 유역분지가 화강암 풍화층으로 이루어져 있어 화강암으로부터 붕괴되어 발생하는 유사의 공급이 많아 하천의 상류에서 하류에 이르기까지 대부분 모래하천으로 구성되어 있는 특징을 갖고 있다.
- 1%로 나타나 첨두 유출량보다는 총 유출량과 첨두 유출이 발생하는 시간에 대해 비교적 정확한 모의결과가 도출된 것으로 나타났다. 월호 지점은 총 유출량의 RPD가 -4.9%에서 51%, 첨두 유출량은 -3.3%에서 32%, 첨두 유출량 발생 시간은 2.3%에서 16%로 나타나 첨두 유출이 발생하는 시간에 대해 비교적 정확한 모의결과가 도출된 것으로 나타났다. 반면 예천 지점의 경우 첨두 유출이 발생하는 시간에 대해 비교적 정확한 모의결과(-3%에서 1.
- 이 두 가지 모의결과를 상세히 비교해 보면 유출 모의의 경우 본류에 위치한 향석, 미호 지점에서는 50% 저감 후 모의결과에 비해 80% 저감 후 모의결과가 관측된 값과 더 근소한 차이를 보였으나 지류에 위치한 월호, 예천 지점에서는 80% 저감 후 모의결과가 50% 저감 후 모의결과에 비해 유출량이 큰 폭으로 급증하는 결과를 나타내 관측된 값과 보다 큰 차이를 나타내었다(Table 3). 유사 모의결과의 경우 Fig. 5를 보면 투수계수를 50% 저감한 결과가 80%를 저감한 결과에 비해 유출이 점차 증가할수록 관측된 유사농도 값과 비교적 일치하는 것으로 나타났다. 이러한 사실을 토대로 2011년 호우사상에 대한 최적의 투수계수 값은 2008년 및 2009년 호우사상에서 적용한 투수계수의 50%를 저감한 값(Table 6)을 적용하는 것이 보다 적합한 것으로 판단된다.
- 4%(8 m3/s)로 감소하였다. 유사농도 모의의 경우에도 투수계수를 저감시킬수록 모든 지점에서 평균 유사농도 및 유량에 따른 유사 농도 범위가 증가하였으며, 향석 지점의 경우 투수계수를 50% 저감하였을 때 유사 농도 모의 값이 유량-유사량 관계식(실측 유사 자료를 이용하여 개발)에 의해 계산된 값과 가장 근사한 것으로 나타났다. 이러한 연구결과를 토대로 따라서 내성천유역의 경우는 상하류의 유출량 예측이 관측치와 비교했을 때 과대 및 과소 산정되는 경향을 개선하기 위해서는 조도계수 보다는 투수계수를 활용하여 모형의 예측 정확도를 높이는 것이 타당한 것으로 판단된다.
- 4와 같이 나타냈으며 Table 3은 향석 지점을 포함한 내성천유역의 주요 지점(미호, 월호, 예천)에서의 유출량 모의결과와 관측 값을 정량적으로 비교한 것이다. 유출 모의결과, 모든 지점에서 전체적인 유출 수문곡선의 양상은 크게 변화하지 않았으나 투수계수 값을 저감 시킬수록 총 유출량 및 첨두 유출량은 점차 증가하는 것으로 나타났다. 향석 지점의 경우 투수계수를 50% 및 80% 저감한 경우 총 유출량은 관측된 값과의 차이가 -26.
- 기존 2008년 및 2009년에서 적용한 투수계수의 50%, 80%를 저감한 값을 적용하여 수치모의 한 결과가 2011년 호우사상의 관측된 값과 비교적 유사한 결과를 나타내었다. 이 두 가지 모의결과를 상세히 비교해 보면 유출 모의의 경우 본류에 위치한 향석, 미호 지점에서는 50% 저감 후 모의결과에 비해 80% 저감 후 모의결과가 관측된 값과 더 근소한 차이를 보였으나 지류에 위치한 월호, 예천 지점에서는 80% 저감 후 모의결과가 50% 저감 후 모의결과에 비해 유출량이 큰 폭으로 급증하는 결과를 나타내 관측된 값과 보다 큰 차이를 나타내었다(Table 3). 유사 모의결과의 경우 Fig.
- 5를 보면 투수계수를 50% 저감한 결과가 80%를 저감한 결과에 비해 유출이 점차 증가할수록 관측된 유사농도 값과 비교적 일치하는 것으로 나타났다. 이러한 사실을 토대로 2011년 호우사상에 대한 최적의 투수계수 값은 2008년 및 2009년 호우사상에서 적용한 투수계수의 50%를 저감한 값(Table 6)을 적용하는 것이 보다 적합한 것으로 판단된다.
- 유사농도 모의의 경우에도 투수계수를 저감시킬수록 모든 지점에서 평균 유사농도 및 유량에 따른 유사 농도 범위가 증가하였으며, 향석 지점의 경우 투수계수를 50% 저감하였을 때 유사 농도 모의 값이 유량-유사량 관계식(실측 유사 자료를 이용하여 개발)에 의해 계산된 값과 가장 근사한 것으로 나타났다. 이러한 연구결과를 토대로 따라서 내성천유역의 경우는 상하류의 유출량 예측이 관측치와 비교했을 때 과대 및 과소 산정되는 경향을 개선하기 위해서는 조도계수 보다는 투수계수를 활용하여 모형의 예측 정확도를 높이는 것이 타당한 것으로 판단된다. 투수계수는 유역 전체의 모든 유출 모의결과에 대해 매우 민감한 영향을 미치는 것을 알 수 있다.
- 45로 변경하여도 유출량의 변화는 그 민감도가 적은 것으로 나타났으며 평균 유사농도 값과 유사농도의 범위에 있어서도 모의 결과가 근소하게 증가하나 큰 차이는 없는 것으로 나타났다. 즉, 내성천의 경우 유출 모의와 유사농도 변화를 모의하는데 있어 토지 피복이 숲인 지역의 조도계수 값이 결과에 미치는 민감도는 적은 것으로 나타났다. 반면 내성천유역에 대한 TREX 모형의 투수계수에 대한 민감도 분석 결과, 투수계수 감소에 따라 모든 지점에서 전체적인 유출 수문곡선의 양상은 크게 변화하지 않았으나 투수계수 값을 저감 시킬수록 총 유출량 및 첨두 유출량은 점차 증가하는 것으로 나타났다.
- 3%)가 도출되었으나 총 유출량 및 첨두 유출량은 관측 값에 비해 매우 크게 산정되었다. 첨두 유출량과 첨두 유출 값을 수치모의 상에서 감소시킬 수 있는 방법은 투수계수를 저감하여 적용하는 방법이 있으나 예천 지점의 오차를 완화하기 위해서는 투수계수 값의 조정 외에 상류에 위치한 예천양수발전소의 저류 효과를 고려해야할 필요가 있는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 예천양수발전소의 정확한 제원 및 저류량에 대한 정보가 수집되지 않아 예천양수발전소에 대한 저류 효과를 모의에 고려하지 않았으나 예천 지점의 보다 정확한 수치모의 결과를 활용하기 위해서는 발전소 저류지의 저류량을 유출 모의시 고려해야 할 것이다.
- 20E + 07)로 감소하였다. 첨두 유출량은 관측 값과의 차이가 투수계수 저감 전에 비해 투수계수(Kh) 50% 및 80% 저감 후, -14.4%(331 m3/s)에서 -6.1%(140 m3/s) 및 -0.4%(8 m3/s)로 감소하였다. 미호 지점 역시 투수계수 저감 전에 비해 투수계수 50%, 80% 저감 후, 총 유출량은 관측된 값과의 차이가 -18.
- 투수계수 값의 감소는 강우 침투량을 감소시키고 총유출량과 첨두 유출량을 증가시키기 때문에 관측 유출수문 곡선에 비해 총유출량과 첨두 유출량이 작게 나타난 향석과 미호 지점에서는 투수계수 값을 감소시킬수록 관측치와 근사해지는 경향이 나타났으나 월호와 예천 지점의 경우 관측 유출수문곡선에 비해 총유출량과 첨두 유출량이 크게 나타난 상태에서 투수계수 값을 감소시켰기 때문에 관측치와의 차이가 더 크게 증가하였음을 알 수 있다.
- 송리원 지점의 유량-유사량 관계식은 약 10 m3/s에서 150 m3/s의 유량에서 관측된 유사자료를 기반으로 개발된 관계식이며 2011년 호우사상의 경우 송리원 지점의 유출량이 이 범위를 초과한 것으로 판단되기 때문에 유사 농도에 대한 모형 검보정을 위한 대표 지점으로 송리원 지점을 활용하기에는 무리가 있을 것으로 판단된다. 한편 조도계수 변경에 따른 두 가지 모의결과를 상호 비교해보면 숲에 대한 조도계수를 기존 0.4에서 0.45로 수정하여 모의했을 때 평균 유사농도 값과 유사농도의 범위가 근소하게 증가하나 큰 차이는 없는 것으로 나타났다. 즉, 유출 모의와 마찬가지로 조도계수에 따른 유사 농도의 변화는 그 민감도가 적은 것으로 판단된다.
- 또한 TREX 모형의 유사농도 모의의 경우 모의된 결과와 유량-유사량 관계식에 의해 계산된 결과를 정량적으로 비교 했을 때 모형의 정확도는 지점별로 관측된 유사량 자료의 양적, 질적 차이에 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 향석 지점의 경우 TREX 모형의 모의결과는 관측치에 기초하여 유도된 유량-유사량 관계식에 의해 계산된 유사농도 범위를 포함하고 있으며, 유출이 큰 구간에서 모의된 유사농도와 계산된 유사농도가 더 일치하는 것으로 나타났다.
- 호우사상별 TREX 모형의 유사 모의결과(Table 8)를 요약해 보면 향석 지점의 경우 평균 유사농도는 다소 차이가 있으나 모의된 유사농도 범위는 실측 유량-유사량 관계식에 의해 계산된 유사농도 범위를 포함하고 있는 것으로 나타났다. 송리원 지점의 경우 앞서 언급한 바와 같이 관측된 유량-유사량 범위를 벗어나는 값들에 대해 관계식을 외삽하여 사용하는 방법 자체의 불확실성으로 인해 모의된 유사농도는 계산된 유사농도에 비해 전체적으로 매우 작게 산정되었다.
- 본 연구에서 수행한 호우사상별(2008년, 2009년, 2011년) 최적화된 매개변수를 적용하여 수치모의를 수행한 결과는 내성천유역의 주요 지점을 대상으로 Tables 7 and 8 에 요약하였다. 호우사상별 TREX 모형의 유출 모의결과를 요약해 보면 먼저 최종 유출구 지점인 향석 지점에서의 모의된 유출수문곡선과 관측된 유출수문곡선의 경우 총 유출량은 두 값의 상대적인 % 차이(RPD, Relative Percent Difference)가 -13.8%에서 14.3%였으며, 첨두 유출량은-6.1%에서 11.8%, 첨두 유출량 발생 시간은 -0.4%에서 1.8/%로 나타나 총 유출량 보다는 첨두 유출량과 첨두 유출이 발생하는 시간에 대해 비교적 정확한 모의결과가 도출된 것으로 판단된다. 미호 지점의 경우에는 총 유출량은 RPD가 -6%에서 22.
- 송리원 지점의 경우 앞서 언급한 바와 같이 관측된 유량-유사량 범위를 벗어나는 값들에 대해 관계식을 외삽하여 사용하는 방법 자체의 불확실성으로 인해 모의된 유사농도는 계산된 유사농도에 비해 전체적으로 매우 작게 산정되었다. 호우사상별 유사에 대한 TREX 모형의 모의결과를 종합해 보면 모의된 결과와 유량-유사량 관계식에 의해 계산된 결과를 정량적으로 비교했을 때 모형의 정확도는 지점별로 관측된 유사량 자료의 양적, 질적 차이에 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 즉, 송리원 지점의 경우 유량-유사량의 현장 측정자료 부족으로 인한 유량-유사량 관계곡선의 적용범위가 한정적이기 때문에 TREX 모형의 모의결과와 비교하기에는 그 대표성이 떨어지는 것으로 판단된다.
- 호우사상별(2008년, 2009년, 2011년)로 최적화된 조도 계수와 투수계수를 적용하여 수치모의를 수행한 결과, 최종 유출구 지점인 향석 지점에서의 모의된 유출수문곡선은 관측된 유출수문곡선과 비교했을 때 총 유출량 보다는 첨두 유출량과 첨두 유출이 발생하는 시간에 대해 비교적 정확한 모의결과가 도출된 것으로 나타났다. 반면 향석, 미호, 월호 지점과 비교했을 때 유출량의 오차가 크게 나타난 예천 지점의 경우 투수계수 값을 변경하는 것 외에 본 연구의 수치모의 상에서 제외된 상류의 저류지 정보를 추가함으로써 과대 산정되는 총유출량과 첨두 유출량의 모의 정확도를 높일 수 있을 것으로 판단된다.
후속연구
- 호우사상별(2008년, 2009년, 2011년)로 최적화된 조도 계수와 투수계수를 적용하여 수치모의를 수행한 결과, 최종 유출구 지점인 향석 지점에서의 모의된 유출수문곡선은 관측된 유출수문곡선과 비교했을 때 총 유출량 보다는 첨두 유출량과 첨두 유출이 발생하는 시간에 대해 비교적 정확한 모의결과가 도출된 것으로 나타났다. 반면 향석, 미호, 월호 지점과 비교했을 때 유출량의 오차가 크게 나타난 예천 지점의 경우 투수계수 값을 변경하는 것 외에 본 연구의 수치모의 상에서 제외된 상류의 저류지 정보를 추가함으로써 과대 산정되는 총유출량과 첨두 유출량의 모의 정확도를 높일 수 있을 것으로 판단된다. 또한 TREX 모형의 유사농도 모의의 경우 모의된 결과와 유량-유사량 관계식에 의해 계산된 결과를 정량적으로 비교 했을 때 모형의 정확도는 지점별로 관측된 유사량 자료의 양적, 질적 차이에 큰 영향을 받는 것으로 나타났다.
- 첨두 유출량과 첨두 유출 값을 수치모의 상에서 감소시킬 수 있는 방법은 투수계수를 저감하여 적용하는 방법이 있으나 예천 지점의 오차를 완화하기 위해서는 투수계수 값의 조정 외에 상류에 위치한 예천양수발전소의 저류 효과를 고려해야할 필요가 있는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 예천양수발전소의 정확한 제원 및 저류량에 대한 정보가 수집되지 않아 예천양수발전소에 대한 저류 효과를 모의에 고려하지 않았으나 예천 지점의 보다 정확한 수치모의 결과를 활용하기 위해서는 발전소 저류지의 저류량을 유출 모의시 고려해야 할 것이다.
- , 2008). 앞서 설명한 조도계수 민감도 분석에서 언급하였듯이 향석 지점에서의 전체 유출량과 첨두 유출량이 과소 산정되는 것을 보완하기 위해서는 투수계수 값을 감소시켜 침투량을 감소시키고 유출량을 증대시킬 필요가 있다. 이에 본 연구에서는 2011년 호우 사상에 대해 조도계수 민감도 분석시 적용한 투수계수 값을 내성천유역을 구성하는 모든 토양에 대해 값을 감소시켜 반복적인 검토를 수행하였으며 본 논문에서는 뚜렷한 변화를 검토할 수 있는 50% 및 80% 저감하였을 경우의 수치모의 결과만 제시하였다.
- 또한 민감도 분석을 통해 보정 및 검증된 주요 매개변수들을 다양한 크기의 단기호우사상에 적용하여 모의를 수행하고 주요 지점별 유출 및 유사이송의 정량적인 평가를 수행하고자 한다. 이를 통해 도출된 결과들은 분포형 모형 활용의 최종 목표인 유출량 및 유사 농도의 시공간적 변화, 유사 공급원 분석, 극한호우 사상 발생 후 최종 지표고 변화 분석 등에 활용할 수 있으며 모형에서 도출되는 결과 값의 예측 정확도 제고에도 기여할 수 있을 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.