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
- 그러나, USDA (2004)에서 제시한 가중평균유효우량법은 우리나라 유역에 적용된 바가 없다. 따라서, 본 연구에서는 유역을 토양형과 토지이용상태에 따라 소구역으로 분할하여 소구역의 CN값을 결정하고 NRCS-CN 유효우량 산정공식을 적용하여 소구역의 유효우량을 산정한 후, 이를 면적가중평균하여 유역 평균 유효우량을 산정하는 가중평균유효우량법을 국내 유역에 적용하고, 이를 가중평균CN법과 관측 직접유출고와 비교분석하고자 한다.
- 본 연구에서는 유역 내 강우-유출 관측자료 및 토지피복상태, 수문학적 토양군 등을 이용하여 유효우량(또는 직접유출량)을 산정하는 방법을 검토하였다. 이러한 연구결과는 현재 사용되고 있는 CN 값이 국내 유역의 토지이용특성에 따른 유출 특성을 반영하는지에 대한 타당성을 검토하는데 활용될 수 있으며, 이를 바탕으로 국내에서 효과적으로 적용할 수 있는 유효우량 산정방법에 대한 방안을 도출할 수 있을 것이다.
제안 방법
- Eq. (3)을 이용하여 수문학적 토양군 및 토지이용현황에 따른 CN값을 면적가중평균하여 유역 평균 CN을 산정하였다.
- 본 연구에서는 유역 평균 CN을 사용하여 유효우량을 산정하는 NRCS-CN 방법을 개선하기 위하여 USDA (2004)에서 제시한 토지이용종류별 유효우량을 산정하고 면적가중평균을 이용하여 유역의 유효우량을 산정하는 가중평균유효우량법을 국내 유역에 적용하였다. 또한 NRCS-CN 방법으로 산정한 유효우량을 관측 직접유출량과 비교 및 분석을 수행하였다. 본 연구에서 수행한 비교·분석 결과, 가중평균유효우량법을 이용한 유효우량(유효우량 II)이 가중평균CN법을 이용한 유효우량(유효우량 I) 보다 전반적으로 크게 산정되었다.
- 본 연구에서 유출곡선지수(CN)를 산정하기 위해 MLTM (2012)에서 제시한 수문학적 토양군과 토지이용현황에 따른 유출곡선지수(AMC-Ⅱ 조건)를 사용하였으며, 수치토지피복도(1:25000)와 수치정밀토양도(1:25000)을 이용하여 분류한 수문학적 토양군 및 토지 이용현황을 고려하여 유출곡선지수(CN)을 산정하였다. 단, 논의 경우, 수문학적 토양군에 상관없이 79 (AMC-Ⅱ)를 CN값으로 사용하였다.
- 우리나라 전역에 산재해 있는 1,200여개의 토양통에 토양부호를 붙이고 토양의 침투율을 고려하여 토양부호 별로 4가지 수문학적 토양군인 A, B, C, D 중의 하나를 부여하고 있다. 본 연구에서는 수치정밀토양도(농업진흥청 제공, 1:25000)을 이용하여 대상유역의 수문학적 토양군 분류를 수행하였다. Fig.
- 본 연구에서는 유역 평균 CN을 이용하는 가중평균CN법을 적용한 유효우량(유효우량 I)과 토지이용에 따른 소구역별 유효우량을 산정한 후 합산하는 가중평균유효우량법을 적용한 유효우량(유효우량 II)을 산정하여 비교·분석하였다.
- 본 연구에서는 이와 같이 산정한 관측 직접유출량을 기준으로 3.2에서 산정한 유효우량 I과 유효우량 II을 비교·분석하였다.
- 토지이용상태 및 식생피복처리상태는 크게 농경지, 도시지역으로 구분되며, 수문학적 조건은 수직배수가 불량하여 유출률이 높은 불량(Poor), 수직배수가 보통 이어서 유출률이 중간인 보통(Fair), 수직배수가 양호하여 유출률이 낮은 양호(Good)로 구분된다(SCS, 1972). 본 연구에서는 중분류 수치토지피복도(환경부 제공, 1:25000)와 GIS 기법을 활용하여 대상유역의 토지피복 분류체계의 따른 토지이용현황을 분류하였다. Fig.
- NRCS-CN 방법은 지속기간 24시간 이상의 강우사상에 적용되어야하기 때문에(Kibler, 1982), 본 연구에서는 Jun and Yoo (2012)가 제안한 바와 같이 절단값 1 mm와 무강우 시간 12시간을 적용한 IETD (Inter-Event Time Definition) 기법을 이용하여 지속기간이 24시간 이상인 호우사상을 선정하였다. 선정된 호우사상에 해당하는 유출수문곡선은 Fig. 2와 같이 추출하였으며, 유출수문곡선을 적분하여 유역 면적으로 나누어 총유출고을 결정하였다. 본 연구에서는 점촌 유역 6개, 중랑교 유역 12개, 회덕 유역 8개, 흑천교 유역 6개의 강우-유출 사상이 선정되었다.
대상 데이터
- 강우 및 유량 자료는 2007, 2008, 2010년도의 우기(6월∼9월)의 시단위 자료이며, 수위관측소로부터 수위자료를 확보하여 수위-유량 관계곡선을 이용하여 유량 자료를 구축하였다.
- 본 연구는 관측유량자료를 확보할 수 있는 4개의 수위관측지점(점촌, 중랑교, 회덕, 흑천교)을 선정하고, Fig. 1과 같이 유역을 구분하였다. 흑천교 수위관측지점 유역(유역면적 307.
- 본 연구에서는 유량조사사업단(www.hsc.re.kr)의 유량 측정성과를 비롯하여 한강, 낙동강, 금강 홍수통제소에서 관리 및 제공하는 강우량 및 유량 자료를 확보하여 대상 유역별로 정리하였다. 강우 및 유량 자료는 2007, 2008, 2010년도의 우기(6월∼9월)의 시단위 자료이며, 수위관측소로부터 수위자료를 확보하여 수위-유량 관계곡선을 이용하여 유량 자료를 구축하였다.
- 2와 같이 추출하였으며, 유출수문곡선을 적분하여 유역 면적으로 나누어 총유출고을 결정하였다. 본 연구에서는 점촌 유역 6개, 중랑교 유역 12개, 회덕 유역 8개, 흑천교 유역 6개의 강우-유출 사상이 선정되었다. NRCS-CN 방법을 적용하기 위한 사전 분석을 통해 대상 강우-유출 사상의 지속기간, 총강우량, 선행5일강우량, AMC 조건, 총유출량 등을 Table 1에 정리하였다.
데이터처리
- 본 연구에서는 Eq. (5)와 같이 RMSE (Root Mean Squared Error), RRMSE (Relative Root Mean Squared Error), MAE(Mean Absolute Error)을 이용하여 관측 직접유출량과 유효우량 사이의 오차를 평가하였다. Table 6에 나타난 바와 같이, 유효우량 Ⅱ는 유효우량 Ⅰ보다 낮은 오차값을 가지고 있다.
이론/모형
- NRCS-CN 방법은 지속기간 24시간 이상의 강우사상에 적용되어야하기 때문에(Kibler, 1982), 본 연구에서는 Jun and Yoo (2012)가 제안한 바와 같이 절단값 1 mm와 무강우 시간 12시간을 적용한 IETD (Inter-Event Time Definition) 기법을 이용하여 지속기간이 24시간 이상인 호우사상을 선정하였다. 선정된 호우사상에 해당하는 유출수문곡선은 Fig.
- 강우 및 유량 자료는 2007, 2008, 2010년도의 우기(6월∼9월)의 시단위 자료이며, 수위관측소로부터 수위자료를 확보하여 수위-유량 관계곡선을 이용하여 유량 자료를 구축하였다. 또한, Thiessen 방법을 사용하여 유역의 평균강우량을 산정하였다.
- 또한, 설계홍수량 산정 시에 고려되는 큰 강우-유출 사상에 대한 비교·분석을 수행하기 위하여 Hawkins et al. (1985)가 제안한 홍수규모의 기준인 P/S > 0.46을 적용하여 각 강우-유출 사상별 홍수규모를 부여하였다.
- 기저유량을 분리하기 위한 수문곡선 분리 방법으로는 주 지하수 감수곡선법, 수평직선분리법, N-day법, 수정 N-day법, 가변경사법 등이 있다. 본 연구에서는 여러 수문곡선 분리 방법 중 상대적으로 간편하고 실무에서 많이 적용하는 방법인 수평직선분리법을 선택하여 기저유량과 직접유출량을 분리하였으며, 대상유역의 강우-유출 사상별로 Table 5에 정리하였다. 관측 직접유출량의 범위는 점촌 유역은 33.
- 본 연구에서는 유역 평균 CN을 사용하여 유효우량을 산정하는 NRCS-CN 방법을 개선하기 위하여 USDA (2004)에서 제시한 토지이용종류별 유효우량을 산정하고 면적가중평균을 이용하여 유역의 유효우량을 산정하는 가중평균유효우량법을 국내 유역에 적용하였다. 또한 NRCS-CN 방법으로 산정한 유효우량을 관측 직접유출량과 비교 및 분석을 수행하였다.
- 단, 논의 경우, 수문학적 토양군에 상관없이 79 (AMC-Ⅱ)를 CN값으로 사용하였다. 산림의 경우, 미국 산림청(U.S. Forest Service)에서 제시한 방법에 따라 부식토의 깊이(Humus depth, H)와 압밀정도(Compactness factor, C)에 따라 수문학적 조건의 등급(Hydrologic Condition Class, HC)을 결정하였다. 우리나라에서는 산림의 유출률이 수림보다 상대적으로 높은 점을 감안하여 산림의 유출곡선지수는 HC=2 (Type A: 48, Type B: 69, Type C: 79, Type D: 85)를 적용하였다(MLTM, 2012).
성능/효과
- 21개의 홍수규모가 큰 강우-유출 사상에서는 주로 AMC-Ⅲ 조건이 분포되어 있으며, 유효우량 Ⅱ가 유효우량 Ⅰ보다 관측된 직접유출량과 가까운 값을 나타낸 강우-유출 사상은 13개로 나타났다. 11개의 홍수규모가 작은 강우-유출 사상 중 모든 강우-유출 사상에서는 주로 AMC-Ⅰ, Ⅱ 조건이 분포되어 있으며, 유효우량 Ⅱ가 관측된 직접유출량보다 과소 산정되었지만 정확도는 유효우량 I에 비해 향상된 것으로 나타났다.
- 총 32개의 강우-유출 사상 중 홍수규모가 큰 강우-유출 사상은 21개, 홍수규모가 작은 강우-유출 사상은 11개로 나타났다. 21개의 홍수규모가 큰 강우-유출 사상에서는 주로 AMC-Ⅲ 조건이 분포되어 있으며, 유효우량 Ⅱ가 유효우량 Ⅰ보다 관측된 직접유출량과 가까운 값을 나타낸 강우-유출 사상은 13개로 나타났다. 11개의 홍수규모가 작은 강우-유출 사상 중 모든 강우-유출 사상에서는 주로 AMC-Ⅰ, Ⅱ 조건이 분포되어 있으며, 유효우량 Ⅱ가 관측된 직접유출량보다 과소 산정되었지만 정확도는 유효우량 I에 비해 향상된 것으로 나타났다.
- AMC 조건별로 관측 직접유출량과 유효우량과의 비교·분석을 수행한 결과(Fig. 7), AMC-Ⅰ과 Ⅱ 조건에서 산정된 유효우량은 관측된 직접유출량에 비해 최대 54.7 mm까지 과소 산정되었으며, AMC-Ⅲ 조건에서 산정된 유효우량은 전반적으로 관측 직접유출량에 가까운 값을 나타났지만, 일부 강우-유출 사상에서는 최대 91.1 mm까지 과다 산정되었다.
- 이는 대상 유역의 CN값에 대한 공간적인 분포가 다르고, 특히 도시지역에 대한 CN값이 크게 산정되어 유출량 또한 크게 산정됨으로 써 유효우량의 비교를 확인할 수 있었다. AMC 조건에 따라 관측 직접유출량과 산정된 유효우량의 비교분석을 통해 NRCS-CN 방법을 이용하여 산정한 유효우량이 과다 또는 과소 산정이 나타났다. 대상 유역의 전반적으로 AMC-Ⅰ, Ⅱ 조건에서는 과소 산정되었으며, 상대적으로 도시 지역이 많이 분포되어 있는 대상 유역에서 AMC-Ⅲ 조건에서 과다 산정되었음을 확인하였다.
- Fig. 5에 나타난 바와 같이, 유효우량의 시간적 분포를 살펴본 결과, 유효우량 Ⅰ과 비교하여 유효우량 Ⅱ는 유효우량 발생 시간이 빠르며, 유효우량의 지속시간 또한 길게 나타났다. 초기손실량에 대하여 확인해 본 결과, 유효우량 Ⅱ는 유효우량 Ⅰ보다 작게 산정되는 것을 확인할 수 있다.
- 가중평균유효우량법을 본 연구에 적용한 결과, 점촌 유역 4.24∼63.4 mm, 중랑교 유역 6.36∼149.6 mm, 회덕 유역 1.23∼117.9mm, 흑천교 유역 3.36∼128.4 mm로 나타났다.
- 각 대상유역별로는 점촌 유역에서는 최소 -0.6∼ 최대 4.4 mm, 중랑교 유역은 최소 -10.4∼ 최대 71.9 mm, 회덕 유역은 최소 0.7∼ 최대 4.0 mm, 흑천교 유역은 최소 1.1∼ 최대 51.0 mm 정도 유효우량 II가 유효우량 I보다 높게 산정되었다.
- 관측 직접유출량의 범위는 점촌 유역은 33.8∼69.1 mm, 중랑교 유역은 6.1∼168.9 mm, 회덕 유역은 4.3∼65.2mm, 흑천교 유역은 28.3∼134.4 mm로 나타났다.
- 관측된 직접유출량과의 비교·분석 결과, NRCS-CN 방법을 이용하여 유효우량을 산정할 경우 가중평균CN법을 이용하여 유효우량을 산정하는 방법보다 가중평균유효우량법을 적용한 유효우량이 유역의 유효우량을 전반적으로 보다 정확하게 산정하는 것으로 나타났다.
- AMC 조건에 따라 관측 직접유출량과 산정된 유효우량의 비교분석을 통해 NRCS-CN 방법을 이용하여 산정한 유효우량이 과다 또는 과소 산정이 나타났다. 대상 유역의 전반적으로 AMC-Ⅰ, Ⅱ 조건에서는 과소 산정되었으며, 상대적으로 도시 지역이 많이 분포되어 있는 대상 유역에서 AMC-Ⅲ 조건에서 과다 산정되었음을 확인하였다. 유효우량의 시간적 분포를 비교해 봄으로써, 유효우량 Ⅱ는 유효우량 Ⅰ보다 유효우량이 비교적 빠른 시간 내에 발생하였으며, 시간 분포 또한 긴 지속시간을 갖는 것으로 확인하였다.
- 이는 유효우량 Ⅱ가 유효우량 Ⅰ보다 정확한 직접유출량을 산정한다는 것을 보여준다. 또한 유역을 대표하는 토지이용상태에 따른 오차 분석을 통해 주로 산지 및 임야, 도시지역이 분포되어 있는 유역에서는 유효우량 Ⅱ가 유효우량 Ⅰ보다 관측된 직접유출량과 가까운 값을 갖는 것을 나타내었으며, 도시지역과 농업지역이 함께 분포되어있는 유역에서는 유효우량 Ⅰ와 유효우량 Ⅱ와의 차이가 유사함을 확인할 수 있었다. 홍수규모별 오차분석을 수행한 결과 큰 홍수규모 및 작은 홍수규모에서 유효우량 Ⅱ는 유효우량 Ⅰ보다 낮은 오차값이 나타났다.
- 관측된 직접유출량과의 비교·분석 결과, NRCS-CN 방법을 이용하여 유효우량을 산정할 경우 가중평균CN법을 이용하여 유효우량을 산정하는 방법보다 가중평균유효우량법을 적용한 유효우량이 유역의 유효우량을 전반적으로 보다 정확하게 산정하는 것으로 나타났다. 또한, 설계홍수량 측면에서 규모가 큰 강우량이 발생하는 강우-유출 사상에 대해 관측된 직접유출량과의 비교 분석한 결과, 유효우량 II가 유효우량 I보다 관측 직접유출량에 근접한 결과가 나타났으며, 대상 유역별 토지이용상태에 대하여 분석한 결과 산지 및 임야지역, 도시지역이 분포되어 있는 유역에서는 유효우량 Ⅱ가 유효우량 Ⅰ보다 정확한 결과를 가져왔으나, 도시지역과 농업지역이 함께 분포되어 있는 유역에서는 유효우량 Ⅰ와 유효우량 Ⅱ의 차이가 유사하였다. 이는 대상 유역의 CN값에 대한 공간적인 분포가 다르고, 특히 도시지역에 대한 CN값이 크게 산정되어 유출량 또한 크게 산정됨으로 써 유효우량의 비교를 확인할 수 있었다.
- 본 연구에서 수행한 비교·분석 결과, 가중평균유효우량법을 이용한 유효우량(유효우량 II)이 가중평균CN법을 이용한 유효우량(유효우량 I) 보다 전반적으로 크게 산정되었다.
- 유효우량 II는 해외 연구사례(Mogeln, 2000; Paudel et al., 2009; Ebrahimian et al., 2012)와 마찬가지로 유효우량 Ⅰ보다 크게 산정되었고, 관측된 직접유출량과 비교하여 –54.7∼43.3 mm의 오차범위를 가지는 것으로 나타났다.
- 유효우량 I은 현재 실무에서 일반적으로 적용되는 방법으로, 본 연구에 적용한 결과, 점촌 유역은 0.0∼64.0 mm, 중랑교 유역은 0.51∼110.0 mm, 회덕 유역은 0.0∼116.93 mm, 흑천교 유역은 0.00∼124.79 mm로 나타났다.
- 대상 유역의 전반적으로 AMC-Ⅰ, Ⅱ 조건에서는 과소 산정되었으며, 상대적으로 도시 지역이 많이 분포되어 있는 대상 유역에서 AMC-Ⅲ 조건에서 과다 산정되었음을 확인하였다. 유효우량의 시간적 분포를 비교해 봄으로써, 유효우량 Ⅱ는 유효우량 Ⅰ보다 유효우량이 비교적 빠른 시간 내에 발생하였으며, 시간 분포 또한 긴 지속시간을 갖는 것으로 확인하였다. 통계학적 오차 평가를 통해 유효우량 산정기법에 따른 분석에 따른 대상 유역별, 홍수규모별, AMC 조건별로 수행한 결과 유효우량 Ⅱ가 유효우량 Ⅰ보다 관측 직접유출량에 가까운 유효우량을 산정한다는 것을 확인할 수 있었다.
- 또한, 설계홍수량 측면에서 규모가 큰 강우량이 발생하는 강우-유출 사상에 대해 관측된 직접유출량과의 비교 분석한 결과, 유효우량 II가 유효우량 I보다 관측 직접유출량에 근접한 결과가 나타났으며, 대상 유역별 토지이용상태에 대하여 분석한 결과 산지 및 임야지역, 도시지역이 분포되어 있는 유역에서는 유효우량 Ⅱ가 유효우량 Ⅰ보다 정확한 결과를 가져왔으나, 도시지역과 농업지역이 함께 분포되어 있는 유역에서는 유효우량 Ⅰ와 유효우량 Ⅱ의 차이가 유사하였다. 이는 대상 유역의 CN값에 대한 공간적인 분포가 다르고, 특히 도시지역에 대한 CN값이 크게 산정되어 유출량 또한 크게 산정됨으로 써 유효우량의 비교를 확인할 수 있었다. AMC 조건에 따라 관측 직접유출량과 산정된 유효우량의 비교분석을 통해 NRCS-CN 방법을 이용하여 산정한 유효우량이 과다 또는 과소 산정이 나타났다.
- 3은 점촌유역의 수문학적 토양군 분포현황을 보여주고 있으며, 대상유역별 수문학적 토양군 현황은 Table 2에 정리하였다. 정밀토양도를 이용하여 대상유역의 수문학적 토양군을 분류한 결과, 대상 유역에서의 수문학적 토양군 분포는 Type A의 분포가 약 50% 이상으로 가장 많은 분포를 나타내었으며, Type B, Type C, Type D 순으로 나타났다.
- 5에 나타난 바와 같이, 유효우량의 시간적 분포를 살펴본 결과, 유효우량 Ⅰ과 비교하여 유효우량 Ⅱ는 유효우량 발생 시간이 빠르며, 유효우량의 지속시간 또한 길게 나타났다. 초기손실량에 대하여 확인해 본 결과, 유효우량 Ⅱ는 유효우량 Ⅰ보다 작게 산정되는 것을 확인할 수 있다. 이는 유효우량 II를 산정할 경우, 수문학적 토양군 및 토지이용종류별 소구역의 초기손실량을 개별적으로 산정하여 NRCS-CN 산정식에 적용하기 때문에 소구역별로 유효우량이 발생하기 때문이다.
- 46을 적용하여 각 강우-유출 사상별 홍수규모를 부여하였다. 총 32개의 강우-유출 사상 중 홍수규모가 큰 강우-유출 사상은 21개, 홍수규모가 작은 강우-유출 사상은 11개로 나타났다. 21개의 홍수규모가 큰 강우-유출 사상에서는 주로 AMC-Ⅲ 조건이 분포되어 있으며, 유효우량 Ⅱ가 유효우량 Ⅰ보다 관측된 직접유출량과 가까운 값을 나타낸 강우-유출 사상은 13개로 나타났다.
- 유효우량의 시간적 분포를 비교해 봄으로써, 유효우량 Ⅱ는 유효우량 Ⅰ보다 유효우량이 비교적 빠른 시간 내에 발생하였으며, 시간 분포 또한 긴 지속시간을 갖는 것으로 확인하였다. 통계학적 오차 평가를 통해 유효우량 산정기법에 따른 분석에 따른 대상 유역별, 홍수규모별, AMC 조건별로 수행한 결과 유효우량 Ⅱ가 유효우량 Ⅰ보다 관측 직접유출량에 가까운 유효우량을 산정한다는 것을 확인할 수 있었다.
- 특히, 본 연구의 대상유역의 강우-유출 사상에 대해서 관측된 직접유출량과의 차이를 살펴보면 최소 -53.7mm ∼ 최대 91.1 mm로 나타났다.
- 또한 유역을 대표하는 토지이용상태에 따른 오차 분석을 통해 주로 산지 및 임야, 도시지역이 분포되어 있는 유역에서는 유효우량 Ⅱ가 유효우량 Ⅰ보다 관측된 직접유출량과 가까운 값을 갖는 것을 나타내었으며, 도시지역과 농업지역이 함께 분포되어있는 유역에서는 유효우량 Ⅰ와 유효우량 Ⅱ와의 차이가 유사함을 확인할 수 있었다. 홍수규모별 오차분석을 수행한 결과 큰 홍수규모 및 작은 홍수규모에서 유효우량 Ⅱ는 유효우량 Ⅰ보다 낮은 오차값이 나타났다. 또한, AMC 조건별 오차분석을 통해 유효우량 Ⅱ가 유효우량 Ⅰ보다 낮은 오차가 발생하였다.
후속연구
- 본 연구에서는 유역 내 강우-유출 관측자료 및 토지피복상태, 수문학적 토양군 등을 이용하여 유효우량(또는 직접유출량)을 산정하는 방법을 검토하였다. 이러한 연구결과는 현재 사용되고 있는 CN 값이 국내 유역의 토지이용특성에 따른 유출 특성을 반영하는지에 대한 타당성을 검토하는데 활용될 수 있으며, 이를 바탕으로 국내에서 효과적으로 적용할 수 있는 유효우량 산정방법에 대한 방안을 도출할 수 있을 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.