본 연구에서는 국내 기존 도달시간 산정방법에 있어 Kraven(II)는 경사구간별 3가지 유속을 제시하고 있으므로 해당 유역특성이 충분히 반영되지 못하고 있다. 이에 최근 "설계홍수량 산정요령, 2012. 국토해양부"에서 제안한 보완된 연속형 Kraven 경험식은 완경사부와 급경사부의 유속을 보완하였으며, 평균유속이 최소유속 1.6m/s에서 최대유속 4.5m/s의 범위내의 연속성의 유속을 나타내고 있어서 현실적으로 타당한 범위를 가지며, 도달시간도 매우 합리적인 결과를 나타내고 있으므로 기존의 불연속의 문제나 매우 완만한 경우와 급한 경우의 적용성에도 매우 우수한 것으로 나타나고 있다. 본 연구에서는 도달시간 산정방법에 있어 기존 Kraven(II) 경험식과 보완된 연속형 Kraven 경험식에 따른 수문곡선의 변화양상을 살펴보았으며, 동화천, 매호천, 욱수천, 금포천에 대해서 각 해당 유역특성을 고려하여 단위도법-도달시간 산정방법에 따른 홍수유출모의결과를 비교분석하였다.
본 연구에서는 국내 기존 도달시간 산정방법에 있어 Kraven(II)는 경사구간별 3가지 유속을 제시하고 있으므로 해당 유역특성이 충분히 반영되지 못하고 있다. 이에 최근 "설계홍수량 산정요령, 2012. 국토해양부"에서 제안한 보완된 연속형 Kraven 경험식은 완경사부와 급경사부의 유속을 보완하였으며, 평균유속이 최소유속 1.6m/s에서 최대유속 4.5m/s의 범위내의 연속성의 유속을 나타내고 있어서 현실적으로 타당한 범위를 가지며, 도달시간도 매우 합리적인 결과를 나타내고 있으므로 기존의 불연속의 문제나 매우 완만한 경우와 급한 경우의 적용성에도 매우 우수한 것으로 나타나고 있다. 본 연구에서는 도달시간 산정방법에 있어 기존 Kraven(II) 경험식과 보완된 연속형 Kraven 경험식에 따른 수문곡선의 변화양상을 살펴보았으며, 동화천, 매호천, 욱수천, 금포천에 대해서 각 해당 유역특성을 고려하여 단위도법-도달시간 산정방법에 따른 홍수유출모의결과를 비교분석하였다.
In this study, that the Kraven(II) empirical formula, the existing method to estimate the time of concentration in river basin, does not reflect the characteristics of relevant basin as it presents 3 stream velocities by section of slope was verified, and the time of concentration for the actual ave...
In this study, that the Kraven(II) empirical formula, the existing method to estimate the time of concentration in river basin, does not reflect the characteristics of relevant basin as it presents 3 stream velocities by section of slope was verified, and the time of concentration for the actual average stream velocity considering the characteristics of the basin was compared and analyzed by applying the continuous Kraven empirical formula, which was suggested recently by 'Design Flood Estimation Guide Line, 2012, Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs' complementing the stream velocities for the easy slope and the steep slope, to the Donghwa-Cheon, the medium size river and the modality of changes in hydrograph was examined, For the Maeho-Cheon, Wuksu-Cheon and Geumpo-Cheon, the flood runoff simulation results according to the time of concentration application empirical formula considering the characteristics of relevant basin were compared and analyzed and following conclusions were able to obtain.
In this study, that the Kraven(II) empirical formula, the existing method to estimate the time of concentration in river basin, does not reflect the characteristics of relevant basin as it presents 3 stream velocities by section of slope was verified, and the time of concentration for the actual average stream velocity considering the characteristics of the basin was compared and analyzed by applying the continuous Kraven empirical formula, which was suggested recently by 'Design Flood Estimation Guide Line, 2012, Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs' complementing the stream velocities for the easy slope and the steep slope, to the Donghwa-Cheon, the medium size river and the modality of changes in hydrograph was examined, For the Maeho-Cheon, Wuksu-Cheon and Geumpo-Cheon, the flood runoff simulation results according to the time of concentration application empirical formula considering the characteristics of relevant basin were compared and analyzed and following conclusions were able to obtain.
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문제 정의
본 연구에서는 유역에 대한 홍수도달시간의 이론적 배경을 바탕으로 보완된 도달시간 산정방법을 검토하고 기존 도달시간 산정방법과 비교하여 홍수량의 변화양상을 살펴보고자 한다.
제안 방법
4) 동화천, 매호천, 욱수천, 금포천 4개의 하천유역에 각 해당 유역특성을 고려한 Clark, SCS, Nakayasu 단위도법에 따라 도달시간을 변화시켜 홍수유출 모의결과를 비교분석하였다. 그 결과 도달시간에 의해 Clark 방법은 저류상수에 영향을 받게되며, SCS 방법은 지체시간에 영향을 받게 되는 반면 Nakayasu 방법은 도달시간에 영향을 받지 않는 것으로 나타났다.
본 연구에서는 기존 도달시간 산정방법에 있어 Kraven(Ⅱ)는 경사구간별 3가지 유속을 제시하고 있으므로 해당 유역특성이 충분히 반영되지 못하고 있음을 검토하고, 최근 『설계홍수량 산정요령, 2012. 국토해양부』 에서 제안한 완경사부와 급경사부의 유속을 보완한 연속형 Kraven 산정공식을 적용하여 홍수 수문곡선의 변화양상을 비교분석하고자 한다. 이를 위하여 수행된 연구방법은 [Fig.
따라서 본 연구에서는 동화천을 대상유역으로 한홍수추적 접근방법으로 홍수량 산정지점의 상류유역을 단일유역으로 취급하여 홍수량을 산정하는 방법과 소유역 분할시 유속의 연속성을 검토하기 위한 소유역 분할(24개 소유역)에 의한 홍수량 산정방법 두 가지를 실시하여 홍수도달시간 산정방법에 따른 수문응답 특성을 비교·분석하였다.
또한 본 연구에서는 동화천 유역과 인접해 있으며 장기간의 시우량 자료를 보유하고 있는 기상청 관할 대구관측소를 선정하여 연최고치 계열(1973~2012년) 에 대한 강우분석을 실시하였다.
본 연구에서는 기존 도달시간 산정방법에 있어 Kraven(Ⅱ)는 경사구간별 3가지 유속을 제시하고 있으므로 해당 유역특성이 충분히 반영되지 못하고 있음을 검토하고, 최근 『설계홍수량 산정요령, 2012. 국토해양부』 에서 제안한 완경사부와 급경사부의 유속을 보완한 연속형 Kraven 산정공식을 적용하여 홍수 수문곡선의 변화양상을 비교분석하고자 한다.
본 연구에서는 동화천, 매호천, 욱수천, 금포천 4개의 각 하천유역에 Clark, SCS, Nakayasu 단위도법에 따라 도달시간을 변화시켜 홍수유출모의결과를 비교분석하였다. 그 결과 도달시간에 의해 Clark 방법은 저류상수에 영향을 받게 되며, SCS 방법은 지체시간에 영향을 받게 되는 반면 Nakayasu 방법은 도달시간에 전혀 영향을 받지 않는 것으로 나타났다.
대상 데이터
국토해양부』 에서 제안한 완경사부와 급경사부의 유속을 보완한 연속형 Kraven 산정공식을 적용하여 홍수 수문곡선의 변화양상을 비교분석하고자 한다. 이를 위하여 수행된 연구방법은 [Fig. 5.]과 같으며 본 연구를 수행하는데 있어 동화천(지방하천)을 대상유역으로 선정하였다.
홍수도달시간 산정방법에 따른 홍수량의 변화양상을 알아보기 위해 중규모 유역이면서 하천기본계획이 수립된 하천을 대상으로 조사한 결과, 본 연구에서는 대구광역시에 위치한 지방하천 동화천을 대상유역으로 선정하였다. 한편 지방하천 동화천은「동화천 하천기본계획 2008.
성능/효과
1) 홍수량 산정에 있어서 매개변수인 도달시간 산정방법에 따라 홍수량이 크게 영향을 받으며, 도달시간이 길어질수록 홍수량이 감소하는 경향을 나타내고 있었다.
2) 도달시간 산정방법에 있어 기존 Kraven(Ⅱ) 공식을 동화천 유역에 적용하여 보면 경사구간별 유속을 제시하고 있으므로 유속이 3가지 구간 (2.1m/s, 3.0m/s, 3.5m/s)으로만 구분되어 있어서 해당 유역특성이 충분히 반영되지 못하고 있으며, 적용 시 유속의 불연속이 발생하게 되어 유속을 동일하게 적용하는 구간의 경우 경사에 따른 영향이 전혀 반영되지 않으므로 도달시간이 동일하게 산정되는 결과를 나타내기도 했다. 또한 경사가 매우 완만한 구간이거나 경사가 매우 급한 구간에는 적용하기 곤란한 문제점을 가지고 있는 것으로 판단된다.
3) 보완된 연속형 Kraven 공식은 완경사부와 급경사부의 유속을 보완하여 평균유속이 동화천 유역 적용시 최소유속 1.60m/s에서 최대유속 4.36m/s의 범위내의 연속성의 유속을 나타내고 있어서 현실적으로 타당한 범위를 가지며, 도달 시간도 매우 합리적인 결과를 나타내고 있으므로 기존의 불연속의 문제나 매우 완만한 경우와 급한 경우의 적용성에도 매우 우수한 것으로 나타나고 있다.
5) 이처럼 홍수량 산정에서 도달시간과 홍수량의 관계는 아주 밀접하며, 따라서 홍수량을 산정하는데 있어 해당 유역특성이 충분히 반영되고, 기존 Kravn(Ⅱ) 공식처럼 3가지 유속이 아닌 최소유속 1.6m/s에서 최대유속 4.5m/s의 범위내의 연속성의 유속을 나타내고 있으며, 완경사부와 급경사부의 유속을 보완한 연속형 Kraven 공식을 사용하여 실무에서 보다 정확한 설계홍수량 산정에 도움이 될 것으로 판단된다.
본 연구에서는 동화천, 매호천, 욱수천, 금포천 4개의 각 하천유역에 Clark, SCS, Nakayasu 단위도법에 따라 도달시간을 변화시켜 홍수유출모의결과를 비교분석하였다. 그 결과 도달시간에 의해 Clark 방법은 저류상수에 영향을 받게 되며, SCS 방법은 지체시간에 영향을 받게 되는 반면 Nakayasu 방법은 도달시간에 전혀 영향을 받지 않는 것으로 나타났다.
4) 동화천, 매호천, 욱수천, 금포천 4개의 하천유역에 각 해당 유역특성을 고려한 Clark, SCS, Nakayasu 단위도법에 따라 도달시간을 변화시켜 홍수유출 모의결과를 비교분석하였다. 그 결과 도달시간에 의해 Clark 방법은 저류상수에 영향을 받게되며, SCS 방법은 지체시간에 영향을 받게 되는 반면 Nakayasu 방법은 도달시간에 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 또한 도달시간 산정방법에 있어 Kraven(Ⅰ) 공식은 유속이 지나치게 높게 산정되어 첨두홍수유출량 값이 크게 산정되었으며, 반면에 Kirpich 공식의 유속은 또 지나치게 낮게 산정되어 첨두홍수유출량 값이 작게 산정되었다.
단일유역에 의해 산정한 첨두홍수유출량 값과 소유역 분할(24개 소유역)에 의해 산정한 첨두홍수유출량 값의 차이는 0.01% 발생하고 있으며, 특히 이러한 홍수량 값은 소유역을 많이 분할할수록 크게 산정되었다. 이처럼 소유역 분할에 따른 홍수추적 시 하도 추적방법을 적용할 경우 홍수량 값이 커지게 되며 이의 원인은 소유역 분할 시 홍수량 산정 대상유역의 면적이 작아지면 단위도 종거의 첨두치 증가에 따른 첨두홍수유출량은 크게 증가되는 반면 하도의 저류효과로 인한 홍수량의 감소는 매우 작기 때문인 것으로 판단된다.
동화천 유역의 홍수유출량은 전반적으로 보완된 도달시간 산정방법 적용 시 더 크게 산정되었다. 동화천 유역 하류단의 첨두홍수유출량 값은 기존 Kraven(Ⅱ) 공식을 적용했을 때 보다 보완된 연속형 Kraven 공식을 적용했을 때, 단일유역에 의한 홍수추적 시 18.0㎥/s 만큼, 소유역 분할에 의한 홍수추적시 88.1㎥/s 만큼 더 크게 산정되었다.
따라서 본 연구에서는 하천별 해당 유역특성을 고려한 실제 평균유속에 대한 도달시간 산정방법 연속형 Kraven을 적용한 후 기존 Kraven(Ⅱ) 공식과 비교하여 홍수유출모의결과를 살펴보았으며, 그 결과 매호천을 제외한 동화천 및 욱수천, 금포천 유역은 기존 Kraven(Ⅱ) 공식 적용 시 보다 연속형 Kraven 공식 적용 시 유속이 높게 산정되었으며 그에 따라 첨두홍수유출량 값이 크게 산정되었고, 반면 매호천 유역은 기존 Kraven(Ⅱ) 공식 적용 시 보다 보완된 연속형 Kraven 공식 적용 시 유속이 낮게 산정되었으며 그에 따라 첨두홍수유출량 값이 작게 산정되었다.
또한 기존 Kravn(Ⅱ) 공식처럼 3가지 유속이 아닌 최소유속 1.6m/s에서 최대유속 4.5m/s의 범위내의 연속성의 유속을 나타내고 있으며, 그 결과는 [Fig. 3]과 같고, 연속형 Kraven 공식에서 산정한 평균유속은 [Fig. 4]의 일반화된 평균경사-평균유속 관계 곡선에서 나타난 바와 같이±0.5m/s의 범위를 가지는 것으로 나타났다.
한편 보완된 연속형 Kraven 공식은 완경사부와 급경사부의 유속을 보완하여 하천평균경사 전반에 걸쳐 평균유속이 동화천 적용 시 1.60~ 4.36m/s로 산정되어 현실적으로 타당한 범위를 가지며, 도달시간도 매우 합리적인 결과를 나타내고 있으므로 기존의 불연속의 문제나 매우 완만한 경우나 급한 경우의 적용성에도 매우 우수한 것으로 나타나고 있다.
한편 본 연구에서 비교·분석하고자 한 기존 도달시간 산정방법 Kraven(Ⅱ)와 보완된 도달시간 산정방법 연속형 Kraven은 각각 최소유속 2.1m/s, 1.6m/s, 최대유속 3.5m/s, 4.4m/s로 산정되었다.
한편 본 연구에서 비교·분석하고자 한 기존 도달시간 산정방법 Kraven(Ⅱ)와 보완된 도달시간 산정방법 연속형 Kraven의 유속은 각각 3.0m/s, 3.2m/s로 산정되었다.
후속연구
이에 본 연구에서는 설계홍수량 산정에 있어 매개 변수인 도달시간 산정방법 기존 Kraven(Ⅱ) 경험식과 보완된 연속형 Kraven 경험식에 따른 홍수수문곡선의 변화양상을 비교분석하는 등 보다 설계홍수량 산정에 도움이 될 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
자연하천유역의 도달시간 산정에는 어떤 방법을 주로 사용하는가?
기존 도달시간 산정방법에 있어 자연하천유역의 도달시간 산정에는 다음과 같이 외국에서 개발된 Kirpich 공식, Rziha 공식, Kraven(Ⅰ) 공식, Kraven(Ⅱ) 공식 등의 경험공식들을 주로 사용하고 있다.
홍수피해로 인한 자연재해가 증가하는 이유는 무엇인가?
최근 기후변화에 따른 집중호우와 하천에 인접한 제내지에서의 토지이용도 극대화 등으로 인하여 홍수피해로 인한 자연재해가 날로 증가하고 있다. 이러한 상황에서 설계홍수량은 하천계획 수립 시 유역내 구조물에 대한 통수능력을 검토하거나 수공구조물의 적정규모를 결정하고, 사전재해영향성검토에서는 개발 전·중·후의 홍수증가량을 평가하여 방재시설의 용량을 결정하는데 있어 기준이 되므로 가장 기초가 되는 분석 과정이지만, 정확한 설계홍수량의 산정은 매우 중요한 과업 중 하나이다.
설계홍수량 산정에 있어 Clark 단위도 법의 매개변수인 도달시간과 저류상수를 정확히 추정하는 것이 어려운 이유는 무엇인가?
한편 설계홍수량 산정에 있어 실무에서 가장 많이 사용되고 있는 Clark 단위도 법의 매개변수인 도달시간(Tc)과 저류상수(K)를 정확히 추정하는 것은 단순한 일이 아니다. 이는 이들 매개변수의 추정에 주관적인 판단이 많이 개입되는 등 분석자마다 일치되지 않는 해석 등에 의해 불확실성을 많이 내포하고 있기 때문인 것으로 보인다. 또한 국내의 자료를 이용하여 제안된 경험식들은 대상지점의 제한, 이용 자료의 부족, 매개변수 추정시의 주관적 판단, 검증과정의 미비 등으로 수문설계의 실무에서 활용성이 많이 떨어지고 있다.
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