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분포형 강우-유출 모형의 입력자료 해상도에 따른 유출변동 연구
Study on Runoff Variation by Spatial Resolution of Input GIS Data by using Distributed Rainfall-Runoff Model 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.47 no.9, 2014년, pp.767 - 776  

정충길 (건국대학교 사회환경시스템공학과) ,  문장원 (한국건설기술연구원 수자원환경연구본부 수자원연구실) ,  이동률 (한국건설기술연구원 수자원환경연구본부 수자원연구실)

초록
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최근 기후변화에 의한 기상이변이 발생하고 국지적 집중호우로 인한 홍수피해가 심각하게 증가하고 있다. 이러한 피해를 경감하기 위한 방법으로 정확한 홍수유출량 예측을 통한 홍수예경보 구축이 필요시 된다. 정확한 홍수유출량 예측을 위해 수문기상학적 요소와 특성인자들의 정확한 상호 연관성 규명과 공간적 변동성 해석은 강우-유출 모형에서 발생하는 불확실성을 감소시키는데 중요한 요소로 작용하게 된다. 본 연구에서는 정확한 홍수유출량을 산정하기 위한 강우-유출모형을 이용한 입력자료의 해상도에 따른 불확실성을 감소시키기 위해 강우격자 해상도와 지형인자 격자 해상도에 따라 강우-유출모형이 어떻게 반응하는지 분석하였다. 분포형 강우-유출 모형인 GRM 모형을 이용하여 내성천 및 감천 유역을 대상으로 이벤트를 산정하여 홍수유출 모의 및 검증을 실시하였다. GRM 모형 구성을 위한 입력자료(강우, DEM, 토지이용도, 토양도)의 해상도 격자크기는 500m 격자크기를 기본으로 각각 1 km, 2 km, 5 km, 10 km, 12 km 격자크기의 지형자료를 사용하여 유출모의를 실시하고 유출량 변화를 모의하였다. 입력자료별 모의결과로 DEM의 분석결과는 모든 시험유역에서 공통적으로 DEM의 격자크기가 증가할수록 첨두유량과 총유출량이 일정하게 감소하는 경향을 나타내고 있다. 나머지 입력자료로 토지이용 및 토양도에 격자크기에 따른 모의결과는 DEM과는 상반되게 일정한 경향성을 나타나지 않는 것으로 분석되었다. 특히 일정한 경향성이 나타나는 DEM의 분석결과는 DEM의 격자크기가 증가할수록 수평거리가 증가하여 경사도는 감소하는 특징으로 인해 나타나는 결과인 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Changes in climate have largely increased concentrated heavy rainfall, which in turn is causing enormous damages to humans and properties. Floods are one of the most deadly and damaging natural disasters known to mankind. The flood forecasting and warning system concentrates on reducing injuries, de...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 분포형 강우-유출모형을 적용함에 있어 입력 자료의 공간 해상도가 유출모의 결과에 미치는 영향을 검토한 결과, DEM이 상대적으로 큰 영향을 미치는 인자인 것으로 나타났다. DEM의 영향이 크게 나타나는 원인을 판단하기 위해 DEM 자료의 공간 해상도에 따라 유역 전체 평균 경사(slope) 산정 결과의 변동이 어떻게 나타나는가를 검토 하였다. Fig.
  • 본 연구는 레이더 강우 및 분포형 모형을 이용하여 유출량 모의 과정에서 발생하는 불확실성을 감소시키는데 있어 도움이 될 수 있도록 적정 격자 해상도를 찾는데 목적이 있다. Zhang and Montgomery (1994)는 미국 서부의 두 개 유역에 대한 수치고도자료를 이용하여 DEM의 격자크기에 따른 수문학적 모의를 수행한 바 있다.
  • 본 연구에서는 분포형 강우-유출모형인 GRM 모형을 이용하여 감천과 내성천유역을 대상으로 유출분석을 수행하였다. 실측 유출량 값을 기준으로 500 m 격자 해상도를 이용하여 입력 자료를 구성한 후 매개변수 보정을 수행하였으며, 강우, DEM, 토지이용 및 토양도에 대해 각각의 인자에 대해 5가지 공간해상도(1 km, 2 km, 5 km, 10 km, 12 km)로 입력 자료를 구축하여 강우-유출모의를 수행한 후 입력 자료의 격자 크기가 유출모의 결과에 미치는 영향을 검토하였다.
  • 그러나 아직까지 분포형 강우-유출모형을 적용함에 있어 적절한 공간 해상도에 대한 기준과 입력 자료의 격자 크기가 유출모의 결과에 미치는 영향을 검토한 연구는 부족한 상황이다. 이에 본 연구에서는 분포형 강우-유출 모형인 GRM 모형을 이용하여 강우, DEM, 토지이용, 토양도 등 4가지 입력 자료의 격자 크기가 유출모의 결과에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위해 낙동강의 주요 지류인 감천 및 내성천 유역을 대상유역으로 선정하였으며, 각 유역별로 2개의 강우사상을 선정하여 분석을 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
GRM 모형은 무엇이며, 무엇을 제공하는가? 본 연구에서는 한국건설기술연구원에서 개발한 GRM (Grid based Rainfall-runoff Model) 모형을 이용하여 유출해석을 수행하였다. GRM 모형은 격자 기반의 물리적 분포형 강우-유출모형으로 GIS 기반의 모델링 시스템인 HyGIS-GRM을 제공한다. GRM에서는 지표면 흐름과 하도 흐름의 홍수추적을 위해 1차원 운동파 방정식을 이용하고 있으며, 각각에 대한 연속방정식은 Eqs.
강우를 통해 지표면에 도달한 물은 무엇의 영향을 받으며 유출되는가? 강우를 통해 지표면에 도달한 물은 다양한 경로를 통해 하천으로 유입된다(Maidment, 1993). 이와 같이 강우에 따른 유출은 지표면의 습윤상태 및 지형에 따라 다양하게 나타나며, 특히 식생의 종류 및 성장상태, 토양, 그리고 기복변화에 영향을 받게 된다. 물의 흐름과 관련된 분포형 모델을 효과적으로 활용하기 위해서는 지형, 배수망, 토지 피복, 그리고 토양정보 등을 정의하기 위한 GIS 자료가 필요하다(Vieux, 1994; Finnerty et al.
물의 흐름과 관련된 분포형 모델을 활용하기 위해 필요한 것은 무엇인가? 이와 같이 강우에 따른 유출은 지표면의 습윤상태 및 지형에 따라 다양하게 나타나며, 특히 식생의 종류 및 성장상태, 토양, 그리고 기복변화에 영향을 받게 된다. 물의 흐름과 관련된 분포형 모델을 효과적으로 활용하기 위해서는 지형, 배수망, 토지 피복, 그리고 토양정보 등을 정의하기 위한 GIS 자료가 필요하다(Vieux, 1994; Finnerty et al., 1997; ASCE, 1999; Vieux and Bedient, 2004).
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참고문헌 (17)

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  3. Bae, Y.H., Kim, B.S., and Kim, H.S. (2010). "The study on flood runoff simulation using runoff model with gauge-adjusted radar data." Journal of the Korean Wetlands Society, KWS, Vol. 12, No. 1, pp. 51-61. 

  4. Cho, H. S. (2000). The determination of grid size on the distributed rainfall-runoff model. Ph. D. dissertation, Chungnam National University, Daejeon, Korea. 

  5. Finnerty, D., Smith, M., Seo, D., Koren, V., and Molglen, E. (1997). "Space-time scale sensitivity of the Sacramento model to radar-gage precipitation inputs." Journal of Hydrology, Vol. 203, pp. 21-38. 

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  8. Kim, B.S., Hong, S.J., and Bae, Y.H. (2009). "Simulation of distributed flood using the KMA-Radar rainfall data and rain gauge data." Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference, KWRA, Yongpyong, pp. 1021-1026. 

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  10. Kim, Y.S., Kim, S.J., Jang, D.W., and Kim, H.S. (2010). "Support of flood forecasting system using radar rainfall and distributed runoff model in Sumjin River basin." Proceedings of the Korean Society of Civil Engineers Conference, KSCE, Incheon, p. 2715. 

  11. Lee, G.S., Choi, Y.W., and Cho, G.S. (2006). "Suggestion of slope evaluation by DEM-based aggregation method." Journal of the Korean Society of Civil Engineers, KSCE, Vol. 26, No. 6D, pp. 1019-1023. 

  12. Maidment, R. (1993). Handbook of hydrology. McGraw Hill, Inc., New York, USA. 

  13. Moon, Y.I., Choi, B.H., Ahn, J.H., and Oh, T.S. (2006). "The study of rainfall-runoff analysis according to DEM grid-size by using distributed rainfall runoff model." Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference, KWRA, Jeju, pp. 1787-1791. 

  14. Sun, S., Mein, R.G., Keenan, T.D., and Elliott, J.F. (2000). "Flood estimation using radar and raingage data." Journal of Hydrology, Vol. 239, pp. 4-18. 

  15. Vieux, B.E. (1994). Distributed hydrologic modeling using GIS. Kulwer Academic Publishers, Dordrecht, Netherlands. 

  16. Vieux, B.E., and Bedient, P.B. (2004). "Assessing urban hydrologic prediction accuracy through event reconstruction." Journal of Hydrology, Vol. 299, pp. 217-236. 

  17. Zhang, W., and Montgomery, D.R. (1994). "Digital elevation model grid size, landscape representaion, and hydrologic simulation." Water Resources Reasearch, Vol. 30, No. 4, pp. 1019-1028. 

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