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홍수 유출자료의 공간확장과 홍수저감효과에 대한 댐 영향 분석 I
Dam Effects on Spatial Extension of Flood Discharge Data and Flood Reduction Scale I 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.48 no.3, 2015년, pp.209 - 220  

김남원 (한국건설기술연구원, 수자원연구실) ,  정용 (원광대학교, 토목환경공학과) ,  이정은 (한국건설기술연구원, 수자원연구실)

초록
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본 연구에서는 미계측 유역의 홍수 유출자료를 생성하는 공간확장법에 대한 주변여건 변화의 영향을 검토하였다. 특히, 댐이 있는 곳에서의 홍수 유출자료의 공간확장 가능성을 보이고 공간확장 된 자료를 활용한 자연유량의 생성에 대한 연구를 실시하였다. 이는 댐의 설치로 유역동질성이 손실된 미계측 유역의 유출자료생성을 위한 시도이다. 댐의 영향을 받는 유역의 홍수 유출자료 공간확장을 위해서 남한강에 위치한 여주 수위관측소를 중심으로 양평 수위관측소까지를 연구의 공간적 범위로 삼았다. 홍수 유출자료의 공간확장성을 분석하기 위해 1986년부터 2010년까지의 여주수위관측소의 홍수유량을 중심으로 41개의 홍수사상을 선정하였으며, 이를 통해 홍수 유출자료 공간확장성과 댐 영향을 제거한 자연유량을 산정 하였다. 홍수 유출자료의 공간확장 작업에서 여주의 관측유출량을 중심으로 공간확장 했을 때 77%이상의 사상이 Nash-Sutcliffe efficiency의 만족도 범위 내(NSE>0.5)로 분포 하였으며, 확장된 양평 수위관측소의 첨두홍수량(peak discharge)에 대해 0.84 NSE를 얻을 수 있었다. 홍수 유출자료의 자연유량은 여주수위관측소를 중심으로 구하였으며 충주댐의 영향이 횡성댐의 영향보다 커 충주댐의 유입량을 중심으로 자연유량을 확보하였다. 충주댐이 존재하는 1986년 이후의 자연유량은 관측 유량보다 첨두홍수량이 크게 나타나고 있다. 본 연구의 결과로 댐과 같은 구조물의 설치가 있는 곳에서도 홍수 유출자료의 공간확장이 가능하며 홍수 유출자료 공간확장된 자료를 활용하여 자연유량을 구할 수 있음을 보였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, the effects of changed environment on spatial extension of flood discharge data which is generating discharge data at ungauged watersheds. Especially, effects of dams on spatial extensions of flood discharge data and on natural flow generation were studied. This is somehow an intial t...

주제어

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문제 정의

  • 또한, 댐과 같은 큰 구조물에 의한 홍수조절영향을 파악하기 위해서는 조절되지 않은 홍수량을 얻는 것이 중요하여 홍수 조절에 의해 변화한 홍수 유출량을 공간확장된 홍수 유출량을 활용하여 자연유량을 확보하였다. 따라서 본 연구에서는 먼저, 댐 유무에 따른 홍수 유출자료의 공간확장 개념과 절차를 설명하고, 저류함수법과 홍수 유출자료 공간 확장의 연관 관계를 바탕으로 공간확장을 위한 최적화된 초기 조건의 경향에 대해 논의 할 것이다. 또한, 댐이 존재 하는 관심유역의 한 지점을 기준으로 홍수 유출자료의 공간확장이 이루어지는 특성을 분석하고 마지막으로, 수자원 관리측면에서 기준이 되는 자연유량을 홍수 유출자료의 공간확장을 통해 얻은 자료의 적용 가능성에 대해 논의하고자 한다.
  • 하지만, 우리나라는 댐과 같은 대규모 구조물에 의해서 상당한 양의 자료가 조절되어 있어, 다양한 개발에 의해 변화하는 공간의 미계측 유역 홍수 유출자료 확보 가능성에 대한 의문이 남아있다. 따라서 본 연구에서는 자연유량 하에서의 홍수 유출자료의 공간확장을 벗어나 하천의 흐름이 댐에 의해 통제되는 흐름과 통제되지 않는 자연흐름이 동시에 존재하는 환경에서의 홍수 유출자료의 공간확장을 시도하였다. 또한, 댐과 같은 큰 구조물에 의한 홍수조절영향을 파악하기 위해서는 조절되지 않은 홍수량을 얻는 것이 중요하여 홍수 조절에 의해 변화한 홍수 유출량을 공간확장된 홍수 유출량을 활용하여 자연유량을 확보하였다.
  • 따라서 본 연구에서는 먼저, 댐 유무에 따른 홍수 유출자료의 공간확장 개념과 절차를 설명하고, 저류함수법과 홍수 유출자료 공간 확장의 연관 관계를 바탕으로 공간확장을 위한 최적화된 초기 조건의 경향에 대해 논의 할 것이다. 또한, 댐이 존재 하는 관심유역의 한 지점을 기준으로 홍수 유출자료의 공간확장이 이루어지는 특성을 분석하고 마지막으로, 수자원 관리측면에서 기준이 되는 자연유량을 홍수 유출자료의 공간확장을 통해 얻은 자료의 적용 가능성에 대해 논의하고자 한다.
  • 본 연구는 충주댐과 횡성댐의 직접적인 영향을 받는 남한강 상류의 여주수위관측소를 중심으로 홍수 유출자료의 공간확장성을 분석하고 수자원 관리측면에서 기준이 되는 자연유량을 생산하였다. 연구 대상지역으로 선정된 남한강 상류지역은 북한강 상류가 가지는 다양한 주변환경의 영향(e.
  • 본 연구는 홍수 유출자료의 공간확장에 있어서 주위 환경의 변화, 특히 댐의 영향에 대해 분석 하였고, 댐에 의해 조절된 유량과 공간확장된 유량을 활용해 자연유량을 구할 수 있음을 제시 하였다. 댐 영향을 고려한 홍수 유출자료 공간확장은 기존의 미계측 유역의 유량자료를 생성하는 것에 있어 유역의 동질성이 저해된 곳에서 유량자료를 생성할 수 없었던 것을 넘어서 미계측 유역의 유량자료를 생성하는 시도이다.
  • 따라서 K’에 의한 경향성과 첨두홍 수량의 변화가 Tl’에 의한 변화에 비해 크게 나타나지만, K’과 Tl’에 영향을 미치는 하천 지형학적인 변화는 크게 일어나지 않으므로 이 하도구간 매개변수도 도네가와 경험식을 사용하였다. 본 연구에서는 유역저류함수에서 홍수사상마다 달라지는 초기 조건(f1, Rsa) 중 첨두홍수량에 더욱 민감한 Rsa를 중심으로 홍수 유출자료를 확장하였다. Fig.
  • 댐이 없었던 1986년 이전의 관측 유량의 크기가 댐이 있을 때에 비해 크지 않아 수위관측을 이용해 얻은 유량이 작게 계산될 수 있을 것으로 보인다. 이를 기반으로 연결되는 연구에서는 홍수조절댐의 영향과 홍수 유출자료 공간확장과의 연관성을 살펴보았다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
저류함수법은 어떻게 이뤄져 있나? 저류함수 법은 과거 약 20년 동안 한강 홍수통제소에서 호우예경보를 위해 사용되었으며 수자원공사의 다목적 댐 운용에 활용되고 있다(Ministiry of Land, Infrastructure and Trans-portation: MLIT 2004). 저류함수법은 유역저류함수와 하도추적 부분으로 이루어져 있는데 유역과 하도추적의 지배 방정식은 유역과 하도구간의 저류량(S)와 유출량(Q) 의 관계는 Eq. (2)와 같다.
여주 수위관측의 관측 개시일은? 여주 수위관측소는 관측 개시일이 1913년이며 관측 유출자료는 1917년부터 보유하고 있다. 하지만, 댐의 영향을 받는 홍수 유출자료의 확장성을 파악하기 위해 선정된 남한강 상류에 설치된 충주댐의 경우 1985년 10월에 완공되었다.
우리나라 하천유출에 관련된 자료와 관련된 문제점은? , 2013). 우리나라의 경우는 상당한 양의 관측 유출자료를 보유하고 있음에도 불구하고 댐과 같은 인위적인 하천 시설물에 의해 자료가 왜곡되거나, 관측오류나 관측시설의 이설등과 같은 원인으로 자료의 신뢰성을 잃는 경우가 많다(Kim and Won, 2004). 최근에 측정된 자료들은 과거자료에 비해 신뢰성을 많이 높였으나 대부분은 단기간의 자료를 보유하고 있으며(Le et al., 2013), 특히, 하천의 홍수조절을 위한 설계나 관리를 위해 계측 자료를 필요로 하는 중소규모 유역의 하천은 측정된 유출 자료가 존재하지 않는 경우(미계측 유역)가 많다(Choi et al., 2010).
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참고문헌 (14)

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  2. Choi, Y.S., Kim, K.T., and Shim, M.P. (2010). "Discharge estimation at ungauged catchment using distributed rainfall-runoff model." J. of Korea Water Reso. Asso. Vol. 43, No. 4, pp. 353-365. 

  3. Kim, N.W., and Won, Y.S. (2004). "Estimates of regional flood frequency in Korea" J. of Korea Water Reso. Asso. Vol. 37, No. 12, pp. 1019-1032. 

  4. Kim, N.W., Lee, J.E., and Lee, B.J. (2007). "Characteristics of flow duration according to the operation of multi- purpose dams in the Han-River Basin." J. of Korea Society of Civil Eng. Vol. 27, No. 1B, pp. 53-63. 

  5. Kim, N.W., Jung, Y., and Lee, J.E. (2013). "Spatial extension of runoff data in the applications of a lumped concept model." J. of Korea Water Reso. Asso. Vol. 46, pp. 923-934. 

  6. Kim, N.W., Jung, Y., and Lee, J.E. (2014). "Simulation conditions based characteristics of spatial flood data extension." J. of Korea Water Reso. Asso. Vol. 47, No. 6, pp. 501-511. 

  7. Kim, C.G., and Kim, N.W. (2012). "Comparison of natural flow estimation for the Han river basin using TANK and SWAT models." J. of Korea Water Reso. Asso. Vol. 45, No. 3, pp. 301-316. 

  8. Lee, K.S., Oh, J.-H., Park, K., and Sung, J.-H. (2013). "Estimation of design considering nonstationarity for river restoration in the Mokgamcheon." J. of the Korean Soceity of Civil Engineers, Vol. 33, No. 4, pp. 1361- 1375. 

  9. Merz, R., and Bloschl, G. (2004). "Regionalisation of catchment model parameters." J. of Hydrology, Vol. 287, pp. 95-100. 

  10. Ministiry of Land, Infrasturture and Transport (2004). Improvement of flood forecasting and warning systeme for Keum River: Yongdam Dam and Miho-chun, Research Report, Korea Institute of Construction Technology. 

  11. Moriasi, D.N., Arnold, J.G., Van Liew, M.W., Bingner, R.L., Hrmel, R.D., and Veith, T.L. (2007). "Model evaluation guidelines for systematic quantification of accuracy in watershed simulations." American Society of Agricultural and Biological Engineers, Vol. 50, No. 3, pp. 885-900. 

  12. Parajka, J., Merz, R., and Bloschl, G. (2005). "A comparison of regionalization methods for catchment model parameters." Hydrol. Earth Syst. Sci., Vol. 9, pp. 157-171. 

  13. Seibert, J. (1999). "Regionalisation of parameters for a conceptual rainfall-runoff model." Agricultural and Forest Meteorology, Vol. 98-99, pp. 279-293. 

  14. Sugiyama, H., Kadoya, M., Nagai, A., and Lansey, K. (1997). "Evaluation of the storage function model parameter characteristics." J. of Hydrology, Vol. 191, pp. 332-348. 

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