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가설 설정
- 유의적 분석을 위해 귀무가설은 ‘각 단위유량도에 따른 첨두유량과 첨두시간이 유의적 차이가 없다’이며 이에 대한 대립가설은 ‘각 단위유량도에 따른 첨두유량과 첨두시간이 유의적 차이가 있다’라고 가설설정을 하였다.
제안 방법
- 2011년 11월 17일의 발생사상에 대하여 실측관측 자료와 각 단위유량도 유출량의 첨두유량 오차를 분석하였다. Clark, Snyder 단위유량도 첨두유량은 실측값과 동일하였으나 SCS 합성단위유량도의 첨두유량 오차는 0.
- 2011년 4월 7일에 발생한 사상에 대하여 실측관측자료와 각 단위유량도 유출량의 첨두유량 오차를 분석하였다. Snyder 단위유량도의 첨두유량 오차율은 10.
- 2011년 5월 11일의 집중호우에 대하여 실측관측 자료와 각 단위유량도 유출량의 첨두유량 오차를 분석하였다. Clark 단위유량도의 첨두유량 오차율은 0.
- 2012년 4월 17일의 발생한 사상에 대하여 실측관측 자료와 각 단위유량도 유출량의 첨두유량 오차를 분석하였다. Clark 단위유량도 첨두유량은 실측값과 동일하였으나 Sndyer 단위유량도의 첨두유량 오차는 0.
- 2012년 7월 18일의 발생한 태풍‘카눈’에 대하여 실측 관측 자료와 각 단위유량도 유출량의 첨두유량 오차를 분석하였다.
- 각 사상에 대한 Clark, Snyder, SCS 합성단위유량도 방법으로 모의한 첨두유량 및 첨두시간과 실측관측 값을 비교하여 제시하였다(Table 4).
- 매개변수를 최적화하기 위해 제주도 외도천유역의 강우사상을 HEC-HMS에 입력하여 Clark, Snyder, SCS 합성단위유량도 방법을 적용한 유출량을 산정한 후, 외도정수장에서 측정한 실측유량과 비교·분석하였다.
- 또한 제주도의 경우 호우 시에 짧은 기간(1 2일)동안만 유출이 발생함으로 많은 수문관측 자료를 얻기 매우 힘든 지역이다. 본 연구에서는 외도천 하류부에 정수장 부근에서 제주수자원 연구단에서 실측 유량자료와 제주수자원본부에서 운영하고 있는 Kalesto 관측 자료를 사용하였으며 강우자료는 외도천 유역에 4개의 기상관측소 자료를 활용하고 시강우량을 티센(Thiessen)의 가중법을 적용하여 면적강우량을 산정하였다(Table 2).
- 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 HEC-HMS을 이용하여 각 단위유량도의 강우-유출을 특성을 파악하고 산정결과를 비교·분석하여 가장 적합한 단위유량도를 제시하였다.
- 이를 위해 각 사상별(2011년 4, 5, 11월 그리고 2012년 04월 집중호우, 7월 제 7호 태풍‘카눈’)의 강우자료를 HEC-HMS에 입력하고 매개변수를 최적화하였으며 유출량을 산정한 후, 실측 유량자료와 모델링 모의치와 비교하여 각 단위유량도에 적정성 평가를 실시하였다.
- 최근 제주도에서 발생한 5개의 호우사상에 대한 유량 자료를 이용하여 각 단위유량도를 비교·분석하고 통계적 기법을 적용하여 유의성을 검증하였다.
- 최근 제주도에서 발생한 5개의 호우사상에 대한 유량 자료를 이용하여 각 단위유량도에 의해 계산된 첨두유출량과 첨두시간을 실측 유출량과 비교하여 매개변수를 보정을 실시하였다. Clark 단위유량도의 오차율은 0.
- 기상청 관활 TM 및 AWS개소의 시간강우자료를 수집하고 Thiessen의 가중법을 적용하여 유역평균 강우량으로 산정하였으며 침투량은 NRCS Curve Number 방법을 적용하고 유역의 토지피복도는 2000년 Landset 위성영상을 이용하였다. 피복 분류된 자료를 이용하여 연구대상유역의 토지피복도(Landuse map)자료를 ArcGIS 프로그램을 사용하였고 토양도(Soil type map) 자료는 농업과학기술원의 농업토양정보시스템 제공하고 있는 1:25,000 정밀 토양도를 토양통별로 구분하고 입력자료를 구축하였다.
대상 데이터
- 연구대상 유역인 외도천의 적합한 단위유량도 산정하기 위해 2011년 4월 21일, 5월 11일, 11월 18일, 2012년 4월 21일 집중호우, 2012년 07월 18일 태풍 ‘카눈’사상으로 채택한 각 호우사상별 지점 강우량은 Table 3과 같다.
- 적합한 단위유량도 산정하기 위한 외도천은 제주도 한라산 정상에서 발원하여 북부 해안으로 유입되는 전형적인 산지하천을 대상유역으로 선정하였다(Fig. 1). 해당 유역의 특성인자를 분석하기 위하여 1/5,000 수치지형지도와 ArcGIS 프로그램을 이용하여 분석한 결과, 외도 천 유역의 면적은 42.
데이터처리
- 단위유량도의 적정성 검토는 유의성 분석을 실시하였으며 단위유량도간의 유의적 차이를 판단하기 위하여 일원분산분석을 통해 방법 간 유의적 차이를 비교·분석하였다.
이론/모형
- 기상청 관활 TM 및 AWS개소의 시간강우자료를 수집하고 Thiessen의 가중법을 적용하여 유역평균 강우량으로 산정하였으며 침투량은 NRCS Curve Number 방법을 적용하고 유역의 토지피복도는 2000년 Landset 위성영상을 이용하였다. 피복 분류된 자료를 이용하여 연구대상유역의 토지피복도(Landuse map)자료를 ArcGIS 프로그램을 사용하였고 토양도(Soil type map) 자료는 농업과학기술원의 농업토양정보시스템 제공하고 있는 1:25,000 정밀 토양도를 토양통별로 구분하고 입력자료를 구축하였다.
- 본 연구에서는 유역특성을 반영한 최적 단위유량도를 산정하기 위해 제주도 외도천에 강우유출모형인 HEC-HMS모형을 이용하였으며, 단위도는 Clark, Sndyer, SCS 합성단위유량도법으로 각 사상마다 실측유량자료와 비교·분석한 결과는 다음과 같다.
성능/효과
- 2011년 5월 11일의 집중호우에 대하여 실측관측 자료와 각 단위유량도 유출량의 첨두유량 오차를 분석하였다. Clark 단위유량도의 첨두유량 오차율은 0.02%,Snyder 단위유량도는 0.01%, SCS 합성단위유량도는 0.11% 으로 분석되었으며 SCS 합성단위유량도를 제외한 첨두유량은 모의치가 실측치를 양호하게 모의되었다(Fig. 5).
- 2012년 7월 18일의 발생한 태풍‘카눈’에 대하여 실측 관측 자료와 각 단위유량도 유출량의 첨두유량 오차를 분석하였다. Clark 단위유량도의 첨두유량 오차율은 1.93%, Sndyer 단위유량도는 5.11%, SCS 합성단위유량도는 6.61%으로 발생하였다. 첨두유량은 SCS 합성단위유량도를 제외한 모의치가 실측치를 양호하게 모의되었으며 첨두시간은 모든 단위유량도 모의치가 실측치와 동일하였다(Fig.
- 특히 2012년 4월 21일 사상에 대한 수문곡선은 실측값과 매우 상이한경향성을 보고 있어 추가적인 보정이 필요할 것으로 보인다. SCS 합성단위유량도의 오차율은 0.01~6.61%로 나타났으며 첨두시간에 대한 오차율은 0~6.61%으로 나타났다.
- 74%으로 나타났다. Sndyer 단위유량도의 오차율은 0~10.56%로 비교적 높은 오차을 보였으며, 첨두시간에 대한 오차율은 0.02 3.66%로 나타났다. 특히 2012년 4월 21일 사상에 대한 수문곡선은 실측값과 매우 상이한경향성을 보고 있어 추가적인 보정이 필요할 것으로 보인다.
- 2011년 4월 7일에 발생한 사상에 대하여 실측관측자료와 각 단위유량도 유출량의 첨두유량 오차를 분석하였다. Snyder 단위유량도의 첨두유량 오차율은 10.56%,SCS 합성단위유량도는 0.08% 으로 분석되었으며 Clark 단위유량도는 첨두유량 모의치와 실측값과 동일하였다. 또한, 첨두유량 및 첨두시간은 Snyder 단위유량도를 제외한 모의치가 실측치를 양호하게 모의되었다.
- 44% 으로 크게 발생하였다. 그러나 SCS 합성단위유량도는 실측 관측값과 경향성은 매우 비슷하고 Sndyer 단위유량도는 추가 보정을 필요한 것으로 확인하였다(Fig. 7).
- 단위유량도간의 유의적 차이를 판단하기 위하여 일원 분산분석을 실시하여 5% 유의수준에서 유의적 차이가 없는 것으로 판단하였다. 또한 상기의 결과에 따라 모든 단위도가 비교적 높은 적용성을 제시하였으나 Clark 단위유량도 방법이 타 단위유량도 비해 신뢰도가 높은 것으로 분석되었다.
- 단위유량도간의 유의적 차이를 판단하기 위하여 일원 분산분석을 실시하여 5% 유의수준에서 유의적 차이가 없는 것으로 판단하였다. 또한 상기의 결과에 따라 모든 단위도가 비교적 높은 적용성을 제시하였으나 Clark 단위유량도 방법이 타 단위유량도 비해 신뢰도가 높은 것으로 분석되었다.
- 08% 으로 분석되었으며 Clark 단위유량도는 첨두유량 모의치와 실측값과 동일하였다. 또한, 첨두유량 및 첨두시간은 Snyder 단위유량도를 제외한 모의치가 실측치를 양호하게 모의되었다.(Fig.
- 05보다 크기 때문에 귀무가설이 성립이 되며 각 단위유량도의 방법별 첨두유량 및 첨두시간의 유의적 차이는 없다고 분석되었다. 또한,각 단위유량도의 모의치(첨두유량과 첨두시간)에 대한 유의적 차이는 없으나 오차율로 비교하면 Clark 합성단위도가 대상유역인 외도천의 유역특성을 가장 잘 반영하는 것으로 판단된다.
- 외도천 유역의 토지피복자료를 분석한 결과 산림지역이 16.91 km2 로 38%를 차지하고 있으며, 초지가 11.44 km2으로 25.7%, 도심지가 1.69 km2으로 3.8%으로 분석되었다. 토양도는 흑악통이 27.
- 일원분산분석 결과, 각 단위도의 첨두유량과 첨두시간에 대한 p-value가 유의수준 0.05보다 크기 때문에 귀무가설이 성립이 되며 각 단위유량도의 방법별 첨두유량 및 첨두시간의 유의적 차이는 없다고 분석되었다. 또한,각 단위유량도의 모의치(첨두유량과 첨두시간)에 대한 유의적 차이는 없으나 오차율로 비교하면 Clark 합성단위도가 대상유역인 외도천의 유역특성을 가장 잘 반영하는 것으로 판단된다.
- 제주도내 강우량 증가와 일강수량 극값 200 mm 이상인 해가 빈번히 발생하고 있으며, 홍수피해를 유발하는 극한사상의 발생횟수도 점차 증가하고 있어 예·경보 없이 발생하는 홍수피해도 꾸준히 증가 될 것으로 보인다.
- 61%으로 발생하였다. 첨두유량은 SCS 합성단위유량도를 제외한 모의치가 실측치를 양호하게 모의되었으며 첨두시간은 모든 단위유량도 모의치가 실측치와 동일하였다(Fig. 8).
- 1). 해당 유역의 특성인자를 분석하기 위하여 1/5,000 수치지형지도와 ArcGIS 프로그램을 이용하여 분석한 결과, 외도 천 유역의 면적은 42.69 km2 , 유로연장은 18.7 km, 유역 평균폭은 2.28 km, 유역의 평균 고도는 870 m, 형상계수는 0.09이다(Table 1).
후속연구
- 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 HEC-HMS을 이용하여 각 단위유량도의 강우-유출을 특성을 파악하고 산정결과를 비교·분석하여 가장 적합한 단위유량도를 제시하였다. 이러한 결과는 향후 하천설계 및 치수방재에 유용한 정보로 활용될 수 있다.
- 66%로 나타났다. 특히 2012년 4월 21일 사상에 대한 수문곡선은 실측값과 매우 상이한경향성을 보고 있어 추가적인 보정이 필요할 것으로 보인다. SCS 합성단위유량도의 오차율은 0.
- 향후 홍수유출량 산정하기 위해 장기간 유량관측자료 확보 및 구축, 강우 및 차단으로 발생하는 손실부분에 대한 연구가 필요하며, 이러한 제주형 유도식 개발 및 최적의 매개변수와 단위도를 적용한다면 신뢰도 높은 유출 특성 결과를 도출 할 수 있을 것으로 판단된다.
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