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
- HSPF 모델의 수리정확도 향상을 위해서는 HSPF 모델의 하도추적테이블인 FTABLE의 정확도 향상이 필수적이다. 이에 본 연구에서는 실측 하천의 형상과 유출특성을 반영 하는 FTABLE을 생성하기 위해, 실측 하천단면과 실측 수위-유량 곡선식을 이용하여 구축된 HEC-RAS 모델의 모의 결과를 이용하여 FTABLE을 생성하는 방법을 제안하였으며, 이를 통해 HSPF 모델의 수리정확도를 크게 향상시킬수 있음을 보여 주었다. 실측 하천단면과 실측 수위-유량 곡선식을 사용한 FTABLE 적용한 모의 결과 감천 하류 RCH54와 RCH55에서 편이는 14.
가설 설정
- HSPF 모델에서 하천 및 호소 등의 수체는 리치(reach)로 정의된다. 각 리치는 완전 혼합과 단일 방향 흐름을 가정하며, 수체의 수심-수면적-체적-유출량의 관계를 정의한 하도 추적 테이블인 FTABLE을 필요로 한다(Fig. 2).
제안 방법
- 5) 먼저 (1) 실측 하천단면을 이용하여 HEC-RAS 모델의 geometric data를 구축한 후, (2) 저유량부터 100년 빈도 홍수량까지 다양한 유량 조건으로 steady flow data를 입력하고, (3) 실측 수위-유량곡선식(rating curves)을 이용하여 하류 경계 조건의 유량별 수위를 입력 하고 정상상태를 가정하여 모의하였다. (4) HEC-RAS 모델에서 모의된 수로의 각 단면별 수심, 수면적, 부피, 유량자료를 추출하고, (5) HSPF 모델과 HEC-RAS 모델의 하천 단면을 중첩 후, (6) HSPF 모델의 각소유역별로 FTABLE을 계산하였다. 각 소유역별 FTABLE에서 수심과 유량은 HSPF 모델의 각 소유역에 포함된 하천 단면의 평균이고, 수면적과 부피는 각 하천 단면의 합계이다.
- HEC-RAS 모델에서 모의된 수로의 형상 및 수리특성을 이용하여 실측 하천단면 기반 FTABLE을 생성하였다(Fig. 5) 먼저 (1) 실측 하천단면을 이용하여 HEC-RAS 모델의 geometric data를 구축한 후, (2) 저유량부터 100년 빈도 홍수량까지 다양한 유량 조건으로 steady flow data를 입력하고, (3) 실측 수위-유량곡선식(rating curves)을 이용하여 하류 경계 조건의 유량별 수위를 입력 하고 정상상태를 가정하여 모의하였다. (4) HEC-RAS 모델에서 모의된 수로의 각 단면별 수심, 수면적, 부피, 유량자료를 추출하고, (5) HSPF 모델과 HEC-RAS 모델의 하천 단면을 중첩 후, (6) HSPF 모델의 각소유역별로 FTABLE을 계산하였다.
- 감천유역에 대한 HSPF 유역모델 구축을 위해 유역경계도, 하천도 및 DEM (30×30m)을 이용하여 55개의 소유역으로 구분하였다.
- 먼저, Fig. 8에서 감천의 하류지점인 선산 수위-유량 측정 지점에서 실측 하천단면을 이용한 FTABLE과 기존의 FTABLE의 수리특성을 비교하였다. 기존 FTABLE은 하천을 Fig.
- 이에 본 연구에서는 실체 하천의 형상 및 수리 특성을 반영하는 FTABLE의 생성과 이를 통한 수리 예측 정확도 향상을 위해 낙동강 수계의 감천유역을 대상으로 실측 하천 단면자료와 실측 수위-유량 곡선식(rating curve)을 적용하여 모의한 HEC-RAS 모델의 수리 모의결과를 바탕으로 FTABLE 을 생성하는 방법을 제안하고, 기존의 유역 및 하천의 일반적인 가정에 의해 생성된 FTABLE을 적용하여 모의한 유량 및 유속에 대해 예측 정확도를 비교·평가하였다.
대상 데이터
- HEC-RAS 모형 적용구간은 감천 하구부터 총 연장 39.0 km 구간이며 하천 단면자료는 총 119개 단면이다.
- 감천에 대한 HEC-RAS 모델은 감천하천기본계획(Busan Regional Office of Construction Management, 2010)의 실측 하천단면 자료와 하류에 위치한 선산측정소의 수위-유량 곡선 자료를 이용하여 구축하였다(Fig. 7). 수위-유량 곡선식은 측정시기에 따라 일부 변동이 있으며 본 연구에서는 2010년 기준 선산측정소의 수위-유량 곡선식을 적용하였다.
- 감천에 대한 HSPF 모델의 수리 재현성을 검토하기 위해 환경부 및 국토교통부의 수위, 유량, 유속자료를 이용하여 2009년부터 2011년에 걸쳐 수리 보정을 실시하였다. 환경부 측정지점인 감천A는 주1회 측정한 유속과 유량자료 (NIER, 2014)를 이용하여 보정하였으며, 국토교통부 선산 지점의 경우 유량은 일평균 유량자료(HRFCO, 2013)를 이용하였고 유속은 한국수문조사연보(MOLIT, 2009; 2010; 2011)의 유량측정성과 자료를 이용하여 보정하였다.
- 각 소유역별 FTABLE에서 수심과 유량은 HSPF 모델의 각 소유역에 포함된 하천 단면의 평균이고, 수면적과 부피는 각 하천 단면의 합계이다.연구대상 유역인 감천유역의 본류 구간에 대해 총 11개 FTABLE을 실측 하천단면 자료를 이용하여 수정하였다.
- 감천에 대한 HSPF 모델의 수리 재현성을 검토하기 위해 환경부 및 국토교통부의 수위, 유량, 유속자료를 이용하여 2009년부터 2011년에 걸쳐 수리 보정을 실시하였다. 환경부 측정지점인 감천A는 주1회 측정한 유속과 유량자료 (NIER, 2014)를 이용하여 보정하였으며, 국토교통부 선산 지점의 경우 유량은 일평균 유량자료(HRFCO, 2013)를 이용하였고 유속은 한국수문조사연보(MOLIT, 2009; 2010; 2011)의 유량측정성과 자료를 이용하여 보정하였다.
데이터처리
- 모델 보정을 위한 통계지표로 Nash-Sutcliffe efficiency (NSE), deviation (Dv), root mean square error(RMSE)를 사용하였다. NSE는 관측값의 변동폭 대비 모델 예측값의 평균 오차로 계산되며 모델의 적합도를 평가하는 지표이고, Dv는 관측값과 모델 예측값의 상대적인 편차를 나타내는 지표이며, RMSE는 관측값과 모의값의 평균오차로써 모델의 정밀도를 나타내는 지표이다(Table 1).
이론/모형
- 4. Channel cross-section geometry assumed in creation of FTABLE using the Standard Method (U. S. EPA., 2007).
- HEC-RAS 모델에서 모의된 수로의 형상 및 수리특성을 이용하여 실측 하천단면 기반 FTABLE을 생성하였다(Fig. 5) 먼저 (1) 실측 하천단면을 이용하여 HEC-RAS 모델의 geometric data를 구축한 후, (2) 저유량부터 100년 빈도 홍수량까지 다양한 유량 조건으로 steady flow data를 입력하고, (3) 실측 수위-유량곡선식(rating curves)을 이용하여 하류 경계 조건의 유량별 수위를 입력 하고 정상상태를 가정하여 모의하였다.
- HSPF 모델에서 표준화된 FTABLE의 수심-수면적-부피의 관계는 소유역 분할시 유역면적에 따라 계산된 하천의 평균 수심, 평균 하폭, 길이, 경사 같은 하천 특성 정보와 Fig. 4 와 같은 하천 형태에 대한 표준화된 가정에 의해 자동으로 계산되며, 수심에 따른 유출량은 Manning equation을 이용하여 계산된다.
- HSPF 유역모델은 하천 및 호소 등 수체의 유출모의를 위해 수체의 수심-수면적-체적-유출량의 관계를 정의한 하도 추적 테이블인 FTABLE을 이용한다(King Count, 2010; Staley et al., 2006). HSPF 모델에서 수위, 유속 등의 수리학적 특성은 FTABLE의 정확도에 의해 결정되며, 이러한 수리학적 특성은 수체에서 수질 변수의 반응 시간을 결정하고 부유물질의 침강, 이송, 재부유 등에 직접적인 영향을 준다(Mohamoud, 2007).
- 6). 기상자료는 선산 및 추풍령 기상관측소에서 관측한 기온, 강수량, 이슬점온도, 일사량, 운량, 증발량자료를 이용하였으며, 잠재증발산은 Jensen-Haise formula (Hummel et al., 2001)을 이용하여 산정하였다.
- 7). 수위-유량 곡선식은 측정시기에 따라 일부 변동이 있으며 본 연구에서는 2010년 기준 선산측정소의 수위-유량 곡선식을 적용하였다.
- 또한 감천 본류의 소유역 구분은 각 실측 하천단 면의 수심, 단면, 기울기 등을 고려하여 가급적 유사한 수로 특성을 가지는 하천 단면들이 하나의 리치를 형성하도록 각소유역을 구성하였다. 토지이용분류는 환경부 중분류토지피 복지도(MOE, 2011)를 기준으로 도시, 논 및 습지, 농업, 산림, 수체로 구분하였다(Fig. 6). 기상자료는 선산 및 추풍령 기상관측소에서 관측한 기온, 강수량, 이슬점온도, 일사량, 운량, 증발량자료를 이용하였으며, 잠재증발산은 Jensen-Haise formula (Hummel et al.
성능/효과
- Mohamound (2007)과 Mohamound and Parmar (2006) 지역별 수리인자 산정회귀식(regional regression equations)을 이용하여 생성된 FTABLE이 수문학적 정확도 향상에는 영향을 거의 주지 않지만 수리 및 부유물질의 보정에는 큰 영향을 줌을 보여주었다. Lian et al.
- 36%로 크게 개선되었으며, RMSE 와 NSE 지표도 모두 크게 개선되었다. 두 FTABLE 모의 결과의 차인 잔차도 유량의 경우 RCH54와 RCH55 모두 모의된 유량값 자체에 비해 크지 않았으나, 유속의 경우는 비교적 큰 잔차를 보이고 있다. 특히 개선된 FTABLE은 기존 FTABLE에 비해 저유량에서는 상대적으로 빠른 유속을 고유량에서는 낮은 유속을 보이는데, 이는 Fig.
- 실측 하천단면과 실측 수위-유량 곡선식을 사용한 FTABLE 적용한 모의 결과 감천 하류 RCH54와 RCH55에서 편이는 14.26%와 -37.76%에서 각각 0.34%와 -5.36%로 크게 개선되었으며 RMSE와 NSE 지표도 모두 크게 개선되었다.
- 9와 Table 2에 감천의 중류 및 하류지점인 감천A와 선산지점에서 기존 FTABLE과 실측 하천단면을 이용한 FTABLE의 유량 및 유속 보정결과와 잔차를 비교하여 나타내었다. 유량의 경우 RCH54와 RCH55 모두 유사한 예측 정확도를 나타내었으나, 유속의 경우 두 지점 모두에서 정확도가 크게 향상된 것을 확인할 수 있다. 유속에 대한 편이(Dv)의 경우 RCH54에서는 14.
후속연구
- 실제 하천 형상과 유출 특성을 반영하는 FTABLE은 수체에서의 유속 정확도를 향상시킬 뿐만 아니라, 유속은 수체에서의 물질반응 시간과 부유물질의 침전, 이송, 재부유 등에 직접적으로 영향을 주므로 수질 및 부유물질에 대한 모의 정확도도 크게 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.