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문제 정의
- 국가하천이 없는 제주도는 국가 하천유량 조사사업에서 제외된 사각지대에 놓여 있으며 특이한 수문 특성을 반영한 확률강우량을 산정하여 설계홍수량을 결정하여야만 한다. 본 연구는 제주도에서 처음으로 제주시 도심지를 유과하며 강우관측소의 밀도가 비교적 높아 강우의 분포특성을 충분히 고려할 수 있는 한천유역을 대상으로 면적고정형 ARF (Areal Reduction Factor)를 산정하고, 설계홍수량 산정요령(MLTM, 2012)에서 제시한 4대강 유역의 면적감소계수와 비 교·분석하여 제주도에 적합한 제주형 면적감소계수를 산정하는 기초 연구로써 수공구조물의 안전도 확보 및 하천정비계획 수립 등에 기여하고자 한다.
제안 방법
- 하지만, 제주도는 제주 기상청 관할 4개 기상대(제주, 서귀포, 성산, 고산)의 ASOS 자료를 제외한 대부분의 AWS 관측자료 보유 년 수가 30년 미만이다. 따라서, 장기간(30년 이상)의 관측자료 확보가 불가능한 점을 감안 하여 최소 10년 이상 관측자료 확보가 가능한 6(ASOS 1개소, AWS 5개소)개의 강우관측소에 대하여 지속시간 및 시간 강우량 자료를 수집하여 1시간 간격으로 임의시간 연 최대치 강우량 자료를 구축하였다.
- 제주도 한천유역을 중심으로 한 표본면적(100 km2)에 대해 회귀화에 따른 면적감소계수를 빈도별로 산정하여 우리나라 4대강 유역의 면적감소계수(MLTM, 2012)와 비교하였다(Table 3.).
- 제주도의 특이한 수문특성을 반영한 면적감소계수를 구하기 위하여 한천유역(34.57km2)을 중심으로 한 면적고정형 ARF를 산정하고 설계홍수량 산정요령(MLTM, 2012)에서 제시한 4대강 유역의 면적감소계수와 비교·검토한 결과는 다음과 같다.
대상 데이터
- Thiessen망도는 Fig. 2와 같으며, 한천유역 강우량 산정에 필요한 6개소(ASOS 1개소, AWS 5개소)의 강우관측소의 강우량 자료를 사용하였다(Table 1).
- 본 연구대상 유역인 한천유역은 중규모유역으로 이론적 타당성이 갖춰진 원자료에 환산계수를 적용하였다. 강우량 자료는 6개소 지점(제주 기상대 1개소, AWS 5개소)의 강우관측소 자료를 활용하였으며, 고정시간-임의시간 지점에 대한 강우량 환산을 위하여 MLTM(2012)에서 제시한 다음의 식 (1)을 적용하였다. 여기서 Y는 환산계수이며 X는 강우지속기간(hr) 이다.
- 본 연구대상 유역인 한천유역은 중규모유역으로 이론적 타당성이 갖춰진 원자료에 환산계수를 적용하였다. 강우량 자료는 6개소 지점(제주 기상대 1개소, AWS 5개소)의 강우관측소 자료를 활용하였으며, 고정시간-임의시간 지점에 대한 강우량 환산을 위하여 MLTM(2012)에서 제시한 다음의 식 (1)을 적용하였다.
- 연구대상 유역은 표본지역의 면적 범위를 비교적 좁게 선정하여도 강우 관측소의 밀도가 높아 강우량의 공간적 분포 특성을 충분히 고려할 수 있는 제주도 한천유역(34.57 )을 선정하였다. Thiessen망도는 Fig.
데이터처리
- )의 범위에 속하는 각 강우관측소의 지배면적비를 우량값에 곱하여 지점평균확률강우량으로 산정하였다. 면적평균확률강우량은 각 강우관측소의 동시간 강우자료에 지배면적비를 곱하여 임의시간 면적강우량의 연최대치 계열을 구축하고, 이를 빈도분석하여 산정하였다.
- 지점평균확률강우량은 각 강우관측지점의 연최대치 강우량 자료계열을 ‘fard2006’를 사용하여 빈도분석을 실시한 후 Thiessen가중법을 사용하여 산정하였다(MLTM, 2012).
- 확률분포에 대한 적합도 검정은 확률분포의 상대 도수함수와 누가 도수함수의 이론값의 표본값을 비교하여 그 정도를 판별하는 것으로, 본 연구에서는 X2-검정, Kolmogorov-Smirnov (KS) 검정, Cramer Von Mises (CVM) 검정, Probability Plot Correlation Coefficient (PPCC) 검정 등을 시행하였다.
이론/모형
- 매개변수의 추정 방법은 모멘트법, 최우도법, 확률가중모멘트법 중 관측자료의 보유기간이 짧은 경우에도 오차의 범위가 크지않고, 안정적인 결과를 도출할 수 있는 확률가중모멘트법을 사용하였다.
- 빈도 분석 시 일반적으로 사용되는 확률분포형으로 GEV (General Extreme Value)분포형, Gumbel 분포형, gamma 분포형, log-Gumbel 분포형, lognormal 분포형, log--Pearson type 분포형, Weibull 분포형, Wakeby 분포형에 대하여 분석을 실시하였으며, 그 중 지역적 불연속 발생 방지를 위한 방법으로 설계 홍수량 산정요령(MLTM, 2012)에 제시된 Gumbel 분포형을 확률분포형으로 채택하였다.
- , 2015). 이 연구에서는 유역의 강우 빈도해석 시 이용 되는 면적고정형 방법을 사용하여 면적감소계수를 산정하였다.
성능/효과
- 반면 4대강 유역은 강우지속기간이 48시간 내지 72시간 이상에서 형성되고 있어 제주도의 수문학적 특성과는 다른 특이한 강우분포를 보이고 있다. 따라서 내륙지역과 상이한 제주도의 강우분포 특성은 강우지속기간에 따른 강우량 자료가 면적감소계수 산정에 큰 영향을 미치고 있음을 보이고 있다.
- 의 면적감소계수를 그래프로 나타낸 것이다. 본 연구 결과에서 면적감소계수는 초기 강우지속시간을 제외하면 4대강 유역 중 한강 유역의 면적감소계수와 유사한 경향성을 확인할 수 있으며, 한천유역의 면적감소계수와 비교 시 영산강 유역의 면적감소계수가 가장 큰 차이를 보이고 있다.
- 본 연구 결과와 같이 우리나라 최대 강우량을 보이는 제주도의 독특한 강우특성을 충분히 반영하지 못 하고 4대강 유역의 면적감소계수를 그대로 제주도에 적용할 경우 설계홍수량이 과다 또는 과소 산정될 우려가 있다. 금번 제주도의 강우 특성을 고려한 ARF 산정 및 비교 연구는 향후 제주도 전 유역에 적용 가능한 면적감소계수 산정과 기준 설정 등 지속적인 연구 조사와 유량조사를 통한 수공구조물의 안전도 확보 및 과학적·합리적인 하천정비계획 수립에 기여할 것으로 보인다.
- 이러한 결과들은 제주도의 면적감소계수가 우리나라 내륙지역과는 큰 차이가 있음을 보여준다. 제주도는 강우관측소가 내륙지역에 비해 높은 밀도를 반영하고 있으며 절해고도라는 특수한 산악지형의 특성과 태풍 및 집중호우의 분포특성으로 인해 단기 지속기간에 강우가 집중되어 강우 지속기간이 대부분 12시간 이내에 형성되고 있다.
- 제주도 한천유역을 중심으로 한 면적감소계수를 우리나라 4대하천의 권역별, 빈도별, 초기 지속시간의 변동 폭이 비교적 큰 시간대(1~6시간)와 비교한 결과 한천유역에 비해 한강유역 7.61%, 낙동강유역 12.69%, 금강유역 8.09%, 영산강유역 17.98%로 작게 나타났다. 또한, 한천유역의 면적감소계수 변동 폭은 48시간을 기준으로 할 때 2.
- 한천유역 중심의 면적감소계수 변동 폭은 48시간을 기준으로 할 때 2.13%로 나타나 한강 8.92%, 낙동강 11.41%, 금강 8.87%에 비교적 작은 변동성을 나타냈으며, 특히 최대치를 보인 영산강 17.17%에 비하여 변동폭의 범위가 작게 나타났다.
- 한천유역을 중심으로 한 면적감소계수의 권역별, 빈도별, 초기 지속시간의 변동 폭이 비교적 큰 시간대(1~6시간)와 비교한 결과 한천유역에 비해 한강유역 7.61%, 낙동강유역 12.69%, 금강유역 8.09%, 영산강 유역 17.98%로 작게 나타났다.
후속연구
- 본 연구 결과와 같이 우리나라 최대 강우량을 보이는 제주도의 독특한 강우특성을 충분히 반영하지 못 하고 4대강 유역의 면적감소계수를 그대로 제주도에 적용할 경우 설계홍수량이 과다 또는 과소 산정될 우려가 있다. 금번 제주도의 강우 특성을 고려한 ARF 산정 및 비교 연구는 향후 제주도 전 유역에 적용 가능한 면적감소계수 산정과 기준 설정 등 지속적인 연구 조사와 유량조사를 통한 수공구조물의 안전도 확보 및 과학적·합리적인 하천정비계획 수립에 기여할 것으로 보인다.
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