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설계강우-유출 관계 분석법에 의한 확률홍수량의 회귀보정을 통한 미계측 유역의 설계홍수량 산정
Estimating design floods in ungauged watersheds through regressive adjustment of flood quantiles from the design rainfall - runoff analysis method 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.50 no.9, 2017년, pp.627 - 635  

채병석 (한양대학교 대학원 건설환경공학과) ,  이진영 (한양대학교 대학원 건설환경공학과) ,  안재현 (서경대학교 공과대학 토목건축공학과) ,  김태웅 (한양대학교 공학대학 건설환경공학과)

초록
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최근 기후변화에 효과적으로 대응하기 위해서 신뢰성 높은 설계홍수량을 산정할 필요성이 커지고 있다. 본 연구에서는 홍수빈도해석법설계강우-유출 관계 분석법으로 산정되는 확률홍수량의 차이를 분석하였다. 우리나라의 경우 관측유량 자료가 부족하여 설계홍수량을 결정할 때 설계강우-유출 관계 분석법으로 산정된 확률홍수량을 이용하고 있다. 관측 유량 자료를 활용한 홍수빈도해석법의 결과를 참값으로 가정하여 분석한 결과, 설계강우-유출 관계 분석법으로 산정된 확률홍수량은 홍수빈도해석법으로 산정된 확률홍수량에 비해 약 79% 과대 산정되는 것으로 나타났다. 따라서, 본 연구에서는 설계강우-유출 관계 분석법으로 산정된 확률홍수량을 보정하는 회귀곡선식을 개발하였다. 이를 위해 우리나라 8개 댐유역의 강우와 유량자료를 획득한 후, 비선형 회귀분석을 통하여 보정식을 제안하였다. 본 연구에서 제안한 보정식을 적용할 경우, 설계강우-유출관계 분석법으로 산정된 확률홍수량보다 평균적으로 정확도가 약 65.0% 향상되었다. 또한, 유역의 크기를 고려하면, 유역의 크기를 고려하지 않았을 때보다 평균적으로 정확도가 약 2.1%p 증가하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

It is required to estimate reliable design floods for hydraulic structures in order to respond more effectively to recent climate change. In this study, differences of design floods that were estimated the flood frequency analysis (FFA) and the design rainfall-runoff analysis (DRRA) were analyzed. I...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 설계강우-유출 관계 분석법으로 확률홍수량을 산정할 수밖에 없는 우리나라 상황을 고려하여, 미계측 유역에서 설계강우-유출 관계 분석법으로 산정되는 설계홍수량을 홍수빈도해석법으로 산정되는 확률홍수량에 근접할 수 있도록 보정하는 관계식을 도출하고 적용성을 검증하였다
  • 본 연구는 관측 홍수량이 충분하지 않은 우리나라의 현실을 고려하여 현재 수자원실무에서 적용하는 설계강우-유출관계 분석법의 오차를 줄이기 위한 대안을 제시하였으며, 이의 실제 적용성을 검증하였다. 본 연구의 결과는 설계홍수량산정의 신뢰성을 높일 수 있는 대안이 될 수 있다고 판단되지만, 설계홍수량의 보정 과정에는 미계측 유역 특성과 관련된불확실성이 크기 때문에 이에 대한 영향을 반영하는 방법을 개발할 필요가 있다.
  • /s)이다. 본 연구에서는 결정계수(R2)를 기준으로 회귀곡선식의 적절성을 평가하였다. 다중회귀분석일 경우에는 독립변수들 사이의 다중공선성 문제를 고려하기 위해서 수정결정계수를 이용하기도 하지만, 본 연구에서 적용하는 회귀모형은 단순회귀모형으로 다중공선성에 대한 문제는 발생하지 않았다.
  • 그러나 이러한 방법으로 산정한 확률홍수량은 유역특성에 따라 정확도가 다르게 나타난다. 본 연구에서는 기본적으로 홍수빈도해석에 의한 방법으로 확률홍수량을 산정하는 것이 적절한 것으로 판단하고, 홍수량 자료가 부족한 우리나라의 현실을 고려하여 설계강우-유출 관계 분석법으로 산정된 확률홍수량을 홍수빈도해석법으로 산정한 확률홍수량에 가깝게 보정하기 위하여 회귀보정식을 개발하였다. 전체대상유역에 대하여 재현기간별 확률홍수량을 각각 홍수빈도해석법과 설계강우-유출 관계 분석법을 이용하여 산정한 후, Table 6에 제시된 비선형 회귀곡선 10개를 대상으로 비교 ․ 분석을 수행하였다.
  • 본 연구에서는 설계강우-유출 관계 분석법을 적용하기 위해 우선 K-water 홈페이지에서 제공하는 면적평균강우량을 대상으로 빈도해석을 실시하여 확률강우량을 산정하였다. 면적평균강우량은 대상 유역 내의 지점강우자료를 Thiessen가중평균법과 면적우량환산계수를 적용하여 계산한 값이다.
  • 본 연구에서는 설계홍수량을 산정하기 위해서 실무에서 적용되는 설계강우-유출 관계 분석법이 홍수빈도해석법보다 확률홍수량을 크게 산정한다는 것을 예증하고, 이를 개선하기 위한 대안을 제시하였다. Choi et al.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
설계홍수량이란 무엇인가? 최근 기후변화에 효과적으로 대응하기 위한 수공구조물의 안정성 있는 설계를 위해 신뢰성 높은 설계홍수량 산정에 대한 필요성이 커지고 있다. 설계홍수량이란 홍수특성, 홍수빈도, 그리고 홍수피해 가능성과 사회 경제적 요인을 함께 고려한 후 최종적으로 수공구조물의 설계기준으로 채택하는 첨두유량으로 정의된다(Jeong, 2007). 설계홍수량 산정법은 홍수량 자료의 연최대치계열을 통계학적으로 빈도해석하는 홍수빈도해석법(flood frequency analysis, FFA)과 강우량 자료를 빈도해석하여 확률강우량을 산정한 후 강우-유출모형을이용하여 설계홍수량을 산정하는 설계강우-유출 관계 분석법(design rainfall-runoff analysis, DRRA)으로 대별된다(Yoon et al.
설계홍수량 산정법중 홍수빈도해석법은 우리나라에 적용하면 신뢰성이 낮은 이유는? 미국의 경우, 홍수량 자료가 풍부하여 홍수빈도해석법을 이용해 설계홍수량을 산정하는 지침(Bulletin 17B)을 수자원설계에 적용하고 있다(United States Geological Survey, 2006). 그러나, 우리나라의 경우 홍수량에 대한 관측 자료가 매우 적기 때문에 홍수빈도해석법을 적용할 경우 산정된 설계홍수량의 신뢰성이 높지 않다. 또한 미계측 유역이 많기 때문에 홍수빈도해석법으로 설계홍수량을 산정할 수 없는 경우가 많다. 이에 대한 대안으로 우리나라 수자원 실무에서는 설계강우-유출 관계 분석법을 적용하고 있다.
설계홍수량 산정법은 어떠한가? 설계홍수량이란 홍수특성, 홍수빈도, 그리고 홍수피해 가능성과 사회 경제적 요인을 함께 고려한 후 최종적으로 수공구조물의 설계기준으로 채택하는 첨두유량으로 정의된다(Jeong, 2007). 설계홍수량 산정법은 홍수량 자료의 연최대치계열을 통계학적으로 빈도해석하는 홍수빈도해석법(flood frequency analysis, FFA)과 강우량 자료를 빈도해석하여 확률강우량을 산정한 후 강우-유출모형을이용하여 설계홍수량을 산정하는 설계강우-유출 관계 분석법(design rainfall-runoff analysis, DRRA)으로 대별된다(Yoon et al., 2013).
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참고문헌 (18)

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  4. Jeong, J. H. (2007). Water resource design practice. Goomibook. 

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  8. Lee, J. S. (2015). Hydrology. Goomibook. 

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  14. Sherman, L. K. (1932). "Streamflow from rainfall by the unit hydrograph method." Engineering News-Record, Vol. 108, pp. 501-505. 

  15. United States Geological Survey (2006). User's manual for program peakFQ, annual flood-frequency analysis using Bulletin 17B guidelines. 

  16. Wilks, D. S. (2001). Statistical methods in the atmospheric sciences. Academic Press. 

  17. Yoon, Y. M., Jeong, J. H., and Ryu, J. H. (2013). "Introduction of design flood estimation." Water for Future, Vol. 46, No. 3, pp. 55-68. 

  18. Yoon, Y. M., Shin, C. K., and Jang, S. H. (2005). "An estimation of flood quantiles at ungauged locations by index flood frequency curve." Journal of Korea Water Resources Association, Vol. 38, No. 1, pp. 1-9. 

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