[논문]서울 지점의 강우운동에너지 특성에 관한 연구

이준학

doi:10.12652/ksce.2020.40.1.0111

[국내논문] 서울 지점의 강우운동에너지 특성에 관한 연구
Characterization of Rainfall Kinetic Energy in Seoul 원문보기

대한토목학회논문집 = Journal of the Korean Society of Civil Engineers, v.40 no.1, 2020년, pp.111 - 118

이준학 (육군사관학교 토목환경학과)

초록
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한국은 강우로 인해 발생되는 토양침식량을 정량적으로 예측하기 위해서 미국에서 유도된 강우운동에너지식을 지난 40년 동안 사용해왔다. 강우의 특성은 기후, 지역 및 시간에 의존하기 때문에 연구 지역에서 측정된 호우사상으로부터, 토양 침식을 일으키는 강우운동에너지의 특성을 분석해서 연구에 활용하는 것이 필요하다. 본 연구의 목적은 서울 지역의 강우운동에너지의 특성을 분석하기 위한 것으로서 서울에서 3년 동안 측정 한 파시벨 강우자료를 사용하였다. 본 연구는 파시벨로 측정한 자료 중 강우강도에 따른 강우운동에너지의 관계를 규명하는데 중점을 두었으며, 새로운 강우운동에너지식을 제안하였다. 또한, 기존에 국내 및 국외에서 개발된 강우운동에너지식과 본 연구에서 도출한 서울 지점에서의 강우운동에너지의 특성을 비교 분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The rainfall kinetic energy equation derived in the USA has been used in South Korea to quantitatively estimate the amount of soil erosion caused by rainfall for the past 40 years. It is critical to analyze the characteristics of rainfall kinetic energy that causes soil erosion from measured storm events in the study area because the characteristics depend on climate, region, and time. The purpose of this study is to analyze the characteristics in Seoul, South Korea, and the data of the Parsivel rain gauge measured in Seoul for 3 years was used for the current study. This study focuses on deriving the relationship between rainfall kinetic energy and rainfall intensity among the data measured by the Parsivel. The new rainfall kinetic energy equation in Seoul is proposed and compared with the previous equations used in South Korea.

주제어

표/그림 (8)

표 Table 1. Previous Studies in Korea
그림 Fig. 1. Laser-Optical Disdrometer
그림 Fig. 2. Scatterplot between I and KEV
그림 Fig. 3. Relationship between Rainfall Intensity and Rainfall Kinetic Energy
그림 Fig. 4. Comparison with the Previous Equations
그림 Fig. 5. Relationship between Rainfall Intensity and Rainfall Kinetic Energy
표 Table 2. Comparison between New Equations and the Previous Studies for KEV
표 Table 3. Comparison between New Equations and the Previous Studies for KER

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 서울 지역의 강우운동에너지 특성을 분석하기 위한 목적으로 수행되었으며 이를 위해, 서울에서 Parsivel 광학우적계로 3개년 동안 측정한 강우강도와 강우운동에너지와의 관계를 분석하여 서울 지점의 강우운동에너지식을 새롭게 유도하여 제시하였다. 또한, 기존에 국내 및 국외에서 개발된 강우운동에너지식과 본 연구에서 도출한 강우운동에너지식의 특성을 비교 분석하였다.
본 연구는 서울 지역의 강우운동에너지의 특성을 분석하기 위한 것으로서 서울에서 2015년 10월부터 2017년 12월 기간 동안 측정한 Parsivel 광학우적계의 강우자료를 사용하였다. 본 연구의 목적은 서울 지점의 새로운 강우운동에너지식을 유도하기 위한 것으로서 강우강도와 강우운동에너지의 관계를 규명하는데 중점을 두었다. 또한 이를 통해 또한 기존에 국내 및 국외에서 개발된 강우운동에너지식과 본 연구에서 도출한 식을 비교분석하여 서울지점의 강우운동에너지 특성을 분석하였다.

제안 방법

본 연구의 목적은 서울 지점의 새로운 강우운동에너지식을 유도하기 위한 것으로서 강우강도와 강우운동에너지의 관계를 규명하는데 중점을 두었다. 또한 이를 통해 또한 기존에 국내 및 국외에서 개발된 강우운동에너지식과 본 연구에서 도출한 식을 비교분석하여 서울지점의 강우운동에너지 특성을 분석하였다.
본 연구는 서울 지역의 강우운동에너지 특성을 분석하기 위한 목적으로 수행되었으며 이를 위해, 서울에서 Parsivel 광학우적계로 3개년 동안 측정한 강우강도와 강우운동에너지와의 관계를 분석하여 서울 지점의 강우운동에너지식을 새롭게 유도하여 제시하였다. 또한, 기존에 국내 및 국외에서 개발된 강우운동에너지식과 본 연구에서 도출한 강우운동에너지식의 특성을 비교 분석하였다. 그 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구에서 유도한 강우운동에너지식을 선행 연구결과와 비교하기 위하여 선행 강우운동에너지식을 유도할 때 경계조건이 되었던 강우강도의 구간 범위를 적용하여 도시하였다. 예를 들어 Kim et al.
본 연구에서는 Fig. 3의 강우운동에너지와 강우강도의 관계 그래프를 토대로 다음과 같이 회귀분석을 통해 강우운동에너지식을 유도하였다. Fig.

대상 데이터

이에 본 연구에서는 서울 노원 AWS 인근에 Parsivel 레이저 광학 우적계(Laser-optical disdrometer)를 설치하였으며, 2015년 10월부터 2017년 12월까지 측정한 강우자료를 강우운동에너지식 유도에 사용하였다. Parsivel 광학우적계로 측정한 강우량에 대한 검증은 노원 AWS의 시강우량을 이용하였으며, 약 5 % 내외로 오차범위를 만족한 데이터를 사용하였다. 레이저 광학우적계는 1분 단위로 빗방울의 크기, 속도, 밀도 값을 제공하며, ASDO라는 전용 프로그램에서 강우강도와 강우운동에너지를 자동으로 산출해서 그 값을 제공하고 있다.
본 연구는 서울 지역의 강우운동에너지의 특성을 분석하기 위한 것으로서 서울에서 2015년 10월부터 2017년 12월 기간 동안 측정한 Parsivel 광학우적계의 강우자료를 사용하였다. 본 연구의 목적은 서울 지점의 새로운 강우운동에너지식을 유도하기 위한 것으로서 강우강도와 강우운동에너지의 관계를 규명하는데 중점을 두었다.
본 연구에서는 연구기간 동안에 1분 단위로 계측된 59,113개의 데이터를 자료 분석에 활용하였다. 계측된 자료 중에 최대 강우강도는 145.
(2017)은 용평 지점에 대해서 레이저 광학우적계인 파시벨(Parsivel)로 계측한 데이터를 분석하여, 강우운동에너지식을 유도하였다. 이에 본 연구에서는 서울 노원 AWS 인근에 Parsivel 레이저 광학 우적계(Laser-optical disdrometer)를 설치하였으며, 2015년 10월부터 2017년 12월까지 측정한 강우자료를 강우운동에너지식 유도에 사용하였다. Parsivel 광학우적계로 측정한 강우량에 대한 검증은 노원 AWS의 시강우량을 이용하였으며, 약 5 % 내외로 오차범위를 만족한 데이터를 사용하였다.

이론/모형

(3)과 같은 대수함수 형태의 식은, 강우강도가 증가하더라도 강우운동에너지가 무한히 증가하지 않는 특성을 반영하지 못하는 제한사항이 있다. 본 연구에서는 Lee and Won(2013)의 연구결과를 참고하여 100 mm/h 이상일 경우의 국내 강우운동에너지의 상한값을 30J/m²/mm으로 하였다. e_kv의 단위를 MJ/ha/mm로 바꿔주기 위해서는 Eq.

성능/효과

본 연구에서는 연구기간 동안에 1분 단위로 계측된 59,113개의 데이터를 자료 분석에 활용하였다. 계측된 자료 중에 최대 강우강도는 145.75 mm/h였으며, 이 때 강우운동에너지는 23.3 J/m²/mm로 측정되었다. Fig.
그 이유는 이를 대체할 수 있는 강우운동에너지식에 대한 심도 깊은 연구가 없었기 때문인 것으로 사료되며, 이에 본 연구는 서울 지점의 호우사상을 바탕으로 강우운동에너지식을 새롭게 유도하였다. 그 결과, 서울 지점의 강우운동에너지의 특성은 동일 강우강도라고 하더라도 국외에서 유도된 강우운동에너지식을 이용하여 산정한 값과 대전, 대관령, 용평 지점 등에서 유도된 값과 다른 특성을 보임을 알 수 있었다. 강우운동에너지 값이 달라지면 강우침식인자 값이 달라지기 때문에 USLE를 이용한 토양침식량을 추정할 때 불확실성이 증가하게 된다.
기존에 국내에서 활용되고 있는 USLE, RUSLE, RUSLE2의 강우운동에너지식과 비교시 서울 지점의 강우운동에너지는 강우강도 100 mm/h 이하일 경우, 동일 강우강도에서 더 작은 강우운동에너지를 갖는 것으로 나타났다. 이것은 서울 지점의 강우운동에너지의 특성이 강우강도 100 mm/h 이하일 경우에 다른 지역에 비해 동일 강우강도에서 더 작은 강우침식인자 값을 갖는다는 것을 의미한다.
둘째, 국내에서 안성, 대관령, 용평 지점에서 유도된 강우운동에너지식과 본 연구에서 유도된 식을 비교해본 결과, 강우강도 40mm/h 이상에서 서울 지점의 강우운동에너지가 다른 지역에 비해서 작은 값을 갖는 것을 알 수 있었다.
75 mm/h를 포함하는 서울 지점의 강우운동에너지식을 새롭게 제시하였다. 또한 이를 통해 100 mm/h 이하의 동일 강우강도 하에서 서울지점의 강우운동에너지가 Noe and Kwon(1984)의 강우운동에너지식으로 추정한 값보다는 크고, USLE의 강우운동에너지식으로 산출한 값보다 약 10 % 작은 값을 갖는다는 것을 알 수 있었다.
연구결과, Fig. 4에서 알 수 있듯이, 서울 지점의 강우운동에너지는 Noe and Kwon(1984)의 강우운동에너지식과 비교했을 때, 강우강도 30 mm/h 이하인 경우는 동일 강우강도에서 작은 값을 갖지만, 30 mm/h 이상인 경우는 큰 값을 갖는 것으로 나타났다. 또한 대관령 지점에서 유도한 Lee and Won(2013)의 강우운동에너지 보다는 약 100 mm/h 이하일 때 동일 강우강도에서 더 작은 강우에너지를 갖는 것으로 나타났다.
첫째, 기존에 서울과 수원 지점의 강우사상을 토대로 유도된 Noe and Kwon(1984)의 강우운동에너지식은 계측된 호우사상의 강우강도 범위가 최대 70 mm/h라는 한계가 있었고, 이를 활용시, 동일 강우강도에서 USLE의 강우운동에너지식보다 약 15~20 % 정도 작은 값을 갖는 것으로 나타났다(Lee et al., 2011), 본 연구는 3개년 동안의 계측데이터를 이용하여 최대 강우강도 145.75 mm/h를 포함하는 서울 지점의 강우운동에너지식을 새롭게 제시하였다. 또한 이를 통해 100 mm/h 이하의 동일 강우강도 하에서 서울지점의 강우운동에너지가 Noe and Kwon(1984)의 강우운동에너지식으로 추정한 값보다는 크고, USLE의 강우운동에너지식으로 산출한 값보다 약 10 % 작은 값을 갖는다는 것을 알 수 있었다.

후속연구

본 연구는 3개년 동안 측정한 자료를 토대로 하였으나 자료 구축은 계속 진행 중에 있으며, 후속연구로서 국내 Parsivel 광학우적계가 설치되어 있는 국립기상과학원의 자료를 토대로 한국의 지점별 강우운동에너지식을 유도하고 그 특성을 비교분석하는 연구를 수행할 계획이다. 본 연구에서 제시한 서울 지점의 강우운동에너지식은 향후 한국의 강우침식인자를 재산정하는 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.
본 연구는 3개년 동안 측정한 자료를 토대로 하였으나 자료 구축은 계속 진행 중에 있으며, 후속연구로서 국내 Parsivel 광학우적계가 설치되어 있는 국립기상과학원의 자료를 토대로 한국의 지점별 강우운동에너지식을 유도하고 그 특성을 비교분석하는 연구를 수행할 계획이다. 본 연구에서 제시한 서울 지점의 강우운동에너지식은 향후 한국의 강우침식인자를 재산정하는 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	강우운동에너지는 어떻게 구분되는가?	강우운동에너지는 단위에 따라서 단위부피당 강우운동에너지와 단위시간당 강우운동에너지로 구분할 수 있다(Kinnell, 1981; Salles et al., 2002).
	강우침식인자는 무엇인가?	강우침식인자(Rainfall erosivity)는 운동에너지를 가지고 있는 강우가 지표면에 낙하할 때 토양을 침식하는 정도(erosivity)를 나타내는 값이다. 1965년 미국 농무부(US Department of Agriculture)가 발간한 농업핸드북 282호(Agriculture Handbook No.
	범용토양유실공식의 강우침식인자를 산정할 때 사용하는것은?	, 2002). 단위부피당 강우운동에너지는 비체적 강우운동에너지(volume-specific kinetic energy, ekv, KEV) 또는 강우운동에너지량(Amount of rainfall kinetic energy)이라고도 하며, USLE의 강우침식인자를 산정할 때 일반적으로 사용되고 있는 값이다(Kinnell, 1981). 이때 강우운동에너지의 단위는 J/m2/mm가 되며, MJ/ha/mm의 단위로 나타내기 위해서는 J/m2/mm에 100을 곱해야 한다(Foster et al.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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