[논문]수문곡선의 기저유출분리 방법에 대한 고찰

조성현; 문상호

doi:10.7857/jsge.2022.27.1.050

수문곡선의 기저유출분리 방법에 대한 고찰
A Comparative Study on the Storm Hydrograph Separation Methods for Baseflow through Field Applications 원문보기

지하수토양환경 = Journal of soil and groundwater environment, v.27 no.1, 2022년, pp.50 - 59

조성현 (서울대학교 농생명과학공동기기원) , 문상호 (한국지질자원연구원 기후변화대응연구본부 지하수환경연구센터)

Abstract ▼ AI-Helper

There are several methods for separating the baseflow from the hydrograph, and graphical methods (GM) have mostly been used. GMs are those that separate the baseflow from the direct flow simply by connecting rising point with inflection point or points related to some duration from a hydrograph. Environmental tracer method (ETM) is another tool researched and developed under several conditions to estimate the groundwater recharge. The goal of this study is to separate the baseflow component from a storm hydrograph by applying various GMs and ETM, and to compare their results. The baseflow component estimated by ETM was different from the results by GMs in terms of their shapes of fluctuation and flow rates. Another important feature is that the form of the baseflow to which ETM is applied is similar to that of a storm hydrograph. This similarity is presumed to be due to the selection of tracer that respond quickly to rainfall.

주제어

표/그림 (7)

그림 Fig. 1. Two different hydrograph separation methods for rainfall event: (a) graphical methods (N-day=A-C; fixed base=A-B'-C; variable slope=A-D; straight line=A-E) and (b) environmental tracer method. The environmental tracer method in Fig. 1(b) can separate the hydrograph into new water and baseflow using the mass balance equation.
그림 Fig. 2. Location map of the study area within Boeun-gun, Korea. The study area is represented as light purple in the upper part. The water system and Dalcheon catchment boundary (study are) are also expressed together.
그림 Fig. 3. The spatial distribution of rainfall (a) and δ¹⁸O values (b) in the study catchment during July 29, 2007.
그림 Fig. 4. Stream monitoring results in the stream of study catchment: (a) stage, (b) rating curve, (c) discharge, and (d) change in δ¹⁸O value.
그림 Fig. 5. Results of hydrograph separation in study catchment by (a) graphical methods and (b) environment tracer method. The two baseflow recessions (see dot lines) were divided into the pre-baseflow (under) and the baseflow change (upper).
표 Table 1. Equations of recession curve to the hydrograph in the study area
표 Table 2. Baseflow ratio in the study area calculated by four graphical methods and environmental tracer method

AI 본문요약
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문제 정의

이번 연구는 수문곡선에서 느린 유출로 정의되는 기저 유출 성분을 도식적인 방법과 환경추적자 방법을 적용해 수문곡선으로부터 직접유출과 기저유출 성분을 분리하고, 도식적인 여러 방법과 환경추적자 방법을 비교 검토하는 것이다. 나아가 이들의 장단점을 비교함으로써 기저 유출성분의 특성을 조금 더 이해하고자 한다.
이번 연구는 수문곡선에서 느린 유출로 정의되는 기저 유출 성분을 도식적인 방법과 환경추적자 방법을 적용해 수문곡선으로부터 직접유출과 기저유출 성분을 분리하고, 도식적인 여러 방법과 환경추적자 방법을 비교 검토하는 것이다. 나아가 이들의 장단점을 비교함으로써 기저 유출성분의 특성을 조금 더 이해하고자 한다.

제안 방법

6개 지점에서 각각의 적산 강우량계에서 얻은 시료의 산소동위원소 조성도 면적 평균강수량을 구한 것과 같이 동일한 격자 조건으로 ArcGIS를 이용하여 0.01‰ 간격으로 등산소동위원소 조성을 작성하고(Fig
모든 시료는 무균채수병을 사용하여 채수하였고, 추적자 분석을 위해 일부를 덜어 0.45μm 멤브레인 필터를 이용하여 여과하였다.
수문곡선으로부터 기저유출 성분을 분리하는데 도식적인 방법들과 환경추적자 방법을 현장에 적용하였고, 다음과 같은 결론을 얻었다.

대상 데이터

강우는 6개 지점에서 채수하였고, 하천수는 유출구에서 10회 채수하였다(Fig. 2 참조).
2 참조). 강우를 채취하기 위해 보은군 면사무소 옥상의 6개 자동기상관측시스템 옆에 적산 강우량 계를 설치하였다. 적산강우량계의 설치장소의 선정 사유는 자동기상관측시스템에서 측정한 강우량을 검증하고 보완하는 것이었다.

이론/모형

연구에서 검토된 기저유출성분 분리방법들은 도식적인 방법과 환경추적자 방법으로, 도식적인 방법은 N-day법, 수정 N-day법, 경사급변법 및 수평직선분리법, 등이었다 (Fig. 1 참조).

성능/효과

(2) 도식적인 방법들은 호우 시 유출성분에서 기저 유출성분이 크지 않을 것이라는 가정하에 직선적인 도식에 의한 기저유출 분리였기에 오차가 크지 않을 것이라고 단정했지만, 추적자를 이용하는 방법과 비교했을 때 차이가 크게 나타났다. 단기간의 기저유출 성분을 분리하기 위해서는 도식적인 방법이 다소 과대 또는 과소로 평가될 수 있는 여지가 있다고 판단한다.
(3) 수문곡선에서 주관적으로 기저유출 성분을 구분하는 도식적인 방법들은 과학적인 근거가 충분하다고 볼 수 없다. 집수유역의 수문곡선은 수문 특성과 관련된 토양, 지질, 대수성, 식생, 수로 및 지형 등의 분포와 특성이 모두 반영된 결과이므로, 수문곡선과 유사한 모양의 기저 유출성분을 분리하는 환경추적자 방법이 더 타당하리라 판단된다.
강우에 대해 기저유출률이 가장 큰 순서대로 나열하면, 환경추적자 방법 > 경사급변법 > N-day법 > 수정N-day 법 > 수평직선법 순이었다(Table 2)
그 결과, 환경추적자 방법 > 경사급변점법 > N-day법 > 수정N-day법 > 수평직선법 순으로 기저 유출성분이 크게 산정되었다
집수유역의 수문곡선은 수문 특성과 관련된 토양, 지질, 대수성, 식생, 수로 및 지형 등의 분포와 특성이 모두 반영된 결과이므로, 수문곡선과 유사한 모양의 기저 유출성분을 분리하는 환경추적자 방법이 더 타당하리라 판단된다. 또한, 환경추적자 방법은 질량평형방정식을 이용한 정량적인 근거를 가진다.
(3) 수문곡선에서 주관적으로 기저유출 성분을 구분하는 도식적인 방법들은 과학적인 근거가 충분하다고 볼 수 없다. 집수유역의 수문곡선은 수문 특성과 관련된 토양, 지질, 대수성, 식생, 수로 및 지형 등의 분포와 특성이 모두 반영된 결과이므로, 수문곡선과 유사한 모양의 기저 유출성분을 분리하는 환경추적자 방법이 더 타당하리라 판단된다. 또한, 환경추적자 방법은 질량평형방정식을 이용한 정량적인 근거를 가진다.
86cm(Fetter, 1994)이므로 강우 발생 후 약 1시간 만에 기저유출량의 변동은 또 다른 기작이 있어야 가능하다. 추적자의 조성이나 농도의 대비(contrast)가 강우와 강우 전 하천수(기저유출)과 클수록, 수문곡선으로부터 기저 유출 성분은 명확히 분리된다. Fig.
한편, 환경추적자 방법은 수문곡선으로 분리된 기저 유출 성분의 모양이 수문곡선과 유사해 수문곡선에서 상당한 부분이 기저유출 성분임을 보여준다(Fig. 5b 참조).

후속연구

그렇지만 그것도 강우에 대한 기저유출 성분의 즉각적인 반응의 사유로 해석하기엔 한계가 있다. 강우의 빠른 침투(preference pathway)가 충적층과 암반층의 경계에서 피스톤 흐름(piston flow)으로 반응하거나, 비교적 지하수면이 지표에 가까운 이득하천(gaining stream) 주변에서 하천수가 지하수와 빠르게 반응한 결과인지는 더 연구가 필요하다.
수문곡선은 유역의 면적뿐만 아니라 수문 특성과 관련된 토양 및 지질분포, 대수성 특성, 식생 분포, 수로 및 지형 특성 등 모든 것들의 특성이 반영된 결과이므로 오로지 유역면적에 근거해 기저유출 성분을 분리하기에는 한계가 있다. 결정적으로 도식적인 방법들은 직접 유출과 기저 유출 성분을 분리한 형태는 경사급변법을 제외하고는 모두 유사하였다.
기저유출 성분의 유출율은 유역의 형상별, 면적별 그리고 식생별 등에 따라 일정하기보다는 다를 것이라는 추정이 합리적이라 생각된다. 이러한 추정을 과학적으로 해결하기 위해 향후 다양한 유역에서의 추가적인 연구가 필요하다.
도식적인 방법들에서 기저 유출성분의 변동량이 많게 나타나는 이유는 직접유출과 기저 유출을 분리하는 분리선의 위치에 따라 유출량이 달라지는 당연한 결과로 해석된다. 환경추적자 방법은 선택된 추적자로 인해 기저유출의 변화량이 강우에 대해 즉각적으로 반응을 보여서 나타난 결과로 해석되나, 느린 유출로 대변되는 기저유출의 특성과는 다소 다르므로 추가적인 연구가 필요하다.

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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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