[논문]농지배수 수문설계 기준과 임계지속기간을 고려한 농업 소유역 침수분석

김귀훈; 전상민; 강문성; 최진용

doi:10.5389/ksae.2023.65.4.025

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KDS (Korean Design Standard) for agricultural drainage is a planning standard that helps determine the appropriate capacity and type of drainage facilities. The objective of this study was to analyze the inundation of the agricultural basin considering the current design standard and the critical ra...

KDS (Korean Design Standard) for agricultural drainage is a planning standard that helps determine the appropriate capacity and type of drainage facilities. The objective of this study was to analyze the inundation of the agricultural basin considering the current design standard and the critical rainfall duration. This study used the rainfall durations of 1-48 hour, and the time distribution method with the Chicago and the modified Huff model. For the runoff model, the NRCS (Natural Resources Conservation Service) unit hydrograph method was applied, and the inundation depth and duration were analyzed using area-elevation data. From the inundation analysis using the modified Huff method with different rainfall durations, 4 hours showed the largest peak discharge, and 11 hours showed the largest inundation depth. From the comparison analysis with the current method (Chicago method with a duration of 48 hours) and the modified Huff method applying critical rainfall duration, the current method showed less peak discharge and lower inundation depth compared to the modified Huff method. From the simulation of changing values of drainage rate, the duration of 11 hours showed larger inundation depth and duration compared to the duration of 4 hours. Accordingly, the modified Huff method with the critical rainfall duration would likely be a safer design than the current method. Also, a process of choosing a design hydrograph considering the inundation depth and duration is needed to apply the critical rainfall duration. This study is expected to be helpful for the theoretical basis of the agricultural drainage design standards.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1 Time distribution methods used in this study (Chicago, modified-Huff)
그림 Fig. 2 Simulation results of peak discharge, inundation depth, and inundation duration according to rainfall durations with modified Huff method
표 Table 1 Modeling results depending on different rainfall durations
그림 Fig. 3 Modeling results of hydrograph and inundation depth for different rainfall durations (Pump = 40 CMS)
그림 Fig. 4 Comparison simulations of inundation depth depending on the different drainage rate and rainfall duration
표 Table 2 Variation of peak discharge and inundation depth depending on the drainage rate

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 현행 농지배수 설계기준 방법과 임계지속기간을 고려하여 농업 소유역에서 첨두유출량과 침수심 및 침수시간을 모의하였다. 본 연구에서는 하나의 대상지구에서 수행된 모의 내용을 바탕으로 진행되었기 때문에 대상지구의 특성에 따라 영향의 정도가 상이할 수 있을 것으로 판단되며, 향후 후속연구를 통해 추가적인 분석이 필요할 것으로 사료된다.
본 연구의 목적은 농업 소유역을 대상으로 현행 농지배수 설계기준 침수분석 방법과 임계지속기간을 고려한 방법을 이용하여 첨두유출량과 침수심 및 침수시간을 비교 분석하고, 배수량에 따른 침수심과 침수시간 변화를 분석하는 것이다. 이때 현행 방법으로는 48시간 지속기간과 Chicago 시간분포모델을 적용하였고, 임계지속기간의 경우 1-48시간 지속기간과 수정 Huff 모델을 적용한 후 수문곡선을 유도하였다.

제안 방법

본 연구에서는 먼저 수정 Huff 모델을 적용하여 첨두유출량 기준의 임계지속기간과 침수심 및 침수시간이 최대가 되는 지속기간의 결과를 비교하였고, 이어서 현행 설계기준 방법과 임계지속기간을 적용한 결과를 비교 분석하였다. 그리고 앞에서 모의한 두 가지 지속기간의 수문곡선에 배수량을 변화시켜 첨두유출량, 침수심, 그리고 침수시간을 비교하여 설계배수량을 결정하는 방법의 적용성을 분석하였다.
모의를 위해 지속기간 1-48시간의 확률강우량을 수집하고, 수정 Huff와 Chicago 방법을 적용하여 시간분포 시킨 후, 각 지속기간에서의 유출량을 산정하여 침수심 및 침수시간을 분석하였다. 본 연구에서는 먼저 수정 Huff 모델을 적용하여 첨두유출량 기준의 임계지속기간과 침수심 및 침수시간이 최대가 되는 지속기간의 결과를 비교하였고, 이어서 현행 설계기준 방법과 임계지속기간을 적용한 결과를 비교 분석하였다. 그리고 앞에서 모의한 두 가지 지속기간의 수문곡선에 배수량을 변화시켜 첨두유출량, 침수심, 그리고 침수시간을 비교하여 설계배수량을 결정하는 방법의 적용성을 분석하였다.
현행 농지배수 설계기준에서는 설계기준치를 바탕으로 수문곡선을 먼저 유도한 후 배수량을 달리하며 경제적으로 적절한 허용침수심을 결정하였다. 이에 따라 본 연구에서는 수정 Huff 모델과 임계지속기간을 적용하였을 때, 첨두유출량을 계획의 기본으로 한 경우 (Case 1)과 침수심을 계획의 기본으로 한 경우 (Case 2)로 나누어 분석하였다. 배수량이 작을수록 Case 1과 Case 2의 지속기간, 침수심, 침수시간의 차이가 컸으며, Case 2에서 더 큰 침수피해가 예상되었고, 배수량이 점점 커질수록 Case 2의 값이 Case 1과 비슷해졌다.

대상 데이터

본 연구에서는 2012년 이후 실시된 배수개선사업 사업지구 한 곳을 대상지구로 선정하였다. 대상지구는 총 5개의 소유역을 가지고 있으며, 이 중 가장 큰 유역을 모의 대상지구로 선정하였다. 해당 유역은 1,033.
본 연구는 2012년 이후 실시된 배수개선사업 사업지구 한곳을 대상지구로 선정하였으며, 대상지구의 유역면적은 1,033.5 ha, 대상지구의 지배 기상관측소는 창원 관측소였다. 모의를 위해 지속기간 1-48시간의 확률강우량을 수집하고, 수정 Huff와 Chicago 방법을 적용하여 시간분포 시킨 후, 각 지속기간에서의 유출량을 산정하여 침수심 및 침수시간을 분석하였다.
본 연구에서는 2012년 이후 실시된 배수개선사업 사업지구 한 곳을 대상지구로 선정하였다. 대상지구는 총 5개의 소유역을 가지고 있으며, 이 중 가장 큰 유역을 모의 대상지구로 선정하였다.
대상지구는 총 5개의 소유역을 가지고 있으며, 이 중 가장 큰 유역을 모의 대상지구로 선정하였다. 해당 유역은 1,033.5 ha의 면적을 가지고 있으며, 대상지구의 지배 기상관측소는 창원 관측소이다.

이론/모형

5 ha, 대상지구의 지배 기상관측소는 창원 관측소였다. 모의를 위해 지속기간 1-48시간의 확률강우량을 수집하고, 수정 Huff와 Chicago 방법을 적용하여 시간분포 시킨 후, 각 지속기간에서의 유출량을 산정하여 침수심 및 침수시간을 분석하였다. 본 연구에서는 먼저 수정 Huff 모델을 적용하여 첨두유출량 기준의 임계지속기간과 침수심 및 침수시간이 최대가 되는 지속기간의 결과를 비교하였고, 이어서 현행 설계기준 방법과 임계지속기간을 적용한 결과를 비교 분석하였다.
본 연구의 목적은 농업 소유역을 대상으로 현행 농지배수 설계기준 침수분석 방법과 임계지속기간을 고려한 방법을 이용하여 첨두유출량과 침수심 및 침수시간을 비교 분석하고, 배수량에 따른 침수심과 침수시간 변화를 분석하는 것이다. 이때 현행 방법으로는 48시간 지속기간과 Chicago 시간분포모델을 적용하였고, 임계지속기간의 경우 1-48시간 지속기간과 수정 Huff 모델을 적용한 후 수문곡선을 유도하였다.

성능/효과

이에 따라 본 연구에서는 수정 Huff 모델과 임계지속기간을 적용하였을 때, 첨두유출량을 계획의 기본으로 한 경우 (Case 1)과 침수심을 계획의 기본으로 한 경우 (Case 2)로 나누어 분석하였다. 배수량이 작을수록 Case 1과 Case 2의 지속기간, 침수심, 침수시간의 차이가 컸으며, Case 2에서 더 큰 침수피해가 예상되었고, 배수량이 점점 커질수록 Case 2의 값이 Case 1과 비슷해졌다. Case 1과 2를 통해 최대 침수심이나 침수시간이 발생하는 강우 지속기간이 아닌 최대 첨두유출량이 발생하는 강우 지속기간으로 농업 소유역의 배수시설을 설계할 경우 상대적으로 과소한 설계가 될 가능성이 있을 것으로 판단된다.
31 m 더 낮게 산정된 것이다. 배수량이 커질수록 Case 1과 Case 2의 첨두유출량, 침수심, 침수시간뿐 아니라 지속기간도 비슷해지는 것을 확인할 수 있었다. 무침수배제를 위해 첨두유출량을 설계배수량으로 선정한다면 Case 1과 Case 2가 같아지지만, 침수를 허용하는 설계에서는 Case 1의 침수심과 침수시간이 과소하게 모의 될 가능성이 있다.
수정 Huff 방법과 임계지속기간을 적용하였을 경우 지속기간 4시간에서 가장 큰 첨두유출량 값을 보였으나, 침수심은 지속기간 10-12시간에서 가장 큰 값을 보였다. 이는 농업 소유역에서 침수를 허용할 경우 최대 첨두유출량이 발생하는 강우 지속기간과 허용침수심 기준의 최대 침수심이나 최장 침수시간이 발생하는 강우 지속기간이 일치하지 않음을 의미한다.
지속기간 48시간 확률강우량과 Chicago 방법을 적용했을 경우 지속기간 4시간의 수정 Huff 방법에서보다 첨두유출량이 더 낮은 것으로 모의 되었으며, 지속기간 11시간의 수정 Huff 방법에서보다 침수시간은 길지만, 최대 침수심은 더 낮고 침수피해 면적은 더 적은 것으로 모의 되었다. 침수시간이 더 길었던 것은 강우가 48시간 동안 분포되어 있기 때문으로, 필요한 설계배수량이 수정 Huff 방법에서보다 더 적게 산정될 것으로 보인다.
2의 그래프 값을 표로 나타내고 있으며, 지속기간에 따른 침수시간과 첨두유출량, 침수심, 그리고 침수면적의 모의 결과를 나타낸다. 첨두유출량은 지속기간 4시간에서 158.2 CMS로 가장 크게 계산되었고, 침수시간은 지속기간 15시간에서 8.7시간으로 가장 길게 계산되었다. 침수심은 지속기간 10-12시간에서 5.
7시간으로 가장 길게 계산되었다. 침수심은 지속기간 10-12시간에서 5.86 m로 가장 높게 계산되었으며, 이때 침수면적은 120.0 ha로 가장 넓은 것으로 모의 되었다.

후속연구

Case 1과 2를 통해 최대 침수심이나 침수시간이 발생하는 강우 지속기간이 아닌 최대 첨두유출량이 발생하는 강우 지속기간으로 농업 소유역의 배수시설을 설계할 경우 상대적으로 과소한 설계가 될 가능성이 있을 것으로 판단된다. 따라서 농업 소유역에서 는 임계지속기간을 적용한다면 침수를 허용하는 특성으로 인해 배수량 값을 고려하여 수문곡선을 선택하는 과정이 필요할 것으로 사료된다.
본 연구에서는 현행 농지배수 설계기준 방법과 임계지속기간을 고려하여 농업 소유역에서 첨두유출량과 침수심 및 침수시간을 모의하였다. 본 연구에서는 하나의 대상지구에서 수행된 모의 내용을 바탕으로 진행되었기 때문에 대상지구의 특성에 따라 영향의 정도가 상이할 수 있을 것으로 판단되며, 향후 후속연구를 통해 추가적인 분석이 필요할 것으로 사료된다. 본 연구의 결과는 농업생산기반시설의 역할과 기능을 고려한 농지배수 설계기준을 수립하는 데에 도움이 될 것으로 기대된다.
본 연구에서는 하나의 대상지구에서 수행된 모의 내용을 바탕으로 진행되었기 때문에 대상지구의 특성에 따라 영향의 정도가 상이할 수 있을 것으로 판단되며, 향후 후속연구를 통해 추가적인 분석이 필요할 것으로 사료된다. 본 연구의 결과는 농업생산기반시설의 역할과 기능을 고려한 농지배수 설계기준을 수립하는 데에 도움이 될 것으로 기대된다.
이처럼 최대 침수심이나 저류시간이 발생하는 강우 지속기간이 아닌 최대 첨두유출량이 발생하는 강우 지속기간으로 농업 소유역의 배수시설을 설계할 경우 상대적으로 과소한 설계가 될 가능성이 있다. 이에 따라 임계지속기간을 적용하여 설계기준의 침수분석을 수행할 경우 수문곡선과 배수량을 연계하여 모의하는 과정이 필요할 것으로 판단된다.

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