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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 국내에서 적용되고 있는 기존의 도시유출모형 중 ILLUDAS 모형, SWMM 모형, SMADA 모형을 이용하여 도시유출모형의 적용성을 검토하고자 한다. 이를 위하여 3가지 도시유출모형을 대상 유역인 동의대 유역에 적용하며, 실측수문곡선과의 비교 검토를 통하여 적용성이 우수한 도시 유출모형을 결정한다.
제안 방법
- 매개변수별 민감도비율을 산정하였다. ‘01년 6월〜10월의 해당 5개 호우사상의 강우자료를 입력강우로 선정하였으며, 사상별 유출결과치에 대한 평균값으로 민감도분석을 실시하였다. 표 4에서 총유출량 및 첨두유량의 민감도 비율의 경우, 침투능이 나머지 매개변수보다 민감도비율이 가장 작은 것으로 나타났다.
- 이용하였다. 그리고 동의대 유역의 '01 년 5개 호우사상을 이용하여 3가지 도시유출모형인 ILLUDAS 모형, SWMM 모형, SMADA 모형의 검증을 실시하였다. 표 2는 선별된 호우사상을 각 모형별로 적용한 결과를 총유출량에 대한 유출률과 오차(%)를 나타낸 것이며, 표 3은 첨두유량과 첨두시간에 대한 오차(%)를 나타내었다.
- 대하여 매개변수의 변화에 따른 유출민감도를 분석하본 연구에서는 최적모형으로 선정된 SWMM 모형에여 모형의 적용시 적정 매개변수를 선택할 수 있도록 하였다. 매개변수의 상대적인 변화에 따른 총유출량과 첨두유량의 변화를 검토하기 위하여 서규우 등(1997)이 제안한 상대 민감도분석을 실시하였다.
- 이를 위하여 3가지 도시유출모형을 대상 유역인 동의대 유역에 적용하며, 실측수문곡선과의 비교 검토를 통하여 적용성이 우수한 도시 유출모형을 결정한다. 또한 결정된 도시유출모형에서 주요매개변수의 변화에 따른 유출반응의 민감도를 파악하기 위한매개변수의 민감도분석을 실시한다.
- 모형을 이용하여 도시유출모형의 적용성을 검토하고자 한다. 이를 위하여 3가지 도시유출모형을 대상 유역인 동의대 유역에 적용하며, 실측수문곡선과의 비교 검토를 통하여 적용성이 우수한 도시 유출모형을 결정한다. 또한 결정된 도시유출모형에서 주요매개변수의 변화에 따른 유출반응의 민감도를 파악하기 위한매개변수의 민감도분석을 실시한다.
- 주요 매개변수의 단계별 변화를 통하여 유출량을 결정하였으며, 결정된 유출량을 바탕으로 하여 표 4와 같이 매개변수별 민감도비율을 산정하였다. ‘01년 6월〜10월의 해당 5개 호우사상의 강우자료를 입력강우로 선정하였으며, 사상별 유출결과치에 대한 평균값으로 민감도분석을 실시하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 각 모형별로 매개변수 검정을 수행하였으며, 검정을 위한 강우, 유출자료는 ‘01년 7월 14일 호우 사상을 이용하였다. 그리고 동의대 유역의 '01 년 5개 호우사상을 이용하여 3가지 도시유출모형인 ILLUDAS 모형, SWMM 모형, SMADA 모형의 검증을 실시하였다.
- 본 연구에서는 대상유역으로 동의대 유역을 선정하였으며, 동의대 유역은 부산광역시에 위치한 동의대학교 가야캠퍼스 일대로, 도시유출 해석을 위하여 지속적인 수문관측에 의한 자료수집이 이루어지고 있는 유역이다. 유역 총면적 54.
- 본 연구에서는 적용모형에 의한 유출모의를 위하여 동의대 유역 내에 설치되어 있는 기상관측장비인 DEMS(Dongeui univ. Environment Monitoring Station)에 의한 관측강우를 이용하였으며, 선별된 호우 사상의 특성은 표 1과 같다. 또한 유출량자료를 위하여 대상유역의 유역출구에 설치되어 있는 자동 수위관측 장비인 AWS-DEU(Automatic Waterlevel Station - Dongeui Univ.
이론/모형
- SWMM 모형내의 유출현상은 강우와 융설로 인하여 발생하는 것으로 보며, 지표면유출은 비선형 저류 방정식, 침투량산정에는 Horton식 또는 Green-Ampt 식을 사용한다. 수로와 관로에서 RUNOFF 블록은 비선형 저류 방정식, TRANSPORT 블록은 Kinematic 방정식, 저류추적방법은 수표면이 평행하다고 가정한 수정 Plus 방법을 사용한다.
- 도달시간 계산은 모형에 포함된 TCCALC를 이용하여 계산하며, 침투량 계산은 SCS방법과 Horton방법, 유출수문곡선 산정은 Santa Barbara 도시수문곡선법과 SCS방법, Clark방법을 사용한다.
- Environment Monitoring Station)에 의한 관측강우를 이용하였으며, 선별된 호우 사상의 특성은 표 1과 같다. 또한 유출량자료를 위하여 대상유역의 유역출구에 설치되어 있는 자동 수위관측 장비인 AWS-DEU(Automatic Waterlevel Station - Dongeui Univ.)에 의한 실측수위자료와 유속계로 관측한 유속측정자료 및 AWS-DEU 설치지점에서의 횡단측량에 의한 단면자료 등을 이용하여 유도된 대상유역의 수위-유량 관계곡선식을 이용하였다.
- 연구에서는 최적모형으로 선정된 SWMM 모형에여 모형의 적용시 적정 매개변수를 선택할 수 있도록 하였다. 매개변수의 상대적인 변화에 따른 총유출량과 첨두유량의 변화를 검토하기 위하여 서규우 등(1997)이 제안한 상대 민감도분석을 실시하였다.
- 침투량산정에는 Horton식 또는 Green-Ampt 식을 사용한다. 수로와 관로에서 RUNOFF 블록은 비선형 저류 방정식, TRANSPORT 블록은 Kinematic 방정식, 저류추적방법은 수표면이 평행하다고 가정한 수정 Plus 방법을 사용한다.
성능/효과
- SWMM 모형에서 각 매개변수별 민감도비율의 유출민감도비를 나타낸 결과는 표 5와 같다. 그림 3은 SWMM 모형의 3가지 주요 매개변수에 대하여 총유출량비와 첨두유량비의 비율로 표현되는 유출 민감도 비를 도시한 결과로 주요 매개변수의 민감도 변화는 조도계수(SR)가 가장 작은 변화를 보이며 저류깊이(SS), 침투 능(SI) 순으로 민감도 변화정도가 커지고 있음을 확인할 수 있다.
- 6%로 나타났다. 대체적으로 SWMM 모형이 다른 두 모형, 즉 ILLUDAS 모형과 SMADA 모형보다 오차가 더 작은 결과를 보이고 있음을 알 수 있으며, ILLUDAS 모형은 총유출량의 과소산정 경향을 보였고 SMADA 모형은 총유출량을 과대 산정하는 것으로 나타났다. 표 3에서 첨두유량의 오차는 ILLUDAS 모형의 경우 -21.
- 5%로 나타났으며, 절대오차의 평균값을 살펴보면 SWMM 모형, ILLUDAS 모형, SMADA 모형의 순으로 오차가 작은 것을 알 수 있다. 또한 첨두시간의 오차는 ILLUDAS 모형과 SWMM 모형의 경우 0%〜6.6%, SMADA 모형의 경우 0%〜14.0%로 나타나 세 모형 모두가 실측치와 근접 하는 것으로 모의 되었다. 표 2와 3의 결과를 살펴보면, 3가지 모형 이 만족스러 운 결과를 보이 는 것은 아니나 SWMM 모형이 ILLUDAS 모형과 SMADA 모형보다 총유출량과 첨두유량의 오차가 작게 나타나고 있어 대상유역에서 SWMM 모형이 다른 두 모형에 비해 적용성이 우수하다고 판단할 수 있다.
- 표 4에서 총유출량 및 첨두유량의 민감도 비율의 경우, 침투능이 나머지 매개변수보다 민감도비율이 가장 작은 것으로 나타났다. 손실 저류 깊이는 총유출량과 첨두유량의 민감도 비율은 유사한 값을 갖는 것으로 나타났으며, 조도계수는 총유출량 및 첨두유량에 대한 민감도 정도가 매우 큰 것으로 나타나 총유출량과 첨두유량을 결정에 있어 가장 큰 영향을 미친다고 판단된다.
- 표 2로부터 총유출량의 모형별 오차를 살펴보면, ILLUDAS 모형은 -34.0%〜-20.5%, SWMM 모형은 -4.9%-31.9%, SMADA 모형의 경우 2.1%〜36.6%로 나타났다. 대체적으로 SWMM 모형이 다른 두 모형, 즉 ILLUDAS 모형과 SMADA 모형보다 오차가 더 작은 결과를 보이고 있음을 알 수 있으며, ILLUDAS 모형은 총유출량의 과소산정 경향을 보였고 SMADA 모형은 총유출량을 과대 산정하는 것으로 나타났다.
- 0%로 나타나 세 모형 모두가 실측치와 근접 하는 것으로 모의 되었다. 표 2와 3의 결과를 살펴보면, 3가지 모형 이 만족스러 운 결과를 보이 는 것은 아니나 SWMM 모형이 ILLUDAS 모형과 SMADA 모형보다 총유출량과 첨두유량의 오차가 작게 나타나고 있어 대상유역에서 SWMM 모형이 다른 두 모형에 비해 적용성이 우수하다고 판단할 수 있다.
- 대체적으로 SWMM 모형이 다른 두 모형, 즉 ILLUDAS 모형과 SMADA 모형보다 오차가 더 작은 결과를 보이고 있음을 알 수 있으며, ILLUDAS 모형은 총유출량의 과소산정 경향을 보였고 SMADA 모형은 총유출량을 과대 산정하는 것으로 나타났다. 표 3에서 첨두유량의 오차는 ILLUDAS 모형의 경우 -21.1%-36.7%, SWMM 모형의 경우 -7.8%〜33.9%, SMADA 모형의 경우 -47.6%〜18.5%로 나타났으며, 절대오차의 평균값을 살펴보면 SWMM 모형, ILLUDAS 모형, SMADA 모형의 순으로 오차가 작은 것을 알 수 있다. 또한 첨두시간의 오차는 ILLUDAS 모형과 SWMM 모형의 경우 0%〜6.
- ‘01년 6월〜10월의 해당 5개 호우사상의 강우자료를 입력강우로 선정하였으며, 사상별 유출결과치에 대한 평균값으로 민감도분석을 실시하였다. 표 4에서 총유출량 및 첨두유량의 민감도 비율의 경우, 침투능이 나머지 매개변수보다 민감도비율이 가장 작은 것으로 나타났다. 손실 저류 깊이는 총유출량과 첨두유량의 민감도 비율은 유사한 값을 갖는 것으로 나타났으며, 조도계수는 총유출량 및 첨두유량에 대한 민감도 정도가 매우 큰 것으로 나타나 총유출량과 첨두유량을 결정에 있어 가장 큰 영향을 미친다고 판단된다.
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