[논문]수공구조물 설계를 위한 임계지속시간 결정

이상진; 김우구; 황만하

문제 정의

또한 임계지속기간은 큰 편차를 보일 수 있으므로, 이에 대한 영향들을 검토하여 정량화할 필요 J 가 있다. 따라서 본 연구에서는 수공구조물설계를 위한 임계지속시간을 결정하기위하여, 각 수문 요소에 따른 임계지속기간의 변동양상을 파악함으로써 수문설계시 도움이 될 수 있는 자료를 제시하고자 하였다. 이때 고려된 수문요소는 지속시간별 PMF, 최고홍수위(홍수총량), 강우시간 분포, 합성 단위 도법 등을 분석에 이용하였다.

가설 설정

S의 유효우량 산정 방법을 사용하였으며 상기 유효우량 산정 공식에 적용되는 CN값은 1/50, 000 축척의 토양도 및 지형도를 이용하여 소유역의 토양종류 및 토지이용 상태를 분류하였다. 안전적인 측면을 고려하여 홍수시에는 선행강우로 인하여 유역이 충분히 포화되어 있다고 가정하여 AMC-III 조건의 CN값 76.0을 선정하여 시간분포 강우-유출모형에 적용하였다.

제안 방법

2. 임계지속시간에서의 첨두유량을 Huff4분위법과 합성단위도별로 비교 . 분석한 결과 단위도(Clark 방법, SCS방법, Nakayasu 방법)별로 다른 임계지속시간(4시간〜6시간)을 나타내고 있으며 이러한 결과를 통해 수문분석시 적정 강우유출모형 선정의 중요성을 확인할 수 있었다.
PMP는 유역면적 25knf〜2, 000㎢에 대한 지속시간 1, 2, 6, 12, 24, 48, 72시간의 PMP도를 기초로 소유 역의 위치, 유역면적 및 중심좌표를 결정한 후 대상유역의 중심을 기준으로 면적별, 지속시간별 PMP를 읽었다. 즉 그림5의 연구대상 소유역 중심점 PMP상의 독치값을 기초로 하여 유역면적별 강우 깊이—지속시간 포락 및 균일화 곡선을 작성한 후 반대수지상에 도시하여 지속시간별로 강우 깊이-면적의 포락 및 균일화 곡선으로 그림 1과 같이 소유역의 PMP-DAD# 작성하였다.
6, 건설교통부)」에서 제시한 가능 최대 강수량 도(PMP도)를 이용하여 구한 값과 2002년 8월에 강릉지역에서 발생한 태풍 RUSA에 의한 호우를 수문기상학적인 방법으로 전이한 PMP를 비교 . 검토하여 산정하였고 이 값을 임계지속시간 결정 시 필요한 지속시간별 PMF를 구하는데 사용하였다.
단, 본 연구의 결과는 이용 가능한 수문요소 방법 중 일부만을 이용하여 제시된 결과이므로 추후 보다 다양한 방법에 대한 분석 등의 수행을 통해 보다 일반적인 기준의 제시가 가능할 것으로 생각된다. 그리고 본 소유역은 연평균 유출량이 0.065m7s이며 월 최대유출량이 0.82 nf/s에 불과한 작은 유량이기 때문에 기저유량을 고려하지 않고 직접유출량을 그대로 PMF로 보았다.
본 연구대상 소유역의 PMP는 「한국 가능최대 강수량도 (2000.6, 건설교통부)」에서 제시한 가능 최대 강수량 도(PMP도)를 이용하여 구한 값과 2002년 8월에 강릉지역에서 발생한 태풍 RUSA에 의한 호우를 수문기상학적인 방법으로 전이한 PMP를 비교 . 검토하여 산정하였고 이 값을 임계지속시간 결정 시 필요한 지속시간별 PMF를 구하는데 사용하였다.
본 연구에서는 미계측 유역의 유출량 산정시 국내 실무에서 널리 사용되고 있는 유출모형 합성단위도인 SCS 방법, Nakayasu(중안) 방법과 Clark 방법을 이용하여 설계강우 분포모형 중 Mononobe분포법, Huff 분포법과 IDF곡선분포법을 적용하여 임계지속시간에 대한 시간당 최대강우량을 기왕 실측자료와 비교하여 설계홍수량을 산정 시 실제 강우의 변화양상을 반영하는 유출모형의 적합성 정도를 파악하였다. 1988년 건설부에서 발표한 「수자원관리 기법 개발연구조사 보고서 (2권, 한국확률강우량도의 작성)」에서 포항, 울산관측소의 IDF (Rainfall- Intensity- Duration-Frequency) 관계곡선을 제시하고 있으며, 상기 관계곡선을 이용하여 양지점의 중간 값에 해당하는 IDF 관계곡선을 그림 3과 같이 작성 하여 결정 된 임 계지속시간에서 의 시 간 최 대강우량을 산정 하는데 사용하였다.
소유역에 대해 산정된 임계지속기간 및 지속기간 24시간에서의 홍수량을 Huff 2분위 및 3분위법 조건으로 고정하여 24시간에서의 홍수량을 기준으로 임계지속기 간에서의 홍수량을 비교 분석하였다. Huff법 에서 의 첨두홍수량은 1, 2, 3, 4분위별로 차례로 180.
소유역의 유효우량 산정을 위해 S.C.S의 유효우량 산정 방법을 사용하였으며 상기 유효우량 산정 공식에 적용되는 CN값은 1/50, 000 축척의 토양도 및 지형도를 이용하여 소유역의 토양종류 및 토지이용 상태를 분류하였다. 안전적인 측면을 고려하여 홍수시에는 선행강우로 인하여 유역이 충분히 포화되어 있다고 가정하여 AMC-III 조건의 CN값 76.
10)j 에서 제시한 DAD 분석 결과는 다음 그림 2와 같다. 여기에 호우지대의 수분 최대화 비와 호우 지대와 계획지점인 전이지대로의 호우전이비(수평전이비, 수직전이비, 지형영향비 등)를 고려하여 표1과 같이 소유역의 총전이비를 산출하였다.
따라서 본 연구에서는 수공구조물설계를 위한 임계지속시간을 결정하기위하여, 각 수문 요소에 따른 임계지속기간의 변동양상을 파악함으로써 수문설계시 도움이 될 수 있는 자료를 제시하고자 하였다. 이때 고려된 수문요소는 지속시간별 PMF, 최고홍수위(홍수총량), 강우시간 분포, 합성 단위 도법 등을 분석에 이용하였다.
임계시간으로 결정된 강우지속시간이 6시간인 강우량 535imn을 적용하여 강우분포 방법별로 15분 단위의 지속시간별 강우량을 산정하고 전 장에서 분석한 여러 유출모형과 비교하여 나타내면 표 4와 같다. 표에서 나타난 바와 같이 Mononobe 공식으로 구한 15분 및 1시간 최대강우량이 각각 185.

대상 데이터

1988년 건설부에서 발표한 「수자원관리 기법 개발연구조사 보고서 (2권, 한국확률강우량도의 작성)」에서 포항, 울산관측소의 IDF (Rainfall- Intensity- Duration-Frequency) 관계곡선을 제시하고 있으며, 상기 관계곡선을 이용하여 양지점의 중간 값에 해당하는 IDF 관계곡선을 그림 3과 같이 작성 하여 결정 된 임 계지속시간에서 의 시 간 최 대강우량을 산정 하는데 사용하였다.
제시하였다. Huff 방법을 적용하기 위한 자료로 소유역 인근 포항관측소의 50% 누가 계열 치를 사용하였고 이와같은 구간별 지속시간 누가계열치를 이용하였다. 또한 단위도 산정에 있어서 연구대상 지역은 유역면적이 극히 소규모 유역으로 홍수 도달시간이 짧기 때문에 단위도의 단위시간을 0.
연구 대상 유역으로 선정 한 경북 감포지역 의 무명 천 유역 의 면적은 3.6741㎢로서 전체 유역 면적 3.74 ㎢의 98%를 차지하고 있으며, 유로연장 역시 4.64km로서 전체 유로연장 4.98km의 대부분을 차지하는 극히 적은 미계측 소유역이다. 유역의 형상은 동서로 길게 뻗어 있으며 하천 형상은 수지상(樹枝狀)이나 본류 이외 큰 지류가 없는 단순한 하천으로 소하구로 이어져 직접 동해로 유입되는 지형 조건을 갖추고 있다.

이론/모형

저수지로 유입하는 홍수의 수문학적 추적계산은 저류방정식에 의하며 본 연구에서는 수공구조물 설계 시 많이 적용하는 Modified Puls Method에 의한 저수지 추적방법을 이용하였다.

성능/효과

1. 임계지속시간(6시간) 적용시 시간당 최대 강우량 분석 결과로부터 Mononobe법, IDF 곡선분포법에 비해 Huff법(3분위)이 가장 적합도가 큰 것으로 나타났다.
3. 임계지속시간에서의 홍수량은 단순 24시간 홍수량과 비교하여 1.3배〜2.0배정도 큰 값으로 분석되었으므로 수문설계 시 홍수량 뿐만 아니라 임계지속시간 또한 매우 큰 영향을 받고 있음을 나타내는 결과라고 할 수 있다.
0㎜이며, 소유역의 1시간 PMP는 앞의 표 3 에서와 같이 180㎜로 산정되었다. 따라서, 우리나라의 1시간 최대강우량 및 소유역의 PMP 규모를 고려해 볼 때, Mononobe 공식 및 I.D.F 곡선 식으로 구한 시간별 강우분포는 실제보다 과다하며, Huff 방법으로 구한 시간별 강우분포가 가장 적합성이 큼을 확인하였다.
임계지속시간에서의 첨두유량을 Huff4분위법과 합성단위도별로 비교 . 분석한 결과 단위도(Clark 방법, SCS방법, Nakayasu 방법)별로 다른 임계지속시간(4시간〜6시간)을 나타내고 있으며 이러한 결과를 통해 수문분석시 적정 강우유출모형 선정의 중요성을 확인할 수 있었다.
6m7s 이었다. 이와같이 강우-유출모형을 구성하는데 각 단위도별로 지속임계시간이 4시간〜6시간으로 다르게 나타났는데 이러한 결과를 통해 수문분석시 적정 유출모형 선정의 중요성을 확인할 수 있었다. 또한 그림 5에서와 같이 임계지속기간에서의 홍수량은 24시간 홍수량과 비교하여 1.
표에서 나타난 바와 같이 Mononobe 공식으로 구한 15분 및 1시간 최대강우량이 각각 185.5㎜, 294.4㎜로 가장 크고 다음이 I.D.F 곡선식이며, Huff 방법은 가장 작아 15분 및 1시간 최대강우량이 각각 51.69mm, 196.9㎜이다. 한편, 우리나라의 1시간 최대강우량은 1998년 7월 31일 순천관측소에서 기록된 145.

후속연구

9ni7s로 제3분위가 가장 큰값을 나타내었다. 단, 본 연구의 결과는 이용 가능한 수문요소 방법 중 일부만을 이용하여 제시된 결과이므로 추후 보다 다양한 방법에 대한 분석 등의 수행을 통해 보다 일반적인 기준의 제시가 가능할 것으로 생각된다. 그리고 본 소유역은 연평균 유출량이 0.

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