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가설 설정
- 전체 구간의 유속을 3.0m/s로 가정하여 도달시간을 계산하였으며 유역의 최원점에서 하도가 시작되는 것으로 가정하여 유입시간과 하도의 도달시간을 한꺼번에 산정하였다.
제안 방법
- . 기존 Sabol 공식이 형상계수가 작은 경우 적용상의 문제점이 있는 부분을 개선하여 수정 Sabol 공식으로 변형한 다음, 단위도의 적용한계인 25kme 이하 소유역에 적용하는데 따른 문제점을 해결하기 위한 소유역 매개변수 보정계수를 도입하였다.
- . 전체 유역을 소유역으로 분할하여 소유역별 홍수량 산정, 하도 홍수추적 및 합성을 실시할 경우 소유역의 개수를 많이 분할할수록 홍수량이 증가하는 문제점이 해결하기 위하여 Sabol 공식에 저류상수 보정계수(Q)를도입하여 소유역 분할에 따라 홍수량이 과다하게 산정되는 부분을 개선할 수 있는 방안을 제시하였다.
- 가상유역의 형상으로는 타원형이 가장 일반적인 형태이나 많은 소유역으로 분할시 이에 따르는 계산의 편리성을 위하여 타원형에 가까운 마름모형을 채택하였다. 가상 유역의 구체적인 마름모형 형상은 그림 2와 같고, 이와 같은 가상유역은 전체 열(row)과 행(column)의 수가 모두 12개이며성되어 있다.
- 강우분포의 시간간격 등과 같은 입력인자의 시간간격은 5분으로 입력하였으며, 단위도의 지속기간 및 계산 시간간격은 유역면적별 가상유역 형상에 개략 도달시간을 계산한 다음, 개략 도달시간의 약 15% 정도를 전체유역의 계산시간간격으로 결정하고 분할되는 소유역면적의 규모 및 도달시간 등을 고려하여 면적구분 방안별 전체면적의 25 % 면적을 기준으로 lOknF 이하는 5분, 10 초과~50km2 이하는 10분, 50 초과-lOOknF 이하는 20분, 100 초과~ 500 km2 이하는 30분, 500 km2 초과는 60분으로 적용하였다.
- 금회 분석에서「한국하천일람(건교부, 2003)」의 자료를 이용하여 우리나라의 유역면적과 유로연장간의 관계를 식 (6)과 같이 회귀식으로 제시하였으며, 도출된 식을 이용하여 유로연장을 계산하였다.
- 대상유역의 소유역 분할 방법은 열(row)을 기준으로 분할하는 것을 원칙으로 하며, 소유역을 분할하는 방법을예를 들면 3개로 분할하는 경우 1~4번열, 5~8번열, 9~12번열을 하나의 소유역으로 구분하고, 4개로 분할하는 경우 1~3번열, 4~6번열, 7~9번열, 10~12번열로 구분하는 방식을 적용하였다.
- 따라서 무차원 가중계수X는 그 영향이 미미하므로 일반적으로 적용하는 0.2를 채택하고, Muskingum 저류상수 K는 추적구간의 홍수파 통과시간이며 홍수파의 전파속도는 자연하천의 경우 평균유속의 1.5배이므로 저류 상수는 평균유속을 적용한 도달시간의 2/3로 산정하는 방법을 채택하였다.
- 실제유역 전체유역을 하나의 유역으로 하여 산정된 홍수량을 기준 홍수량으로 채택하고, 소유역 분할후 가상유역의 전체유역에 대한 저류상수 보정계수Mat)를 적용하여 소유역 홍수량 산정, 하도 홍수추적 및 합성을 통한 홍수량을 기준 홍수량과 비교하여 가장 유사하게 나타나도록 가상유역의 전체유역에 대한 저류상수 보정계수(@at)의 1차 추가 보정계수(βSFT)를 산정하였다.
- 실제유역 전체유역의 형상계수와 가상유역 전체유역의 형상계수의 차이 따른 영향을 고려하기 위하여 먼저 실제유역 전체유역 형상계수는 범위를 0.08~0.5로 확대하여 각각 다르게 설정하되 분할된 소유역의 형상계수는 가상유역과 동일한 방법으로 설정하였다.
- 영월댐유역을 전체유역, 소유역 3개, 9개, 14개 등 4가지로 구분하여 계획빈도는 200년빈도에 대하여 신규 저류상수 산정 방법의 적용성을 검토하였다.
- 이와 같은 소유역의 형상계수에 대한 2차 추가 보정계수(QsfJ는 실제유역 소유역별 도달시간은 물리변수이므로그대로 적용하고 저류상수만 가상유역과 동일하게 산정되는 방향으로 2차 추가 보정하는 것으로 하였으며, 이를 위하여 가상유역 소유역별 형상계수(SFasi)와 실제유역 소유역별 형상계수(SFjg) 비와 전체유역면적 등의 인자의 멱승 형태로 회귀분석하였다.
- 이와 같이 열과 행의 수를 12개로 설정한 것은 소유역 분할시 계산의 적용을 용이하게 하기 위함이며, 유역면적은 다양한 경우에 대하여 저류 상수의 적용성을 검토하기 위하여 유역면적의 규모를 5-25,000km2 범위에서 14개 방안으로 설정하였다.
- 일정시간을 적용할 경우 유역면적의 규모에 따른 차이를 고려하지 못하고, 실제 유속 등을 고려하여 유입시간을산정하는 경우 소유역의 경우 산정된 유입시간이 지나치게 작으므로 비홍수량 과다산정되므로 소유역에서의 비홍수량 과다 산정을 방지하기 위하여 기존 유입시간 산정 방법의 장단점을 고려하여 소유역 매개변수 보정계수 개념을도입하였으며, 소유역으로 간주하여 비홍수량이 과다하게 산정되는 것을 방지하는 면적의 상한계는 단위도법 적용및 면적우량환산계수 적용 하한계인 25 ㎢으로 결정하였다.
- 저류상수 산정 공식중 Sabol 공식은 가장 합리적이며 최근 많이 채택되고 있으나 형상계수가 0.1 정도가 되면도달시간(TJ/저류상수(K)가 매우 작아지는 경향을 나타내며 이에 따라 홍수량도 매우 작게 산정되는 문제점을 야기시키므로 이를 수정하여 저류상수 산정 공식의 기본 공식으로 채택하고 보정계수를 사용하여 소유역으로 분할하여 하도추적과 합성을 통하여 홍수량을 산정할 경우 홍수량이 크게 증가하는 문제를 해결하도록 저류상수 산정공식을 제시하였다.
- 전체유역을 하나의 유역으로 처리하여 홍수량을 산정한 경우와 전체유역을 소유역으로 분할하여 홍수량을 산정한 경우의 홍수량 차이가 크게 발생하며 소유역 분할에 따른 홍수량 증가가 매우 크므로 이에 대한 개선방안이 절실히 필요하므로, 이와 같이 소유역 분할에 따른 홍수량 증가가 발생하는 문제를 해결하기 위하여 홍수량 산정 방법으로 가장 널리 사용되고 있는 Clark 단위도법의 두 가지 매개변수 중에서 물리적인 개념이 강한 도달시간은 조정이 불가능하므로 저류상수 산정 방법을 개선하는 방법을 개발하였다.
- 한편, 소유역 분할에 있어서 소유역의 개수는 1개, 2개, 3개, 4개, 6개, 12개로 나누는 것으로 간주하여 6가지 경우로 구분하였다.
대상 데이터
- 신규 저류상수 산정 방법의 적용 대상유역으로 설계는 완료하고 취소된 바 있는 영월댐 유역을 채택하였으며, 기존「영월다목적댐건설사업 기본설계보고서(건설교통부.한국수자원공사, 1997)」상의 유역도는 그림 6과 같다.
데이터처리
- 또한, 유역면적 25knF 이상에서는 면적별 강우지속기 간-면적우량환산계수 회귀식을 적용하였으며 , 강우분포는「 지역적 설계강우의 시간적 분포(건교부, 2000)」의 주요 관측소별 Huff 방법의 무차원곡선을 분위별로 평균한 다음 회귀분석을 실시하였으며 3분위를 채택하였다.
이론/모형
- Clark 단위도법 적용시의 필요한 시간-누가면적 곡선은 일반적인 유역형상 유도된 식 (7)과 같은 합성 시간-누가 면적 곡선을 적용하였다.
- 가상 대상유역 에 적용할 설계강우량은「한국 확률강우량도 작성(건교부, 2000)」의 주요 관측소별 지속기간별 확률강우량과 Thiessen 가중평 균법을 사용하여 산정 한 50년빈도 전국평균 확률강우량을 적 용하였으며 , 임 계지 속기 간결정을 위하여 강우지속기간은 1시간~48시간에 대하여 후술되는 계산시간간격과 동일한 간격으로 적용하여 홍수량을 산정하였다.
- 또한, 소유역이 분할되면 소유역별로 본류의 도달시간과 지류의 도달시간을 산정할 수 있으며 이 중 큰 도달시간을 홍수량 산정을 위한 Clark 단위도법의 도달시간으로 채택하였다.
- 저류상수 산정 공식의 기본 형태는 가장 합리적이며 최근 많이 채택되고 있는 Sabol 공식을 약간 변형한 수정 Sabol 공식을 기본 공식으로 채택하였다.
- 한편, 유효우량 산정 방법은 SCS의 CN 방법을 채택하였으며 CN값은 80으로 일정하게 적용하였다.
성능/효과
- 동 표를 살펴보면 신규 저류상수 산정 방법을 적용할 경우 전체유역을 여러 개의 소유역으로 분할한 경우에도 홍수량이 많이 증가되는 문제를 해결됨과 아울러 모두 약 10% 내의 편차를 가지는 정도로 홍수량을 산정할 수있음을 알 수 있다.
- 소유역 분할 방안별 홍수량 산정 결과와 비교를 위하여 전체유역을소유역으로 분할하지 않고 하나의 유역으로 하여 홍수량을 산정한 결과, 영월댐의 200년빈도 홍수량은 6, 155m, /s로 나타났다.
- 소유역을 기존 보고서와 같이 14개의 소유역으로 분할하고 저류상수 보정상수(, 3)를 소유역별로 적용하여 홍수량을 산정한 결과, 영월댐의 200년빈도 홍수량은 6, 586m, /s로 나타났다.
- 소유역을 송천 및 골지천유역, 오대천유역, 기타유역 등 3개로 분할하고 저류상수 보정상수(Q)를 소유역별로 적용하여 홍수량을 산정한 결과, 영월댐의 200년빈도 홍수량은 5, 581 m, /s로 나타났다.
- 신규 저류상수 산정 방법을 영월댐 유역에 적용하여 소유역 분할 방안별로 홍수량을 산정한 결과, 전체유역을여러 개의 소유역으로 분할한 경우에도 홍수량이 많이 증가되는 문제를 해결됨과 아울러 모두 약 10% 내의 편차를가지는 정도로 홍수량을 산정할 수 있음을 알 수 있다.
후속연구
- . 비록 Sabol 공식에 저류상수 보정계수(Q)를 전체 유역을 하나로 홍수량을 산정한 결과와의 비교에서 유도하였지만 이와 같은 분석을 토대로 소유역의 적절한 분할 및 단위도의 정확한 적용을 위해서는 이와 같은 저류상수 보정계수의 도입은 반드시 필요할 것으로 판단된다.
- 또한, 홍수량 산정시 전체유역을 하나의 유역으로 처리하여 홍수량을 산정한 경우와 전체유역을 소유역으로 분할하고 소유역별 홍수량 산정, 하도 홍수추적 및 합성을 통하여 홍수량을 산정한 경우의 홍수량 차이가 크게 발생하고 있으며, 이러한 홍수량 차이는 소유역 개수를 많이 분할할수록 크게 발생하며 소유역 분할에 따른 홍수량의증가가 상당히 크므로 이에 대한 개선 방안이 절실히 필요하다.
- 이와 같은 전체 유역을 적절히 소유역으로 분할하여 홍수량을 산정하기 위해서는 신규 저류상수 산정 방법이 적절한 대안이 될 것으로 판단된다.
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