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제안 방법
- (2002), KIMSTORM(1998), FFC 2N(2007년) 등이 있으며 각 모형들이 사용하는 적용이론과 매개변수 및 그 적용면에서 또한 차이가 있다. 이 연구에서는 최근 국내에서 활용되고 있는 격자기반의 분포형 모형인 VfloTM 모형을 이용하여 토지이용 특성을 고려한 유역조건에서의 유출량을 산정하고 매개변수 보정(calibration)을 통해 수문학적 지형특성을 나타내는 물리적 인자의 민감도를 분석하였다. 또한, 관측치와 비교하여 최적화된 매개변수를 이용하여 유출량을 산정하고 연구의 효율성과 관측 유출수문곡선의 적합성을 만족하기 위해 최적 DEM 격자 크기에 대해 평가하였다.
- 이 연구에서는 최근 국내에서 활용되고 있는 격자기반의 분포형 모형인 VfloTM 모형을 이용하여 토지이용 특성을 고려한 유역조건에서의 유출량을 산정하고 매개변수 보정(calibration)을 통해 수문학적 지형특성을 나타내는 물리적 인자의 민감도를 분석하였다. 또한, 관측치와 비교하여 최적화된 매개변수를 이용하여 유출량을 산정하고 연구의 효율성과 관측 유출수문곡선의 적합성을 만족하기 위해 최적 DEM 격자 크기에 대해 평가하였다.
- 조도계수, 지표면 경사, 초기 함수율 등의 수문학적 지형 및 토양특성을 갖는 물리적 인자를 대상으로 하여 허용 범위 내에서 일정비율로 변화를 주어 식 (3)과 같이 첨두유량 항목에 대한 실측치와 모의치 간의 상대오차를 최소화하는 최적 유출 매개변수를 추정 및 보정하였다. 이에 최적화된 유역별 매개변수값은 표 3과 같이 조도계수 평균치의 경우 중랑천은 0.
- 유출에 영향을 미치는 물리적 인자 중에서 보다 주관적인 입력치를 요구하는 조도계수, 투수계수, 초기수분 함수율을 주요 매개변수로 선정하여 민감도를 분석하였으며 분석방법은 최적 매개변수를 기준으로 20 %씩 증감시켜 유출반응을 확인하였다.
- 이번 연구에서는 분포형 모형의 유출특성을 알아보고 모형의 적용성 향상을 위해 유역의 최적화를 실시하였으며 민감도, 격자크기에 따른 분석 및 타모형과 비교하였다. 유역별 분석 결과는 다음과 같다.
- (1) 주요 유출관련 매개변수의 보정을 통해 최적화를 실시하였으며 첨두유량에 대한 관측치와 모의치 간의 상대오차를 최소화하여 실측치와 대체로 유사한 결과를 나타내었다.
- 모형의 유출특성 분석 및 매개변수의 적정성을 검토하기 위해 중랑천 유역의 지천을 대상으로 토지이용특성을 고려하여 그림 1과 같이 투수지역 60 % 이상은 자연유역, 20～60 %는 복합(토지 이용)유역, 불투수지역이 80 %이상 차지하는 유역에 대해서는 도시유역으로 구분하였다.
- 우이천(복합유역)의 경우는 2003년과 2006년 7월 호우를, 도시유역인 청계천은 2005년과 2006년 7월 호우로 6개 지점의 우량관측자료를 티센망법을 이용하여 지점 강우를 면적강우로 환산하였다. 또한, 표 2와 같이 유역의 유출에 영향을 미치는 물리적 인자의 최적화를 위해 유역조건에 따라 수위-유량관계곡선식이 있는 매개변수 보정(calibration) 지점을 선택하였다. 또한, 중랑천 유역의 경우, 국토해양부 도시홍수재해관리연구사업단(FFC)의 신곡교 지점의 유량자료를 사용하였으며, 우이천 및 청계천 유역은 서울시의 유량관측자료로서 장월교 및 제2마장교 지점의 관측치를 각각 사용하였다.
- 수문학적 지형 및 유출특성을 나타내는 물리적 매개변수의 민감도를 우이천 유역을 대상으로 실시하였다 . 민감도는 식(4)에 의해 산정하였으며 100에 가까운 값을 나타낼수록 그 변동폭이 커서 계산결과치에 주는 민감도가 큰 것을 의미한다.
- 이와같이 유출반응에 직접적인 영향을 주는 지형입력자료의 해상도(resolution)는 수문현상을 예측하는데 중요한 요소로 작용한다. 또한, 유역의 격자를 나눌 때 각 단위격자의 크기가 분포형 모형의 모의 결과에 어떠한 영향이 있는지 연구하였으며, 유역의 DEM 격자크기는 100, 200, 300 m로 구분하고 각 경우에 대하여 동일한 매개변수를 적용하여 수치모의를 실행하였다.
대상 데이터
- 자연유역으로는 투수율이 65%인 중랑천 신곡교 상류유역, 복합유역은 투수율 53%의 우이천, 도시유역은 불투수율이 89%로 고밀도의 주거 및 상업지를 형성하고 있는 청계천 유역을 각각 선정하였다(표 1).
- 적용강우는 2003년～2006년의 5개 독립호우를 대상으로 국토해양부와 서울시에서 관할하는 9개 우량관측지점의 강우자료를 활용하였다. 자연유역인 신곡교 상류 중랑천 유역은 2006년 7월 의정부 지점의 호우를 적용하였다.
- 또한, 표 2와 같이 유역의 유출에 영향을 미치는 물리적 인자의 최적화를 위해 유역조건에 따라 수위-유량관계곡선식이 있는 매개변수 보정(calibration) 지점을 선택하였다. 또한, 중랑천 유역의 경우, 국토해양부 도시홍수재해관리연구사업단(FFC)의 신곡교 지점의 유량자료를 사용하였으며, 우이천 및 청계천 유역은 서울시의 유량관측자료로서 장월교 및 제2마장교 지점의 관측치를 각각 사용하였다.
- 적용강우는 2003년～2006년의 5개 독립호우를 대상으로 국토해양부와 서울시에서 관할하는 9개 우량관측지점의 강우자료를 활용하였다. 자연유역인 신곡교 상류 중랑천 유역은 2006년 7월 의정부 지점의 호우를 적용하였다. 우이천(복합유역)의 경우는 2003년과 2006년 7월 호우를, 도시유역인 청계천은 2005년과 2006년 7월 호우로 6개 지점의 우량관측자료를 티센망법을 이용하여 지점 강우를 면적강우로 환산하였다.
이론/모형
- 일반적으로 격자분포형 모형에서 해당 격자의 유출량은 연속방정식의 우변항으로 침투를 고려한 유효유출량을 측방유입량으로 적용하고, 시간과 위치 변화에 따른 격자의 수리량(유량, 수위, 유속등)을 계산하는 연결기법(link scheme)은 유한차분법 및 유한요소법을 채택한다. VfloTM 모형에서는 격자의 유출모의를 위한 지배방정식으로 운동파 가정(Kinematic Wave Analogy)에 의한 운동량 방정식을 채택하였다. 해당 유역의 1차원 지표면 및 하도 흐름에 대한 기본방정식은 식(1), (2)과 같다.
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