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제안 방법
- (2) 2006년 7월 12일 0시부터 2006년 7월 13일 19시까지의 1Km 격자크기의 원시(raw)레이더를 이용하여 VfloTM 모형과 ModClark 모형에 입력한 후 유출 모의를 실시하여 결과를 비교하였다. 미계측 지역인 북한 지역의 임진강 지류가 만나는 적성지점에서는 ModClark 모형의 모의 수문곡선이 VfloTM 모형의 모의 수문곡선보다 관측 수문곡선을 잘 재현하였다.
- 1Km 격자크기로 재구성한 임진강 유역의 흐름방향, 경사도, 조도계수, 수리전도도, 유효공극률과 토양심도를 포함한 모든 지형 자료를 ASC Ⅱ 형태의 파일로 변환하여 VfloTM 모형의 입력자료로 사용하였다. VfloTM 모형은, 침투에 관여하는 토양 관련 매개변수와 하도 및 지표면 유출량 추적에 필요한 조도계수 등의 매개변수를 입력받아 유출을 모의하며 Vieux(2002)는 토양 내 침투에 많은 영향을 미치는 매개변수가 전체적인 홍수유출량에 민감하게 반응하고, 첨두 유량과 지체 시간 등 수문곡선의 모양을 결정하는 매개변수가 각각 수리전도도와 조도계수임을 연구한 바 있으며 김병식 등(2007)이 중랑천 유역을 대상유역으로 하여 VfloTM 모형의 민감도 분석을 실시하였다.
- 이를 근거로 본 연구에서는, 대상유역에 적합한 매개변수 보정을 실시하였으며 그림 2는 VfloTM 모형에 입력된 임진강 유역의 흐름방향이다. ModClark 모형을 이용한 유출 모의를 하기 위해서 1Km 격자크기의 레이더 강우를 DSS 파일로 변환하여 HEC_HMS의 입력자료로 사용하였고 도달시간과 저류상수에 대하여 매개변수 보정을 실시하였으며 그림 3은 ModClark 모형에 입력된 임진강 유역을 나타낸 것이며 그림 4는 각각의 모형에 입력된 레이더 강우의 시공간적 분포 변화를 나타낸 것이다.
- 또한, 공간 분석을 수행할 수 있는 HEC-GeoHMS모형을 이용하여 대상 유역의 유역 특성 및 매개변수를 산정하였다. 대상유역의 30m DEM을 이용하여 1Km ModClark 격자로 분할하고 토양도와 토지이용도를 이용하여 각 격자별 SCS CN계수를 산정하였고, ModClark 격자 파일을 생성하기 위 하여 SHG(Standard Hydrologic Grid) 방법을 사용하였다. 초기포화도는 유역전체에 걸쳐 0으로 가정하였으며 유출모의를 위한 우량자료는 임진강 강우레이더를 이용해 수집한 2006년 7월 12일 00시 ~ 2006년 7월 13일 19시의 자료를 이용하였다.
- 침투요소는 Geen-Ampt법을 사용하였으며 토양도의 속성을 Vieux와 Koehler(2005)가 제시한 속성표에 매치시켜 수리전도도, 유효공극률, 습윤전선을 산정하였다. 또한, 공간 분석을 수행할 수 있는 HEC-GeoHMS모형을 이용하여 대상 유역의 유역 특성 및 매개변수를 산정하였다. 대상유역의 30m DEM을 이용하여 1Km ModClark 격자로 분할하고 토양도와 토지이용도를 이용하여 각 격자별 SCS CN계수를 산정하였고, ModClark 격자 파일을 생성하기 위 하여 SHG(Standard Hydrologic Grid) 방법을 사용하였다.
- 물리적 기반의 분포형 모형인 VfloTM 모형과 개념적 기반의 가 분포형(Quasi-distributed) 모형인 ModClark 모형 구동을 위해서는 강우자료와 동일한 셀 간격의 수치지형자료의 입력이 요구되며 본 연구에서는 표 1의 수치자료를 수집, 구축하였다.
- 본 연구에서는 유역면적의 약 2/3가 미계측 지역인 임진강 유역의 지리적 특성과 현지조사가 필수적인 토양도의 재구축이 현실적으로 어렵다는 점을 고려하여 상대적으로 단순한 가 분포형(Quasi-distributed) 수문모형인 ModClark 모형을 이용하여 2006년 7월 사상에 대하여 홍수 유출 모의를 실시하였으며 그 결과를 선행연구를 통해 모의한 VfloTM 모형의 유출 모의 결과와 비교하였다.
- 이를 근거로 본 연구에서는, 대상유역에 적합한 매개변수 보정을 실시하였으며 그림 2는 VfloTM 모형에 입력된 임진강 유역의 흐름방향이다.
- 표 1의 자료들은 원시자료의 포맷이 벡터와 레스터로 구분되며 공간해상도 역시 상이하나 본 연구에서는 1㎞×1㎞의 격자형 자료로 제작되는 레이더 강우자료와의 중첩 연산을 위하여 자료 포멧을 격자화 하였으며 공간해상도 역시 1㎞ 크기로 재배열하였다.
대상 데이터
- (1) 본 연구에서는 강우자료의 미계측 지역인 휴전선 이북지역의 임진강 이북지역을 포함한 전 유역을 대상으로 홍수유출 분석을 위하여 레이더 강우자료를 이용하였다. 그 결과 강우의 공간 분포와 이동발달상황 등을 제공해 주는 레이더 강우자료를 활용하여 충분히 홍수유출 모의를 할 수 있음을 확인할 수 있었다.
- 본 논문에서는 격자기반의 지형자료와 격자기반의 레이더 강우자료를 이용하여 유출량을 모의하였다 임진강 유역은 횡산, 정연, 영중, 적성, 강화, 군남, 관인, 전곡, 통일대교 관측소가 위치하며, 이중 홍수예보지점은 전곡, 적성 지점이다. 그림 1는 임진강 유역도를 나타낸 것이다.
- 표 1의 자료들은 원시자료의 포맷이 벡터와 레스터로 구분되며 공간해상도 역시 상이하나 본 연구에서는 1㎞×1㎞의 격자형 자료로 제작되는 레이더 강우자료와의 중첩 연산을 위하여 자료 포멧을 격자화 하였으며 공간해상도 역시 1㎞ 크기로 재배열하였다. 북한지역의 수치자료가 존재하지 않는 DEM 및 토양도 등은 임진강 유역조사(2006) 성과를 활용하였으며 유역경계도는 수자원단위지도를 조도계수 산출을 위한 토지피복도는 환경부 자료를 각각 활용하였다. 북한지역 토양도의 경우 조선지리전서 강원도편을 디지타이징하여 구축한 유역조사 결과를 참고로 하였으며 토양분류체계가 남한과 다른 이유로 한국의 산림토양 분류표(산림토양 환경관리시스템) 등을 참고하여 속성을 일치시켰다.
- 초기포화도는 유역전체에 걸쳐 0으로 가정하였으며 유출모의를 위한 우량자료는 임진강 강우레이더를 이용해 수집한 2006년 7월 12일 00시 ~ 2006년 7월 13일 19시의 자료를 이용하였다.
이론/모형
- VfloTM 모형과 ModClark 모형의 결과를 보다 정량적으로 비교하기 위하여, 각 모형의 모의 결과에 대하여 MAE(Mean absolute Error), RMS(Root Mean Square Error), NPE(Normalized Peak Error), PTE(Peak Timing Error)을 산정하였으며 자세한 식은 Byung Sik, Kim 등(2007)의 논문에서 참고하였다.
- 본 연구에서는 토지이용이나 식생상태에 따라 달라지는 조도계수를 산정하고 토지이용에 따른 불투수율을 고려하기 위하여 Vieux(2004)와 사공호상(2003)이 제시한 토지이용에 따른 각각의 속성값을 이용하였다. 침투요소는 Geen-Ampt법을 사용하였으며 토양도의 속성을 Vieux와 Koehler(2005)가 제시한 속성표에 매치시켜 수리전도도, 유효공극률, 습윤전선을 산정하였다.
- ModClark 모형의 개념은 Clark의 개념적인 강우 유출-모형에서 사용하고 있는 기본 원리를 기초로 하여 공간적으로 분포된 강우자료의 모의 기능을 추가한 것이다. 안상진 등(2005), 김병수 등(2007)와 배영혜(2008)가 국내 유역에 적용하였으며 모형에 대한 자세한 개념은 위 논문을 참고하였다.
- 모형은 미국 Oklahoma 대학에서 개발한 물리적 기반의 분포형 수문모형이다. 이 모형은 수치해를 구하기 위하여 공간적으로는 유한요소법(Vieux, 2001, 2002, 2004)을, 시간적으로는 유한차분 음해법을 사용하고 지표유출 산정을 위하여 운동파 방정식(Kinematic Wave Equation, KWA)을 사용하고 있다. 홍준범 등(2006)과 김병식 등(2007)이 VfloTM 모형을 국내 유역에 적용하여 정확성을 평가한 바 있으며 자세한 내용은 위 논문에서 참고하였다.
- 본 연구에서는 토지이용이나 식생상태에 따라 달라지는 조도계수를 산정하고 토지이용에 따른 불투수율을 고려하기 위하여 Vieux(2004)와 사공호상(2003)이 제시한 토지이용에 따른 각각의 속성값을 이용하였다. 침투요소는 Geen-Ampt법을 사용하였으며 토양도의 속성을 Vieux와 Koehler(2005)가 제시한 속성표에 매치시켜 수리전도도, 유효공극률, 습윤전선을 산정하였다. 또한, 공간 분석을 수행할 수 있는 HEC-GeoHMS모형을 이용하여 대상 유역의 유역 특성 및 매개변수를 산정하였다.
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