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측방유입량을 고려한 낙동강 유역의 머스킹검 매개변수 추정
The estimation of parameter using muskingum model in nak-dong river basin incorporating lateral inflow 원문보기

한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집, 2008 May 22, 2008년, pp.2270 - 2275  

정찬용 (유량조사사업단) ,  정영훈 (유량조사사업단) ,  김형섭 (한국건설기술연구원 수문연구실) ,  정성원 (유량조사사업단) ,  정관수 (충남대학교 토목공학과)

초록
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수문학적 하도추적법의 하나인 Muskingum 모형은 미 육군공병단(U.S. Army Corps of Engineers)에 의해서 미국 Ohio 주의 Muskingum 유역에 홍수조절계획으로 처음 사용되었으며 모형의 구조 및 입력자료의 단순성에 비하여 비교적 우수한 결과를 모의할 수 있는 것으로 알려져 있다. 1938년 McCarthy에 의해서 개발되었고 구간내 총저류량은 prism 저류와 wedge 저류로 구분하여 prism 저류는 유출량에 wedge 저류는 유입량과 유출량의 차에 직접 비례한다는 가정하에 추적식을 개발하였다. 이후 지속적인 연구가 이뤄져 1985년 O'Donnel은 측방유입량(lateral inflow)을 상류단의 유입량에 비례하는 형태로 3-매개변수 muskingum 모형을 제안하여 추적계수의 결정을 선형대수(linear algebra)에서 동차(homogeneous)연립방정식 해를 구하는 Cramer 법칙인 matrix 기법을 적용하였다. 본 연구에서는 홍수사상으로부터 측방유입량이 고려되고 추적계수 결정에 있어서 직접 계산이 가능한 O'Donnel(1985)이 제안한 3-매개변수 muskingum 모형을 적용하였다. 추적계수들의 결정은 직접 matrix 기법을 적용하였고 적용대상은 낙동강 유역의 낙동 지점을 상류단으로 구미 지점을 하류단으로 선정하였다. 홍수사상은 낙동강 유량측정 조사사업 2005년${\sim}$2007년 보고서에 수록된 수문자료를 선정하여 관측치와 계산치를 비교하였고 홍수사상에 적용하여 수문곡선을 추정하였으며, 각각의 매개변수가 추적구간에 어떠한 영향을 미치는지 변수간의 관계를 분석하였다. 또한, 관측치와 계산치의 적합도 검증은 평균제곱근오차(root mean squar error; RMSE)와 모형 효율성 계수(model efficiency; ME)를 산정하여 분석하였으며, 하도 구간내 저류량은 대상구간에 대한 유입량과 유출량의 가중합에 비례한다는 선형모형을 적용하였다.

AI 본문요약
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제안 방법

  • 또한, 관측치와 계산치의 적합도 검증은 평균제곱근 오차(root mean squar error; RMSE)와 모형 효율성 계수(model efficiency; ME)를 산정하여 모형의 적합도를 분석하였으며, 하도 구간 내 저류량은 대상구간에 대한 유입량과 유출량의 가중합에 비례한다는 선형모형을 적용하였고 추적기간 Δt = 1 로 추적하였다.
  • 본 연구에서는 기존의 2-매개변수 muskingum 모형에 기초를 둔 새로운 매개변수 α 를 도입하여 3-매개변수 muskingum 홍수추적방법을 낙동강 유역의 낙동 지점을 상류단으로 구미 지점을 하류단으로 선정하여 하도구간에 대한 홍수추적을 수행하였다.
  • 산정한 3-매개변수의 적정성을 판단하기 위하여 2005~2006년에 추정한 머스킹검 매개변수를 이용하여 2007년 주요 호우사상에 적용하였다(그림 4. 참조).
  • 를 도입하여 3-매개변수 muskingum 홍수추적방법을 낙동강 유역의 낙동 지점을 상류단으로 구미 지점을 하류단으로 선정하여 하도구간에 대한 홍수추적을 수행하였다. 수행방법은 기왕자료(I/O)를 이용하여 matrix기법으로 매개변수를 산정하고 하도구간에 대한 특성치를 알아내기 위해서 매개변수와 관계를 규명하고자 하였다. 분석 결과 지체 시간과 첨두유량이 관측치와 약간 차이를 보이고 있느나 비교적 모의가 적정하게 된 것으로 판단된다.
  • 추적계수들의 결정은 직접 matrix기법을 적용하였으며 적용대상은 낙동강 유역의 낙동 지점을 상류단으로, 구미 지점을 하류단으로 선정하였다. 홍수사상은 2005년부터 2007년까지 발생된 수문자료를 선정하여 관측치와 계산치를 비교하였고 홍수시의 강우가 하도구간에 어떠한 영향이 미치는지 홍수사상을 적용하여 수문곡선을 추정하였으며, 각각의 매개변수가 추적구간에 어떠한 영향을 미치는지 변수간의 관계를 분석하였다. 또한, 관측치와 계산치의 적합도 검증은 평균제곱근 오차(root mean squar error; RMSE)와 모형 효율성 계수(model efficiency; ME)를 산정하여 모형의 적합도를 분석하였으며, 하도 구간 내 저류량은 대상구간에 대한 유입량과 유출량의 가중합에 비례한다는 선형모형을 적용하였고 추적기간 Δt = 1 로 추적하였다.

대상 데이터

  • 본 연구는 홍수사상으로부터 측방유입량(lateral inflow)이 고려되고 추적계수 결정에 있어서 직접 계산이 가능한 O'Donnel(1985)이 제안한 3-매개변수 Muskingum 모형을 실 유역에 적용하였다. 추적계수들의 결정은 직접 matrix기법을 적용하였으며 적용대상은 낙동강 유역의 낙동 지점을 상류단으로, 구미 지점을 하류단으로 선정하였다. 홍수사상은 2005년부터 2007년까지 발생된 수문자료를 선정하여 관측치와 계산치를 비교하였고 홍수시의 강우가 하도구간에 어떠한 영향이 미치는지 홍수사상을 적용하여 수문곡선을 추정하였으며, 각각의 매개변수가 추적구간에 어떠한 영향을 미치는지 변수간의 관계를 분석하였다.

데이터처리

  • 모형의 적합도를 검정하기 위하여 평균제곱근오차(RMSE)와 모형효율성계수(ME)를 산정하였다. 평균제곱근오차는 비선형 유출모형의 수행능력을 평가하기 위해 Wood(1974)가 수문곡선 비교의 기준으로 채택했으며 이 지표는 자료수에 무관하고 해석하고자 하는 변량과 같은 차원을 갖는 모형수행 결과 평균적으로 어느 정도의 유량만큼 오차가 발생하는지를 나타내는 일종의 평균치라고 할 수 있다.

이론/모형

  • 본 연구는 홍수사상으로부터 측방유입량(lateral inflow)이 고려되고 추적계수 결정에 있어서 직접 계산이 가능한 O'Donnel(1985)이 제안한 3-매개변수 Muskingum 모형을 실 유역에 적용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
자연하도에서 홍수추적의 목적은? 자연하도에서 홍수추적의 목적은 홍수파가 하천의 하류방향으로 진행함에 따라 구간내의 하도저류량이 시간적으로 어떻게 변화하는가를 추정하는 과정으로써 하천개수계획의 수립 및 각종 수공구조물의 기준수문량을 얻기 위함이다. 인류는 자연재해를 방지 및 감소하기 위해서 홍수조절용 댐이나 제방, 홍수방벽등의 축조 및 하천개수 등의 공학적 수단을 강구하게 되었다.
인류가 자연재해를 방지 및 감소하기 위해 개발한 공학적 수단은? 자연하도에서 홍수추적의 목적은 홍수파가 하천의 하류방향으로 진행함에 따라 구간내의 하도저류량이 시간적으로 어떻게 변화하는가를 추정하는 과정으로써 하천개수계획의 수립 및 각종 수공구조물의 기준수문량을 얻기 위함이다. 인류는 자연재해를 방지 및 감소하기 위해서 홍수조절용 댐이나 제방, 홍수방벽등의 축조 및 하천개수 등의 공학적 수단을 강구하게 되었다. 이러한 홍수조절을 위한 공학적 방법의 수행절차에 대한 평가 및 홍수의 전파양상에 대한 예측방법은 크게 수리학적 홍수추적(hydraulic routing)과 수문학적 홍수 추적(hydrologic routing)으로 대별된다.
홍수조절을 위한 공학적 방법의 수행절차에 대한 평가 및 홍수의 전파양상에 대한 예측방법 중 수리학적 홍수추적의 특징은? 이러한 홍수조절을 위한 공학적 방법의 수행절차에 대한 평가 및 홍수의 전파양상에 대한 예측방법은 크게 수리학적 홍수추적(hydraulic routing)과 수문학적 홍수 추적(hydrologic routing)으로 대별된다. 수리학적 홍수추적은 홍수파의 흐름을 수리학적으로 표시하는 부정 부등류(unsteady nonuniform flow)의 지배방정식인 연속방정식 및 운동량방정식을 상류단과 하류단에서의 경계조건과 초기조건에 맞추어 수치해를 구하는 것으로 높은 정도는 기대되나 내부구간(grid)의 시간과 공간에 따른 수위, 조도, 단면등의 변화를 설정하여야 하므로 방대한 자료가 요구되고 계산이 복잡하여 전산시간이 긴 단점이 있다. 한편 수문학적 홍수추적은 홍수파의 연속방정식에 기초를 둔 저류방정식(storage equation)을 사용하는 근사해법이며 구간내에서의 구체적인 정보를 알 수 없는 단점이 있다.
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