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문제 정의
- 본 연구에서는 GIS와 HEC-GeoHMS를 이용하여 유출분석에 필요한 지형인자를 추출하고 이 매개변수를 HEC-HMS 모형의 매개변수로 입력하여 낙동강 수계의 금호강에 위치한 동촌 지점의 유출분석과 모형의 적합성을 검증하였다. 또한 소유역별 CN 값을 최적화하여 2007년～2008년에 발생한 4개의 홍수사상에 적용하여 매개변수의 적절성 여부를 검증하였다.
제안 방법
- HEC-HMS의 계산조건은 표 1과 같으며 본 연구에서는 SCS CN, Clark 단위도, Specify gage weights를 적용하여 유역에서 가장 적합한 매개변수를 선정하여 적용하였다.
- HEC-HMS 모형의 매개변수 산정은 HEC-GeoHMS 모형에서 추출한 지형인자를 이용하여 표 5와 같이 나타냈다. SCS CN 값은 유역조사보고서(건설교통부, 2004)에 제시된 CN 값을 적용하였으며 불투수층은 토양도와 토지이용도를 참조하여 산정하였다. 여러 공식 중에 금호강 유역에 적합한 매개변수 산정은 식 1과 같고 기저유출 분리는 HEC-HMS의 지수함수적 감소 방법에서 첨두유량비 0.
- 또한 R(저류상수)은 일반적으로 우리나라에서 많이 사용하는 R=0.8～ 1.2·Tc 범위내에서 R=1.0·Tc를 사용하였고 하도추적 매개변수는 상류에 위치한 금호 지점의 유출수문곡선과 비교하여 하도1 La=0.5hr, 하도2 La=1.5hr으로 설정하였다.
- 본 연구에서는 GIS와 HEC-GeoHMS를 이용하여 유출분석에 필요한 지형인자를 추출하고 이 매개변수를 HEC-HMS 모형의 매개변수로 입력하여 낙동강 수계의 금호강에 위치한 동촌 지점의 유출분석과 모형의 적합성을 검증하였다. 또한 소유역별 CN 값을 최적화하여 2007년～2008년에 발생한 4개의 홍수사상에 적용하여 매개변수의 적절성 여부를 검증하였다. 또한, 관측치와 계산치의 적합도 검증은 평균제곱근오차(root mean square error; RMSE)와 모형 효율성 계수(model efficiency; ME)를 산정하여 분석하였다.
- 본 연구에서는 GIS와 HEC-GeoHMS 모형을 연계하여 5개의 소유역으로 분할하여 각 소유역마다 지형 특성인자들을 추출하였으며, 여기서 추출된 지형특성인자들을 이용하여 강우-유출 모형인 HEC-HMS 모형의 매개변수 산정에 활용하여 유출모의를 하였다(표 3 참조).
- 본 연구에서는 낙동강 수계의 금호강에 위치한 동촌 수위관측소를 대상으로 모형을 적용하였으며 동촌 지점의 2007년～2008년 수위-유량관계곡선식에 적용한 환산유량과 비교하여 매개변수의 적절성 여부를 판단하였다. 홍수사상은 2007년 3개, 2008년 1개, 총 4개의 홍수사상을 선정하여 유출모의를 실시하였다(표 6 참조).
- 본 연구에서는 낙동강 수계의 금호강에 위치한 동촌 지점을 유출구로 선정하고 GIS와 HEC-GeoHMS를 연계하여 지형특성인자를 추출하였다. 추출된 지형특성인자의 매개변수 결정은 시행착오법으로 가장 적합한 결과를 보인 SCS CN, Clark 단위도법 선택하여 HEC-HMS 모형의 매개변수에 적용하였다.
- 본 연구의 대상유역인 낙동강 유역의 DEM 자료를 기존의 DXF file 형식으로 구축된 Grid file을 호환이 가능한 ASCII file로 Export 시킨 후 GIS에서 Import하는 방식을 취하였다. 그림 1～그림 6은 DEM 자료를 GIS에서 Grid 파일로 변환하고 동촌 수위관측소를 최하류의 유출구로 한 하천망과 유역경계, 소유역 분할을 나타낸다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 낙동강 수계의 금호강에 위치한 동촌 수위관측소를 대상으로 모형을 적용하였으며 동촌 지점의 2007년～2008년 수위-유량관계곡선식에 적용한 환산유량과 비교하여 매개변수의 적절성 여부를 판단하였다. 홍수사상은 2007년 3개, 2008년 1개, 총 4개의 홍수사상을 선정하여 유출모의를 실시하였다(표 6 참조).
데이터처리
- 또한 소유역별 CN 값을 최적화하여 2007년～2008년에 발생한 4개의 홍수사상에 적용하여 매개변수의 적절성 여부를 검증하였다. 또한, 관측치와 계산치의 적합도 검증은 평균제곱근오차(root mean square error; RMSE)와 모형 효율성 계수(model efficiency; ME)를 산정하여 분석하였다.
- 모형의 적합도를 검정하기 위하여 평균제곱근오차(RMSE)와 모형효율성계수(ME)를 산정하였다.
이론/모형
- 동촌 수위관측소를 유출구로 유역은 5개 소유역에 분할되고 각 소유역은 국토해양부와 기상청(영천)에서 관할하는 강우관측소가 구축되어 있다. HEC-HMS 모형에서 SCS CN의 손실에 입력되는 불투수층 산정은 그림 8과 같이 토지이용도를 활용하였고 티센망 구축과 강우자료 입력에 필요한 티센계수는 그림 7과 표 4로 나타냈다.
- HEC-HMS 모형의 매개변수 산정은 HEC-GeoHMS 모형에서 추출한 지형인자를 이용하여 표 5와 같이 나타냈다. SCS CN 값은 유역조사보고서(건설교통부, 2004)에 제시된 CN 값을 적용하였으며 불투수층은 토양도와 토지이용도를 참조하여 산정하였다.
- 본 연구에서는 낙동강 수계의 금호강에 위치한 동촌 지점을 유출구로 선정하고 GIS와 HEC-GeoHMS를 연계하여 지형특성인자를 추출하였다. 추출된 지형특성인자의 매개변수 결정은 시행착오법으로 가장 적합한 결과를 보인 SCS CN, Clark 단위도법 선택하여 HEC-HMS 모형의 매개변수에 적용하였다. 적용 결과, ① CN값을 최적화한 HEC-HMS ③의 결과가 관측치와 비슷한 결과를 나타냈고 ②첨두유량이 약 900㎥/s 이하에서 유출수문곡선의 상승이 다소 느리게 증가하는 현상으로 하도통제의 영향과 작은 강우강도로 강우지속 기간이 길어져 오차가 크게 나타난 것으로 판단된다.
성능/효과
- 추출된 지형특성인자의 매개변수 결정은 시행착오법으로 가장 적합한 결과를 보인 SCS CN, Clark 단위도법 선택하여 HEC-HMS 모형의 매개변수에 적용하였다. 적용 결과, ① CN값을 최적화한 HEC-HMS ③의 결과가 관측치와 비슷한 결과를 나타냈고 ②첨두유량이 약 900㎥/s 이하에서 유출수문곡선의 상승이 다소 느리게 증가하는 현상으로 하도통제의 영향과 작은 강우강도로 강우지속 기간이 길어져 오차가 크게 나타난 것으로 판단된다. ③단순 홍수사상에 비해 복합 홍수사상이 낮은 적합도를 나타냈다.
후속연구
- 적은 수문자료와 단순한 제약조건으로 동촌 지점의 매개변수의 적절성 여부를 판단하기에는 다소 무리가 있으나 첨두유량의 예측은 최적화된 CN 값을 적용하여 큰 무리는 없을 것으로 판단된다. 향후 충분한 수문자료가 확보되고 집중형과 분포형 모형을 연계하여 자연하도에 가까운 조건을 추가한다면 좀더 신뢰도 높은 매개변수와 유출모의가 될 것으로 판단된다.
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