[논문]강원영서지역 소하천의 초기계획하폭 산정에 관한 연구

방윤현; 김상호

강원영서지역 소하천의 초기계획하폭 산정에 관한 연구
A Study on the Estimation of Initial Design-Width for Small Stream in the West Side Area of GangWon Provinc 원문보기

방윤현 (주식회사 청솔엔지니어링) , 김상호 (상지대학교 이공과대학 건설시스템공학과)

하천은 지역별, 하천별 고유한 유역형상과 유출특성을 갖고 있어 계획과 관리를 위한 계획하폭 산정공식은 지역고유의 수문학적, 지역적 특성에 따라 달라야 하지만, 현재 적용되고 있는 설계기준의 계획하폭 산정공식은 최근 강우 경향 및 하천 주변 토지이용 고도화 등의 지역특성 여건변화가 고려되지 못하고 있는 실정이다. 특히 소하천의 경우에는 중 대규모의 하천과 달리 계획하폭 산정을 위한 지역별 매개변수의 편차가 커기존 산정된 공식을 활용함에 있어 어려움이 따르며, 토지이용 효율성 및 치수 경제성이 낮은 비효율적 계획하폭이 결정될 개연성이 있는 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 한반도 내륙기후특성을 가지는 강원영서지역 소하천에 대한 초기계획하폭 제안식을 산정하기 위해 계획홍수량(Q), 유역면적(A), 하상경사(S)에 대한 회귀분석을 실시하였다. 이를 통해 산정된 관계식은 기초 매개변수만 가지고 쉽게 초기계획하폭을 산정할 수 있어 지역 및 하천특성에 부합되는 개수계획 수립에 활용할 수 있다.

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 한반도 내륙기후특성을 가지는 강원영서지역 소하천에 대해 계획홍수량(Q), 유역면적(A), 하상경사(S)에 대한 회귀분석을 통한 초기계획하폭 제안식을 제시하고자 한다.

제안 방법

또한 금회 산정한 공식 중 결정계수(R2) 및 피어슨(Pearson) 상관계수가 높게 나타났으며 간편하게 수공실무에 적용할 수 있는 계획홍수량(Q), 유역면적(A)의 회귀분석을 통해 산정된 제안식 2.1134 × Q.4784, B = 8.7006 × A0.4757을 초기계획하폭 산정 제안식으로 결정하였다.
초기계획하폭 산정을 위하여 선형 회귀분석을 통하여 산정식을 유도하였으며, 각각의 매개변수에 대한 산정식 유도 및 매개변수 조합을 통한 이변량, 삼변량 일차방정식에 의한 산정식의 적용성을 검토하였다.

대상 데이터

검증을 위하여 제안식 유도에 이용한 연구대상 소하천 외 다른 소하천을 대상으로 중소하천 공식, 소하천 공식, 금회 산정된 제안식을 비교·검토하였으며, 검증 대상 소하천은 강원영서지역의 중심부에 위치한 원주시 귀래면, 흥업면, 판부면, 신림면, 동지역의 5개 읍·면·동 46개 소하천 110 지점에 대해서 검증을 실시하였다.
최근 설계기준 및 강우경향 고려와 통계적 유의성 확보를 위하여 30개년 이상의 시우량을 보유하고 있는 강원영서지역의 춘천관측소, 원주관측소, 인제관측소, 홍천관측소를 지배관측소로 채택하였으며, 최근 수립된 소하천정비종합계획에 한하여 133개소 351개 지점 구간을 연구 대상 소하천으로 선정하였다.

데이터처리

초기계획하폭 산정에 있어 계획하폭과의 상관성을 파악하기 위하여 계획하폭 결정에 가장 영향을 많이 미치는 매개변수인 계획홍수량(Q), 유역면적(A), 하상경사(S)을 대상으로 피어슨(Pearson)의 상관계수 분석을 실시하였으며, 상관계수 분석을 위한 매개변수로는 각 시·군의 소하천정비종합계획에서 산정한 결과값을 활용하였다.

성능/효과

그림 4∼12는 기존 소하천정비종합계획(2016)에 결정된 계획하폭(X축)과 중소하천 공식, 소하천 공식, 금회 제안된 공식(Y축)과 비교를 한 결과이며, 표 7은 각 공식별 RMSE 및 평균 절대오차의 결과이다. 검증 결과 중소하천 공식의 경우 RMSE 7.29m 및 적합률 49.20%로 소하천 특성을 전혀 반영하지 못하는 것으로 나타났으며, 기존 소하천 공식의 경우 계획홍수량(Q)의 경우 RMSE 3.09m, 유역면적(A)의 경우 RMSE 2.91m로 금회 산정된 공식을 이용한 결과에 비해 오차가 큰 것으로 나타났다. 또한 금회 산정된 공식 중 피어슨(Pearson)의 상관계수가 제일 높았던 계획홍수량(Q)의 제안식의 결과가 RMSE 2.
91m로 금회 산정된 공식을 이용한 결과에 비해 오차가 큰 것으로 나타났다. 또한 금회 산정된 공식 중 피어슨(Pearson)의 상관계수가 제일 높았던 계획홍수량(Q)의 제안식의 결과가 RMSE 2.05m로 오차가 가장 작은 것으로 나타났다.
산정 결과 계획하폭(B)과 가장 상관성이 높은 매개변수는 계획홍수량(Q)으로 나타났으며, 유역면적(A)도 상관성이 큰 것으로 나타났다. 또한 하상경사의 경우 소하천 특성상 대규모 및 중규모의 하천과는 달리 유로연장이 짧고 급경사를 이루고 있어 계획하폭별 하상경사의 편차가 커 상관성이 낮게 나오는 것으로 검토되었다.
산정 결과 계획하폭(B)과 가장 상관성이 높은 매개변수는 계획홍수량(Q)으로 나타났으며, 유역면적(A)도 상관성이 큰 것으로 나타났다. 또한 하상경사의 경우 소하천 특성상 대규모 및 중규모의 하천과는 달리 유로연장이 짧고 급경사를 이루고 있어 계획하폭별 하상경사의 편차가 커 상관성이 낮게 나오는 것으로 검토되었다.
소하천정비종합계획에 결정된 계획하폭과 기존 계획하폭 산정식 및 금회 산정한 공식과 비교·검토한 결과 금회 산정한 공식이 기존 공식들에 비해 적합률이 높게 분석되었다.

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