• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.929-929
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• 2012

제주도는 연평균 강우량이 1,975mm에 달하는 우리나라 최다우 지역이지만 하천은 주로 한라산 정상을 중심으로 남 북사면 방향으로 급한 경사를 이루며 발달하고 있으며 하천연장은 대부분 15km 내외로 내륙지역의 하천에 비하여 매우 짧은 특성을 보이고 있다. 투수성이 높은 지질학적 특성으로 인하여 집중 호우시 짧은 기간 동안만 유출이 발생하고 평상시 대부분의 하천은 건천의 상태로 유지되고 있다. 향후 기후변화에 의하여 강우량 및 강우강도의 증가로 인한 강우패턴 변화로 집중호우 및 강력한 태풍의 가능성이 지속적으로 증가할 것으로 예측되고 있으나 제주도에서는 기초 수문자료의 확보조차 어려운 실정이며 강우사상에 따른 하천유출 특성 해석 연구는 거의 전무한 실정이다. 본 연구에서는 제주도 도심부에 위치한 화북천 유역을 대상으로 SWAT 모델 및 WMS(HEC-HMS) 모델을 이용하여 장단기 강우에 따른 유출 특성을 해석하고자 한다. 유역 내 수문 기상 자료는 기상청 관할 AWS 및 기상관측지점 자료를 수집하여 사용하였으며 DEM(미국 USGS), 토지피복도(국가수자원 종합정보시스템), 토양통도(농업과학기술원)의 자료를 각각 구축하여 모델의 입력자료로 사용하였다. 또한 제주특별자치도 수자원본부에서 운영하는 화북천 하류지점의 실 관측자료를 이용하여 모델의 결과치를 검 보정 하였으며, 모의결과의 적합성을 판단하기 위하여 상관계수의 제곱( ), 평균 제곱근 오차(RMSE), 모형 효율성계수(ME)를 이용하였다. 모델링 기법을 이용하여 장기간(2008.1.1~2010.12.31) 동안의 유출량을 산정한 결과 2008년에는 전체 유역 평균 강우량 중에서 5.66%가 유출되었으며, 2009년도에는 3.47%, 2010년도에는 8.12%가 유출되었다. 화북천 유역은 단일강우 40~50mm 발생시에도 유출은 발생하지 않으나 선행강우가 발생시에는 20mm의 강우에도 반응을 하고 50mm 이상에서 급격한 유출이 발생하는 특징을 도출하였다. 향후 유역 내의 많은 실측 유출량 관측자료를 구축하고 모델 개선을 통하여 모델링 기법을 적용한다면 보다 정밀한 하천유출량 산정 및 유출특성 해석이 가능할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.319-319
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• 2012

최근 GIS의 발달로 지리정보를 정확하게 분석한 후 각종 수리 해석에 활발히 적용되고 있다. 수문지형학(Hydrogeomorphology)은 Rodriguez-Iturbe(1971)가 유역의 지형학적 인자를 기초로 하여 순간단위도를 유도하는 방법을 제시하는 것을 시작으로 Rodriguez-Iturbe와 Gonzalez-Sanabria(1982)가 지형학적 순간단위유량도(GIUH, Geomorphologic Instantaneous Unit Hydrograph) 매개변수와 유효우량만으로 함수를 표시하는 지형기후학적 순간단위유량도(GcIUH, Geomorphoclimatic Instantaneous Unit Hydrograph)를 유도하여 오늘날까지 발전해 오고 있다. GIS를 활용한 돌발홍수 및 지형학적 지형 기후학적 순간단위도 유도 및 한계유출량에 관한 연구에서 Sweeney(1992)는 돌발홍수능의 표준적인 산정 알고리즘을 제시하였고, Carpenter 등(1999)은 GIS와 연계하여 돌발홍수능을 산정하는데 중요한 한계유출량 산정방법에 관해 연구하였으며, 국내에서는 김운태 등(2002)은 GIS를 이용한 미소유역 규모의 한계유출량 산정 시스템을 개발한 바 있으며, 황보종구(2007)는 국내 유역에 적합한 GcIUH 산정방안에 관한 연구를 수행한 바 있다. 본 연구에서는 한국건설기술연구원에서 1995년부터 운영해 온 설마천 유역에 대하여 GIS 기법을 활용하여 강우-유출 해석시 GcIUH의 매개변수를 산정하여 유역에 적합한 돌발홍수 기준우량을 산정하는 것을 목적으로 하였다. GIS 기법의 적용결과를 통해 산정된 설마천 유역의 지형학적 특성은 <표 1>과 다음과 같다. 한편, 돌발홍수의 개념에서 한계유출량( )은 소하천의 제방을 월류하기 시작하여 홍수를 일으키기 시작할 때의 유효우량으로 정의되며, 유역전반에 걸쳐 균등하게 내리는 단위유효우량으로 인해 발생하는 직접유출 수문곡선이므로 제방이 가득 찬 상태의 유량 즉, 제방이 월류하기 시작할 때의 유량은 등류상태의 흐름을 해석하는 Manning의 공식으로부터 산정할 수 있으며(Chow et al., 1988), 설마천 유역의 경우 50년 빈도 홍수량에 해당하는 수위와 한계유량을 산정하였다. 향후 2011년 홍수 분석을 통해 한계유량 및 기준우량의 적합성을 평가하고 이를 바탕으로 설마천 유역의 돌발홍수예측을 위한 기준우량의 산정 등을 통해 산지 특성을 고려한 돌발홍수예측시스템 프로토타입을 개발하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.977-977
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• 2012

하천의 유량 측정은 대부분 홍수 예보지역, 댐 상류지역, 대하천 및 유역내 주요지점을 위주로 수행되고 있으나, 중소하천과 소유역에 대한 관측자료는 전무한 실정이다. 그로 인해 중소하천과 소유역 등 미계측 유역에 대한 유량 산정에 어려움이 있다. 본 연구에서는 미계측 유역에 대한 적합한 유량 산정방법의 검토를 위해 미호천의 소유역인 증평유역을 대상으로 9개의 개념적 강우-유출모형(3개의 토양저류모형과 3개의 유역유출모형의 조합)을 적용하였으며, 이에 대한 적용성 검토를 위해 국내 홍수량산정에 많이 활용되고 있는 HEC-HMS 모형으로 비교평가를 실시하였다. 이를 위하여 총 6개의 단기 홍수사상을 Monte Carlo 분석(Nash Sutcliffe Efficiency, NSE*)의 목적함수를 통하여 모형 매개변수의 검정 및 검증을 수행하였다. 두 모형의 단기 유출 모의 결과 검정에서 HEC-HMS는 목적함수값 0.06~1.44(NE S*)의 모형성능을 보여주었으며, 개념적 강우-유출 모형은 0.00~0.66(NES*)의 모형성능을 나타내었다. 개념적 강우-유출 모형과 HEC-HMS모형의 매개변수 최적화를 통한 검증 결과 HEC-HMS는 0.25(NES*)의 목적함수 값을 나타내었고, 9개의 개념적 강우-유출모형은 0.14~0.83(NES*)의 목적함수 값을 나타내었다. 이 중 CWI-3PAR, CWI-2PMP, PDM-3PAR와 PDM-2PMP 모형이 0.16~0.26(NES*)으로 우수한 성능을 보이며, HEC-HMS 모형의 첨두유량 과소평가에 대한 문제점을 해결하였다. 이를 통하여 CWI-3PAR, CWI-2PMP, PDM-3PAR와 PDM-2PMP 모형이 증평유역의 지역화를 위한 단기사상 강우유출모형으로 적합하다고 판단된다. 향후 연구유역을 확장하여 추가적인 연구를 통해 일반화된 결론을 얻을 필요가 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.975-975
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• 2012

최근까지 용수확보와 홍수예방, 하천환경관리 등의 목적으로 많은 댐이 건설되어 왔으며 이러한 댐 건설은 주변지역의 자연 및 사회 환경의 변화를 유발하게 된다. 이는 구체적으로 유출특성의 변화로 나타나며 유출특성의 변화는 수자원의 계획과 관리 측면에 상당한 영향을 끼친다. 따라서 정확한 장기유출량의 예측은 이수 측면에서 대단히 중요하며 이에 대한 신뢰성 있는 해석이 수행되어야 한다. 본 연구에서는 SWAT 모형을 이용하여 댐 건설에 따른 유역의 장기유출특성변화를 분석하였다. 충주댐 상류유역을 대상으로 분석기간을 댐 건설 전(1975~1985년)과 댐 건설 후(1986~1995년, 1996~2005년)로 나누어 적용하였고, 해당 관측소에서 제공하는 수문 기상자료와 지형자료를 이용하여 입력자료를 구축하였다. SWAT 입력 모형의 최적값을 결정하기 위해 유출총량 및 첨두유량 감쇄곡선 형태에 영향을 미치는 유출관련 매개변수를 선정하여 보정하였고, 유역 최종 출구점인 충주댐 지점에서의 일 유출자료에 대해 관측치와 모의치를 비교하였다. 그 결과 상관계수는 0.89와 0.71, 모형효율은 0.87과 0.76으로 매우 양호한 결과를 보였으며 이는 SWAT 모형이 장기 유출 모의에 있어 안정적 결과를 제공함을 판단할 수 있었다. 보정된 결과를 바탕으로 장기유출모의결과 계산평균유량과 계산첨두유량 모두 관측결과와 상대오차 10%이하의 만족스러운 결과를 보였으며 댐 건설 전 후의 유출특성 비교결과 전반적으로 댐 건설 이후 유출률이 증가하는 특성이 나타났다. 댐 건설 후 나타나는 유출률 변화를 규명하고자 수문성분별 모의를 실시하였으며 그 결과 지표유출이 4% 증가 하였고 증발산량이 3% 감소하였다. 이는 대상유역의 도시화에 의한 불투수면적의 증가와 산림면적 감소 때문으로 추정되며, 이로 인하여 댐 건설 후 유출률이 소폭 증가하였음이 판단된다. 이상의 결과들로부터 SWAT 모형은 장기 일 유출량 추정 및 유역 전반의 통합관리 측면에서 적용성과 활용성이 우수하다고 판단되며 댐 건설로 인한 자연환경의 변화는 유역의 유출특성의 변화에 영향을 준다는 결론을 얻을 수 있었다. 이러한 결과를 확장하여 댐 건설 이외에 다양한 요소들을 모형에 적용하고 유역개발에 따른 수문환경의 전반적인 변화에 대한 유출평가가 필요하다고 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.906-906
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• 2012

밭에서 발생하는 비점오염물질은 강우량, 강우강도, 경사도, 토양, 시비량 등에 영향을 받는다. 따라서 효율적인 비점오염물질의 관리를 위해서는 영향인자에 대한 자세한 분석이 선행되어야 한다. 이에 본 연구에서는 강원도 평창군 대관령면의 경사도가 다른 고랭지 밭 두 지점을 선정하여 비점오염물질의 유출특성을 파악하고, 향후 비점오염원의 효율적인 관리를 위한 기초자료를 제공하고자 하였다. 연구기간은 2011년 4월부터 11월까지 유출이 발생한 8회의 강우사상에 대해 모니터링을 수행하였다. 연구결과 경사도 4.9% 밭에서의 유출율은 0.05~0.48이었으며, 16.8% 경사에서는 0.31~0.57로 나타났다. 유량과 채취된 수질 시료를 이용해 EMC를 산정한 결과 경사도 4.9%인 밭에서는 SS 762.1~2422.7 mg/L $BOD_5$ 4.5~14.9 mg/L, $COD_{Cr}$ 16.1~62.0 mg/L, $COD_{Mn}$ 7.5~43.2 mg/L, TN 9.602~21.021 mg/L, TP 2.544~6.763 mg/L의 범위로 나타났다. 반면 16.8%의 경사밭에서는 SS 116.0~2015.5 mg/L $BOD_5$ 6.0~9.5 mg/L, $COD_{Cr}$ 21.9~75.4 mg/L, $COD_{Mn}$ 4.3~33.1 mg/L, TN 10.937~46.295mg/L, TP 2.611~11.197 mg/L의 범위로 나타났다. 두 지점의 유출률과 EMC를 비교한 결과, 경사가 증가함에 따라 유출율이 증가하는 것으로 나타났으며, SS를 제외한 모든 수질항목의 EMC가 증가한 것으로 나타났다. SS의 경우 경사가 큰 고랭지 밭에서 낮은 값을 보였는데, 이는 16.8%의 경사밭에서 등고선 방향으로 경운을 하여 흙 입자의 유실이 적었기 때문인 것으로 판단된다. 본 연구의 결과와 같이 밭에서 발생하는 비점오염물질의 유출특성은 강우조건(강우강도, 선행무강우일수), 시비량, 토양, 지표의 피복상태 등에 따라 다르기 때문에 장기적인 모니터링을 통해 기초자료를 축적하는 것이 중요하다고 판단된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.46 no.5
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• pp.547-558
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• 2013

Improved methodology of Synthetic Unit Hydrograph (SUH) utilized generally in hydrologic design work was suggested. In this study, regression analysis between peak hydrological data and geospatial data was applied to estimate specific peak flow and peak time for determining shape of SUH. Regression formulas for specific peak flow with respect to shape factors show higher coefficient of determination (0.73~0.81) than the ones with geospatial components only (0.52~0.69). The areal limitation of unit hydrograph application is regarded as 500~700 $km^2$. The validation through rainfall-runoff simulation shows encouraging results that relative error is 1.7~29.0%(Avg. 11.6%) for the case of using SUH developed in this study and 35.0~ 64.9% (Avg. 46.7%) for the SUH in the previous study except for the extraordinary cases.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.35 no.3
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• pp.295-306
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• 2002

The modified TOPMODEL of two storage systems has been integrated to the generalized assumptions of decreasing hydraulic conductivity to vertical direction. Three different recharge functions were introduced to explore the impact of the macropore flow to vortical direction, the storage at the surface zone and the relative storage deficit of the soil matrix. Combinations of these approaches provide 30 type of the model structure for the hillslope hydrology. Developed models have been applied to several hydrologic events at the Sulmachun watershed. The performance evaluation with the Monte carlo simulation suggests that the exponential function of transmissivity reduction should be appropriate form for the physically -based hydrologic simulation on the Sulmachun watershed. It has been shown that the recharge function of macropore flow contributes to improve the predictability of the generalized version of modified TOPMODEL.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.35 no.6
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• pp.787-796
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• 2002

Hydraulic flood routing was performed for unsteady flow in a natural river using Preissmann scheme. A Log-Pearson Type-Ⅲ hydrograph is chosen arbitrarily as the upstream boundary condition and lateral inflow hydrographs for sensitivity analysis. For the application with an actual river system, upstream and lateral inflow hydrographs were estimated by the linear reservoir model and the Manning's equation was used as the downstream boundary condition. The unsteady flow model using the linear reservoir model as the inflow hydrographs was applied to Bochung stream basin and gives good results, and is approved to be used for the runoff prediction. As results of the sensitivity analysis, the proposed model may help to estimate the roughness coefficients when using the unsteady flow model with lateral inflow combined with the linear reservoir model.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.39 no.4 s.165
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• pp.335-346
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• 2006

Among various input data to hydrologic models, rainfall measurements arguably have the most critical influence on the performance of hydrologic model. Traditionally, hydrologic models have relied on point gauge measurements to provide the area-averaged rainfall information. However, rainfall estimates from gauges become inadequate due to their poor representation of areal rainfall, especially in situations with sparse gauge network. Alternatively, radar that covers much larger areas has become an attractive instrument for providing area- averaged precipitation information. Despite of the limitation of the QPE(Quantitative Precipitation Estimation) using radar, we can get the better information of spatial variability of rainfall fields. Also, rain-gauges give us the better quantitative information of rainfall field. Therefore, in this study, we developed improved methodologies tu estimate rainfall fields using an ordinary cokriging technique which optimally merges radar reflectivity data into rain-gauges data.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.39 no.4 s.165
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• pp.321-334
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• 2006

The need for economical and accurate presentations of equivalent radar reflectivity( $Z_e$) data in an orthogonal coordinate system has existed for some time. So, in this study, a fast and efficient procedure has been developed which allows the systematic interpolation of digital reflectivity data from radar space into Cartesian space. At first, QC(Quality Control) of radar data has been executed for extracting uncontaminated Constant Altitude Plan Position Indicator(CAPPI) data. The algorithm is designed so that only one ordered pass through the original Plan Position Indicator(PPI) scan data is necessary to complete the interpolation process. The model can calculate various resolution and altitude reflectivity data for many kinds of hydrological usage.