강수의 측정
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강수(precipitation) :
구름이 응축되어 지상으로 떨어지는 모든 형태의 수분- 강수의 형태
강수는 대류형 강수, 전선형 강수 및 산악형 강수로 구분한다.
대류형 강수는 따뜻하고, 가벼워진 공기가 대류현상에 의해 상승 또는 급격히 냉각할 때 발생한다. 또한 국지성으로 발생하며 집중적인 호우 등의 강수를 말한다.
전선형 강수는 다시 한랭전선형 강수와 온난전선형 강수로 구분된다. 한랭전선형 강수는 한랭기단에 의해 온난 기단이 강제 상승할 때 발생한다. 또한 온난기단이 급격히 상승 또는 냉각하여 대류형 강수와 유사한 단시간에 높은 강우강도를 형성한다. 온난전선형 강수는 온 난기단이 한랭기단 위로 진행할 때 발생하고, 온난기단이 완만히 상승하여 장기간에 낮은 강도의 강수를 형성한다.
산악형 강수는 습기단이 산맥에 부딪혀서 기단이 산 위로 상승할 때 발생하고, 바람이 불 어오는 방향의 경사에는 호우강수가 발생하나 배사면은 매우 건조한 상태를 유지한다.
<그림 1> 대기 중 수분의 냉각과정(자료: 박영태, 수리수문학, 성안당, 2008)
- 강수의 종류
강수는 주변 환경에 따라 물리적 특성이 상이하여 여러 형태로 존재하게 된다.
▪ 비 : 지름이 약 0.5mm 이상의 물방울
▪ 부슬비 : 지름이 0.1∼0.5mm의 물방울
▪ 눈 : 대기 중의 수증기가 직접 얼음으로 변한 것
▪ 얼음 : 비나 부슬비가 강하하여 지상의 차가운 것과 접촉하자마자 얼어버리는 것
▪ 설편 : 여러 개의 얼음결정이 흐트러져 응집된 것
▪ 진눈깨비 : 빗방울이 강하하다가 빙점 이하의 온도를 만나 얼어버린 것
▪ 우박 : 지름을 갖는 구형 또는 덩어리 모양의 얼음상태의 강수
- 강수량의 측정
우량 측정은 매일 1회 오전 9시부터 다음날 오전 9시까지의 우량이 일우량이다. 일우량이 0.1mm 이하일 때는 무강우로 취급한다.
<그림 2> 보통우량계(자료: 박영태, 수리수문학, 성안당, 2008)
- 누가우량곡선(rainfall mass curve) : 각종 우량계에 의해 측정된 우량을 기록지에 누가 우량의 시간적 변화 상태를 기록한 것이다. 누가우량곡선의 경사가 급할수록 강우강도가 크 고, 누가우량곡선이 수평이면 무강우이다.
- 우량 계측망의 밀도
우량계측망은 다우 또는 소우지역에 치중해서 우량계를 배치하지 말아야 한다. 한 유역내 에 내리는 강수의 지역적 분포를 대표할 수 있는 곳을 선정하여 설치하여야 한다. 평균우량 의 표준오차는 계측망의 밀도와 유역면적이 크면 작아지고 유역평균우량이 크면 커진다.
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강수량 자료의 조정, 보완 및 분석
- 2중누가우량분석 : 수십년에 걸친 장기간을 통해 기록된 강수자료는 일관성(consistency) 에 대한 검사가 필요하다. 우량계의 위치, 기기상태, 기기의 교체 및 주위환경에 변화가 생 기면 자료의 일관성이 없어져 무의미한 기록치가 될 가능성이 있기 때문에 이를 교정하기 위해 필요한 방법이다.
- 강수기록의 추정
강수기록의 추정에는 산술평균법, 정상 연강우량법 및 단순비례법이 있다. 산술평균법은 3
개의 각각의 관측점과 결측점의 정상 연평균강수량의 차이가 10% 이내일 때 사용한다. 정 상 연강우량법은 3개의 관측점 중 1개라도 결측점의 정상 연평균강수량과의 차이가 10% 이 상일 때 사용한다. 단순비례법은 결측치를 가진 관측점 부근에 1개의 다른 관측점만이 존재 하는 경우에 사용한다. 각각에 대한 식은 아래와 같다.
(1)
여기서, : 결측점의 강수량
, , : 관측점 A, B, C의 강우량
(2)
여기서, : 결측점의 정상 연평균 강수량
, , : 관측점 A, B, C의 정상 연평균강수량
· (3)
- 평균강우량 산정
산술평균법, Thiessen법, 등우선법 및 삼각형법에 의해 산정한다. 산술평균법은 개활지역 에서 강우분포가 비교적 균일하거나 우량계가 비교적 등분포되어 있고 유역면적이 500㎢ 미 만인 지역에 사용한다. Thiessen법은 우량계가 유역 내에 불균등하게 분포되어 있거나 산악 의 영향이 비교적 작고, 유역면적이 500∼5,000㎢인 곳에 사용한다. 이 방법은 우리나라 실 무에서 많이 적용하고 있는 방법이다. 등우선법은 강우에 대한 산악의 영향이 고려되었고, 유역면적이 5,000㎢ 이상일 때 사용하는 방법이다. 각 방법에 대한 식은 다음과 같다.
⋯⋯
(4)
여기서, : 평균강우량(mm)
, , ⋯, : 유역 내 각 관측점에서의 강우량(mm) : 관측점의 수
⋯⋯
(5)
여기서, , , ⋯, : 각 관측점의 지배면적(㎢) ⋯⋯
⋯⋯
(6)
여기서, , , ⋯, : 두 인접 등우선 간의 평균강우량(mm)
⋯
(7)
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강수량 자료의 해석
- 용어설명
▪ 강우강도(rainfall intensity): 단위시간 동안에 내리는 강우량(mm/h) ▪ 지속시간(rainfall duration): 강우가 계속되는 시간(min)
▪ 재현기간(생기빈도, frequency): 임의의 강우량이 1회 이상 같거나 초과하는 데 소요되 는 연수
▪ 지역적 범위(rainfall area extent): 우량계에 의해 측정되는 점우량을 적용시킬 수 있는 면적, 즉 개개의 우량계가 대표할 수 있는 공간적 범위
- 강우강도와 지속기간 관계(rainfall intensity-duration relationship)
지역에 따라 다르나 대체로 Talbot형, Sherman형 및 Japaness형의 경험식으로 표시된다.
Talbot형은 광주지역에 적합하고 Sherman형은 서울, 목포, 부산지역에 적합하며 Japaness형 은 대구, 인천, 여수, 강릉지역에 적합하다. 각각의 식은 아래와 같다.
(8)
(9)
(10)
여기서, : 강우강도(mm/h) : 지속기간(min)
, , , , 와 : 지역에 따라 다른 값을 가지는 상수
- 강우강도-지속기간-생기빈도 관계(rainfall intensity-duration-frequency curve)는 아래와 같다.
(11)
여기서, : 강우강도(mm/h) : 지속기간(min)
: 강우의 생기빈도를 나타내는 연수(재현기간) , , : 지역에 따라 결정되는 상수
- 평균우량깊이-유역면적-강우지속기간 관계
여러 크기의 유역면적에 다양한 지속기간을 가진 강우가 발생할 때 예상되는 지속기간별 최대우량을 지역별로 결정해 두면 수리시설물의 설계시 하천수위의 시간적 변화가 주는 영 향 등을 파악하는데 도움이 된다. 이를 위해 유역별로 최대평균우량깊이-유역면적-지속기간 관계를 도출하는데 이것을 DAD(rainfall depth-area-duration relationship)해석이라 한다.
▪ DAD곡선 작성순서
① 각 유역의 지속기간별 최대우량을 누가우량곡선에 의해 결정하고 전유역을 등우선에 의해 소구역으로 나눈다.
② 각 소구역의 평균누가우량을 산정한다.
③ 소구역의 누가면적에 대한 평균누가우량을 산정한다.
④ 각 지속기간에 대한 최대평균우량깊이를 소구역의 누가면적별로 구한 후 반대수지에 표시하여 DAD곡선을 작성한다.
▪ DAD곡선의 표시
DAD곡선은 유역면적을 대수눈금인 종축에, 최대우량을 산술눈금인 횡축에 표시하고 지 속기간별로 도시한다.
<그림 3> DAD곡선(자료: 박영태, 수리수문학, 성안당, 2008)
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최대 가능강수량(probable maximum precipitation, PMP)
어느 특정 지역에서 최악의 기상조건하에서 발생할 수 있는 호우이다. PMP는 다목적댐과 대규모 농업용 저수지를 설계할 때 기준으로 사용하는 우량이다. 이 PMP를 사용하여 수공 구조물의 규모를 결정한다.
참 고 문 헌
1. 박영태, “수리수문학”, 성안당, 2008
2. 박성우 외 4인, “응용수문학”, 향문사, 1997 3. 선우중호, “수문학”, 2000
