유역특성인자 및 홍수량 산정 통합시스템 개발 연구 소개

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Issue

유역특성인자 및 홍수량 산정 통합시스템 개발 03

연구 소개

1. 머리말

대한민국은 수문 관측 시스템의 투자를 통하여 수 문자료의 품질을 개선하고 있으나, 국토의 많은 부 분은 여전히 수문자료가 없거나 충분하지 않은 미 계측 유역으로 분류되어 있다. 이러한 미계측 유역 의 홍수량 산정은 수자원기술자들이 실무에서 빈번 하게 직면하는 문제이며, 또한 홍수량 산정의 객관 성 및 신뢰성 확보를 위하여 시급히 해결해야 할 과 제로 정확한 홍수량 산정에 대한 필요성이 부각되고 있다.

하천의 유량 측정은 대부분 홍수 예보지역, 댐 상 류지역, 대 하천 및 유역 내 주요 계측지점을 위주 로 수행되고 있으며, 이에 따라서 중소하천과 소유

역의 미 계측 유역에 대한 유량산정에 어려움이 있 다. 유역유출모형은 유역의 지형학적 매개변수를 기 반으로 강우-유출 현상을 해석하며, 특정 지점에 대 해서 계측된 수문 자료와 최적화된 매개변수를 이용 하여 유역 내홍수량을 모의할 수 있다. 하지만 대부 분의 유역들은 유역출구지점에서의 장기간의 연속 적인 유량자료의 확보가 어려운 미 계측 유역이다.

이와 같은 미 계측 유역의 홍수량 산정은 통상 인근 관측소 자료를 면적비로 전이시켜 사용하거나, 인근 계측유역에 대한 유출모형의 매개변수를 추정하여 미 계측 유역으로 매개변수를 전이시키는 매개변수 지역화(Regionalization) 방법이 주로 사용되고 있 다 (안소라 등, 2014).

이에 따라, 미계측 유역의 홍수량 산정은 객관성 및 신뢰성 확보를 위하여 시급히 해결해야 할 과제 로 본 연구에서는 전국단위 미계측 유역 홍수량 산 정을 목표로 최종적으로 다른 나라의 홍수량 산정 방법 및 프로그램을 이용하지 않고 기술적으로 향상 되고 장기적으로 실무에서의 범용 프로그램으로 사 용하기 위한 홍수량 산정 통합 프로그램을 개발과정 및 결과를 소개하고자 한다.

2. 유역특성인자 도출

전국의 유역특성을 분석하기 위해 수자원 정보를 정 충 길

건국대학교

사회환경플랜트공학과 박사수료 wjd0823@konkuk.ac.kr

김 성 준

건국대학교 사회환경플랜트공학과 교수

kimsj@konkuk.ac.kr

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유역특성인자 및 홍수량 산정 통합시스템 개발 연구 소개 Special Issue

그림 2.1 전국단위 유역특성인자 및 매개변수 DB 확대 구축 관리하는 국내 사례와 수문 선진국가의 사례를 비

교 검토하여 국내에 적용 가능한 유역특성인자를 결 정하였다. 세계적인 기준으로 많은 수문관측시설을

오랜 기간 운영하고 있는 대표적인 수문 선진국가인 영국의 사례를 검토하였다. 영국의 홍수량 산정방법 은 국가 기관에서 홍수량 산정 방법과 정확한 적용

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지침을 제공하고 있어, 참여 기술자의 주관적인 판 단을 배제하여 모든 유역에 대하여 일관된 설계홍수 량 산정이 가능한 특징을 보여주고 있다(정인균 등, 2013).

본 연구에서는 Clustering (군집화)기법을 활용한 산지/평지/도시 유역, 수자원단위지도 기반 규모별 유역(표준유역, 중권역, 대권역) 등으로 구분한 유역 특성인자의 지역화를 통한 실무적용 시 홍수량 산정 판단기준 제공이 필요하다고 판단하여 전국의 유역 특성인자 분석을 위해 기상, 수문 계측정보 및 지형 공간정보를 수집하여 표준유역별 지형, 기상, 수문 학적 유역특성인자를 산정하고 다변량 통계분석으 로 통해 계측유역에 대하여 수문학적으로 유사한 유 역으로 미계측 유역을 군집화하여 전국 유역특성을 분석하였다.

3. 홍수량 산정 프로그램 개발

한국형 유역특성인자 도출 및 전국단위 DB를 구 축하고 유역특성인자를 반영한 표준유역단위 홍수 량 산정 프로그램을 개발하였다. 개발된 설계홍수량 프로그램은 유관기관의 기 구축된 시간별 강우 및 유량 자료를 모형 입력자료로 자동화하여 년별 지속 시간별 최대강우량 자료를 구축하였으며, FARD와 의 연계를 통해 설계 강우량 산정 HUFF 분포에 의 한 설계강우 시간별 분포시켰다. 대상유역의 면적에 따라 선택적 유역분할을 하여 설계홍수량 산정 표준 지침에 따라 각 소유역별 홍수량을 산정할 수 있으 며 계측/미계측 유역구분을 통한 매개변수 지역화 기반 마련을 위한 유역, 하천, 기상, 수문, 토지이용 및 토양 전반에 걸친 항목에 대한 DB화하여 미계측 유역에서의 홍수량을 검증하기 위한 계측 및 미계측 유역의 유출량 검보정을 실시하였다.

그림 2.2 고해상도 GIS기반의 홍수량 산정 매개변수 지역화

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그림 3.1 홍수량산정 프로그램 사용자편의시스템

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그림 3.2 홍수량 산정 프로그램의 미계측 유역의 검증

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4. 세세부 결과 연계 홍수량 산정 프로그램 개발

3세부 연구결과를 반영하기 위한 홍수량 산정 프로그램의 세세부 결과를 모듈로 추가하였다. 확 률강우량 추정방법개선결과와 강우-유출관계에

의한 설계홍수량 추정방법개선, 면적우량환산계수 의 산정방법개선 세 가지 결과를 홍수량 산정 프 로그램의 탑재하여 적용방법의 가이드라인을 제시 하였다.

4.1 연구결과 연계방법

그림 3.2 홍수량 산정 프로그램의 미계측 유역의 검증

5. 맺음말

본 연구를 통해 개발된 홍수량 산정 통합시스템은 수자원기술자들이 실무에서 빈번하게 직면하는 문 제를 해결하고 실무자들마다 다양한 방법으로 산정 되는 홍수량 차이를 개선할 수 있으며 각각 해당 시 험유역에 대한 입력자료 구축, 매개변수 산정 등에 소비되는 시간과 비용을 절약할 수 있어 짧은 시간 내에 홍수량을 계산하여 활용함으로써 하천관리 및

방재차원에서의 활용성이 클 것으로 기대된다. 또 한, 기술개발 성과의 실무 업체에서의 실용성 및 정 책지원 등 사회적 기대효과와 하천정비기본계획, 유 역종합치수계획 등에 지침서 및 S/W 활용, 하천설 계기준 및 소하천설계기준, 댐 설계기준 등에 연구 결과 반영, 중앙 및 지차체의 하천관리 및 운영방안 제공, 수자원관리/기후변화대응방안, 수자원정책 결정 도구로 활용, S/W 및 지침서 제공을 통한 하천 계획·관리 및 수공구조물 설계, 공공기관의 객관적

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가이드라인 제공, 유역종합정보관리시스템을 통한 정보제공 등 실무에 적용 가능한 한국형 홍수량 산 정과 설계 실무의 효율성 제고할 수 있을 것으로 기 대된다.

감사의 글

본 연구는 국토교통부 물관리연구사업의 연구비 지원(11기술혁신C06)에 의해 수행되었습니다.

참고문헌

안소라, 김상호, 김성준. (2014) 다변량 통계분석기법을 이용한 전국 표준유역 대상 수문학 적 군집화 연구. 한국지리정보학회 17(1):91-106.

정인균, 김성준. 2003. 효과적인 유역 및 하도망 추출을 위한 DEM 전처리방법의 비교. 대한 토목학회지 23(3D):393-400.