사전재해영향성검토 시 합리적인 홍수유출 모의모형 선정에 관한 연구
A Study on a Reasonable Choice of Simulation Model for Rainfall-Runoff in the Prior Review System on Disaster Effect
이정민 1 ･ 윤정란 2 ･ 김영진 2 ･ 진규남 2 ･ 한형근 3
Jung-Min Lee 1 , Jeong-Ran Yun 2 , Young-Jin Kim 2 , Kyu-Nam Jin 2 , and Hyung-Geun Han 3 (Received August 31, 2010 / Revised October 5, 2010 / Accepted October 13, 2010)
요 약
도시개발은 불투수면적의 증가를 가져오는 요인이다. 영구저류지는 도시개발 유역의 우수유출을 저감시키는 시설이다. 본 연구에서는 사전재해영향 성 제도에서 합리적인 홍수조절방안을 제시하고자 하였다. 먼저 홍수량 계산에서 도달시간 채택에 관한 문제점을 고찰하였다. 홍수유출 모의모형의 적합성 검토는 전원유역과 도시유역에 대하여 수행되었다. 홍수유출 모의모형은 2009년 7월 7일과 9일의 실제 호우 시 측정자료를 통하여 검증되었 다. 그 결과, 전원유역과 도시유역에 적합한 모형은 각각 운동파 모형과 SWMM인 것으로 분석되었다. 본 연구에서 수행한 홍수량 산정모형과 합리 적인 홍수설계 방안은 국내의 영구저류지 설계 시 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다. 수문학적 분석방법은 영구저류지의 합리적인 용량 및 규모산 정에 활용될 것으로 사료된다.
주제어 홍수, 모의 모형, SWMM, 운동파 모형
ABSTRACT
Urban development is a cause of expansion of impervious area. A permanent storage is operated as a method of reducing runoff of watershed.
The purpose of study is to propose reasonable choice of simulation model for rainfall-runoff in the prior review system on disaster effect.
First, we indicated problem about concentration time choice in the flood simulation. To test the adequacy of a rainfall-runoff simulation model, We analyzed characteristics of rainfall-runoff about urban and natural watersheds. A simulation model was calibrated with the storm of july 7 to July 9 in 2009. From the result, we proposed that SWMM and kinematic wave method as the flood simulation models for urban and natural watersheds. A simulation model and design method of a permanent storage for flood that is proposed in this study will be useful for practical design of flood simulation. The hydrologic analysis method of the study can be used for capacity evaluation of permanent storage plan.
Key words Flood, Simulation model, SWMM, Kinematic Wave model
1) 한국토지주택공사 토지주택연구원 수석연구원(교신저자: [email protected]) 2) 한국토지주택공사 토지주택연구원 수석연구원
3) 한국토지주택공사 토지주택연구원 U-eco city 사업단 사무국장
1. 연구개요
1.1 연구배경 및 목적
도시개발로 인한 유역의 불투수 면적 증가는 갈수기 하천 의 유지유량을 감소시켜 수질오염 문제를 야기하고 있고, 홍 수 시 하천 홍수량 증가로 인한 재해발생의 원인이 되고 있 다. 이러한 개발 사업에 따른 재해의 위험성은 지속적인 경제
성장과 생활수준의 향상에 따라 더욱 가중될 것이 자명하다.
따라서 개발로 인한 재해의 영향을 최소화할 수 있는 방안이
확립되어야 한다. 이를 위해서 현재 국내에서는 자연재해 대
책법에 근거하여 각종 개발 사업에 대한 사전재해영향성 검
토 협의 제도를 시행하여 계획 수립 초기 단계에서부터 재해
유발 요인의 사전 검토를 통해 재해에 미치는 영향을 최소화
하고 있다.
표 1. 재해영향평가서의 경험식별 도달시간 산정결과
보고서 지점 유역 면적
(km
2)
도달 시간(min)
Kirpich Rizha Kraven-I Kraven-II Kerby NRCS 범위(%)
충주 호암
HA-1 0.271 23.5 15.7 12.1 12.6 57.1 17.0 ±45.0
HA-2 0.218 24.1 15.2 12.1 13.5 80.3 20.6 ±68.2
HA-3 0.231 15.3 11.3 10.6 11.9 49.1 13.4 ±38.5
HA-4 0.887 31.9 17.3 13.1 19.3 130.3 38.36 ±117.2
계룡 대실
NS-0 5.487 113.14 52.64 19.14 22.30 - 307.60 ±285.3
NS-1 4.877 90.37 40.29 14.80 18.54 - 247.24 ±228.7
NS-2 4.457 82.03 36.67 13.53 17.45 - 225.97 ±208.5
NS-3 3.426 53.65 22.71 8.55 12.78 - 143.35 ±130.6
대덕 R&D
BH1 0.343 8 5 2 4 46 27 ±44.0
BH2 0.257 11 8 3 5 55 33 ±52.0
SS0 4.486 31 54 20 22 135 84 ±115.0
SS1 0.239 19 17 6 5 76 46 ±71.0
김해 진영 2
JY1 4.246 61.9 47.0 16.8 - 125.0 177.2 ±160.4
JY2 0.937 129.4 158.6 45.6 - 195.4 441.0 ±395.4
JY3 0.654 89.5 96.9 28.2 - 156.2 310.1 ±281.9
우리나라에서 대규모 택지개발을 주로 담당하고 있는 LH 공사는 사전재해영향성 검토 시 개발 사업으로 인한 홍수재 해 저감을 위한 주요 시설물로 영구저류지를 계획하고 있다.
이러한 저류시설은 평상 시 친수 환경공간으로 활용될 수 있 고, 홍수 시에는 개발유역에서 발생하는 홍수량을 합리적으 로 조절하여 도시 홍수를 저감할 수 있는 수리시설물이다.
영구저류지는 형식, 규모에 따라 홍수조절 기능에 상당한 차이가 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 현재 사전재해영향 성 검토에서 계획되고 있는 영구저류지는 수리․수문 분석 방 법, 저류지 계획절차 등에 있어 합리적인 설계 가이드라인 없 이 주로 수자원분야 기술자들의 주관적 판단에 의하여 계획 되고 있는 실정이다.
영구저류지 계획을 위한 기술적 분석 방법의 문제는 크게 세 가지가 있다. 첫째, 합성 단위도법의 매개변수인 도달시간 적용 시, 외국에서 개발된 경험공식을 설계자의 주관적인 판 단에 의존하여 적용함으로써 홍수량 산정에 불확실성을 내포 하고 있다. 둘째, 저류지 상류의 홍수량 저감을 목표로 계획 된 저류지는 경우에 따라 홍수 수문곡선을 지체시키는데, 저 류지에 의해 지체된 홍수가 본류에 악영향을 미치는 경우에 대한 검토를 수행하지 않는 경우가 대부분이다. 셋째, 영구저 류지 하류의 본류 하천에 대한 홍수 시, 수위변화를 고려하지 않고 계획홍수위를 그대로 적용하여, 저류지 배수문 조작에 의한 홍수조절 효과를 반영하지 않는 경우가 많다.
본 연구에서는 LH공사에서 수행되고 있는 사전재해영향 성 검토의 주요 홍수조절 방안인 영구저류지 계획에 관하여 기술적 분석 방법의 문제점을 도출하고, 합리적인 홍수량 산 정방법을 위한 수리․수문분석 방법 및 절차를 제시하고자 한 다. 또한, 도시유역과 전원유역에 적합한 홍수량 산정모형을 제시하여 최종적으로 사전재해영향성 검토에서 홍수조절방
안에 대한 합리적인 평가방안을 고찰하고자 한다.
2. 영구저류지 홍수량 산정방법의 문제점
현재, 국내에서는 자연유역의 도달시간 또는 유하시간의 산정에 Kirpich, Rizha, Kraven 공식(I), Kraven 공식(II), NRCS 공식 등과 같은 외국의 경험공식들을 주로 사용하고 있다. 기존 경험공식의 채택은 산정된 유하시간에서 유속을 계산하여 홍수 시 적정유속인 2.0～3.5 m/s의 범위에 포함되 는지 여부 등을 검토하여 결정하는 것이 합리적인 것으로 알 려져 있으며, 하천시설기준(건설부, 1993)에서는 합리식의 도 달시간 산정에는 Kraven 공식을 추천한 바 있다.
그러나 경험공식별로 유하시간의 차이가 매우 크고 이에 따른 홍수량의 차이도 매우 크지만, 아직까지 마땅한 채택 기 준이 없는 실정이다. 또한, 기존 LH공사에서 수행한 재해영 향평가서의 유역 도달시간 산정 결과를 보면, 현장조사 및 지 형조사를 토대로 기술자의 주관적 판단에 의거하여 도달시간 의 공식이 채택되었다.
충주호암지구 택지개발사업 재해영향평가서(한국토지공 사, 2007c)와 계룡 대실지구 재해영향평가서(한국토지공사, 2007a)에서는 실제 현장조사를 통한 지형조사와 홍수시의 개 략적인 유속을 고려하여 Rizha 공식을 채택하였고, 대덕연구 개발특구 1단계 재해영향평가서(한국토지공사, 2008)는 홍수 시 평야지역의 대략적인 유속을 고려하여 Kraven(II) 공식을 선정한 것으로 기술되어 있다. 한편, 김해진영 재해영향평가 보고서(한국토지공사, 2007b)에서는 실측 지형도의 지형조 사, 유로경사, 유속 등을 고려하여 Kraven(I) 공식을 적용하 였다.
표 1에 제시된 공식별 도달시간 산정결과를 살펴보면, 대
탄
천
SS0 추
목 동
천
신 성 지 구 신 성 지 구 신 성 지 구
방 현 지 구 Tandongcheon Chumokcheon
Shinseong region
Banghyeon region
Measurement point
그림 1. 탄동천 유역의 경계
JC_L1
JH_01 JA_01
JN_RE
JA_02
JC_R3_2JC_R3_3
JC_L2 JC_L3
JC_R2 JC_R1
JH_02 JC_R3_4 JC_R3_5
JC_R3_1
Juhangcheon Jungangcheon
Jucheongang
JA_01
Subbasin name Stream Jinyeong 2 region
0 2 4 6 km
Jinyeong 1 region Subbasin
(development completion)
(development plan)
Measurement point
그림 2. 주천강 유역의 경계 부분의 재해영향평가 보고서에서 Kirpich, Kerby, NRCS 공
식이 타 공식에 비하여 도달시간이 길게 산정되었다는 것을 알 수 있다. 반면, 재해영향평가서에서 주로 적용되는 Rizha, Kraven 공식은 상대적으로 도달시간이 짧다. 도달시간이 길 어지면 첨두 홍수량이 과소하게 평가될 수 있으므로 설계 안 정적 측면에서는 Rizha, Kraven 공식을 적용하는 것이 타당 할 것이다. 그러나 유역의 물리적 특성을 객관적으로 판단하 지 않고 유역 홍수량을 과대하게 평가한다면, 영구저류지 계 획 시 과대 설계가 될 수밖에 없으므로 불필요한 비용을 유 발할 수 있다.
3. 홍수유출 모형의 적합성 검토
본 연구에서는 사전재해영향성 검토에 일반적으로 사용되 고 있고, 활용 가능한 홍수유출 모형들에 대한 적합성을 검토 하였다. 홍수유출 모형의 적합성은 각각 전원유역과 도시유 역에 대하여 검토되었는데, 각각의 대상 유역이 미 계측 유역 이므로 본 연구에서는 실제 호우사상에 대한 유량측정을 직 접 수행하여 평가하였다.
본 연구에서 홍수유출 모형의 적합성 검토를 위해 선정한 사업지구는 대덕연구개발특구 1단계 개발사업지구와 김해 진영 택지개발사업지구이다. 대덕연구개발특구 1단계 개발 사업지구는 전원유역에 해당하고, 김해 진영 택지개발사업지 구의 1단계가 완료된 지역은 도시유역에 해당한다. 홍수유출 모형의 적합성을 검토하기 위해 각각의 모형을 1개의 대상 유역에 대해서만 적용하여 결과를 도출하는 것은 적합하지 않다. 즉, 많은 대상 유역에 대하여 여러 가지 홍수유출 모형 을 적용하여 종합적으로 검토하는 것이 바람직하다. 하지만 다수의 유량측정과 많은 홍수유출 모형의 적용을 통한 분석 은 많은 시간과 예산이 소요된다. 따라서 본 연구에서는 예산 과 연구기간 등을 감안하여 홍수유출 모형의 적합성 검토에 대한 범위를 한정하였다. 즉, 도시 유역 하나와 전원 유역 하 나에 대하여 여러 가지 홍수유출 모형의 적용 결과를 분석하 였다. 그리고 기존 사전재해영향성 검토에서 일반적으로 사 용되고 있는 도달시간을 이용한 합성단위도법의 문제점을 제 시하고, 유역의 특성을 보다 잘 반영할 수 있는 모형을 제안 하는 내용으로 홍수유출 모형의 적합성을 검토하였다.
3.1 홍수유출 모의 대상 유역 및 유량 측정
3.1.1 홍수유출모의 대상유역
대덕연구개발특구 1단계 개발 사업 지구 중 본 연구에서 수행한 홍수유출 모의 대상 유역은 방현지구의 일부와 신성 지구의 전체를 포함한 탄동천 유역이다. 탄동천 유역의 경계 는 그림 1과 같고, 유역 면적은 13.4 km 2 이다. 탄동천 유역의 유량 측정지점은 유역 말단부에 위치한 신성 2교 지점이다.
도시유역의 경우 김해 진영 택지개발사업 지구를 포함한 주천강 유역에 대한 홍수유출 모의를 수행하였다. 그림 2는 김해 진영 택지개발사업 지구를 유역 출구로 설정한 주천강 유역의 경계를 나타낸다. 그림 2에서 빗금 친 부분이 김해 진 영 택지개발사업 지구에 해당한다. 본 연구에서 설정한 주천 강 유역의 면적은 74.9 km 2 이다.
홍수유출 모형의 보정을 위한 유량 측정은 김해 진영 1지 구 택지개발사업이 완료되면서 설치된 임시 저류지의 유입부 에서 수행하였다.
3.1.2 유량 측정
강우 시 유량 측정은 탄동천 유역의 신성 2교 지점과 김해
진영 1지구 임시저류지의 유입부에서 각각 수행하였다. 탄동
천 유역의 신성2교 지점과 김해진영 1지구 임시저류지의 유
입부에서는 각각 2회에 걸쳐서 유량 측정을 수행하였다. 신
성 2교 지점에서는 2009년 7월 7일과 7월 9일에 측정하였고,
김해진영 1지구 임시저류지의 유입부에서는 2009년 7월 1일
과 7월 7일에 측정하였다(표 2).
표 2. 유량측정 성과
대덕연구개발특구 탄동천 신성 2교 김해 진영 1지구 임시저류지 유입부
1차측정 (2009. 7. 7) 2차측정 (2009. 7. 9) 1차측정 (2009. 7. 1) 2차측정 (2009. 7. 7) 10:20 2.400 m
3/s 11:05 6.807 m
3/s 01:30 0.124 m
3/s 12:50 2.298 m
3/s 11:10 1.975 m
3/s 11:45 5.965 m
3/s 04:00 0.050 m
3/s 13:30 2.828 m
3/s
12:50 0.822 m
3/s 13:25 3.816 m
3/s 14:00 2.763 m
3/s
13:10 0.727 m
3/s 14:30 3.753 m
3/s
2009년 7월 7일의 유량측정
그림 3. 탄동천 신성2교 및 김해진영 임시저류지 유입부 유량측정 사진
표 3. 대전기상대 시간별 강우량 강우량
(mm) 01 hr
02 hr
03 hr
04 hr
05 hr
06 hr
07 hr
08 hr
09 hr
10 hr
11 hr
12 hr
13 hr
14 hr
15 hr
16 hr
17 hr
18 hr
19 hr
20 hr
21 hr
22 hr
23 hr
24 hr 7월
8일 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.0 7월
9일 2.0 4.0 9.0 10.0 11.5 3.0 0.0 0.5 0.5 0.0 10.0 0.0 0.5 0.5 0.0 2.5 26.0 6.5 1.0 0.0 0.5 0.0 0.0 0.0
강우-유출모형의 보정은 상대적으로 유량이 큰 경우에 대 하여 수행하였는데, 신성2교의 경우 7월 9일의 실측결과, 김 해진영 1지구의 경우 큰 7월 7일의 측정자료를 활용하였다.
강우 시 유량 측정은 국지성 호우, 강우 예보의 부정확성 등 의 이유로 인해 측정의 어려움이 있다. 실제로 본 연구에서는 강우가 예상되었던 8회에 걸쳐 측정을 시도하였으나, 4회의 측정만을 성공하였다. 그림 3은 각각 탄동천 유역의 신성 2교 와 김해 진영 1지구 임시저류지 유입부의 유량측정 모습을 나타낸다.
3.2 유출모델링(kinematic wave): 탄동천 신성2교
대덕연구개발특구 1단계 개발대상지구의 사전재해영향성 검토에서 계획 중인 영구저류지는 총 4개소로 죽동지구 (JD1), 방현지구(BH2)에 각 1개소, 신성지구(BH1, SS1)에 2 개소가 계획되어 있다. 본 연구에서는 신성지구에 계획 중인 영구저류지 SS1 지점 하류와 만나는 본류하천인 탄동천의 신성2교 지점에 대한 유량측정 성과를 기초로 유출모형을 보 정하였고, 유출모형별 적용성을 평가하였다.
3.2.1 탄동천 유역 유출모형의 입력자료
본 대상유역 내에는 수문관측소 및 수위관측소가 없으며, 기상관측소는 사업지구 인근에 기상청 관할 대전기상대가 위 치하고 있다. 그리고 국토해양부 관할 관측소인 옥천관측소 가 위치하고 있으나, 사업지구와는 거리가 매우 먼 곳에 위치 하고 있다. 모형에 적용한 대전기상대의 강우는 1시간 간격 이고, 시간별 강우는 표 3과 같다.
본 연구에서는 1:25,000도 수치지형도를 이용하여 홍수량 산정지점에 대한 유역 특성을 분석하였다. 신성 2교 지점의 유역면적은 1.34 km 2 , 표고는 약 El. 39 m이다. 또한 신성 2 교 주변부의 유역경사는 5～8°로 대체적으로 완만한 것으로 분석되었다. 수치고도모형, 유역경사도, 정밀토양도 및 토지 이용도를 그림 4에 나타냈다.
유출에 영향을 미치는 토양의 조건에 따라 유효우량을 산
정하는 방식 중에서 가장 보편적이고, 합리적인 것으로 알려
져 있는 미국 자연자원보호국(U.S. National Resources Conser-
vation Service)의 유출곡선지수인 CN(Curve Number)방법을
사용하였다.
수치고도모형(DEM) 유역경사도
∙평균고도: El. 107.58 m, 신성2교: El. 39.23 m ∙평균경사: 10.86°, 신성2교 주변부: 5-8°
정밀토양도 토지이용도
그림 4. GIS 유역특성 분석(탄동천 신성2교)
표 4. 하도 및 유역특성 인자 추출
구분 하도길이 (m) 하도경사 하도형상 하도의 조도계수 저면폭(m) 측면경사
하도특성 5,191 0.04623 Trapezoid 0.033 30 1.0
구분 유역면적 (㎡) 유역폭(m) 유역경사 유역의 조도계수
유역특성 13,400,449 2,581 0.32415 0.4
표 5. 도달시간 산정
지점 유역도달시간(hr)
Kirpich Rizha Kraven-I Kraven-II Kerby NRCS
신성 2교 1.488 1.275 0.452 0.480 0.812 1.337
본 연구에서는 유역 유출 모형으로서, 미계측 유역의 유출 량 산정 방법인 합성단위도법 중 Clark, NRCS 방법과 유역 의 물리적 특성을 반영할 수 있고 객관적인 매개변수 입력이 가능한 운동파 방법을 적용하였다. Clark 유역추적법은 도달
시간 산정공식에 따른 유출 수문곡선을 작성하였다. 신성2교
유역의 하도 및 유역 특성인자와 도달시간의 산정 결과를 표
4, 표 5에 정리하였다.
그림 5. 신성2교 지점 유출 수문곡선 및 측정결과 비교 3.2.2 탄동천 유역의 유출모형별 홍수량 산정 결과 및 적용
성 평가
강우-유출모형의 적용은 상대적으로 유량이 큰 경우에 대 하여 수행하였고, 신성2교의 경우 7월 9일 실측결과를 이용 하여 적용하였다. Clark 유역추적법은 유역의 도달시간 산정 공식 중 Kirpich, Rizha, Kraven(I) 등 총 6개 공식에 대하여 유출 수문곡선을 작성하였다. 또한, NRCS 합성단위도법, 운 동파 방법을 적용하여 모형을 적용성을 평가하였다. 각각의 방법에 사용된 유효강우량 산정 방법은 동일하게 유출곡선지 수(Curve Number; CN)를 사용하는 NRCS 방법이 적용되었 고, 하도추적도 동일하게 kinematic wave 방법이 사용되었다.
즉, 유역유출과 관련된 도달시간만 다르고, 모든 조건이 동일 하도록 설정하여 분석하였다. 그림 5는 각각의 모형에 의해 도출된 유출 수문곡선을 나타낸다.
홍수량 산정 결과, Clark 유역추적법의 경우 도달시간 산 정방법에 따라 유출량의 편차가 매우 크게 발생하였다. 특히, 일반적으로 많이 적용되고 있고 도달시간이 0.45～0.48시간 으로 계산된 Kraven 방법의 경우, 실측치보다 최대 7 m 3 /s 정 도 유출량이 크게 예측되었다.
유역의 물리적 특성을 반영할 수 있는 운동파 방법의 경 우, 모의된 결과와 측정 결과와의 오차범위가 0.1～2.0 m 3 /s 로 분석되었다. 또한, NRCS 합성단위도법의 경우에도 계산 치와 관측치의 오차범위가 0.5～2.5 m 3 /s로 나타났다. 즉, 운 동파 방법과 NRCS 합성단위도법에 의해 모의된 결과가 유 역추적법의 계산결과 보다 유출 계산의 신뢰도가 높은 것으 로 평가되었다.
결론적으로 Clark 유역추적법을 적용할 경우, 도달시간 산 정시 설계자의 판단에 의하여 유출량이 과대 평가될 수 있으 므로 객관적인 방법으로 매개변수를 추정할 수 있는 운동파
방법 또는 NRCS 합성단위도법을 적용하는 것이 합리적일 것으로 판단된다.
3.3 유출모델링(SWMM): 주천강 유역
주천강 유역의 강우-유출모형은 SWMM(Storm water manage- ment model)을 이용하였다. SWMM은 도시유역의 강우에 의 한 홍수량과 수질을 모의하고, 연속모의(continuous simulation) 를 위해 위해 미국 환경청(Environmental Protection Agency;
EPA)의 지원 아래에서 개발된 모형이다. 주천강 유역에 SWMM 모형을 적용한 이유는 본 연구에서 수행한 유량측정 지점이 김해 진영 1지구 택지개발 사업이 완료된 지역으로 도시화된 지역이기 때문이다.
김해 진영 택지개발사업지구의 하류를 유역의 출구로 설 정한 주천강 유역의 강우-유출 모형을 구성하기 위해 소유역 과 하도를 분할하였다. 김해 진영 택지개발사업지구가 포함 된 유역은 한국토지공사(2007b)에서 분할한 소유역과 동일하 게 분할하였고, 다른 유역들은 유역과 하도의 특성을 반영하 여 구분하였다.
본 연구에서 설정한 주천강 유역의 총 면적은 74.876 km 2 이고, 총 15개의 소유역과 17개의 하도로 분할되었다.
3.3.1 주천강 유역 유출모형의 입력자료
본 연구에서는 주천강 유역의 강우-유출 모형을 구성하기 위해 동읍 자동기상관측소(Automatic Weather Station; AWS) 의 자료를 이용하였다. 자동기상관측소는 1분 단위로 강우를 기록한다. 본 연구에서 유량을 측정한 김해 진영1지구 택지 개발사업의 소유역은 유역면적이 작고, 구획된 관로에 의해 강우유출이 빠르게 진행됨을 감안하여 10분 단위의 강우량 을 사용하였다.
사용된 동읍 자동기상관측소의 강우자료는 2009년 7월 7 일 04:00부터 16:30까지의 강우량으로서, 총 184.5 mm이다.
유역과 하도와 관련한 입력 자료들은 물리적 매개변수와 수문학적 매개변수로 구분된다. SWMM에 입력되는 물리적 매개변수는 소유역의 면적, 유역의 평균경사, 불투수지역의 면적, 하도 및 관망의 길이, 관경 또는 하도의 폭, 하도의 경 사 등이다. 그리고 수문학적 매개변수는 투수 및 불투수유역 의 Manning 계수와 하도 및 관망의 Manning 계수, 지표면 저 류, 침투관련 매개변수들, 그리고 유역 폭 등이다.
본 연구에서는 이들 입력 자료를 구축하기 위하여 연구대 상 유역의 수치지형도(1:25,000), 토지이용도, 정밀토양도 등 을 수집하여 GIS 분석 프로그램인 Arcview 3.3을 이용하여 분석하였다.
3.3.2 주천강 유역의 유출모형 구축 및 보정
주천강 유역의 유출 모의에는 전술한 SWMM 모형이 이용
되었다. 분할된 소유역과 하도에 관한 입력자료와 강우자료
표 6. 주천강 유역의 유역 매개변수
소유역 명
유역 면적 (km
2)
유역폭 (m)
불투수 유역 면적비
(%)
지표면 경사
(%)
Manning 조도 계수
지표면 저류량
(mm) Curve
Number
불투수 지역 투수 지역 불투수 지역 투수 지역
JA_01 11.391 10,364.9 10.81 14.253 0.014 0.30 1.6 6.4 78.90
JA_02 7.435 8,634.9 36.18 5.207 0.014 0.30 1.6 6.4 88.98
JN_RE 13.338 9,095.3 27.63 8.271 0.014 0.30 1.6 6.4 87.79
JH_01 4.946 4,974.6 10.70 21.403 0.014 0.30 1.6 6.4 80.32
JH_02 13.195 11,178.7 17.87 10.051 0.014 0.30 1.6 6.4 87.86
JC_L1 4.749 11,648.5 9.51 0.291 0.014 0.30 1.6 6.4 89.54
JC_L2 2.730 6,691.7 24.85 0.363 0.014 0.30 1.6 6.4 90.19
JC_L3 6.720 5,880.7 15.14 0.337 0.014 0.30 1.6 6.4 89.91
JC_R1 2.632 4,379.4 12.71 4.039 0.014 0.30 1.6 6.4 89.31
JC_R2 1.803 4,096.2 18.12 14.985 0.014 0.30 1.6 6.4 88.56
JC_R3_1 4.001 3,536.7 36.43 11.686 0.012 0.20 1.6 6.4 87.30
JC_R3_2 0.638 3,195.7 28.24 0.083 0.012 0.20 1.6 6.4 90.20
JC_R3_3 0.709 1,420.0 88.80 0.001 0.011 0.15 1.6 6.4 93.90
JC_R3_4 0.291 871.0 13.03 3.364 0.012 0.20 1.6 6.4 87.30
JC_R3_5 0.299 1,254.0 25.55 1.107 0.012 0.20 1.6 6.4 90.20
Total 74.876
불규칙삼각망(TIN) 수치고도모형(DEM) 정밀토양도 토지이용도
그림 6. GIS를 이용한 유역특성 분석(주천강 유역)
7/7/09 4:00 7/7/09 12:00 7/7/09 20:00 7/8/09 4:00 7/8/09 12:00 7/8/09 20:00
Time (mm/dd/yy hh:nn)
0 1 2 3 4
F lo w ra te ( m
3/s )
10 8 6 4 2 0
R ai nfa ll (m m )
Calculated flow rate Observed flow rate Rainfall
그림 7. 주천강 유역의 유출 모형의 보정 결과 를 이용하여 SWMM 모형의 모의 체계를 구축하였다.
2009년 7월 7일 강우에 대하여 SWMM 모형에 의해 모의된 주천강 유역의 유출량 중 실제 유량측정을 수행하였던 JC_R3_3 소유역에 대하여 모형을 보정하였다. 그림 7은 보정된 모형에 의한 계산된 유량과 측정된 유량을 나타낸 그림이다. 4회 측정 된 유량에 대한 계산값의 오차는 평균 9.10%로 나타났는데, 이 중 상대적으로 오차가 크게 나타났던 세 번째 측정값을 제외하 면 5.05%로 비교적 정도 높은 결과를 보였다.
이러한 오차와 관계하여 유량 측정 당시의 상황을 기술하
면, 약 10분간 소요된 1회 유량 측정을 하는 상황에도 호우가
일정하지 않았고, 수로의 유출량 변화가 육안으로 식별이 가
능할 정도로 두드러졌다. 또한, 자동기상관측소가 분 단위로
측정이 되기는 하지만, 전도식 측정 장비인 것과 유량측정 지
역과의 거리 차이에 의한 국지적 호우가 고려되지 않는 것들
이 원인이 된 것으로 판단된다.
7/7/09 4:00 7/7/09 8:00 7/7/09 12:00 7/7/09 16:00 7/7/09 20:00 7/8/09 0:00
Time (mm/dd/yy hh:nn)
0 1 2 3 4 5 6 7 8
F lo w ra te (m
3/s )
10 8 6 4 2 0
R ai nfa ll ( m m )
Rainfall Observed flow rate SWMM Clark method: Izzard Clark method: Kerby Clark method: Kinematic Wave Clark method: FAA NRCS method
