도시화 진행에 따른 유역 유출특성 변화에 관한 연구

손광익,김민철,Son,Kwang-Ik,Kim,Min-Chol 한국방재학회 2010 한국방재학회논문집 Vol.10 No.4

유역의 급격한 도시화는 지체시간, 첨두유량 및 총 유출량 등 홍수 유출특성 뿐만 아니라 개발행위에 따른 토사유출특성 변화를 초래하여 배수관로내의 토사퇴적을 유발하여 도시홍수 발생 가능성 등 다양한 문제를 유발하고 있다. 본 연구에서는 도시화가 진행 중인 시험유역을 선정하여 지난 3년 동안 토지이용분포의 변화양상은 물론 강우 및 수위 자동계측기를 이용하여 연속적으로 유출수문 특성을 계측하였으며 유량-유사량 관계곡선을 유도하였다. 실측결과로부터 호우사상별 토지이용분포 변화에 따른 유출률과 첨두유출량의 변화를 정량적으로 분석하였으며 유역개발 건설과정에 따른 토사유출량의 변화특성을 정성적으로 분석하였다. 도시화가 진행될수록 합리식의 유출계수는 증가하였다. 토사의 경우 공사기간 중 유출량의 변화가 심하다는 사실과 특히, 공사기간 중 1 cms 미만의 유출을 유발하는 소규모 강우에 의한 부유사 유출은 약 10배 이상 증가한다는 사실을 확인하였다. 그러나 소류사의 경우 강우의 크기에 민감하지 않음을 확인할 수 있었다. It is well known that the drastic change of hydrological characteristics of an urbanized basin causes severe runoff, sediment yield, and peak flow. High vulnerability of urban flood disasters is caused by land-use change and development of a basin. A typical site suffering urbanization was selected and the experimental site has being operated last three years. Hydrological and hydraulic characteristics of the urbanizing basin were examined by observation of runoff, sediment loads and precipitation with T/M. The effects of land-use change were analyzed by examination of the hydrological characteristics, such as run-off ratio (runoff volume/rainfall volume), sediment yields. Runoff coefficient of rational equation was increased as basin was urbanized. Suspended sediment yields due to a urban development activities were raised almost 10 times compare to undisturbed condition for small runoff less than 1 cms. Meanwhile, no big change could be detected for bed loads.

단기 홍수 사상의 특성과 ReFH 강우유출모형 검정의 관계 - 증평 유역 -

Hyung Joon Chang,Hyosang Lee,Kazimierz Banasik,Pavol Miklanek 위기관리 이론과 실천 2015 Crisisonomy Vol.11 No.1

최근 급증하는 이상 기후 및 기후 변화의 영향 등으로 인하여 수자원관리의 어려움이 증대되고 있다. 유역의 수자원관리는 강우 유출모형의 적용을 바탕으로 하고 있으며, 개념적 강우 유출모형은 실무에 많이 적용되고 있다. 본 연구에서는 단기 홍수 수문사상의 특성이 강우유출모형의 매개변수 검정에 미치는 영향을 평가 한다. 대표적인 개념적 강우 유출모형(ReFH)을 한국의 증평 유역의 최근 10개 홍수사상(2000-2013년)에 적용하여 평가한다. 증평 유역의 단기 홍수 수문특성을 유출비, 첨두 강우-홍수량의 시간차 ,최대 강우 강도 등으로 평가했으며, 이러한 특성과 모형의 성능(NSE*) 및 매개변수의 검정치의 상관관계를 분석하였다. 분석결과, 사상의 양적 크기(첨두홍수량, 최대 강우 강도 등)가 증가 할수록 모의 성능이 개선되는 것으로 확인되었으나 선행 강우량은 뚜렷한 상관관계를 보이지 않고 있는 것으로 확인되었다. 또한 모형의 매개변수(Cmax)들은 홍수사상과 무관하게 일정한 값을 제시하여, 유역의 고유한 유출 특성을 잘 반영하고 있다고 판단된다. 본 연구 결과는 향후 강우 유출 모형의 지역화 연구 기초 자료로 활용될 수 있는 것으로 판단된다. Rainfall runoff models have been used as main tool for water management in the catchment. The majority of the practical models in water managements are a type of conceptual models. This study aim to define relationships between characteristics of short term flood events and calibration of the ReFH(Revitalized Flood Hydrograph model). Ten flood events of Jeungpyeong in the period of 2000 and 2013 are analyzed with model performances and characteristics of flood, such as the maximum rainfall intensity, runoff ratio, peak rainfall-flood time difference and etc. the. The results indicate that a larger quantitative magnitude of the event(flood peak, maximum rainfall intensity, etc.) better performance in calibration. However, prior rainfall to flood events does not show a clear correlation. The calibrated parameters of the model(i.e., Cmax,) of flood events are consistent, which reflect the unique characteristics of the watershed. The results of this study are used as a basis for future studies of regionalization of rainfall runoff model for Geum river region.

경사도와 토성, 작물 구분에 따른 강우유출수 특성 분석

유나영 ( Nayeong Yu ),신민환 ( Minhwan Shin ),강태성 ( Taesung Kang ),김종건 ( Jonggun Kim ),임경재 ( Kyoungjae Lim ),( Donghyuk Kum ),( Jungha Lim ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

비점오염원은 강우시 지표유출수와 함께 유출되는 오염물질로서, 국내에서 발생되는 비점오염물질의 약 90% 이상이 토지계(농경지) 및 축산계에서 발생하고 있다. 농경지에서 발생하는 비점오염물질의 발생량은 경사도와 토성, 작물 등에 따라 발생량의 차이가 크기 때문에 농경지에서 발생하는 강우유출수 특성을 파악하는 것은 비점오염원 관리 측면에서 중요하다. 따라서, 본 연구에서는 경사도와 토성, 작물이 구분된 8개의 시험포를 조성하여 강우시 발생하는 강우유출수 특성을 분석하고자 하였다. 시험포 1개의 면적은 88 m² (폭 4 m, 경사장 22 m)이며, 경사도는 3% 4개와 9% 4개, 토성은 경사도 3%와 9% 각 2개씩 양토 4개와 사양토 4개로 조성하였다. 영농방법은 각 토성의 경사도별로 무경운 시험포 1개와 경운 시험포 1개로 조성하였으며, 경운 시험포의 작물은 감자를 파종하고 무경운 시험포의 경우 나지 상태로 조성하였다. 시험포에는 수위계와 집수플럼부, 침사지통을 설치하여 유출량 및 수질농도(SS, T-N, T-P)를 측정하였다. 강우유출수 조사는 2020년 5월부터 8월까지 25.8 mm∼288.2 mm의 강수량 범위에서 총 11회 조사하였다. 연구결과 양토 시험포의 총 11회 조사를 통한 유출량은 3% 경운 35.4 m³, 3% 무경운 29.7 m³, 9% 경운 42.1 m³, 9% 무경운 34.1 m³으로 나타났으며, 사양토 시험포의 총 유출량은 3% 경운 15.9 m³, 3% 무경운 22.9 m³, 9% 경운 33.9 m³, 9% 무경운 30.3 m³으로 나타났다. 양토 시험포의 SS 오염부하량은 3% 경운 55,264.8 g, 3% 무경운 33,149.3 g, 9% 경운 55,606.6 g, 9% 무경운 56,849.5 g으로 나타났으며, 사양토 시험포의 SS 오염부하량은 3% 경운 5,992.0 g, 3% 무경운 19,881.2 g, 9% 경운 32,555.1 g, 9% 무경운 42,715.9 g으로 나타났다. 양토의 SS 오염부하 비교 결과 3% 무경운에서 오염부하는 9% 무경운대비 41.7%로 나타났으며, 3% 경운에서 오염부하는 9% 경운 대비 SS 0.6%로 나타났다. 사양토의 SS 오염부하 비교 결과 3% 무경운에서 오염부하는 9% 무경운 대비 53.5%로 나타났으며, 3% 경운에서 오염부하는 9% 경운 대비 SS 81.6%로 나타났다. 연구결과와 같이 경사도가 클수록 유출량이 크게 발생하였으며, 양토에 비해 사양토에서 유출량이 적은 것으로 나타났다. 양토의 경우 경운보다 무경운에서 경사도 대비 저감효율이 높은 것으로 나타났으며, 사양토의 경우 무경운보다 경운에서의 경사도 대비 저감효율이 높은 것으로 나타났다. 하지만 강우유출수 특성은 경사도와 토성, 작물, 경운방법에 따라 다른 결과가 나타나, 추가적으로 다양한 토성과 작물에 따른 강우유출수 특성 분석이 필요할 것으로 판단된다. 또한, 당해연도의 경우 집중호우와 태풍 등 평년에 비해 강우가 너무 과하게 발생하여 선행강우일수의 변화 등 평년의 강우특성을 반영하기 어려울 것으로 보여진다. 그러나, 기후변화에 따른 집중호우가 증가할 경우 발생할 수 있는 농경지의 유출특성을 예측할 수 있을 것으로 보여진다.

강우-유출모형을 활용한 소규모 산지 유역의 유출특성 분석_충북 단양1교

장형준,이호진,박기순,김성구 한국지반환경공학회 2023 한국지반환경공학회논문집 Vol.24 No.12

본 연구에서는 국내 소규모 산지유역을 대상으로 홍수 위험지역에 대한 예·경보 시스템을 구축하기 위한 기초연구로 유출특성 분석을 수행하였다. 연구 유역은 충청북도 단양군에 위치한 단양1교 유역을 선정하였으며, 연구유역의 수치표고 모형(DEM)을 바탕으로 Q-GIS를 활용하여 유역특성인자를 산정하였다. 또한, 국가수자원관리종합정보시스템에서 제공하는 수문기상자료를 활용하여 2020년부터 2023년 기간 동안 9개의 호우사상을 선정하였다. 소규모 산지유역의 유출특성을 분석하기 위하여 HEC-HMS 강우-유출모형을 활용하였으며, 9개의 호우사상과 산정된 유역특성인자를 반영하여 강우-유출 모형 모의를 수행하였다. 강우-유출 모형을 바탕으로 모의된 사상 중 오차율이 크게 발생한 6개의 호우사상을 대상으로 하여 매개변수 최적화를 수행 후, 소규모 산지 유역인 단양1교 유역에 적합한 매개변수 범위를 0.8~3.4로 산정하였다. 본 연구의 결과는 소규모 산지유역에 대한 홍수 예·경보 시스템 구축의 기초자료로 활용될 것이며, 추가적인 연구를 통하여 유역특성에 따른 매개변수 범위를 도출하고자 한다. In this study, runoff characteristics analysis was conducted as a basic research to establish a forecasting and warning system for flood risk areas in small mountainous basins in South Korea. The Danyang 1 Bridge basin located in Danyang-gun, Chungcheongbuk-do was selected as the study basin, and the watershed characteristic factors were calculated using Q-GIS based on the digital elevation model (DEM) of the basin. In addition, nine heavy rainfall events were selected from 2020 to 2023 using hydrometeorological data provided by the National Water Resources Management Comprehensive Information System. HEC-HMS rainfall-runoff model was used to analyze the runoff characteristics of small mountainous basins, and rainfall-runoff model simulation was performed by reflecting 9 heavy rainfall events and calculated basin characteristic factors. Based on the rainfall-runoff model, parameter optimization was performed for six heavy rain events with large error rates among the simulated events, and the appropriate parameter range for the Danyang 1 Bridge basin, a small mountainous basin, was calculated to be 0.8 to 3.4. The results of this study will be utilized as foundational data for establishing flood forecasting and warning systems in small mountainous basin, and further research will be conducted to derive the range of parameters according to basin characteristics.

유출특성 분포함수의 표준화를 통한 종합홍수지수의 개발

위성욱,정건희,김태웅 한국수자원학회 2008 한국수자원학회논문집 Vol.41 No.6

본 연구에서는 우리나라 홍수유출의 특성을 종합적으로 표현할 수 있는 홍수지수를 개발하였다. 홍수유출특성을 종합적으로 지수에 반영하기 위하여 유출곡선으로 표현되는 홍수유출의 특성을 홍수수문곡선의 상승률, 첨두유량, 홍수 응답시간, 첨두발생 전 홍수용적 등 4가지의 특성인자로 표현하였다. 이러한 유출특성인자를 객관적인 상대심도로 표현하기 위하여 본 연구에서는 특성인자의 분포함수를 표준정규분포함수로 변환하여 특성지수를 산정하였다. 본 연구에서 산정한 종합홍수 This study developed a flood index which evaluates runoff characteristics. Runoff characteristics expressed in a hydrograph were reflected in the flood index in the form of characteristic factors such as a rising curve gradient, a peak discharge, a flood

인공함양시설 설치에 따른 유출특성 변화에 관한 연구

최계운,김영규,정기일,Choi, Gye-Woon,Kim, Young-Kyu,Jeoung, Kee-Il 한국방재학회 2004 한국방재학회논문집 Vol.4 No.4

In this paper, in order to analyse the variation of runoff characteristics depending upon installation of the groundwater recharge facilities, the experiment basin was prepared and the ratio of infiltration and runoff volume were observed in the rainfall events. For the rainfall analysis, 4 types of rainfall events were examined during July 11${\sim}$July 17, 2004. The results show that the mean ratio of infiltration was 89.39% and the mean ratio of runoff was 10.61%. For the artificial rainfall events, which are in the range of rainfall intensities between 60mm/hr and 100mm/hr, all the rainfall volume was infiltrated through the groundwater recharging basin. However, it is necessary to be careful for the long term rainfall, the runoff can be occurred based on the groundwater table. 본 연구에서는 인공함양법을 적용한 유역에서의 유출특성 변화를 알아보기 위하여 실험유역을 설정하고 각각의 유역에 대하여 실제강우 실험과 강우모의 실험을 실시를 통하여 유출-침투특성을 분석하였다. 실강 우시 유출-침투특성 분석을 위해 2004년 7월 11일${\sim}$7월 17일 사이에 내린 4개의 강우사상에 대하여 분석을 실시한 결과 인공함양유역에서 유출이 발생하는 경우의 유출율 평균은 약 10.61%, 침투율 평균은 89.39%로 파악되어 유출되는 유량의 대부분이 인공함양법 적용에 의해서 침투가 가능한 것으로 나타났으며, 강우모의 실험에서는 강우강도의 변화와 상관없이 1시간의 지속시간을 가지는 60mm/hr ${\sim}$ 100mm/hr 구간에서 유출되는 유량 없이 전량이 침투되는 것으로 나타났다. 그러나, 인공함양시설을 설치한 경우라도 장기간 강우 발생시 주위의 지하수 변화에 의해서 유출이 발생할 수 있으므로 주변의 지하수위에 대한 지속적인 관찰이 요망된다.

한강 유역의 형태학적 특성과 강우-유출의 상관분석

이지행,이웅희,최흥식 대한토목학회 2018 대한토목학회논문집 Vol.38 No.2

The basin characteristics reflect the attributes of geomorphological pattern of basin and stream networks affect the rainfall-runoff. In order to analyze the relationship between the basin runoff and stream morphometric characteristics, the morphometric characteristics were investigated for 27 water-level observation stations on 19 rivers in the Han River basin using Arc-map. The morphometriccharacteristics were divided into linear, areal and relief aspects for calculation while the annual mean runoff ratio as a basin responseby rainfall was estimated using the measured precipitation and discharge to analyze the rainfall-runoff characteristics. The correlation among the morphometric parameters were schematized to analyze the correlations among them. The multiple regression equation for rainfall-runoff ratio was provided with morphometric parameters of stream length ratio, form factor ratio, shape factor, stream area ratio, and relief ratio and the coefficient of determination was 0.691. The RMSE and MAPE between the measured and the estimated annual runoff rates were found as 0.09, 11.61% respectively, the suggested regression equation showed good estimation. 유역 특성은 유역과 하도망의 지형학적인 구성에 대한 특성을 반영하는 것으로 유출 특성에 영향을 준다. 본 연구에서는 유역의 형태학적 특성과 유출의 관계를 분석하기 위해 한강 유역의 19개 하천의 27개 지점을 대상으로 유역 형태학적 특성을 Arc-map을 이용하여 구하였다. 하천 형태학적 특성은 선형, 면적, 기복 측면으로 구분하여 산정하였고, 강우에 의한 유역의 반응인 연평균 유출률은 실측 강수량과 유출량 자료를 이용하여 산정하였다. 각각의 형태학적 매개변수에 대한 상관을 도식화하고, 상관특성을 분석하였다. 길이비, 형상계수, 형상인자, 면적비, 기복비, 함몰도에 의한 연간 유출률에 대한 다중 회귀분석식을 제시하였고, 결정계수는 0.691로 나타났다. 실측과 회귀분석식에 의해 계산된 연간 유출률과의 RMSE와 MAPE는 각각 0.09, 11.61%로 나타나 비교적 정확히 예측하였다.

상하류 유출특성을 고려한 수위관측망 평가

김수전,주홍준,이지호,전환돈,김형수,Kim,Soojun,Joo,Hong Jun,Lee,Jiho,Jun,Hwandon,Kim,Hung Soo 한국방재학회 2014 한국방재학회논문집 Vol.14 No.4

본 연구에서는 상하류간의 유출특성을 고려하여 관측망을 구축하는 방법에 초점을 맞추어 수위관측망을 평가하였다. 최적 수위관측망을 구축하기 위해 상하류의 유출특성을 반영한 대표단위도를 실제 강우-해석을 바탕으로 유도한 후 확률밀도함수로의 전이를 통해 엔트로피 이론에 적용하였다. 이를 충주댐 유역에 대해 상하류간의 유출특성을 고려한 경우와 기존 방법론인 경험식을 이용하여 수위관측망을 구축한 경우를 비교하였다. 그 결과를 정리하면 다음과 같다. 상하류간의 유출특성을 고려한 수위관측망의 경우는 경험식을 이용한 경우보다 적은 수위관측소가 선정됨에도 불구하고 더 큰 정보전달량이 산정되었다. 이는 구축된 수위관측망의 정보전달량이 상류 및 하류단의 수위관측소의 유출특성을 보다 잘 대변하기 때문으로 판단된다. 아울러 대상유역인 충주댐 유역에서는 총 18개의 수위관측소 중 12개의 수위관측소가 필요한 것으로 판단되며, 이는 상하류간의 유출특성을 반영한 최적 수위관측망이다. This study has evaluated the stream gauge network with the main emphasis on the methodology of optimal stream network which is considered the discharge characteristics between upstream and downstream. To evaluate the optimal stream gauge network, the representative unit hydrograph which is considered the discharge characteristics between upstream and downstream is transferred into probability density function for application of the entropy concept. This study has been compared the case of considering discharge characteristics between upstream and downstream and the case of the conventional methodology of using empirical formula and applied to the Chungju dam basin. Summarizing the results are as follows. It can be found that the large total information content is estimated at the case which is considered discharge characteristic between upstream and downstream more than the case which is applied empirical formula even though the few stream gauge stations is selected. It means that the total information of selected stream gauge stations is represented well the discharge characteristic between upstream and downstream. The Chungju dam basin is found to need at least 12 stream gauge stations, which was derived by considering the discharge characteristic between upstream and downstream.

SWMM을 이용한 홍수유출 모의의 합리적 적용에 관한 연구

강태욱,이상호 한국방재학회 2012 한국방재학회논문집 Vol.12 No.6

Rainfall runoff process differs depending on if it occurs in a rural area or an urban area. While surface flow is dominant in an urban area, in a rural area, groundwater flow is also important. However, in Korea, most studies for a watershed runoff event simulation by the storm water management model (SWMM) have used only the surface flow module regardless of the runoff characteristics for a basin. The purpose of the study is to evaluate application results of the SWMM for a rural area and to suggest the necessity of considering runoff characteristics of a basin in a watershed runoff event simulation. Two basins, which can represent urban and rural areas, are selected: the Guro 1 Pumping Station Basin and the Milyang Dam Basin. Watershed runoff event simulations were conducted by including the groundwater module of the SWMM and the results were derived by an automatic calibration. The calibration results for the watershed runoff event simulation model of the Guro 1 Pumping Station Basin were quite similar to the observed hydrograph, even when the groundwater module is not included. On the other hand, calibration results for the watershed runoff event simulation model of the Milyang Dam Basin were poorly done when the groundwater module is not considered. When we derived the calculated runoff hydrograph by the watershed runoff event simulation model with the groundwater module for the Milyang Dam Basin, the results were well fitted into the observed data. Thus, runoff characteristics should be considered for a watershed runoff event simulation by the SWMM. 도시유역과 전원유역의 유출 형태는 서로 상이하다. 도시유역에서는 지표면 유출이 지배적인 반면, 전원유역의 경우 지표면유출은 물론 지하수 유출도 큰 비중을 차지한다. 하지만 우리나라에서는 SWMM을 이용한 홍수유출 해석 시, 대상유역의 유출특성을 고려하지 않고 지표면 유출만을 모의한 사례가 대부분이다. 본 연구의 목적은 전원유역에 대한 SWMM의 적용성을 평가하고, 유역의 유출 특성을 고려한 홍수유출 모의의 필요성을 제시하는데 있다. 이를 위해 모형 적용의 대상유역을 도시유역인구로1 빗물펌프장 배수유역과 전원유역인 밀양댐 배수유역의 두 곳으로 선정하였다. 홍수유출 모의는 SWMM의 지하수 유출계산 모듈의 포함 유무에 따라 수행되었고, 홍수유출 모의의 적절성은 자동 보정을 통해 검토되었다. 그 결과, 도시유역인 구로1 빗물펌프장 배수유역에서는 홍수유출 모의 시 지하수 모듈을 고려하지 않더라도 비교적 관측 수문곡선을 잘 모사하였다. 반면에 유역의 대부분이 투수 지역인 밀양댐 배수유역에서는 지하수 유출 계산 모듈을 고려하지 않을 경우, 계산된 수문곡선의오차는 매우 크게 나타났다. 이와 달리, 밀양댐 배수유역의 홍수유출 모의 모형에 지하수 모듈을 고려할 경우, 계산된 결과는관측자료를 잘 모사하였다. 따라서 SWMM을 이용한 홍수유출 해석 시 대상유역의 유출 특성을 고려할 필요가 있다.

제주도 외도천유역의 유출특성

하규철,문덕철,고기원,박기화,Ha, Kyoo-Chul,Moon, Deok-Cheol,Koh, Ki-Won,Park, Ki-Hwa 한국지하수토양환경학회 2008 지하수토양환경 Vol.13 No.5

제주도의 물관리나 지하수 함양량 산정에 있어서 직접유출량 평가는 유용하게 사용되어 진다. 외도천 유역의 상류지역인 천아계곡과 하류지점에서의 장기 수위관측자료를 이용하여 유출빈도를 분석한 결과, 년간 발생하는 유출 발생빈도는 천아계곡에서는 약 21회, 외도천 하류에서 약 12회였다. 유출지속시간을 고려하면 년간 유출을 관측할 수 있는 기간이 천아계곡에서는 21일, 외도천 하류에서는 12일 정도인 것으로 나타났다. 교차상관분석에 의하여 강우에 대한 수위반응은 약 4시간인 것으로 분석되었으며, 유출이 발생했을 때 천아계곡으로부터 외도천 하류지점까지 수위 전파시간은 약 2시간이었다. 외도천 하류지점에서 유량측정결과, 상시 유출량은 평균 0.39 $m^3$/sec였으며, 기저유출과(직접) 유출량을 평가하기 위해 수위-유량곡선을 개발하였고, 개발된 수위-유량곡선을 이용하여 수위를 시간에 따른 총유출량으로 산정하였다. 수치필터링기법에 의한 총유출량을 기저유출량과 직접유출량으로 분리 낸 결과, 년간 총 하천유량 중 31.8${\sim}$36.5% 정도를 직접유출이 기여하고 있으며 63.5${\sim}$68.2% 정도는 기저 유출이 기여하는 것을 확인하였다. Runoff characteristics of the Oedocheon in Jeju island were investigated using the long-term stream stage monitoring data. At the Cheonah valley in the upstream area and Oedocheon downstream, annual runoff occurred 21 and 12 times, respectively, and their average runoff periods were 21 days and 12 days, respectively. Stream stage response time to rainfall was 4 hours, and storm-water transfer from the upstream, Cheonah valley, to the Oedocheon downstream took about 2 hours. The stream discharge measurements had been carried out from Feb. 2004 to Jul. 2005, and showed that normal discharge of the Oedocheon was 0.39 $m^3$/sec in average. Stage-discharge curves were developed to estimate base flow (normal discharge) and (direct) surface runoff. The base flow separations by a numerical filtering technique illustrated that annual surface runoff and base flow accounted respectively for 31.8${\sim}$36.5%, 63.5${\sim}$68.2% of the total stream discharge.