개선된 수위-하강고-유량 관계를 이용한 배수영향 하천의 유량산정기법

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Discharge data in river is very important for hydrologic analysis of water resources. Generally, Hydrograph is used to indicate result of runoff in river. To obtain hydrograph, We should measure the change of actual discharge and stage. And rating curve is made by regression analysis using measured discharge and stage. Converted discharge data using basic rating curve includes large error because the river affected by backwater like lock gates of river mouth get a wide discharge deviation in the same stage level.
The most influence factor on the change of discharge in the same stage level is water surface slope. Therefore, the discharge variation will be decreased when water level-surface slope-water quantity relationship analysis is employed.
This study selected Pyeongtaek and Paengseong stage station affected by backwater according to lock gates operation in Asan bay located on the Anseong stream watershed and developed rating curve considering water surface slope using the gap of stage between upstream and downstream station.
Pyeongtaek stage station does not show significant backwater effect when it is raining, however, backwater effect is appeared in the low water level during normal period. So basic rating curve is applied in high water level and stage-fall-discharge rating curve is applied to make discharge data in In Pyeongtaek stage station. In the case of Paengseong station is impossible to make rating curve because backwater effect is appeared in every water level. Therefore, discharge of Pyeongtaek station were converted by stage-fall-discharge rating curve considering water surface slope for complete water level.
Constant fall discharge method is used to make stage-fall-discharge. Fall-discharge relation is analyzed to calculate constant fall -discharge about same stage and stage-discharge relation is applied regression analysis using fall -discharge relation about each falling. And Discharge is converted according to stage-discharge rating curve which has the greatest coefficient of determination and Falling -the rate of discharge rating curve.
As the result of comparison between converted flow and observed flow, rating curve considering water surface slope shows lower error than original basic rating curve. And the result of runoff rate shows a reasonable runoff rate, 54~93% compare to existed runoff rate. The measure of dispersion in the Paengseong station is bigger than Pyeongtaek stage station. Because Paengseong station is affected directly by backwater for complete water level. Therefore, when water surface slope and discharge are possible to be analyzed, high reliability discharge data will be generated in the other station where backwater effect is affected partially.

국문 초록 (Abstract)

하천의 유량자료는 수자원 분석의 기초적인 자료로서 중요한 역할을 한다. 일반적으로 하천의 유출결과를 나타내기 위해서는 수문곡선(hydrograph)을 이용한다. 수문곡선을 얻기 위해서는 실제로 유량 또는 수위의 시간적 변화를 측정하여야하며, 측정된 유량과 수위를 회귀분석하여 수위-유량곡선(rating curve)을 만들게 된다. 만들어진 수위-유량곡선은 하천의 수자원계획 수립 또는 수리시설물의 계획과 설계시에 이용되고 있다. 하지만 하구의 갑문등으로 인한 배수영향을 받는 하천에서는 동일수위에서의 유량편차가 크기 때문에 단순 수위-유량 관계곡선으로 유량을 환산하면 큰 오차의 유량자료를 생산하게 된다.
동일수위에서의 유량변화에 가장 큰 영향을 미치는 인자는 수면경사이다. 따라서 동일수위에 대한 수면경사와 유량관계를 분석하면 수위-하강고-유량의 관계를 만들어 유량편차를 줄일 수 있다고 판단된다.
본 연구에서는 안성천 유역의 아산만 방조제 갑문조작에 따른 배수영향을 받는 지점 중 안성천 상․하류에 위치한 평택․팽성 수위관측소를 선정하여 상․하류 수위관측소의 관측된 수위차를 이용하여 수면경사를 고려한 수위-유량관계곡선을 개발하고자 하였다. 평택수위관측소의 경우, 강우시 배수영향은 크게 나타나지 않고 평수시에 저수위대에서 배수영향이 나타나고 있는 지점으로 고수위에서는 기본 수위-유량곡선을 적용하고, 저수위에서 수위-하강고-유량관계를 분석하여 유량을 환산하였다. 팽성지점의 경우는 전수위대에서 배수영향이 나타나기 때문에 기본적인 수위-유량곡선도 만들 수 없는 지점이다. 따라서 팽성지점은 전수위 범위를 수면경사를 고려하여 수위-하강고-유량관계를 이용하여 유량을 환산하였다.
수위-하강고-유량곡선을 만드는 방법으로 일정하강고 방법을 이용하였다. 일정하강고를 산정하기 위하여 동일 수위에 대한 하강고-유량 관계를 분석하였으며, 분석된 하강고-유량 관계를 이용하여 각 하강고에 대한 수위-유량 관계를 회기분석하여 결정계수가 가장 큰 값의 수위-유량관계곡선과 그때의 하강고-유량비관계곡선을 작성하여 유량을 환산하였다. 환산된 유량을 실측유량과 비교 분석한 결과 평택 수위관측소의 경우 수면경사를 이용한 방법이 과거 수위-유량 곡선식보다 오차가 작게 나타났으며 유출률 산정결과 54～93%로 기존의 유출률보다 적절하게 나타난 것으로 분석되었다. 팽성 수위관측소의 경우 전수위대에서 배수를 직접적으로 받기 때문에 전체적인 산포도가 평택 수위관측소보다 크게 나타났다. 따라서 부분적인 배수를 받는 수위관측소의 경우 수면경사와 유량의 적절한 분석만 가능하다면 좀 더 신뢰도 높은 유량자료를 생산할 수 있을 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 = 1
• 제1절 연구배경 및 목적 = 1
• 제2절 연구동향 = 2
• 제3절 연구내용 및 범위 = 4
• 제2장 수위-유량관계곡선 일반 이론 = 6
• 제1절 수위-유량관계의 통제(control) = 6
• 1. 단면통제 = 6
• 2. 하도통제 = 7
• 3. 복합통제 = 7
• 4. 통제 방정식 = 7
• 제2절 수위-유량관계의 복잡성 = 8
• 제3절 수위-유량관계곡선의 개발 방법 = 9
• 1. 일반적인 준비사항 = 9
• 2. 곡선 결정(curve fitting) = 16
• 3. 수위-유량관계의 조합통제 = 18
• 4. 안정된 수위-유량관계 = 19
• 5. 불안정한 수위-유량관계 = 19
• 6. 전이통제 = 19
• 7. 배수효과 = 22
• 8. 수위-유량관계곡선의 외삽 = 22
• 9. 수위-유량관계곡선의 불확실도 = 24
• 제4절 수면경사를 이용한 수위-하강고-유량관계 = 25
• 1. 수위-하강고-유량 관계곡선 = 25
• 2. 수위-하강고-유량 관계곡선의 개발 방법 = 26
• 제3장 유량 환산 방법의 적용 = 37
• 제1절 대상지점 = 37
• 1. 한강 유역 = 37
• 2. 안성천 유역 = 39
• 3. 평택 수위관측소 = 40
• 4. 팽성 수위관측소 = 41
• 제2절 기존의 유량 환산 방법 = 46
• 1. 수위자료 분석 = 46
• 2. 유량자료 분석 = 47
• 3. 수위-유량관계곡선식 = 49
• 4. 유출량 산정 = 53
• 제3절 회귀분석을 통한 일정 하강고 산정 = 55
• 1. 동일 수위에서의 하강고-유량관계 = 56
• 2. 하강고 변화에 따른 수위-유량관계 = 59
• 3. 수위-유량관계 변화에 따른 하강고-유량비 관계 = 67
• 제4절 수위-하강고-유량관계를 이용한 유량 환산 = 74
• 1. 수위-하강고-유량 관계의 형태 = 75
• 2. 일정-하강고법에 의한 유량 환산 = 75
• 제4장 환산유량의 비교·분석 = 82
• 제1절 기존유량과 환산유량의 비교 = 82
• 1. 유출률 비교 = 82
• 2. 유출량 비교 = 84
• 제2절 환산유량의 불확실도 분석 = 89
• 1. 곡선식 불확실도 = 89
• 2. 개발된 곡선식의 불확실도 비교 = 89
• 제5장 결론 = 101
• 참고문헌 = 105
• 국문초록 = 109