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표제지
초록
목차
제1장 서론 14
1.1. 연구의 배경 14
1.2. 연구의 목적 15
1.3. 연구의 내용 16
1.4. 연구의 범위 21
제2장 강우-유출 모형과 마찰계수 22
2.1. 모형의 분류와 특징 22
2.2. 기존 강우-유출 모형 26
2.2.1. 집중형 유출모형 26
2.2.2. 분포형 유출모형 33
2.3. 유속산정과 마찰계수 39
2.3.1. 마찰계수 실험자료 40
2.3.2. 기존 경험식과 차원일치 43
제3장 분포형 유출모형의 개발 50
3.1. 입력강우의 처리 52
3.1.1. 티센법을 이용한 격자강우량 산정 53
3.1.2. 역거리법을 이용한 격자강우량 산정 55
3.1.3. 레이더 관측강우를 이용한 격자강우량 산정 56
3.2. 유효우량의 산정 61
3.3. 확산파에 기초한 2차원 지표면 흐름해석 66
3.3.1. Manning-Strickler식과 조도계수의 적용 69
3.3.2. Chezy식과 지수형 마찰계수 산정식의 적용 70
3.4. 1차원 하도흐름 모형의 연계 74
3.4.1. 기본이론 74
3.4.2. 1차원 홍수파 해석 76
제4장 모형의 검증 84
4.1. 부채꼴 유역 84
4.1.1. 지형조건 검토 84
4.1.2. 강우조건 및 유출결과 87
4.1.3. 계산조건 88
4.1.4. 적용결과 분석 88
4.2. 장방형 유역 92
4.2.1. 지형조건 검토 92
4.2.2. 강우조건 및 유출결과 94
4.2.3. 계산조건 95
4.2.4. 적용결과 분석 96
제5장 민감도 분석 102
5.1. 민감도 102
5.1.1. 민감도 분석 102
5.1.2. 민감도 평가방법 103
5.2. 민감도 분석방법 105
5.2.1. 민감도 지표 105
5.2.2. 민감도 분석절차 105
5.3. 민감도 분석결과 106
5.3.1. 침투계수 106
5.3.2. 조도계수 112
제6장 모형의 적용 116
6.1. 대상유역 선정 116
6.1.1. 유역현황 117
6.1.2. 홍수기 선정과 수문자료의 수집 및 분석 125
6.2. 모형의 입력자료 구축 및 하도 연계 135
6.2.1. 격자정보 수집·분석 및 격자망 구성 135
6.2.2. 1차원 하도흐름 모형과 연계 148
6.3. 매개변수의 추정 150
6.3.1. 침투계수 150
6.3.2. 조도계수 151
6.3.3. 모형실행 결과 154
6.3.4. Yoo-Lee식의 조고 추정 158
6.4. 매개변수 검증 160
6.4.1. M-S식과 Y-L식 적용결과 비교 160
6.4.2. 기존 집중형 모형과 모의결과 비교 162
6.5. 1차원 하도흐름 모형의 적용 164
제7장 결론 166
참고문헌 170
Abstract 180
표 2.1. 집중형 모형과 분포형 모형의 비교 25
표 2.2. 우리나라 홍수예측 모형의 현황 29
표 2.3. 기 개발된 분포형 모형과 비교 38
표 3.1. 토양종류별 침투계수(Rawls 등, 1983) 64
표 3.2. 바닥경사에 따른 각 항의 상대적인 크기(Henderson, 1966) 67
표 3.3. 토지피복 조건에 따른 조도계수 70
표 3.4. 흐름특성에 따른 계수 α의 산정식 71
표 4.1. 부채꼴 실험유역의 관측강우 분석 87
표 4.2. 부채꼴 실험유역의 첨두유량 비교 90
표 4.3. 부채꼴 실험유역의 첨두시간 비교 90
표 4.4. 부채꼴 실험유역의 유출율 비교 91
표 4.5. 장방향 실험유역의 관측강우 분석 94
표 4.6. 장방형 실험유역의 첨두유량 비교 99
표 4.7. 장방형 실험유역의 첨두시간 비교 99
표 4.8. 장방형 실험유역의 유출율 비교 100
표 5.1. 투수계수와 습윤전선 흡인수두의 조건별 총침투량 110
표 5.2. 투수계수와 습윤전선 흡인수두의 조건별 총침투율 110
표 6.1. 안성천 유역 수위관측소 현황 117
표 6.2. 안성천 유역 우량관측소 현황 118
표 6.3. 안성천 유역 수문조작이 가능한 저수지 및 방조제 현황 118
표 6.4. 안성천 유역 연도별 유량측정 현황 122
표 6.5. 2006년 7월 홍수시 강우조건에 따른 비교 128
표 6.6. 2008년 7월 홍수시 강우조건에 따른 비교 131
표 6.7. 2009년 7월 홍수시 강우조건에 따른 비교 134
표 6.8. 격자규모별 계산시간 비교 138
표 6.9. 안성천 유역 500m 격자에 대한 표고정보 140
표 6.10. 관측소별 티센 다각형의 격자정보 142
표 6.11. 토양도 분류별 격자정보 145
표 6.12. 토지피복도 분류별 격자정보 148
표 6.13. 수리학적 모형의 단면구성과 분포형 모형의 연계정보 149
표 6.14. 토양종류별 침투량 산정 매개변수(Rawls 등, 1983) 151
표 6.15. 토지이용에 따른 조도계수(Engman, 1986) 152
표 6.16. 토지피복도 분류별 추정 조도계수 153
표 6.17. 격자강우 조건에 따른 모의결과 비교 155
표 6.18. M-S식과 Y-L식 적용한 모의결과 비교 157
표 6.19. M-S식과 Y-L식 적용결과 비교 161
표 6.20. 분포형 모형과 집중형 모형의 모의결과 비교 163
표 6.21. 1차원 하도흐름 모형의 적용결과 비교 165
그림 2.1. 관수로 흐름에서 마찰계수의 분포(Nikuradse의 균일조도관 실험자료) 41
그림 2.2. 개수로 흐름에서 마찰계수의 분포 42
그림 3.1. 강우-유출 모식도 50
그림 3.2. 모형의 구성 및 흐름도 51
그림 3.3. 2차원 모형에서의 격자망 구성 52
그림 3.4. 우량관측소 점강우량 53
그림 3.5. 티센법을 이용한 격자강우량 55
그림 3.6. 역거리법을 이용한 격자강우량 56
그림 3.7. 반사파 강도(CAPII) 58
그림 3.8. 30분 강우(RAIN1) 59
그림 3.9. 레이더 관측강우를 이용한 격자강우량 60
그림 3.10. Green-Ampt 침투모형 매개변수 62
그림 3.11. 격자간 흐름의 기본개념 66
그림 3.12. 1차원 하천흐름 75
그림 3.13. Preissmann 기법의 유한차분망 77
그림 3.14. 유한차분망의 시간 및 공간좌표 79
그림 4.1. 부채꼴 시험유역의 격자구성 85
그림 4.2. 실험유역의 표고정보(내각 60˚) 86
그림 4.3. 부채꼴 실험유역의 모의결과 89
그림 4.4. Schaake(1965)의 주차장 실험유역 92
그림 4.5. 장방향 실험유역의 DEM 입력자료 93
그림 4.6. 장방향 실험유역의 격자구성 93
그림 4.7. 장방형 실험유역에서 관측된 강우량과 유출량 95
그림 4.8. 장방형 실험유역의 강우사상별 모의 결과 97
그림 5.1. 토양종류별 습윤전선 흡인수두의 분포 107
그림 5.2. 토양종류별 제안된 습윤전선 흡인수두 108
그림 5.3. 토양종류별 제안된 투수계수 108
그림 5.4. 습윤전선 흡인수두에 따른 유량곡선의 분포 109
그림 5.5. 투수계수-습윤전선 흡인수두에 따른 유출율의 변화 111
그림 5.6. 습윤전선 흡인수두-투수계수에 따른 유출율의 변화 111
그림 5.7. 토지피복별 조도계수의 분포 112
그림 5.8. 조도계수의 변화에 따른 첨두유량 및 첨두시간의 변화 113
그림 5.9. 조도계수의 변화에 따른 첨두유량의 민감도 114
그림 5.10. 조도계수의 변화에 따른 첨두시간의 민감도 115
그림 6.1. 안성천 유역 현황도 119
그림 6.2. 아산방조제 및 배수구간 위성영상 120
그림 6.3. 방조제 내·외측 및 팽성지점의 수위(2009년 7월) 121
그림 6.4. 지점별 수위-유량관계 곡선 현황 123
그림 6.5. 2006년 7월 강우사상 분석 126
그림 6.6. 2006년 7월 홍수기 지점강우의 격자강우분포 127
그림 6.7. 2006년 7월 홍수기 강우레이더의 격자강우분포 127
그림 6.8. 2008년 7월 강우사상 분석 129
그림 6.9. 2008년 7월 홍수기 지점강우의 격자강우분포 130
그림 6.10. 2008년 7월 홍수기 강우레이더의 격자강우분포 130
그림 6.11. 2009년 7월 강우사상 분석 132
그림 6.12. 2009년 7월 홍수기 지점강우의 격자강우분포 133
그림 6.13. 2009년 7월 홍수기 강우레이더의 격자강우분포 133
그림 6.14. 안성천유역 30m DEM 136
그림 6.15. 안성천유역 격자규모별 리샘플링 137
그림 6.16. 안성천유역 500m 격자구성 139
그림 6.17. 티센 다각형 구성도 141
그림 6.18. 안성천유역 토양도 143
그림 6.19. 안성천유역 토지피복도 146
그림 6.20. 수리학적 모형의 구성과 격자연계 149
그림 6.21. 격자강우 조건에 따른 모의결과 154
그림 6.22. M-S식과 Y-L식 적용한 모의결과 156
그림 6.23. Manning 조도계수와 Yoo-Lee식 조고의 관계 159
그림 6.24. M-S식과 Y-L식 적용결과 161
그림 6.25. 분포형 모형과 집중형 모형의 모의결과 163
그림 6.26. 1차원 하도흐름 모형의 적용결과 164
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저류함수법이나 단위도법 등의 집중형 유출모형은 컴퓨터의 성능이 좋지 않았던 과거에 계산시간을 단축하기 위하여 대상유역을 여러 개의 소유역으로 구분하고, 각 소유역을 동일한 수문조건 및 유역특성으로 가정하여 계산하는 경험적이고 통계적인 기반의 유출모형이다 분포형 유출모형은 컴퓨터의 발달과 지리정보시스템의 구축 및 관련정보의 제공이 활성화되면서 최근 많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 분포형 유출모형은 대상유역을 보다 세분·요소화하여 계산하는 이론적이고 물리적인 기반의 모형이다.
본 연구에서는 강우의 공간적인 분포와 임의격자에서 시·공간적인 변동성을 동시에 고려할 수 있으며, 흐름상태를 물리적으로 해석할 수 있는 분포형 유출모형을 개발하였다. 개발된 모형은 격자로 구성된 유역을 대상으로 강우량 생성한 후, 유효우량 산정하고 지표면 흐름해석을 통하여 격자에서 유량을 계산할 수 있다.
모형에는 공간적으로 느슨하게 배치되어 있는 우량자료를 티센법과 역거리법을 이용하여 계산된 우량자료 또는 레이더로부터 생산된 우량자료를 격자에 입력할 수 있다. 유출에 기여하는 유효우량은 격자의 토양정보에서 추출된 매개변수와 Green-Ampt 침투모형으로부터 산정된 침투량을 손실로 처리하여 산정하였다. 지표면에서의 유출량은 토지피복 상태에 따라 결정되는 매개변수와 2차원 확산파 방정식에 기초하여 모형을 개발하였다. 하도구간에서 수위 및 유량계산은 1차원 동역학파 방정식에 기초한 모형과 연계하여 조석구간 또는 배수구간까지 그 적용범위를 확장하였다.
기존에 연구되었거나 개발 중인 유출모형은 대부분 Manning-Strickler의 평균유속공식과 Manning 조도계수를 이용하여 유속과 유량을 산정하고 있다. 그러나 Manning 조도계수는 사용상의 편의성 때문에 보편적으로 사용하고 있으나, 차원이 일치하지 않고 추정시 모호한 문제점이 있다. 이러한 문제를 개선하기 위해 본 연구에서는 Manning-Strickler식뿐만 아니라 차원이 일치하는 Chezy의 평균유속공식을 적용하여 유출모형을 개발하였다. 또한, Chezy의 마찰계수를 적용하기 위하여 조고의 함수로 표현되는 지수형 마찰계수 산정식을 도입하였다. 따라서 모호한 조도계수의 개념을 이용하지 않고 거친 정도를 수치화하여 물리적인 의미를 가진 마찰계수를 산정하고 적용 가능성을 확인하였다.
개발된 분포형 유출모형의 모형화 과정은 부채꼴과 장방형의 가상유역에 적용하여 기존 연구성과와 비교함으로서 적정성을 검토하였으며, 또한 유출량 산정에 영향을 미치는 침투계수, 첨두유량과 첨두시간에 영향을 미치는 조도계수에 대하여 민감도 분석을 실시하여 매개변수의 변동성과 적정범위를 제시하였다.
본 연구에서는 개발된 모형을 실제유역인 안성천 유역을 대상으로 3개의 홍수사상을 적용하였다. 대상유역에서 티센법, 역거리법 및 레이더 격자강우의 3개 강우조건에 대한 모의결과를 비교하여 각각의 장·단점을 검토하였다. 또한 3개 지점을 대상으로 실무에 활용되고 있는 기존 유출모형과 비교·검토한 결과 우수성을 확인하였다. 하도흐름 모형을 통하여 배수구간에 위치한 2개 지점의 모의결과를 검토하였으며 개발된 모형의 적용가능성이 충분함을 확인하였다.
참고문헌 (97건) : 자료제공( 네이버학술정보 )더보기
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