미계측 유역의 유황곡선 산정을 위한 지역회귀모형의 개발
Development of Regional Regression Model for Estimating Flow Duration Curves in Ungauged Basins
- 주제(키워드) 유황곡선 , 평균갈수량
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 이재응
- 발행년도 2016
- 학위수여년월 2016. 8
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 건설교통공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000023397
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
하천수 사용 허가를 위한 기준유량 산정 및 수공구조물 설치에 따른 유황 변화 예측 등을 위해서는 유역의 유출특성을 나타낼 수 있는 자연상태의 장기간 하천 유량 자료가 필요하다. 하지만 자연상태의 장기간 하천 유량 자료를 확보할 수 있는 지점은 매우 한정적이고 부족하기 때문에 일반적으로 수문모형을 이용하여 미계측 유역의 자연유량을 산정하거나 통계적 방법을 이용하여 평수량, 갈수량과 같은 유량지표를 추정하고 있다. 하천기본계획 등 국내 실무에서는 주로 비유량법(Drainage Area Ratio Method)을 이용하여 미계측 유역의 갈수량을 추정하고 있다. 그러나 비유량법은 단지 유역면적만의 함수로 유역의 다양한 지형학적 특성이나 기후학적 특성을 고려할 수 없는 한계가 있다. 따라서 지형학적 및 기후학적 인자를 고려한 갈수량(유량지표) 산정 방법 개발이 필요하다. 또한 미계측 유역의 유황곡선 산정은 복잡한 수문모델링에 의존하고 있으며, 상대적으로 간편한 통계적 방법을 적용하거나 신 기법 개발에 관한 국내 연구는 매우 미진하다. 따라서 실무 활용이 편리한 통계분석 기반의 유황곡선 산정 모형 개발이 필요하다. 본 연구는 이수적 측면의 수자원 계획 및 이용·관리에서 기준이 되는 갈수량 및 유황곡선을 통계적으로 산정할 수 있는 지역회귀모형의 개발을 목적으로 수행되었다. 기존 미계측 유역의 평균갈수량 산정에만 국한하지 않고 유황곡선을 산정하여 미계측 유역의 유황 특성을 분석하는데 목적이 있다. 현실적인 평균갈수량과 유황곡선을 산정하기 위해 유역의 지형학적 및 기후학적 특성을 고려하였다. 지형학적 특성 인자로 미계측 유역의 유역면적, 유역평균경사, 유역평균폭, 유로연장, 수계밀도, 형상계수, 유출곡선지수 등 유역의 특성을 나타낼 수 있는 인자를 고려하였으며, 기후학적 특성 인자로 유출에 직접적인 영향을 미치는 강수량 자료를 고려하였다. 다중회귀분석 기반 지역회귀모형 개발에 이용된 지형학적 및 기후학적 특성 자료는 신뢰성 있는 유량자료 확보가 가능한 국내 12개 다목적댐과 4개 용수댐 유역을 선정하였다. 수집된 유량 자료는 상류에 댐이 없거나 인위적인 유량 조절이 없는 댐 유역의 유입량 자료로 갈수량 및 자연유황 분석에 있어서 적절한 유량자료인 것으로 판단하였다. 다중회귀분석 기반 지역회귀모형은 초과확률 개념이 아닌 우리나라에서 보편적으로 사용되고 있는 지속일수에 대한 유황분석 개념으로 접근하였다. 그 이유는 개념에 대한 이해가 용이하고 기준갈수량 설정을 위한 갈수해석에 유효하게 사용될 수 있기 때문이다. 또한 유황곡선의 홍수량 및 풍수량 기간은 연구범위에서 제외하였고 갈수해석에 중요한 저유량 영역인 지속일수 하부 50 % 구간(185일~365일)에 초점을 두어 연구를 수행하였다. 본 연구에서 개발한 지역회귀모형의 적용성과 정확도는 모형 개발을 위해 선정한 국내 16개 유역의 평균갈수량, 평균저수량, 평균평수량 및 유황곡선을 산정하여 관측치와 비교·검토하였다. 또한 연중 지속적인 미계측 기간이 발생하거나 관측소 신설로 관측 기간이 짧아 갈수량을 산정할 수 없는 유역을 선정하여 자연 갈수량을 산정하고 관측치와 비교·분석을 실시하였다. 마지막으로, 수공구조물에 의해 인위적인 유량 조절이 발생하는 댐 하류 지점에서 하천의 유황 변화를 평가하여 다중회귀분석 기반 지역회귀모형의 우수성과 적용가능성을 확인하였다.
more목차
제 1 장 서 론 1
1.1 연구 배경 및 목적 1
1.2 연구 내용 및 범위 3
1.3 연구 동향 6
1.3.1 통계적 접근법 모형 9
1.3.2 모수적 접근법 모형 11
1.3.3 비모수적 접근법 모형 13
1.3.4 단기 자료로부터 갈수량 추정 15
제 2 장 기본 이론 17
2.1 미계측 유역의 평균갈수량 산정 방법 17
2.1.1 갈수량 이론 17
2.1.2 갈수량 지표 22
2.1.3 비유량법 24
2.1.4 지역회귀모형 24
2.2 미계측 유역의 유황곡선 산정 방법 26
2.2.1 유황 및 유황곡선 이론 26
2.2.2 유황곡선 산정 방법 30
2.2.3 Mandal and Cunnane(2009)의 회귀모형 31
제 3 장 자료 구축 32
3.1 대상 유역 선정 32
3.2 수문자료 구축 36
3.3 유역특성인자 조사 38
3.3.1 유출곡선지수 산정 39
3.3.2 유역특성인자 상관관계 44
제 4 장 평균갈수량 산정 지역회귀모형의 개발 및 평가 48
4.1 기존 평균갈수량 산정 모형의 적용 48
4.1.1 비유량법의 적용 결과 50
4.1.2 기존 지역회귀모형의 적용 결과 59
4.2 평균갈수량 산정 지역회귀모형의 개발 63
4.2.1 유역특성인자 공선성 검토 63
4.2.2 지역회귀모형의 개발 및 평가 65
4.3 평균갈수량 산정 모형의 종합 평가 72
제 5 장 유황곡선 산정 지역회귀모형의 개발 및 평가 74
5.1 유황곡선 산정 지역회귀모형의 방법론 74
5.2 기존 유황곡선 산정 지역회귀모형의 적용 83
5.2.1 MF 모형의 매개변수 지역화 83
5.2.2 MF 모형의 평가 84
5.2.3 AREA-SAAR 모형의 매개변수 지역화 89
5.2.4 AREA-SAAR 모형의 평가 91
5.3 유황곡선 산정 지역회귀모형의 개발 96
5.3.1 AREA-CN-SAAR 모형의 개발 96
5.3.2 AREA-CN-SAAR 모형의 평가 98
5.3.3 다중회귀분석 기반 지역회귀모형의 개발 103
5.3.4 다중회귀분석 기반 지역회귀모형의 평가 107
5.4 유황곡선 산정 지역회귀모형의 종합 평가 116
5.4.1 지역회귀모형별 수문통계량의 평가 116
5.4.2 지역회귀모형별 유황곡선의 평가 120
제 6 장 미계측 유역에 대한 지역회귀모형의 검증 126
6.1 자연 평균갈수량 산정 126
6.1.1 주천 수위관측소 유역 적용 127
6.1.2 장성 수위관측소 유역 적용 131
6.2 댐 하류 하천유황 개선 효과 분석 134
6.2.1 대상 유역의 선정 135
6.2.2 구담 수위관측소 유역 적용 136
6.2.3 죽고 수위관측소 유역 적용 139
6.2.4 덕곡 수위관측소 유역 적용 143
6.2.5 밀양1 수위관측소 유역 적용 147
6.2.6 조동 수위관측소 유역 적용 156
제 7 장 결론 및 향후 연구과제 161
7.1 요약 및 결론 161
7.2 향후 연구과제 165
참고문헌 167
부 록 173
Abstract 203
