홍수추적 2012.09.19 담당교수명 : 서 영 민 연 락 처 : elofy@naver.com 010-2507-7107

홍수추적 - 홍수추적의 개념 - 저류방정식 - 저류량-유출량 관계 - 저수지 홍수추적 - 하도 홍수추적 - 유역 홍수추적

Watershed Flood Routing 유역홍수추적 Watershed Flood Routing

유역홍수추적 개념 - 유역전체가 연속적인 저수지와 하도로 구성되어 있다고 가정하여 유역으로부터의 유출수문곡선을 홍수추적방법에 의해 산정하는 것 - 유역으로부터의 유출이 선형으로 연결된 유역내의 저수지와 하도의 저류영향을 받아 유역출구지점에서의 유출수문곡선으로 나타난다고 가정 - 유역홍수추적방법 종류 :- Nash의 유역추적법 :- Muskingum의 유역추적법 :- RRL 유역추적법 :- Clark의 유역추적법

Nash의 유역추적방법 Nash의 유역추적벙법 : 선형저수지모형 (Linear Reservoir Model) - 각 저수지에서의 유입 및 유출량은 선형관계 - 선형저수지: 저류량 S가 유출량 O와 선형관계 K: 저류상수 (storage coefficient) (단위: 시간) - 유역출구지점에서의 유출량 (n번째 저수지 유출량) -> 가상 저수지의 수 n과 저류상수 K 결정 필요

Nash의 유역추적방법 Nash의 유역추적벙법 : 선형저수지모형 (Linear Reservoir Model)

Nash의 유역추적방법 매개변수 K, n의 결정 계측유역의 경우 미계측유역의 경우 MI1: 유효우량의 원점에 대한 1차 모멘트를 총유효우량으로 나눈 값 MO1: 직접유출량의 원점에 대한 1차 모멘트를 총직접유출량으로 나눈 값 MI2: 유효우량의 원점에 대한 2차 모멘트를 MO2: 직접유출량의 원점에 대한 2차 모멘트를 미계측유역의 경우 저류상수공식으로 K 결정, n을 적절하게 가정 -> 실측치를 이용한 검정 Clark 식 (tp: 지체시간) Linsley 식 Sabol 식

Nash의 유역추적방법 매개변수 K, n의 결정

Nash의 유역추적방법 예제 예제 11.9 유역면적 325km2, 지체시간 15hr, n=5, 6 

유역면적 (km2) cm  m hr  sec km2  m2

Muskingum의 유역추적방법 기본개념 적용방법 - 유역에 대한 저류상수 K와 가중인자 X를 구해 Muskingum 하도추적식을 적용하는 방법 적용방법 1) 실측 유입 및 유출수문곡선으로부터 유입수문곡선 및 유출수문곡선의 첨두유량과 시간을 구함 2) 저류상수 K와 가중인자 X를 다음 식으로 결정 3) Muskingum 추적식을 이용하여 유출수문곡선 산정

RRL 유역추적방법 기본개념 - 영국 도로연구소 (Road Research Laboratory, RRL)에서 개발 - 도달시간-면적곡선과 강우량을 이용하여 각 소유역의 시간별 유출량을 지체 및 합산함으로써 유역출구지점에서의 유출수문곡선을 구하는 방법 - 유역의 저류효과 무시, 유수의 이동만 고려 -> 도시지역과 같이 불투수 면적이 많고 유역면적이 비교적 작은 경우 적용 도시 배수관망의 설계홍수량을 산정

RRL 유역추적방법 적용방법 1) 등시간선 작성 2) 도달시간-면적 주상도 작성 3) 유출수문곡선 산정 On: 시간 n에서의 유출수문곡선의 종거, Ri: 시간 i에서 강우량의 종거, Aj: 시간 j에서 시간-면적 주상도의 종거

RRL 유역추적방법 예제 11.10 A3 A2 A1 A4 유역구분 A B C D 도달시간 (hr) 1 2 3 4 소유역면적 (km2) 2.0 6.5 12.0 8.0 시간 (hr) 강우강도 (mm/hr) 10 20 30 A2 A1 A3 A4

Clark의 유역추적방법 기본개념 - 순간단위유효우량이 내릴 때 유역의 도달시간-유역면적 관계를 이용하여 유역출구지점에서의 유출수문곡선 (순간단위도)를 구하는 방법 - 유역이 선형수로 (linear channel)와 유역출구에 위치한 1개의 선형저수지 (linear reservoir)로 구성된다고 가정 - 선형수로에 의한 유출의 전이효과 (translation)와 선형저수지에 의한 유역의 저류효과 (attenuation)를 고려하여 유역출구지점의 유출수문곡선 (순간단위도) 산정 - 유역의 저류효과를 고려 -> 자연하천유역에 적용하기 적합 - 수자원 실무에서 홍수수문곡선 산정시 가장 널리 적용되는 방법

Clark의 유역추적방법 기본개념 유역전반에 걸쳐 순간적으로 유효우량 1cm가 내릴 경우 저수지 유입량 Muskingum 저류방정식에서 X=0인 경우와 동일

Clark의 유역추적방법 적용방법 Start End 선형저수지 유입수문곡선 종거 Ai: 시간구간 i에 해당하는 유역면적 (km2) 등시간선 작성 선형저수지 유출량 (순간단위도) 시간-면적 주상도 작성 선형저수지 유입량 산정 단위도 작성: 정수배 방법 순간단위도를 단위도 지속기간만큼 지체후 두개의 순간단위도 평균 선형저수지 유출량 산정 (순간단위도 작성) 단위도 작성 End

Clark의 유역추적방법 매개변수 (도달시간, 저류상수) 산정 - 도달시간 Tc 구 분 도달시간 산정방법 계측유역 구 분 도달시간 산정방법 계측유역 - 유효우량 끝에서 수문곡선 변곡점까지 시간 미계측유역 - 도달시간 (tc) = 유입시간 (t0) + 유하시간 (tf) - 유입시간: Kerby 공식 - 유하시간: Kirpich 공식, Rziha 공식, Kraven (I) 공식, Kraven (II) 공식, SCS 공식 (NRCS 공식)

구분 도달시간 (유입 및 유하시간) 산정공식 유입 시간 Kerby 공식 유하 Kirpich 공식 Rziha 공식 Kraven (I) 공식 Kraven (II) 공식 SCS 공식 (NRCS 공식) 자연하천유역 도시하천유역 t0: 유입시간 (min), L: 지표거리 (km), S: 유역평균경사, H: 표고차 (m), n: 조도계수 농경지 소유역 대상 tf: 유하시간 (min), L: 하천연장 (km), S: 하천평균경사 자연하천의 상류부 (S≥1/200) 자연하천의 중하류부 (S≤1/200) 자연하천의 경사별 유속적용 S≤1/200: V=2.1m/sec 1/200<S<1/100: V=3.0m/sec S≥1/100: V=3.5m/sec 유역면적 8km2 이하에 적용 CN: 유출곡선지수

Clark의 유역추적방법 매개변수 (도달시간, 저류상수) 산정 - 저류상수 K 구분 저류상수 산정방법 계측 유역 미계측유역 저류상수공식 이용 Sabol 공식 Clark 공식 Russel 공식 Linsley 공식

Clark의 유역추적방법 예제 11.11 저류상수 K or  구분 A B C D 도달시간(hr) 1 2 3 4 소유역면적(km2) 13 24 16 B A C D 관측 홍수수문곡선의 변곡점: 유량 370m3/sec, 접선경사 90m3/sec/hr 기저유량 20m3/sec  순간단위도 및 2hr 단위도? 저류상수 K or 

O2

Assignment #3 제출기한 및 유의사항 1. 유역홍수추적의 개념 및 추적방법에 대하여 설명하시오. 2. 유역홍수추적 예제 (예제 11.9, 11.10, 11.11) 제출기한 및 유의사항 - 제출기한: 중간고사 이전까지 (이후 제출본에 대해서는 감점) - 복사본의 경우 0점 처리