강우강도식의 결정을 위한 회기모형

안태진,류희정 안성산업대학교 1998 論文集 Vol.30 No.2

강우량은 미계측유역에서 배수구조물을 설계하기 위한 확률홍수량 결정에 기본적인 수문량이다. 본 연구는 인천지방에서 8개 확률분포형을 적용하여 11개 강우지속기간별 확률강우량을 추정하였고, 적합한 확률강우강도식을 유도하였다. Kolmogorov - Smirov법과 Chi-square법을 통하여 최적 분포형을 추정하고 재현기간별 확률강우량을 결정한 후, ⅰ) 최소자승법(least squares, LS), ⅱ) 최소 중간치자승법(least median squares, LMS), ⅲ) 재가중최소자승법(reweighted least squares, RLS) 및 ⅳ) 2개 선형제약회기모형(constrained regression, CR)을 이용하여 인천지방 확률강우강도식을 결정하였다. 강우강도식은 Talbot형, Sherman형, Japanese형, 통합-l(Unified-1)형 및 통합-2(Unified-2)형으로 유도하였으며 결정된 강우강도식을 평가하기 위하여 평균제곱근오차를 계산하였다. 강우강도 형식으로는 통합-1과 통합-2형이 가장 적합한 공식이었으며 공학적인 견지에서 볼 때 계수결적을 위한 본 연구에서의 5개 모형은 모두 적합한 것으로 나타났다.

누가분포함수를 활용한 강우강도식의 국내 적용성 평가

김규태(Kim Kewtae),김태순(Kim Taesoon),김수영(Kim Sooyoung),허준행(Heo Jun-Haeng) 대한토목학회 2008 대한토목학회논문집 B Vol.28 No.4B

국내에서 수공구조물의 설계를 위한 확률강우량을 산정하기 위해서 널리 사용되는 강우강도식은 주로 회귀분석을 적용한 형태가 일반적이지만, 본 연구에서는 각 지점별 적정확률분포형의 누가분포함수를 활용하여 강우강도식의 형태를 결정하고, 매개변수는 유전자알고리즘을 적용하여 추정하는 강우강도식을 제안하고자 한다. 기존에 시용하던 강우강도식과의 정확도 비교를 위하여 기상청 22개 지점에 대한 재현기간, 지속기간별 평균제곱근오차, 평균제곱근 상대오차를 검토한 결과 누가분포함수를 활용한 강우강도식이 더 높은 정확도를 가짐을 보였으며, 또한, 최근의 집중호우에 대한 영향을 살펴보기 위하여 2006년 까지의 강우자료를 이용하여 기존의 회귀식에 의한 방법과 누가분포함수를 활용한 경우의 결과값을 비교한 결과 이 경우에도 누가분포함수를 활용한 강우강도식의 정확도가 더 높음을 알 수 있었다. 결과적으로 본 연구에서 제안된 누가분포함수를 활용한 강우강도식은 기존의 회귀분석을 활용한 강우강도식보다 정확도면에서 우수하다고 할 수 있으며, 국내에 충분히 적용가능한 형태의 강우강도식이라고 판단된다. Intensity-Duration-Frequency (IDF) curve that is essential to calculate rainfall quantiles for designing hydraulic structures in Korea is generally formulated by regression analysis. In this study, IDF curve derived by the cumulative distribution function ("IDF by CDF") of the proper probability distribution function (PDF) of each site is suggested, and the corresponding parameters of IDF curve are computed using genetic algorithm (GA). For this purpose, IDF by CDF and the conventional IDF derived by regression analysis ("IDF by REG") were computed for 22 Korea Meteorological Administration (KMA) rainfall recording sites. Comparisons of RMSE (root mean squared error) and RRMSE (Relative RMSE) of rainfall intensities computed from IDF by CDF and IDF by REG show that IDF by CDF is more accurate than IDF by REG. In order to accommodate the effect of the recent intensive rainfall of Korea, the rainfall intensities computed by the two IDF curves are compared with that by at-site frequency analysis using the rainfall data recorded by 2006, and the result from IDF by CDF show the better performance than that from IDF by REG. As a result, it can be said that the suggested IDF by CDF curve would be the more efficient IDF curve than that computed by regression analysis and could be applied for Korean rainfall data.

강우입자분포를 고려한 시강우의 강우에너지 산정 연구

김성원(Seongwon Kim),정안철(Anchul Jeong),이기하(Giha Lee),정관수(Kwansue Jung) 한국지반환경공학회 2018 한국지반환경공학회논문집 Vol.19 No.12

우리나라에서 발생하는 대부분의 토양침식은 물에 의한 토양침식이며 강우와 밀접한 관계를 가진다. 강우로부터 발생하는 토양침식은 토지자원의 손실을 발생시키고 이후 하천에 유입되고 퇴적되어 하천수자원의 관리 및 이용에 많은 어려움을 주고 있다. 최근 기후변화의 영향으로 우리나라에서는 30mm/hr 이상의 집중호우의 발생횟수가 증가하고 있어 단기간에 토양침식이 발생할 가능성이 높아지고 있다. 본 연구에서는 강우의 물리적인 특성을 고려하기 위하여 누적분포함수를 이용하여 강우강도별 강우입자의 분포를 추정하고 단일 호우사상이 가지는 강우에너지를 계산하는 방법을 제안하고자 하였다. 강우에너지 산정공식을 개발하기 위하여 강우강도 0.254~152.4mm/hr에서 측정된 강우입자 자료를 이용하였다. 누적분포함수를 적용하여 산정된 강우에너지는 강우강도의 관계에서 멱함수형태로 증가하는 경향으로 나타났으며, 이 관계로 얻어진 식을 바탕으로 1~80mm/hr 강우강도의 강우 운동에너지를 산정한 결과 0.03~48.26Jm<SUP>-2</SUP>mm<SUP>-1</SUP>로 나타났다. 강우강도와 강우에너지의 관계를 바탕으로 강우에너지 식을 멱함수로 제시하였다. 본 연구에서 제안된 공식은 한시적으로 설치하는 침사지와 같은 시설물의 규모를 결정하는 계획의 토양침식량을 예측에 활용될 수 있을 것으로 판단된다. The occurrence of soil erosions in Korea is mostly driven by flowing water which has a close relationship with rainfalls. The soil eroded by rainfalls flows into and deposits in the river and it polluted the water resources and making the rivers become difficult to be managed. Recently, the frequency of heavy rainfall events that are more than 30 mm/hr has been increasing in Korea due to the influence of climate change, which creating a favourable condition for the occurrence of soil erosion within a short time. In this study, we proposed a method to estimate the distribution of rainfall intensity and to calculate the energy produced by a single rainfall event using the cumulative distribution function that take into account of the physical characteristics of rainfall. The raindrops kinetic energy estimated by the proposed method are compared with the measured data from the previous studies and it is noticed that the raindrops kinetic energy estimated by the rainfall intensity variation is very similar to the results concluded from the previous studies. In order to develop an equation for estimating rainfall kinetic energy, rainfall particle size data measured at a rainfall intensity of 0.254~152.4 mm/hr were used. The rainfall kinetic energy estimated by applying the cumulative distribution function tended to increase in the form of a power function in the relation of rainfall intensity. Based on the equation obtained from this relationship, the rainfall kinetic energy of 1~80 mm/hr rainfall intensity was estimated to be 0.03~48.26 Jm<SUP>-2</SUP>mm<SUP>-1</SUP>. Based on the relationship between rainfall intensity and rainfall energy, rainfall kinetic energy equation is proposed as a power function form and it is expected that it can be used in the design of short-term operated facility such as the sizing of sedimentation basin that requires prediction of soil loss by a single rainfall event.

지속시간별 강우강도에 따른 배수로 유송잡물 퇴적 특성

송영석(Song Young seok),송양호(Song Yang ho),이정호(Lee Jung ho),박무종(Park Moo jong) 한국방재학회 2017 한국방재학회논문집 Vol.17 No.5

배수로에 퇴적되는 유송잡물은 강우발생에 따라 유입과 퇴적이 반복되면서 배수로의 통수능력을 저감시킨다. 배수로의 유송잡물 퇴적에 따른 통수능력 저감은 강우발생시 배수로 월류로 인한 토사재해를 유발하는 원인이 된다. 그럼에도 불구하고, 배수로 유송잡물 퇴적에 대한 저감시설이나 강우특성등의 연구는 미미한 실정이다. 본 연구에서는 모니터링 결과를 활용하여 배수로 저감시설의 유송잡물 퇴적 특성을 분석하였다. 지속시간별 강우강도의 회귀식은 대상유역의 모니터링 24회 동안 발생한 57개의 강우사상에서 최대강우강도를 선정하여 산정하였다. 산정된 회귀식과 모니터링결과를 비교하면 지속시간별 강우강도와 유송잡물 퇴적이 60분 강우강도에서 상관관계가 가장 높은 것으로 분석되었다. Debris that are deposited in the drainage can reduce discharge capacity of drainage due to repeated inflow and sedimentation as rainfall occurs. Reduction of discharge capacity due to debris deposition in drainage causes landslide due to drainage overflow in rainfall event. Nevertheless, studies on the reduction facilities and rainfall characteristics for debris deposition in drainage are poor situation. In this study, we analyzed the characteristics of debris sedimentation of drainage reduction facilities using the monitoring results of the study area. The regression equation of rainfall intensity by duration was calculated by selecting the maximum rainfall intensity from 57 rainfall events that occurred during 24 monitoring of the study area. When the estimated regression equations were compared with the monitoring results, the correlation between rainfall intensity of duration times and debris deposition was estimated to be the highest in 60 min rainfall intensity.

WEPP Watershed Version을 이용한 홍천군 자운리 농경지의 강우강도별 토양유실량 평가

최재완 ( Jaewan Choi ),김익재 ( Ik Jae Kim ),이재운 ( Jae Woon Lee ),현근우 ( Geunwoo Hyun ),박윤식 ( Youn Shik Park ),김종건 ( Jonggun Kim ),장원석 ( Won Seok Jang ),임경재 ( Kyoung Jae Lim ) 한국농공학회 2009 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2009 No.-

전 세계적으로 유역 내 토양유실 예측 모델에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그동안 토양유실 및 유사유출량 산정을 위하여 USLE, RUSLE, MUSLE 등 경험공식들이 널리 이용되었다. MUSLE 공식을 이용하는 SWAT 모형의 경우 일강수량을 이용하여 토양유실을 모의하는데, 토양유실은 일강수량보다는 강우강도에 의해서 많은 영향을 받는다. 지난 수십 년간 지구 온난화의 영향으로 강수일수는 줄어들고 강우강도는 크게 강해지는 경향을 보이고 있다. 따라서 일강수량 보다는 상세한 강수 자료를 이용하여 강우강도에 따른 토양유실량을 평가하는 것이 필요하다. 미국 농무성 농업연구센터에서 개발된 물리적 기반 모델인 WEPP 모형은 USLE와 달리 연속적인 모의가 가능하며 분단위 강수, 단일 강우사상에 대해서도 유출 및 토양유실 모의가 가능하다. 본 연구에서는 홍천군 자운리에 위치한 농경지를 대상으로 보정 및 검정된 평가된 WEPP 모형 (유출량의 R² 와 EI가 각각 0.88, 0.91이고, 토양유실량은 각각 0.95, 0.91)을 이용하여 강우강도 변화에 따른 토양유실량 및 유출량을 모의하였다. 또한 2009년 7월 24일 강우(215mm)를 이용하여 강우강도별(70mm/hr, 50mm/hr, 40mm/hr, 30mm/hr, 20mm/hr, 10mm/hr) 유출량과 토양유실량을 모의하였다. 유출량은 최고 4.9% 증가하는 것으로 나타나 큰 차이를 보이지 않은 반면, 토양유실량은 최고 360% 증가하는 것으로 나타나 강우강도가 토양유실에 많은 영향을 미치는 것으로 평가되었다. 본 연구결과에서 보이는 바와 같이 토양유실 저감 대책 수립시 강우강도에 의한 영향을 고려해야한다.

강우조건에 따른 산악지반의 강도 및 함수특성

박근우,김남선,이종섭,김상엽 한국방재학회 2019 한국방재학회논문집 Vol.19 No.4

본 연구에서는 강우조건에 따라 산악지반의 강도 및 함수특성 변화를 연구하고자 한다. 산악지반에 대하여 네 구역으로 나누어각각 강우 전, 강우량 30 mm, 60 mm, 90 mm 조건으로 조성한 후, 강우량 60 mm로 조성된 지반에 대해 1시간, 3시간 후에각각 계장화된 동적 콘 관입실험(IDCP test)와 TDR 관입실험(TDRP test)을 수행하여, 심도별 강도 및 체적함수비를 측정하였다. 또한, 강우량 30 mm, 90 mm로 조성된 지반에 대해 3시간 후에 동일한 실험을 진행하였다. 동일한 강우량(60 mm)조건으로시간에 따라 지반의 강도와 체적함수비를 측정하였을 때, 3시간 후의 강도는 1시간 후의 강도보다 1.4배 낮아지는 것으로나타났으며, 1시간 후의 체적함수비는 심도 300 mm 까지 3시간 후의 체적함수비보다 높게 나타났지만, 그 이후 심도에서는반대의 경향을 나타냈다. 또한 강우량이 증가할수록(30 mm, 60 mm, 90 mm), 강우량에 따라 지반의 강도가 2.4배, 5.4배, 7.5배로감소하였으며, 체적함수비는 7.8%, 18.5%, 21.7% 증가하였다. 본 연구는 호우주의보(3시간 강우량 60 mm) 기준 이상에서지반의 강도가 급격히 감소하고, 지반의 체적함수비가 크게 상승하는 것을 보여준다. This study aims to evaluate the variations in strength and water content of mountain ground based on rainfall conditions. Field tests using an instrumented dynamic cone penetrometer and time domain reflectometry penetrometer are conducted with rainfall of 60 mm after 1 and 3 h and for rainfall of 30 and 90 mm after 3 h. Results show that the strength and volumetric water content of the ground surface decrease with time. However, the volumetric water content of the ground to depths greater than 300 mm increases with time. As the rainfall increases to 30, 60, and 90 mm, the strength of the ground decreases by 2.4, 5.4, and 7.5 times, respectively, according to rainfall, and the volumetric water content increases to 7.8, 18.5, and 21.7%, respectively, as compared to the ground before rainfall. This study shows that the strength of the ground rapidly decreases and the volumetric water content of the ground significantly increases under the conditions of 3 h and 60 mm of rainfall.

도시홍수 실험연구를 위한 대형 강우발생장치 개발 및 검정

정태성(Cheong Tae Sung),최현석(Choi Hyeon seok),고택조(Ko Teak jo) 한국방재학회 2017 한국방재학회논문집 Vol.17 No.6

본 연구에서는 최대 250 ㎜/h의 강우강도를 발생시킬 수 있는 길이 30 m, 폭 30 m 그리고 높이 12 m 규모의 대형 강우발생장치를 개발하였다. 본 장치에는 발생강우를 등분포로 유지하기 위하여 부채꼴 형태의 강우가 일정하게 분사되는 KJ-V 타입의 회전형 노즐을 설치하였다. 노즐 하단부에는 강우조절케이스를 설치하고 중심부에 76×67 cm의 사각구멍을 두어 이 구멍으로만 강우가 분사되도록 유도하였다. 이때 강우강도와 분사간격은 노즐의 회전속도와 노즐이 조절케이스 내부에 머물러 분사가 지연되는 시간으로 조절이 가능하다. 본 연구에서는 개발된 강우발생장치의 강우강도 재현성과 강우분포의 등분포성을 검증하기 위하여 펌프압력, 노즐 회전속도, 지체시간을 변화시켜가면서 강우량과 강우의 공간적 분포를 측정하였다. 연구결과 펌프압력과 강우강도는 비례관계에 있으며, 자연강우와 유사한 강우를 발생시키기 위해서는 펌프압력이 최소 0.9 kg/㎠ 이상이어야 함을 밝혔다. 100 ㎡의 실험공간에 대한 크리스티안센 등분포계수 범위는 75.8~83.0% 정도로 강우의 공간적 분포는 일정하게 재현하는 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서 개발된 강우발생장치는 향후 도시방재 실험연구에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. A large-scale rainfall simulator with maximum rainfall intensity of 250 mm/h, with dimensions of 30 m long, 30 m wide and 12 m high is developed in this study. The simulator has fan-shaped spray nozzle as a KJ-V type nozzle to create uniform rainfall across the test plot. The rectangular spray box opening is established under the nozzle to cut off the spray for the desired spray area with size of 76 cm long and 67 cm wide. Rainfall intensity and spray frequency are controled by rotation speed of nozzle and delay time when spray is cut off because nozzle is stay in spray box. The flow discharge and spatial distribution of simulated rainfall are measured with changing variables such as pump pressure, rotation speed of nozzle and delay time to evaluate the rainfall simulator. The results show that pump pressure is relative to rainfall intensity and higher pump pressure than 0.9 kg/㎠ is needed to provide a very close resemblance of natural rainfall. The spatial distribution of simulated rainfall is satisfactory and the Christiansen Coefficient of Uniformity (CuC) ranged from 75.8 to 83.0% can be obtained using 100 ㎡ plot area. The developed large-scale rainfall simulator can be used for the urban flood risk reduction research.

강우강도에 따른 비점오염원 유출 특성에 관한 연구 - 계분을 중심으로 -

이민우,이영신 한국습지학회 2009 한국습지학회지 Vol.11 No.1

본 연구는 강우강도에 따른 계분의 농지 환원시 비점유출로 인하여 수계에 미치는 영향을 연구하였다. 실험실 규모의 반응조를 제작하여 강우강도에 따른 표면유출수와 토양침투수에 대해 조사하였다. 표면유출수의 경우 10mm/hr 이하의 강우에서는 일어나지 않았으며, 20mm/hr에서 일부 유출되는 경향을 보였다. 32.4mm/hr시 가장 높은 표면유출을 보였으며 이때, BOD5는 686mg/L, CODMn은 630mg/L의 농도를 나타내었다. 토양침투수의 경우도 32.4mm/hr의 강우시 많은 양의 계분퇴비가 유출되었고, 43.2mm/hr의 강우시에는 유출되는 양이 큰 폭으로 줄어들었다가 강우량이 증가할수록 유출되는 양이 다시 많아졌다. 비점유출량을 산정한 결과 BOD5는 32.4mm/hr의 강우시 가장 높게 나타났고, T-N은 67.1mm/hr의 강우시 가장 높게 나타났다. The fowls manure is using as fertilizers for farmland because of enough nutrients. However, excess nutrients can be washed off during a storm and affected on nearby waterbodies. In this paper, the runoff characteristics from farmland were studied to determine the washoff mass. A lab-scale reactor was designed to estimate the surface runoff and infiltration rates according to the rainfall intensity. Surface runoff water did not occur at 10mm/hr rainfall intensity, but some runoff occurred at 20mm/hr rainfall intensity. At 32.4mm/hr rainfall intensity, it shows the highest pollutant concentrations such as 686mg/L for BOD5 and at 630mg/L CODMn. The pollutant as based on fowls manure compost was highly washed-off by subsurface water at 32.4mm/hr rainfall intensity, however the concentration was largely decreased at 43.2mm/hr rainfall intensity. The summary of the results is that the highest wash-off concentrations value shows at 32.4mm/hr rainfall intensity for BOD5 and at 67.1mm/hr for T-N and T-P.

공주지역의 강우강도-지속기간-빈도곡선 개발

정상만,박석재,유찬종,Jeong,Sang-Man,Park,Seok-Chae,Yoo,Chan-Jong 한국방재학회 2002 한국방재학회논문집 Vol.2 No.2

본 연구는 공주지역의 한국확률강우량도를 이용하여 확률강우량을 산정한 후 강우강도-지속기간-빈도곡선식을 개발하는데 목적이 있다. 공주지역의 재현기간별 확률강우강도식의 산정결과 강우강도식은 장 단기간으로 구분하는 것이 타당하였고, 강우강도식의 신뢰성을 설명하는 장기간의 결정계수(<TEX>$R^2$</TEX>)는 <TEX>$0.9924{\sim}0.9971$</TEX>로써 매우 높게 나타나고 있기 때문에 본 연구에서 제시한 재현기간별 확률강우강도식이 상당히 의미 있는 것으로 사려된다. 공주지역의 확률강우강도식은 최소자승법을 사용하여 Talbot형, Sherman형, Japanese형, 일반형의 4가지로 분석한 결과 본 연구에서 적용한 Sherman형이 가장 적합한 것으로 나타났다. 따라서 공주지역의 수공구조물 설계시 본 연구에서 산정된 재현기간별 확률강우강도식을 이용함으로써 보다 정도가 높은 설계를 할 수 있으리라 판단된다. This paper is to derive the Intensity-Duration-Frequency Curve at Kong-Ju area after estimating probable rainfall depths using Rainfall Frequency Atlas of Korea. It has been suggested that the probable rainfall intensity formulas should be classified by short and long term basis in this area. The coefficients of determination of the probable rainfall intensity formulas are calculated as high as 0.9924 through 0.9971. Four types of rainfall intensity formulas such as Talbot type, Sherman type, Japanese type, General type are considered to determine the best type for the Kong-Ju area. Sherman type applied in this study can be determined as the representative probable rainfall intensity formula in the area. Therefore the rainfall intensity formulas for the selected return period in this study provide valuable insight into the estimation of the rainfall intensity. The developed Intensity-Duration-Frequency Curve can be used to provide a better hydraulic design at Kong-Ju area.

인공 강우 시뮬레이터의 강우 특성 분석을 통한 최적 운영방법 제안

김진관 ( Jin Kwan Kim ),강재원 ( Jae Won Kang ),정관수 ( Gwan Soo Jeong ),최훈 ( Hoon Choi ),김민석 ( Min Seok Kim ) 한국지리학회 2016 한국지리학회지 Vol.5 No.1

산사태, 토사유출 실내실험을 위한 인공강우기의 특성과 이의 운영은 매우 중요하다. 본 고에서는 새로 고안된 인공강우기의 강우에너지 특성분석을 통해 인공강우기의 최적 운영 방법에 대해 연구하였다. 이를 위하여 세 개의 사례(Case)로 구분하여 사례별 강우강도와 강우입자의 에너지 분포를 측정하였다. Case 1은 각각의 노즐 조합별로 입력유량 차이에 따른 강우강도 분포를 측정하였으며, Case 2는 동일조건에서 노즐조합 차이에 따른 강우강도 분포를 측정하였고, 마지막 Case 3은 노즐직경 차이에 따른 강우강도 분포를 측정하였다. 강우강도의 공간적 분포를 고려하여 2가지 최적 강우운영조건, 즉 Condition 1과 Condition 2를 각각 제시하였다. 본 연구에서의 인공강우 시뮬레이터는 자연강우에 비하여 직경이 큰 강우입자의 부재로 인하여 자연상태의 강우에 비하여 강우에너지가 크게 적은 것으로 나타났다. 하지만, 기존의 연구에서 사용된 중소 규모의 여러 인공강우 시뮬레이터의 특성과 비교한 결과 큰 차이가 없는 것으로 밝혀졌다. 앞으로 보다 더 정확한 실험을 위해서는 자연강우특성에 가까운 인공강우기 제작이 요구된다. The characteristics of rainfall simulator are so important for the laboratory experiment of landslide and sediment runoff. To analyze the characteristics of the newly designed rainfall simulator and decide its optimum operating methods, we measured the rainfall intensity and the kinetic energy of raindrops with three cases; Case I: different nozzle combinations and different input currents, Case II: only different nozzle combinations, and Case III: only different nozzle sizes. On the base of the measuring results, we suggested two optimum conditions (condition 1 and 2) for the artificial rain simulation. Although there was large difference between the characteristics of natural rainfall and those of simulated rainfall, the kinetic energy distribution of newly designed rainfall simulator was similar to those of many previous studies. However, the new design of rainfall simulator having the characteristics of natural rainfall will be needed for further detailed laboratory study reflecting the natural conditions.