하천제방의 비정상 침투해석을 위한 설계홍수파형 산정

서린,윤광석 한국방재학회 2012 한국방재학회논문집 Vol.12 No.6

Our objective is to compose design flood-hydrograph for analysis of unsteady seepage through river levees. Flood data in the study area, whose observations period are sufficiently long, were collected. Design water surface level and design flood of the study area were analyzed. The method that was introduced in design criteria guideline for river levee in Japan was modified and applied in this study for decision of design flood-hydrograph. For examination of applicability of composed flood-hydrograph, the relation of slope of falling limb and duration of flood-hydrograph was analyzed. It was estimated that flood duration in composed flood-hydrograph was longer than one of design flood-hydrograph, that represents duration of design flood-hydrograph can not take duration of real flood into account. Slope of falling limb of composed flood-hydrograph was more gradual than one of design flood-hydrograph in most study area. Although the results showed that the larger area of a basin accompanies the gentler slope, the pronounced correlation, which can be seen between basin area and flood duration, did not exist. The present study suggests that employing duration of composed flood-hydrograph and slope of falling limb of design flood-hydrograph is safer design when analyzing unsteady seepage through river levees. This study proposed a practical approach to estimate design flood-hydrograph using past flood data. This study applied the methodology to the study area in five river basins and identified the validation. 본 연구는 제방에 대한 비정상 침투해석에 사용되는 설계홍수파형을 결정하기 위하여 수위자료가 충분히 구축된 우리나라 5대강 수계의 수위관측소 홍수자료를 수집하고 대상 지점의 유역면적, 제방고, 계획홍수량 및 계획홍수위를 조사하였다. 합성홍수파형 결정방법은 일본의 하천제방설계지침에서 제시하고 있는 방법을 보완하여 사용하였다. 합성된 홍수파형의 적용성을 검토하기 위해 합성홍수파형의 감수부 경사와 지속시간을 계획수문곡선과 비교하였고 유역면적에 따른 홍수파형의 감수부 경사와 지속시간의 관계도 분석하였다. 홍수지속시간은 합성홍수파의 홍수지속시간이 계획홍수파의 지속시간보다 크게 산정되었으며, 계획홍수파의 지속시간이 실제 홍수사상의 지속시간을 충분히 대변할 수 없는 것으로 나타났다. 감수부 경사는 대부분의 지점에서합성홍수파형이 계획홍수파의 감수부 경사보다 완만한 것으로 나타났으며, 유역면적이 넓어질수록 완만해지는 경향을 보였으나,지속시간과 같이 뚜렷한 상관관계는 보이지 않았다. 하천제방의 비정상 침투해석 시 지속시간은 합성홍수파의 지속시간을 사용하고 감수부 경사는 계획홍수파의 감수부 경사를 사용하는 것이 안전측 설계가 될 것으로 판단된다. 본 연구는 설계홍수수문곡선과 과거대표홍수사상을 이용하여 합성홍수파형을 작성하는 방법을 제안하였으며 5대강 수계 대상지점에 대해 적용하여 그 방법론의 타당성을 확인하였다.

Estimating design floods in ungauged watersheds through regressive adjustment of flood quantiles from the design rainfall - runoff analysis method

Chae, Byung-Seok,Lee, Jin-Young,Ahn, Jae-Hyun,Kim, Tae-Woong 한국수자원학회 2017 한국수자원학회논문집 Vol.50 No.9

최근 기후변화에 효과적으로 대응하기 위해서 신뢰성 높은 설계홍수량을 산정할 필요성이 커지고 있다. 본 연구에서는 홍수빈도해석법과 설계 강우-유출 관계 분석법으로 산정되는 확률홍수량의 차이를 분석하였다. 우리나라의 경우 관측유량 자료가 부족하여 설계홍수량을 결정할 때 설계 강우-유출 관계 분석법으로 산정된 확률홍수량을 이용하고 있다. 관측 유량 자료를 활용한 홍수빈도해석법의 결과를 참값으로 가정하여 분석한 결 과, 설계강우-유출 관계 분석법으로 산정된 확률홍수량은 홍수빈도해석법으로 산정된 확률홍수량에 비해 약 79% 과대 산정되는 것으로 나타났다. 따라서, 본 연구에서는 설계강우-유출 관계 분석법으로 산정된 확률홍수량을 보정하는 회귀곡선식을 개발하였다. 이를 위해 우리나라 8개 댐 유역의 강우와 유량자료를 획득한 후, 비선형 회귀분석을 통하여 보정식을 제안하였다. 본 연구에서 제안한 보정식을 적용할 경우, 설계강우-유출 관계 분석법으로 산정된 확률홍수량보다 평균적으로 정확도가 약 65.0% 향상되었다. 또한, 유역의 크기를 고려하면, 유역의 크기를 고려하지 않았을 때보다 평균적으로 정확도가 약 2.1%p 증가하였다. It is required to estimate reliable design floods for hydraulic structures in order to respond more effectively to recent climate change. In this study, differences of design floods that were estimated the flood frequency analysis (FFA) and the design rainfall-runoff analysis (DRRA) were analyzed. In Korea, due to lack of measured flood data, the DRRA method is used in practice to determine the design floods. However, assuming the design floods estimated by the FFA as true values, the DRRA method over estimated the design floods by 79%. Thus, this study proposed a practical method to estimated design flood in ungauaged watersheds through regressive adjustment of flood quantiles estimated from the DRRA method. To this end, after investigating the differences between design floods acquired from the FFA and the DRRA method, nonlinear regression analyses were performed to develop the adjustment formulas for 8 large-dam watersheds. Applying the adjustment formula, the accuracy was improved by 65.0% on average over the DRRA method. In addition, when considering the watershed size, the adjustment formula increases the accuracy by 2.1%p on average over when not considering the watershed size.

국내 12개 시‧도 자료를 이용한 소하천 계획하폭 산정식 개발

최창원,정태성 한국수자원학회 2023 한국수자원학회논문집 Vol.56 No.3

There are more than 22,300 small streams distributed nationwide in Korea, and they have various runoff characteristics depending on basin area, topography and land use. For small stream disaster management, establishing detailed design standards suitable for the small streams is important, but most of the formulas currently proposed in the small stream design standard are based on the river design standard aimed at national and local rivers or foreign river design standards. The design-width is an important factor in determining the size of the stream. It is determined by using design-flood discharges or more variables such as design-flood discharges, basin area, slop, etc in the small stream design standard. This study collected various characteristics information such as the design-flood discharges, basin area, river length and river slop, and design-width values from 4,073 small streams distributed in 12 cities and provinces in Korea to suggest the appropriated design-width formula. This study developed two design-width formulas by using the regression analysis which one is using the design-flood discharges and the other is using various variables such as the design-flood discharges, basin area, river length and river slope collected from the small steams. It is expected that both equations developed in here can be used for small stream disaster management, such as improving small stream design standard or establishing a comprehensive small stream maintenance plan. 국내에는 22,300개 이상의 소하천이 전국에 분포하고 있으며, 이들은 위치한 지역, 지형 및 토지 이용 상태에 따라 다양한 유출 특성을 갖는다. 소하천의 재난관리를 위해서는 소하천 특성에 적합한 세부 설계기준을 수립하는 것이 중요하다. 현재 국내 소하천설계기준에서 제시하는 개별 산정식들은 국내 중·대규모 하천이나, 외국 하천의 설계기준을 준용하고 있어 국내 소하천에 적합한 산정식 개발이 필요하다. 그 중 계획하폭은 하천의 규모를 결정하는 기준 중 하나로 현재 계획홍수량과 유역면적 등에 기반하여 결정하고 있다. 본 연구에서는 국내 소하천의 특성정보를 바탕으로 적정 계획하폭을 산정하기 위해, 국내 12개 시·도 4,073개 소하천의 다양한 특성정보와 계획하폭 정보를 수집하고 이들을 이용하여 회귀분석을 수행하였다. 이를 바탕으로 계획홍수량에 대한 1변수 계획하폭 산정식과 소하천의 계획홍수량, 유역면적, 하천연장, 하상경사에 따른 다변수 계획하폭 산정식을 도출하였다. 이렇게 산정된 소하천 계획하폭 산정식들은 소하천 설계기준 개선이나 소하천정비 종합계획 수립 등 소하천 재난관리에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

경기도 중․소하천의 계획홍수량 변화 분석

박선희,원진영,송주일,윤세의 한국방재학회 2010 한국방재학회논문집 Vol.10 No.2

The river master plan was established every 10 years in Korea. The basin characteristics of 62 small and medium size rivers of which master plan were recently established during the past three years in Gyeonggi-do were investigated, and design rainfalls and design floods in the past and the latest were compared and analyzed. It was predicted that basin data and flood estimating method changed design flood. The quantitative amount of design floods were analyzed for 6 basins like Gungunchen etc. As the results, the increasing factors of design flood were the application of critical duration time, temporal time of rainfall, and the increase of CN value. The decreasing factors of design flood were the application of Huff's rainfall distribution instead of Mononobe one and the ARF. The application of critical duration time increased flood about 60 % whereas the application of Huff's rainfall distribution method estimated less flood than Mononobe about 62 %. Considering critical duration time and changing rainfall distribution were the most important factors of increasing or decreasing design flood. However, trends of flood variation were differently analyzed by factors in 6 basins because characteristics of topography, weather, hydrology and hydraulic were different, now that correlations were not found between factors and flood variation. Flood variation is evaluated by complex effects of factors so new flood recalculated by reasonable methods should be considered as design flood. 하천기본계획은 10년마다 재수립되고 있다. 경기도 지역의 중⋅소하천 중 최근 3년간 하천기본계획이 재수립 된 62개 중⋅소하천에 대하여 유역의 특성을 조사하고, 과거와 현재의 계획홍수량 및 계획강우량을 비교․분석하였다. 계획강우량이 감소한 유역 중에는 계획홍수량이 증가한 유역이 존재하였고, 이를 홍수량 재산정시의 유역자료 및 산정방법의 변화가 영향을 주었을 것으로 판단하고, 건건천 등 6개 유역을 대상으로 유역자료 및 산정방법의 변화에 따른 홍수량의 변화를 분석하였다. 분석결과, 계획홍수량의 증가에 영향을 미치는 인자는 임계지속시간과 임의시간의 적용 그리고 유출곡선지수(CN)증가로 나타났고, 감소에 영향을 미치는 인자는 강우 시간분포형 중 Huff의 4분위법 적용과 면적감소계수(ARF)의 적용이었다. 계획홍수량 산정 시 임계지속시간 적용은 홍수량을 평균 60 % 증가시키는 것으로 나타났고, 강우의 시간분포형을 Mononobe방법에서 Huff의 4분위법으로 하였을 때 평균 62 %정도 홍수량을 감소시키는 것으로 분석되어 임계지속시간 적용과 강우 분포형의 변화가 홍수량 변화에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 그러나 영향인자들에 의한 홍수량 변화 경향이 유역에 따라 서로 다르게 분석되어 영향인자들과 홍수량 변화 사이에는 상관성이 확인되지 않았다. 이는 유역별로 지형, 기상, 수문수리학적 특성치가 상이하기 때문으로, 결국 홍수량 변화는 이러한 인자들의 복합적 작용에 의해 변화하게 되므로 특정 하천지점에서 계획홍수량을 채택할 경우 보다 합리적인 방법들로 재 산정된 홍수량을 채택하는 것이 바람직하다고 판단된다.

청주 무심천 유역의 2017년 7월 16일 홍수사상을 반영한 설계홍수량의 산정

장형준,이호진,황명규,천호권,이효상 위기관리 이론과 실천 2018 Crisisonomy Vol.14 No.6

This study aims to evaluate the effect of the 2017 flood on design flood estimation at Mushim River in Cheongju. The design floods were estimated in two cases (CASE 1 and CASE 2) and compared to each other using hydrological data from 1967 to 2016 and 1967 to 2017, respectively. The FARD model was used to estimate the probable rainfall, and the HEC-HMS model was calibrated based on 15 flood events. All calibrated parameter sets were applied to the two cases to estimate the design flood. The range of the design flood was estimated from 364.9 to 1,231.6 m3/s for Case 1, while from 431.0 to 1,455.0 m3/s for CASE 2. The finding that the design flood of CASE 2 was approximately 18% greater than that of CASE 1 indicates that the flood event on July 16th, 2017 increased the design flood in this river by 66.1 ~ 412.4 m3/s. The observed peak discharge on July 16th 2017 (1,028.5 m3/s) was below the current target design flood (1,355 m3/s) but the maximum estimated design flood in CASE 2 was greater than the current target, which confirmed an increase of flood risk. 본 연구의 목적은 2017년 7월 16일 홍수사상이 청주 무심천 유역의 설계홍수량 산정에 미치는 영향을 확인하는 것이다. 설계홍수량은 1967 ~ 2016년까지의 수문자료를 바탕으로 한 Case 1 및 1967 ~ 2017년 7월까지의 수문자료를 바탕으로 한 Case 2로 구분하여 산정되었다. 본 연구에서는 FARD 모형을 활용하여 확률강우량이 산정되었으며, 2000년 이후 15개 관측 홍수사상을 바탕으로 HEC-HMS 모형을 검정하였다. 검정된 모든 HEC-HMS 모형의 매개변수는 설계홍수량 산정 과정에 적용되었다. 그결과, Case 1의 설계홍수량 모의 결과는 364.9 ~ 1,231.6 m3/s이고, Case 2의 결과는 Case 1과 비교하여66.1 ~ 412.4 m3/s(약 18%) 증가된 431.0 ~ 1,455.0 m3/s를 나타내고 있다. 이를 통하여 2017년 7월 16일홍수사상이 설계홍수량 증가에 영향을 미치는 것을 확인하였다. 2017년 7월 16일 홍수사상의 최대관측 유량은 1,028.5 m3/s로, 현재 적용되고 있는 설계홍수량인 1,355 m3/s보다 낮은 수치를 보이고있다. 그러나 Case 2에서 모의된 최대 설계홍수량은 설계홍수량보다 큰 수치를 나타내고 있어, 홍수에 대한 청주 무심천 유역의 위험성이 증가하는 것으로 판단할 수 있다.

소하천의 초기계획하폭 산정식 개발에 관한 연구

방윤현(Bang Yoon Hyun),김상호(Kim Sang Ho) 한국방재학회 2018 한국방재학회논문집 Vol.18 No.6

소하천의 초기계획하폭 산정 공식은 지역의 수문학적, 지형적 특성에 따라 다르게 산정되어야 한다. 그러나 현재 수자원 설계실무에서 사용되고 있는 설계기준의 계획하폭 산정 공식은 최근 강우경향 및 지역고유의 소하천 특성이 고려되지 못하는 문제점이 있다. 소하천은 초기계획하폭 산정에 따른 홍수위의 변화폭이 크므로 시행착오법에 의한 반복적인 수리계산을 통해 최적의 계획하폭을 결정하여야 한다. 따라서 지역 특성을 고려한 초기계획하폭 산정은 소하천 설계실무의 효율성 측면과 치수경제성이 높은 계획하폭을 결정하기 위해 매우 중요한 과정이라 할 수 있다. 본 연구에서는 강원영서 지역 특성을 고려한 초기계획하폭 산정식을 개발하였으며, 계획하폭 결정을 위해 계획홍수량, 유역면적, 하상경사에 대한 단변량 및 다변량 회귀분석을 실시하여 관계식을 제안하였다. 초기계획하폭 산정 제안식은 강원 영서지역 소하천의 초기계획하폭을 산정하거나 결정된 계획하폭을 검증할 수 있는 설계실무 기초자료로의 활용이 가능할 것이다. The initial design-width formulas of small streams should be determined differently according to the hydrologic and geographical characteristics of the local area. However, the currently applied design-width formula of the design criteria used in water resource design practices does not consider recent rainfall trends and the characteristics of local small streams. Because the extent of the variation in the flood level of small stream is large according to the calculation of the initial design-width, the optimal design-width should be determined through repeated calculation by the trial and error method. Thus, the initial design-width calculation considering regional characteristics is crucial for efficiency and economic analyses of small stream design. In this study, initial design-width formulas were developed by performing regression analysis through univariate and multivariate analysis of design floods, drainage area, and bed slope considering the characteristics in western Gangwon. The proposed initial design-width formulas will be used as a basic design practice data for determining the initial design-width or for verifying the determined design-width of a small stream in this region.

기후변화 및 토지이용변화 시나리오를 고려한 황구지천 유역의 설계홍수량 평가

김지혜,박지훈,송정헌,전상민,강문성,Kim, Jihye,Park, Jihoon,Song, Jung-Hun,Jun, Sang Min,Kang, Moon Seong 한국농공학회 2016 한국농공학회논문집 Vol.58 No.1

Extreme floods occur more often recently as the frequency of extreme storm events increase due to the climate change. Because the extreme flood exceeding the design flood can cause large-scale disasters, it is important to predict and prepare for the future extreme flood. Flood flow is affected by two main factors; rainfall and land use. To predict the future extreme flood, both changes in rainfall due to the climate change and land use should be considered. The objective of this study was to simulate the future design flood in the Hwangguji river watershed, South Korea. The climate and land use change scenarios were derived from the representative concentration pathways (RCP) 4.5 and 8.5 scenarios. Conversion of land use and its effects (CLUE) and hydrologic modelling system (HEC-HMS) models were used to simulate the land use change and design flood, respectively. Design floods of 100-year and 200-year for 2040, 2070, and 2100 under the RCP4.5 and 8.5 scenarios were calculated and analyzed. The land use change simulation described that the urban area would increase, while forest would decrease from 2010 to 2100 for both the RCP4.5 and 8.5 scenarios. The overall changes in design floods from 2010 to 2100 were similar to those of probable rainfalls. However, the impact of land use change on design flood was negligible because the increase rate of probable rainfall was much larger than that of curve number (CN) and impervious area.

베이즈 이론을 활용한 적정 하천설계빈도 결정

류재희,이진영,김지은,김태웅 대한토목학회 2018 대한토목학회논문집 Vol.38 No.6

It is necessary to determine an optimal design frequency for establishing stable flood control against frequent flood disasters. Depending on the importance of river and regional characteristics, design return periods are suggested from at least 50 years up to 200 years for river design. However, due to the wide range of applications, it is not desirable to reflect the geographical and flood control characteristics of river. In this study, Bayes theory was applied to seven evaluation factors to determine the optimal design return period of rivers in Chungcheongnam-do; urbanization flooded area, watershed area, basin coefficient, slope, water system and stream order, range of backwater effect, abnormal rainfall occurrence frequency. The potential flood damage (PFD) capacity was estimated considering climate change and the appropriate design return period was determined by analyzing the capacity of each district. We compared the design return periods of 382 rivers in Chungcheongnam-do with the existing design return periods. The number of rivers that were upgraded from the existing return period were 65, which have relatively large flooding areas and have large PFDs. Whereas, the number of rivers that were downgraded were 169. 본 연구는 최근 빈번히 발생하는 홍수재해에 대비하고 안정적인 치수대책 수립을 위하여 공학적 판단에 근거한 하천의 적정 설계빈도 결정방안을 제시하였다. 지방하천의 설계빈도는 하천의 중요도 및 지역특성에 따라 최소 50년부터 최대 200년까지 설정되고 있으나, 적용범위가 넓어 하천의 지형적, 치수적 특성을 제대로 반영하지 못하는 실정이다. 본 연구에서는 지방하천의 적정 설계빈도를 결정하기 위하여 7개의 평가인자(시가화 침수면적, 유역면적, 형상계수, 하도경사, 수계 및 하천차수, 배수영향구간, 이상강우 발생빈도)에 대하여 베이즈 이론을 적용하여 가중치 를 산정하였다. 또한, 기후변화를 고려한 홍수피해잠재능을 산정하였고, 시군구별 잠재능을 구분하여 적정 설계빈도를 결정하였다. 충청남도 382개 지방하천에 대하여 현행 설계빈도의 적정성을 평가하였다. 382개의 현행 하천설계빈도보다 상향되는 하천은 65개 하천으로 상대적으로 시가화 침수면적이 크게 산정되고 홍수피해잠재능이 큰 지역의 하천이며, 하향되는 하천은 169개로 분석되었다.

Bootstrap 기법을 이용한 용당 저수지 유역의 미래 설계홍수량 불확실성 평가

이도길,강문성,박지훈,류정훈,Lee, Do Gil,Kang, Moon Seong,Park, Jihoon,Ryu, Jeong Hoon 한국농공학회 2016 한국농공학회논문집 Vol.58 No.2

To estimate design floods for hydraulic structures, statistical methods has been used in the analysis of rainfall data. However, due to the lack of rainfall data in some regions, it is difficult to apply the statistical methods for estimation of design rainfall. In addition, increased uncertainty of design rainfall arising from the limited rainfall data can become an important factor for determining the design floods. The main objective of this study was to assess the uncertainty of the future design floods under RCP (representative concentration pathways) scenarios using a bootstrap technique. The technique was used in this study to quantify the uncertainty in the estimation of the future design floods. The Yongdang watershed in South Korea, 2,873 ha in size, was selected as the study area. The study results showed that the standard errors of the basin of Yongdang reservoir were calculated as 2.0~6.9 % of probable rainfall. The standard errors of RCP4.5 scenario were higher than the standard errors of RCP8.5 scenario. As the results of estimation of design flood, the ranges of peak flows considered uncertainty were 2.3~7.1 %, and were different each duration and scenario. This study might be expected to be used as one of guidelines to consider when designing hydraulic structures.

중·소규모 도시하천 설계홍수량 추정식 산정에 관한 연구

손희원,김민석,박경미,문영일 한국방재학회 2016 한국방재학회논문집 Vol.16 No.2

수문분석 시, 실측자료의 부족으로 인해 대부분 강우-유출관계 분석을 통해 설계홍수량을 산정하고 있다. 그러나 강우-유출관계 분석은 설계 강우 산정 및 모형 구축을 통한 모의분석으로, 설계홍수량 산정에 많은 시간이 소요되며 적용조건에 따라 홍수량 결과에 큰 차이가 있어 산정된 설계홍수량은 비교검토가 필요하다. 본 연구에서는 기 개발된 홍수량 경험식을 조사하고 입력변수에 따른 문제점을 파악하였다. 또한, 우리나라의 지방하천을 도시화 비율에 따라 도시하천과 자연하천으로 구분하고 유역면적과 설계빈도에 따른 설계홍수량 추정식을 산정하였다. 또한, 기존 홍수량 경험식과 비교 분석을 실시하였다. 분석결과, 금회 산정된 추정식이 기존 경험식보다 상관성, 정밀도 모두 더욱 향상된 것으로 나타났다. 이는 강우-유출모형으로 산정된 설계홍수량에 대한 간략한 평가에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. Design flood has been usually calculated though rainfall-runoff analysis due to shortage of observation data in hydrological analyses. However, the rainfall-runoff analysis which is the simulation analysis by using analysis of design rainfall and modelling takes a lot of time to estimate design flood. Moreover the result of design flood can make a significant difference according to conditions so that it needs comparative study. In this study, the author investigated the empirical formulas of design flood and figured out the problem according to input factor. Besides, the local stream in Korea has distinguished between urban stream and local stream in accordance with urbanization ratio and estimation formula of design flood has been calculated according to watershed area and design frequency. Furthermore, the empirical formula of design flood has also comparative analyzed. After analyzing the result, it showed that estimation formula improved on correlationship and precision better than empirical formula. It is expected that it is used for the short evaluation of design flood calculated from rainfall-runoff model.