• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
• /
• pp.540-540
• /
• 2012

강우 발생시 유역에 집수된 물이 하천에 이르는 경로에 따른 유출은 지표유출, 지표하유출, 지하수유출로 구분된다. 정확한 수문순환 과정의 해석을 위해서는 지표 흐름뿐만 아니라 지표하 및 지하수 흐름의 해석이 중요한 실정이나 일반적으로 실무에서 사용되는 강우-유출해석 모형은 지표유출을 해석하기 위한 모형이 대부분이며, 지표하 유출과 침투량을 산정하는데 어려움이 있다. 일반적인 강우-유출해석 모형은 Horton 방법, NRCS 방법, Green-Ampt 방법에 의해 유효우량을 분리하며, 이 과정은 침투량을 직접적으로 모형화 할 수 없으므로 지표 및 지표하, 지하수 흐름을 복합적으로 해석할 수 있는 모형이 질적이나 양적으로 부족한 실정이다. 이러한 지표하 흐름과 침투량을 산정하기 위하여 FE-FLOW, PM, MS-VMS, GMS, GW-VISTAS, ARGUS 및 MODFLOW와 같은 지하수 모형을 사용하고 있다. 본 연구에서는 지표하유출 산정을 위한 침투량의 비교분석을 위해 현재 가장 범용되는 지하수 유동 모델링 프로그램인 Visual Modlfow 모형과 GMS 모형을 이용하여 침투량 산정을 위한 수치 모의를 진행하였다. 각 모형의 입력자료는 2009년 국립방재연구원에서 수행한 침투실험시설 자료를 이용하여 동일한 조건을 부여하고, 두 모형의 비교를 위해 Visual Modflow에서는 MODFLOW의 기본 해석방법인 유한차분법(FDM)을 이용하고, GMS 모형에서는 3차원 유한요소해석이 가능한 GMS-FEMWATER를 이용하였다. 두 모형의 수치모의 조건으로 2009년 국립방재연구원에서 수행한 침투실험방법과 동일하게 공극률에 따른 투수성 보도블럭의 구분과 50mm/hr, 100mm/hr, 150mm/hr, 200mm/hr의 강우강도별 선행함수조건에 따른 수치모의를 진행하였으며, 수치모의된 침투량의 적정성을 판단하기 위하여 국립방재연구원의 침투실험 결과자료와 비교분석하였다. 침투실험 자료와 각각 수치모의된 침투량을 비교분석한 결과 서로 유사한 경향을 보이고 있으나 초기 침투시 상대오차가 비교적 크게 발생하였다. 이는 수치모형의 경우 수리실험과는 다르게 모의시작과 동시에 해당 강우강도의 침투가 시작되므로 초기 유입 유출량 발생시간의 차이가 종료시간까지 누적 침투량에 미치는 것으로 판단되며, 매개변수에 많은 영향을 받는 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
• /
• pp.89-89
• /
• 2011

한 유역에서 유출 모형의 성공을 좌우할 수 있는 중요한 요소 중 하나는 강수 손실량(precipitation loss)을 결정하는 것이다. 손실량은 홍수 예측이나 수자원 평가를 위한 유출 모형의 주요 입력 자료가 된다. 만족할 만한 유출 모형을 구현하기 위해서는 손실량의 정확한 평가가 요구된다(Najafi, 2003). 총 강우량 중에서 손실량을 뺀 초과 강우량 또는 유효 강우량은 치수적 측면이든 이수적 측면에서 요구되는 직접 유출량(direct runoffs)에 상당하는 규모로서 유출 모형에서 매우 중요하다. 이제까지 많은 경우에 직접 유출되는 유효 강수량은 총강수량에서 주요 손실량 성분인 침투량을 감하여 산출하여 왔다. 이 때 침투량은 호우사상별로 적게는 유출량의 30%에서 많게는 100%까지 차지할 만큼 주요한 손실 성분으로 취급되었다(Chow, 1964 ; Singh, 1989). 침투량을 산정하기 위한 기존 모형내 포함되는 매개변수 값은 실용적으로 잘 정립되지 않았기 때문에 유출 모형에 실제 적용하는데 어려움이 있다. 한편 침투량 산정 모형 중에 Horton 모형은 가장 잘 알려져 있는 모형 중 하나이다(Horton, 1939 ; 1940). 후속 성과(Blake et al., 1968; Rawls et al., 1976)은 있었지만 모형내 매개변수 값을 결정해야 하는 실용상의 어려운 점이 있다(Singh, 1989). 그리고 국내 초과 강수량 산출 모형에 관한 연구사례가 다수(조홍제,1986; 남선우와 최은호, 1990; 정성원과 김승, 1991; 안태진 등, 2000; 박햇님과 조원철, 2002; 유주환, 2006) 있었지만 시간적으로 연속함수를 갖는 Horton 침투 모형을 실무적으로 이산화 하여 적용할 수 있도록 하는 방법의 절차 및 원칙이 제시되지 않아 유출 모형에 직접 적용하기 쉽지 않은 형편이다. 이에 본 발표에서는 한 유역에서 Horton 매개변수를 결정한 기존 연구(2006, 유주환)의 성과를 적용한 Horton 침투모형을 강수사상별 이산화한 시간별로 적용하는 절차와 적용 원칙을 소개하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 1991년도 수공학논총 제33권
• /
• pp.144-155
• /
• 1991

본 연구에서는 유출모형을 구성하기 위한 작업의 일환으로 유역의 제반특성을 고려하여 시간에 따라 강우강도가 변화하는 부정강우사상(unsteady rainfall)에 대한 침투량과 초과우량을 산정하는 강우침투모형을 유출모형의 부프로그램으로서 개발하였다. 과거에 제안되었던 침투량 산정방법을 조사하여 강우침투모형을 구축하는데 적합한 침투량 산정 방법으로서 Chu가 제안한 단층균질토양의 유역에서 부정강우사상에 대한 침투량을 산정하는 Green-Ampt 변형방법을 선정하였다. Green-Ampt 방정식의 매개변수인 토양수분부족량의 추정에 필요한 토양수분함량을 산정하기 위하여 단순선행토양수분모형을 응용하여 토양수분의 변화를 추정하였으며 지표면에서의 담수 유무에 따라서 침투량과 초과우량을 산정하고 토양수분을 산정하는 프로그램을 구성하였다. 선정된 적용대상유역의 강우자료와 Green-Amp 방정식의 매개변수 추정치를 사용하여 계산된 유출량과 실측유출량을 비교함으로써 프로그램의 적정성을 검토하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
• /
• pp.749-754
• /
• 2005

본 연구에서는 한 개의 침투 조절 요소, 두 개의 직렬탱크 및 한 개의 병렬 탱크로 구성된 개선된 형태의 TANK 모형을 제시하였다. 침투는 강우의 형태로 유역에 공급되는 물의 분배를 결정하는 과정으로서, 이를 적절히 고려할 수 있는지의 여부가 강우-유출 모형의 유효성을 판단하는 기준이 된다고 해도 과언이 아니다. 따라서 본 연구에서는 구조가 비교적 단순하고 사용이 간편하여 기존에 널리 사용되어 오던 개념적 모형인 TANK 모형에 침투 조절 요소를 도입하여 보다 합리적으로 강우-침투-유출 과정을 모의하고 해석하고자 노력하였다. 이를 통해 단순히 시간의 함수가 아닌 토양 함수량의 함수로서 침투능의 변화를 고려할 수 있으며, 유역 유출의 각 성분(지표면 유출, 중간 유출, 지하수 유출)에 영향을 미치는 모형의 매개변수에 물리적 의미를 더욱 부여할 수 있다. 또한 침투 조절 요소의 매개변수 산정을 위해 선행 강우 지수(Antecedent Precipitation Index)를 이용하였으며, 이를 통해 토양 선행 함수 상태의 고려가 가능하다. 또한 본 연구에서는 모형의 매개변수 최적화를 위해 실수 코딩 유전 알고리즘(Real Coded Genetic Algorithm)을 사용하였으며, 모형의 적용성과 유효성 검증을 위해 IHP 연구 유역인 평창강 방림 유역을 대상유역으로 하여 이 유역의 실측 호우 사상을 사용하였다. 결과적으로 계산된 수문곡선은 관측치에 비교적 잘 일치하며, 단일 호우와 복합 호우 사상 모두에 대해 비교적 양호한 결과를 나타내었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
• /
• pp.1716-1720
• /
• 2006

침투는 지반이 충적토로 구성되어 있는 제방의 파괴를 야기하는 중요한 원인이다. 침투 해석 수치모형은 제방 침투와 관련된 문제 해석과 방지기법 설계에 있어 매우 유용한 방법이나, 각각의 수치모형은 적용상 한계와 문제점을 내포하고 있다. 실제 지하수 흐름은 간극률, 입자형상 및 크기, 포화도 등과 같은 토질특성, 내부침식과 같은 역학적 특성, 점성과 동결융해 같은 열역학적 특성, 그리고 화학적 특성 등 다양한 인자의 영향을 받는다. 이러한 물리적 인자 이외에도 침투 수치해석은 외력조건, 격자 크기(element size), 그리고 시간 간격(time step interval) 등 입력조건에 영향을 받기 때문에 이들 설정에 대한 검토를 시행하여야 한다. 본 연구에서는 침투 수치모형의 적절한 입력조건 범위를 검토하였으며, 격자크기는 계산시간과 해석결과 등 수치모의의 효율성을 고려하였을 때 홍수위 혹은 제방고의 1/10이하로 결정하면 타당할 것으로 판단된다. 그리고 침투수치모형의 시간 간격은 외력조건을 고려하여 1시간 이내로 설정하는 것이 바람직할 것으로 판단된다. 본 연구결과는 침투해석 수치모의의 유의사항을 검토하여 해석결과에 대한 불확실성과 위험요소를 제거하는데 도움이 될 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제35권3호
• /
• pp.285-294
• /
• 2002

침투는 수문 순환에서 물의 분배를 결정하는 중요한 과정 중의 하나이며, 이에 대해 다양한 이론들과 방법들이 제시되었으나 이들은 주로 침투능보다 큰 강우에 대해서만 적용이 가능하였다. Diskin과 Nazimov (1975, 1996)의 연구에서는 두 개의 요소로 구성된 개념적 침투 모형을 제시하여 단순히 시간의 함수로서 침투를 나타내는 것보다 합리적으로 침투 과정에 접근하였다. 본 연구에서는 이러한 침투 과정에서 초기 함수량을 추가적으로 고려하여 기존의 개념적 침투 모형을 개선하였다. 다양한 초기 함수량 조건에 대해 침투능 곡선의 변화를 분석한 결과 본 모형에 의해 보다 합리적으로 침투 과정에 접근할 수 있음을 판단할 수 있었다. 또한 다양한 토양형에 대해 호우 사상-수막 시간의 관계를 고찰한 결과 침투 과정에 대한 본 모형의 적용성이 상당히 높게 나타남을 알 수 있었다.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제39권11호
• /
• pp.977-984
• /
• 2006

최적화 방법을 이용하여 대표적 침투 모형으로 잘 알려진 Horton모형의 최적 매개변수를 결정하였다. Horton침투 모형내 초기 침투능은 10일 단위 선행 강수량과 선형 조합의 관계를 갖는다고 가정하였다. 그리고 종기 침투능과 감쇄지수 값은 유역내 하나의 대표치로 결정하였다. 이렇게 하여 유역을 대표하는 모형의 매개변수 최적치를 얻었고 호우 사상별로 Horton의 침투식을 결정하였다. 본 연구에서 적용한 10개의 호우 자료는 임진강 내에 있고 배수 면적이 $8.5km^2$되는 설마천 시험 유역내 전적비교 지점에서 관측된 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
• /
• pp.1878-1882
• /
• 2010

이 연구는 제방의 침투 수리모형 실험의 자료를 이용해 안전도 평가 지표 선정을 위한 자료 제공하고 향후 수행할 침투 수치모의에 필요한 보정 및 검증 자료를 확보할 목적으로 수행하였다. 제방 축조 현장에서 구한 제체재료를 사용하여 실험실에 제방축소모형을 $14.5m{\times}0.6m{\times}1.6 m$의 수조 내부에 제작하였다. 제방 사면의 경사는 1:2, 제방 저면의 길이는 4.60 m, 제방 상부의 길이는 2.40 m, 제체의 높이는 0.55 m로 제작하였다. 모형제방은 제방축조 방법과 유사하게 다짐을 하기위해 흙을 쌓으면서 0.20 m 높이 마다 다짐을 실시하였다. 다짐방법은 고무망치를 이용한 층다짐을 하였다. 들밀도실험에 의한 제방모형의 건조단위중량과 다짐도는 각각 1.71g/cm3, 93%로 측정되었다. 홍수위 증가에 따른 비정상 상태의 침투수위 측정을 수행하였다. 수리모형실험은 약 8일 동안 수행하였다. 침윤선의 수두와 위압계별 수두는 상류쪽(제외지 사면)부터 증가하기 시작하며 하류쪽(제내지 사면)로 확장됨을 알 수 있으며, 실험 초기에는 상류쪽의 수두가 급격히 상승하지만, 점차 상승속도가 둔화되는 등의 일반적인 경향이 나타나고 있음을 확인할 수 있다. 실험시작 18시간 경과 후부터 제외지 사면 하단부에서 유출이 발생하였으며, 21시간 경과 후부터는 상류부의 수두가 안정되는 현상이 나타났다. 측정된 침투수위의 변화 양상은 향후 수치모형을 이용한 침투해석의 검보정 자료로 활용할 계획이다.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제43권6호
• /
• pp.533-541
• /
• 2010

강우-유출모형에 의해서 유역내 강우로부터 직접 유출량을 산출하는 것은 홍수량 예측에 기초가 된다. 직접 유출량은 강우-유출모형에 의해서 초과우량 또는 유효우량으로부터 산출된다. 시간별 초과우량은 시간별 총 강우에서 강우의 손실량을 제하여 산출한다. 이 손실량은 강우-유출모형 내 여러 손실 중에 비중이 큰 침투 손실량과 같도록 취급할 수 있다. 여기서 초과우량 또는 유효우량 산출을 위해서 실용적으로 간편한 $\Phi$지수법, W지수법 또는 이의 수정법이 적용되어 왔다. 본 연구에서는 한 유역 내 강우 손실의 시간적 변화는 잘 알려진 Horton 침투 과정으로 간주하여 Horton 침투모형의 매개변수 값이 주어진 경우에 시간 단위별 침투손실 및 초과우량을 산출하는 절차와 적용 원칙을 제시하고 적용결과를 $\Phi$지수 방법의 적용결과에 비교하였다. 본 연구에서 산출한 강우사상에서 시간 단위의 Horton 침투량 값은 시간에 따라 지수적으로 감쇠되는 Horton 모형의 침투 과정을 잘 보여 준다.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제32권3호
• /
• pp.301-310
• /
• 1999

본 연구에서는 하천-대수층 계에서 수치모형과 두 종류의 해석모형을 적용하여 유도침투량 곡선을 유도하여 비교하였으며, 투수계수의 이방성비 및 지하수 유입 방향이 유도침투량 산정에 미치는 영향을 평가하였다. 유도침투량 곡선은 단순한 그래프 형태로 표시되며, 유도침투량, 양수량, 하천과 우물사이의 거리, 유동 지하수 유입량 등의 4가지 인자만을 포함하기 때문에 유도침투량의 결정에 유용하게 적용될 수 있다. 검토된 조건 아래에서 Wilson 해석모형과 FEWA 수치모형의 유도침투량 곡선은 근사적으로 일치하였으며, 투수게수의 이방성비는 유도침투량에 큰 영향을 미치는 인자로 평가되었다. 본 연구에서 적용된 방법과 도출된 결과들은 유도침투 현상을 이해하는데 도움이 되며, 양수우물의 계획 및 설계, 용수공급 우물의 수질관리에 필요한 유도침투량과 양수량의 최적 결정에 적용될 수 있다.