Growth in population and urbanization has progressively increased the loadings of pollutants from non-point sources as well as point sources. Therefore, it is necessary to manage both point and non-point sources contaminations for protecting water environment and improving water quality. This study investigated the characteristics of pollutant release over a wide range of rainfall intensities as a requisite to control road runoff that accounts for the largest portion of non-point source contamination in urban areas. Samples of runoff rainwater collected from real road surfaces were analyzed for physicochemical parameters such as pH, suspended solids, and heavy metals. A experimental model road ($30cm{\times}30cm$) was also used to evaluate wash-off properties of pollutants deposited on the surface as functions of time and rainfall intensity. Analysis of runoff samples on rain events showed that the pollutant wash-off patterns for heavy metal and suspended solids were similar. This implies that the particles in rainwater adsorb heavy metals. Experiments using the model road made of impervious asphalt demonstrate a strong first flush phenomenon. At high rainfall intensity, approximately 80% of total pollutants were released within 15 min. The pollutant wash-off rates rapidly increase from 9 mm/hr to 12 mm/hr of rainfall intensity and decrease over 12 mm/hr of rainfall intensity.
This study aimed to evaluate the ability to reduce flood damage caused by abnormal rainfall events due to climate change by utilizing a blue-green roof (BGF), a type of rooftop greening technology. For two buildings with the same roof area, a BGF was installed in the experimental group, a general roof was configured in the control group, and rainfall runoff was compared. A total of 10 rainfall events were tested and analyzed by classifying them into three rainfall classes (less than 10 mm, less than 100 mm, and more than 100 mm). There was a reduction of 100% in the case of 10 mm or less of rainfall, 84. 7% in the case of 100 mm or less, and 39.8% in the case of 100 mm or more. Although this study showed that a BGF was effective in reducing rainfall runoff, additional experiments and analyses of various factors affecting rainfall runoff reduction are needed to generalize the results of the study. This research methodology may be used to develop a method for evaluating the resilience of a BGF to flood damage due to climate change.
강한 비선형성의 경향을 보이고 있는 강우-유출간의 관계를 모형화하기 위한 연구는 다양한 방법론으로 적용되어 활발히 연구되고 있다. 그 중에서 인공신경망을 이용하여 강우-유출간의 관계를 모형화하기 위한 대부분의 연구들은 역전파 학습 알고리즘(back propagation algorithm: BPA), Levenberg Marquardt(LV), radial basis function(RBF)을 이용하였으며, 이들은 강한 비선형성을 나타내는 입 출력간의 관계를 나타내는데 탁월한 성능을 보이고 있는 것으로 알려져 있고, 자료들의 급격한 변화나 현저한 변화에 대한 뛰어난 적응성을 보여주고 있다. 이러한 인공신경망 이론은 예측뿐만이 아니라 대상자료들의 양상을 분류하여 그 특성을 분석하는 데에도 이용되고 있다. 따라서 본 연구에서는 강우-유출과정의 양상에 따른 분류와 그에 따른 분석을 위해 Kohonen 네트워크 이론에 의한 자기조직화 방법(self-organizing map; SOM)을 적용하였다. 본 연구에서 제시한 방법을 이용한 결과, 강우의 시 공간적 분포의 불규칙한 변동성을 고려한 강우양상을 분류 할 수 있었으며, 강우-유출간의 특성을 분석한 결과 강한 비선현성을 가지고 있는 강우-유출관계가 SOM에 의해 7개의 패턴으로 구분되었다.
현재 GIS는 유역의 지형학적 분석분야에서 뿐만아니라 유역의 수문학적 분석분야에서도 유용한 도구로 활발하게 활용되고 있다. 본 연구에서는 SSARR모형을 기반으로한 유역유출분석 모형을 활용하여 금강유역을 대상으로 장기유출량을 산정, 검증하고 이를 토대로 강우-유출 관리 모듈과 연계하여 신뢰도 있는 수문정보를 산정하여 사용자에게 제공코자 하였다. 모의와 검증을 거친 적정한 토양습윤지표, 용수이용량, 직접 및 기저유출량 등의 다양한 수문성분들이 GIS Tool의 활용을 통하여 소유역 단위의 유용한 수문학적 공간정보로서 생산되었다. 또한 사용자의 편의를 위하여 Graphic User Interface를 설계하여 다양한 수문정보를 도시함으로써 향후 효율적 유역수문관리를 지원하는 Toolkit으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
This study was conducted to identify the runoff characteristics of non-point source according to rainfall in Dalseo and Daemyung watershed. Land-uses of the Dalseo and Daemyung watershed were surveyed to urban $72.1\%$ and mountainous $6.7\%$, and urban $49.3\%$ and mountainous $20.5\%$, respectively Mean runoff coefficients in each area were estimated to Dalseo watershed 0.49 and Daemyung watershed 0.16. In the relationship between the rainfall and peak-flow correlation coefficients(r) were determined to Dalseo watershed 0.9060 and Daemyung watershed 0.5620. In the relationship between the antecedent dry period and flrst flow runoff correlation coefficients(r) were determined to Dalseo watershed 0.7217 and Daemyung watershed 0.2464. In the relationship between the rainfall and watershed loading, exponent values of SS in Dalseo and Daemyung watershed were estimated to 0.54 and 0.496, respectively.
수문학에서 사용되는 강우-유출 모델의 경우 선형적인 시스템을 기반으로 유효강수량으로부터 시간적 지연을 통해서 유출량이 결정되는데 그 양은 강우량의 선형적인 비로 표현되어서 결국 합성곱을 통해 해석되게 된다. 또한 자료에 대한 확률론적 분석에 많이 이용되는 비매개변수 핵밀도함수의 경우, 핵(Kernel)의 의미자체가 합성곱에서 나온 것으로서 개개의 자료를 바탕으로 핵을 통해 매끄러운 확률밀도함수를 구하게 된다. 본 연구에서는 합성곱을 바탕으로 강우-유출 모델과 비매개변수 확률밀도함수를 해석하는 방법에 대해서 되짚어 보고 그 공통적인 특성과 다른 점을 수학적으로 나타내 줌으로써 사용되는 합성곱 함수의 유용성에 대해서 논하였다.
This study selected and analyzed filter media that can be applied in non-point pollution reduction devices aimed at processing the source of pollution on site for road runoff that increases rapidly in rainfall-runoff in order to improve the water quality of urban areas. First, the factors that affect the quality of runoff caused by sources of non-point pollution include physical and social factors such as the usage of land around the area of water collection, type of pavement and movement of cars and people, as well as rainfall characteristics such as frequency, intensity, amount and duration of rainfall. Second, the purification tests of the filter media were processed for pH, BOD, COD and T-P, and the filter media showed to have initial purification effect at that items. However, the filter media showed to be very effective for the processing of SS, T-N, Zn and Cd from the beginning to the end. Third, for filter media, zeolite and vermiculite showed to be effective for processing SS, T-N, Zn and CD constantly, and composite filter media including zeolite showed to have strong processing effects. The authors conclude that this study can be applied to technical areas and policies aimed at reducing non-point pollution in urban areas and can also contribute to allowing eco-friendly management of rainfall as well as improvement of water quality.
홍수관리 측면에선 시공간 관점의 정량적인 강우·유출 해석과 단기간 내 집중되는 강우사상에 대한 유출 해석이 필요하다. 강우-유출 모형은 종류와 입력자료에 따라 모의·해석 결과가 달라진다. 특히 강우자료는 중요한 요소이기 때문에 면적 강우량 산정 기법이 매우 중요하다. 본 연 구는 산악지형에 위치한 삼척오십천 유역의 면적 강우량을 산술평균법, 티센 가중법 그리고 등우선법을 이용하여 산정하였으며, 분포형 모형인 S-RAT과 집중형 모형인 HEC-HMS에 적용하여 각 강우 유출 결과를 비교했다. 시간 전이성 검토 결과 분포형 모형과 등우선법 조합이 MAE 64.62 m3/s, RMSE 82.47 m3/s로 통계 성능이 가장 우수하였고, R2 와 NSE도 각각 0.9383, 0.8547로 높게 나왔다. 본 연구는 관측 유량과 모의 유량의 첨두홍수량 발생 시간이 1시간 이내이므로 적절하게 분석되었다고 판단된다. 따라서 연구 결과는 향후 빈도 해석에 활용할 수 있으며, 이를 토대로 경사가 급한 산악지형의 유역에 첨두홍수량 및 첨두홍수 발생 시간 모의 정확도를 개선할 수 있을 것으로 사료된다.
In Jeju island, runoff has frequently happened when the rainfall depth is over a threshold value. To simulated this characteristic rainfall-runoff model structure has to be modified. In this study, the TRSM (Threshold Runoff Simulation Method) was developed to overcome the limitations of SWAT in applying to the hydrologic characteristics of Jeju island. When the precipitation and soil water are less than threshold value, we revised the SWAT routine not to make surface/lateral or groundwater discharge. For Hancheon watershed, the threshold value was set as 80% of soil water through the analysis of rainfall-runoff relationship. Through the simulation of test watershed, it was proven that TRSM performed much better in simulating pulse type stream flow for the Hancheon watershed.
For the calibration of rainfall-runoff model, automatic calibration methods are used instead of manual calibration to obtain the reliable modeling results. When mathematical programming techniques such as linear programming and nonlinear programming are applied, there is a possibility to arrive at the local optimum. To solve this problem, genetic algorithm is introduced in this study. It is very simple and easy to understand but also applicable to any complicated mathematical problem, and it can find out the global optimum solution effectively. The objective of this study is to develope a parameter optimization program that integrate a genetic algorithm and a rainfall-runoff model. The program can calibrate the various parameters related to the runoff process automatically. As a rainfall-runoff model, SWMM is applied. The automatic calibration program developed in this study is applied to the Jangcheon watershed flowing into the Youngrang Lake that is in the eutrophic state. Runoff surveys were carried out for two storm events on the Jangcheon watershed. The peak flow and runoff volume estimated by the calibrated model with the survey data shows good agreement with the observed values.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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