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하천설계실무
1. 개 론
2. 유역현황 자료조사
3. 설계강우량 산정
4. 설계홍수량 산정
5. 설계홍수위 산정
1. 개 론
1.1 수문순환 (Hydrologic Cycle)
⊙ 3 Major System

Ocean (Hydrosphere; 水圈) : major source of water

Land (lithosphere; 地殼) : user of water

Atmosphere (大氣) : deliverer of water
⊙ 수문순환 요소 (Components of Hydrologic Cycle)
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
Precipitation (降水)
Runoff (流出)
Evaporation (蒸發)
Transpiration (蒸散)
Infiltration (浸透)
Percolation (浸漏)
Interception (遮斷)
Depression storage (凹地貯水量)
61+39=100
385+39=424
그림 1.1 수문순환 (Hydrologic Cycle)
표1.1 지구상의 수자원부존량 [Chow, et al. Applied Hydrology)
물의 부존상태
바
다
총 량
지하수
담 수
토양수분
빙
하
만년동토
담 수
호 수
염 수
늪
지
하
천
Biological water
대기수분
총 량
총 계
담 수
면적(km2)
부피(km3)
361.3106
134.8106
134.8106
82.0106
16.2106
21.0106
1.24106
0.82106
2.68106
148.8106
510.0106
510.0106
510.0106
148.4106
1,338106
23.4106
10.5106
16.5106
24.1106
0.3106
91.0106
85.4106
11.5106
2.12106
1.12106
12.9106
1,386106
35.03106
비 율
수자원부존량(%) 담수부존량(%)
96.5
1.7
0.76
30.1
0.001
0.05
1.74
68.7
0.022
0.86
0.007
0.26
0.006
0.0008
0.03
0.00015
0.006
0.0001
0.003
0.001
0.043
100.0
2.53
100.0
수자원부존량 = 1,386,000,000,000,000,000 m3
표1.2 미국과 우리나라의 수자원부존량
한
국토면적
국
미
국
(km2)
99,600
7,828,000
연평균 강수량 (mm)
1,283
750
총 강 수 량 (억m3)
1,276
58,700
하천 유출량 (억m3)
731
16,480
손
545
42,220
실
량 (억m3)
총 이 용 량 (억m3)
331 (25.94%)
Sources : 수자원장기종합계획(2001-2020)
U.S.G.S. Circular 1001 (1983)
5,710 (9.7%)
㈜ 총이용량
=유출이용량(161억)+댐이용량(133억)+지하수이용량(37억)
1.3 강수의 성인
⊙ 강 수 (Precipitation)





구름이 응축하여 지상으로 떨어지는 모든 형태의 수분으로
수문시스템의 중요 입력 자료
강수량 = 강우량(rainfall) + 눈, 우박, 진눈깨비, 이슬 등
수증기의 포화
수증기의 절대량 증가
강수발생
기온저하로 인한 포화상태
강수는 시간적 공간적으로 다른 분포를 갖는 특성
⊙ 강수의 발생과정
AIR MASS LIFTING
three main mechanism of lifting
COOLING
temperature ↓ as height ↑
WATER CONDENSATION
from vapor to liquid state
DROPLET GROWING
FALLING
by condensation
gravity force > friction force
droplet size diminish (evaporation)
⊙ 3 Main Mechanism of Air Mass Lifting
① Frontal lifting (전선성 상승)
- warm air is lifted over cooler air by frontal passage
② Orographic lifting (지형성 상승)
- air mass rises to pass over a mountain range
③ Convective lifting (대류성 상승)
- air is drawn upward by convective action
(by surface heating)
1.4 유출 (Runoff)
⊙ 유출의 구성
강수
강수
수로상강수
지표면유출
중간유출
지하수
중간유출
지하수
⊙ 지표면 유출

지표유하수(overland flow)
- 하천에 도달하기전 지표면 위로 흐르는 유수

하천유출(streamflow)
- 하천수로내에 흐르는 유출
⊙ 하천수로를 통한 총유출의 분류

직접유출 (direct runoff)
- 지표유출수, 지표하유출수, 수로상 강수

기저유출 (base flow)
- 건천후시 유출 : 지하수유출+시간적으로 지연된 지표하유출
⊙ 유출성분 개요도
강
수
량
차단과 저류효과
초과강수량
침
투
량
증
발
산
지표면유출
지표하 유출량
침
루
량
조기지표하 유출량
지연지표하 유출량
직접 유출량
지하수 유출량
기저 유출량
총
유
량
2. 유역현황 자료조사
2.1 하천계획을 위한 기본자료
▶ 하천계획을 위한 자료 (표 2.1)
▶ 하천종합계획 수립을 위한 기본조사 (표 2.2, 2.3)
2.2 유역특성조사
▶ 유역현상, 하천형태, 토질 및 토양조사, 지표상황 및
시설물 (표 참조)
2.3 수리 수문량 조사
▶ 강수량, 수위, 유량, 지하수, 유사, 이용수량조사
(표 참조)
3. 설계강우량 산정
⊙ 설계강우량
- 특정 목적의 설계를 위하여 수문계에 입력자료로
제공되는 인위적인 강우
그림 3.1 빈도해석흐름도
강우자료 구축
Lognormal (2/3)
Gamma (2/3)
FARD98 (행자부,1998)
기본적인 통계값 계산
확률분포형 적용
Log-Pearson type III (3)
GEV (3)
Gumbel (2)
모멘트법 (MOM)
최우도법 (ML)
Log-Gumbel (2/3)
매개변수 추정
확률가중모멘트법 (PWM)
Weibull (2/3)
Wakeby (4/5)
매개변수 적합성 검토
도시적 해석
적합도 검정
최적분포형 선정
확률강우량 계산
χ 2 - 검정
Kolmogorov - Smirnov 검정
Cramer von Mises 검정
PPCC 검정
3.1 자료의 구축
⊙ 자료에 대한 검토사항
① 관측자료의 일관성
② 강우자료의 추출 및 선정 : 30년 이상 연최대치, 연초과치
③ 강우자료의 독립성 : 통계학적 기본 가정
Correlogram test, run test, Spearman’s rank correlation
coefficient test 등
⊙ 기본 통계값 산정
- 평균, 표준편차, 분산, 왜(곡)도계수, 첨(예)도계수
3.2 확률강우량 산정
⊙ 확률분포형의 적용
확률분포형
확률밀도함수 또는 누가분포함수
 1x 
1
exp  
 
2
 2   
2
Normal
Lognormal
Gamma
Log-Pearson type III
GEV
Gumbel
Log-Gumbel
Weibull
Wakeby
f( x)
f ( x) 
2

 ln( x  x0 )   y  
1
1
exp  
 
y
 2
2 ( x  x0 ) y

 



1
f( x)
(
 x  x0 
)   
 1
 x  x0 
exp 
 

1
 ln( x )  y0 
f( x)

  (  )x 

 1
 ln( x )  y0 
exp 



1/ 

( x  x0 ) 
 
F ( x )  exp  1  




 






 ( x  x0 )  
F ( x )  exp  exp 

  




    x0  

 
F ( x )  exp  

  x  x0  

f ( x) 


 x  x0 
  


 1


  x  x0  

exp  
 

 

 

x  m  a[1  (1  F )b ]  c[1  (1  F )  d ]
⊙ 매개변수 추정방법
① 모멘트법 (Method of Moments ; MOM)
② 확률가중모멘트법
(Method of Probability Weighted Moments ; PWM)
③ 최우도법 (Method of Maximum Likelihood ; ML)
④ L-모멘트법 (Method of L-moments)
※ 확률가중모멘트법 추정값 = L-모멘트법 추정값
⊙ 매개변수 적합성 검토
- 추정된 매개변수의 적합성 조건 만족 여부 확인
표 3.2 참조
⊙ 도시적 해석
- 경험적 확률밀도함수 및 누가분포함수
vs. 적합된 확률밀도함수 및 누가분포함수
적합한 분포형 선정 기준으로 사용
경험적 확률밀도함수 vs. 적합된
확률밀도함수
0.010
Empirical PDF
gamma-2
lognormal-2
log-Pearson-3
f(x) 0.005
0.000
0
100
200
300
400
500
600
Rainfall(mm)
경험 및 적합된 확률밀도함수 (서울시 1962년 이후 자료, 지속기간 24시간)
경험적 누가분포함수 vs. 적합된
누가분포함수
1.00
0.75
F(x) 0.50
Empirical CDF
gamma-2
lognormal-2
log-Pearson-3
0.25
0.00
0
100
200
300
400
500
600
Rainfall(mm)
경험 및 적합된 누가분포함수 (서울시 1962년 이후 자료, 지속기간 24시간)
⊙ 적합도 검정방법
2
① χ -test
② Kolmogorov-Smirnov test
③ Cramer von Mises test
④ Probability plot correlation coefficient test (PPCC)
χ 2-test, PPCC test 기각능력 우수함
⊙ 최적확률분포형 선정
매개변수 적합성, 도시적 해석, 적합도 검정 결과를
종합하여 최적 확률분포형을 선정
⊙ 확률강우량 산정
▶확률강우량 산정 절차
① 최적확률분포형의 역함수 선정
- 누가분포함수(cumulative distribution function ; CDF)를
이용하여 역함수(inverse function)을 구함
② 추정된 매개변수 대입
- 역함수에 추정된 매개변수를 대입
③ 재현기간별 확률강우량을 산정
- 임의의 재현기간을 대입하여 확률강우량 산정
(예제) 재현기간별 확률강우량 산정 (Gumbel분포)
▶CDF

 (x  x0 )  

 parameters: ,x
F(x)  exp  exp 

0
α







▶Inverse function
F ( x )11 T 1 p
  1 
x  x - ln - ln 1 - 
T 1/ p
T
0
T




▶매개변수
 3 , x 200
0
▶100년빈도(T=100) 확률강우량
 

x
200-3ln -ln 1- 1 214mm
100
T 100
⊙ 강우 강도식 유도
▶강우강도 (rainfall intensity)
- 강수량-지속기간 관계
P  ct
여기서 c : 계수, n : 지역상수 (0.2 ~ 0.5)
t : 강우지속기간
n
- 강우강도
단위시간에 내리는 강우량의 척도 (mm/hr)
dP
n 1
I
 c nt
dt
[예제3.1] 지속기간별 강우강도
시간(분)
0~10
10~20
20~30
30~40
40~50
50~60
우량(mm)
3.0
4.0
8.0
3.0
6.0
4.0
20min
30min
40min
50min
60min
지속기간(분)
10
20
30
40
50
60
최대우량(mm)
8.0
12.0
17.0
21.0
25.0
28.0
강우강도(mm/hr)
48.0
36.0
34.0
31.5
30.0
28.0
▶ 10분 : 8.0mm / 10min = 6 X 8.0 mm/hr = 48 mm/hr
▶ 20분 : 12.0mm / 20min = 3 X 12.0 mm/hr = 36
mm/hr
▶ 40분 : 21.0mm / 40min = (60/40) X 21.0 mm/hr = 31.5
mm/hr
▶강우강도식
: 강우강도-지속시간의 관계식
a
I 
tb
c
I  n
t
d
I 
t e
: Talbot 형
: Sherman 형
: Japanese 형
여기서 I : 강우강도(mm/hr) t : 지속기간(min)
a , b, c , d , e , n : 상수
⊙ 확률강우강도식
- 대표 확률강우강도식 (이원환, 1993)
재현기간 T가 첨가된 단일형태의 확률강우강도식(mm/hr)
a  blog T
10
I

T,t
tn  c
a ,b ,c ,n이 주어지면 T와 t 에 따라 강우강도 계산
표 3.4 서울지방의 지역계수 값
계수
a
b
n
c
재
10
현
20
기
간 (년)
2
3
5
30
50
70
100
200
500
858.39
300.56
0.685 0.667 0.651 0.639 0.631 0.627 0.623 0.621 0.619 0.616 0.613
5.256 4.360 3.667 2.992 2.505 2.263 2.006 1.864 1.705 1.424 1.096
⊙ 수정된 확률강우강도식 (허준행 등, 1999)
- 대상지점 : 22개 지점
- 지속기간 5, 10, 30, 60, 120, 180, 360, 720, 1440분
강우자료
최적 분포형 : GEV분포로 가정
재현기간 2, 3, 5, 10, 20, 30, 50, 100, 200, 500 년
abln T
0.2
t
I

T,t cdln T  t
t
(mm/hr)
표 3.5 주요지점별 계수 값
지 역
속 초
춘 천
강 릉
서 울
인 천
원 주
수 원
서 산
청 주
대 전
추풍령
포 항
군 산
대 구
전 주
울 산
광 주
부 산
충 무
목 포
여 수
완 도
a
b
c
d
482.5
332.7
291.1
396.4
300.4
408.5
710.9
441.5
344.4
397.1
229.7
248.1
305.6
203.9
226.6
332.7
363.0
318.5
395.8
328.0
346.6
298.4
175.9
63.1
121.0
174.2
143.7
141.1
141.1
85.1
91.1
84.2
59.4
67.9
85.6
117.6
116.0
125.0
60.1
143.9
120.5
43.2
118.2
243.6
4.286
0.485
3.193
1.681
2.303
0.321
4.371
1.286
1.582
1.396
-0.122
0.500
1.469
1.070
0.863
2.266
0.428
2.146
2.488
0.531
1.865
9.402
-2.281
-0.501
0.461
-0.167
0.789
-0.603
-0.763
-0.821
0.044
0.124
0.013
-0.145
0.378
0.511
0.828
0.517
-0.150
0.655
-0.198
-0.134
0.138
2.890
⊙ 서울지방의 확률강우강도식 (허준행 등, 2000)
: 1962년 이후 자료를 사용하여 유도
200



2 hr
100
0
200





3 hr
Rainfall (mm)
100
0
300
200

6 hr
100
0
400



12 hr



24 hr
200
0
500
250
0
1920
1940
1960
Time (year)
1980
2000
⊙ 서울지방의 확률강우강도식
: 3시간을 전후로 장기간과 단기간으로 구분
T
0.02385
t
I

T ,t
T
1.254  0.05396 ln
 t
t
t  3hr
T
190.1  84.88 ln
0.01775
t
I

T ,t
T
 2.228  0.5258 ln
 t
t
t  3hr
366.6  134.1 ln
(예제) 서울지방의 확률강우량
서울지방 재현기간 10년, 강우지속기간 2시간 확률강우량 ?
▶ 이원환(1993)
a blog T
10 47.7( mm/ hr )
IT,t 
t n c
P
 95.4mm
10,2hr
▶ 허준행 등(1999)
T
a bln 0.2
t
IT,t 
47.6( mm/ hr )
T
c dln
 t
t
P
 95.2 mm
10 ,2 hr
▶ 허준행 등(2000)
T
366.6 134.1ln 0.02385
t
IT,t 
54.9( mm/ hr )
T
1.254 0.05396ln
 t
t
P
109.8mm
10 ,2hr
⊙ 강우강도-지속기간-생기빈도곡선
(Intensity-Duration-Frequency Curve)
Rainfall Intensity (mm/hr)
1000
Return Period
(2 - 500 year)
100
10
1
10
100
Rainfall Duration (min.)
1000
⊙ 설계강우량 산정시의 유의사항
①
②
③
④
⑤
⑥
최근자료를 포함한 자료구축
예비적 해석 실시 여부 확인
적정확률분포형 적용
최적확률분포형 선정 여부
기존의 결과와의 비교 검토
공학적 판단에 근거한 종합적인 판단
3.3 설계강우량의 시간적 분포
- 설계홍수량을 산정을 위해서는 설계우량주상도 필요
⊙ 시간적 분포 방법
① Keifer와 Chu방법 : 강우강도식에서 강우분포시킴
② Pilgrim과 Cordery방법 : 평균이동법(호주)
③ Yen과 Chow방법 : 삼각형 우량주상도
④ 미국 토양보존국(SCS) 방법
⑤ Huff의 4분위법 : 1, 2, 3, 4분위(quartile)로 분포
⑥ 物部(모노노베) 전방위형, 중앙집중형, 후방위형 (사용지양)
3.4 유효우량의 산정
⊙ 유효우량
- 직접유출의 근원이 되는 강수부분
- 유효우량 = 초과우량 + 일부 손실량
※ 유효우량 ≒ 초과강우량 (interchangable)
※ 유효우량의 volume = 직접유출의 volume
그림 3.4 수문곡선
⊙ 유효우량 산정방법
① 일정비법 (constant fraction method)
- 시간구간별 일정비가 손실되고 나머지가 유효우량
② 일정손실율법 (constant loss rate method)
- 강우기간 동안 손실율 또는 침투능이 일정하다고 가정
③ 초기 손실-일정손실율법 (initial loss-constant loss rate)
- 초기손실 발생이후에는 일정율로 손실
④ 침투곡선법 (infiltration curve method) Horton
- 토양의 침투율이 지수적으로 감소
⑤ SCS 유효우량 산정법
- 강우량과 유출량 관계 설정
그림 3.5 유효우량 산정방법
4. 설계홍수량 산정
4.1 설계홍수량의 정의 및 설계빈도
⊙ 설계홍수량
- 하천개수계획의 기본이 되는 홍수시의 첨두유량으로
개수구간을 계획홍수위로서 안전하게 흘러갈 수 있는
유량
⊙ 설계빈도
표 4.1 하천의 중요도와 계획규모 (하천설계기준, 2000)
하천중요도 계획규모(년)
A급
200년 이상
B급
100 – 200
C급
D급
적용하천범위
비
고 (1993)
국가하천 주요구간 주요도시 관류
국가하천
주요 지류
80 – 100
지방1급하천
50-100지방,도시
30 – 100
지방2급하천
30-100준용하천
E급
비고 : 하천시설기준 (건설부, 1993)
30년이하, 기타하천
⊙ 설계빈도
표 4.2 소하천의 설계빈도 (소하천시설기준, 1999)
구 분
도시 및 공업지역
평야지역
설계빈도(소하천,1999)
50 ~ 100년
30 ~ 80년
설계빈도(건설부,1990)
50년
30년
산지지역
30 ~ 50년
10 ~ 30년
건설부 (1990) 소규모 시설 설계지침
참고 : 일본의 중소하천의 설계빈도
구 분
10km2이상
10 ~ 5km2
5km2미만
도시하천
100년
50년
20 ~ 30년
도시하천의 주요하천
50년
20~ 30년
10 ~ 20년
기타하천
30년
10 ~ 30년
10년
표 4.3 유량조절용 수공구조물의 설계빈도 (하천설계기준,2000)
구조물종류
농업용배수시설
암거
배수구
도시 배수시설
소도시 우수거
대도시 우수거
유수지 및 빗물펌프장
하천제방
농경지 하천
도시 하천
홍수방어(조절)용
저수지
여수로
제방
하도
배수시설
설계빈도
추정한계값 1993년기준
5 ~ 50
5 ~ 50
5 ~25
25 ~50
10 ~20
50 ~100
50 ~200
50 ~SPF
PMF
10 ~SPF
5 ~SPF
2 ~50
2 ~25
50 ~200
표 4.3 유량조절용 수공구조물의 설계빈도 (하천설계기준,2000)
구조물종류
파괴시 인명피해가 없을 댐
(위험도 낮음)
소규모 댐
중규모 댐
대규모 댐
파괴시 인명피해가 가능한 댐
(위험도 중간)
소규모 댐
중규모 댐
대규모 댐
파괴시 인명피해가 상당한 댐
(위험도 높음)
소규모 댐
중규모 댐
대규모 댐
설계빈도
추정한계값 1993년기준
50 ~100
100이상
50 ~100%
100이상
50%
50 ~100%
100%
50 ~100%
100%
100%
⊙ 고려사항
☞ 수문학적 설계규모를 판단하는 기준은 수문설계자의
공학적 판단과 경험 을 바탕으로 결정하는 것이 바람직
☞ 유역의 수공구조물 설계는 본류와 지류를 함께 고려한
수계 전체에 대해 종합치수대책 을 수립하여 일관된
설계빈도를 설정
☞ 수문자료의 경향성 분석 등을 고려하여 시간의 경과에
따라 증가 경향을 보일 때는 설계빈도를 다소 상향 조정
하는 것이 바람직
4.2 유역의 반응시간
⊙ 유역반응시간의 종류
① 첨두발생시간 (time to peak)
- 유출수문곡선 상승시점부터 첨두유량 발생때 까지 시간
② 홍수도달시간 (time of concentration)
- 유역 최원점에 내린 비가 출구까지 도달시간
③ 지체시간 (lag time)
- 유효우량 중심으로부터 직접유출 수문곡선 중심
- 유효우량 중심으로부터 직접유출 첨두발생시각
⊙ 도달시간 결정
① 하도흐름이 지배적인 유역
- Manning 공식 또는 Chezy 공식을 이용하여 하도길이를
유속으로 나눔으로써 구함
② 지표면흐름이 지배적인 유역
- 지표면의 지형학적 요소와 저항계수 그리고 유역에 내리는
강우강도의 영향을 받음(Kraven 공식, Rziha 공식, SCS지체
시간 공식 등이 이용)
③ 하도와 지표면흐름이 복합된 유역
- Kirpich 공식, McCuen 등의 공식, Eagleson 공식 등을 사용
※ 도달시간 결정공식 (표4.4 자연하천, 표4.5 도시하천)
⊙ 지체시간 결정
- 자연하천 및 도시하천 유역에 따른 경험적 공식
- 수리 수문학적 특성에 따라 결정
※ 지체시간 결정공식 (표4.6)
4.3 유출량 산정
⊙ 설계홍수량 산정 방법
▶빈도해석
▶강우-유출해석
⊙ 실측 자료가 있는 경우
▶빈도해석에 의한 홍수량 산정
▶대표단위도를 이용한 홍수량 산정
- 하천제방 : 첨두유출량
- 저 류 지 : 유출용적
⊙ 실측 자료가 없는 경우
(1) 합리식 (Kuichling, 1889)
1
Q
CIA
3.6
I : 강우강도, C : 유출계수, A : 면적
▶합리식 가정
- I 에 의한 유출량 Q는 그 강도의 강우가 유역도달시간과
같거나 더 큰 시간동안 계속될 때 최대값에 도달
- 강우지속기간이 유역의 도달시간과 같거나 길 때 강우
강도에 의한 첨두유량은 강우강도와 직선적 관계
- 계산된 첨두유출량은 사용된 강우강도와 같은 재현기간
- 유출계수는 첨두유출량의 재현기간과 관계없이 일정
- 유출계수는 모든 형태의 강우에 대하여 동일
표 4.7 토지이용도에 따른 유출계수
토지이용
도심지역
상업지역
근린지역
C
0.70~0.95
0.50~0.70
단독주택
독립주택단지
주거지역 연립주택단지
교외지역
아파트
0.30 ~0.50
0.40 ~0.60
0.60 ~0.75 잔디
0.25 ~0.40
0.50 ~0.70
산재지역
밀집지역
공원, 묘역
운동장
철 로
미개발지역
아스팔트
도로
콘크리트
벽 돌
산업지역
0.50 ~0.80
0.60 ~0.90
0.10 ~0.25
0.20 ~0.35
0.20 ~0.40
0.10 ~0.30
0.70 ~0.95
0.80 ~0.95
0.70 ~0.85
농
경
지
토지이용
차도 및 보도
지 붕
평탄지
사질토
평 균
경사지
평탄지
중토
평 균
경사지
평탄한 곳
나지
거친곳
사질토 작물있음
작물없음
경작지
작물있음
중토
작물없음
사질토
초 지
중 토
산림지역
C
0.75 ~0.85
0.75 ~0.95
0.05 ~0.10
0.10 ~0.15
0.15 ~0.20
0.13 ~0.17
0.18 ~0.22
0.25 ~0.35
0.30 ~0.60
0.20 ~0.50
0.30 ~0.60
0.20 ~0.50
0.20 ~0.40
0.10 ~0.25
0.15 ~0.45
0.05 ~0.25
0.05 ~0.25
표 4.8 유출계수의 보정 (Stephenson, 1981)
지표상황 기본유출계수
나 지
초 지
경작지
삼 림
0.40
0.35
0.30
0.18
보정치(가감량)
경사 < 5% : - 0.05
경사 > 10% : + 0.05
재현기간 < 20년 : - 0.05
재현기간 < 50년 : + 0.05
연평균강수량 < 600mm : - 0.03
연평균강수량 > 900mm : + 0.03
⊙ 실측 자료가 없는 경우
(2) 합성단위유량도
- 미계측유역에 대한 단위도 작성방법
▶합성단위도법의 대표적인 방법
① Snyder방법
② 미국토양보존국(SCS) 방법
③ 일본의 中安(Nakayasu) 합성단위도법
⊙ 실측 자료가 없는 경우
(3) 유역추적방법
- 하천유역을 저수지 또는 일련의 저수지와 하도로
구성되었다고 가정하여 홍수유출수문곡선을 작성하는
방법
▶유역추적모형
① 선형모형 : Clark모형, Nash모형
② 비선형모형 : 저류함수법
4.4 도시지역의 유출량 산정
⊙ 도시지역의 수문학적 특성
① 불투수표면의 증가
- 침투량감소, 유출량증가
② 수로통수능 변화
- 수로의 직선화(유출량증가), 유속의 증가(세굴)
③ 환경적 변화
- 조경, 차량, 생활오수
⊙ 도시화에 따른 수문곡선의 변화
increase
faster
⊙ 도시유출모형의 분류
① Design models
- sizes and other geometric dimensions for specified
design return period
② Flow prediction models
- simulate the flow of stromwater in existing system
③ Planning models
- plan urban stormwater problems for a relatively large
space and long period (quantity and quality)
⊙ 도시유출모형
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
⑩
CHM (Chicago Hydrograph Method, 1959)
RRL (British Transportation Road Research Lab., 1962)
ILLUDAS (Illinois Urban Drainage Area Simulation, 1974)
UCURM (Univ. of Cincinnati Urban Runoff Model, 1972)
WASSP (Wallingford Storm Sewer Package, 1981)
STORM (Storage, Treatment, Overflow, Runoff
Model,1976)
RUNQUAL (RUNoff QUALity, 1977)
SWMM (Storm Water Management Model, 1971)
HSPF (Hydrocomp Simulation Program-Fortran, 1980)
MITCAT (MIT CATchment model, 1970)
⊙ 도시유출모형의 특성 비교 (Viessman & Lewis)
Charateristics
RRL
Multiple catchment inflows

Snowmelt
Runoff from impervious areas

Runoff from pervious area
Water balance between storms
Flow routing in sewers

Up and downstream flow control
Diversions
Pumping stations
Storage
Stormwater quality
Quality routing
Sedimentation and scour
Wastewater treatment
Quality balance between storms
Receiving water flow simulation

Receiving water quality simulation
Continuous simulation
Design computations
Real-time control
CHM STORM SWMM HSPF MITCAT UCURM ILLUDAS











































































⊙ 설계홍수량 산정시 유의사항
▶빈도해석
① 자료에 대한 검증
② 적정 및 최적확률분포형 선정의 적정성
③ 설계홍수량의 검증
▶강우-유출해석
① 확률강우량 산정의 적정성
② 강우의 시간적 분포 방법 검토
③ 사용 강우-유출모형의 적합성
④ 강우-유출모형 매개변수 추정의 적합성
⑤ 설계홍수량의 검증
5. 설계홍수위 산정
5.1 개 요
⊙ 홍수위 산정 목적
- 하도 계획, 제방고의 결정 등 하천시설물의 설계를
위한 기초자료의 제공
- 홍수범람면적, 침수심 등 하천경제성조사 중 피해액
산정을 위한 기본 자료 제공
⊙ 홍수위 산정시 필요자료
- 횡단면 측량자료, 조도계수, 하상경사, 기점홍수위,
설계홍수량 등
5.2 흐름의 정의
⊙ 定流와 不定流
① 정류 (steady flow)
- 하천내 임의 지점에서 시간에 따라 수심, 유속, 유량이
변화하지 않는 흐름
② 부정류 (unsteady flow)
- 임의의 지점에서 시간에 따라 수심, 유속, 유량이
변화하는 흐름
5.2 흐름의 정의
⊙ 等流와 不等流
① 등류 (uniform flow)
- 유로를 따라 수심과 유속이 일정한 흐름
② 부등류 (nonuniform flow)
- 유로를 따라 수심과 유속이 변화하는 흐름
▶ 점변류 : 수심의 변화가 크지 않은 흐름
▶ 급변류 : 상대적으로 급격한 수위변화가 있는 흐름
※실제하천 : 하천횡단면과 통수면적이 변화하여 대부분
부등류에 속함
5.2 흐름의 정의
⊙ 常流와 射流
① 상류 (subcritical flow)
- 한계수심보다 큰 수심을 갖는 흐름
② 사류 (supercritical flow)
- 한계수심보다 작은 수심을 갖는 흐름
5.3 홍수위 계산
⊙ 등류 적용
①종방향 하천 단면형상과 경사의 변화가 크기 않은 하천구간
②사류가 발생하는 급경사 구간이 비교적 긴 구간
⊙ 등류 계산
2/ 3
1/ 2
1
Q A A/ P  S0
n
5.3 홍수위 계산
⊙ 부등류 적용
- 단면형 및 경사가 종단적으로 변화되는 수로
⊙ 부등류 계산
 2Q2 
1Q1 


1
1
h2 
h1 
S f x




2 g  A2 
2 g  A1 
2
1, 2
Sf
2
: 유속계수
: 마찰경사 S f 
n Q  A R 
2
2
2
4/ 3
5.4 기타사항
▶ 식생을 고려한 홍수위 계산
▶ 유사량 산정 (안정하도)