미계측 유역의 유황곡선 산정을 위한 지역회귀모형의 개발

Abstract

하천수 사용 허가를 위한 기준유량 산정 및 수공구조물 설치에 따른 유황 변화 예측 등을 위해서는 유역의 유출특성을 나타낼 수 있는 자연상태의 장기간 하천 유량 자료가 필요하다. 하지만 자연상태의 장기간 하천 유량 자료를 확보할 수 있는 지점은 매우 한정적이고 부족하기 때문에 일반적으로 수문모형을 이용하여 미계측 유역의 자연유량을 산정하거나 통계적 방법을 이용하여 평수량, 갈수량과 같은 유량지표를 추정하고 있다.

하천기본계획 등 국내 실무에서는 주로 비유량법(Drainage Area Ratio Method)을 이용하여 미계측 유역의 갈수량을 추정하고 있다. 그러나 비유량법은 단지 유역면적만의 함수로 유역의 다양한 지형학적 특성이나 기후학적 특성을 고려할 수 없는 한계가 있다. 따라서 지형학적 및 기후학적 인자를 고려한 갈수량(유량지표) 산정 방법 개발이 필요하다. 또한 미계측 유역의 유황곡선 산정은 복잡한 수문모델링에 의존하고 있으며, 상대적으로 간편한 통계적 방법을 적용하거나 신 기법 개발에 관한 국내 연구는 매우 미진하다. 따라서 실무 활용이 편리한 통계분석 기반의 유황곡선 산정 모형 개발이 필요하다.

본 연구는 이수적 측면의 수자원 계획 및 이용·관리에서 기준이 되는 갈수량 및 유황곡선을 통계적으로 산정할 수 있는 지역회귀모형의 개발을 목적으로 수행되었다. 기존 미계측 유역의 평균갈수량 산정에만 국한하지 않고 유황곡선을 산정하여 미계측 유역의 유황 특성을 분석하는데 목적이 있다. 현실적인 평균갈수량과 유황곡선을 산정하기 위해 유역의 지형학적 및 기후학적 특성을 고려하였다. 지형학적 특성 인자로 미계측 유역의 유역면적, 유역평균경사, 유역평균폭, 유로연장, 수계밀도, 형상계수, 유출곡선지수 등 유역의 특성을 나타낼 수 있는 인자를 고려하였으며, 기후학적 특성 인자로 유출에 직접적인 영향을 미치는 강수량 자료를 고려하였다. 다중회귀분석 기반 지역회귀모형 개발에 이용된 지형학적 및 기후학적 특성 자료는 신뢰성 있는 유량자료 확보가 가능한 국내 12개 다목적댐과 4개 용수댐 유역을 선정하였다. 수집된 유량 자료는 상류에 댐이 없거나 인위적인 유량 조절이 없는 댐 유역의 유입량 자료로 갈수량 및 자연유황 분석에 있어서 적절한 유량자료인 것으로 판단하였다.

다중회귀분석 기반 지역회귀모형은 초과확률 개념이 아닌 우리나라에서 보편적으로 사용되고 있는 지속일수에 대한 유황분석 개념으로 접근하였다. 그 이유는 개념에 대한 이해가 용이하고 기준갈수량 설정을 위한 갈수해석에 유효하게 사용될 수 있기 때문이다. 또한 유황곡선의 홍수량 및 풍수량 기간은 연구범위에서 제외하였고 갈수해석에 중요한 저유량 영역인 지속일수 하부 50 % 구간(185일~365일)에 초점을 두어 연구를 수행하였다.

본 연구에서 개발한 지역회귀모형의 적용성과 정확도는 모형 개발을 위해 선정한 국내 16개 유역의 평균갈수량, 평균저수량, 평균평수량 및 유황곡선을 산정하여 관측치와 비교·검토하였다. 또한 연중 지속적인 미계측 기간이 발생하거나 관측소 신설로 관측 기간이 짧아 갈수량을 산정할 수 없는 유역을 선정하여 자연 갈수량을 산정하고 관측치와 비교·분석을 실시하였다. 마지막으로, 수공구조물에 의해 인위적인 유량 조절이 발생하는 댐 하류 지점에서 하천의 유황 변화를 평가하여 다중회귀분석 기반 지역회귀모형의 우수성과 적용가능성을 확인하였다.