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표제지
국문요약
Abstract
목차
제1장 서론 16
1.1. 연구배경 및 목적 16
1.2. 연구동향 18
1.2.1. 국외 연구동향 19
1.2.2. 국내 연구동향 22
1.3. 연구내용 및 범위 25
제2장 지상강우 및 레이더강우 관측의 기본이론 28
2.1. 지상강우와 바람 관측 기기의 종류 및 특징 28
2.1.1. 지상강우 관측 28
2.1.2. 바람의 관측 34
2.2. 지상강우 관측망 36
2.3. 레이더강우 관측원리 및 관측망 37
2.3.1. 레이더강우 관측 장비의 종류 및 특징 37
2.4.2. 레이더강우 관측 원리 41
2.4.3. 레이더강우 관측망 56
제3장 바람의 영향을 고려한 강우감소율 산정 기법 개발 64
3.1. 강우관측 시 바람이 강우량에 미치는 영향 64
3.2. 강우입자의 물리적 특성 64
3.2.1. 강우입자의 낙하 및 힘의 작용 64
3.2.2. 강우입자의 종단속도 및 항력계수 66
3.2.3. 강우입자의 우량계 유입속도 및 유효직경 69
3.3. 바람의 영향을 고려한 강우감소율 산정 74
3.3.1. 풍속에 따른 강우입자 크기별 우량계 유입감소율 산정 74
3.3.2. 강우강도에 따른 강우입자 크기별 강우기여율 산정 78
3.3.3. 풍속-강우강도 관계를 고려한 강우감소율 산정 기법 개발 99
제4장 강우감소율에 따른 보정 강우자료의 변동성 분석 114
4.1. 강우감소율을 고려한 지상강우의 보정 114
4.1.1. 대상지점의 풍속과 강우 자료의 수집 및 분석 114
4.1.2. 강우감소율을 고려한 지상강우량의 보정 및 변동성 분석 115
4.1.3. 강우감소율을 고려한 면적강우량의 보정 및 변동성 분석 129
4.2. 강우감소율을 고려한 레이더강우의 보정 136
4.2.1. 대상 강우레이더 지점 선정 및 현황 136
4.2.2. 레이더강우 자료의 생성을 위한 S/W 개발 137
4.2.3. 강우감소율을 고려한 레이더 강우량의 보정 및 변동성 분석 141
4.2.4. 강우감소율을 고려한 레이더 면적강우량의 보정 및 변동성 분석 145
제5장 강우감소율이 유출특성에 미치는 영향 분석 148
5.1. 유출해석을 위한 대상유역 및 모형 선정 148
5.1.1. 대상유역의 선정 및 특성 148
5.1.2. 유출모형의 선정 151
5.2. 유출모형의 입력자료 및 매개변수 구축 155
5.2.1. 지형자료 및 입력자료의 구축 155
5.2.1. 토양도 관련 매개변수 구축 158
5.3. 강우감소율을 고려한 유출특성 분석 162
5.3.1. 보정 지상강우 자료를 이용한 유출모의 및 특성 분석 164
5.3.2. 보정 레이더강우 자료를 이용한 유출모의 및 특성 분석 172
제6장 바람의 영향을 고려한 강우와 유출분석 결과 및 고찰 188
6.1. 강우감소율 산정기법 분석 188
6.2. 보정 지상 및 레이더 강우의 변동성 190
6.3. 바람의 영향을 고려한 유출 특성 분석 192
제7장 결론 194
참고문헌 196
부록 212
부록 1. 풍속-강우입자 크기별 우량계 유입감소율 213
부록 2. 추풍령표준기상대 자료(2010년 ~ 2012년) 225
부록 3. 각 지점별 지상강우자료의 보정 및 변화량 234
부록 4. 레이더강우 자료의 생성을 위한 S/W 소개 278
표 2.1. 레이더 종류에 따른 특성과 활용 32
표 2.2. 기상레이더의 분류 41
표 2.3. 단일편파 레이더 관측변수 및 주요활용분야 44
표 2.4. 이중편파 레이더 관측변수 및 주요활용분야 46
표 2.5. 이중편파 강우산정 알고리즘 산정 결과 53
표 3.1. 강우입자 직경에 따른 항력계수 (압력 1013Pa, 온도 20℃) 69
표 3.2. 풍속에 따른 변수 및 우량계 유입감소율 (강우직경 : 2㎜) 76
표 3.3. 풍속에 따른 강우입자 직경별 우량계 유입감소율 77
표 3.4. 지수분포모델의 강우유형에 따른 전형적인 매개변수 83
표 3.5. 강우강도별 강우입자직경의 개수 분포(Average rain) 84
표 3.6. 강우강도별 강우입자직경의 개수 분포(Thunderstorm or shower) 86
표 3.7. 강우강도별 강우입자직경의 개수 분포(Continuos rain) 88
표 3.8. 강우강도별 강우입자직경의 개수 분포(Drizzle) 90
표 3.9. 강우입자직경별 강우기여율 (Average rain) 93
표 3.10. 강우입자직경별 강우기여율 (Thunderstorm or shower) 94
표 3.11. 강우입자직경별 강우기여율 (Continuos rain) 95
표 3.12. 강우입자직경별 강우기여율 (Drizzle) 96
표 3.13. 풍속-강우강도 관계를 고려한 강우감소율(Average rain) 100
표 3.14. 풍속-강우강도 관계를 고려한 강우감소율(Thunderstorm or shower) 101
표 3.15. 풍속-강우강도 관계를 고려한 강우감소율 (Continuos rain) 102
표 3.16. 풍속-강우강도 관계를 고려한 강우감소율(Drizzle) 103
표 3.17. 바람막이 효과를 고려한 강우감소율 (Average rain) 107
표 3.18. 바람막이 효과를 고려한 강우감소율 (Thunderstorm or shower) 108
표 3.19. 바람막이 효과를 고려한 강우감소율 (Continuos rain) 109
표 3.20. 바람막이 효과를 고려한 강우감소율 (Drizzle) 110
표 4.21. 지상강우 이용지점 현황 114
표 4.22. 강우감소율 적용 강우사상 및 강우유형 116
표 4.23. 추풍령표준기상대 관측환경 117
표 4.24. 추풍령표준기상대 시험관측장 누적강우 비교 (2012년) 118
표 4.25. 추풍령표준기상대 각 우량계와 강우감소율의 강우유형별 비교 119
표 4.26. 각 지점별 바람의 영향에 따른 강우변동성 (Average rain) 123
표 4.27. 각 지점별 바람의 영향에 따른 강우변동성 (Thunderstorm or shower) 127
표 4.28. 내성천유역 지상강우를 이용한 면적강우량 135
표 4.29. 김천유역 지상강우를 이용한 면적강우량 135
표 4.30. 밀양강유역 지상강우를 이용한 면적강우량 135
표 4.31. 비슬산 강우레이더 제원 및 측정 정보 136
표 4.32. QPE자료 산정 알고리즘 139
표 4.33. 각 레이더보정 지점자료와 QPE자료 비교 144
표 4.34. 내성천유역 레이더 강우를 이용한 면적강우량 145
표 4.35. 감천유역 레이더 강우를 이용한 면적강우량 146
표 4.36. 밀양강유역 레이더 강우를 이용한 면적강우량 146
표 5.1. 내성천 유역특성 148
표 5.2. 감천 유역특성 149
표 5.3. 밀양강 유역특성 150
표 5.4. 토지이용에 따른 조도계수와 불투수율 158
표 5.5. Green and Ampt parameters estimated from texture classification 159
표 5.6. 토양도에 따른 토양깊이 159
표 5.7. 내성천유역 보정 지상강우를 이용한 유출모의 결과 165
표 5.8. 감천유역 보정 지상강우를 이용한 유출모의 167
표 5.9. 밀양강유역 보정 지상강우를 이용한 유출모의 169
표 5.10. 내성천 유역 보정 지상강우를 이용한 유출모의 오차분석 결과 170
표 5.11. 감천 유역 보정 지상강우를 이용한 유출모의 오차분석 결과 171
표 5.12. 밀양강 유역 보정 지상강우를 이용한 유출모의 오차분석 결과 171
표 5.13. 내성천 유역 보정 레이더강우를 이용한 유출모의 (향석지점) 174
표 5.14. 내성천 유역 보정 레이더강우를 이용한 유출모의 (월포지점) 175
표 5.15. 감천 유역 보정 레이더강우를 이용한 유출모의 (김천지점) 178
표 5.16. 감천 유역 보정 레이더강우를 이용한 유출모의 (선산지점) 178
표 5.17. 밀양강 유역 보정 레이더강우를 이용한 유출모의 (상동지점) 181
표 5.18. 밀양강 유역 보정 레이더강우를 이용한 유출모의 (밀양1지점) 181
표 5.19. 내성천유역 보정 레이더강우를 이용한 유출모의 오차분석 (향석지점) 182
표 5.20. 내성천유역 보정 레이더강우를 이용한 유출모의 오차분석 (월포지점) 183
표 5.21. 감천유역 보정 레이더강우를 이용한 유출모의 오차분석 (김천지점) 183
표 5.22. 감천유역 보정 레이더강우를 이용한 유출모의 오차분석 (선산지점) 183
표 5.23. 밀양강유역 보정 레이더강우를 이용한 유출모의 오차분석 (상동지점) 184
표 5.24. 밀양강유역 레이더강우를 이용한 유출모의 오차분석 (밀양1지점) 184
그림 1.1. 연구 내용 및 범위 요약 26
그림 1.2. 바람의 영향을 고려한 강우 보정 및 유출특성 분석 연구 흐름도 27
그림 2.1. 강우관측 기기의 종류 33
그림 2.2. 국내 지상강우 관측망 36
그림 2.3. 강우레이더의 발달단계 39
그림 2.4. 이중편파 레이더 관측원리 46
그림 2.5. 이중편파 레이더 관측자료 예 47
그림 2.6. 레이더의 주요 산출물 56
그림 2.7. 미국 WSR-88D 레이더 관측망 및 관측영상 57
그림 2.8. 일본의 레이더 현황 59
그림 2.9. CANADA 기상레이더 네트워크 및 McGill radar 영상 60
그림 2.10. 유럽의 레이더 현황 61
그림 2.11. 국내 레이더 운영현황 및 계획 61
그림 3.1. 동일 크기의 질량 대비 물방울 형상 65
그림 3.2. 낙하하는 강우입자의 자유물체도 66
그림 3.3. 강우입자별 종단속도 68
그림 3.4. 강우입자 직경에 따른 항력계수 69
그림 3.5. 우량계 주변에서의 강우입자의 속도성분 70
그림 3.6. 강우입자의 상대적 움직임 72
그림 3.7. 풍속에 따른 강우입자 직경별 유입감소율 78
그림 3.8. 강우 강도에 따른 평균강우입자크기 분포 82
그림 3.9. 강우 강도에 따른 강우입자크기 별 개수 분포(Average rain) 85
그림 3.10. 강우 강도에 따른 강우입자크기 별 개수 비율(Average rain) 85
그림 3.11. 강우 강도에 따른 강우입자크기 별 개수 분포(Thunderstorm or shower) 87
그림 3.12. 강우 강도에 따른 강우입자크기 별 개수 비율(Thunderstorm or shower) 87
그림 3.13. 강우 강도에 따른 강우입자크기 별 개수 분포(Continuos rain) 89
그림 3.14. 강우 강도에 따른 강우입자크기 별 개수 비율(Continuos rain) 89
그림 3.15. 강우 강도에 따른 강우입자크기 별 개수 분포(Drizzle) 91
그림 3.16. 강우 강도에 따른 강우입자크기 별 개수 비율(Drizzle) 91
그림 3.17. 강우입자직경별 강우기여율 (Average rain) 97
그림 3.18. 강우입자직경별 강우기여율(Thunderstorm or shower) 97
그림 3.19. 강우입자직경별 강우강도기여율 (Continuos rain) 98
그림 3.20. 강우입자직경별 강우강도기여율 (Drizzle) 98
그림 3.21. 풍속-강우강도 관계를 고려한 강우감소율(Average rain) 104
그림 3.22. 풍속-강우강도 관계를 고려한 강우감소율(Thunderstorm or shower) 104
그림 3.23. 풍속-강우강도 관계를 고려한 강우감소율(Continuos rain) 105
그림 3.24. 풍속-강우강도 관계를 고려한 강우감소율(Drizzle) 105
그림 3.25. 여러 가지 바람막이 형태 106
그림 3.26. 바람막이 효과를 고려한 강우감소율(Average rain) 111
그림 3.27. 바람막이 효과를 고려한 강우감소율(Thunderstorm or shower) 111
그림 3.28. 바람막이 효과를 고려한 강우감소율(Continuos rain) 112
그림 3.29. 바람막이 효과를 고려한 강우감소율(Drizzle) 112
그림 4.30. 대상 유역 및 지상관측소 115
그림 4.31. 각 강우사상 적용 강우감소율 그래프 116
그림 4.32. 추풍령표준기상대 전경 및 비교대상 우량계 117
그림 4.33. 강우관측을 위한 기준우량계 (WMO) 117
그림 4.34. 추풍령표준기상대 시험관측장 누적강우 비교 (2012년) 119
그림 4.35. 추풍령표준기상대 각 강우자료 비교 (Average rain) 120
그림 4.36. 추풍령표준기상대 각 강우자료 비교 (Thunderstorm or shower) 120
그림 4.37. 지점별 바람의 영향에 따른 강우변동성 (Average rain)_고령 121
그림 4.38. 지점별 바람의 영향에 따른 강우변동성 (Average rain)_가야산 121
그림 4.39. 지점별 바람의 영향에 따른 강우변동성 (Average rain)_덕유봉 122
그림 4.40. 지점별 바람의 영향에 따른 강우변동성 (Average rain)_추풍령 122
그림 4.41. 지점별 바람의 영향에 따른 강우변동성 (Thunderstorm or shower)_예천 125
그림 4.42. 지점별 바람의 영향에 따른 강우변동성 (Thunderstorm or shower)_송계 125
그림 4.43. 지점별 바람의 영향에 따른 강우변동성 (Thunderstorm or shower)_외동 126
그림 4.44. 지점별 바람의 영향에 따른 강우변동성 (Thunderstorm or shower)_동로 126
그림 4.45. 국토교통부(TM) 관측소를 이용한 티센망 구성 134
그림 4.46. 국토교통부(TM) 관측소를 이용한 티센망 구성 134
그림 4.47. 비슬산 강우레이더 관측소 전경 137
그림 4.48. 레이더강우 자료의 생성을 위한 S/W 주요 설정화면 138
그림 4.49. 레이더강우 자료의 생성을 위한 S/W 생성자료 영상 (QPE) 140
그림 4.50. 레이더강우 자료의 생성을 위한 S/W 생성자료 영상 (Basin) 141
그림 4.51. 레이더강우자료 보정 전·후 지점강우량 변화 (RZ) 142
그림 4.52. 레이더강우자료 보정 전․후 지점강우량 변화 (RZDR) 142
그림 4.53. 레이더강우자료 보정 전·후 지점강우량 변화 (RKDP) 143
그림 5.1. 내성천 유역도 149
그림 5.2. 감천 유역도 150
그림 5.3. 밀양강 유역도 151
그림 5.4. Vflo 모형의 유한 요소 구성 152
그림 5.5. 내성천유역 모형구축 기본자료 (DEM, 토지피복도, 토양도) 155
그림 5.6. 감천유역 모형구축 기본자료 (DEM, 토지피복도, 토양도) 156
그림 5.7. 밀양강유역 모형구축 기본자료 (DEM, 토지피복도, 토양도) 156
그림 5.8. 격자별 흐름방향 157
그림 5.9. 내성천유역의 토지관련 매개변수 (조도계수, 불투수율, 포화투수계수, 토양흡인수두, 유효공극률, 토양깊이) 160
그림 5.10. 감천유역 토지관련 매개변수 (조도계수, 불투수율, 포화투수계수, 토양흡인수두, 유효공극률, 토양깊이) 160
그림 5.11. 밀양강유역 토지관련 매개변수 (조도계수, 불투수율, 포화투수계수, 토양흡인수두, 유효공극률, 토양깊이) 161
그림 5.12. 내성천유역_향석지점 유출모의 결과(Gauge) 164
그림 5.13. 내성천유역_월포지점 유출모의 결과(Gauge) 164
그림 5.14. 내성천유역 지상강우 유출모의 비교 165
그림 5.15. 감천유역_김천지점 유출모의 결과(Gauge) 166
그림 5.16. 감천유역_선산지점 유출모의 결과 (Gauge) 166
그림 5.17. 감천유역 지상강우 유출모의 비교 167
그림 5.18. 밀양강유역_상동지점 유출모의 결과(Gauge) 168
그림 5.19. 밀양강유역_밀양1지점 유출모의 결과(Gauge) 168
그림 5.20. 밀양강 유역 지상강우 유출모의 비교 169
그림 5.21. 내성천유역_향석지점 유출모의 결과 (Radar_QPE) 172
그림 5.22. 내성천유역_향석지점 유출모의 결과 (Radar_Gauge_adj) 173
그림 5.23. 내성천유역_향석지점 유출모의 결과 (Radar_Gauge+Wind adj) 173
그림 5.24. 내성천유역_월포지점 유출모의 결과(Radar_QPE) 173
그림 5.25. 내성천유역_월포지점 유출모의 결과 (Radar_Gauge_adj) 174
그림 5.26. 내성천유역_월포지점 유출모의 결과 (Radar_Gauge+Wind adj) 174
그림 5.27. 감천유역_김천지점 유출모의 결과 (Radar_QPE) 176
그림 5.28. 감천유역_김천지점 유출모의 결과 (Radar_Gauge_adj) 176
그림 5.29. 감천유역_김천지점 유출모의 결과(Radar_Gauge+Wind adj) 176
그림 5.30. 감천유역_선산지점 유출모의 결과 (Radar_QPE) 177
그림 5.31. 감천유역_선산지점 유출모의 결과 (Radar_Gauge_adj) 177
그림 5.32. 감천유역_선산지점 유출모의 결과(Radar_Gauge+Wind adj) 177
그림 5.33. 밀양강유역_상동지점 유출모의 결과 (Radar_QPE) 179
그림 5.34. 밀양강유역_상동지점 유출모의 결과 (Radar_Gauge_adj) 179
그림 5.35. 밀양강유역_상동지점 유출모의 결과(Radar_Gauge+Wind adj) 179
그림 5.36. 밀양강유역_밀양1지점 유출모의 결과 (Radar_QPE) 180
그림 5.37. 밀양강유역_밀양1지점 유출모의 결과 (Radar_Gauge_adj) 180
그림 5.38. 밀양강유역_밀양1지점 유출모의 결과(Radar_Gauge+Wind adj) 180
그림 5.39. 내성천유역 레이더강우를 이용한 유출모의 비교 185
그림 5.40. 밀양강유역 레이더강우를 이용한 유출모의 비교 186
그림 5.41. 밀양강유역 레이더강우를 이용한 유출모의 비교 187
그림 6.1. 풍속-강우강도 관계를 고려한 강우감소율 189
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강우의 공간적인 분포와 변동성을 자세하게 파악할 수 있는 강우레이더 관련한 연구가 꾸준히 진행되고 있지만, 아직까지 레이더강우의 정확도는 만족할 만한 수준에 이르지 못하고 있다. 따라서 레이더강우의 정확도 개선을 위해 지상강우자료를 이용하여 보정을 실시하고 있다. 그러나 레이더강우 보정 시 사용하는 지상강우자료는 오차발생의 가장 큰 요인인 바람의 영향을 고려하지 못하고 있다. 이에 본 논문에서는 바람의 영향을 고려한 지상강우자료와 레이더강우 자료의 보정 및 변동성 분석을 수행하고, 바람이 유출특성에 미치는 영향을 평가하고자 하였다.
바람의 영향을 고려한 지상강우 보정을 위해 강우입자 크기분포(Drop Size Distribution, DSD)와 강우강도, 풍속을 이용하여 바람에 의한 강우의 감소율을 산정할 수 있는 기법을 개발하였다. 개발한 기법을 통해 추풍령기상대와 62개 지상강우관측소(AWS) 자료를 대상으로 강우감소율을 산정하고, 산정한 강우감소율을 적용하여 지상강우를 보정하였으며, 보정 전·후에 대한 지상강우자료의 변동성을 비교·분석 하였다. 그리고, 보정 지상강우자료를 이용하여 레이더강우를 보정 하였을 때 나타나는 레이더강우 자료의 변동성도 함께 분석하였다. 또한, 바람에 의한 강우감소율에 따라 보정한 지상강우와 레이더강우를 이용해 유출분석을 수행하여 바람이 유출특성에 미치는 영향을 분석하였다. 특히, 원시 레이더강우 및 보정 레이더강우자료를 생성함에 있어 본 연구에서 개발한 S/W를 이용하였다.
현재 강우 관측소에서 제공되는 강우량 자료는 바람의 영향이 고려되지 않은 값으로 실제 강우량보다 더 작은 강우량 값을 나타내고 있다. 본 연구 결과를 보면, 봄과 여름 기간 동안의 우리나라 평균풍속과 강우강도에 대한 강우감소율 이 각각 11.08% ~ 16.40%와 2.38% ~ 4.41%를 나타내었다. 그러나, 추풍령기상대와 62개 지상강우관측소(AWS)의 실제 관측자료에서는 각각 0.81% ~ 27.49%와 0.77% ∼ 8.82%의 강우감소율이 산정되었다. 따라서 지점별 공간적 특성에 따라 강우감소율 값의 변동성이 더 크다는 것을 보여주고 있다. 또한, 강우감소율 적용 전·후의 지상 강우자료와 레이더 강우자료를 Vflo모형에 적용하여 유출분석을 실시한 결과, 대부분의 분석지점에서 바람의 영향을 고려할 경우, 첨두 유출량이 10 ± 5% 정도 증가하는 경향을 보였다. 특히, 레이더 강우자료를 이용한 경우 단일편파 및 이중편파 관측변수(RZ, RZDR, RKDP)에 따른 레이더강우 자료의 변동성이 유출량에 반영되는 것을 알 수 있었다. 일반적으로 과소 추정되는 레이더강우 자료에 대해 바람의 영향을 고려하여 보정할 경우, 모형의 효율 및 상관계수등 유출모의 오차분석에서 더 유의한 결과를 보여 주었다. 따라서 수자원 분야에 있어 가장 중요한 수문성분인 강우 자료의 정확도 향상과 신뢰성 있는 유출해석을 위해 바람의 영향을 고려하는 연구가 지속적으로 수행되어야 할 것으로 판단된다.
원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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