13. 설계강우의 시간분포방법 (설계우량 주상도)

 

문제) 2. 계획홍수량 산정을 위하여 국내에서 적용하고 있는 강우의 시간분포 방법을 들고, 각 분포의 특성에 대하여 설명하시오. 87-4

문제) 5. Mononobe방법과 Huff방법을 각각 상세히 설명하고 그 차이점에 대하여 설명하시오. 90-3

문제) 3. 설계강우량에 대한 시간분포방법의 종류와 특징을 설명하시오. 104-4교시

문제) 6. 강우의 시간적, 공간적분포 방법. 제108-1회

문제) 3. Huff 4분위법에 대하여 설명하시오. 113-1

문제) 5. Huff 방법의  ① 분위 채택에 따른 홍수량 차이의 정도 및 원인, 분위채택 방법,

② 회귀식에 의한 분포의 끝부분이 심하게 굴곡되어지는 경우, 발생되는 문제점 및 개선방안을 설명하시오.

117-1

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1. 설계우량 주상도

  가. 강우의 시간분포

   ⑴ 목적 : 설계강우의 경우 시간분포를 알 수 없으므로 인위적으로 분포시키는 방법을 적용

   ⑵ 강우의 시간분포 방법 분류

     ① 임의배열 : Mononobe 방법(전, 중, 후), 초기학자들에 의해 연구

     ② IDF관계 이용 : 교호블럭(Alternating Block Method), Keifer & Chu

     ③ 누가우량관계곡선 : Huff의 4분법

     ④ 평균이동법 : Pilgrim & Cordery, Yen & Chow 방법(삼각형 분포)

     ⑤ 기타 : SCS

 

2. 설계우량 주상도 유도방법

  1.1) Mononobe방법

     ① 일최대우량을 가지고 Mononobe식에 대입

     ② 간편하고 적용이 쉬우나, 강우의 지속특성이 반영되지 않음

     ③ 설계강우량에 시간구간을 곱하여 설계강우량을 시간별로 분포시킴

 

     ④ 누가강우량의 분포가 결정되면 계산 시간간격 크기로 구간별 강우량을 산정

           ⇛ 이를 전진형, 중앙집중형, 후방위형 등의 형태로 재배치

     ⑤ 가장 큰 구간별 강우량을 중심에 배치하고 우측과 좌측에 다음으로 큰 구간별 강우량을

         순서대로 배열하는 중앙집중형 배치를 주로 채택함

1.2) 문제점

     ① 일반적으로 Mononobe 방법의 n값을 0.667(=2/3)로 고정하여 사용하고 있으나,

          이는 지역별 강우특성의 차이를 고려하지 못하는 문제점을 지니므로

          아래와 같은 방법으로 조정하여 지역별로 다르게 적용하여야 함

     ② 강우지속기간을 24시간 등으로 고정함에 따라 임계지속기간을 고려하기 어려운 문제점 등은 계속 존재

     (∵1일(O), 24시간(X))

    

2.1) Huff 방법

     ①  강우기록의 통계학적 분석을 통하여 제시된 무차원 누가곡선으로 강우를 분포시키는 방법

     ② ‘확률강우량도 개선 및 보완 연구(2011, 국토해양부)’에서 제시된

           1~4분위별로 확률 10~90%인 9가지 형태의 무차원누가곡선을 이용하여 누가강우량의 시간분포 결정

     ③ ‘확률강우량도 개선 및 보완 연구(2011, 국토해양부)’에서는 3분위를 실무적 안전측으로 제시

2.2) 절차

     ① 해당지역의 강우자료를 수집하여 각 호우별 강우주상도 작성

     ② 전체 강우지속시간을 1이라 설정하여 첨두우량이 발생하는 위치가

         0~25, 25~50, 50~75, 75~100%에 해당하는 강우사상군을 분류

     ③ 4개 구간으로 분류된 강우를 시간적으로 무차원화 시키기 위하여

        개개 강우의 누가지속기간과 이에 따른 강우량을 각각 백분율로 표시

     ④ 이와 같이 무차원 누가곡선을 이용하여 각 그룹에 속한 호우들을 100% 단위로 하여

         빈도확률(10% 확률간격)의 무차원 누가곡선을 작성함

     ⑤ 무차원 누가곡선을 이용하여 6차 다항식으로 회귀분석하여 회귀곡선을 결정

         (통상 중앙값에 해당하는 50% 발생빈도의 누가강우분포를 이용)

     ⑥ 강우지속시간별로 설계강우를 분포시킴

  2.3) 치수안전도 측면에서 Huff 분포의 특성

     ① Huff 분포형은 실측 강우기록을 통계처리한 것으로 실적호우사상에 의한 홍수량보다는 작게 산정되는 문제점

     ② 전체 강우지속기간에 대하여 하나의 무차원 누가곡선을 적용

          ⇛ 지속기간의 길이에 따른 특성이 전혀 고려되지 못하는 기본적인 문제점을 내포

     ③ 전체 강우지속기간에 대하여 하나의 무차원 누가곡선을 적용 ⇛ 지속기간도 무차원화

        ⓐ 지속기간⇑ ⇛ 첨두강우강도⇓ ⇛ 홍수량⇓

       ⓑ 지속기간⇓ ⇛ 첨두강우강도⇑ ⇛ 홍수량⇑

     ④ 평활화된 무차원 누가곡선은 단기간의 첨두강우량을 실제 확률강우량처럼 높게 표현할 수 없으므로

         소규모 유역의 첨두홍수량이 낮게 산정

         (∵임계지속기간의 도입으로 채택되는 강우지속기간이 증가되면서 다소 보완되지만 근본적인 해결은 되지 않음)

     ⑤ 호우의 규모에 상관없이 시간에 따른 강우량의 비율은 일정하다는 가정에 근거하여

         작은 규모의 호우사상도 다수 포함하여 평균하므로 홍수량 산정시 첨두부가 과소 산정될 수 있는 가능성을 가지고 있음

  

   3.1) 교호블럭 방법

     ① IDF곡선으로부터 설계주상도를 유도하는 방법

     ② 과거 일강우량 자료를 이용하여 강우자료가 없는 지역에서 이용할 수 있는 방법

     ③ 가능최대호우를 구축할 경우에도 사용할 수 있음

     ④ IDF곡선으로부터 작성되기 때문에 지속기간이 결정되면 강우강도와 재현기간을 고려할 수 있다는 장점이 있음

     ⑤ 그러나, 전체 지속기간이 정해지면 각각의 시간구간을 누가한 누가지속기간별로 동일한 재현기간을 가정하기 때문에

         실제 호우사상에 비해 첨두부의 비율이 커지는 경향을 보임

     ⑥ 교호블럭방법은 연속되는 모든 지속기간에 대하여 모두 특정 재현기간의 최대 조건으로 분포되는 방법이므로

         첨두홍수량을 과다 산정하는 단점

   3.2) 절차

     ① 확률강우량을 특정 재현기간에 대한 강우깊이-지속기간의 관계곡선을 작성

     ② 일정한 시간구간을 설정

     ③ 누가우량에서 일정 시간구간별로 빼어 각 시간구간별 우량을 결정

     ④ 시간구간별 우량을 임의로 배열

     ⑤ 일반적으로 가장 큰 강우깊이를 나타내는 시간을 중심으로 하여,

          좌, 우측에 다음으로 큰 강우깊이를 배열하는 중앙집중형(Centered Type)이 주로 이용되며,

          전방위형(Advanced Type)이나 후방위형(Delayed Type)도 가끔 이용

중앙집중형

 

  

   4.1) Yen & Chow (삼각형분포)

   5.1) Keifer-Chu방법(Chicago방법)

    

3. 결론

  ⑴ 완만하게 나타나는 Huff방법은 대규모 유역에서 적합도가 높음

  ⑵ 중규모 유역에서는 신중하게 선정

  ⑶ 첨두가 첨예하게 나타나는 Mononobe방법은 소규모 유역

  ⑷ 도시유역이나 소규모 지역에서 Yen & Chow 방법을 사용할 수 도 있음

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