KR101084679B1 - 유역 물순환 해석 방법 및 이를 이용한 시스템 - Google Patents

유역 물순환 해석 방법 및 이를 이용한 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101084679B1
KR101084679B1 KR1020090110446A KR20090110446A KR101084679B1 KR 101084679 B1 KR101084679 B1 KR 101084679B1 KR 1020090110446 A KR1020090110446 A KR 1020090110446A KR 20090110446 A KR20090110446 A KR 20090110446A KR 101084679 B1 KR101084679 B1 KR 101084679B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
water circulation
groundwater
soil
watershed
water
Prior art date
Application number
KR1020090110446A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20110053776A (ko
Inventor
김현준
노성진
Original Assignee
한국건설기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국건설기술연구원 filed Critical 한국건설기술연구원
Priority to KR1020090110446A priority Critical patent/KR101084679B1/ko
Publication of KR20110053776A publication Critical patent/KR20110053776A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101084679B1 publication Critical patent/KR101084679B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Systems or methods specially adapted for specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/10—Services
    • G06Q50/26—Government or public services
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations

Abstract

유역 물순환 해석 방법은 도시 개발 전, 후의 장기적인 유역 물순환 변화를 해석하는 것으로서 소유역별 증발산, 직접 유출, 중간 유출, 지하수 유출, 지하수 유동 등 각 물순환을 해석하고, 하천과 지하수의 상호 교환, 지하수 유출, 지하수 유동을 산정하여 소유역간 지하수 유동을 예측한다. 그리고, 유역 물순환 해석 시스템은 기상 정보 데이터 및 유역 특성 데이터를 저장하는 저장수단과, 각 물순환을 해석하고 소유역간 지하수 유동을 예측하는 중앙처리수단과, 각종 명령 입력 및 물순환 결과를 비교하는 인터페이스를 포함하는 입출력수단을 포함한다. 이와 같이 구성되는 유역 물순환 해석 방법 및 이를 이용한 시스템에 의하면, 하천 유량이나 지하수위 관측 자료가 부족한 지역에서도 장기적인 물순환 해석의 정확성을 크게 향상시킬 수 있고, 유역 내의 토지 이용 변화가 발생할 경우에도 물순환 영향을 정량적으로 예측할 수 있고, 그래픽과 테이블을 상호 연동한 통합 시스템에 의해 시간과 자원 소요를 최소화할 수 있는 이점이 있다.
유역 물순환, 지하수 유동, 매개변수, 수문 모델링

Description

유역 물순환 해석 방법 및 이를 이용한 시스템{METHOD FOR ASSESSING HYDROLOGIC CYCLE OF CATCHMENT AND THE SYSTEM FOR THAT}
본 발명은 도시 개발 전·후의 장기적인 유역 물순환(수문순환) 변화 해석 방법과 그 통합 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유역별 증발산, 직접 유출, 중간 유출, 지하수 유출, 유역간 지하수 유동을 해석하는 방법과 각 방법의 매개변수를 통합적으로 제어하고 관리하는 정보처리시스템에 관한 것이다.
도시 개발에 의해 불투수지역 확대, 하천부지의 축소, 산림 및 유수지의 감소 등이 급속히 진행되어 하천유량의 변화, 지하수위의 저하, 용수의 고갈, 생태계의 파괴 등이 발생되어 왔다.
도시지역은 도시형 수해발생, 갈수시의 급수안전도 저하, 평시 하천유량의 감소, 공공수역의 수질악화, 지하수 오염 등의 문제에 직면하고 있다. 개발이 수환경에 미치는 피해를 최소화하고 지속가능한 도시 환경을 구축하기 위해서는 도시개발의 영향을 평가하고 물순환 개선시설의 적절한 배치를 설계하기 위한 장기적이고 통합적인 물순환 해석이 필수적이다.
이러한 물순환 해석을 위해서는 유역의 물순환 변화를 해석하는 수문모델링 방법이 사용된다. "유역"이란 강수로 인하여 하천의 임의 단면에 위치한 단일 출구지점에 유출을 발생시키는 지역의 범위를 의미하고, "물순환"이란 수문순환이라고도 하며 지구상의 물이 강수의 형태로 지상에 떨어져 증발산에 의하여 대기중으로 돌아가고 침투, 하천유출 및 지하수 유출 등에 의하여 하천을 통하여 바다로 흘러가는 과정을 의미한다.
그러나, 대부분의 기존 수문모델링 방법은 홍수기 유출해석에 초점이 맞추어져 개발되었기 때문에 장기적인 물순환의 변화를 해석하고, 이에 대한 대응계획을 수립하기에 적절하지 않다.
가령, 종래기술에서는 물순환을 직접 해석하기보다는 강수량 및 하천 유량, 물사용량에 대한 자료를 바탕으로 연간 물수지를 추정하는 방식을 사용하였기 때문에 관측자료가 부족한 경우 물수지 계산이 사실상 불가능하였다.
또한, 강우-유출 과정을 직접 모델링하는 경우에서도 장기적이고 복합적인 물순환 모델링 보다는 호우시 단기간의 수질 예측이나 관리 등에 모델링의 주목적을 두고 극히 단순화된 방법으로 유역 유출을 모델링하였다.
따라서, 도시개발 및 산림 축소 등 유역 내부의 변화가 장기적인 물순환에 미치는 영향을 정량적으로 예측하고 유역 단위의 대책을 세우기에는 모델링의 방법론과 매개변수 결정, 물순환 결과의 신뢰성 측면에 있어 한계가 있었다.
즉, 장기 해석이 가능한 모델링 방법의 경우에도 모형의 매개변수가 현장에 서 실측을 통해 얻을 수 있는 종류가 아닌 개념적인 매개변수인 경우가 대부분이어서 해석 대상지역에 대한 하천 유량이나 지하수위에 대한 장기간의 측정 자료가 부족하면 해석의 정확도가 급격히 저하되는 문제점이 발생한다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 측정자료가 부족한 경우에도 정량적인 예측방법에 의해 장기적이고 복합적인 물순환 모델링을 할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 실측에 의한 매개변수로 예측되는 물순환 모델링 방법에 의해 정확한 물수지 계산을 하도록 하는 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명의 유역 물순환 해석 방법은 유역에 대한 정보를 이용하여 물순환 변화를 해석하기 위한 방법에 있어서, 각 소유역, 정션 및 아웃렛을 선정하고, 각 소유역 간의 연결관계를 지정하는 유역 선정단계; 선정된 소유역 별로 기준 증발산으로부터 실제 증발산을 산정하고, 유역을 투수 지역 노드 또는 불투수 지역 노드로 구분하고, 상기 기준 증발산 또는 상기 실제 증발산을 이용하여 유출 및 침투를 산정하여 각 유역별로 물순환 요소를 예측하는 물순환 요소 예측단계; 상기 물순환 요소에 근거하여 지하수 함양 및 하천과 지하수의 상호 교환 또는 지하수 유동을 산정하는 지하수 유동 예측단계:및 상기 물순환 요소 예측단계 및 상기 지하수 유동 예측단계에 의한 물순환 모델링 결과를 출력하는 물순환 모델링 출력단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 물순환 요소 예측단계는 Penman-Monteith 방법에 의해 상기 기준 증발산을 추정하고,
[수학식 1]
Figure 112009070252694-pat00001
[수학식 2]
Figure 112009070252694-pat00002
[수학식 3]
Figure 112009070252694-pat00003
[수학식 4]
Figure 112009070252694-pat00004
[수학식 5]
Figure 112009070252694-pat00005
[수학식 6]
Figure 112009070252694-pat00006
[수학식 7]
Figure 112009070252694-pat00007
[수학식 8]
Figure 112009070252694-pat00008
[수학식 9]
Figure 112009070252694-pat00009
(ET0 : 기준 증발산량, ETt : 식생면적률을 고려한 증발산, ETs : 토양수분을 고려한 증발산, ET : 실제 증발산량, LAI : 엽면적지수, Aratio of plant : 식생면적률, slocov : 토양표면 유기물질량, ε : 1.0e-10, θ : 토양수분 함양, θfc : 포장용수량(field capacity), θω : 위조점(wilting point), dsoil : 토양깊이, ETtemp, ETs1, ETs2, ETs3, ETs temp, Cov)를 이용하여 실제 증발산을 산정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 물순환 요소 예측단계는 Penman-Monteith 방법에 의해 기준 증발산을 추정하고, 기준 증발산과 실제 증발산 간의 상호관계를 나타내는 월별 계수가 주어진 경우에는
[수학식 10]
Figure 112009070252694-pat00010
(Cmonth : 월별 증발계수)
을 이용하여 실제 증발산을 산정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 물순환 요소 예측단계는 불투수 지역 노드에 있어서,
[수학식 11]
Figure 112009070252694-pat00011
(P : 강수량, ETimp : 불투수역 지면저류층으로부터의 증발량으로 실제증발산량(ET)과 동일, Dimp : 불투수역으로부터의 표면유출, Simp : 불투수역 지면저류층의 저류량)을 이용하여 불투수 지역 노드의 물순환 요소를 예측하는 것이 바람직하다.
본 발명의 물순환 요소 예측단계는 투수 지역 노드에 있어서,
[수학식 12]
Figure 112009070252694-pat00012
[수학식 13]
Figure 112009070252694-pat00013
[수학식 14]
Figure 112009070252694-pat00014
(S1 :지면저류층의 저류량, S2 : 표층토양내의 저류량, Sg : 지하수층 내 저류량, Ds : 표면유출량, E1 : 지면 저류층으로부터의 증발량으로서 지면저류량과 실제증발산량(ET)의 관계로부터 산정, E2 : 표층 토양내로부터의 증발량으로서 토양 내 저류량과 실제증발산량(ET)의 관계로부터 산정, P : 지층토양에의 침윤량(강수량), R : 지하수 함양량(강하침투량), I : 중간 유출량(측방침투류), Us : 지표면에의 복귀량, Dg : 지하수 유출량, Pα1, 표층토양에 침입하는 인공계 물 순환수량(관개수량(논의 경우만 해당)) 및 상수도 누수량 등의 합계, Pα2 : 대수층으로부터 뽑아지는 인공계 물 순환수량(우물 양수량, 하수도 관거에의 침입수량 등의 합계))를 이용하여 투수 지역 노드의 물순환 요소를 예측하는 것이 바람직하다.
본 발명의 지하수 함양량(R)은
[수학식 15]
Figure 112009070252694-pat00015
(K0 : 포화투수계수, Kr(θ) : 불포화투수계수, θ : 체적함수율(토양수분))
를 이용하여 산정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 중간유출량(측방침투류, I)은
[수학식 16]
Figure 112009070252694-pat00016
(I : 사면방향 측방유출, K0I : 사면방향 포화투수계수, Kr(θ) : 불포화투수계수, s : 사면경사)을 이용하여 산정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 노드별 물순환 요소 예측단계는 토양의 체적함수율이 포화함수율을 상회하는 경우, 지표면 상의 수심과 지면저류능을 비교하여 상기 지면저류능을 상회하는 부분의 수량은 복귀류로 보아 체적함수율 또는 웅덩이 저류를 갱신하는 것이 바람직하다.
본 발명의 지하수 유동 예측단계는 하천 수위가 그 부근의 지하수위보다 높은 경우에는
[수학식 17]
Figure 112009070252694-pat00017
을 이용하여 하천과 지하수의 상호교환을 산정하고,
하천 수위가 그 부근의 지하수위보다 낮은 경우에는
[수학식 18]
Figure 112009070252694-pat00018
을 이용하여 하천과 지하수의 상호교환을 산정하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 지하수 유동 예측단계는
[수학식 19]
Figure 112009070252694-pat00019
(Qg : 지하수유동, K0 : 대수층의 투수계수, ∂h/∂x : 지하수위경사, l : 분할 소유역 간의 접속선 길이, T : 유역 내의 평균 대수층의 길이)를 이용하여 각 소유역의 대수층간의 수분이동을 예측하는 것이 바람직하다.
본 발명의 유역 물순환 해석 시스템은 유역에 대한 정보를 이용하여 각 유역별로 물순환 요소를 예측하고 지하수 유동을 산정하여 물순환을 해석하는 상기 유역 물순환 해석방법에 의해 구현되는 시스템에 있어서, 기상자료 데이터 또는 유역특성 데이터를 포함하는 저장수단; 상기 저장수단에 저장된 데이터를 이용하여 각 소유역 별로 기준 증발산으로부터 실제 증발산을 산정하고 상기 기준 증발산 및 상기 실제 증발산을 이용하여 유출 및 침투를 산정하여 각 유역별로 물순환 요소를 예측하고, 지하수 함양 및 하천과 지하수의 상호 교환 또는 지하수 유동을 산정하여 물순환을 해석하는 중앙처리수단;및 상기 저장수단에 저장되는 데이터를 포함하는 데이터를 입력하고, 상기 중앙처리수단에 의해 산정되는 결과를 출력하는 입출력수단을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 저장수단은 강우, 온도, 풍속, 습도 또는 일사량을 포함하는 기상자료 데이터와, 유역면적, 경사, 토지이용, 토양, 지하수 또는 하천제원을 포함하는 유역특성 데이터를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 저장수단은 theta_per(토양수분), soil_th_per(토양층의 깊 이(m)), s_per(토양의 포화함수율), r_per(토양의 잔류함수율), FC_per(토양의 포장함수율), W_per(토양의 위조점), ks_per(연직방향 포화투수계수(mm/s)), ksi_per(사면방향 포화투수계수(mm/s)) 또는 mualem(Mualem 상수)을 포함하는 토양 매개변수 데이터; gwE(지하수위(m)), rivE(하천의 표고(m)), riv_th(하상의 두께(m)), ku_riv(하천 바닥의 투수계수(mm/s)), Area_riv(하천 바닥의 면적(㎢)), aqf_S(대수층의 저류계수), aqf_Top(대수층의 상단 표고(m)) 또는 aqf_Bot(대수층의 바닥 표고(m))을 포함하는 대수층 매개변수 데이터; ET_method(실제 증발산량을 산정하는 방법 선택 및 월별 환산계수), Weather station(기상관측소의 선정 및 각 관측소의 지배면적 비율(%)) 또는 solcov(토양표면 유기물질량)을 포함하는 기상 매개변수 데이터;및 Input aquifer slope(대수층의 평균경사), Node length(지하수 유동 노드까지의 평균거리(m)), Connection length(지하수 유동면이 접한 총길이(km)) 또는 Kgw(투수계수(m/s))을 포함하는 지하수 유동 매개변수 데이터를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 입출력수단은 유역에 대한 지리적 정보, 데이터를 입력하기 위한 아이콘 또는 상기 중앙처리수단에 의해 산정된 결과가 디스플레이되는 인터페이스 수단을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 인터페이스 수단은 모델링하고자 하는 유역에 대한 지리적정보가 표시되는 지리정보 뷰; 상기 지리정보 뷰 내의 각 지점을 포인팅하여 특성을 부여하기 위한 아이콘 뷰;및 각 유역에 대한 정보를 입력하기 위한 입력표시 뷰를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 지리정보 뷰는 각 유역을 표시하기 위한 노드(node); 상기 노드에서의 수량이 합류하는 정션(junction); 상기 노드와 상기 정션을 연결하기 위한 링크(link);및 각 노드에서의 수량이 최종합류하는 아웃렛(outlet)을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 아이콘 뷰는 상기 노드의 지형을 선택하기 위한 노드 아이콘; 상기 정션을 선택하기 위한 정션 아이콘; 상기 아웃렛을 선택하기 위한 아웃렛 아이콘; 상기 링크를 선택하기 위한 링크 아이콘;및 기상 정보를 선택하기 위한 기상 아이콘을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 입력표시 뷰는 상기 노드에 대한 데이터를 입력하기 위한 노드 입력바; 상기 정션에 대한 데이터를 입력하기 위한 정션 입력바; 상기 링크에 대한 데이터를 입력하기 위한 링크 입력바;및 기상 정보를 입력하기 위한 기상 입력바를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 지리정보 뷰는 전체 노드와 정션의 링크 관계를 나타내는 미니맵을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 인터페이스 수단은 상기 중앙처리수단에 의해 산출되는 총 유출 및 직접유출 결과, 토양 수분 및 증발산 결과, 지하수위 결과, 연간 물수지 출력 결과를 나타내는 것이 바람직하다.
이와 같은 본 발명에 의한 유역 물순환 해석 방법 및 이를 이용한 시스템에 의하면, 현장에서 실측가능한 매개변수를 이용하여 물순환 모델링이 가능하므로 하천 유량이나 지하수위 관측 자료가 부족한 지역에서도 장기적인 물순환 해석의 정확성을 크게 향상시킬 수 있고, 도시 개발 등과 같은 유역 내의 토지 이용 변화가 발생할 경우에도 매개변수의 수정을 통해 물순환 영향을 정량적으로 예측할 수 있고 그래픽과 테이블을 상호 연동한 통합 시스템을 통한 입출력 자료의 제어를 통해 모델링에 소요되는 시간과 자원 소요를 최소화할 수 있는 이점이 있다.
이하에서는 본 발명에 의한 유역 물순환 해석 방법 및 이를 이용한 시스템의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
본 발명은 현장에서 실측가능한 매개변수(투수계수, 토양 깊이, 대수층 깊이, 식생 특성)를 통해 도시지역, 산림지역, 논지역에서의 증발산, 직접 유출, 중간 유출, 지하수 유출, 지하수 유동 등 각 물순환 단계를 해석하고, 이를 이용하여 입력 자료의 연결 관계를 그래픽과 테이블 상호 연동을 통해 제어하는 방법을 제공한다.
본 발명은 실측가능한 매개변수(투수계수, 토양 깊이, 대수층 깊이, 식생 특성 등)를 통해 도시지역, 산림지역에서의 증발산, 직접 유출, 중간 유출, 지하수 유출, 지하수 유동 등 각 물순환 단계를 해석하는 방법과, 소(小)유역간 지하수와 하천 간의 상호 연동 및 지하수 유동을 해석하는 방법을 포함한다.
이하, 도 1 내지 도 20에 도시된 본 발명에 의한 유역 물순환 해석 방법 및 이를 이용한 시스템의 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 장기적인 물순환 변화 해석 방법과 이를 이용한 시스템에 대한 기능 블록도로서, 기상자료 및 유역특성 등에 대한 데이터 및 지리정보 데이터를 저장하는 저장수단(100), 상기 저장수단(100)에 저장된 데이터를 이용하여 증발산량을 산정하고 산정된 증발산량과 유출량 등을 기준으로 유역의 물순환요소를 산정하며 소유역간 지하수 유동을 예측하는 중앙처리수단(200)과, 상기 중앙처리수단(200)에 의해 산출된 물순환 결과 및 물순환 모델링 결과를 나타내는 입출력 수단(300)이 도시되어 있다.
그리고, 상기 입출력 수단(300)은 데이터를 입력하거나 상기 중앙처리수단(200)에 의해 산정된 모델링 결과를 모니터하기 위한 인터페이스 수단(400)을 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 저장수단(100)은 기상자료 데이터 및 유역특성 데이터를 포함한다. 상기 기상자료 데이터는 강수, 온도, 풍속, 습도, 일사량 등을 포함하고, 상기 유역특성 데이터는 유역면적, 경사, 토지이용, 토양, 지하수, 하천 제원 등을 포함한다.
상기 중앙처리수단(200)은 상기 저장수단(100)에 저장된 데이터를 이용하여 유역별 수문요소를 예측하고 유역간 지하수 유동을 예측한다. 유역별 수문요소 예측과정은 증발산, 불투수 지역 및 투수지역의 침투, 직접유출 및 중간유출(측방유출) 산정의 과정을 통해 이루어진다.
보다 구체적으로, 증발산량 산정과정은 토양과 식생피복으로부터의 증발, 증 산, 지표로부터의 증발을 모두 포함하는 기준증발산량 추정과, 이를 실제 증발산량으로 변환하는 과정을 통해 산정된다.
기준 증발산량 추정은 Penman-Monteith 방법을 사용하고, 실제 증발산량 변환과정은 토양 수분의 함양과 토양의 물리특성, 식생면적률을 고려한 다음의 수학식 1 내지 9의 과정을 적용한다.
Figure 112009070252694-pat00020
Figure 112009070252694-pat00021
Figure 112009070252694-pat00022
Figure 112009070252694-pat00023
Figure 112009070252694-pat00024
Figure 112009070252694-pat00025
Figure 112009070252694-pat00026
Figure 112009070252694-pat00027
Figure 112009070252694-pat00028
(ET0 : 기준 증발산량, ETt : 식생면적률을 고려한 증발산, ETs : 토양수분을 고려한 증발산, ET : 실제 증발산량, LAI : 엽면적지수, Aratio of plant : 식생면적률, slocov : 토양표면 유기물질량, ε : 1.0e-10, θ : 토양수분 함양, θfc : 포장용수량(field capacity), θω : 위조점(wilting point), dsoil : 토양깊이, ETtemp, ETs1, ETs2, ETs3, ETs temp, Cov)
만약, 기준 증발산량과 실제 증발산량 간의 상호관계를 나타내는 월별 계수가 주어진 경우에는 다음의 수학식 10을 적용하여 실제 증발산량을 산정할 수도 있 다.
Figure 112009070252694-pat00029
(Cmonth : 월별 증발계수)
이와 같이 기준 증발산량에 의해 실제 증발산량을 산정하면, 산정된 실제 증발산량을 이용하여 불투수지역 또는 투수지역의 물순환 요소를 산정한다. 산정 유역이 불투수 지역에 해당하는지 또는 투수지역에 해당하는지 여부는 저장수단(100)에 저장되어 있는 유역특성 데이터를 통해 결정한다.
먼저, 불투수 지역에 대한 물순환요소를 산정하는 방법에 대해 설명한다. 불투수 지역은 지표면에서 우수의 침투가 불가능한 지역을 의미하며, 도 2에 도시된바와 같이 불투수 지역의 물순환요소는 강수량(P), 증발산(ETimp), 표면유출(Dimp) 및 저류량(Simp)와 같은 요소에 의해 결정된다.
불투수 지역의 물순환 요소는 다음의 수학식 11에 의해 산정된다.
Figure 112009070252694-pat00030
(P : 강수량, ETimp : 불투수역 지면저류층으로부터의 증발량으로 실제증발산량(ET)과 동일, Dimp : 불투수역으로부터의 표면유출, Simp : 불투수역 지면저류층의 저류량)
수학식 11은 불투수지역의 물순환 요소를 산정할 때, 강수량과 지면저류능의 저류량을 비교하여 지면저류능의 저류량을 상회하는 부분의 수량을 지표면으로 유출시키는 방법이다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 잠재증발산량(기준 증발산량)으로부터 불투수역 지면저류층의 실제증발산량을 계산하고, 시간당 우량과 계산된 실제증발산량에 의해 웅덩이 저류를 계산함으로써 표면유출을 도출해낸다.
그리고, 투수지역은 지표면에서 우수의 침투가 가능한 지역을 의미하며 투수지역의 물순환요소는 지면저류층, 표층 토양층 및 지하수층으로 구분되며, 다음의 수학식 12 내지 14에 의해 각 층별 수문요소 이동을 산정한다.
Figure 112009070252694-pat00031
Figure 112009070252694-pat00032
Figure 112009070252694-pat00033
(S1 :지면저류층의 저류량, S2 : 표층토양내의 저류량, Sg : 지하수층 내 저류량, Ds : 표면유출량, E1 : 지면 저류층으로부터의 증발량으로서 지면저류량과 실제증발산량(ET)의 관계로부터 산정, E2 : 표층 토양내로부터의 증발량으로서 토양 내 저류량과 실제증발산량(ET)의 관계로부터 산정, P : 지층토양에의 침윤량(강수량), R : 지하수 함양량(강하침투량), I : 중간 유출량(측방침투류), Us : 지표면에의 복귀량, Dg : 지하수 유출량, Pα1, 표층토양에 침입하는 인공계 물 순환수량(관개수량(논의 경우만 해당)) 및 상수도 누수량 등의 합계, Pα2 : 대수층으로부터 뽑아지는 인공계 물 순환수량(우물 양수량, 하수도 관거에의 침입수량 등의 합계))
상기 계산과정은, 도 5에 도시된 바와 같이 잠재증발산량(기준 증발산량)을 통해 실제 증발산량을 계산하고, 계산된 실제 증발산량 및 시간당 우량/일우량에 의해 연직침투를 계산하여 강하침투량을 산정하고, 강하침투량에 의해 측방침투를 계산하여 중간유출을 산정하고, 중간유출량에 의해 복귀류를 계산하여 표면유출량을 산정하고, 표면유출량에 의해 지하수 유출을 산정한다.
상기 수학식 14에서의 지하수 함양량(R)은 다음의 과정을 통해 산정된다.
토양의 수분량이 중력에 의해 배수되지만 배수가 계속되어 함수율이 저하되면 토양의 불포화 투수계수가 작아져, 배수속도가 감소하게 된다. 여기에서는 이를 단순하게 구조화하기 위해 △T를 n등분하고 상태량(토양의 체적함수율)을 순차적으로 갱신하는 다음의 방법을 적용하여 효과적으로 계산할 수 있다.
① 토양의 함수율로부터 불포화 투수계수를 산정한다.
② dt(=△T/n)동안은 그 불포화 투수계수가 일정하게 유지되어 토양의 수분을 연직방향으로 흐르게 한다. 유속은 (불포화투수계수) × (1.0)으로 한다.
③ 토양함수량으로부터 배수량을 빼 토양의 체적함수율을 갱신한다.
④ ①로 돌아가 이 과정을 반복한다.
이와 같은 과정을 수학식으로 표현하면 아래의 수학식 15와 같다.
Figure 112009070252694-pat00034
(K0 : 포화투수계수, Kr(θ) : 불포화투수계수, θ : 체적함수율(토양수분))
상기 수학식 13에서의 중간 유출량(측방침투류, I)은 다음의 과정을 통해 산정된다.
토양 내에 침윤한 수분은 연직방향으로 중력배수 됨과 동시에 사면에 평행한 방향(사면방향)으로 유속 벡터를 발생시킨다. 유속 벡터에는 직접유출성분을 구성하는 빠른 중간류와 기저 유출을 구성하는 느린 중간류가 포함된다.
빠른 중간류는 토양 중의 대공극(동식물이 만드는 구멍 등)이나 토양 중에 발달한 균열이나 물길을 통하는 흐름이 주성분으로 파악되며, 파이프류 등으로 불린다. 한편, 느린 중간류는 토양층 내부를 일정하게 진행하는 침투류로서 측방침투 등으로 불린다.
사면방향의 흐름은 연직방향의 침투현상과 동시에 생기는데 모델화 시에는 간단화하기 위하여 연직방향의 침투를 먼저 계산하고, 그 상태로부터 사면방향의 흐름을 계산한다.
또한, 파이프류의 존재를 고려하여, 연직방향과 사면방향의 포화투수계수는 서로 다른 것으로 산정하고, 일반적으로 사면방향을 큰 값으로 산정한다. 계산방법은 아래와 같다
① 토양의 함수율로부터 불포화 투수계수(사면방향)를 산정한다.
② dt(=△T/n) 동안은 그 불포화투수계수가 계속되는 것으로 하여 유하량을 산정한다. 유속은 (불포화투수계수) × (사면경사)로 한다.
③ 토양함수량으로부터 유하량을 제외하고 토양의 체적함수율을 갱신한다.
④ ①로 돌아가 이 과정을 반복한다.
이와 같은 과정을 수학식으로 표현하면 아래의 수학식 16과 같다.
Figure 112009070252694-pat00035
(I : 사면방향 측방유출, K0I : 사면방향 포화투수계수, Kr(θ) : 불포화투수계수, s : 사면경사)
상기와 같이 중간 유출량(측방침투류)의 계산을 끝낸 단계에서 토양의 함수율이 포화함수율을 상회하는 경우에는 이를 복귀류로 판단하여 지표면류를 발생시킨다. 계산 방법은 다음과 같으며 계산 순서는 도 6에 도시된 바와 같다.
① 측방침투의 계산을 종료한 시점에서, 토양의 체적함수율과 포화함수율을 비교하여 토양의 체적함수율이 포화함수율을 상회하는 경우는 그 잔여분이 지표면으로 유출된다고 본다.
② 지표면상의 수심과 지면저류능(웅덩이 저류)을 비교하여 지면저류능을 상회하는 부분의 수량은 지표면으로 유출시킨다. 지표면으로 유출된 수량은 복귀류를 발생시키며 이로 인한 표면 유출이 발생된다.
③ 복귀류로 인한 표면유출량을 고려하면 체적함수율 및 웅덩이 저류가 갱신된다.
상기와 같은 방법에 의해, 상기 중앙처리수단(200)은 유역별로 수문요소를 예측한다. 유역별 수문요소가 예측되면, 상기 중앙처리수단(200)은 예측된 유역별 수문요소를 이용하여 유역간 지하수 유동을 예측한다.
지하수층과 하천 간의 수분 이동과 하천수위와 지하수위와의 상호관계는 다음의 식을 사용한다. [수학식17]은 하천수위가 그 부근의 지하수위보다 높은 경우이며, 하천수위가 그 부근의 지하수위보다 낮은 경우에는 [수학식18]을 사용한다.
즉, 지하수위가 하천보다 높은 경우는 토양의 투수계수에 따라 하천으로 유입되고 이와 반대로 하천수위가 지하수위보다 높은 경우에는 하천에서 대수층으로 흐름이 일어나게 된다. 단, 하천으로부터 지하수로의 함양은 하천에서 흘러가는 유량보다 많은 양이 함양되지 않도록 상한을 설정하며, 동시에 지하수위의 값도 [수학식17]을 이용하여 갱신한다.
Figure 112009070252694-pat00036
Figure 112009070252694-pat00037
(Qd : 하천에의 침루 또는 하천으로부터의 함양, k0 : 하상재료 포화투수계수, Abed : 하천의 침윤면적, h : 하천의 수위, bbed : 하상재료두께, Hrivbed : 하상표고)
각 소유역의 대수층간의 수분이동을 통한 지하수위 유동은 소유역을 지하수 함양 유역과 유출 기여역으로 분할하고 각각 분할된 지역의 유역 경사나 접속선 길이, 투수계수 등 측정 가능한 매개변수를 통해 다음의 식을 이용하여 산정할 수 있다.
Figure 112009070252694-pat00038
(Qg : 지하수유동, K0 : 대수층의 투수계수, ∂h/∂x : 지하수위경사, l : 분할 소유역 간의 접속선 길이, T : 유역 내의 평균 대수층의 길이)
상기와 같이 노드 간 지하수 유동을 고려함으로 인해 장기적인 물순환 예측의 정확도를 향상시킬 있으며, 현장에서 측정가능하거나 지리정보시스템을 통해 간단히 얻을 수 있는 매개변수를 사용함으로써 모델의 가용성을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 유역 물순환 해석 방법 및 이를 이용한 시스템의 작용을 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명에 의한 유역 물순환 해석 방법을 이용한 시스템의 입출력수단(300)에 구비되는 인터페이스 화면(400)이 도 7에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 시스템을 구현하기 위한 인터페이스는 지리정보 뷰(410), 아이콘 뷰(420) 및 입력표시 뷰(430)를 포함한다.
상기 지리정보 뷰(410)는 모델링하고자 하는 유역이 포함된 지역에 대한 지리적 정보가 표시되는 부분으로서, 지도 상에 지형, 도로, 위치 등이 상세하게 표시된다.
상기 지리정보 뷰(410)에는 각 유역을 표시하기 위한 노드(node)(411), 상기 노드(411)에서의 수량이 합류하는 정션(junction)(413), 상기 노드(411)와 정션(413)을 연결하기 위한 링크(link)(415) 및 각 노드(411)에서의 수량이 최종 합류하는 아웃렛(outlet)(417)이 도시되어 있다.
그리고, 상기 지리정보 뷰(410)는 전체 유역(노드)과 정션의 링크관계를 나타내는 미니맵(419)을 포함한다.
상기 아이콘 뷰(420)는, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 지리정보 뷰(410)의 각 지점을 포인팅하기 위한 어트리뷰트 아이콘(421), 각 노드(411)의 지형을 선택하기 위한 노드 아이콘(422), 상기 정션(413)을 선택하기 위한 정션 아이콘(423), 상기 아웃렛(417)을 선택하기 위한 아웃렛 아이콘(424), 상기 링크(415)를 선택하기 위한 링크 아이콘(425), 기상 정보를 선택하기 위한 기상 아이콘(426) 및 각 뷰를 핸들링하기 위한 동작 아이콘(427)을 포함한다.
상기 입력표시 뷰(430)는 유역에 대한 각종 데이터를 입력하기 위한 것으로서, 노드 입력바(431), 정션 입력바(433), 링크 입력바(435) 및 기상 입력바(437)를 포함한다.
그리고, 상기 입력표시 뷰(430)에 의해 입력할 수 있는 제원이 도 9 내지 도 13에 도시되어 있다. 도 9에는 노드 별 특성을 입력하기 위한 노드 특성 입력창이 도시되어 있다.
상기 노드 특성 입력창에 입력되는 제원은 Name(소유역의 이름), Descript( 소유역에 대한 설명), Area(소유역의 면적(㎢)), Slope(소유역의 평균경사(%)), Aratio_imp(불투수지역의 면적비율(%)), Aratio_per(투수지역의 면적비율(%)), Plant_share(투수지역의 식생면적비율(%)), depC_imp(불투수지역의 지표면 저류깊이(mm)), depC_per(투수지역의 지표면 저류깊이(mm))이다.
도 10에는 토양에 대한 매개변수를 입력하기 위한 토양 매개변수 입력창이 도시되어 있다. 상기 토양 매개변수 입력창에 입력되는 제원은 theta_per(토양수분), soil_th_per(토양층의 깊이(m)), s_per(토양의 포화함수율), r_per(토양의 잔류함수율), FC_per(토양의 포장함수율), W_per(토양의 위조점), ks_per(연직방향 포화투수계수(mm/s)), ksi_per(사면방향 포화투수계수(mm/s)), mualem(Mualem 상수)이다.
도 11에는 대수층에 대한 매개변수를 입력하기 위한 대수층 매개변수 입력창이 도시되어 있다. 상기 대수층 매개변수 입력창에 입력되는 제원은 gwE(지하수위(m)), rivE(하천의 표고(m)), riv_th(하상의 두께(m)), ku_riv(하천 바닥의 투수계수(mm/s)), Area_riv(하천 바닥의 면적(㎢)), aqf_S(대수층의 저류계수), aqf_Top(대수층의 상단 표고(m)), aqf_Bot(대수층의 바닥 표고(m))이다.
도 12에는 기상에 대한 매개변수를 입력하기 위한 기상 매개변수 입력창이 도시되어 있다. 상기 기상 매개변수 입력창에 입력되는 제원은 ET_method(실제 증발산량을 산정하는 방법 선택 및 월별 환산계수), Weather station(기상관측소의 선정 및 각 관측소의 지배면적 비율(%)), solcov(토양표면 유기물질량)이다.
도 13에는 지하수 유동에 대한 매개변수를 입력하기 위한 지하수 유동 매개변수 입력창이 도시되어 있다. 상기 지하수 유동 매개변수 입력창에 입력되는 제원은 Input aquifer slope(대수층의 평균경사), Node length(지하수 유동 노드까지의 평균거리(m)), Connection length(지하수 유동면이 접한 총길이(km)), Kgw(투수계수(m/s))이다.
상기와 같이 입력되는 데이터에 의해 결과가 도 14에 도시된 인터페이스에 도시되어 있다. 그리고, 도 15에는 본 발명에 의한 시스템에 의해 모델링 하기 위한 기간을 설정하기 위한 인터페이스가 도시되어 있다.
위와 같은 방법에 의해 상기 저장수단(100)에 기상자료 데이터 및 유역특성 데이터 등이 저장되면, 사용자는 모델링하고자 하는 유역과 각 유역별 연결관계를 지정한다.
상기 아이콘 뷰(420)를 이용하여 상기 지리정보 뷰(410)에 각 노드(411)와, 각 노드(411)의 유수가 합류하는 정션(413)과, 최종 합류 지점인 아웃렛(417)을 지정하고, 각 노드(411), 정션(413) 및 아웃렛(417)의 링크(415)를 표시한다.
유역 및 각 유역별 연결관계의 지정이 완료되면, 상기 중앙처리수단(200)은 유역별 수문요소를 예측하고 유역간 지하수 유동을 예측한다.
상기에서 설명한 바와 같이, 먼저 각 유역별 증발산량을 산정한다. 증발산량은 기준 증발산량과 실제 증발산량을 산정하는데, 기준 증발산량은 Penman-Monteith 방법에 의해 산정하고, 실제 증발산량은 산정된 기준 증발산량 및 수학식 1 내지 9에 의해 산정한다. 이때, 기준 증발사량과 실제 증발산량의 상호관계를 나타내는 월별계수가 주어진 경우에는 수학식 10을 이용한다.
각 유역별 증발산량이 산정되면, 해당 유역이 투수 지역인지 불투수 지역인지를 결정한다. 이는 상기 저장수단(100)에 저장되어 있는 유역특성 데이터를 이용하여 결정한다.
해당유역이 불투수 지역에 해당하는 경우, 수학식 11에 의해 불투수 지역의 물순환 요소를 산정한다. 그리고, 해당유역이 투수 지역인 경우에는 수학식 12 내지 수학식 14에 의해 투수 지역의 물순환 요소를 산정한다.
이때, 지하수 함양량(R)은 수학식 15에 의해 산정하고, 측방유출(I)은 수학식 16에 의해 산정하며, 복귀류(Us)는 도 6에 도시된 방법에 의해 산정한다.
상기와 같이, 각 유역별 수문요소가 산정되면, 상기 중앙처리수단(200)은 예측된 유역별 수문요소를 이용하여 유역간 지하수 유동을 예측한다. 지하수층과 하천 간의 수분이동과 하천수위와 지하수위와의 상호관계는 수학식 17 및 수학식 18에 의해 산정할 수 있고, 각 소유역의 대수층간의 수분이동을 통한 지하수위 유동은 수학식 19에 의해 산정할 수 있다.
이와 같은 방법에 의해, 각 유역별 물순환 요소 및 유역간 지하수 유동량이 예측된 결과가 도 16 내지 도 20에 도시되어 있다.
도 16에는 본 발명의 시스템에 의해 산출되는 총 유출 및 직접 유출 결과가 도시되어 있다. 좌측 상단의 노드 뷰에서 아웃렛을 선정하고, 필드 창에서 flow_total과 flow_sf를 선택한 후 Add를 하면 하단에 선택된 field가 표시되며 우 측의 그래프 창에 선택된 field의 값들이 도시된다.
도 17에는 토양 수분 및 증발산 결과가 도시되어 있다.좌측 상단의 Node 뷰에서 Urban을 선정하고, Field 창에서, ET와 theta_per를 선택한 후 Add를 하면 하단에 선택된 field가 표시되며 우측의 그래프 창에 선택된 field의 값들이 도시된다.
도 18에는 지하수위 결과가 도시되어 있으며, 도 19에는 강우 및 지하수 함양 결과가 도시되어 있다. 그리고, 도 20에는 연간 물수지 출력 결과가 도시되어 있다. 연간 물수지 출력 결과는 각 노드에서 수문성분별(강우량, 증발산량, 유출량, 지하수 함양량 등)을 연도별로 합산하여 표로 제시함으로써 물수지의 비교가 용이하다.
이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 후술하는 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.
위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 유역 물순환 해석 방법 및 이를 이용한 시스템에 의하면 다음과 같은 이점이 있다.
현장에서 실측가능한 매개변수를 이용하여 물순환 모델링이 가능하므로 하천 유량이나 지하수위 관측 자료가 부족한 지역에서도 장기적인 물순환 해석의 정확성을 크게 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
그리고, 도시 개발 등과 같은 유역 내의 토지 이용 변화가 발생할 경우에도 매개변수의 수정을 통해 물순환 영향을 정량적으로 예측할 수 있고 그래픽과 테이블을 상호 연동한 통합 시스템을 통한 입출력 자료의 제어를 통해 모델링에 소요되는 시간과 자원 소요를 최소화할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 유역 물순환 해석 시스템에 대한 바람직한 실시예에 따른 기능 블록도.
도 2는 본 발명에 의한 유역 물순환 해석방법에서 불투수 지역에 대한 물순환 요소의 모델링 방법을 나타낸 개념도.
도 3은 본 발명에 의한 유역 물순환 해석방법에서 불투수 지역에 대한 물순환 요소의 계산 방법을 나타낸 계산 순서도..
도 4는 본 발명에 의한 유역 물순환 해석방법에서 투수 지역에 대한 물순환 요소의 모델링 방법을 나타낸 개념도.
도 5는 본 발명에 의한 유역 물순환 해석방법에서 투수 지역에 대한 물순환 요소의 계산 방법을 나타낸 계산 순서도..
도 6은 본 발명에 의한 유역 물순환 해석방법에서 복귀류에 대한 계산 방법을 나타낸 계산 순서도.
도 7은 본 발명에 의한 유역 물순환 해석 시스템의 메인 인터페이스를 보인 화면도.
도 8은 본 발명에 의한 유역 물순환 해석 시스템의 아이콘 뷰를 보인 화면도.
도 9 내지 도 13은 본 발명에 의한 유역 물순환 해석 시스템의 매개변수 입력창을 보인 화면도.
도 14는 본 발명에 의한 유역 물순환 해석 시스템의 매개변수가 입력된 테이 블을 보인 화면도.
도 15는 본 발명에 의한 유역 물순환 해석 시스템의 모델링 기간 설정을 위한 입력창을 보인 화면도.
도 16은 본 발명에 의한 유역 물순환 해석 시스템에 의한 총 유출 및 직접유출 결과를 보인 화면도.
도 17은 본 발명에 의한 유역 물순환 해석 시스템에 의한 토양수분 및 증발산 결과를 보인 화면도.
도 18은 본 발명에 의한 유역 물순환 해석 시스템에 의한 지하수위 결과를 보인 화면도.
도 19는 본 발명에 의한 유역 물순환 해석 시스템에 의한 강우 및 지하수 함양 결과를 보인 화면도.
도 20은 본 발명에 의한 유역 물순환 해석 시스템에 의한 연간 물수지 출력 결과를 보인 화면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *
100 : 저장수단 200 : 중앙처리수단
300 : 입출력수단 400 : 인터페이스 수단
410 : 지리정보 뷰 420 : 아이콘 뷰
430 : 입력표시 뷰

Claims (20)

  1. 유역에 대한 정보를 이용하여 물순환 변화를 해석하기 위한 방법에 있어서,
    각 소유역, 정션 및 아웃렛을 선정하고, 각 소유역 간의 연결관계를 지정하는 유역 선정단계;
    선정된 소유역 별로 기준 증발산으로부터 실제 증발산을 산정하고, 유역을 투수 지역 노드 또는 불투수 지역 노드로 구분하고, 상기 기준 증발산 또는 상기 실제 증발산을 이용하여 유출 및 침투를 산정하여 각 유역별로 물순환 요소를 예측하는 물순환 요소 예측단계;
    상기 물순환 요소에 근거하여 지하수 함양 및 하천과 지하수의 상호 교환 또는 지하수 유동을 산정하는 지하수 유동 예측단계:및
    상기 물순환 요소 예측단계 및 상기 지하수 유동 예측단계에 의한 물순환 모델링 결과를 출력하는 물순환 모델링 출력단계를 포함하고,
    상기 물순환 요소 예측단계는
    투수 지역 노드에 있어서,
    [수학식 12]
    Figure 112011035982878-pat00078
    [수학식 13]
    Figure 112011035982878-pat00079
    [수학식 14]
    Figure 112011035982878-pat00080
    (S1 :지면저류층의 저류량, S2 : 표층토양내의 저류량, Sg : 지하수층 내 저류량, Ds : 표면유출량, E1 : 지면 저류층으로부터의 증발량으로서 지면저류량과 실제증발산량(ET)의 관계로부터 산정, E2 : 표층 토양내로부터의 증발량으로서 토양 내 저류량과 실제증발산량(ET)의 관계로부터 산정, P : 지층토양에의 침윤량(강수량), R : 지하수 함양량(강하침투량), I : 중간 유출량(측방침투류), Us : 지표면에의 복귀량, Dg : 지하수 유출량, Pα1, 표층토양에 침입하는 인공계 물 순환수량(관개수량(논의 경우만 해당)) 및 상수도 누수량 등의 합계, Pα2 : 대수층으로부터 뽑아지는 인공계 물 순환수량(우물 양수량, 하수도 관거에의 침입수량 등의 합계))
    를 이용하여 투수 지역 노드의 물순환 요소를 예측하고,
    상기 중간유출량(측방침투류, I)은
    [수학식 16]
    Figure 112011035982878-pat00081
    (I : 사면방향 측방유출, K0I : 사면방향 포화투수계수, Kr(θ) : 불포화투수계수, s : 사면경사)
    을 이용하여 산정하는
    유역 물순환 해석 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 물순환 요소 예측단계는
    Penman-Monteith 방법에 의해 상기 기준 증발산을 추정하고,
    [수학식 1]
    Figure 112009070252694-pat00039
    [수학식 2]
    Figure 112009070252694-pat00040
    [수학식 3]
    Figure 112009070252694-pat00041
    [수학식 4]
    Figure 112009070252694-pat00042
    [수학식 5]
    Figure 112009070252694-pat00043
    [수학식 6]
    Figure 112009070252694-pat00044
    [수학식 7]
    Figure 112009070252694-pat00045
    [수학식 8]
    Figure 112009070252694-pat00046
    [수학식 9]
    Figure 112009070252694-pat00047
    (ET0 : 기준 증발산량, ETt : 식생면적률을 고려한 증발산, ETs : 토양수분을 고려한 증발산, ET : 실제 증발산량, LAI : 엽면적지수, Aratio of plant : 식생면적률, slocov : 토양표면 유기물질량, ε : 1.0e-10, θ : 토양수분 함양, θfc : 포장용수량(field capacity), θω : 위조점(wilting point), dsoil : 토양깊이, ETtemp, ETs1, ETs2, ETs3, ETs temp, Cov)
    를 이용하여 실제 증발산을 산정하는
    유역 물순환 해석 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 물순환 요소 예측단계는
    Penman-Monteith 방법에 의해 기준 증발산을 추정하고,
    기준 증발산과 실제 증발산 간의 상호관계를 나타내는 월별 계수가 주어진 경우에는
    [수학식 10]
    Figure 112009070252694-pat00048
    (Cmonth : 월별 증발계수)
    을 이용하여 실제 증발산을 산정하는
    유역 물순환 해석 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 물순환 요소 예측단계는
    불투수 지역 노드에 있어서,
    [수학식 11]
    Figure 112009070252694-pat00049
    (P : 강수량, ETimp : 불투수역 지면저류층으로부터의 증발량으로 실제증발산량(ET)과 동일, Dimp : 불투수역으로부터의 표면유출, Simp : 불투수역 지면저류층의 저류량)
    을 이용하여 불투수 지역 노드의 물순환 요소를 예측하는
    유역 물순환 해석 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 지하수 함양량(R)은
    [수학식 15]
    Figure 112011035982878-pat00053
    (K0 : 포화투수계수, Kr(θ) : 불포화투수계수, θ : 체적함수율(토양수분))
    를 이용하여 산정하는
    유역 물순환 해석 방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 노드별 물순환 요소 예측단계는
    토양의 체적함수율이 포화함수율을 상회하는 경우, 지표면 상의 수심과 지면저류능을 비교하여 상기 지면저류능을 상회하는 부분의 수량은 복귀류로 보아 체적함수율 또는 웅덩이 저류를 갱신하는
    유역 물순환 해석 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 지하수 유동 예측단계는
    하천 수위가 그 부근의 지하수위보다 높은 경우에는
    [수학식 17]
    Figure 112009070252694-pat00055
    을 이용하여 하천과 지하수의 상호교환을 산정하고,
    하천 수위가 그 부근의 지하수위보다 낮은 경우에는
    [수학식 18]
    Figure 112009070252694-pat00056
    을 이용하여 하천과 지하수의 상호교환을 산정하는 단계를 포함하는
    유역 물순환 해석 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 지하수 유동 예측단계는
    [수학식 19]
    Figure 112009070252694-pat00057
    (Qg : 지하수유동, K0 : 대수층의 투수계수, ∂h/∂x : 지하수위경사, l : 분할 소유역 간의 접속선 길이, T : 유역 내의 평균 대수층의 길이)
    를 이용하여 각 소유역의 대수층간의 수분이동을 예측하는
    유역 물순환 해석 방법.
  11. 유역에 대한 정보를 이용하여 각 유역별로 물순환 요소를 예측하고 지하수 유동을 산정하여 물순환을 해석하는, 제1항 내지 제4항, 제6항, 및 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 의한 유역 물순환 해석방법에 의해 구현되는 시스템에 있어서,
    기상자료 데이터 또는 유역특성 데이터를 포함하는 저장수단;
    상기 저장수단에 저장된 데이터를 이용하여 각 소유역 별로 기준 증발산으로부터 실제 증발산을 산정하고 상기 기준 증발산 및 상기 실제 증발산을 이용하여 유출 및 침투를 산정하여 각 유역별로 물순환 요소를 예측하고, 지하수 함양 및 하천과 지하수의 상호 교환 또는 지하수 유동을 산정하여 물순환을 해석하는 중앙처리수단;및
    상기 저장수단에 저장되는 데이터를 포함하는 데이터를 입력하고, 상기 중앙처리수단에 의해 산정되는 결과를 출력하는 입출력수단을 포함하는
    유역 물순환 해석 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 저장수단은
    강우, 온도, 풍속, 습도 또는 일사량을 포함하는 기상자료 데이터와,
    유역면적, 경사, 토지이용, 토양, 지하수 또는 하천제원을 포함하는 유역특성 데이터를 포함하는
    유역 물순환 해석 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 저장수단은
    theta_per(토양수분), soil_th_per(토양층의 깊이(m)), s_per(토양의 포화함수율), r_per(토양의 잔류함수율), FC_per(토양의 포장함수율), W_per(토양의 위조점), ks_per(연직방향 포화투수계수(mm/s)), ksi_per(사면방향 포화투수계수(mm/s)) 또는 mualem(Mualem 상수)을 포함하는 토양 매개변수 데이터;
    gwE(지하수위(m)), rivE(하천의 표고(m)), riv_th(하상의 두께(m)), ku_riv(하천 바닥의 투수계수(mm/s)), Area_riv(하천 바닥의 면적(㎢)), aqf_S(대수층의 저류계수), aqf_Top(대수층의 상단 표고(m)) 또는 aqf_Bot(대수층의 바닥 표고(m))을 포함하는 대수층 매개변수 데이터;
    ET_method(실제 증발산량을 산정하는 방법 선택 및 월별 환산계수), Weather station(기상관측소의 선정 및 각 관측소의 지배면적 비율(%)) 또는 solcov(토양표면 유기물질량)을 포함하는 기상 매개변수 데이터;및
    Input aquifer slope(대수층의 평균경사), Node length(지하수 유동 노드까지의 평균거리(m)), Connection length(지하수 유동면이 접한 총길이(km)) 또는 Kgw(투수계수(m/s))을 포함하는 지하수 유동 매개변수 데이터를 포함하는
    유역 물순환 해석 시스템.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 입출력수단은
    유역에 대한 지리적 정보, 데이터를 입력하기 위한 아이콘 또는 상기 중앙처리수단에 의해 산정된 결과가 디스플레이되는 인터페이스 수단을 포함하는
    유역 물순환 해석 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 인터페이스 수단은
    모델링하고자 하는 유역에 대한 지리적정보가 표시되는 지리정보 뷰;
    상기 지리정보 뷰 내의 각 지점을 포인팅하여 특성을 부여하기 위한 아이콘 뷰;및
    각 유역에 대한 정보를 입력하기 위한 입력표시 뷰를 포함하는
    유역 물순환 해석 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 지리정보 뷰는
    각 유역을 표시하기 위한 노드(node);
    상기 노드에서의 수량이 합류하는 정션(junction);
    상기 노드와 상기 정션을 연결하기 위한 링크(link);및
    각 노드에서의 수량이 최종합류하는 아웃렛(outlet)을 포함하는
    유역 물순환 해석 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 아이콘 뷰는
    상기 노드의 지형을 선택하기 위한 노드 아이콘;
    상기 정션을 선택하기 위한 정션 아이콘;
    상기 아웃렛을 선택하기 위한 아웃렛 아이콘;
    상기 링크를 선택하기 위한 링크 아이콘;및
    기상 정보를 선택하기 위한 기상 아이콘을 포함하는
    유역 물순환 해석 시스템.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 입력표시 뷰는
    상기 노드에 대한 데이터를 입력하기 위한 노드 입력바;
    상기 정션에 대한 데이터를 입력하기 위한 정션 입력바;
    상기 링크에 대한 데이터를 입력하기 위한 링크 입력바;및
    기상 정보를 입력하기 위한 기상 입력바를 포함하는
    유역 물순환 해석 시스템.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 지리정보 뷰는
    전체 노드와 정션의 링크 관계를 나타내는 미니맵을 포함하는
    유역 물순환 해석 시스템.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 인터페이스 수단은
    상기 중앙처리수단에 의해 산출되는 총 유출 및 직접유출 결과, 토양 수분 및 증발산 결과, 지하수위 결과, 연간 물수지 출력 결과를 나타내는
    유역 물순환 해석 시스템.
KR1020090110446A 2009-11-16 2009-11-16 유역 물순환 해석 방법 및 이를 이용한 시스템 KR101084679B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090110446A KR101084679B1 (ko) 2009-11-16 2009-11-16 유역 물순환 해석 방법 및 이를 이용한 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090110446A KR101084679B1 (ko) 2009-11-16 2009-11-16 유역 물순환 해석 방법 및 이를 이용한 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110053776A KR20110053776A (ko) 2011-05-24
KR101084679B1 true KR101084679B1 (ko) 2011-11-22

Family

ID=44363217

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090110446A KR101084679B1 (ko) 2009-11-16 2009-11-16 유역 물순환 해석 방법 및 이를 이용한 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101084679B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101540355B1 (ko) * 2015-01-30 2015-07-30 서울대학교산학협력단 강우 및 공간 유형에 따른 저영향개발 기법의 물순환 회복 효과 분석 시스템 및 방법

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104537436B (zh) * 2014-12-18 2017-11-10 大连理工大学 一种地区小水电发电能力预测方法
CN112529239B (zh) * 2020-04-30 2023-10-27 中国科学院地球化学研究所 一种监测植被水源涵养量变化的方法
TW202331630A (zh) * 2021-12-22 2023-08-01 日商三得利控股股份有限公司 資訊處理裝置、水平衡資訊取得方法以及程式

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101540355B1 (ko) * 2015-01-30 2015-07-30 서울대학교산학협력단 강우 및 공간 유형에 따른 저영향개발 기법의 물순환 회복 효과 분석 시스템 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20110053776A (ko) 2011-05-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Glendenning et al. Balancing watershed and local scale impacts of rain water harvesting in India—A review
Liu et al. Flood modeling for complex terrain using GIS and remote sensed information
Bahremand et al. WetSpa model application for assessing reforestation impacts on floods in Margecany–Hornad Watershed, Slovakia
CN109492259A (zh) 一种城市水文模拟系统
Fleury et al. Karst flash-flood forecasting in the city of Nîmes (southern France)
Ashraf et al. Impacts of climate and land-use change on groundwater recharge in the semi-arid lower Ravi River basin, Pakistan
Helmi et al. Developing a modeling tool to allocate Low Impact Development practices in a cost-optimized method
KR101084679B1 (ko) 유역 물순환 해석 방법 및 이를 이용한 시스템
Sardo et al. A system dynamic approach for reservoir impact assessment on groundwater aquifer considering climate change scenario
Soulis et al. A framework for hydrological modelling in MAGS
Matondo et al. Estimation of the impact of climate change on hydrology and water resources in Swaziland
Mozzi et al. Hydrologic assessment of check dam performances in semi-arid areas: a case study from Gujarat, India
Jyrkama et al. Impact of climate change on groundwater
Goldshleger et al. Generalising urban runoff and street network density relationship: A hydrological and remote-sensing case study in Israel
Sugita et al. Limiting factors for nomadic pastoralism in Mongolian steppe: A hydrologic perspective
KR101169712B1 (ko) 분산형 물순환 개선시설에 의한 물순환 통합 관리 시스템 및 이를 이용한 관리 방법
Choi et al. Evaluation of water supply capacity of a small forested basin water supply facilities using SWAT model and flow recession curve
Chitsazan et al. Impact of artificial recharge on groundwater recharge estimated by groundwater modeling (case study: Jarmeh flood spreading, Iran)
Bahremand et al. Application of WetSpa model for assessing land use impacts on floods in the Margecany–Hornad watershed, Slovakia
Rokaya Modeling the impacts of LULC change on Runoff and Sediment yield of Bagmati River Basin in Kathmandu Valley
Beilfuss et al. Long-term plan for hydrological research: adaptive management of water resources at Gorongosa National Park
Riddell et al. Quantification of transmission loss processes along the Letaba River
Basnayaka Impacts of land developments and land use changes on urban stormwater management
Bato et al. A physically-based model for simulating runoff of Lagawe River sub-watershed, Ifugao, Philippines.
Armanuos et al. Impact of Climate Changes on Seawater Intrusion in the Nile Delta Aquifer (Egypt)

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141031

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160128

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161101

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171101

Year of fee payment: 7