유역기반의 수문, 수리, 침식 및 유사이동 모의를 위한 통합모델

Abstract

본 연구에서는 수문과정들은 물론 수리흐름, 침식, 및 유사이동 현상들도 동시에 모의할 수 있는 통합모델을 제시하였다. 개발된 이 모델은 tRIBS-FEaST 모델로 명명되었으며, 차단, 증발산, 침투, 유출, 지하수의 동적모의 등의 여러 수문현상들을 고려함과 동시에, 흐름의 움직임에 대한 Saint-Venant 방정식과 침식 및 유사이송에 대한 Hairsine-Rose 방정식을 함께 계산할 수 있도록 하였다. 개발된 통합모형은 최근 수로에서 수행된 실험결과값과 성공적으로 비교 검증되었으며, 실험에서 측정하기 힘든 공간분포에 대한 결과로부터,동일한 양의 강우에 대해 입자들의 농도와 퇴적량의 크기는 초기와 말기의 경우 매우 상이하다는 사실을 발견하였다. 이는 같은 지형,같은 토양 조건에서 동일한 강우나 유출에 대한 침식 퇴적 작용의 반응은 항상 동일하지 않다는 non-uniqueness 현상과 일치하며, 양과 구성에 있어 퇴적층의 시간적 변화가 이 현상의 원인이 될 수 있다는 가설을 제시하였다. 유역연구의 자료가 충분히 존재하여 후속연구가 수행된다면 본 연구에서 제안된 가설을 검증할 수 있을 것이며, 경계조건이 존재하지 않아 미래의 기후조건에 대해 모의를 수행할 수 없었던 수리학적 침식모형들을 보완하여 유용하게 사용될 수 있을 것이다.In this study, a combined model that is simultaneously capable of considering hydrological processes, flow dynamics, erosion and sedimenttransport is presented. The developed model, called tRIBS-FEaST, not only solves many hydrologic processes such as interception, evapo-transpiration, infiltration, runoff production, and groundwater dynamics, but computes two governing equations: the Saint-Venant flow andHairsine-Rose erosion and sediment transport equations. The predictions of the combined model are compared and verified with the mea-surements of an experimental flume study with a satisfactory accuracy. The spatial distributions of morphological variables also provide aninteresting result, i.e., even the same amount of rainfall can vary the concentrations and deposited masses of each particle size depending onthe early and late time addressed. This phenomenon is consistent with "non-uniqueness" that morphologic response to given rainfall or run-off is not always identical. A hypothesis suggested in this study is that the deposited layer in which the amount and composition of the layeris continuously changing can be one of the reasons for this phenomenon. Thus, following analysis based on many data measured in water-sheds will be necessary to fully verify the hypothesis and in the end, the model will be more useful when it is applied to a future climatecondition where previous developed hydraulics-based erosion models cannot be used due to unknown boundary conditions.