응용수문학-이론과실무     
지은이 윤태훈  
 
 
2011년 08월 08일 출간
1076쪽 | B5변형판
ISBN 9788963640990
정가 36,000원
   
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인간은 삶의 질을 높이고자 꾸준히 노력해 왔다. 삶의 질의 중요한 요체는 쾌적한 환경이다. 공기, 토양 및 물은 환경의 3대 주요 구성요소이고 이 중에서 물은 삶의 질을 향상시키는 핵심적인 요소이다. 깨끗하고 충분한 양의 물의 공급은 쾌적하고 건강한 환경의 조성과 보전에 필수요소이나 이는 자연재해로부터 빈번하게 위협을 받는다.
지구온난화로 인한 기후변화는 지구 곳곳에 이상기후를 유발하고, 이상기후는 홍수와 가뭄을 심화시킨다. 홍수는 인명과 자산피해를 가중시키고 사회기반시설을 파괴하며, 물 부족은 일상 생활을 어렵게 하고 식량생산을 감소시켜 인류의 생존을 위협하고 질병의 발생으로 건강과 생명을 위협한다. 근년의 파키스탄, 호주, 컬럼비아의 홍수, 미국 동북부와 유럽의 폭설과 혹한은 대표적인 이상기후의 결과로 인명과 자산피해가 엄청났고 인간이 겪는 고통 또한 말할 수 없다. 2002년 8월 31일 태풍 루사로 인하여 강릉지역에 24시간 동안 내린 877 mm의 비는 강릉 지역의 24시간 예상최대강수량(PMP) 510 mm를 크게 초과한 강우량이다. 강릉에서와 같은 호우는 한국의 어느 지역에서도 일어날 수 있다. 이와 같은 기후변화에 따른 강우량의 증가로 인해 소양강댐이 월류되어 댐의 붕괴에 이를 수도 있는 위험에 대처하기 위하여 여수로의 당초 설계강우량 632 mm를 810 mm로 증가하여 보조여수로가 공사 중이다.
이상기후의 심각한 물 문제로 인하여 인간이 감내해야 하는 심각한 피해, 고통과 엄청난 사회기반시설의 파괴에 대처하는 학문분야는 수문학이 유일하다. 근대에 이르러 심화되는 자연재해는 수문학의 보다 광범위하고 깊은 지식을 필요로 한다. 이에 부응하는 수문학에 관한 지식의 전달 수단이 될 수 있도록 본 응용수문학에는 종래의 수문학 관련 서적에서 다루었던 내용에 추가하여 새로운 내용을 포함시켰다. 예를 들면 확률수문량의 폭넓은 해석 응용을 위한 기하분포, 감마분포, 분위수, L-모멘트, 기준 증발산 산정도구인 FAO Penman-Monteith방법, 차단의 이론과 예제, 유속결정의 새로운 기법인 지수-유속법과 ADCP, Muskingum방법의 이론부분과 Muskingum-Cunge방법의 상술, 범용토양손실공식(USLE)의 적용, 순 단위도 개념의 이론과 응용, 빈도해석의 모멘트방법과 PWM방법의 소개와 적용, 추계수문학의 보완, 도시강우 유출조정지 설계 등을 포함시켰다.
이 책은 수문학의 기본원리와 공학수문학의 실무를 고르게 다루고 있어서 학부와 대학원 초급과정의 교재로, 또한 수문학 관련 실무자들의 참고서가 될 수 있도록 내용을 구성하였다. 독자의 이해를 돕기 위하여 개념과 원리에 관하여 많은 지면을 할애했으며 이의 이해를 돕기 위하여 231개의 예제를 포함시켰다. 따라서 이 책을 학부교재로 사용하기 위해서는 강의계획이 필요하다. 주당 3시간 1학기 또는 2학기에 따라 다르겠으나 장의 일부분 또는 장에 따라서는 내용 전부가 학부학생의 수준을 상회하므로 이들을 고려하여 주어진 학기에 소화할 수 있는 양이 되도록 절과 장을 선정하는 작업이 필요하다. 학부에 1학기 강의로는 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 13, 14, 17, 18장의 내용을 포함하되 이 중에서도 7, 8, 10, 14, 18장의 상당부분은 학부 교과내용에서 제외될 수 있다.
《응용수문학-이론과 실무》는 23개장으로 구성된다. 1장에서는 수문학의 정의와 연관 학문, 수문순환의 개념이 기술된다. 2, 3, 4장은 수문입력으로 2장은 수문순환의 변환과정인 유역특성에 관하여 기술되고, 3장에서는 수문순환을 유발하는 인자들이, 4장에서는 강수량의 측정과 해석이 제시된다. 5장은 지상수로 지상의 수분인 증발과 증산에 관한 기술로 측정과 추정방법을 포함한다. 6, 7장은 지표하수로 6장은 침투의 측정과 예측기법에 관한 내용이다. 7장은 지하수 수문학의 입문으로 대수층의 지질, 우물수리학, 하천과 대수층의 상호작용, 함양 및 해수침투에 관하여 기술된다. 8∼12장은 지표수로 강우-유출관계를 다룬다. 8장은 유출, 수문곡선, 기저유출, 지표유출체적을 구하는 NRCS곡선번호, 지표류 및 유량빈도곡선에 관하여 기술되고, 9장은 하천유량의 측정과 해석에 관하여 기술된다. 10장에서는 단위도의 유도가 상술되고 또한 적용이 포함된다. 11장은 미계측유역의 단위도를 합성하는 기법을 제시하고 단위도의 개념적인 모형이 12장에서 기술된다.
13, 14장은 흐름추적으로 13장은 저수지를 통한 흐름추적을 설명하고 개수로의 정류와 부정류의 흐름추적은 14장에 기술된다. 15장에서는 상부유역의 침식에 관한 개념, 소유역으로부터 유사생산량의 추정방법, 소류사와 부유사이송이 상술되고 16장에서는 단일사상의 강우-유출모형, 연속하천흐름모형, 도시유출 및 수질모형이 기술된다.
17, 18장 및 19장은 통계적인 방법으로 17장은 통계학의 입문과 확률분포를, 18장은 빈도해석을, 그리고 19장은 시계열과 추계모형에 관한 내용이 기술된다. 20, 21장은 수문학적인 설계에 관한 내용으로 20장은 구조물의 규모를 정의하는 설계빈도를, 21장은 설계에 사용되는 강수량의 규모 결정에 관하여 기술된다. 22장의 도시수문학은 도시우수관리, 유출과 수질조절의 조정지에 관하여 기술된다.
23장은 생태수문학을 독립된 새로운 장으로 포함했다. 수역의 기능과 역할에 관한 인식이 달라짐에 따라 해석 또한 달라졌다. 특히 하천은 홍수로로서의 역할뿐만 아니라 생물의 서식공간과 이동통로를 제공하는 중요한 수역으로 그 가치가 많이 상승되었다. 따라서 어류서식공간을 유지, 개선하고 인위개변된 하천복원에는 수리학과 더불어 수문학의 지식을 필요로 한다. 생태수문학의 중요한 영역의 하나는 습지이다. 습지는 홍수조절효과, 수질정화, 생태계에 서식공간의 제공 등 유익한 기능과 경제적인 가치에 따라 연구와 교육의 대상이 되어 왔다. 습지는 생산성이 높은 생태계이고, 태양에너지를 포착하여 동물군집에 먹이를 제공하고, 산소를 생산하고, 비점오염물을 함유한 수질개선에 특히 효과적이다 . 자연과정을 이용하는 인공습지는 점원과 비점원에 의하여 오염된 물의 수질을 개선하기 위하여 이용이 증가되고 있다.
본 응용수문학이 대학의 학부와 대학원 초급과정의 교재로, 수문학을 이해하는 데에 그리고 수문학 관련 실무를 수행하는 엔지니어에게 좋은 도구가 되고, 또한 쾌적한 환경을 위한 물 문제 해결에 수단을 제공하는 동반자가 되기 바라면서.

2011 년 7월
윤태훈
 
 
 
제1장 서 론··· 1
1.1 수문학의 정의 / 1
1.2 물의 순환 / 2
1.3 지구상 물의 분포 / 4
1.4 한국의 수자원과 이용현황 / 5
1.5 한국의 하천 / 9
1.6 수문학의 역사 / 10
1.7 한국의 수문학사 / 15
1.8 수문학의 응용과 역할 / 18
1.9 수문학의 근래 경향 / 19

제2장 유역특성··· 21
2.1 유역면적 / 21
2.2 길이 측정 / 22
2.3 유역형상 / 23
2.4 수로경사 / 24
2.5 유역경사 / 27
2.6 고도-면적곡선 / 28
2.7 Horton법칙 / 29
2.8 수계밀도 / 33
2.9 수계빈도 / 34
■문 제 / 35

제3장 수문기상학···39
3.1 대기의 특성과 구성/39
3.2 태양복사/41
3.3 순 환/45
3.4 기 온/49
3.5 기 압/55
3.6 습 도/56
3.7 바 람/69
■문 제/71

제4장 강수량 ···75
4.1 구 름/75
4.2 강수 형성/77
4.3 강수의 종류/79
4.4 강수의 형/79
4.5 강우량 측정/81
4.6 우량관측망/84
4.7 점강우기록의 연장/87
4.8 강우기록의 일관성/87
4.9 결측기록의 보완/90
4.10 면적평균강수량/92
4.11 강우자료의 표현/95
4.12 강수자료원/97
4.13 강수량의 시간, 지리적 분포/97
4.14 가능최대강수량/102
■문 제/104
제5장 증발, 증발산, 차단···109
5.1 증발과정/109
5.2 증발에 영향을 주는 인자들/110
5.3 증발량 측정/111
5.4 수면으로부터 증발량 결정/115
5.5 증 산/129
5.6 증발산/130
5.7 차 단/143
■문 제/148

제6장 지표하흐름···151
6.1 비포화흐름/151
6.2 침투과정/156
6.3 해석적 침투모형/157
6.4 침투량 측정/172
6.5 침투지수/174
■문 제/176

제7장 지하수 ···179
7.1 서 론/179
7.2 지표하수의 연직분포/180
7.3 대수층/183
7.4 지하수운동/187
7.5 지하수 흐름방정식/194
7.6 정상흐름 수리학/198
7.7 우물수리학/204
7.8 부정류 우물수리학/209
7.9 대수층경계에 인접한 우물흐름 / 218
7.10 우물구역 설계/222
7.11 지하수함양/226
7.12 염수침투/228
■문 제/231

제8장 지표수 ···237
8.1 유출의 성분/237
8.2 유출에 영향을 주는 인자들/239
8.3 수문곡선/240
8.4 시간매개변수/243
8.5 기저유출의 분리/244
8.6 NRCS유출곡선번호방법에 의한 초과강우량 산정/247
8.7 지표류/261
8.8 유량의 변화성/272
■문 제/283

제9장 흐름계측 ···289
9.1 수위 측정/289
9.2 자기수위계/290
9.3 첨두수위계/293
9.4 관측지점의 선정/293
9.5 유속계에 의한 하천유속 측정/294
9.6 부자에 의한 유속 측정/302
9.7 유속-면적방법에 의한 유량 계산/303
9.8 지수-유속법에 의한 유량 계산/307
9.9 경사-면적방법에 의한 유량 계산/309
9.10 추적물 희석에 의한 유량 측정(희석법)/311
9.11 음향법/315
9.12 전자기방법/318
9.13 수리학적 방법에 의한 유량 측정/319
9.14 수위-유량관계/326
9.15 수위-유량곡선의 연장/331
■문 제/337

제10장 단위유량도 ···343
10.1 수문계모형/343
10.2 응답함수/345
10.3 단위유량도의 이론/350
10.4 회선적분/352
10.5 단위유량도의 유도/355
10.6 복합강우로부터 단위도 유도-행렬해법/360
10.7 단위유량도의 적용/363
10.8 단위도의 단위시간 변경/364
10.9 순간단위도/368
■문 제/371

제11장 합성단위유량도 ···377
11.1 Snyder 합성단위도/377
11.2 NRCS 합성단위도/381
11.3 지형학적 순간단위도/386
11.4 시간-면적방법/387
11.5 CLARK방법/392
11.6 수정 CLARK방법-modClark/398
■문 제/ 400

제12장 단위유량도의 개념적 모형···403
12.1 유역응답/403
12.2 선형수로/405
12.3 선형저수지/406
12.4 선형수로와 선형저수지의 조합모형/410
12.5 Nash모형/410
■문 제/416

제13장 저수지추적···419
13.1 서 론/419
13.2 홍수추적방법/420
13.3 저수지 홍수추적/420
13.4 저류방정식/421
13.5 표고-저류량-유량관계유도/423
13.6 저류량지시 추적방법/424
13.7 수정Puls추적방법/429
13.8 조절방류 저수지추적/431
■문 제/431

제14장 하도추적···435
14.1 서 론/435
14.2 하도저류량/436
14.3 Muskingum방법/439
14.4 Saint-Venant식/447
14.5 수리학적 추적모형의 분류/452
14.6 운동파추적/454
14.7 확산파/468
14.8 Muskingum-Cunge방법/469
14.9 동역학파 추적/474
부록 14A 확산파모형 유도/486
부록 14B Muskingum-Cunge방법의 확산파모형 유도/487
부록 14C 계수행렬 J의 산정식 식 (14.150) 또는 (14.151)/488
■문 제/491

제15장 침식과 유사이송···497
15.1 서 론/497
15.2 유사의 성질/498
15.3 유사생성/502
15.4 범용토양손실공식/508
15.5 유사이송/518
15.6 소류사량/524
15.7 부유사량/539
15.8 총 유사량과 하상물질유사량/551
15.9 유사추적/558
15.10 저수지의 유사퇴적/559
■문 제/564

제16장 수문모의모형···569
16.1 서 론/569
16.2 모형의 분류/570
16.3 단일사상 강우-유출모형/577
16.4 연속흐름모의모형/583
16.5 홍수수리모형/588
16.6 도시유출모의모형/594
16.7 수질모형/596
16.8 모형의 검정과 검증/600

제17장 수문학통계학 ···603
17.1 확률개념/603
17.2 확률밀도함수와 분포함수/607
17.3 기대치와 분위수/611
17.4 모멘트/614
17.5 L-모멘트/619
17.6 수문변수의 확률분포형/623
17.7 매개변수 추정-확률분포의 적합/643
17.8 적합도검정 / 649
17.9 회귀분석 / 659
■문 제 / 667

제18장 빈도해석 ··· 673
18.1 재현기간 / 673
18.2 수문학적 자료 / 676
18.3 극치Ⅰ(GEV I)분포-Gumbel분포 / 678
18.4 도시위치 / 682
18.5 빈도계수에 의한 분위수 추정 / 686
18.6 이상치 처리 / 705
18.7 해석의 신뢰 / 707
18.8 지역홍수빈도해석 / 709
18.9 L-모멘트 지역빈도해석 / 717
18.10 갈 수 / 721
■문 제 / 733

제19장 시계열과 추계모형··· 739
19.1 서 론 / 739
19.2 시계열의 분류 / 740
19.3 시계열의 확률과정 / 741
19.4 시계열의 구조와 분해 / 744
19.5 무작위성 검정 / 749
19.6 시계열 해석 / 752
19.7 스펙트럼 해석/758
19.8 합성유량자료계열의 발생/764
19.9 순 무작위추계학적 모형/767
19.10 이동평균과정/769
19.11 자기회귀과정/769
19.12 다계절 자기회귀모형/780
19.13 다지체 자기회귀(Markov)모형/782
19.14 자기회귀-이동평균모형, ARMA(p,q)/786
19.15 분해모형/789
■문 제/790

제20장 수문설계 ···793
20.1 서 론/793
20.2 수공구조물의 규모/794
20.3 설계빈도/794
20.4 설계기준의 선정/799
■문 제/805

제21장 설계강우량 ···807
21.1 설계홍수량 산정방법/808
21.2 설계홍수량 산정방법의 선정에 고려사항/809
21.3 설계홍수량의 산정과정/810
21.4 설계호우의 해석/810
21.5 설계우량주상도/817
21.6 유효강우량 결정/ 829
21.7 설계홍수량 결정방법/ 831
21.8 강우깊이-면적-지속기간(DAD)의 해석/ 833
21.9 호우최대화/ 837
21.10 가능최대강수량/841
21.11 가능최대홍수량/845
■문 제/848

제22장 도시수문학··· 851
22.1 도시수문학의 특성/851
22.2 도시우수관거 설계(강)우량/855
22.3 도시유출/857
22.4 합리식/858
22.5 수정합리식/877
22.6 도로배수/879
22.7 조정지에 의한 도시유출 조절/885
22.8 침투증대/905
22.9 우수수질 관리조절조정지/908
22.10 우수수질 관리조정지/조절지 설계/914
22.11 도시유출관리 모형/929
■문 제/929

제23장 생태수문학 ···935
23.1 서 론/935
23.2 수생태계/938
23.3 흐름과 식생의 상호작용/952
23.4 자연습지/956
23.5 인공습지/961
■문 제/995

*부 록 A/997
*부 록 B/1001
*부 록 C/1007
*참고문헌/1019
*찾아보기/1045