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문제 정의
- 또한 분석된 결과에 WMS, Arc View 모형 등을 적용하여 가상 침수지도 작성방법 등을 연구함으로써 도시홍수의 시.공간특성을 고려한 입체적인 EAP수립에 기여하고자 하였다.
- 본 연구에서는 중랑천의 제방붕괴에 따른 범람 해석을 강우규모, 제방붕괴의 시간, 폭 및 위치에 따라 제내지의 홍수범람 해석을 실시하고 가상범람도 작성 방법을 검토하였다.
- 이 연구에서는 중랑천 유역의 100년, 200년, PMF의빈도별 강우에 따른 홍수량을 산정하고 침수피해가 발생하였던 노원마을지구, 상계 6동지구, 공릉지구 등에서 제방 붕괴 위치 및 규모 등의 다양한 가상 시나리오 조건에 따른 하천 홍수 특성 변화 및 제내지의 범람 해석을 실시하였다. 또한 분석된 결과에 WMS, Arc View 모형 등을 적용하여 가상 침수지도 작성방법 등을 연구함으로써 도시홍수의 시.
가설 설정
- 즉, 홍수규모는 100년, 200년, PMF, 붕괴규모는 붕괴 지속시간과 붕괴폭에 따라 각각 10분, 30분, 60분과, 10m, 20m, 30m, 붕괴위치는 중상류, 중류, 중하류부 등으로 가정하였다. 각 CASE별 조건은 Table 3과 같다.
제안 방법
- 1차원 부정류 해석모형인 FLDWAV를 사용함으로써 실시간으로 침수예측이 가능할 것으로 판단되며, 또한홍수범 람도 작성을 위해 VVMS와 ArcView모형을 사용하는 두 제작과정을 제시하고, 그 장단점을 비교 검토한 결과를 제시하였다.
- 제작하였다. ArcView에서 수치지도를 이용하여 DEM을 작성한 후 이를 WMS에 포함된 TOPAZ를 통하여 수계망을 구성하였으며, 이를 통하여 유역을 형성하였다(Fig. 18). 유역을 불규칙 삼각망으로 구성하여 FLDWAV로부터 산정된 홍수위를 하천단면별로 입력한 후 WMS 의 Floodplain 기능을 이용하여 홍수범람지역을 도시한 결과 Fig.
- FLDWAV 모형을 이용하여 각 시간별 침수지역의 홍수위를 산정한 결과로부터 각 빈도별로 시간에 따른 홍수 범람 지도를 GIS 모형인 ArcView를 이용하여 작성하는 과정을 검토하였다. Arc View 를 이용한 범람 지도를 작성하기 위하여서는 전처리 과정으로 4.
- FLDWAV모형에서 분석한 홍수위를 이용하여 각 측점에 해당하는 수치고도모형위에 홍수위를 입력하여 범람 도를 제작하였다. ArcView에서 수치지도를 이용하여 DEM을 작성한 후 이를 WMS에 포함된 TOPAZ를 통하여 수계망을 구성하였으며, 이를 통하여 유역을 형성하였다(Fig.
- 시.공간적 범람특성과 실용적 홍수지도 제작과정에 대하여 비교 검토한 것으로서, 특히, 도시하천인 중랑천에 대하여 집중적으로 분석하였다.
- 실시하였다. 또한 분석된 결과에 WMS, Arc View 모형 등을 적용하여 가상 침수지도 작성방법 등을 연구함으로써 도시홍수의 시.공간특성을 고려한 입체적인 EAP수립에 기여하고자 하였다.
- 또한, 당시의 홍수피해 상황을 고려하여 제방 붕괴 폭 20 m, 붕괴부높이 30.0 EL.m, 붕괴지속시간은 30분으로 하였다.
- 제방붕괴로 인한 제내 . 외지의 홍수특성을 중랑천 도시하천에 대하여 '98년 제방붕괴상황을 모의하였으며, 첨두월류량, 월류시작 및 종료시간, 월류량 체적 등으로 구분하여 가상조건에 대하여 홍수상황을 분석하고 GIS 처리기법을 비교 검토하였다.
- . 입량으로 고려되며 광정웨어로 해석하는 방법을 채택하였다. 즉,
- 제방 붕괴지속시간에 따른 CASE별 범람분석을 실시하였다. 붕괴시간이 가장 짧은 10분의 경우(B-1)에서 가장 빠른 첨두량에 도달하였으며, 붕괴지속시간 60분 (159 m7s), 30분(157 m7s), 10분(150 m7s) 순으로 첨 두 월류량이 크게 발생하는 것으로 나타났다(Fig.
- 제방붕괴로 인한 제내지의 홍수범람도 작성을 위하여 1:1000의 수치지도로부터 셀크기를 3m로 DEM을 생성하고 이를 이용하여 WMS모형과 ArcView 및 FLDWAV로부터 홍수범람도를 Fig. 17에서와 같이 2단계의 과정(Process)으로 각각 작성하고 그 장단점을 비교 검토하였다(Fig. 17).
- 홍수규모(100년, 200년, PMP 등)에 따른 범람 모의를 노원마을 지역에서 제방 붕괴시간 30분, 붕괴폭 20rn 붕괴높이 30.5 EL.m의 조건(CASE A1~A3)에서 실시하고 그 영향을 분석하였다.
- 홍수파해석을 위한 하도구간의 상류경계 조건으로서는 상류유역에서의 빈도별 홍수 유출곡선을 적용하였으며, 당현천, 우이천 등의 지천으로부터의 측방향 유입량을 고려하였다. 상류유역(경기도 지역) 및 측방 유입량 (지천)의 홍수 규모에 따른 유입수문곡선을 유도하기 위하여서는 Clark 합성단위도법과 Muskingum 하도 추적 방법을 사용하였다.
대상 데이터
- 1998년 8월 전국적인 집중호우 당시의 침수피해가 광범위하게 발생하였던 노원마을지구를 대상으로 침수자료와 모의 결과를 비교 검토하였다.
- 가상 제방붕괴의 시나리오는 홍수규모, 붕괴조건 및 붕괴 위치에 따라 12개의 CASE 들을 설정하였다. 즉, 홍수규모는 100년, 200년, PMF, 붕괴규모는 붕괴 지속시간과 붕괴폭에 따라 각각 10분, 30분, 60분과, 10m, 20m, 30m, 붕괴위치는 중상류, 중류, 중하류부 등으로 가정하였다.
- 본 연구는 홍수조건, 붕괴양상, 붕괴위치 등을 고려한 시.공간적 범람특성과 실용적 홍수지도 제작과정에 대하여 비교 검토한 것으로서, 특히, 도시하천인 중랑천에 대하여 집중적으로 분석하였다.
- 하류경계조건은 건교부 중랑교 수위표의 자료를 적용하였다. 또한, 당시의 홍수피해 상황을 고려하여 제방 붕괴 폭 20 m, 붕괴부높이 30.
이론/모형
- 범람해석에서는 상류유역에서의 유출분석과 하도 단면의 홍수추적이 적정하게 계산되어야 하며, 이를 위한 유역 및 하도에 대한 충분한 조사와 실측치 등을 근거로 한 주요 매개변수의 채택이 선행되어야 하는 바, 본연구에서는 중랑천유역에 의한 기존의 기초연구성과(서울특별시, 2004; 배덕효 등, 2004)들을 활용하였다. 또한 실제로 제방범람이 발생하였던 1998년 8월의 홍수 상황에 대하여 해석 모형 및 주요 매개변수 등의 적용성을 사전 검토하였다.
- 고려하였다. 상류유역(경기도 지역) 및 측방 유입량 (지천)의 홍수 규모에 따른 유입수문곡선을 유도하기 위하여서는 Clark 합성단위도법과 Muskingum 하도 추적 방법을 사용하였다. 하도는 68개의 단면으로 분할하여 홍수파를 FLDWAV 모형으로 계산하였다(Fig.
- 상류유역(경기도 지역) 및 측방 유입량 (지천)의 홍수 규모에 따른 유입수문곡선을 유도하기 위하여서는 Clark 합성단위도법과 Muskingum 하도 추적 방법을 사용하였다. 하도는 68개의 단면으로 분할하여 홍수파를 FLDWAV 모형으로 계산하였다(Fig. 4).
- 8 및 Table 4와 같다. 하류단(중랑천 하구) 경계조건으로서는 중랑천 하천정비 기본계획(서울특별시, 2000)상의 빈도별 기점 홍수위를 적용하였다.
성능/효과
- (1) 제내지의 침수는 제방의 붕괴위치, 홍수규모 및 붕괴 폭에 큰 영향을 받고 있으며 특히 붕괴 위치의 영향이 침수위.면적과 피해규모에 주는 영향이 매우 컸는 바 EAP 수립에서는 제방붕괴의 공간적 분석이 국지 붕괴조건보다 중요함을 알 수 있다.
- (3) 홍수범람지도 작성시에 WMS 모형은 간략한 절차를 통하여 작성할 수 있으나 정밀도가 낮으며, ArcView 모형은 보다 정밀한 결과를 얻을 수 있으나 범람도 작성에 보다 많은 시간이 소요되는 것으로 비교 검토되었다.
- 한다. WMS 모형의 경우 대유역에서 개략적인 범람 위치와 범위를 산정하는데 편리하게 이용할수 있으며, ArcView의 경우 비교적 적은 유역 등에서도 TIN 구성이 용이하고 WMS 모형에 비하여 정밀하며 유용하게 쓰일 수 있으나 대유역의 경우 연산시간이 긴 것이 문제점으로 분석되었다.
- WMS 모형의 경우는 대유역에서는 대략적인 범람 위치 및 범위를 쉽게 나타낼 수 있지만 중랑천과 같은 도시하천유역 등에서는 수치지도의 정확도 등에 의해 정확한 해석의 어려움을 갖고 있는 반면 ArcView 모형은 WMS 모형보다 TIN 구성이 용이하고 더 정밀하여 도심지역 등에서도 어느 정도 비교적 양호한 범람위치 및 범위를 나타낼 수 있었다. 또한 이 모형으로 3차원적인 범람 형상을 보여주지만 이 때에도 WMS 모형을 통한 전처리 과정이 필요하여 홍수범람지도의 작성에는 상당한 전산처리시간이 소요되었다.
- 있다. 그러나, 홍수범람에 분석되는 기초 지형인 불규칙 삼각망(TIN)을 형성할 시에 지형자료의 부정확성으로 인한 홍수범람지역의 영역 결정에 오류가 발생할 수 있음을 확인하였다. 즉, Fig.
- 노원마을에서의 누가월류량은 약 266, 800 nf로서 가장 많았으나 침수지역의 대부분이 농경지이고 주택지의 대부분 지역이 29 EL.m이상에 위치하고 있어 피해 위험도는 누가월류량이 보다 적은 공릉지구(105, 300 m‘)보다 오히려 작은 것으로 판단되었다. 한편, 대부분 지역이 거주지인 상계, 공릉지역에서의 월류 총량은 노원마을보다 적지만 인명과 재산 피해는 크게 발생될 것으로 예상된다.
- 이는 빠른 붕괴로 인한 월류량의 증대로 하천수위가 저하되면서 최대 월류수위가 상대적으로 낮아졌기 때문으로 판단된다. 또한, 총 월류시간은 붕괴 시간이 길수록 짧게 분석되었는데, 이는 최고내수위가 하천 수위의 하강 이전에 발생하였기 때문인 것으로 분석되었다(Table 6).
- 또한, 큰 규모의 홍수일수록 붕괴시작 수위제방고)에 더 빨리 도달하여 제방붕괴로 인한 월류가 시작되고첨두 월류량도 크게 발생하였다. 즉, PMF의 경우에는 100년, 200년 빈도의 경우보다 붕괴가 초기에 발생하였으며 붕괴부를 통한 제내지로의 월류가 장시간 계속되었다.
- 먼저, WMS 모형으로 범람도를 작성함에 있어서 DEM을 통하여 수계망을 형성하거나 해당 유역의 특성을 분석하는 등에 있어서 용이하게 수행할 수 있었고 계산된 홍수위를 하천의 비교적 정확한 횡단면에 입력함으로써 보다 정밀한 홍수범람지도를 작성할 수 있었으며, 수치지도로부터 유역을 형성하고 각 횡단면에 계산된 홍수위를 입력한 뒤 침수면적을 분석하기까지의 일련의 과정이 손쉽게 수행될 수 있었다.
- 붕괴시간이 가장 짧은 10분의 경우(B-1)에서 가장 빠른 첨두량에 도달하였으며, 붕괴지속시간 60분 (159 m7s), 30분(157 m7s), 10분(150 m7s) 순으로 첨 두 월류량이 크게 발생하는 것으로 나타났다(Fig. 11).
- 약 63 m7s로 분석되었다. 붕괴직후부터 노원지구는 약 1시간, 상계지구는 약 17분, 공릉지구는 약 35 분에 최대 침수위에 각각 도달하였다. 또한, 누가 월류량은 제내지의 수위별 내용적에 따라 큰 차이를 보였다.
- 월류하게 된 결과이다. 붕괴폭에 따라 첨 두 월류량이 발생하는 시간 및 월류시작시간은 유사하였으나, 붕괴폭이 클수록 월류지속시간은 짧아지는 것으로 분석되었다 (Fig. 13).
- 이상의 검토 결과로부터 붕괴지속시간에 의한 제내지의 범람 양상은 하천의 홍수특성과 제내지의 지형 조건이 결합하여 다양하게 나타남을 알 수 있다.
- 이상의 조건으로 계산한 결과 노원마을지구의 침수 지속시간은 약 5.45시간으로 나타났으며, 이 때의 최대침수 심은 약 2.7m로 분석되어 현장조사를 통한 침수 심과 유사한 결과를 나타내어(Fig. 5, Table 2) 이 연구에서의 제방붕괴 등으로 인한 제내지 침수특성 분석과청은 적정한 것으로 판단되었다.
- 등에서는 큰 변화를 발견할 수 없었다. 제방붕괴 폭이 증가함에 따라 첨두 월류량 및 월류 총체적은 뚜렷이 증가함으로써 침수에 미치는 영향이 큼을 알 수 있었다.
- 그러나, 홍수범람에 분석되는 기초 지형인 불규칙 삼각망(TIN)을 형성할 시에 지형자료의 부정확성으로 인한 홍수범람지역의 영역 결정에 오류가 발생할 수 있음을 확인하였다. 즉, Fig. 19에서와 같이 VMS를 이용한 홍수범람도는 1:1000 지형도를 이용하여 DEM (셀크기 : 3m)을 구축하였지만 중랑천과 같은 도시하천에서는 세밀한 침수영역을 나타내지 못하고 있음을 알 수 있었다. 따라서 이 모형은 지형특성이 비교적 뚜렷한 산지유역에서는 유용하나 정확한 GIS자료 (Lidar)의 구축없이는 도시하천의 홍수범람도 작성에는 부적절한 점이 있으므로 지형이 복잡하면서 고도차이가 완만한 도시유역에는 그 적용에 신중을 기해야 될 것이며 하천정비계획에서의 정밀측량성과 등으로 보완하는 과정이 필요하다.
- 즉, 붕괴지속시간이 짧을수록 첨두월류량에 도달하는 시간은 짧았으나 첨두월류량의 크기는 반대로 작게 나타났다. 이는 빠른 붕괴로 인한 월류량의 증대로 하천수위가 저하되면서 최대 월류수위가 상대적으로 낮아졌기 때문으로 판단된다.
- 이는 홍수량 산정시 PMF의 임계지속시간이 12시간으로 다른 강우 규모에 비하여 외수위가 높고 홍수 지속시간과 홍수위 상승시간이 긴 것에 기인한 것으로 판단된다. 즉, 홍수규모가 가장 큰 PMF(A-3)에서의 월류 지속시간이 대략 9시간으로 가장 길고 첨두월류량도 177 m'/s로서 200년 빈도(A-2) 에 비하여 약 20 m7s 이상 크게 월류하고 있는 것으로 나타나 가장 큰 홍수피해를 발생시킬 것으로 예상된다.
- 한편, 제방붕괴 위치에 따른 침수특성 분석결과 침수 규모와 예상되는 피해양상에 가장 큰 영향을 주었다. 즉, 하천에서 제내지로 월류되는 규모에 있어서는 노원마을에서 침수규모가 크게 분석되었지만 침수되는 대부분의 지역이 농경지로 나타났다.
- 홍수 규모에 따른 가상의 범람지도를 작성한 결과 100년 빈도와 200년 빈도의 경우 제방이 붕괴시에는 범람지역이 유사한 것으로 분석되었으며, PMF 홍수시에는 하류지역으로 범람에 의한 수몰지가 더욱 넓게 증가함을 나타내었다(Fig. 20).
- 홍수규모에 따른 분석결과 PMF의 경우에서 가장 높은 외수위가 발생하여 노원지역에서는 제내지의 광범위한 지역이 제방붕괴로 침수되는 것으로 분석되었으며, 홍수규모별로 산정된 제내지의 최고 수위를 기준으로 이보다 높은 지역으로의 대피계획이 이루어질 수 있을 것으로 사료된다.
- 홍수규모에 따른 월류발생으로부터 첨두월류량의 발생까지의 시간차이는 근소한 것으로 분석되었으나 최대침수 심에서는 약 2.4~4.3 m의 상당한 차이를 보였으며 주거지(29 EL.m이상)의 침수 지속 시간은 홍수 규모에 따라 약 4~8시간으로 분석되었다.
후속연구
- (4) 본 연구에서 제시된 다양한 가상 제방 붕괴조건과 저류 방정식에 의한 단순 침수해석과정, 다양한 홍수 규모와 붕괴조건별 가상 취약 붕괴 위치 및 제내지의 특성반영 등 시공간적 분석과 홍수범람도 작성과정 등은 실용적인 EAP대책수립에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
- 19에서와 같이 VMS를 이용한 홍수범람도는 1:1000 지형도를 이용하여 DEM (셀크기 : 3m)을 구축하였지만 중랑천과 같은 도시하천에서는 세밀한 침수영역을 나타내지 못하고 있음을 알 수 있었다. 따라서 이 모형은 지형특성이 비교적 뚜렷한 산지유역에서는 유용하나 정확한 GIS자료 (Lidar)의 구축없이는 도시하천의 홍수범람도 작성에는 부적절한 점이 있으므로 지형이 복잡하면서 고도차이가 완만한 도시유역에는 그 적용에 신중을 기해야 될 것이며 하천정비계획에서의 정밀측량성과 등으로 보완하는 과정이 필요하다.
- 본 연구에서는 각 홍수범람 시나리오에 따른 개략의홍수범람지도 작성에 의해 대피할 지역 등을 미리 예상할 수 있었으나 수치지도의 정확도(1000도의 경우 고도차 : Im)가 높지 않아 정확한 홍수범람구역을 결정하기에는 한계가 있으므로 보다 정확한 지형도 구축이 선행되어야 한다. WMS 모형의 경우 대유역에서 개략적인 범람 위치와 범위를 산정하는데 편리하게 이용할수 있으며, ArcView의 경우 비교적 적은 유역 등에서도 TIN 구성이 용이하고 WMS 모형에 비하여 정밀하며 유용하게 쓰일 수 있으나 대유역의 경우 연산시간이 긴 것이 문제점으로 분석되었다.
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