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문제 정의
- 검토 결과, 영산강 하구둑 배수갑문 확장만을 통한 치수대책은 그 효과가 부족하므로 추가적인 대책이 필요함을 제안하였다. 이에 본 연구에서는 영산강 하류부 홍수조절을 위하여 영산호-영암호 연계운영 방안을 검토하였다.
- 본 연구에서는 영산강유역에 대규모 홍수가 발생하는 경우 영산호의 내수위가 과도하게 상승하는 것을 방지하기 위하여 영산호와 거의 비슷한 저류용량을 가지고 있으나, 유역면 적은 영산호의 1/10에 불과한 영암호를 활용하는 방안을 검토하였다.
- 본 연구에서는 영산강 하류부 홍수조절을 위한 영산호-영암호 연계운영 방안을 검토하였다. 즉, 영산호와 영암호를 하나의 연결시스템(coupled system)으로 구성하여 호소간 유량 배분에 따른 호소간의 수위변동을 고려함과 더불어 각 호소하구에 설치된 배수갑문의 운영에 따른 호소의 내수위 변화를 동시에 고려한 홍수추적을 위하여 HEC-RAS의 부정류 해석모형(UNET)을 이용하여 모형을 구성하였다.
제안 방법
- 장수형 등(2006a, 2006b)은 배수갑문이 설치되어 있는 삽교호의 내수위 특성을 부정류 추적하였는데, 삽교호의 내수위는 외조위의 영향을 크게 받고 있음을 보였다. 특히, 외조위의 고조시간과 홍수량이 증가하는 시기가 겹치는 경우에는 배수갑문을 통한 방류가 불가능하므로 최대의 내수위가 발생하는 등, 외조위와 홍수량 수문곡선의 중첩시기가 담수호의 내수위에 미치는 영향을 분석하였다. 박선중 등(2007)은 지형/수리/수문학적인 환경변화와 영산강 하류부 천변저지대의 저류효과가 본류 수위에 미치는 영향을 검토하였으며, 영산강 하구둑 배수갑문 확장에 따른 영산호의 내수위 변화를 검토하였다.
- 본 연구에서는 홍수 발생시 영산호와 영암호의 내수위와 연락수로를 통한 분기유량을 추적하기 위하여 HEC-RAS의 부정류 해석모형(UNET)을 이용하였다. 영산호와 영암호를 하나의 시스템으로 하는 부정류 해석을 통해 영산호의 배수갑문 확장, 영암호의 저류능력을 활용하기 위한 영암호의 배수갑문 확장 및 연락수로 확폭이 영산호와 영암호의 홍수조절에 미치는 영향을 해석하고 분석하였다.
- 홍수시 과도하게 상승하는 영산호의 내수위를 낮추기 위하여 영산호 배수갑문을 확장하고, 홍수시 일부 유량을 영암호로 분기시키기 위해 영산호와 영암호를 연결하는 연락수로를 확폭함과 더불어 영암호의 배수갑문도 확장하는 수위저감 방안을 검토였다. 홍수시 연락수로를 통해 영산호와 영암호를 연계하여 홍수위 조절을 하기 위해서는 두 호소를 하나의 시스템으로 연결함으로써 유량배분에 따른 두 호소간의 수위변동을 고려해야 함과 더불어 각 호소 하구에 설치된 배수갑문의 운영에 따른 호소의 내수위 변화를 동시에 고려해야 한다.
- 영산강 본류의 하천 연장은 111.7 km인데, 본 연구에서는 하구둑에서 나주수위관측소 지점까지 약 63 km를 모의구간으로 설정하였으며, 하도의 단면자료는 영산강 하천정비기본계획(건설교통부, 1998)의 하천측량 성과를 이용하였으며, 영산강 상류(나주수위표 지점), 주요 지류(만봉천, 고막원천, 함평천) 및 잔유역에서 유입되는 홍수량은 영산강 유역종합치수계획(건설교통부, 2007)에서 산정한 100년빈도 홍수량 수문곡선을 이용하여 횡유입으로 고려하였다. 영산호 하류부의 경계조건은 목포기준검조소의 대조평균고조위 EL.
- 영암호 상류에서 유입하는 100년 빈도 홍수량 수문곡선은 건설교통부(2007)에서 산정한 수문곡선을 이용하였다. 영암호 하류부 경계조건은 영산호 하류부 경계조건과 동일하게 목포기준검 조소를 기준으로 설계조위인 대조평균고조위를 이용하였다.
- 영산호와 영암호에 설치된 배수갑문은 배수갑문 전면과 후면의 수위차에 의해 갑문을 통한 방류가 이루어지도록 내부 구조물(inline structure)로 처리하였다. 또한 연락수로에 설치되는 제수문 또한 내부구조물로 처리하여 제수문 조작효과를 고려할 수 있도록 하였다.
- 영산호와 영암호에 설치된 배수갑문은 배수갑문 전면과 후면의 수위차에 의해 갑문을 통한 방류가 이루어지도록 내부 구조물(inline structure)로 처리하였다. 또한 연락수로에 설치되는 제수문 또한 내부구조물로 처리하여 제수문 조작효과를 고려할 수 있도록 하였다. 연락수로와 영암호의 조도계수는 박선중 등(2007)이 사용한 영산강 하류부 조도계수와 동일하게 설정하였다.
- 영산호의 배수갑문 확장, 영암호의 저류능력을 활용하기 위한 영암호의 배수갑문 확장 및 연락수로 확폭이 영산호와 영암호의 홍수위 조절에 미치는 영향을 해석하기 위하여 본 연구에서 수행한 모의조건을 요약, 정리하면 표 4와 같다. 모든 분석은 영산호에서 최고내수위를 발생시키는 고고조 일치형에 대한 해석을 바탕으로 수행하였다.
- 영산호 및 영암호의 배수갑문, 연락수로의 제원이 현상태인 조건(표 1, 2 참조)에서 영산호-영암호 연계운영시, 영산호, 영암호의 내수위 및 분기유량을 해석하였다. 영산호와 영암호의 초기수위는 각 호소의 상시만수위를 적용하였다.
- 영산호 및 영암호의 배수갑문, 연락수로의 제원이 현상태인 조건(표 1, 2 참조)에서 영산호-영암호 연계운영시, 영산호, 영암호의 내수위 및 분기유량을 해석하였다. 영산호와 영암호의 초기수위는 각 호소의 상시만수위를 적용하였다. 연락수로의 제수문은 영산호의 내수위(No.
- 영산호와 영암호의 초기수위는 각 호소의 상시만수위를 적용하였다. 연락수로의 제수문은 영산호의 내수위(No. 0 지점) EL.0.0 m를 기준으로 이를 초과하는 경우에 개문하고 이를 하회하는 경우에는 폐문하도록 내부경계조건을 부여하였다. 이러한 조건에서 영산호, 영암호의 내수위 및 분기유량을 해석한 결과는 그림 4와 같다.
- 영산호, 영암호의 배수갑문 확장 및 연락수로 확폭에 따른 영산호-영암호 연계운영의 효과를 검토하였다(표 5 참조). 비교를 위하여 영암호로 유량을 분기시키지 않고 영산호 배수갑문만을 확장하는 경우에 대한 영산호와 영암호의 최고내 수위를 함께 정리하였다. 표 5에서 Case No.
- 즉, 영산호와 영암호를 하나의 연결시스템(coupled system)으로 구성하여 호소간 유량 배분에 따른 호소간의 수위변동을 고려함과 더불어 각 호소하구에 설치된 배수갑문의 운영에 따른 호소의 내수위 변화를 동시에 고려한 홍수추적을 위하여 HEC-RAS의 부정류 해석모형(UNET)을 이용하여 모형을 구성하였다. 영산호와 영암호를 하나의 시스템으로 하는 부정류 해석을 통해 영산호의 배수갑문 확장, 영암호의 저류능력을 활용하기 위한 영암호의 배수갑문 확장 및 연락수로 확폭이 영산호와 영암호의 홍수위 조절에 미치는 영향을 해석하고 분석한 결과를 정리하면 다음과 같다.
- 영산호, 영암호의 배수갑문 확장 및 연락수로 확폭에 따른 영산호-영암호 연계운영의 효과를 검토하였다(표 5 참조). 비교를 위하여 영암호로 유량을 분기시키지 않고 영산호 배수갑문만을 확장하는 경우에 대한 영산호와 영암호의 최고내 수위를 함께 정리하였다.
대상 데이터
- ’04년 8월 18일~19일 기간 동안의 태풍 메기에 의해 발생된 집중호우시 영암호와 금호호의 치수능력을 고찰할 수있는 실측자료를 수집하였다.
- 영산호 하류부의 경계조건은 목포기준검조소의 대조평균고조위 EL.(+)1.84 m가 발생한 2003년 5월 3일~6일의 실제 조위곡선을 이용하였다. 이상의 자료와 함께 배수갑문의 수위-방류량관계, 천변 저지대의 저류효과, 조도계수 등과 관련된 영산강 본류의 모의조건은 박선중 등(2007)에 의해 그 적용성이 검증된 자료를 이용하였다.
- 84 m가 발생한 2003년 5월 3일~6일의 실제 조위곡선을 이용하였다. 이상의 자료와 함께 배수갑문의 수위-방류량관계, 천변 저지대의 저류효과, 조도계수 등과 관련된 영산강 본류의 모의조건은 박선중 등(2007)에 의해 그 적용성이 검증된 자료를 이용하였다.
- 영암호는 하구 배수갑문 지점에서 월하천 합류부까지 18.5 km구간을 대상으로 하도모델을 구성하였다. 영암호의 단면 자료는 해당지역의 해도와 연안해역기본조사보고서-화원지구 (건설부와 국립지리원, 1982) 등을 참고하여 작성된 목포해역의 수심도(강주환 등, 2004) 자료를 이용하였다.
- 5 km구간을 대상으로 하도모델을 구성하였다. 영암호의 단면 자료는 해당지역의 해도와 연안해역기본조사보고서-화원지구 (건설부와 국립지리원, 1982) 등을 참고하여 작성된 목포해역의 수심도(강주환 등, 2004) 자료를 이용하였다. 영암호 상류에서 유입하는 100년 빈도 홍수량 수문곡선은 건설교통부(2007)에서 산정한 수문곡선을 이용하였다.
- 영암호의 단면 자료는 해당지역의 해도와 연안해역기본조사보고서-화원지구 (건설부와 국립지리원, 1982) 등을 참고하여 작성된 목포해역의 수심도(강주환 등, 2004) 자료를 이용하였다. 영암호 상류에서 유입하는 100년 빈도 홍수량 수문곡선은 건설교통부(2007)에서 산정한 수문곡선을 이용하였다. 영암호 하류부 경계조건은 영산호 하류부 경계조건과 동일하게 목포기준검 조소를 기준으로 설계조위인 대조평균고조위를 이용하였다.
이론/모형
- 영산호와 영암호를 연계하여 영산강 하류부의 홍수위를 해석하기 위해서는 두 호소를 하나의 시스템으로 연결함으로써 유량배분에 따른 두 호소간의 수위변동을 고려함과 더불어 각 호소 하구에 설치된 배수갑문의 운영에 따른 호소의내수위 변화를 동시에 추적하는 부정류(unsteady) 시스템을 구성해야 한다. 본 연구에서는 홍수 발생시 영산호와 영암호의 내수위와 연락수로를 통한 분기유량을 추적하기 위하여 HEC-RAS의 부정류 해석모형(UNET)을 이용하였다. 영산호와 영암호를 하나의 시스템으로 하는 부정류 해석을 통해 영산호의 배수갑문 확장, 영암호의 저류능력을 활용하기 위한 영암호의 배수갑문 확장 및 연락수로 확폭이 영산호와 영암호의 홍수조절에 미치는 영향을 해석하고 분석하였다.
- 본 연구에서 사용하는 UNET은 하도망(network of open channels)에 대한 1차원 부정류해석 모형으로 미육군공병단에서 HEC-RAS의 부정류 해석을 위한 모델로 채택, 사용하고 있다. UNET은 하도 및 하천 횡단면의 개수에 제한이 없으며 교량, 수문, 여수로, 보, 저류지, 펌프 등 수리구조물의 영향을 함께 해석할 수 있는 모형으로 주수로와 홍수터 각각에 대한 연속방정식과 운동량방정식을 지배방정식으로 사용한다.
- UNET은 하도 및 하천 횡단면의 개수에 제한이 없으며 교량, 수문, 여수로, 보, 저류지, 펌프 등 수리구조물의 영향을 함께 해석할 수 있는 모형으로 주수로와 홍수터 각각에 대한 연속방정식과 운동량방정식을 지배방정식으로 사용한다. 지배방정식은 4점 음해법으로 차분되며, 비선형 유한차분식은 Newton-Rapshon법을 이용하여 해석한다(Barkau, 1993).
- 또한 연락수로에 설치되는 제수문 또한 내부구조물로 처리하여 제수문 조작효과를 고려할 수 있도록 하였다. 연락수로와 영암호의 조도계수는 박선중 등(2007)이 사용한 영산강 하류부 조도계수와 동일하게 설정하였다. 이상과 같이 영산호와 영암호를 하나의 시스템으로 구축하여 구성한 부정류 모델링의 모식도와 경계조건은 그림 3과 같다.
- 본 연구에서는 영산강 하류부 홍수조절을 위한 영산호-영암호 연계운영 방안을 검토하였다. 즉, 영산호와 영암호를 하나의 연결시스템(coupled system)으로 구성하여 호소간 유량 배분에 따른 호소간의 수위변동을 고려함과 더불어 각 호소하구에 설치된 배수갑문의 운영에 따른 호소의 내수위 변화를 동시에 고려한 홍수추적을 위하여 HEC-RAS의 부정류 해석모형(UNET)을 이용하여 모형을 구성하였다. 영산호와 영암호를 하나의 시스템으로 하는 부정류 해석을 통해 영산호의 배수갑문 확장, 영암호의 저류능력을 활용하기 위한 영암호의 배수갑문 확장 및 연락수로 확폭이 영산호와 영암호의 홍수위 조절에 미치는 영향을 해석하고 분석한 결과를 정리하면 다음과 같다.
성능/효과
- 05 m로 분석되었다. 주어진 경계조건하에서 이후 영산호의 배수갑문을 360 m 이상 확장하여도 영산호의 최고내수위 변화는 미미한 것으로 분석되었다. 즉, 영산호의 최고내수위는 고조시 수문 폐쇄상태에서 홍수량이 유입하는 경우에 발생하므로 일정규모 이상의 배수갑문 확장은 최고내수위 하강에는 영향을 미치지 못하는 것으로 분석되었다.
- 주어진 경계조건하에서 이후 영산호의 배수갑문을 360 m 이상 확장하여도 영산호의 최고내수위 변화는 미미한 것으로 분석되었다. 즉, 영산호의 최고내수위는 고조시 수문 폐쇄상태에서 홍수량이 유입하는 경우에 발생하므로 일정규모 이상의 배수갑문 확장은 최고내수위 하강에는 영향을 미치지 못하는 것으로 분석되었다.
- 연락수로의 폭이 좁은 경우에는 영산호, 영암호 배수갑문의 폭을 확장하는 것이 영산호의 최고내수위에 미치는 영향이 크지 않고, 연락수로의 폭이 넓을수록 영암호 배수갑문의 폭을 확장하는 것이 영산호의 최고내수위를 낮추는 것에 효과적임을 알 수 있다. 즉, 영산호의 최고내수위를 낮추기 위해서는 연락수로의 폭과 영암호 배수갑문의 폭을 확장하는 것이 효과적이며, 상대적으로 영산호 배수갑문의 폭을 확장하는 것은 연락수로의 폭이 좁은 경우에 다소 영산호의 최고내수위를 낮출 수 있으나 그 영향은 크지 않은 것으로 분석되었다. 영산호의 내수위는 연락수로를 통해 얼마나 많은 유량을 분기시켜, 영암호 배수갑문을 통해 신속히 배제하느냐에 따라 수위가 조절됨을 알 수 있다.
- 연락수로를 확폭하여 분기유량이 증가함에 따라 영암호의 최고내수위는 크게 상승함을 알 수 있다. 영암호의 최고내수위를 낮추기 위한 가장 효과적인 방법은 영암호 배수갑문의 폭을 확장하는 것이며, 영산호 배수갑문의 폭을 확장하는 것도 효과가 있는 것으로 분석되었다. 연락수로의 확폭은 영암호의 내수위 상승을 유발하므로, 연락수로의 폭은 영암호의 홍수위를 감안하여 결정하는 것이 필요하다.
- 영산호의 최고내수위를 낮추기 위해서는 연락수로의 폭과 영암호 배수갑문의 폭을 동시에 확장하는 것이 효과적인데, 최고내수위 기준으로 약 20 cm의 수위를 낮출 수 있는 것으로 분석되었다. 영산호 배수갑문의 폭을 확장하는 것은 연락수로의 폭이 140 m인 경우에 영산호의 최고내수위에 약 5 cm 내외의 영향을 미치나, 그 이외의 경우에는 영산호의 최고내수위에 미치는 영향이 거의 없는 것으로 분석되었다.
- 영산호 배수갑문의 폭을 확장하는 것은 연락수로의 폭이 140 m인 경우에 영산호의 최고내수위에 약 5 cm 내외의 영향을 미치나, 그 이외의 경우에는 영산호의 최고내수위에 미치는 영향이 거의 없는 것으로 분석되었다. 연락수로의 확폭은 영암호의 최고내수위를 상승시키는데, 상승한 수위를 효과적으로 낮출수 있는 방법은 영암호 배수갑문을 확장하는 것으로 50~80 cm 내외의 수위를 낮출 수 있는 것으로 분석되었 으며, 영산호 배수갑문을 확장함으로써 0~20 cm 내외의 수위를 낮출 수 있는 것으로 분석되었다.
후속연구
- 박선중 등(2007)은 지형/수리/수문학적인 환경변화와 영산강 하류부 천변저지대의 저류효과가 본류 수위에 미치는 영향을 검토하였으며, 영산강 하구둑 배수갑문 확장에 따른 영산호의 내수위 변화를 검토하였다. 검토 결과, 영산강 하구둑 배수갑문 확장만을 통한 치수대책은 그 효과가 부족하므로 추가적인 대책이 필요함을 제안하였다. 이에 본 연구에서는 영산강 하류부 홍수조절을 위하여 영산호-영암호 연계운영 방안을 검토하였다.
- 영산강 하구둑과 영암 및 금호방조제 건설 이후 유역 내·외부 환경변화를 고려했을 때 영산강 중 · 하류부의 홍수발생 빈도 및 피해 규모는 앞으로 더욱 증가할 것으로 예상된다.
- 영산강 하구둑과 영암 및 금호방조제 건설 이후 유역 내·외부 환경변화를 고려했을 때 영산강 중 · 하류부의 홍수발생 빈도 및 피해 규모는 앞으로 더욱 증가할 것으로 예상된다. 영산강 하구둑 배수갑문 확장만을 통한 치수대책은 그 효과가 부족한 것으로 검토되어, 본 연구에서는 영암호를 활용한 홍수량 분담방안에 대한 분석을 수행한 것으로 향후 영산강 유역의 치수계획 수립시 참조할 수 있을 것으로 판단된다.
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