황강은 1989년 합천 본댐 및 조정지댐의 건설후 하도폭, 하상재료, 식생 및 하천구간내 사주의 형성 등 많은 하천 지형학적 변화가 있었다. 이러한 변화는 댐 건설후 흐름 및 유사이송의 변화에 기인한다. 합천댐은 약 591천 $m^3$/년의 유사를 차단한 것으로 파악되었다. 조정지댐 준공후 연최대피크 방류량은 654.7 $m^3$/s에서 126.3 $m^3$/s로 감소되었다 (댐건설전의 19.3%). 합천조정지댐 하류로부터 낙동강 합류점까지 45 km 구간의 1982, 1993 및 2004년의 항공사진을 분석한 결과 비식생하도폭(non-vegetated active channel width)은 평균 152m 감소되었다 (1982년의 약 47%). 비식생하도의 면적 역시 평균 6.6$km^2$ (1982년의 44%)가 감소하였다. 평균 중앙입경(D50)의 크기는 1983년 및 2003년에 1.07mm에서 5.72 mm로 평균 하상구배는 0.000943에서 0.000847로 각각 변하였다. 하상 세굴깊이는 조정지댐으로 부터 하류 20 km 구간에서 평균 약 2.6 m였다. 1차원 유사모형인 GSTAR-1D를 이용하여 장기하상변동을 예측하였는데 최심하상고는 2013-2015년 사이에 안정된 상태에 도달하는 것으로 나타났다. 합천 조정지댐에 의해 홍수기에 발생되는 흐름파가 하류 하천 지형변화에 미치는 영향을 파악하기 위해 해석적인 방법을 개발하고 유사모의모형으로 예측한 값과 비교 검토한 결과, 일주기파(daily pulse)와 홍수피크(flood peak)는 각각의 평균값이 흐를 때와 비교하여 하천지형변화에 훨씬 큰 영향을 미치는 것으로 나타났는데 이는 각각의 평균일 경우 보다 21%와 15%의 유사이송량의 증가를 보여주었다.
황강은 1989년 합천 본댐 및 조정지댐의 건설후 하도폭, 하상재료, 식생 및 하천구간내 사주의 형성 등 많은 하천 지형학적 변화가 있었다. 이러한 변화는 댐 건설후 흐름 및 유사이송의 변화에 기인한다. 합천댐은 약 591천 $m^3$/년의 유사를 차단한 것으로 파악되었다. 조정지댐 준공후 연최대피크 방류량은 654.7 $m^3$/s에서 126.3 $m^3$/s로 감소되었다 (댐건설전의 19.3%). 합천조정지댐 하류로부터 낙동강 합류점까지 45 km 구간의 1982, 1993 및 2004년의 항공사진을 분석한 결과 비식생하도폭(non-vegetated active channel width)은 평균 152m 감소되었다 (1982년의 약 47%). 비식생하도의 면적 역시 평균 6.6$km^2$ (1982년의 44%)가 감소하였다. 평균 중앙입경(D50)의 크기는 1983년 및 2003년에 1.07mm에서 5.72 mm로 평균 하상구배는 0.000943에서 0.000847로 각각 변하였다. 하상 세굴깊이는 조정지댐으로 부터 하류 20 km 구간에서 평균 약 2.6 m였다. 1차원 유사모형인 GSTAR-1D를 이용하여 장기하상변동을 예측하였는데 최심하상고는 2013-2015년 사이에 안정된 상태에 도달하는 것으로 나타났다. 합천 조정지댐에 의해 홍수기에 발생되는 흐름파가 하류 하천 지형변화에 미치는 영향을 파악하기 위해 해석적인 방법을 개발하고 유사모의모형으로 예측한 값과 비교 검토한 결과, 일주기파(daily pulse)와 홍수피크(flood peak)는 각각의 평균값이 흐를 때와 비교하여 하천지형변화에 훨씬 큰 영향을 미치는 것으로 나타났는데 이는 각각의 평균일 경우 보다 21%와 15%의 유사이송량의 증가를 보여주었다.
Hwang River in South Korea, has experienced channel adjustments due to dam construction. Hapcheon main dam and re-regulation dam. The reach below the re-regulation dam (45 km long) changed in flow regime, channel width, bed material distribution, vegetation expansion, and island formation after dam ...
Hwang River in South Korea, has experienced channel adjustments due to dam construction. Hapcheon main dam and re-regulation dam. The reach below the re-regulation dam (45 km long) changed in flow regime, channel width, bed material distribution, vegetation expansion, and island formation after dam construction. The re-regulation dam dramatically reduced annual peak flow from 654.7 $m^3$/s to 126.3 $m^3$/s and trapped the annual 591 thousand $m^3$ of sediment load formerly delivered from the upper watershed since the completion of the dam in 1989. An analysis of a time series of aerial photographs taken in 1982, 1993, and 2004 showed that non-vegetated active channel width narrowed an average of 152 m (47% of 1982) and non-vegetated active channel area decreased an average of 6.6 km2 (44% of 1982) between 1982 and 2004, with most narrowing and decreasing occurring after dam construction. The effects of daily pulses of water from peak hydropower generation and sudden sluice gate operations are investigated downstream of Hapcheon Dam in South Korea. The study reach is 45 km long from the Hapcheon re-regulation Dam to the confluence with the Nakdong River. An analysis of a time series of aerial photographs taken in 1982, 1993, and 2004 showed that the non-vegetated active channel width narrowed an average of 152 m (47% reduction since 1982). The non-vegetated active channel area also decreased an average of 6.6 $km^2$ (44% reduction since 1982) between 1982 and 2004, with most changes occurring after dam construction. The average median bed material size increased from 1.07 mm in 1983 to 5.72 mm in 2003, and the bed slope of the reach decreased from 0.000943 in 1983 to 0.000847 in 2003. The riverbed vertical degradation is approximately 2.6 m for a distance of 20 km below the re-regulation dam. It is expected from the result of the unsteady sediment transport numerical model (GSTAR-1D) steady simulations that the thalweg elevation will reach a stable condition around 2020. The model also confirms the theoretical prediction that sediment transport rates from daily pulses and flood peaks are 21 % and 15 % higher than their respective averages.
Hwang River in South Korea, has experienced channel adjustments due to dam construction. Hapcheon main dam and re-regulation dam. The reach below the re-regulation dam (45 km long) changed in flow regime, channel width, bed material distribution, vegetation expansion, and island formation after dam construction. The re-regulation dam dramatically reduced annual peak flow from 654.7 $m^3$/s to 126.3 $m^3$/s and trapped the annual 591 thousand $m^3$ of sediment load formerly delivered from the upper watershed since the completion of the dam in 1989. An analysis of a time series of aerial photographs taken in 1982, 1993, and 2004 showed that non-vegetated active channel width narrowed an average of 152 m (47% of 1982) and non-vegetated active channel area decreased an average of 6.6 km2 (44% of 1982) between 1982 and 2004, with most narrowing and decreasing occurring after dam construction. The effects of daily pulses of water from peak hydropower generation and sudden sluice gate operations are investigated downstream of Hapcheon Dam in South Korea. The study reach is 45 km long from the Hapcheon re-regulation Dam to the confluence with the Nakdong River. An analysis of a time series of aerial photographs taken in 1982, 1993, and 2004 showed that the non-vegetated active channel width narrowed an average of 152 m (47% reduction since 1982). The non-vegetated active channel area also decreased an average of 6.6 $km^2$ (44% reduction since 1982) between 1982 and 2004, with most changes occurring after dam construction. The average median bed material size increased from 1.07 mm in 1983 to 5.72 mm in 2003, and the bed slope of the reach decreased from 0.000943 in 1983 to 0.000847 in 2003. The riverbed vertical degradation is approximately 2.6 m for a distance of 20 km below the re-regulation dam. It is expected from the result of the unsteady sediment transport numerical model (GSTAR-1D) steady simulations that the thalweg elevation will reach a stable condition around 2020. The model also confirms the theoretical prediction that sediment transport rates from daily pulses and flood peaks are 21 % and 15 % higher than their respective averages.
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문제 정의
6 m 세굴된 것으로 나타났으며, 하도폭 역시 상당히 감소한 것으로 나타났다. (2) 일반적인 홍수기에 조정지댐에 의하여 발생하는 흐름파가 유사이송량 증가에 미치는 영향을 알아보기 위하여 해석적인 방법을 개발하여 Eq. (7)에 보는 바와 같이 Kp를 정의하여 계산해 보았다.
또한, 수리기하(hydraulic geometry)의 장래 변화와 어느 지점에서 새로운 평형 및 안정 상태에 도달할 것인지를 예측하는 것이 중요하다. 따라서, 본 연구의 목적은 댐 건설에 의하여 조절되는 하천에서 물 흐름과 유사유입의 변화로 인하여 하천에 발생하는 각종 변화에 대한 이해, 장기 하상변동 예측을 통한 평형상태 평가 및 흐름파가 합천댐 하류하천에 발생하는 수리지형학적 변화에 미치는 영향을 파악하는 것이다.
후)이중">이 중 GSTAR-1D모형도 이러한 기능을 갖고 있으며, 미개척국에 의하여 개발된 정상류 유사이송모형인 GSTAR시리즈 중 가장 최근에 개발된 모형으로 댐 건설로 인한 하상변동 모의에 적용하여 적용성이 입증되어 본 연구에 적용하기 위한 모형으로 선정하였다. 이 모형은
10) 전형적인 방류수문곡선을 보여주고 있다. 이러한 흐름파가 하류의 유사이송에 미치는 영향을 파악하기 위하여 해석적인 방법을 개발하고 적용하였다. 먼저 유량-유사량 곡선식이 적용 가능하다는 가정으로부터 다음 Eq.
후)황 강의">황강의 합천조정지댐과 낙동강 합류점사이 45 km 구간에 대하여 합천본댐과 조정지댐 건설로 인하여 수리 기하에 미치는 영향을 알아보았다. 이러한 분석에는 방류량, 항공사진, 하천종횡단 측량, 유사이동 및 하상재료 등의 조사자료를 이용하였다.
제안 방법
댐에 의한 하류하천의 변화 양상을 단계별로 나타내기 위하여 상기에서 언급된 합천 조정지댐 하류 하천의 변화현상을 적용하여 변화 체계를 구성하여 보았다. 여러 연구에서도 언급된 것과 같이 댐에 의한 영향은 유량과 유사(water and sediment)라는 두 가지의 주요한 요인에 의하여 이루어진다(Xu, 1990; Schumm, 1969; Petts and Gurnell,
또한, 이러한 흐름파가 하류 하천에 미치는 영향을 파악하기 위하여 일주기파(daily pulse, Case1) 및 이의 평균값인 일일평균(daily average, Case2), 홍수피크(flood peak, Case3) 및 이의 평균값인 홍수평균(flood average, Case4)의 4가지 경우에 대하여 분석을 실시하였다. 부정류 흐름에 의한 하류 하상의 변화를 알아보기 위하여 GSTAR-1D 모형에
후)하상 바닥의">하상바닥의 마찰경사 등이다. 먼저, 하천정비기본계획(건설부, 1983)에서 조사한 종횡단 하도측량 자료, 하상재료의 구성 및 합천댐 지점에서 관측된 평균 일유량 자료를 적용하여 1983-2003년까지 20년간의 하상변동을 모의하고 하천정비기본계획(건설교통부, 2003)에서 관측한 값과의 비교를 통해 모형의 보정을 수행하였다(Fig. 4). 모의된 최심하상고는 2003년 관측된 값과 유사한 경향을 보여주었다.
후)이의평균값인">이의 평균값인 일일평균(daily average, Case2), 홍수피크(flood peak, Case3) 및 이의 평균값인 홍수평균(flood average, Case4)의 4가지 경우에 대하여 분석을 실시하였다. 부정류 흐름에 의한 하류 하상의 변화를 알아보기 위하여 GSTAR-1D 모형에 합천조정지댐에서의 100시간 동안의 방류 수문곡선을 과업구간에 적용하였다. Shin(2007)은 GSTAR-1D모델에
후)국립지리원으로부터">국립지리원으로 부터 구하였다. 이러한 사진촬영자료는 하도폭 및 사주의 면적 등을 파악하는데 활용하였다. 항공사진은
합천댐의 저수용량은 790×106 m3이며, 본댐 발전소에서 하루 3시간 첨두 발전을 통해 방류되는 물을 하류로 조절 방류하기 위하여 본댐 하류 6.5 km 지점에 조정지댐을 건설하였다.
후)파악하는 데">파악하는데 활용하였다. 항공사진은 수치표고모형(DEM)으로 부터 ERDAS IMAGINE 소프트웨어를 이용하여 위치, 길이 면적 등을 얻기 위해 X, Y 좌표를 결정할 수 있도록 수치화하였다. 이러한 과정을 거쳐 물이 흐르는 하천면적, 종횡단 측량선, 식생이 분포하는 지역의 면적 및 사주의 면적 등을 중첩하고 계산하기 위하여 ArcView3.
대상 데이터
후)조정방류하고">조정 방류하고 있다. 대부분의 분석에 필요한 자료는 1983년 이후에 관측된 자료로서 하천정비기본계획의 일환으로 건설교통부에서 수행한 자료를 활용하였다. 대상 구간은 1983년 이후 매 10년마다(1983, 1993, 2003) 조사가
후)하천정비 기본계획의">하천정비기본계획의 일환으로 건설교통부에서 수행한 자료를 활용하였다. 대상 구간은 1983년 이후 매 10년마다(1983, 1993, 2003) 조사가 이루어 졌는데 하천 종횡단측량, 하상재료 크기, 유량, 기상, 수질 및 동식물조사 등 환경관련 자료를 포함하고 있다. 댐
후)환경 관련">환경관련 자료를 포함하고 있다. 댐 준공전후의 평면적인 하천의 변화 양상을 파악하기 위하여 필요한 항공사진자료는 국립지리원에서 1982, 1993 및 2004년에 촬영한 자료를 수집, 수치화하여 이용하였다. 과업구간은 Fig.
그러나 두 관측소 자료는 결측치가 많고 자료의 신뢰도가 떨어져 본 과업에서는 제외하였다. 따라서 댐건설전의 일유량자료는 1969-1983년 기간 동안 댐건설 지점에 설치되어 있던 창리 수위관측소 자료를 사용하였고 댐건설후의 유량자료는 1989년 이후 본댐 및 조정지댐의 방류량 자료를 이용하였다. 이들 자료는 1996년 이후부터는 시간 및
후)본과업구간에서">본 과업구간에서 활용 가능한 하천 종횡단 측량자료는 1983, 1993년 및 2003년 자료이며, 국가수자원정보시스템에서 구하였다. 1983년 자료는 500m 간격으로 100여개의 단면이 있고, 2003년 자료는 250m 간격으로 210여개의 단면으로 구성되어 있다.
5 km 지점에 조정지댐을 건설하였다. 본댐 발전소는 조정지댐으로부터 상류 2 km 지점에 위치하고 있으며, 평상시 하루 3시간 첨두 발전을 통해 최대 119 m3/s를 방류한다. 조정지댐 발전소에서는 이를 일일 15 m3/s로 하류에
후)수리기하에">수리 기하에 미치는 영향을 알아보았다. 이러한 분석에는 방류량, 항공사진, 하천종횡단 측량, 유사이동 및 하상재료 등의 조사자료를 이용하였다.
후)구성 물질의">구성물질의 크기 등이다. 출력자료는 수심, 침식 및 퇴적에 의한 하상 횡단면의 높이, 하상 구성물질 크기의 변화, 유사 농도 및 유사 이동 그리고 하상바닥의 마찰경사 등이다. 먼저,
항공사진은 Fig. 3에서 보는바와 같이 1982, 1993 및 2004년에 촬영한 자료가 있으며, 건설교통부산하 국립지리원으로 부터 구하였다. 이러한
데이터처리
후)이루어졌는데">이루어 졌는데
14년간 (1989-2002) 8,279천 m3의(591 천 m3/년) 유사가 퇴적된 것으로 관측되었다. 이 값을 실측 유사량 자료가 없는 합천조정지댐 하류에서 유사량 공식으로 산정한 총퇴사량값과 비교하였다. 적용된 유사량 공식은 Engelund Hansen (1972), Ackers and White (1973), Yang (1973 and 1979) 및 Van Rijn (1984) 공식이었다.
이론/모형
후)수지상하도">수지상 하도 및 망상형 하도에도 적용 가능하다. 또한, 정상 및 부정류에 대한 흐름해석이 가능하며, 정상점변류의 해석을 위한 에너지 방정식의 계산을 위해 표준축차계산법을 이용하며 부정 급변류의 해석을 위하여는 St. Venant 방정식을 이용한다. 유사이송을 모의하기 위하여 GSTAR-1D모형은
Venant 방정식을 이용한다. 유사이송을 모의하기 위하여 GSTAR-1D모형은 두가지의 방법을 사용한다. 장기간의 모의를 위하여는 유사이송
후)길이면적">길이 면적 등을 얻기 위해 X, Y 좌표를 결정할 수 있도록 수치화하였다. 이러한 과정을 거쳐 물이 흐르는 하천면적, 종횡단 측량선, 식생이 분포하는 지역의 면적 및 사주의 면적 등을 중첩하고 계산하기 위하여 ArcView3.2 소프트웨어를 이용하였다.
후)두 가지의">두가지의 방법을 사용한다. 장기간의 모의를 위하여는 유사이송 연속방정식의 부정류 항목을 무시하고 부등평형 유사이송방법(non-equilibrium sediment transport method)이 이용된다.
성능/효과
후)분석 결과를">분석결과를 통하여 다음과 같은 주요 결론을 얻었다. (1) 댐준공후(1989-2005) 기간 동안 방류량은 댐준공전의 19.3%로 감소하였다.
후)연평균 최고유량이">연평균최고유량이 댐건설전 기간(1969-1981) 동안의 유량의 16%에 불과한 것이다. (2) 강턱유량(bankfull discharge, 1.58년 빈도유량)은 댐건설후의 유량이 댐건설 전의 17%에 불과 하였다. Fig.
후)15% 이상의">15%이상의 증가를 보여주었다. (3) GSTAR-1D모형으로 2003년부터 20년간의 장기간의 하상변동을 모의한 결과 2003년 이후 약 10여년간 대부분의 하상변동이 이루어지고 2013년 이후에는 최심 하상고의 변화가 크지 않은 것으로 예측되었다. 최대 세굴심은 1983년 이후 약
(7)로부터 계산된 값 KP≈1.20는 흐름파에 의한 유사의 이송량이 평균 유량에 의한 경우보다 20% 더 크다는 것을 의미한다.
10에서 보여주는 것과 같이 일주기파(Case1)에 의한 유사이송율(톤/일)은 이 흐름의 평균값(Case2)에 의한 유사이송량보다 21%가 컸다. GSTAR-1D모델로 산정한 유사이송량의 증가량 21%는 해석적인 방법으로 계산한 20%와 비교하여 매우 유사한 결과를 보여주었다.
(7)에 보는 바와 같이 Kp를 정의하여 계산해 보았다. 계산 결과, 일주기파(Case1)에 의한 유사이송율(톤/일)이 이의 평균값에 의한 값보다 약 20% 크게 나타났다. 또한,
후)댐건설 후">댐건설후 기간동안 45-30 Km (합천조정지댐 하류 0-15 km) 구간에서 가장 큰 하상 세굴을 보여주고 있는데 평균 2.6m의 하상이 세굴되었다. 이러한 변화는 Choi et al.
후)댐건설 후에">댐건설후에 하상재료의 크기가 변하였는데 하류 구간보다 조정지댐 직하류인 소구간 1에서 하상재료의 크기가 증가하였다.
후)유사이송율(톤/일)이">유사이송율(톤/일)이 이의 평균값에 의한 값보다 약 20% 크게 나타났다. 또한, 부정류 모의가 가능한 1차원 유사이송 모형인 GSTAR-1D모형을 이용하여 모의 한 결과 21%의 유사이송량의 증가가 예측되었는데 이는 해석적인 방법으로 계산한 값과 거의 유사한 결과를 보여주고 있다.
후)검토된 바">검토된바 있는데 Huang and Griemann(2006)은 GSTAR-1D의 적용성을 검토하기 위하여 미국 New Mexico 주에 위치한 Rio Grande강의 Cochiti Dam부터 Isleta Diversion Dam 까지 약 100 km 구간에 1972～1992, 1992～2002년 기간 동안 적용하였다. 모의에 의하여 계산된 하상변동 및 총 유사변동량을 실제 관측된 자료와 비교하여 유사한 결과를 얻어 실제 상황에 적용성이 있음을 입증하였다. 또한 Griemann et al.
본">2005). 본 연구 구간 역시, 댐 하류하천의 변화는 합천 조정지댐의 운영에 의하여 발생하는 흐름파의 영향을 포함하여 유량과 유사량의 감소가 가장 중요한 요인 이었다. 이러한 입력 조건의 변화로 인하여 특히
후)이후,">이 후, 비식생하도폭 및 면적이 감소하였고 반대로 사주 및 식생의 면적은 증가하였다. 이러한 과정은 최종적으로 하상경사,
후)조정지 댐">조정지댐 하류로부터 20km 구간의 하상 바닥은 평균 2.6 m 세굴된 것으로 나타났으며, 하도폭 역시 상당히 감소한 것으로 나타났다. (2) 일반적인 홍수기에 조정지댐에 의하여 발생하는
5에서 보여주는 바와 같이 2003년 이후 조정지댐으로부터 하류 12 km구간에서 대부분 발생하였다. 최대 세굴 깊이는 1983년 이후 4 m이었으며, 이러한 변화는 2003년으로부터 10년 후인 2013년경에 대체적으로 안정된 상태에 도달하는 것으로 예측되었다. 또한,
(3) GSTAR-1D모형으로 2003년부터 20년간의 장기간의 하상변동을 모의한 결과 2003년 이후 약 10여년간 대부분의 하상변동이 이루어지고 2013년 이후에는 최심 하상고의 변화가 크지 않은 것으로 예측되었다. 최대 세굴심은 1983년 이후 약 4m 이었으며 하도의 세굴은 조정지댐 하류로부터 약 20km 지점까지 발생할 것으로 예측되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
댐의 건설은 무엇의 변화에 큰 영향을 미치는가?
댐의 건설은 하류 하천의 하상표고, 하도폭, 수심, 하상재료의 크기, 장갑화 및 제방의 식생 등의 변화로 인해 하류 하천의 수리기하(downstream hydraulic geometry)의 변화에 큰 영향을 미친다. 이러한 변화는 댐이 상류에서 들어오는 유사를 차단, 하류에 맑은 물만을 방류함으로서 하도의 변화를 가져온다(Downs and Gregory, 2004).
댐의 건설은 하류 하천의 수리기하에 변화에 영향을 미치는데 그 이유는 무엇인가?
댐의 건설은 하류 하천의 하상표고, 하도폭, 수심, 하상재료의 크기, 장갑화 및 제방의 식생 등의 변화로 인해 하류 하천의 수리기하(downstream hydraulic geometry)의 변화에 큰 영향을 미친다. 이러한 변화는 댐이 상류에서 들어오는 유사를 차단, 하류에 맑은 물만을 방류함으로서 하도의 변화를 가져온다(Downs and Gregory, 2004).
댐의 건설은 하류 하천의 수리기하의 변화를 주는데 이 변화는 무엇의 변화를 가져오는가?
댐의 건설은 하류 하천의 하상표고, 하도폭, 수심, 하상재료의 크기, 장갑화 및 제방의 식생 등의 변화로 인해 하류 하천의 수리기하(downstream hydraulic geometry)의 변화에 큰 영향을 미친다. 이러한 변화는 댐이 상류에서 들어오는 유사를 차단, 하류에 맑은 물만을 방류함으로서 하도의 변화를 가져온다(Downs and Gregory, 2004). 댐건설이 미치는 주요한 영향중의 하나는 홍수피크의 감소를 들 수 있는데 Williams and Wolman (1984)은 미국의 중부와 남서부의 21개 저수지를 조사하여 댐건설후 90% 정도의 홍수피크가 감소하였음을 보여주었다.
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