[국내논문]영산강 하류부 홍수위 조절을 위한 영산호-영암호-금호호 연계운영 Coupled Operation of the Lake Youngsan, Yeongam and Kumho for the Flood Stage Control in the Downstream of the Youngsan River원문보기
연락수로의 확폭, 금호호 배수갑문의 확폭, 영암연락수로 제수문의 개폐기준이 영산강 하류부에 위치하는 영산호 영암호 금호호의 홍수위에 미치는 영향을 분석하기 위하여, 3개의 호수를 하나의 연계시스템으로 구성하여 부정류 해석을 수행하였다. 3개 호수의 배수갑문, 영암 및 금호연락수로의 제원이 현상태인 조건에서 3개 호수의 연계운영 효과는 미미한 것으로 분석되었다. 영산호의 내수위를 낮추기 위해서는 영암연락수로를 확폭하는 것이 효과적이나, 이는 영암호의 내수위 상승을 유발한다. 상승한 영암호의 내수위를 금호호의 저류능력을 활용하여 낮추기 위해서는 금호호 배수갑문과 금호연락수로를 함께 확폭하는 것이 필요한 것으로 나타났다. 본 연구의 모의조건에서, 영산호의 내수위를 거의 일정하게 유지하면서 영암호와 금호호의 내수위를 최대로 낮출 수 있는 영암연락수로 제수문의 개폐기준은 약 EL.(+)0.8 m인 것으로 분석되었다.
연락수로의 확폭, 금호호 배수갑문의 확폭, 영암연락수로 제수문의 개폐기준이 영산강 하류부에 위치하는 영산호 영암호 금호호의 홍수위에 미치는 영향을 분석하기 위하여, 3개의 호수를 하나의 연계시스템으로 구성하여 부정류 해석을 수행하였다. 3개 호수의 배수갑문, 영암 및 금호연락수로의 제원이 현상태인 조건에서 3개 호수의 연계운영 효과는 미미한 것으로 분석되었다. 영산호의 내수위를 낮추기 위해서는 영암연락수로를 확폭하는 것이 효과적이나, 이는 영암호의 내수위 상승을 유발한다. 상승한 영암호의 내수위를 금호호의 저류능력을 활용하여 낮추기 위해서는 금호호 배수갑문과 금호연락수로를 함께 확폭하는 것이 필요한 것으로 나타났다. 본 연구의 모의조건에서, 영산호의 내수위를 거의 일정하게 유지하면서 영암호와 금호호의 내수위를 최대로 낮출 수 있는 영암연락수로 제수문의 개폐기준은 약 EL.(+)0.8 m인 것으로 분석되었다.
To examine how the width of connecting channels, the width of the Kumho lock gate, and the opening/shutting criteria of the Yeongam connecting channel lock gate affect the flood stage of Lake Yeongsan, Lake Yeongam, and Lake Kumho, located in the lower reaches of the Yeongsan River, unsteady flood r...
To examine how the width of connecting channels, the width of the Kumho lock gate, and the opening/shutting criteria of the Yeongam connecting channel lock gate affect the flood stage of Lake Yeongsan, Lake Yeongam, and Lake Kumho, located in the lower reaches of the Yeongsan River, unsteady flood routing was performed by connecting the three lakes into a single interlinked system. The coupled operation of the three lakes was found to have little effect when the widths of the lock gates and the Yeongam and Kumho connecting channels are set at the current level. The most effective way to lower the water level in Lake Yeongsan was to widen the Yeongam connecting channel, but this caused the water level in Lake Yeongam to rise. To lower the increased water level in Lake Yeongam by utilizing the water storage capacity of Lake Kumho, it was necessary to widen both the Kumho lock gate and the Kumho connecting channel. It was found that the optimum opening/shutting criterion for the Yeongam connecting channel lock gate is approximately EL.(+)0.8 m under the simulated conditions used in this study and the criterion allows of maximal lowering of the water levels in Lake Yeongam and Lake Kumho while maintaining a near-constant water level in Lake Yeongsan.
To examine how the width of connecting channels, the width of the Kumho lock gate, and the opening/shutting criteria of the Yeongam connecting channel lock gate affect the flood stage of Lake Yeongsan, Lake Yeongam, and Lake Kumho, located in the lower reaches of the Yeongsan River, unsteady flood routing was performed by connecting the three lakes into a single interlinked system. The coupled operation of the three lakes was found to have little effect when the widths of the lock gates and the Yeongam and Kumho connecting channels are set at the current level. The most effective way to lower the water level in Lake Yeongsan was to widen the Yeongam connecting channel, but this caused the water level in Lake Yeongam to rise. To lower the increased water level in Lake Yeongam by utilizing the water storage capacity of Lake Kumho, it was necessary to widen both the Kumho lock gate and the Kumho connecting channel. It was found that the optimum opening/shutting criterion for the Yeongam connecting channel lock gate is approximately EL.(+)0.8 m under the simulated conditions used in this study and the criterion allows of maximal lowering of the water levels in Lake Yeongam and Lake Kumho while maintaining a near-constant water level in Lake Yeongsan.
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문제 정의
영산호-영암호 연계를 통한 영산강 하류부의 홍수조절계획은 건설교통부(2007)의 계획으로 현재 추진 중에 있다. 본 연구에서는 상기 계획을 바탕으로 홍수 발생시 영산호-영암호 연계운영에 더하여 금호호의 연계운영 효과를 검토하였다. 영산호, 영암호, 금호호의 내수위와 연락수로를 통한 분기유량을 추적하기 위하여 HEC-RAS의 부정류 해석모형(UNET)을 이용하였다.
또한 건설교통부(2007)는 영암호와 금호호 유역에 100년 빈도의 홍수량이 발생했을 때 양 호소의 내수위 변화를 검토하였고, 그 검토 결과 영암호와 금호호는 계획홍수량에 대해 충분히 여유 있는 내용적을 확보하고 있는 것으로 분석되었다. 이에 본 연구에서는 영산강유역에 대규모 홍수가 발생하는 경우 영산호의 내수위가 과도하게 상승하는 것을 방지하기 위하여 영암호와 금호호의 내용적을 활용하는 방안을 검토하였다.
본 연구에서는 건설교통부(2007)의 치수계획인 영산호-영암호 연계운영을 기본으로 금호호의 저류능력을 활용하기 위한 금호호의 배수갑문 확장 및 금호연락수로 확폭이 영산호, 영암호, 금호호의 홍수위 조절에 미치는 영향을 해석하였다. 본 연구에서 수행한 모의조건을 표 3에 요약, 정리하였다.
본 연구에서는 영산강 하류부 홍수위 조절을 위한 영산호-영암호-금호호 연계운영 방안을 검토하였다. 즉, 영산호-영암호 연계를 통한 기존 영산강 하류부 홍수조절계획에 더하여 금호호의 저류능력을 활용하는 3개 호수의 연계운영 효과를 검토하였다.
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.
영산호, 영암호, 금호호의 내수위와 연락수로를 통한 분기유량을 추적하기 위하여 HEC-RAS의 부정류 해석모형(UNET)을 이용하였다. 영산호, 영암호, 금호호를 하나의 시스템으로 하는 부정류 해석을 통해 금호호의 저류능력, 영암호와 금호호를 연결하는 연락수로의 확폭, 금호호 배수갑문의 확장, 영산호와 영암호를 연결하는 연락수로 제수문의 개폐기준이 영산호, 영암호, 금호호의 홍수위 조절에 미치는 영향을 분석하였다.
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.
영암호와 금호호 상류에서 유입하는 100년 빈도 홍수량 수문곡선은 건설교통부(2007)에서 산정한 수문곡선을 이용하였다. 영암호와 금호호 하류부 경계조건은 영산호 하류부 경계조건과 동일하게 목포기준검조소를 기준으로 설계조위인 대조평균고조위를 이용하였다.
영산호, 영암호, 금호호에 설치된 배수갑문은 배수갑문 전면과 후면의 수위차에 의해 갑문을 통한 방류가 이루어지도록 내부구조물(inline structure)로 처리하였다. 또한 연락수로에 설치되는 제수문 또한 내부구조물로 처리하여 제수문 조작효과를 고려할 수 있도록 하였다.
영산호, 영암호, 금호호에 설치된 배수갑문은 배수갑문 전면과 후면의 수위차에 의해 갑문을 통한 방류가 이루어지도록 내부구조물(inline structure)로 처리하였다. 또한 연락수로에 설치되는 제수문 또한 내부구조물로 처리하여 제수문 조작효과를 고려할 수 있도록 하였다. 연락수로와 영암호, 금호호의 조도계수는 박선중 등(2007)이 사용한 영산강 하류부 조도계수와 동일하게 설정하였다.
본 연구에서 수행한 모의조건을 표 3에 요약, 정리하였다. 모든 분석은 영산호에서 최고내수위를 발생시키는 고고조 일치형에 대한 해석을 바탕으로 수행하였다.
영산호, 영암호, 금호호의 배수갑문, 연락수로의 제원이 현 상태인 조건(표 3 참조)에서 3개 호수의 연계운영시, 영산호, 영암호, 금호호의 내수위 및 분기유량을 해석하였다. 영산호, 영암호, 금호호의 초기수위는 각 호소의 상시만수위를 적용하였다.
영산호, 영암호, 금호호의 배수갑문, 연락수로의 제원이 현 상태인 조건(표 3 참조)에서 3개 호수의 연계운영시, 영산호, 영암호, 금호호의 내수위 및 분기유량을 해석하였다. 영산호, 영암호, 금호호의 초기수위는 각 호소의 상시만수위를 적용하였다. 영암연락수로의 제수문은 영산호의 내수위(No.
3.2절의 조건을 기본으로 하여 금호호 배수갑문과 금호연락수로의 확폭에 따른 3개 호수의 연계운영 효과를 검토하였다. 영산호의 최고내수위는 금호호 배수갑문과 금호연락수로 확폭의 영향을 거의 받지 않는 것으로 나타났다.
3개 호수의 내수위와 연락수로를 통한 분기유량을 추적하기 위하여 HEC-RAS의 부정류 해석모형(UNET)을 이용하였다. 3개의 호수를 하나의 시스템으로 구성한 부정류 해석을 통해 금호호의 저류능력, 금호연락수로의 확폭, 금호호 배수갑문의 확장, 영암연락수로 제수문의 개폐기준이 영산호, 영암호, 금호호의 홍수위 조절에 미치는 영향을 분석한 결과를 정리하면 다음과 같다.
본 연구에서는 영산강 하류부 홍수위 조절을 위한 영산호-영암호-금호호 연계운영 방안을 검토하였다. 즉, 영산호-영암호 연계를 통한 기존 영산강 하류부 홍수조절계획에 더하여 금호호의 저류능력을 활용하는 3개 호수의 연계운영 효과를 검토하였다. 3개 호수의 내수위와 연락수로를 통한 분기유량을 추적하기 위하여 HEC-RAS의 부정류 해석모형(UNET)을 이용하였다.
대상 데이터
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), 김대근과 이재형(2008)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), 김대근과 이재형(2008)에 의해 그 적용성이 검증된 자료를 이용하였다.
영암호는 하구 배수갑문 지점에서 18.5 구간을 금호호는 하구 배수갑문 지점에서 17.0 km 구간을 대상으로 하도모델을 구성하였다. 영암호와 금호호의 단면자료는 해당지역의 해도, 2차원 수치모의를 위해 작성된 목포해역의 수심도(강주환 등, 2004) 및 한국농어촌공사(2009)의 자료를 이용하였다.
0 km 구간을 대상으로 하도모델을 구성하였다. 영암호와 금호호의 단면자료는 해당지역의 해도, 2차원 수치모의를 위해 작성된 목포해역의 수심도(강주환 등, 2004) 및 한국농어촌공사(2009)의 자료를 이용하였다. 영암호와 금호호 상류에서 유입하는 100년 빈도 홍수량 수문곡선은 건설교통부(2007)에서 산정한 수문곡선을 이용하였다.
영암호와 금호호의 단면자료는 해당지역의 해도, 2차원 수치모의를 위해 작성된 목포해역의 수심도(강주환 등, 2004) 및 한국농어촌공사(2009)의 자료를 이용하였다. 영암호와 금호호 상류에서 유입하는 100년 빈도 홍수량 수문곡선은 건설교통부(2007)에서 산정한 수문곡선을 이용하였다. 영암호와 금호호 하류부 경계조건은 영산호 하류부 경계조건과 동일하게 목포기준검조소를 기준으로 설계조위인 대조평균고조위를 이용하였다.
이론/모형
본 연구에서는 상기 계획을 바탕으로 홍수 발생시 영산호-영암호 연계운영에 더하여 금호호의 연계운영 효과를 검토하였다. 영산호, 영암호, 금호호의 내수위와 연락수로를 통한 분기유량을 추적하기 위하여 HEC-RAS의 부정류 해석모형(UNET)을 이용하였다. 영산호, 영암호, 금호호를 하나의 시스템으로 하는 부정류 해석을 통해 금호호의 저류능력, 영암호와 금호호를 연결하는 연락수로의 확폭, 금호호 배수갑문의 확장, 영산호와 영암호를 연결하는 연락수로 제수문의 개폐기준이 영산호, 영암호, 금호호의 홍수위 조절에 미치는 영향을 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 영암호, 금호호의 조도계수는 박선중 등(2007)이 사용한 영산강 하류부 조도계수와 동일하게 설정하였다. 이상과 같이 영산호, 영암호, 금호호를 하나의 시스템으로 구축하여 구성한 부정류 모델링의 모식도와 경계조건은 그림 2와 같다.
즉, 영산호-영암호 연계를 통한 기존 영산강 하류부 홍수조절계획에 더하여 금호호의 저류능력을 활용하는 3개 호수의 연계운영 효과를 검토하였다. 3개 호수의 내수위와 연락수로를 통한 분기유량을 추적하기 위하여 HEC-RAS의 부정류 해석모형(UNET)을 이용하였다. 3개의 호수를 하나의 시스템으로 구성한 부정류 해석을 통해 금호호의 저류능력, 금호연락수로의 확폭, 금호호 배수갑문의 확장, 영암연락수로 제수문의 개폐기준이 영산호, 영암호, 금호호의 홍수위 조절에 미치는 영향을 분석한 결과를 정리하면 다음과 같다.
성능/효과
주어진 조건하에서 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. 김대근과 이재형(2008)은 영산호-영암호의 연계운영 효과를 검토하였다.
김대근과 이재형(2008)은 영산호-영암호의 연계운영 효과를 검토하였다. 검토 결과, 영산호의 내수위를 낮추기 위해서는 연락수로의 폭과 영암호 배수갑문의 폭을 확장하는 것이 효과적인 것으로 분석되었으며, 연락수로의 폭을 확장함으로써 호소간 분기유량을 증대시키면 연락수로 제수문의 개폐기준 조정을 통해 영산호의 내수위를 효과적으로 조절할 수 있는 것으로 분석되었다.
2절의 조건을 기본으로 하여 금호호 배수갑문과 금호연락수로의 확폭에 따른 3개 호수의 연계운영 효과를 검토하였다. 영산호의 최고내수위는 금호호 배수갑문과 금호연락수로 확폭의 영향을 거의 받지 않는 것으로 나타났다. 표 4는 영산호의 최고내수위를 정리한 것인데, 영암연락수로의 폭이 140 m인 경우에는 본 연구의 모든 모의조건에서 영산호의 최고내수위가 EL.
금호연락수로와 금호호 배수갑문의 확폭은 영산호의 최고내수위에 미치는 영향이 미미하며, 영암연락수로의 폭이 영산호의 최고내수위에 주로 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 그리고 영암연락수로의 확폭은 영암호의 수위 상승에 큰 영향을 미치나, 금호호의 수위 상승에는 그 영향이 미미한 것으로 나타났다.
금호연락수로와 금호호 배수갑문의 확폭은 영산호의 최고내수위에 미치는 영향이 미미하며, 영암연락수로의 폭이 영산호의 최고내수위에 주로 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 그리고 영암연락수로의 확폭은 영암호의 수위 상승에 큰 영향을 미치나, 금호호의 수위 상승에는 그 영향이 미미한 것으로 나타났다. 금호호 배수갑문의 확장은 금호호의 수위 하강에 직접적인 영향을 미쳐 영암호와 금호호의 수위차를 증가시키는 요인이 된다.
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 제한적이므로 추가적인 대책이 필요함을 제안하였다. 김대근과 이재형(2008)은 영산호-영암호 연계운영 방안을 검토하였으며, 여기에서는 영산호와 영암호의 배수갑문의 폭, 연락수로의 폭, 연락수로 제수문의 개폐기준에 따른 홍수조절효과를 각각 분석하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
담수호의 역할은 무엇인가?
우리나라의 서남권 바다로 유출되는 낙동강, 금강, 영산강, 삽교천 등 하천에는 치수 및 이수목적을 위해 하류부에 담수호가 조성되어 있다. 이들 담수호는 하류부에 배수갑문을 두어 염수침입을 방지하는 동시에 홍수조절을 하고 있다. 담수호의 내수위는 하구둑 외부의 외조위와 유입홍수량 그리고 담수호의 내용적과 배수갑문의 운영에 의해 결정되며, 이렇게 결정된 담수호의 내수위는 각종 하천관련 계획의 기준이 된다.
영산상의 중하류부에 위치한 저지대의 침수피해 가능성이 점차 증가하고 있는 이유는?
89 m)에 이르고 있어(건설교통부, 2007) 고조위 상승으로 인한 배수갑문의 배제가능 시간이 단축되었다. 이러한 영산호의 내용적 감소와 조위 상승에 따른 배수갑문의 배제가능 시간의 단축은 홍수 유입시 영산호 내수위 상승에 직접적인 영향을 미치게 된다. 또한 상류 유역의 도시화, 산업화로 대변되는 각종 개발사업에 의한 불투수면적의 증가로 인해 과거와 동일한 호우 사상에도 첨두유량은 증가하고 홍수의 도달시간은 짧아지게 된다. 이에 영산강의 중·하류부 위치한 나주, 함평, 영암, 무안 등 저지대의 침수피해 가능성은 점차 증가하고 있다(정재욱 등, 2004; 박선중 등, 2007; 김대근과 이재형, 2008).
담수호의 내수위는 무엇에 의해 결정되는가?
이들 담수호는 하류부에 배수갑문을 두어 염수침입을 방지하는 동시에 홍수조절을 하고 있다. 담수호의 내수위는 하구둑 외부의 외조위와 유입홍수량 그리고 담수호의 내용적과 배수갑문의 운영에 의해 결정되며, 이렇게 결정된 담수호의 내수위는 각종 하천관련 계획의 기준이 된다.
참고문헌 (15)
강주환(1996) 하구언 및 방조제 건설에 따른 목포해역의 환경변화. 대한토목학회논문집, 대한토목학회, 제16권 제II-6호, pp. 611-619.
Barkau, R.L. (1993) One-Dimensional Unsteady Flow Through a Full Network of Open Channels - User 's Manual. Report CPD-66, USACE HEC 609 Second Street, Davis, CA.
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