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문제 정의
- 그러나 홍수시 호안이 피해를 입지 않도록 안정성을 확보해야 할 것이다. 본 연구는 집중호우 등에 의한 홍수시 도시하천호안의 피해를 분석하기 위해 홍수에 의해 피해를 입은 하천을 대상으로 현장조사를 실시하고 고수부지를 포함한 호안의 피해원인을 분석하였다. 도시하천이며 최근 홍수피해를 당한 광주천을 연구대상지역으로 선정하고 분석하였다.
- 본 연구에서는 집중호우 등에 의한 홍수시 하천 호안의 피해를 분석하기 위해 홍수에 의해 피해를 입은 하천을 대상으로 현장조사를 실시하고 고수부지를 포함한 호안의 피해원인을 분석하였다. 연구대상지역은 도시하천인 광주천으로 최근 자연형하천 사업이 실시되었으며, 2009년 말에 준공된 하천이다.
- 우리나라에서는 90년대 이후 자연형 하천정비사업이 많이 시행되고 있으며, 그 중 특히 도시하천을 대상으로 하는 사업이 많은 비중을 차지하고 있다. 이러한 사업들은 국민생활 수준의 향상과 더불어 여가 및 생태체험 공간으로의 물환경 욕구를 충족시키고, 생물 서식처가 복원되어 하천의 생태시스템이 제기능을 하도록 하기 위한 목적이다.
- 조사 및 분석에 대한 기존 연구는 박상덕 등(2009)이 강원도 하천에 설치된 호안공법을 조사하여 분류하고 홍수에 의한 호안공법 파괴사례를 조사하였다. 조사결과를 식생 및 수리적 측면에서 분석하여 강원도 하천에 적합한 호안공법을 제시하고자 하였다. 김철 등(2008)은 저수호안에 작용하는 외력에 의한 안정성분석을 실시하였고, 이성준 등(2008)은 고수호안에 대한 안정성 분석에 대해 연구하였다.
제안 방법
- 연구 대상지역인 광주천 하천평면도를 사용하여 종단방향은 약 40 m를 기준으로 교량 등의 구조물을 고려하여 나누고, 횡단방향은 좌안과 우안을 포함하여 8개 구간으로 나누어 전체 Grid를 구성하였다. Grid의 각 Cell에 표 2에 나와 있는 피해현황조사 결과를 입력하여 피해조사 Grid를 작성하였으며, 똑같은 방법으로 유속 Grid(RMA2 결과)와 통수단면적 Grid를 작성하였다.
- 산정방법은 HEC-RAS와 RMA2 모형을 이용하여 단면평균유속과 2차원 평면유속을 산정하였다. HEC-RAS 모형의 경계조건은 상류경계를 증심사천 합류점, 하류경계를 유덕수위표 지점으로 주고 모의하였다. 모의 결과 최대유속은 5.
- 홍수량에 따른 홍수위와 유속을 계산하기위해 HEC-RAS와 RMA2 모형을 이용하였다. 계산된 결과를 조사결과와 비교하기 위해 조사결과와 같은 Cell로 유속, 통수단면적 자료를 작성하였다. 조사된 피해자료와 계산된 유속자료 등을 이용하여 홍수에 의한 호안의 안정성을 분석하였다.
- 계산된 홍수량을 사용하여 홍수위와 유속을 산정하였다. 산정방법은 HEC-RAS와 RMA2 모형을 이용하여 단면평균유속과 2차원 평면유속을 산정하였다.
- 광주천유역에는 2009년 7월 7일 196 mm를 최고로 7월21일까지 강우가 발생하여 피해가 발생하였고, 피해조사는 27일과 28일에 현장을 상류에서 하류쪽으로 조사하였다.
- 조사방법은 상류에서 하류까지 종단방향으로 구간을 나누고 횡단방향으로는 좌·우안으로부터 고수부지I, 고수부지II, 저수호안, 저수로 등으로 구분하여 피해정도에 따라 점수를 부여하였다. 광주천의 상류에서 하류까지 각 Cell별로 점수가 부여되었으며 그 결과를 GIS를 이용하여 표시하였다. 한편 2009년 7월에 발생한 강우를 분석하였으며, 유출분석을 실시하여 홍수량을 계산하였다.
- 본 연구에서는 피해와 피해인자간의 상관성을 각 지점별로 분석하였으나 지점별 상관성을 계량화하는 것은 많은 어려움이 발생하여 피해가 가장 심한 2구간에 대해 정성적인 분석을 시도하였다.
- 조사된 피해자료와 계산된 유속자료 등을 이용하여 홍수에 의한 호안의 안정성을 분석하였다. 분석과정에서 자연형 하천 공사시 채택한 호안공법들을 고려하여 분석하였으며, 채택된 공법들의 적용타당성과 관련된 결과를 도출할 수 있었다.
- 호안의 안정성 연구는 크게 조사 및 분석과 실험에 관한 연구들로 분류할 수 있다. 조사 및 분석에 대한 기존 연구는 박상덕 등(2009)이 강원도 하천에 설치된 호안공법을 조사하여 분류하고 홍수에 의한 호안공법 파괴사례를 조사하였다. 조사결과를 식생 및 수리적 측면에서 분석하여 강원도 하천에 적합한 호안공법을 제시하고자 하였다.
- 계산된 결과를 조사결과와 비교하기 위해 조사결과와 같은 Cell로 유속, 통수단면적 자료를 작성하였다. 조사된 피해자료와 계산된 유속자료 등을 이용하여 홍수에 의한 호안의 안정성을 분석하였다. 분석과정에서 자연형 하천 공사시 채택한 호안공법들을 고려하여 분석하였으며, 채택된 공법들의 적용타당성과 관련된 결과를 도출할 수 있었다.
- 조사방법은 상류에서 하류까지 종단방향으로 구간을 나누고 횡단방향으로는 좌·우안으로부터 고수부지I, 고수부지II, 저수호안, 저수로 등으로 구분하여 피해정도에 따라 점수를 부여하였다.
- 조사방법은 상류에서 하류까지 종단방향으로 약 40 m를 기준하여 132지점으로 나누고, 횡단방향으로는 좌·우안으로부터 고수부지I, 고수부지II, 저수호안, 저수로 등으로 구분하여 8개 구간으로 나누어 각 Cell의 피해정도에 따라 점수를 부여하였다.
- 피해에 영향을 미칠 수 있는 지형적, 수리학적 및 공법에 사용된 재료의 특성을 나타내는 각각의 Grid와 피해결과 Grid를 이용하여 피해를 분석하였다. 분석방법은 피해결과와 유속과의 상관관계, 피해결과와 유속 및 재료강도와의 상관관계, 피해결과와 유속, 재료강도, 통수단면적과의 상관관계를 분석하였다.
- 광주천의 상류에서 하류까지 각 Cell별로 점수가 부여되었으며 그 결과를 GIS를 이용하여 표시하였다. 한편 2009년 7월에 발생한 강우를 분석하였으며, 유출분석을 실시하여 홍수량을 계산하였다. 홍수량에 따른 홍수위와 유속을 계산하기위해 HEC-RAS와 RMA2 모형을 이용하였다.
- 이 구간은 저수호안은 물론 고수부지의 식생과 블록이 세굴되어 없어지고, 산책로 부분도 세굴된 구간이 많이 발생한 구간이다. 한편 저수호안에 대한 호안공법별 피해결과를 나타내기 위해 저수호안 264cell을 조사하여 피해점수가 4점 이상인 지점들에 대한 분석자료를 표 3에 수록하였다. 그 결과 좌안보다 우안의 피해가 심하였고, 낙차공과 징검다리 등 하천횡단구조물 부근의 호안피해가 심한 것으로 나타났다.
- 통수단면적 Grid는 광주천의 지형적 특징을, 유속 Grid는 수리학적 특성을 나타내고 있다. 한편 호안과 고수부지의 재료 및 호안공법의 특성을 나타내는 Grid를 작성하기 위해 저수로를 제외한 각 부분을 구성하는 재료의 강도를 사용하여 재료강도 Grid를 작성하였다. 그림 3에 전체 Grid를 나타내었다.
- 홍수로 인한 도시하천의 호안피해를 분석하기 위한 분석방법은 그래프를 이용한 방법과 Grid를 이용한 방법을 사용하였다. 그래프를 이용한 방법은 대상구간의 피해점수와 피해의 원인분석에 사용할 수 있는 횡단 단면적, 유속 자료를 그래프로 나타내고, 이들을 이용하여 피해를 분석하는 것이다.
대상 데이터
- 광주지역에 2009년 7월 7일 1시부터 21시까지 집중호우가 발생하였으며, 이때 발생한 호우의 규모를 분석하기 위해 기상청 관할 광주관측소 1개와 국토해양부 관할 광주, 무등산 2개 관측소의 지속시간별 최대강우량을 조사하여 표 4에 나타내었다.
- 본 연구는 집중호우 등에 의한 홍수시 도시하천호안의 피해를 분석하기 위해 홍수에 의해 피해를 입은 하천을 대상으로 현장조사를 실시하고 고수부지를 포함한 호안의 피해원인을 분석하였다. 도시하천이며 최근 홍수피해를 당한 광주천을 연구대상지역으로 선정하고 분석하였다.
- 07 m로 기록되었다. 모형의 매개변수는 영산강유역종합치수계획(건설교통부, 2008)의 자료를 이용하였으며 2005년 7월 10일 강우자료와 수위 관측자료를 이용하여 적용성을 검증하였고, 7월 7일 모의결과 유덕 수위관측소의 홍수량은 835CMS로 계산되었다.
- HEC-HMS 모형을 이용하여 강우·유출분석을 실시하였다. 수위자료는 영산강 홍수통제소의 자료를 이용하였으며, 사용한 수위관측소 자료는 학동과 유덕 2개소의 자료를 이용하였다. 학동 수위관측소의 최대수위는 2009년 7월 7일 12시에 3.
- 연구 대상지역인 광주천 하천평면도를 사용하여 종단방향은 약 40 m를 기준으로 교량 등의 구조물을 고려하여 나누고, 횡단방향은 좌안과 우안을 포함하여 8개 구간으로 나누어 전체 Grid를 구성하였다. Grid의 각 Cell에 표 2에 나와 있는 피해현황조사 결과를 입력하여 피해조사 Grid를 작성하였으며, 똑같은 방법으로 유속 Grid(RMA2 결과)와 통수단면적 Grid를 작성하였다.
- 본 연구에서는 집중호우 등에 의한 홍수시 하천 호안의 피해를 분석하기 위해 홍수에 의해 피해를 입은 하천을 대상으로 현장조사를 실시하고 고수부지를 포함한 호안의 피해원인을 분석하였다. 연구대상지역은 도시하천인 광주천으로 최근 자연형하천 사업이 실시되었으며, 2009년 말에 준공된 하천이다. 광주천은 2009년 7월에 집중호우가 발생하였으며 이로 인해 자연형 하천사업에서 시공한 구간의 호안과 고수부지의 시설물들에 피해가 발생하였다.
데이터처리
- 피해에 영향을 미칠 수 있는 지형적, 수리학적 및 공법에 사용된 재료의 특성을 나타내는 각각의 Grid와 피해결과 Grid를 이용하여 피해를 분석하였다. 분석방법은 피해결과와 유속과의 상관관계, 피해결과와 유속 및 재료강도와의 상관관계, 피해결과와 유속, 재료강도, 통수단면적과의 상관관계를 분석하였다. 분석결과 상관관계가 가장 높게 나타난 경우는 유속 및 재료강도와 피해결과의 경우로 나타났으나 여러가지 변수가 작용한다고 판단되므로 각 Grid별로 상관관계를 식으로 유도하기에는 무리가 있다.
이론/모형
- HEC-HMS 모형을 이용하여 강우·유출분석을 실시하였다.
- 최소유속의 발생지점은 광천교 지점으로서 일치하며, 최대유속의 발생지점은 광주교 지점과 구동낙차공 지점으로 비슷한 지점이다. HEC-RAS의 결과는 그래프를 사용한 분석방법에 사용하였으며 RMA2의 결과는 Grid를 이용한 분석방법에 사용하였다.
- RMA2 모형의 경계조건은 상류경계는 방학교 직하류, 하류 경계는 광암교 직상류 지점을 사용하였다. 모의 결과 최대유속은 4 m/s로서 광주교 지점에서 발생하였고, 최소유속은 1.
- 계산된 홍수량을 사용하여 홍수위와 유속을 산정하였다. 산정방법은 HEC-RAS와 RMA2 모형을 이용하여 단면평균유속과 2차원 평면유속을 산정하였다. HEC-RAS 모형의 경계조건은 상류경계를 증심사천 합류점, 하류경계를 유덕수위표 지점으로 주고 모의하였다.
- 피해 분석방법은 그래프를 이용한 방법과 Grid를 이용한 방법을 사용하였다. 그래프를 이용한 방법은 대상구간의 피해 점수와 피해의 원인분석에 사용할 수 있는 횡단 단면적, 유속 등을 그래프로 나타내고, 이들을 이용하여 피해를 분석하는 것이다.
- 한편 2009년 7월에 발생한 강우를 분석하였으며, 유출분석을 실시하여 홍수량을 계산하였다. 홍수량에 따른 홍수위와 유속을 계산하기위해 HEC-RAS와 RMA2 모형을 이용하였다. 계산된 결과를 조사결과와 비교하기 위해 조사결과와 같은 Cell로 유속, 통수단면적 자료를 작성하였다.
성능/효과
- 본 강우의 규모를 분석하기 위해 1999년도 수자원 관리기법 개발 연구조사 보고서(건설교통부, 2000)와 영산강유역종합치수계획(건설교통부, 2008)에 수록된 빈도별 강우량 자료를 표 5에 나타내었다. 그 결과 1시간 강우자료는 50년 빈도 이하로 분석되었고, 지속시간이 2시간과 3시간의 최대 강우자료는 200년 빈도를 넘는 것으로 분석되었으며, 지속시간이 6시간과 12시간의 최대 강우자료는 100년 빈도를 넘는 것으로 분석되었다.
- 한편 저수호안에 대한 호안공법별 피해결과를 나타내기 위해 저수호안 264cell을 조사하여 피해점수가 4점 이상인 지점들에 대한 분석자료를 표 3에 수록하였다. 그 결과 좌안보다 우안의 피해가 심하였고, 낙차공과 징검다리 등 하천횡단구조물 부근의 호안피해가 심한 것으로 나타났다. 표 3의 공법별 피해비율을 살펴보면 코코넛 롤, 층계형 방틀, 거석쌓기, 식생호안 블럭 순으로 피해가 심한 것을 알 수 있다.
- HEC-RAS 모형의 경계조건은 상류경계를 증심사천 합류점, 하류경계를 유덕수위표 지점으로 주고 모의하였다. 모의 결과 최대유속은 5.15 m/s로서 구동낙차공 지점에서 발생하였고, 최소유속은 1.69 m/s로서 광천교 지점에서 발생하였다.
- Grid를 이용한 분석방법은 피해조사 결과를 단위 Cell로 하는 Grid를 작성하였으며, 유속, 통수단면적, 재료강도를 Cell별로 입력하여 Grid를 작성하고, GIS의 분석도구를 이용하여 각 cell 별로 호안피해를 분석하는 방법이다. 분석 결과 피해결과 Grid와 가장 상관관계가 높은 경우는 유속 Grid와 재료강도 Grid를 교집합시킨 피해분석 Grid로 나타났다.
- 낙차공 직하류가 세굴되었으며 자전거도로도 훼손되었다. 이 구간의 저수호안은 방틀과 돌쌓기공법으로 조성되어 있어 비교적 피해가 많지 않았으며, 고수부지의 피해가 상대적으로 심한 것으로 분석되었다.
- 피해 분석결과 하천을 횡단하는 구조물들인 보, 낙차공, 교량 주위에서 가장 큰 호안 피해가 발생하였으며 저수호안과 고수부지의 연결부, 고수부지의 시설물 주변에서도 많은 피해가 발생하였다. 하천 설계나 시공시에는 본 연구의 결과를 반영하여 피해가 많이 발생할 수 있는 구조물 주위를 더욱 세심하게 보강하여 설계, 시공할 필요가 있을 것이다.
후속연구
- 하천 설계나 시공시에는 본 연구의 결과를 반영하여 피해가 많이 발생할 수 있는 구조물 주위를 더욱 세심하게 보강하여 설계, 시공할 필요가 있을 것이다. 그래프 분석방법에서 지형이나 공법 등을 그래프에 포함시켜 분석하는 방법과 Grid 분석방법에서 각 Grid별로 상관관계를 식으로 유도하는 연구 등의 연구가 앞으로 필요하다.
- 피해 분석결과 하천을 횡단하는 구조물들인 보, 낙차공, 교량 주위에서 가장 큰 호안 피해가 발생하였으며 저수호안과 고수부지의 연결부, 고수부지의 시설물 주변에서도 많은 피해가 발생하였다. 하천 설계나 시공시에는 본 연구의 결과를 반영하여 피해가 많이 발생할 수 있는 구조물 주위를 더욱 세심하게 보강하여 설계, 시공할 필요가 있을 것이다. 그래프 분석방법에서 지형이나 공법 등을 그래프에 포함시켜 분석하는 방법과 Grid 분석방법에서 각 Grid별로 상관관계를 식으로 유도하는 연구 등의 연구가 앞으로 필요하다.
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