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강변저류지군의 홍수저감효과 개선방안에 대한 연구
Study on a Scheme to Increase Flood Reduction Effect of Washlands 원문보기

한국방재학회논문집 = Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation, v.10 no.2, 2010년, pp.123 - 133  

백천우 ,  변천일 (한경대학교 공과대학 토목공학) ,  김도현 (한경대학교 공과대학 토목공학) ,  안태진 (한경대학교 공과대학 토목공학과)

초록
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강변저류지와 같은 소규모 수공구조물에 의한 홍수저감방안의 필요성이 증가하고 있으며, 대상 유역내에 다수의 후보지역이 존재하는 강변저류지 계획에 있어서, 네트워크로 간주된 전체 저류지군의 실질적인 홍수조절효과의 산정이 필수적이다. 본 연구에서는 저류용량, 월류고, 월류폭 등과 같은 강변저류지 제원에 대한 민감도 분석을 통한 강변저류지군의 홍수저감효과 개선기법을 제안하였다. 제안된 기법은 설계빈도 홍수사상에 대하여 강변저류지 제원 변화에 따른 직하류부 및 유역출구 홍수저감량 민감도 분석을 실시하고, 민감도분석 결과를 이용하여 직하류부와 유역출구에서의 홍수저감량이 최대가 되게 하는 강변저류지 제원을 결정한다. 제안된 기법을 안성천 유역에 적용하여 적용성을 검토하였으며, 기존의 연구결과와 본 연구에서 제안한 기법의 결과를 비교분석하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Due to climate change and difficulty in construction of large dam, it is on the increase to use small hydraulic facilities such as washland for the flood control purpose. Since there can be many potential locations for washland in a basin, it is important for determination of optimal location to cal...

주제어

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문제 정의

  • 강변저류지는 설치 형태에 따라 On-Line과 Off-Line 형식으로 구분할 수 있으며, 저류용량이 작은 강변저류의 특성상 Off-Line 형식이 보다 많은 홍수조절효과를 제공할 수 있다. Off-Line 형식인 강변저류지의 홍수조절효과에 영향을 미치는 대표적인 인자로는 저류용량, 월류고, 월류폭 등이 있으며, 본 연구에서는 강변저류지 제원(저류용량, 월류고, 월류폭)에 따른 홍수저감효과를 분석하고, 이 결과를 바탕으로 강변저류지의 홍수저감효과를 개선시킬 수 있는 방안을 제시하였다. 또한 대상유역에 존재하는 각각 강변저류지의 홍수조절효과를 최대화하기 위해 결정된 제원은 대상 후보지 중의 최적위치를 결정하기 위한 기준으로 사용된다.
  • 물론 도시지역, 상습침수구역 등과 같이 토지이용현황, 과거 침수피해현황 등을 고려하여 홍수저감을 목표로 하는 지점인 “홍수저감목표지점” (안태진 등, 2008; 백천우 등, 2009)만을 대상으로 홍수저감효과를 이용할 수는 있을 것이나, 대상유역 내에 다수의 홍수저감목표지점이 있을 경우 어느 지점에 얼마나 가중치를 부여할 지를 결정하는 것도 쉽지 않은 문제이다. 따라서 각각의 강변저류지의 홍수저감효과에 대한 민감도 분석을 수행하기 위한 대표되는 지점으로 본 연구에서는 유역출구를 설정하였다. 특히, 저류효과에 의해 첨두홍수를 낮추고 첨두홍수도달시간을 지체시키는 On-Line 형식의 저류지는 지체된 첨두홍수의 중첩효과 등에 의해 하류부의 첨두홍수를 오히려 증가시키는 결과를 줄 수 있지만, Off-Line 형식의 저류지는 첨두홍수도달시간 지체현상을 발생시키지 않으므로, 본 연구에서 사용한 ‘유출구에서의 홍수저감효과는 유역전반의 홍수저감효과를 대표할 수 있다’라는 전제조건은 비교적 타당한 조건이라 판단할 수 있다.
  • 하지만 수리구조물의 최적 설계를 위해 발생 가능한 다양한 유출 패턴을 고려하는 것은 현실적으로 불가능하며, 이와 같은 이유로 하천설계기준, 댐 설계기준 등을 비롯한 많은 수공분야 지침서에서는 목표하는 설계빈도에 대한 유출수문곡선을 계획 및 설계의 대상으로 정하고 있다. 따라서 본 연구에서는 목표하는 설계빈도와 유출수문곡선을 대상으로 강변저류지의 홍수저감효과를 개선할 수 있는 방안을 제시하였다.
  • 하지만 본 연구에서와 같이 최적화 기법의 적용에 앞서 결정변수에 대한 민감도 분석만으로도 보다 효율적인 홍수저감효과를 제공하는 강변저류지의 제원을 결정할 수 있었다. 따라서, 본 연구에서 제안한 방법은 강변저류지의 홍수저감효과 개선을 위한 방안으로 활용이 가능한 것으로 판단된다.
  • 안태진 등 (2008)은 ‘안성천유역종합치수계획 (건설교통부, 2007)’에서 결정한 13개 후보저류지를 대상으로 설치하는 저류지수에 따른 최적위치를 결정하였으며, 백천우 등 (2009)은 안태진 등 (2008)의 모형을 보완하여 최적위치와 월류고를 동시에 결정하는 모형을 개발하였다. 본 연구에서는 기존연구 결과와의 비교를 위해 유역출구에서의 홍수저감량을 최대로 하는 최적조합을 결정하는 식 (3)을 목적함수로 이용하여 강변저류지의 최적위치를 선정해 보았다. 표 10은 동일 대상유역인 안성천 유역의 대상으로 안태진 등 (2008)과 백천우 등 (2009)의 모형적용결과와 본 연구의 결과를 비교해 나타내고 있다.
  • 본 연구에서는 민감도 분석을 통한 강변저류지군의 홍수저감효과 개선기법을 제안하고자 하며, 그림 5는 본 연구에서 제안한 기법의 흐름도를 나타내고 있다. 우선 대상유역 내에서 강변저류지 설치가 가능한 후보지를 결정하고, 최대 저류 용량, 월류고, 월류폭, 수위-유량곡선 등과 같은 각 후보지의 제원을 결정한다.
  • 본 연구에서는 저류용량, 월류고, 월류폭 등과 같은 강변저류지 제원에 대한 민감도 분석을 통한 강변저류지군의 홍수 저감효과 개선기법을 제안하였다. 제안된 기법은 설계빈도 홍수사상에 대하여 강변저류지 제원 변화에 따른 직하류부 및 유역출구 홍수저감량 민감도 분석을 실시하고, 민감도분석 결과를 이용하여 유역출구에서의 홍수저감량이 최대가 되게 하는 강변저류지 제원을 결정한다.
  • 본 연구에서는 제안된 강변저류지의 홍수저감효과 개선방안을 안성천 유역에 적용하여 제안된 기법의 적용성을 검토 하였다. 안성천 유역의 면적은 1,658 km2이며, 유로연장은 59.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
강변저류지는 어떤 장점이 있는가? 따라서 홍수조절 효과가 확실하고, 그 효과가 즉시 나타나는 특징이 있다. 또한 홍수저감효과 이외에 비홍수기 습지와 농경지, 생태공원, 스포츠 시설 등으로 활용할 수 있어, 6월에서 9월까지 대부분의 강수가 집중되고 있는 국내의 경우, 비홍수기 활용적 측면에서 보유하고 있는 잠재적 가치가 크다는 장점이 있다. 하지만 강변저류지는 첨두홍수 저감을 위해 유역의 중상류지역에서 기존의 홍수터를 활용함으로 인해, 큰 시설부담 없이 일정 홍수조절효과를 얻을 수 있는 자연친화적인 시설로 알려졌음에도 불구하고, 그 효과에 대한 정량적 평가가 쉽지 않아 강변저류지가 갖는 장점이 크게 부각되지 못했었다.
강변저류지는 무엇인가? 강변저류지는 하천연안 저지대 농경지를 이용하여 기존 제방의 일부 구간에 월류제(취수부)를 설치하고 계획홍수 초과 또는 일정 수위 이상 발생 시에, 이를 일시 저류함으로써 하류의 홍수량을 경감시키는 시설로, David and Ronald(1992)는 “an area of flood-plain that has been embanked to provide some degree of protection from flooding”이라고 강변저류지(washland)를 정의하였다. 강변저류지는 기존의 하도 내에 수공구조물을 설치하거나, 하도를 개선하는 방식 등으로 홍수조절효과를 기대하는 방식이 아니며, 하도 주변에 위치한 농경지 등으로의 2차원적인 홍수량 분담을 통해 하천의 홍수부담을 감소시키는 방식을 이용한다.
강변저류지는 어떤 방식으로 홍수부담을 감소시키는가? 강변저류지는 하천연안 저지대 농경지를 이용하여 기존 제방의 일부 구간에 월류제(취수부)를 설치하고 계획홍수 초과 또는 일정 수위 이상 발생 시에, 이를 일시 저류함으로써 하류의 홍수량을 경감시키는 시설로, David and Ronald(1992)는 “an area of flood-plain that has been embanked to provide some degree of protection from flooding”이라고 강변저류지(washland)를 정의하였다. 강변저류지는 기존의 하도 내에 수공구조물을 설치하거나, 하도를 개선하는 방식 등으로 홍수조절효과를 기대하는 방식이 아니며, 하도 주변에 위치한 농경지 등으로의 2차원적인 홍수량 분담을 통해 하천의 홍수부담을 감소시키는 방식을 이용한다. 따라서 홍수조절 효과가 확실하고, 그 효과가 즉시 나타나는 특징이 있다.
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참고문헌 (17)

  1. 강수만, 박민지, 김상호, 김성준 (2007) 홍수범람모형을 이용한 침수피해 저감방안 연구 : 진위천 하천구간을 대상으로. 대한토목학회 논문집, 대한토목학회, 제27권, 제6B호, pp.583-590. 

  2. 곽재원, 김덕길, 윤선화, 김형수 (2008) 다차원법을 이용한 천변 저류지의 홍수조절 효과분석. 한국습지학회지, 한국습지학회, 제10권, 제3호, pp.69-78. 

  3. 건설교통부 (2005) 천변저류지 기본계획 수립에 관한 연구, 건설교통부. 

  4. 건설교통부 (2007) 안성천수계 유역종합치수계획, 건설교통부. 

  5. 백천우, 김복천, 안태진 (2009) 월류부특성변화에 따른 천변저류지군의 홍수저감효과분석. 한국방재학회 논문집, 한국방재학회, 제9권, 제1호, pp.145-150. 

  6. 백천우, 안태진 (2009) 설계빈도를 고려한 천변저류지 최적위치 선정. 한국수자원학회 논문집, 한국수자원학회, 제42권, 제7호, pp.559-569. 

  7. 안태진, 강인웅, 백천우 (2008) 수문학적 홍수저감효과 기반의 천변저류지 최적위치 선정을 위한 의사결정모형의 개발. 한국수자원학회 논문집, 한국수자원학회, 제41권, 제7호, pp.725-735. 

  8. Anrold, J.G., Allen, P.M. and Morgan, D.S. (2001) Hydrologic Model for Design and Constructed Wetlands. Wetland, Vol. 21, No. 2, pp.167-178. 

  9. David, P. and Ronald H.F. (1992) Management of the Aire and Calder Washlands- Performance Evaluation and Optimisation by Numerical Modelling, Floods and Flood Management: Edited by Saul A.J., Kluwer Academic Publishers. 

  10. English Nature (2004) Integrated Washland management for Flood Defence and Biodiversity. Research No. 598. 

  11. Hammer, B.E. (1989) Constructed Wetlands for Waste-Water Treatment, Lewis Publishers, Chelsca, MI, USA. 

  12. Kadlec, R.H. and Knight, R.L. (1996) Treatment Wetlands. CRC, Lewis Publishers, Boca Raton, FL, USA. 

  13. Kamedulski, G.E., and McCuen, R.H. (1979) Evaluation of Alternatives Stormwater Detention Policies. Journal of Water Resources Planning and Management, ASCE, Vol. 105, No. WR2, pp.171-186. 

  14. Kusler, J.A. and Kentula, H.E. (1996) Wetland Restoration and Creation: The Status of the Science. Island Press, Washington, DC, USA. 

  15. Ormsbee, L.E., Houck, M.H., and Delleur, J.W. (1987) Design of Dual-Purpose Detention System using Dynamic Programming. Journal of Water Resources Planning and Management, ASCE, Vol. 113, No. 4, pp.471-484. 

  16. Travis, Q.B. and Mays, L.W. (2008) Optimizing Retention Basin Networks. Journal of Water Resources Planning and Management, ASCE, Vol. 134, No. 5, pp.432-439. 

  17. Yeh, C.H., and Labadie, J.W. (1997) Multiobjective Watershed- Level Planning of Storm Water Detention Systems. Journal of Water Resources Planning and Management, ASCE, Vol. 123, No. 6, pp.336-343. 

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