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문제 정의
- 본 연구에서는 강우자료는 최근 수립된 보고서자료를 이용하고 홍수량 산정방법 및 자료는 과거의 것을 적용하면서 홍수량을 산정한 후 이를 현재 계획홍수량과 비교하여 가장 영향을 많이 미치는 인자가 무엇인지를 확인하였다. 강우분석방법에서 과거의 일우량 고정시간의 적용은 일최대강우량 자료를 이용하는 것이므로 임계지속시간을 적용 할 수 없기 때문에 산정된 홍수량에 임계지속시간을 적용하지는 않았다.
- 본 연구에서는 과거와 현재 계획홍수량 중 합리적인 계획 홍수량을 채택 할 수 있도록 계획 홍수량 변화에 영향을 미치는 인자들의 영향 정도를 정량적으로 분석하고자 하였다. 분석을 위한 자료는 경기도 중·소하천 중 최근 3년간 하천 기본계획이 재수립 된 하천들을 대상으로 과거의 하천기본계획과 최근 수립된 하천기본계획 보고서를 이용하였다.
제안 방법
- 62개 중·소하천에서 산정된 계획 홍수량을 비교 분석하였다.
- 경기도 지역의 중·소하천 중 최근 3년간 하천기본계획이 재수립 된 62개 중·소하천에 대하여 유역의 특성을 조사하고, 과거와 현재의 계획홍수량 및 계획강우량을 비교·분석 하였다.
- 계획홍수량의 변화에는 홍수량 산정 시의 유역자료 및 산정방법의 변화가 영향을 주었을 것으로 판단하고, 경기도의 중·소하천 중 건건천 등 6개 유역을 대상으로 계획홍수량 산정 시 유역자료 및 산정방법의 변화에 따른 홍수량의 변화를 분석하였다.
- 또한 경기도 62개 중·소하천을 대상으로 과거와 현재의 계획홍수량과 확률강우량을 조사하여 변화를 비교하였다. 과거와 비교 하여 현재 변화된 자료 및 홍수량 산정 방법이 홍수량 증감에 미치는 영향정도를 면밀히 분석하기 위해 계획홍수량의 변화에 원인으로 예상되는 영향인자들을 선정하고, 6개 하천 유역을 대상으로 이러한 영향인자들이 계획홍수량에 미치는 영향을 분석하였다.
- 홍수량 산정에 필요한 확률강우량의 산정 시 과거에 강우 자료는 고정시간인 일최대강우량을 이용하였지만, 현재는 임의시간환산계수를 고려한 시우량을 이용한다(정종호 등, 2007). 따라서 대상 유역에 대해 현재와 과거의 강우자료 채택 방법에 따른 홍수량 변화를 알아보기 위해 현재 하천기본 계획 보고서 수립에 이용된 강우자료를 고정시간과 임의시간 으로 추출하고 확률강우량을 각각 산정한 후 동일 유역 조건으로 홍수량을 산정하였다.
- 또한 경기도 62개 중·소하천을 대상으로 과거와 현재의 계획홍수량과 확률강우량을 조사하여 변화를 비교하였다.
- 또한 홍수량 산정 시 자료의 일관성을 위해서 임계지속시간의 적용여부에 관한 항목을 제외하고 나머지 항목 모두에는 임계지속시간을 적용하지 않은 경우만을 비교·분석하였다.
- 유역의 조건이 동일한 상황에서 과거와 현재의 하천기본계획에 제시된 도달시간을 적용하여 홍수량의 변화를 확인하였다. 분석 결과 도달시간의 변화에 대한 홍수량의 증감은 약(-)0.
- 이상인 유역에 대해서는 면적감소계수를 적용하여 면적확률강우량을 산정하고 있다(건교부, 2000). 이러한 면적감소계수 적용이 유역의 홍수량을 어느 정도 감소시키는지를 확인하였다. 건건천, 가일천, 금곡천은 유역면적이 26 km2 이하이므로 면적감소계수를 적용하지 않았고 관리천, 반월천, 사탄천 유역에서 면적감소계수를 적용한 결과 과거 홍수량과 비교하여 현재의 홍수량이 표 7과 같이 감소하였고 그 범위는 약 0.
- 유효우량 산정 시에는 AMC II조건보다 AMC III조건에서 유출량은 증가하게 되며, 임계지속시간은 첨두유출량의 크기가 최대치가 되는 지속시간을 적용하게 되므로 임계지속시간을 고려하게 되면 홍수량은 증가하게 된다. 이러한 산정방법의 변화는 동일조건의 유역에서 홍수량의 산정결과에 영향을 미치게 되므로 그 변화정도를 정량적으로 분석하였다.
- 하천기본계획의 과거 홍수량과 현재 홍수량 차이의 원인을 분석하기 위해 확률강우량의 변화를 확인하였다. 그림 3은 하천기본계획의 최근 계획홍수량의 증감에 따른 확률강우량의 변화를 나타낸 것으로 그림 3(a)는 계획홍수량이 증가한 하천의 확률강우량 증감 여부를 확인한 결과이고, 그림 3(b)는 반대로 계획홍수량이 감소한 경우에 확률강우량 증감여부를 파악하여 나타낸 것이다.
- 영향인자는 크게 과거와 현재의 홍수량 산정 방법의 변화와 과거와 현재의 유역특성 및 도시화 등에 기인하는 자료의 변화로 구분하고 그림 5와 같이 6개의 영향인자를 선정하였다. 홍수량 산정방법의 변화에서는 강우분석방법, 면적감소계수(ARF), 강우의 시간분포, 임계지속시간에 대하여 분석을 실시하였고, 자료의 변화에 대해서는 유출곡선지수(CN)과 도달시간변화에 따른 유출량의 변화를 확인하였다.
대상 데이터
- 분석을 위한 자료는 경기도 중·소하천 중 최근 3년간 하천 기본계획이 재수립 된 하천들을 대상으로 과거의 하천기본계획과 최근 수립된 하천기본계획 보고서를 이용하였다.
- 대상 유역의 과거와 현재의 홍수량 산정방법의 변화에 따른 계획홍수량의 변화를 분석하기 위해, 6개 유역의 홍수량 산정방법 변화 내용을 바탕으로 계획홍수량 변화에 영향을 주었을 것으로 판단되는 인자들을 선정하였다. 영향인자는 크게 과거와 현재의 홍수량 산정 방법의 변화와 과거와 현재의 유역특성 및 도시화 등에 기인하는 자료의 변화로 구분하고 그림 5와 같이 6개의 영향인자를 선정하였다.
- 대상 유역의 선정은 경기도 내 최근 하천기본계획이 재수립 된 유역 중 유출량 변화에 유역의 물리적 특성변화의 영향이 최소가 될 수 있도록 유역면적, 유로연장 등 그 변화가 미소한 지역으로 하였으며, 계획홍수량 변화 영향인자의 분석을 위해 과거와 현재의 계획홍수량의 변화가 다양하게 나타나는 유역을 대상으로 하였다. 또한 유역면적의 영향을 반영하기 위해 소규모 유역의 평균 유역면적인 9.
- 대상 유역의 선정은 경기도 내 최근 하천기본계획이 재수립 된 유역 중 유출량 변화에 유역의 물리적 특성변화의 영향이 최소가 될 수 있도록 유역면적, 유로연장 등 그 변화가 미소한 지역으로 하였으며, 계획홍수량 변화 영향인자의 분석을 위해 과거와 현재의 계획홍수량의 변화가 다양하게 나타나는 유역을 대상으로 하였다. 또한 유역면적의 영향을 반영하기 위해 소규모 유역의 평균 유역면적인 9.8 km2와 비슷한 유역면적을 갖고 있는 가일천과 유역면적이 9.8 km2 이하인 건건천, 그리고 그 이상인 금곡천을 선정하였다. 반면, 중규모 유역에서는 평균 유역면적이 42 km2로 조사되어, 이와 비슷한 유역인 반월천과 42 km2 이하인 관리천, 그리고 그 이상인 사탄천 등 그림 4와 같이 총 6개 유역을 영향인자 분석의 대상 유역으로 선정하였다.
- 8 km2 이하인 건건천, 그리고 그 이상인 금곡천을 선정하였다. 반면, 중규모 유역에서는 평균 유역면적이 42 km2로 조사되어, 이와 비슷한 유역인 반월천과 42 km2 이하인 관리천, 그리고 그 이상인 사탄천 등 그림 4와 같이 총 6개 유역을 영향인자 분석의 대상 유역으로 선정하였다.
- 대상 유역의 과거와 현재의 홍수량 산정방법의 변화에 따른 계획홍수량의 변화를 분석하기 위해, 6개 유역의 홍수량 산정방법 변화 내용을 바탕으로 계획홍수량 변화에 영향을 주었을 것으로 판단되는 인자들을 선정하였다. 영향인자는 크게 과거와 현재의 홍수량 산정 방법의 변화와 과거와 현재의 유역특성 및 도시화 등에 기인하는 자료의 변화로 구분하고 그림 5와 같이 6개의 영향인자를 선정하였다. 홍수량 산정방법의 변화에서는 강우분석방법, 면적감소계수(ARF), 강우의 시간분포, 임계지속시간에 대하여 분석을 실시하였고, 자료의 변화에 대해서는 유출곡선지수(CN)과 도달시간변화에 따른 유출량의 변화를 확인하였다.
- 홍수량 산정 시 필요로 하는 지형학적 인자와 수문학적 인자들의 특성을 조사하기 위해 경기도에 위치한 중·소하천중 최근 3년(2006~2008년)간 하천기본계획이 재수립된 오산천 수계, 진위천 수계, 한천 수계, 안산천 수계 등 11개수계, 62개 중·소하천을 대상으로 유역 특성을 조사하였다.
이론/모형
- 본 연구에서 확률강우량의 산정은 실무에서 주로 사용하는 FARD 2006을 이용하였고, 홍수량의 산정방법은 Clark의 유역추적법을 적용하였다.
성능/효과
- 이는 본 연구에서는 과거 강우자료에서 시강우 자료를 획득 할 수 없어 산정방법의 변화에 따른 홍수량의 변화를 분석할 때 최근의 강우자료를 이용한 영향으로 판단된다. 6개 유역 중 관리천 유역만 홍수량의 증감 총합의 비가 (-)값을 갖는 것으로 나타났는데 표 12에서 볼 수 있듯이 관리천에 임계지속시간을 적용하면 다른 하천에 비해 홍수량의 증가가 약 3~7배작기 때문이며, 이는 관리천의 임계지속시간이 610분으로 다른 하천에 비해 약 2~3배정도 길기 때문으로 판단된다.
- 6개 유역 중 현재의 계획홍수량이 증가한 유역은 건건천, 반월천, 가일천으로 과거 산정된 계획홍수량에 비해 각각 17.9%, 1.7%, 43.0%정도 증가하였다. 반면에 표 4와 같이 사탄천, 금곡천은 현재 계획홍수량이 각각 약 4.
- 과거와 현재 사용되는 대표적인 강우분포형인 Mononbe 분포와 Huff 4분위법에 대한 홍수량의 변화를 확인한 결과는 표 8과 같다. 강우분포를 Mononobe 분포에서 Huff 4분위법으로 변경하면 홍수량이 약 43~76% 정도 감소되는 것으로 나타났다.
- 건건천, 가일천, 금곡천은 유역면적이 26 km2 이하이므로 면적감소계수를 적용하지 않았고 관리천, 반월천, 사탄천 유역에서 면적감소계수를 적용한 결과 과거 홍수량과 비교하여 현재의 홍수량이 표 7과 같이 감소하였고 그 범위는 약 0.7~9.9%정도로 나타났다.
- 이는 경기도 하천 유역내의 불투수 면적을 증가 시켰고, 2002년과 2003년에 발생한 태풍 루사 및 매미 등과 같은 기록적인 강우 발생으로 인해 확률강우량 또한 증가되었다. 경기도내 유역의 이와 같은 변화들로 인해 하천유역의 유출량은 증가되었을 것으로 판단되지만, 실제 과거에 수립된 하천기본계획상의 홍수량과 현재 수립된 하천기본계획의 홍수량을 비교해 보면 유역면적이 동일함에도 불구하고 오히려 유출량이 감소하는 유역이 나타났다. 이러한 현상은 현재 기본홍수량을 산정함에 있어 과거에 비하여 강우자료의 채택방법, 강우의 시간분포 등 산정방법과 유출곡선지수(CN), 도달시간(Tc) 등 자료의 변화가 그 원인으로 판단된다.
- 계획홍수량의 증가에 영향을 미치는 인자는 임계지속시간과 임의시간의 적용 그리고 유출곡선지수(CN)증가로 나타났고, 감소에 영향을 미치는 인자는 강우 시간분포형 중 Huff의 4분위법 적용과 면적감소 계수(ARF)의 적용임을 알 수 있었다. 계획홍수량 산정 시임계지속시간 적용은 홍수량을 평균 60% 증가시키는 것으로 나타났고, 강우의 시간분포형을 Mononobe방법에서 Huff의 4분위법으로 하였을 때 평균 62% 정도 홍수량을 감소시키는 것으로 분석되어 임계지속시간 적용과 강우 분포형의 변화가본 연구대상 유역에 대해서는 홍수량 변화에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 그러나 영향인자들에 의한 홍수량 변화 경향이 유역에 따라 서로 다르게 분석되어 영향인자들과 홍수량 변화 사이에는 상관성이 확인되지 않았다.
- 1%)로 나타났다. 계획홍수량의 증가에 영향을 미치는 인자는 임계지속시간과 임의시간의 적용 그리고 유출곡선지수(CN)증가로 나타났고, 감소에 영향을 미치는 인자는 강우 시간분포형 중 Huff의 4분위법 적용과 면적감소 계수(ARF)의 적용임을 알 수 있었다. 계획홍수량 산정 시임계지속시간 적용은 홍수량을 평균 60% 증가시키는 것으로 나타났고, 강우의 시간분포형을 Mononobe방법에서 Huff의 4분위법으로 하였을 때 평균 62% 정도 홍수량을 감소시키는 것으로 분석되어 임계지속시간 적용과 강우 분포형의 변화가본 연구대상 유역에 대해서는 홍수량 변화에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- 대상 유역의 확률강우량의 변화를 조사한 결과, 표 5와 같이 모든 하천이 약 6~33% 정도 증가한 것으로 나타났다.
- 자료의 변화에 따른 영향인자인 유출곡선지수(CN)는 홍수량을 평균 10% 증가시켰고, 도달시간은 홍수량 증감에 큰 영향이 없는 것으로 나타났다. 도달시간은 홍수량 민감도가 큰 것으로 알려져 있으나 본 연구 대상유역의 경우 면적이 비교적 작고 과거와 현재의 도달시간의 변화가 크지 않아 홍수량에 큰 영향을 주지 않은 것으로 판단된다.
- 그림 6과 같이 홍수량 산정 시 산정방법의 변화에 따른 영향인자 중에서 임계지속시간 적용은 평균 60%, 강우자료 임의시간 채택은 평균 21%정도 홍수량을 증가시키는 것으로 나타났다. 반면에 홍수량을 감소시키는 인자는 강우의 시간분포형을 Huff의 4분위법으로 하였을 때 평균 62%, 면적감소 계수(ARF)를 적용 했을 경우 평균 5%정도 감소하는 것으로 분석되었다.
- 과거에는 주로 AMC II조건의 CN값을 적용하였고, 현재는 대부분 AMC III조건의 CN값을 적용하고 있으므로 CN값의 변화에 따른 홍수량 증감을 확인하였다. 본 연구의 대상 유역은 과거에 비교하여 CN값이 모두 증가한 것으로 나타났고, 표 10에서 보는 바와 같이 CN값의 증가에 따라 홍수량은 약 2~20% 정도 증가하였다.
- 유역의 조건이 동일한 상황에서 과거와 현재의 하천기본계획에 제시된 도달시간을 적용하여 홍수량의 변화를 확인하였다. 분석 결과 도달시간의 변화에 대한 홍수량의 증감은 약(-)0.27%~(+)0.17%로 나타났다.
- 계획홍수량의 변화에는 홍수량 산정 시의 유역자료 및 산정방법의 변화가 영향을 주었을 것으로 판단하고, 경기도의 중·소하천 중 건건천 등 6개 유역을 대상으로 계획홍수량 산정 시 유역자료 및 산정방법의 변화에 따른 홍수량의 변화를 분석하였다. 분석결과 62개 하천 중 현재 계획홍수량이 과거 계획홍수량에 비해 증가된 하천은 39개(62.9%), 감소된 하천은 23개(37.1%)로 나타났다. 계획홍수량의 증가에 영향을 미치는 인자는 임계지속시간과 임의시간의 적용 그리고 유출곡선지수(CN)증가로 나타났고, 감소에 영향을 미치는 인자는 강우 시간분포형 중 Huff의 4분위법 적용과 면적감소 계수(ARF)의 적용임을 알 수 있었다.
- 분석과정에서는 현재 계획홍수량을 산정하는 방법 및 자료 들을 기준으로 과거에 채택된 산정방법 및 자료들을 하나씩 현재 홍수량 산정방법에 적용하여 홍수량이 증감된 양을 확인하였다.
- 산정 결과 과거의 고정시간을 적용한 홍수량 보다 현재의 임의시간을 적용한 홍수량이 표 6에서 보는 바와 같이 약 10~31% 증가하였다.
- 관리천과 금곡천, 사탄천은 과거에 비교하여 최근 홍수량이 변화가 없거나 감소한 하천이다. 이들 3개 하천에 대한 산정 방법들을 변화시키면서 분석된 홍수량의 증감량과 홍수량이 증가한 타 하천과 비교하여 홍수량 증감 총합의 비가 상대적으로 작게 나타났다. 그러나 상관관계는 뚜렷하지 않았다.
- 과거에는 홍수량 산정 시 강우자료에 고정시간을 적용하여 확률강우량을 산정하였기 때문에 이러한 임계지속시간 개념을 사용하지 않았다. 임계지속시간의 적용여부에 따른 홍수량의 변화를 분석한 결과 임계지속시간을 적용한 현재의 홍수량은 표 9와 같이 약 13~100% 증가하는 것으로 나타났다.
- 자료의 변화에 따른 영향인자인 유출곡선지수(CN)는 홍수량을 평균 10% 증가시켰고, 도달시간은 홍수량 증감에 큰 영향이 없는 것으로 나타났다. 도달시간은 홍수량 민감도가 큰 것으로 알려져 있으나 본 연구 대상유역의 경우 면적이 비교적 작고 과거와 현재의 도달시간의 변화가 크지 않아 홍수량에 큰 영향을 주지 않은 것으로 판단된다.
후속연구
- 이는 유역별로 지형, 기상, 수리수문학적 특성치가 상이하기 때문으로 결국 홍수량 변화는 이러한 인자들의 복합적 작용에 의해 변화하게 되므로 특정 하천지점에서 계획홍수량을 채택할 경우 보다 합리적인 방법들로 재 산정된 홍수량을 채택하는 것이 바람직하다고 판단된다. 또한 홍수량 변화 경향성 파악을 위해서는 홍수량 변화와 유역면적이 비슷한 여러 유역에 대한 추가적인 분석이 필요하다.
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