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문제 정의
- . 따라서 제방 월류에 의한 대상구간내 침수피해는 크지 않은 것으로 분석되었으며, 본 연구에서는 극한 홍수시의 침수피해 상황을 반영하기 위해 제방 붕괴에 의한 홍수범람을 모의하였다.
제안 방법
- 9m의 최대침수 심이 발생하였으며 침수면적은 2, 031로 나타났다. 따라서 제방 월류에 의한 대상구간내 침수피해는 크지 않은 것으로 분석되어 제방 붕괴에 의한 홍수범람 모의를 수행하였다. 분석결과, 좌안의 제방 붕괴에 따른 50년, 100년, 200년 빈도의 침수면적은 대규모로 위치하고 있는 완경사의 농경지 영향으로 우안에 비해 각각 3.
- 검증 없이는 유역별 특성이나 의미있는 차이를 나타낼 수 없는 단점이 있다. 따라서, 본 연구에서는 유역의 유출특성을 비교적 잘 반영하면서 홍수량 산정결과가 다른 방법들에 비해 비교적 크게 산정되어 최근 빈번히 발생하는 국지성 집중호우 등에 의한 치수 안전측면까지도 효과적으로 고려할 수 있는 유역추적법을 홍수량 산정방법으로 선정하였다. 본 연구 대상구간의 상류단 경계조건인 당산천 합류후 지점(ND3)에 대한 빈도별 홍수량은 표 1 과 같다.
- 또한 좌안은 주로 농경지로 구성되어 있고 대부분의 지형이 제방보다 낮은 곳에 위치하고 있어 홍수로 인한 침수피해가 크게 우려된다. 따라서, 상류측 보인 벙구보(No. 22+81)를파제지점으로 선정하여 파제로 인한 좌안 주변의 침수지역을 전반적으로 해석하였다(그림 1).
- 해석을 수행하였다. 먼저 FLUMEN 모형의 지형 입력자료를 생성하기 위해 1/5, 00) 수치지형도와하천종횡단 측량자료를 기반으로 GIS 공간보간법을 이용하였으며, 특히 제외지의 하천지형을 효과적으로 반영하기 위해 선형보간을 수행하여 FLUMEN 모형 수행시 발산의 요인을 최소화하였다. 모형의 구동을 위한 상류단의 경계조건은 유역추적법을 이용하여 당산천 합류후 지 점(ND3)에 대한 년, 100 년, 200년 빈도의 홍수량을 산정하였으며, 하류 단 경계조건은 표준축차계산법에 의한 측점 No.
- 해당 하천 내 홍수시 유량측정 자료가 없는 관계로 확률강우량에 의한 홍수유출 해석방법을 이용하여 홍수량을 결정하였다. 먼저, 남대천 유역에 영향을 미치는 무주, 적상, 안성장, 영동, 응양관측소를 대상으로 과거에 실측된 자료를 이용하여 통계적인 해석 방법에 의한 확률강우량을 산정하였다. 홍수량 산정은 50년, 100년, 200년 빈도에 대해서 수행하였으며, 유역추적법, Nakayasu 종합단위도법, SCS 단위 도법, Kajiyama 공식을 적용하여 홍수량을 계산한 후이들 값을 상호 비교하여 홍수량 산정지점별 빈도별 홍수량을 결정하였다.
- 7의 개수 후 홍수위 자료를 이용하였다. 모의된 결과는 GIS 레이어로 변환하였으며 공간중첩 기능을 이용하여 침수심별 분포특성 분석하였으며, 강우빈도에 따른 침수심별 침수면적의 변화 양상을 함께 평가하였다.
- 본 연구에서는 제외지의 지형을 효과적으로 생성하기 위해 GIS 기반의 선형보간법을 이용하였으며, 50년, 100년, 200년 빈도별 좌우안의 제방 붕괴에 따른 홍수범람 상황을 모의하였다. 모의한 결과는 GIS 레이어로 변환하였으며 공간중첩 기능을 이용하여 침수심별 분포특성 분석하였으며, 강우빈도에 따른 침수심별 침수면적의 변화 양상을 함께 평가하였다.
- 이러한 제외지의 지형메쉬 자료는 FLUMEN 모형의 발산을 유발하는 중요한 오류로 작용하게 된다. 본 연구에서는 이러한 기존의 공간추정 알고리듬의 문제를 보완하기 우」해, 하천측선간의 측점들에 대해 선형보간을 수행하여 좌안부터 순서대로 ID를 부여한 후 같은 ID를 갖는 측선 간의 점들에 대해 2차로 선형보간 수행하였다. 그 결과 그림 4(b)와 같이 하천측선 주변에서 하천의 흐름방향이 실제와 동일하게 생성되었으며, 만곡부에서 하천의 바깥쪽 부분에 최심하상선이 생성되는 특성이 잘 반영되고 있음을 알 수 있었다.
- 제내지의 지형자료는 국토지리정보원의 수치지형도를 기반으로 구축이 가능하나, 제외지의 지형은 200m 혹은 500m 정도로 취득되는 하천 정비 기본계획 상의 횡단측량성과물이 제약적으로 이용된다. 본 연구에서는 제외지의 지형을 효과적으로 생성하기 위해 GIS 기반의 선형보간법을 이용하였으며, 50년, 100년, 200년 빈도별 좌우안의 제방 붕괴에 따른 홍수범람 상황을 모의하였다. 모의한 결과는 GIS 레이어로 변환하였으며 공간중첩 기능을 이용하여 침수심별 분포특성 분석하였으며, 강우빈도에 따른 침수심별 침수면적의 변화 양상을 함께 평가하였다.
- 그 결과 그림 4(b)와 같이 하천측선 주변에서 하천의 흐름방향이 실제와 동일하게 생성되었으며, 만곡부에서 하천의 바깥쪽 부분에 최심하상선이 생성되는 특성이 잘 반영되고 있음을 알 수 있었다. 이와같이 시범하천에 적용한 이중선형보간법을 대상지에 적용하여 하도내의 지형을 생성한 후, 1/5, 000 수치지형도를 이용하여 구축한 제내지의 지형과 연결하였다. 최종 지형자료는 그림 5와 같이 불규칙 삼각망(TIN) 형태로 제작하였으며, 생성된 불규칙 삼각망의 구간길이, 노드수 그리고 삼각망수는 각각 2.
- 해당 하천 내 홍수시 유량측정 자료가 없는 관계로 확률강우량에 의한 홍수유출 해석방법을 이용하여 홍수량을 결정하였다. 먼저, 남대천 유역에 영향을 미치는 무주, 적상, 안성장, 영동, 응양관측소를 대상으로 과거에 실측된 자료를 이용하여 통계적인 해석 방법에 의한 확률강우량을 산정하였다.
- 먼저, 남대천 유역에 영향을 미치는 무주, 적상, 안성장, 영동, 응양관측소를 대상으로 과거에 실측된 자료를 이용하여 통계적인 해석 방법에 의한 확률강우량을 산정하였다. 홍수량 산정은 50년, 100년, 200년 빈도에 대해서 수행하였으며, 유역추적법, Nakayasu 종합단위도법, SCS 단위 도법, Kajiyama 공식을 적용하여 홍수량을 계산한 후이들 값을 상호 비교하여 홍수량 산정지점별 빈도별 홍수량을 결정하였다.
- 홍수범람 모의는 50년, 100년, 200년 빈도별 상류 단의 홍수량과 하류단의 홍수위 자료를 이용하여 제방 붕괴에 따른 홍수범람 모의를 수행하였으며. 그림 7, 8과 같이 0.
대상 데이터
- 대상지내 우안은 주로 도심지로 구성되어 있고 대부분의 지형이 제방보다 높은 곳에 위치하고 있어 파제로 인한 침수피해 우려가 비교적 낮을 것으로 예상되었다. 다만 대상 하천의 하류측에 위치하고 있는 보 주변이 상류측 보주 변의 지형보다는 낮게 분포하고 있어 본 연구에서는 하천정비기본계획상의 차산보(No. 17)를 파제지점으로 선정하였다. 또한 좌안은 주로 농경지로 구성되어 있고 대부분의 지형이 제방보다 낮은 곳에 위치하고 있어 홍수로 인한 침수피해가 크게 우려된다.
- 먼저 FLUMEN 모형의 지형 입력자료를 생성하기 위해 1/5, 00) 수치지형도와하천종횡단 측량자료를 기반으로 GIS 공간보간법을 이용하였으며, 특히 제외지의 하천지형을 효과적으로 반영하기 위해 선형보간을 수행하여 FLUMEN 모형 수행시 발산의 요인을 최소화하였다. 모형의 구동을 위한 상류단의 경계조건은 유역추적법을 이용하여 당산천 합류후 지 점(ND3)에 대한 년, 100 년, 200년 빈도의 홍수량을 산정하였으며, 하류 단 경계조건은 표준축차계산법에 의한 측점 No. 7의 개수 후 홍수위 자료를 이용하였다. 모의된 결과는 GIS 레이어로 변환하였으며 공간중첩 기능을 이용하여 침수심별 분포특성 분석하였으며, 강우빈도에 따른 침수심별 침수면적의 변화 양상을 함께 평가하였다.
- 중요하다. 본 연구에서는 제내지의 지형을 구죽하기 위해 1/5, 000 수치지형도의 등고선자료를 이용하였으며, 제외지는 하천정비 기본계획에서 제시된 하천횡단 측량자료를 이용하였다.
- 필요하다. 본 연구에서는 홍수범 람모의를 위해 고려해야 되는 상하류단 입력조건 생성을 위해 2001년 무주남대천 하천 정비 기본계획보고서(전라북도 무주군, 2001)에 제시된 내용을 활용하였으며 주요 내용은 다음과 같다.
- 본 연구에서는 흥수범람 모의를 위해 전라북도 무주군 무주읍을 관통하는 남대천을 선정하였다. 남대천 유역은 동경 127°37'00 " ~ 127°55'00 , 북위 35°50'00 ~ 36°05'00 " 사이에 위치 하고 있으며, 유역면적은 464.
- 이와같이 시범하천에 적용한 이중선형보간법을 대상지에 적용하여 하도내의 지형을 생성한 후, 1/5, 000 수치지형도를 이용하여 구축한 제내지의 지형과 연결하였다. 최종 지형자료는 그림 5와 같이 불규칙 삼각망(TIN) 형태로 제작하였으며, 생성된 불규칙 삼각망의 구간길이, 노드수 그리고 삼각망수는 각각 2.3kn, 22, 347개 그리고 38, 358개이다.
- 홍수위는 개수전 . 후로 구분하여 표준 축차 계산법 (Standard Step Method)에 의하여 계산하였으며, 본 연구에서는 표 2와 같이 2001년 측점 7번에 대한 개수후의 빈도별 홍수위 자료를 이용하였다 (전라북도 무주군, 2001).
이론/모형
- 그러나 중앙차분법으로 계산시 이웃한 점의 산술평균을 취하게 되면 홍수 및 짝수 격자간의 분리현상에 의해 발생되는 부진동(spurious oscilla- tion)이 발생하게 된다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 물리량 계산시 상류에 가중치를 부여 하는 물리차분 분할기 법 (FDS : Flux Difference Splitting Scheme) 활용된다(Beffa, 2004).
- 본 연구에서는 2차원 홍수범람모형인 FLUMEN 모형을 이용하여 무주 남대천 일원의 빈도별 홍수범람 해석을 수행하였다. 먼저 FLUMEN 모형의 지형 입력자료를 생성하기 위해 1/5, 00) 수치지형도와하천종횡단 측량자료를 기반으로 GIS 공간보간법을 이용하였으며, 특히 제외지의 하천지형을 효과적으로 반영하기 위해 선형보간을 수행하여 FLUMEN 모형 수행시 발산의 요인을 최소화하였다.
성능/효과
- 또한 홍수로 인해 인명피해가 발생할 수 있는 l.Orn 이상의 침수구간에 대한 면적을 분석한 결괴, , 홍수량이 50년 빈도에서 100년과 200년 빈도로 증가시 침수면적이 각각 263%(= 69, 016m' / 26, 168m! * 100%)와 473%(= 123"00m*/26, 168m'X 100%)로 크게 중가한 것으로 분석되었다.
- 본 연구에서는 이러한 기존의 공간추정 알고리듬의 문제를 보완하기 우」해, 하천측선간의 측점들에 대해 선형보간을 수행하여 좌안부터 순서대로 ID를 부여한 후 같은 ID를 갖는 측선 간의 점들에 대해 2차로 선형보간 수행하였다. 그 결과 그림 4(b)와 같이 하천측선 주변에서 하천의 흐름방향이 실제와 동일하게 생성되었으며, 만곡부에서 하천의 바깥쪽 부분에 최심하상선이 생성되는 특성이 잘 반영되고 있음을 알 수 있었다. 이와같이 시범하천에 적용한 이중선형보간법을 대상지에 적용하여 하도내의 지형을 생성한 후, 1/5, 000 수치지형도를 이용하여 구축한 제내지의 지형과 연결하였다.
- 5m 침수구간의 면적이 비교적 크게 나타났다. 또한 홍수로 인해 인명피해가 발생할 수 있는 1.0m 이상의 침수구간에 대한면적을 분석한 결과, 홍수량이 50년 빈도에서 100년과 200년 빈도로 증가시 침수면적이 각각 123%(= 32, 132m' /26, 177m' x 100%)와 142%(= 37, 081 m7 26, 177m* x 100%)로 증가하였다. 특히 3.
- 따라서 제방 월류에 의한 대상구간내 침수피해는 크지 않은 것으로 분석되어 제방 붕괴에 의한 홍수범람 모의를 수행하였다. 분석결과, 좌안의 제방 붕괴에 따른 50년, 100년, 200년 빈도의 침수면적은 대규모로 위치하고 있는 완경사의 농경지 영향으로 우안에 비해 각각 3.13배, 3.69배, 4.17배 높게 나타났다. 또한 인명피해가 발생할 수 있는 1.
- 우안 파제시에는 모든 침수구간에서 빈도가 커질수록 침수면적이 증가한 것으로 나타났으며, 1.0m 이상의 침수구간에 대한 면적을 분석한 결과, 홍수량이 50년 빈도에서 100년과 200년 빈도로 증가 시 침수면적이 각각 123%와 142%로 증가하였다. 특히 3.
- 우안 파제시에는 모든 침수구간에서 빈도가 커질수록 침수면적이 증가한 것으로 나타났으며’ 좌안의 분석 결과와 다르게 0.0~0.5m 침수구간의 면적이 비교적 크게 나타났다. 또한 홍수로 인해 인명피해가 발생할 수 있는 1.
- 좌안 파제시 0.0~0.5m 침수구간의 면적이 50년 빈도에 비해 100년과 200년 빈도에서 감소한 것으로 나타났으며, 상대적으로 05~ 1.0m의 침수구간에서는 면적이 크게 증가한 것으로 분석되었다. 이것은 50년 빈도에서 100년 빈도로 홍수량이 증가 시 좌안에 위치하고 있는 농경지가 0.
- 0m 이상의 침수구간에 대한 면적을 분석한 결과, 홍수량이 50년 빈도에서 100년과 200년 빈도로 증가 시 침수면적이 각각 123%와 142%로 증가하였다. 특히 3.0~3.5m 침수구간에서 홍수량이 50년 빈도에서 100년과 200년 빈도로 증가시 침수면적이 각각 263%와 489%로 크게 증가하였으며, 따라서 이 침수구간에 영향을 받는 지역에 대한 집중적인 치수 대책 마련이 필요할 것이다. 본 연구에서 제시된 침수구간별 면적은 대상지역의 지형경사 및 토지 이용항목과 밀접한 관계가 있으며, 향후 지자체 토지 이용계획 및 치수방재대책 수립을 위한 중요한 의사결정 자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.
후속연구
- 본 연구에서는 홍수범람 모의를 위해, 전라북도 무주군 무주읍 일원의 남대천을 연구대상지로 선정하였으며, GIS 지형자료를 기반으로 FLUMEN 모형을 구동하였다" FUUMEN 모형은 2차원 침수해석을 수행할 수 있으며, 제방 파괴에 따른 홍수범람을 모의하기 위해 지형자료가 필수적으로 요구된다. FLUMEN 모형은 수심 적분된 비선형 천수 방정식을 이용하므로 모의하는데 많은 시간이 소요되며, 특히 지형메쉬를 구성하는 작업자의 숙련도에 따라 발산(divergence)이 결정되어 프로그램이 정지되는 문제가 발생하므로 지형의 기복을 효과적으로 표현하는 GIS 공간분석기법을 활용하는 것이 매우 중요하다.
- 5m 침수구간에서 홍수량이 50년 빈도에서 100년과 200년 빈도로 증가시 침수면적이 각각 263%와 489%로 크게 증가하였으며, 따라서 이 침수구간에 영향을 받는 지역에 대한 집중적인 치수 대책 마련이 필요할 것이다. 본 연구에서 제시된 침수구간별 면적은 대상지역의 지형경사 및 토지 이용항목과 밀접한 관계가 있으며, 향후 지자체 토지 이용계획 및 치수방재대책 수립을 위한 중요한 의사결정 자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.
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