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문제 정의
- 본고에서는 4대강 살리기 사업에서 가장 큰 비중을 차지하고 있는 낙동강 살리기 사업과 더불어 한강살리기 사업이 홍수 시 하천에서의 흐름에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위하여 한강 및 낙동강의 사업 전과 후에 대하여 각각 부정류 모형을 수립하였으며, 과거 홍수사상을 적용하여 모의기간 내의 최대 홍수위를 비교, 검토하였다.
제안 방법
- 4대강 살리기 사업의 홍수조절 효과를 알아보기 위하여, 한강과 낙동강에 대하여 부정류 모의를 실시하였다. 사업 전과 후에 대하여 모형을 수립하였으며, 한강 및 낙동강에 대하여 2006년 7월 홍수와 태풍 매미(2003)의 홍수사상을 각각 적용하였다.
- 지천 유입량은 각 지천의 상류에 댐이 포함된 경우에는 모의 기간 내의 댐 방류량을 사용하였으며, 댐이 존재하지 않는 경우에는 각 지천에서의 관측지점의 수위자료를 수위-유량 관계식을 사용하여 유량으로 환산하여 본류에 유입되도록 하였다. 관측 지점이 없는 경우에는 인접 지천과의 유역 면적 비를 사용하여 유량을 산정하였다.
- 추정된 매개변수를 사용하여, 동일한 홍수사상을 사업 후의 하도에 대한 모형으로 각 홍수사상을 모의하였다. 마지막으로 각 홍수사상의 모의 기간 내에 계산된 최대 홍수위를 비교하였다.
- 이후 추정된 매개변수를 사용하여, 사업 전과 후의 모형으로 각 홍수사상을 모의하였다. 모의 기간 내의 각 계산점에서의 최대 홍수위를 계산하였으며, 이를 비교하였다. 사업이 완료된 후, 한강 및 낙동강에서의 최대 홍수위는 전 구간에서 감소하는 것으로 나타났다.
- 76 m로 사업 전과 후 모형 모두에 대하여 모의 기간 동안 일정하게 부여하였다. 사업 후 모형의 초기 유량 및 수위는 상주보와 강천보 하류 구간에 대해서는 초기 유량은 0 m3이며, 각 구간별 하류 측에 위치한 다기능 보의 관리수위를 초기 수위로 적용하였다. 상주보와 강천보 상류 구간에서는 홍수 초기의 상류단 및 지천 유입량을 초기 유량으로 하였으며, 초기 유량에 의한 정상류 모의를 통하여 초기 수위를 산정하였다.
- 사업 전과 후에 대하여 모형을 수립하였으며, 한강 및 낙동강에 대하여 2006년 7월 홍수와 태풍 매미(2003)의 홍수사상을 각각 적용하였다. 우선 사업 전 하도에 대하여 수립된 모형에 각 홍수사상을 적용하여, 모형의 매개변수를 추정하였다. 이후 추정된 매개변수를 사용하여, 사업 전과 후의 모형으로 각 홍수사상을 모의하였다.
- 한강 구간에 대하여는 2006년 7월 홍수사상을 적용하였으며, 낙동강 구간에 대해서는 태풍 매미(2003)에 의한 홍수사상을 모의하였다. 우선, 각 홍수사상을 사업 전의 하도에 대하여 수립된 모형에 적용하였으며, 매개변수 추정을 실시하였다. 추정된 매개변수를 사용하여, 동일한 홍수사상을 사업 후의 하도에 대한 모형으로 각 홍수사상을 모의하였다.
- 이를 모의하기 위하여 다기능 보가 위치한 지점의 상·하류단에 절점을 추가하였으며, 두 절점사이는 가동보와 고정보 양측 모두에서 월류 흐름이 발생하는 복합위어흐름(composite weir flow) 및 고수부지에서의 하도형 흐름을 각각 모의하도록 수로로 연결하였다.
- 본고에서는 4대강 살리기 사업에서 가장 큰 비중을 차지하고 있는 낙동강 살리기 사업과 더불어 한강살리기 사업이 홍수 시 하천에서의 흐름에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위하여 한강 및 낙동강의 사업 전과 후에 대하여 각각 부정류 모형을 수립하였으며, 과거 홍수사상을 적용하여 모의기간 내의 최대 홍수위를 비교, 검토하였다.
- 모형의 매개변수로서 Manning의 조도계수를 추정하였다. 이를 위한 목적함수로는 다음과 같이 관측지점에서의 매 시각 수위 관측치와 계산치간의 오차 제곱합이 최소화되도록 하는 최적화 기법을 사용하였다. 최적 추정 방법으로는 Gauss-Newton 방법에 Marquardt (1963)의 기법을 적용한 수정 GaussNewton 방법이 적용되었으며, 이를 위하여 상용 소프트웨어인 PEST (Doherty, 2000)가 사용되었다.
- 우선 사업 전 하도에 대하여 수립된 모형에 각 홍수사상을 적용하여, 모형의 매개변수를 추정하였다. 이후 추정된 매개변수를 사용하여, 사업 전과 후의 모형으로 각 홍수사상을 모의하였다. 모의 기간 내의 각 계산점에서의 최대 홍수위를 계산하였으며, 이를 비교하였다.
- 지천 유입량은 각 지천의 상류에 댐이 포함된 경우에는 모의 기간 내의 댐 방류량을 사용하였으며, 댐이 존재하지 않는 경우에는 각 지천에서의 관측지점의 수위자료를 수위-유량 관계식을 사용하여 유량으로 환산하여 본류에 유입되도록 하였다. 관측 지점이 없는 경우에는 인접 지천과의 유역 면적 비를 사용하여 유량을 산정하였다.
- 추정된 매개변수를 사용하여 사업 전과 후에 대하여 각 홍수사상을 모의하였다. 상류단 경계 조건 및 각 지천 유입량은 2장에서 설명한 바와 같다.
- 우선, 각 홍수사상을 사업 전의 하도에 대하여 수립된 모형에 적용하였으며, 매개변수 추정을 실시하였다. 추정된 매개변수를 사용하여, 동일한 홍수사상을 사업 후의 하도에 대한 모형으로 각 홍수사상을 모의하였다. 마지막으로 각 홍수사상의 모의 기간 내에 계산된 최대 홍수위를 비교하였다.
- 한강 살리기 사업의 효과 분석을 위한 모형의 적용 대상구간은 충주 조정지댐에서 팔당댐의 남한강 구간으로, 청평댐에서 남북한강 합류점까지는 상당한 거리가 있기 때문에 수리학적 계산을 수행하였다. 이에 따른 사업 후의 모형의 모식도는 그림 1(a)와 같다.
대상 데이터
- 0315 이다. 낙동강 구간의 관측 자료는 왜관 관측소의 자료이며, 태풍 매미(2003) 홍수기간 내의 결측 자료는 선형 보간 하여 추정에 사용하였다. 매개변수 추정 결과 산정된 조도계수의 값은 0.
- 최적 추정 방법으로는 Gauss-Newton 방법에 Marquardt (1963)의 기법을 적용한 수정 GaussNewton 방법이 적용되었으며, 이를 위하여 상용 소프트웨어인 PEST (Doherty, 2000)가 사용되었다. 추정에 사용된 수위 관측치는 한강 구간에서는 여주 관측소이며, 2006년 7월 홍수에 대하여 추정된 조도 계수 값은 0.0315 이다. 낙동강 구간의 관측 자료는 왜관 관측소의 자료이며, 태풍 매미(2003) 홍수기간 내의 결측 자료는 선형 보간 하여 추정에 사용하였다.
- 한강 및 낙동강 살리기 사업의 홍수 조절 효과를 분석하기 위하여 과거 홍수사상을 선정하였다. 한강 구간에 대하여는 2006년 7월 홍수사상을 적용하였으며, 낙동강 구간에 대해서는 태풍 매미(2003)에 의한 홍수사상을 모의하였다.
이론/모형
- 모형의 매개변수로서 Manning의 조도계수를 추정하였다. 이를 위한 목적함수로는 다음과 같이 관측지점에서의 매 시각 수위 관측치와 계산치간의 오차 제곱합이 최소화되도록 하는 최적화 기법을 사용하였다.
- 본고에서 사용한 모형은 동역학적 하도 추적 모형인 폐합형 수계모형이다. 폐합형 수계 모형은 지천 유입지점, 월류형 수공구조물에서 발생하는 다양한 형태의 흐름을 간편하게 처리할 수 있다(전경수, 1996).
- 4대강 살리기 사업의 홍수조절 효과를 알아보기 위하여, 한강과 낙동강에 대하여 부정류 모의를 실시하였다. 사업 전과 후에 대하여 모형을 수립하였으며, 한강 및 낙동강에 대하여 2006년 7월 홍수와 태풍 매미(2003)의 홍수사상을 각각 적용하였다. 우선 사업 전 하도에 대하여 수립된 모형에 각 홍수사상을 적용하여, 모형의 매개변수를 추정하였다.
- 이를 위한 목적함수로는 다음과 같이 관측지점에서의 매 시각 수위 관측치와 계산치간의 오차 제곱합이 최소화되도록 하는 최적화 기법을 사용하였다. 최적 추정 방법으로는 Gauss-Newton 방법에 Marquardt (1963)의 기법을 적용한 수정 GaussNewton 방법이 적용되었으며, 이를 위하여 상용 소프트웨어인 PEST (Doherty, 2000)가 사용되었다. 추정에 사용된 수위 관측치는 한강 구간에서는 여주 관측소이며, 2006년 7월 홍수에 대하여 추정된 조도 계수 값은 0.
- 한강 및 낙동강 살리기 사업의 홍수 조절 효과를 분석하기 위하여 과거 홍수사상을 선정하였다. 한강 구간에 대하여는 2006년 7월 홍수사상을 적용하였으며, 낙동강 구간에 대해서는 태풍 매미(2003)에 의한 홍수사상을 모의하였다. 우선, 각 홍수사상을 사업 전의 하도에 대하여 수립된 모형에 적용하였으며, 매개변수 추정을 실시하였다.
성능/효과
- 5억 m3)에 비하여 10배 가까이 크기 때문이다. 또한 낙동강 상류 구간에서는 다기능 보의 설치의 영향으로 보 직상류에 가까운 구간에서는 최대 홍수위차가 점차 감소하게 되며, 직하류 구간에서는 하도정비의 영향으로 인하여 수위차가 다시 커지는 것으로 나타났다.
- 이는 하도 준설에 의한 홍수위의 저감 효과가 다기능 보 건설로 인한 수위의 증가보다 크다는 것을 의미한다. 또한 다기능 보에서의 가동보가 모두 개방될 경우, 홍수 시의 통수능이 충분히 확보됨을 나타낸다. 한강의 경우, 홍수위의 저감 효과는 여주보와 강천보 사이에서 주로 발생하며, 그 외의 구간에서는 대부분 1.
- 홍수위 저감효과는 준설량이 많은 낙동강에서 크게 나타났으며, 상주보에서 칠곡보 구간에서 주로 발생하는 것으로 모의되었다. 또한 보 직상류 구간에 비하여 직하류 구간에서 준설의 효과는 크게 나타났다. 상류 구간에 비하여 하상 경사가 작은 칠곡보 하류 구간에서는 하구둑 배수위의 영향으로 인하여, 사업 전·후의 수위차가 비교적 고르게 발생하였다.
- 사업 전과 사업 후에 대하여 홍수기간 내에 계산된각 계산점에서의 최대 홍수위를 그림 2에 나타내었다. 모의 결과 사업이 완료된 후, 한강과 낙동강 모두 전 구간에 걸쳐 최대 홍수위가 사업 전에 비하여 낮아지는 것으로 나타났다. 이는 하도 준설에 의한 홍수위의 저감 효과가 다기능 보 건설로 인한 수위의 증가보다 크다는 것을 의미한다.
- 모의 기간 내의 각 계산점에서의 최대 홍수위를 계산하였으며, 이를 비교하였다. 사업이 완료된 후, 한강 및 낙동강에서의 최대 홍수위는 전 구간에서 감소하는 것으로 나타났다. 이는 준설에 의한 홍수위 저감 효과가 다기능 보 건설에 의한 수위 상승효과 보다 크다는 것을 의미한다.
- 이는 준설에 의한 홍수위 저감 효과가 다기능 보 건설에 의한 수위 상승효과 보다 크다는 것을 의미한다. 홍수위 저감효과는 준설량이 많은 낙동강에서 크게 나타났으며, 상주보에서 칠곡보 구간에서 주로 발생하는 것으로 모의되었다. 또한 보 직상류 구간에 비하여 직하류 구간에서 준설의 효과는 크게 나타났다.
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