강변저류지 월류부에서 월류제 또는 수문 형식에 따른 홍수저감효과에 관한 개략적 연구 An approximate study on flood reduction effect depending upon weir or gate type of lateral overflow structure of washland원문보기
기후변화에 의한 홍수 특성의 변화에 적극적으로 대처하기 위한 대규모 댐 건설의 추진이 환경성, 경제성 등과 같은 문제로 난해해 짐에 따라 강변저류지 또는 유수지 시설이 유역내 홍수 분담 측면에서 포함되기 시작하였다. 강변저류지는 주하도에 인접되고 제방으로 둘러쌓인 공간으로 홍수기에 월류구조물을 통하여 인위적으로 범람시키는 지역이다. 강변저류지 직하류에서의 홍수저감효과는 설계홍수수문곡선의 형상, 강변저류지의 저류용량 등에 추가하여 월류부 구조물의 형식, 길이 및 월류턱 표고에 따라 영향을 받는다. 본 연구는 표본지구인 청미천에서 주어진 수문곡선에 관하여 월류제 형식과 수문 형식에 따른 홍수저감효과를 비교코자 하였다. 월류부에서 수문형식이 월류제 형식보다 홍수저감효과가 더 크지만 수문형식에 의한 홍수저감율은 공학적 견지에서 보면 의미있는 수치가 아니기 때문에 수문형식을 선정할 때는 초기사업비, 운영 관리 비용 등을 신중히 고려해야 하는 것으로 분석되었다.
기후변화에 의한 홍수 특성의 변화에 적극적으로 대처하기 위한 대규모 댐 건설의 추진이 환경성, 경제성 등과 같은 문제로 난해해 짐에 따라 강변저류지 또는 유수지 시설이 유역내 홍수 분담 측면에서 포함되기 시작하였다. 강변저류지는 주하도에 인접되고 제방으로 둘러쌓인 공간으로 홍수기에 월류구조물을 통하여 인위적으로 범람시키는 지역이다. 강변저류지 직하류에서의 홍수저감효과는 설계홍수수문곡선의 형상, 강변저류지의 저류용량 등에 추가하여 월류부 구조물의 형식, 길이 및 월류턱 표고에 따라 영향을 받는다. 본 연구는 표본지구인 청미천에서 주어진 수문곡선에 관하여 월류제 형식과 수문 형식에 따른 홍수저감효과를 비교코자 하였다. 월류부에서 수문형식이 월류제 형식보다 홍수저감효과가 더 크지만 수문형식에 의한 홍수저감율은 공학적 견지에서 보면 의미있는 수치가 아니기 때문에 수문형식을 선정할 때는 초기사업비, 운영 관리 비용 등을 신중히 고려해야 하는 것으로 분석되었다.
Construction of large-scale structures such as dams would be suggested actively to cope with change of flood characteristics caused by climate change. However, due to environmental, economic and political issues, dams are not ideally constructed. Thus flood damage reduction planning projects would g...
Construction of large-scale structures such as dams would be suggested actively to cope with change of flood characteristics caused by climate change. However, due to environmental, economic and political issues, dams are not ideally constructed. Thus flood damage reduction planning projects would get started including washland or detention pond for sharing the flood in basin. The washland made artificially by human being is an area of floodplain surrounded by bank to be intentionally inundated by overflowing through overflow structure adjacent to main channel during flood season. Flood reduction capacity at just downstream of each washland could be affected by type, length, and crest elevation of overflow structure in addition to shape of design hydrograph, storage volume of washland, etc.. In this study flood reduction effects of washland are estimated for overflow weir type and gate type to compare the results of flood reduction respectively subjected to given hydrograph in sample site, the Cheongmicheon stream. It has been shown that even if gate type at overflow structure could yield more flood reduction than overflow weir type, economic aspect such as initial cost, operation cost and maintenance cost should be considered to select the type of overflow structure because flood reduction rate by gate type could not be significant value from engineering point of view.
Construction of large-scale structures such as dams would be suggested actively to cope with change of flood characteristics caused by climate change. However, due to environmental, economic and political issues, dams are not ideally constructed. Thus flood damage reduction planning projects would get started including washland or detention pond for sharing the flood in basin. The washland made artificially by human being is an area of floodplain surrounded by bank to be intentionally inundated by overflowing through overflow structure adjacent to main channel during flood season. Flood reduction capacity at just downstream of each washland could be affected by type, length, and crest elevation of overflow structure in addition to shape of design hydrograph, storage volume of washland, etc.. In this study flood reduction effects of washland are estimated for overflow weir type and gate type to compare the results of flood reduction respectively subjected to given hydrograph in sample site, the Cheongmicheon stream. It has been shown that even if gate type at overflow structure could yield more flood reduction than overflow weir type, economic aspect such as initial cost, operation cost and maintenance cost should be considered to select the type of overflow structure because flood reduction rate by gate type could not be significant value from engineering point of view.
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문제 정의
또한 강변저류지 월류부 사면의 경사는 가능한 한 완만한 것이 양호하며, 외국의 사례로 보아 1:8 정도가 바람직하나, 현행 기존 하천의 비탈면 경사가 1:2~1:3 정도임을 감안하면 저류지 측의 월류부 비탈면 끝은 기존 제방의 제내지 측 비탈면 끝보다 더 제내지 측으로 들어오게 된다. 본 연구에서는 강변저류지의 월류부 형식과 제원변화에 따른 홍수저감효과를 분석을 하여 홍수저감효과에 어떤 영향을 주는가 하는데 목적이 있다.
수문의 개방도를 본류수위에 따라 일정 높이만큼 뺀 만큼으로 설정하면 수문의 개방도는 본류 수위에 따라 변하며 부분월류인 오리피스 흐름이 된다. 본 연구에서는 수문의 개방도를 일정하게 고정한 경우와 본류 수위에 따라 수문의 개방도가 변화하는 경우를 고려하여 분석하였다. 삽교천수계 유역종합치수계획에서 강변저류지의 월류제 형식을 수문으로 한 지구가 다수 있다.
Off-line 강변저류지의 홍수저감효과는 본류에서의 홍수시 사류흐름 및 상류흐름과 같은 수리적 특성, 본류의 계획홍수수문곡선의 특성, 월류부의 길이, 월류고의 높이, 월류부의 형식, 강변저류지의 저류 용량 등에 따라 영향을 받는다. 본 연구에서는 월류부의 형식을 크게 월류제(Overflow Weir)와 수문(Gate) 형식으로 구분하여 각각의 형식에 따라 월류고 높이, 월류제 길이, 수문개방도, 수문의 길이를 변화를 주어 홍수조절 효과에 대해 어떤 영향을 주는지 분석하였다.
제안 방법
월류제 또는 수문 형식, 월류고 및 월류장에 따른 월류량을 산정하여 청미천 강변저류지 지점에서의 계획첨두홍수량 2,265 m³/s이 상정된 월류부 조건에 따라 강변저류지에 의한 첨두홍수량의 저감효과를 분석하였다.
최근들어 우리 나라에 급증하고 있는 집중호우로 홍수피해가 계속적으로 발생하고 있으며, 이에 대한 대안으로 강변저류지의 도입되고 있는 실정이다. 이에 강변 저류지의 월류부의 형식과 그 제원의 변화가 홍수저감 효과에 대해 어떠한 영향을 주는지 분석하기 위하여 대상저류지인 청미천 강변저류지의 홍수저감효과분석을 실시하고, 월류부 형식과 제원 변화에 따라 홍수저감량의 변화를 분석하였다.
따라서 제방설치 후 범람원에 의한 홍수조절기능이 상실되어, 이 범람원을 복원하여 홍수조절기능을 부여코자하였으며, 이와 같은 공간을 강변저류지로 정의하고 있다. 즉 기존 제방의 일부를 낮게 설치하여 홍수시 일정 수위 이상일 경우 주하도의 유수를 조성된 저류지로 자연 월류시켜 주하도의 홍수량을 저감코자 하였다. 또한 강변저류지는 본류하천과 제방으로 절연되어 홍수기에는 본류하천의 유수가 저류지로 유입되었다가, 본류하천의 수위가 낮아질 때 저류지내 유입된 유수를 본류하천으로 방류하는 기능을 부여하였다.
월류제 또는 수문 형식, 월류고 및 월류장에 따른 월류량을 산정하여 청미천 강변저류지 지점에서의 계획첨두홍수량 2,265 m³/s이 상정된 월류부 조건에 따라 강변저류지에 의한 첨두홍수량의 저감효과를 분석하였다. 청미천 시범지역에 대해 수문과 월류제의 제원을 변화시켜 분석을 하였으며, 그 결과는 Table 3과 같고, 홍수저감효과가 높은 값은 굵은체로 표시하였다. Table 3의 하단에 표시한 (f)는 강변저류지의 저류용량을 모두 활용된 상태를 의미한다.
데이터처리
5는 청미천 강변저류지 지점에서의 수위-유량 관계곡선식의 그림이며 하도 수위에 따라 천변저류지 월류부에서의 월류수심을 결정하는데 활용되었다. 하도수위는 HEC-RAS의 부정류 해석 기능을 통하여 구한 수위 유량 관계곡선식을 이용하여 Fig. 4의 홍수수문곡선으로부터 분석기간 동안 10분단위별로 하도수위를 산정하였다.
이론/모형
강변저류지에 대한 홍수저감효과 분석을 하기 위하여 하도내의 수심변화가 필요하며 이 하도 수위는 청미천 강변저류지 시범사업 실시설계에서 산정한 수위-유량 관계곡선식을 이용하여 계산하였다. Fig.
성능/효과
월류고가 너무 낮거나 월류장의 폭이 너무 길면 단시간에 저류지용량을 다 소모해 오히려 홍수저감효과가 낮게 나타나므로 제원 선택에 있어서 신중히 고려되어야 한다. 기존 설계사례 분석 결과에 의하면 강변저류지의 저류용량 일백만m3 당 홍수저감량은 80.0 m3/s이었으며 저수용량 1천만m3일 경우 456.5 m3/s로서 저류용량 일백만m3 당 홍수저감량으로 환산하여 산정하면 45.6 m3/s이었 다. 한편 일본 강변저류지에서의 홍수저감량은 저류용량의 크기에 따라 다르지만 대략 저류용량 일백만m3 당 홍수저감량은 40∼50 m3/s이었음을 참조할 수 있으리라 판단된다.
Table 3의 하단에 표시한 (f)는 강변저류지의 저류용량을 모두 활용된 상태를 의미한다. 분석 결과에 의하면 저류용량이 1,000,000m3 내외의 강변저류지인 경우 월류제와 수문의 홍수저감효과 차이는 크지 않은 것으로 나타났다.
24 m3/s 이었다. 수문을 설치할 경우 수문 조작은 2가지 방법을 적용하는 것을 상정하였으며 첫 번째는 수문을 수문바닥고에서 1.0m 만큼 고정시키는 방법이며, 두 번째 방법은 월류수심으로부터 0.2m만큼 뺀 값을 수문의 개방도로 하여 본류 수위에 따라 수문의 개방도가 변하는 방법을 적용할 결과 두 번째 방법이 좀 더 크게 홍수량이 저감되었다. 첫 번째 수문개방도를 고정하는 경우 홍수저감량은 78.
월류제의 경우 Table 3과 같이 월류부의 폭보다는 월류고가 홍수조절효과에 영향을 미치는 것으로 분석되었으며 월류고가 너무 높으면 강변저류지의 저류용량을 모두 활용하지 못하여 강변저류지를 효과적으로 사용하지 못하여 되어 홍수조절저감 효과가 낮다. 한편 월류고가 너무 낮거나 월류장 길이가 길면 단기간에 저류지용량이 사용되어 홍수저감효과에 크게 영향을 주지 못하는 것으로 나타났다. Fig.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
강변저류지의 기능은?
과거 하천정비사업은 제방의 직선화와 정비위주의 사업을 통해 홍수량을 빠른 시간내 바다로 유출시켜 주로 하도에 홍수를 부담시키는데 주력하였으나, 근래에는 유역내 다양하게 홍수량을 부담시키는 방안으로 하천연안 저지대의 농경지를 이용하여 기존 범람지에 제방과 월류제를 축조함으로써 홍수 발생시 이를 일시적으로 저류하여 하류에 가해지는 홍수량을 경감시키는 강변저류지(washland) 도입이 적극적으로 도입되고 있다. 강변저류지는 홍수시에는 도시화 등에 의한 초과 홍수량을 일시 저류하여 하류부 도시 침수피해를 저감시키며, 홍수량 분배를 통한 홍수파 에너지를 감소시켜 구조물 피해를 저감시키고, 습지의 효과를 통해 강 주변의 훼손된 자연환경을 복원하고 저류된 물을 정화하여 하천으로 깨끗한 물을 공급하는 기능이 있다.
강변저류지란?
최근 들어 기상이변에 따른 집중호우가 빈번하게 발생하고 있고, 하천주변의 인구 집중과 도시화로 인한 홍수피해의 위험성이 증대되고 있다. 과거 하천정비사업은 제방의 직선화와 정비위주의 사업을 통해 홍수량을 빠른 시간내 바다로 유출시켜 주로 하도에 홍수를 부담시키는데 주력하였으나, 근래에는 유역내 다양하게 홍수량을 부담시키는 방안으로 하천연안 저지대의 농경지를 이용하여 기존 범람지에 제방과 월류제를 축조함으로써 홍수 발생시 이를 일시적으로 저류하여 하류에 가해지는 홍수량을 경감시키는 강변저류지(washland) 도입이 적극적으로 도입되고 있다. 강변저류지는 홍수시에는 도시화 등에 의한 초과 홍수량을 일시 저류하여 하류부 도시 침수피해를 저감시키며, 홍수량 분배를 통한 홍수파 에너지를 감소시켜 구조물 피해를 저감시키고, 습지의 효과를 통해 강 주변의 훼손된 자연환경을 복원하고 저류된 물을 정화하여 하천으로 깨끗한 물을 공급하는 기능이 있다.
Off-line 강변저류지에서는 어떤 방식으로 방류하는 형태인가?
On-line 강변저류지 형식은 유역의 모든 유출량이 저류지로 유입된 후 하천으로 방류되는 형태이며, Off-line 형식은 유역의 모든 유출량 중 일정 수위를 초과하는 유량만을 저류지로 유입시켜 본류의 첨두유량을 감소시킨 후 방류하는 형태로 본 연구의 강변저류지는 Off-line 형식의 저류지이다. Off-line 강변저류지의 홍수저감효과는 본류에서의 홍수시 사류흐름 및 상류흐름과 같은 수리적 특성, 본류의 계획홍수수문곡선의 특성, 월류부의 길이, 월류고의 높이, 월류부의 형식, 강변저류지의 저류 용량 등에 따라 영향을 받는다.
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