[논문]예비방류와 가동보 운영에 따른 다기능보의 홍수조절 효과 검토

이진호; 조영대; 신정범; 이충성

예비방류와 가동보 운영에 따른 다기능보의 홍수조절 효과 검토 원문보기

이진호 (한국수자원공사 4대강관리처) , 조영대 (한국수자원공사 4대강관리처 기술지원센터) , 신정범 (한국수자원공사 시화조력관리단) , 이충성 (한국수자원공사 4대강관리처)

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문제 정의

따라서 홍수기에는 수문을 열고 예비방류를 실시하여 부족한 홍수소통능력에 대비해야 한다는 필요성도 제기된 바 있다. 본 연구에서는 예비방류와 가동보 운영에 따른 홍수조절 효과를 분석함으로써 다기능보의 전반적인 홍수소통능력을 검토하고자 한다.
4대강살리기 사업 전부터 다기능보의 통수능에 대한 문제 제기가 여러 차례 있었고, 이와 연장선상에서 예비방류가 필요하다는 의견도 많았던 것이 사실이다. 이러한 배경을 바탕으로 본 연구에서는 예비방류와 가동보 수문 운영에 따른 다기능보의 홍수조절 효과를 낙동강 8개보를 중심으로 분석하였다. 이론적으로 보의 홍수조절 효과는 예비 방류와 보의 운영조건에 따라 저류능과 통수능의 연쇄작용으로 홍수위 감소 효과가 복합적으로 작용한 결과로 나타난다.

제안 방법

보·하천의 저류능과 가동보에 의한 통수능을 동시에 고려한 홍수조절 효과는 그림 5와 같이 예비방류로 수문 물넘이 높이 또는 운영 제약수위(취수장의 안정적 취수구 높이)까지 배수 후, 홍수유입 초기부터 수문을 완전 개도하는 조건으로 모의하였다.
보의 저류능에 의한 홍수조절 효과는 그림 3과 같이 예비방류로 가동보 물넘이 높이까지 배수한 상태에서 홍수 유입시 수문을 폐쇄하여 저류시킨 후, 관리수위를 0.2초과(주의단계)할 때부터 수문을 완전 개도하는 조건으로 모의하였다. 그림 4는 달성보의 저류능에 의한 홍수 규모별 조절 효과를 분석한 것으로서 가동보 물넘이 높이까지 예비방류시 100년 빈도와 2년 빈도 홍수에 대한 조절효과를 예비방류를 실시하지 않았을 경우와 비교한 것이다.
그러나 사전에 미리 방류해두면 일정부분 홍수위를 저감시킬 수 있을 것이다. 본 연구에서는 예비방류를 실시할 경우 보의 저류능만을 활용한 조절효과와 저류능 및 가동보 운영의 연쇄효과를 고려한 조절효과로 나누어 분석하였다. 홍수 모의는 미공병단의 HEC-RAS모형을 활용하여 수행되었으며, 하천단면 및 수리특성 자료는 4대강 하천기본계획을 참고하였다.
그림 6은 달성보의 저류능 및 통수능에 의한 홍수 규모별 조절 효과를 분석한 것으로서 예비 방류와 홍수 초기부터 수문 완전 개도를 병행할시 100년 빈도와 2년 빈도 홍수에 대한 조절효과를 예비방류를 실시하지 않았을 경우와 비교하여 나타낸 것이다. 예비방류를 하지 않았을 경우는 관리 수위를 0.2초과(주의단계)할 때부터 수문을 완전 개도하여 모의하였다. 분석결과, 100년 빈도 홍수 시에는 0.
이는 유입 홍수량이 보의 홍수저류공간보다 8배에서 많게는 21배까지 큰 것이 직접적 요인이라 할 수 있다. 한편으로는 보의 통수능에 대한 의문을 해결하고자 예비방류 뿐 아니라 홍수초기부터 수문을 완전 개도하여 모의하였다. 분석 결과, 첨두홍수위 저감 효과가 2년 또는 10년 빈도 등 고빈도에서 상대적으로 크게 나타났으며, 특히 이들 고빈도에서는 첨두홍수위가 관리수위 이하로 나타나 수위감소 효과가 극대화 되는 것으로 나타났다.

이론/모형

본 연구에서는 예비방류를 실시할 경우 보의 저류능만을 활용한 조절효과와 저류능 및 가동보 운영의 연쇄효과를 고려한 조절효과로 나누어 분석하였다. 홍수 모의는 미공병단의 HEC-RAS모형을 활용하여 수행되었으며, 하천단면 및 수리특성 자료는 4대강 하천기본계획을 참고하였다.

성능/효과

본 연구에서는 예비방류의 실질적 효과를 알아보기 위해 보의 저류능만을 고려한 운영조건으로 홍수모의를 수행하였고, 그 결과 부족한 홍수저류공간으로 인해 첨두 홍수위 감소효과는 거의 없는 것으로 나타났다. 이는 유입 홍수량이 보의 홍수저류공간보다 8배에서 많게는 21배까지 큰 것이 직접적 요인이라 할 수 있다.
한편으로는 보의 통수능에 대한 의문을 해결하고자 예비방류 뿐 아니라 홍수초기부터 수문을 완전 개도하여 모의하였다. 분석 결과, 첨두홍수위 저감 효과가 2년 또는 10년 빈도 등 고빈도에서 상대적으로 크게 나타났으며, 특히 이들 고빈도에서는 첨두홍수위가 관리수위 이하로 나타나 수위감소 효과가 극대화 되는 것으로 나타났다. 반면 취수제약시설 운영을 감안해 예비방류를 보수적으로 실시하면 2년 및 10년 빈도 시 각각 0.
2초과(주의단계)할 때부터 수문을 완전 개도하여 모의하였다. 분석결과, 100년 빈도 홍수 시에는 0.32m, 2년 빈도 홍수시에는 1.07m의 첨두홍수위 저감효과가 있는 것으로 나타났다.
그림 4는 달성보의 저류능에 의한 홍수 규모별 조절 효과를 분석한 것으로서 가동보 물넘이 높이까지 예비방류시 100년 빈도와 2년 빈도 홍수에 대한 조절효과를 예비방류를 실시하지 않았을 경우와 비교한 것이다. 분석결과에서 나타나듯이 100년 빈도 홍수시에는 발생후 초기 27시간, 2년 빈도 홍수시에는 초기 32시간까지 수위가 감소하나 첨두홍수위 감소효과는 없는 것으로 나타났다.
수문 물넘이 높이까지 예비 방류하여 운영시에는 0.68∼5.17m(2년빈도), 0.39∼2.96m(10년빈도), 0.09∼0.52m(100년빈도)의 첨두 홍수위 감소 효과를 나타내었다.
이러한 결과를 종합해 볼 때 저류능만을 활용한 예비방류는 홍수조절효과가 거의 없으며, 홍수초기부터 수문조작을 병행할 경우에만 2년 및 10년 빈도 등 소규모 홍수에서 홍수조절 효과가 있을 것으로 판단된다. 즉, 달성보의 경우와 같이 예비방류와 홍수초기 수문개방이 없어도 계획빈도(100년) 홍수시 최고수위가 계획홍수위(EL.
따라서 하천구간 내 국부적인 단면축소는 해당지점의 유속증가로 이어져 홍수소통 능력에 미치는 영향은 크지 않다. 일례로 낙동강 칠곡보의 경우 사업전에 비해 통수단면적이 0.5배(51%) 감소했지만 유속이 2배(105%) 가량 증가해, 실제로는 수위가 감소한 것으로 분석되었다.
이러한 결과를 종합해 볼 때 저류능만을 활용한 예비방류는 홍수조절효과가 거의 없으며, 홍수초기부터 수문조작을 병행할 경우에만 2년 및 10년 빈도 등 소규모 홍수에서 홍수조절 효과가 있을 것으로 판단된다. 즉, 달성보의 경우와 같이 예비방류와 홍수초기 수문개방이 없어도 계획빈도(100년) 홍수시 최고수위가 계획홍수위(EL. .21.8m)에 크게 못 미치는 것으로 볼 때, 적절한 가동보 수문 조작만으로도 수위조절이 가능하다는 결론을 내릴 수 있다. 물론 예비방류와 홍수초기 수문개방으로 더 낮은 수위조절이 기대되는 것은 사실이나, 다기능보의 이수적 측면까지 고려한다면 홍수 이후 관리수위 유지를 위해 담수해야 하는 문제도 충분히 고려해야 할 것이다.
5억㎥의 준설과 더불어 16개의 다기능보가 건설되었다. 표 1과 표2에 나타낸 바와 같이 한강, 낙동강, 금강, 영산강 등 4대강 본류의 평균하상은 최소 0.2m에서 최대 1.3m로 낮아졌으며, 사업전 대비 통수단면적은 평균 12% 증가한 것으로 나타나고 있다. 이러한 통수능 확대는 자연스럽게 수위 저하로 이어져 주요 지점별로 사업전에 비해 계획홍수 기준 최소 0.

후속연구

향후 다기능보 운영에 있어 수문학적 불확실성을 고려한다면 반드시 예비방류를 시행하기보다는 상황에 따라 탄력적인 대응이 필요할 것이다. 이와 더불어 하천모니터링 체계를 강화하여 자료의 신뢰도를 높이고, 홍수대비 예측시스템 개선을 위한 연구개발 등도 지속적으로 추진하여 이 같은 불확실성을 줄여나갈 수 있도록 해야 할 것이다.
향후 다기능보 운영에 있어 수문학적 불확실성을 고려한다면 반드시 예비방류를 시행하기보다는 상황에 따라 탄력적인 대응이 필요할 것이다. 이와 더불어 하천모니터링 체계를 강화하여 자료의 신뢰도를 높이고, 홍수대비 예측시스템 개선을 위한 연구개발 등도 지속적으로 추진하여 이 같은 불확실성을 줄여나갈 수 있도록 해야 할 것이다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

4대강살리기사업으로 몇 개의 다기능보가 건설되었는가?

최근 4대강살리기사업의 수행으로 4.5억㎥의 준설과 더불어 16개의 다기능보가 건설되었다. 표 1과 표2에 나타낸 바와 같이 한강, 낙동강, 금강, 영산강 등 4대강 본류의 평균하상은 최소 0.

4대강 본류의 평균하상은 어떻게 변화하였는가?

5억㎥의 준설과 더불어 16개의 다기능보가 건설되었다. 표 1과 표2에 나타낸 바와 같이 한강, 낙동강, 금강, 영산강 등 4대강 본류의 평균하상은 최소 0.2m에서 최대 1.3m로 낮아졌으며, 사업전 대비 통수단면적은 평균 12% 증가한 것으로 나타나고 있다. 이러한 통수능 확대는 자연스럽게 수위 저하로 이어져 주요 지점별로 사업전에 비해 계획홍수 기준 최소 0.

하천구간 내 국부적인 단면축소가 해당지점의 유속증가로 이어져 홍수소통 능력에 미치는 영향은 크지 않은 이유는?

4대강사업 이후 대부분의 하도구간 하천단면이 준설로 인해 수리학적으로 홍수소통에 유리한 사다리꼴 형상을 가지게 된 반면, 다기능보는 하천단면 일정부분을 차단하여 통수능에 지장을 주는 것처럼 해석될 수 있다. 그러나 하천유량은 통수단면적 뿐 아니라, 조도계수, 유속, 수면경사 등 하천이 가지고 있는 기본적인 수리학적 인자에 의해 결정된다. 따라서 하천구간 내 국부적인 단면축소는 해당지점의 유속증가로 이어져 홍수소통 능력에 미치는 영향은 크지 않다.

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