[논문]2개의 하천이 합류하는 하구역에서의 연결수로 통수능에 따른 홍수위저감효과 분석

김수영; 김형준; 윤광석

doi:10.3741/jkwra.2015.48.12.1065

초록
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하구둑과 같은 구조물이 설치된 하구역에서는 상류로부터 내려온 하천수와 외해의 조석, 수문의 운영에 따라 복잡한 유출특성을 가지게 되며, 하나의 하구역에 2개 이상의 유역출구가 존재하는 경우 더욱 복잡한 형태의 홍수유출특성을 나타낸다. 이러한 사례로 현재 개발계획이 수립중인 새만금 지역을 들 수 있다. 새만금 지역의 경우 만경강과 동진강 유역에서 하천수가 유입되고 방조제에서는 배수갑문을 통해 하천수를 방류하고 해수유입을 차단한다. 두 하천이 만나는 새만금호 내에는 분리하는 용지가 들어서게 되며, 두 수계의 유출량을 연결수로를 통해 교환할 수 있도록 계획되고 있다. 이러한 연결수로는 평소에는 주운의 역할을 하지만 홍수시에는 두 수계간의 홍수를 소통시켜 홍수를 분담하는 기능을 하게 된다. 따라서 하구역 내의 치수적 안전성 확보를 위해서는 연결수로에 대한 홍수분담능력을 파악하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 연결수로의 통수능에 따른 홍수위 저감효과를 수치해석을 통해 분석하였다. 해석에는 Delft3D를 활용하였으며 해석기간은 배수갑문의 방류가 어려워 최대홍수위가 발생되는 소조기로 설정하였다. 새만금종합개발계획상의 토지이용계획에서는 3개의 연결수로가 계획되어 있으나 연결수로에 의한 홍수위저감효과를 검토하기 위해 해석을 단순화하여 가장 폭이 넓은 수로 1개만 운영되도록 설정하였다. 연결수로의 폭은 동일하게 하고 하상고를 EL.-15m~EL.-3m까지 2m 단위로 변화시켜 다양한 통수능 조건에서의 홍수저감효과를 검토하였다. 수치해석 결과 연결수로의 통수능이 감소하면 두 수계간의 수위차가 증가하면서 배수갑문지점에서의 최대수위도 증가하며, 동일한 수위차라 하더라도 통수단면적에 따라 유속의 영향으로 홍수위 저감효과도 변화한다는 것을 확인하였다. 또한, 통수단면적이 증가하더라도 홍수위 저감효과가 발생하지 않게 되는 통수단면적도 분석하여 제시하였다. 본 연구결과는 향후 연결수로 설계시 기초자료로 활용될 수 있으며, 준설로 인한 공사비를 최소화하면서 홍수위 저감효과는 극대화할 수 있는 최적 연결수로를 설계할 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In the estuary where the structure such as river-mouth weir has been installed, the flow is developed very complicatedly due to river water from upstream, tide of the sea and floodgate operation. Especially, if basin outlets more than one exists in one estuary, the boundary conditions will be signif...

In the estuary where the structure such as river-mouth weir has been installed, the flow is developed very complicatedly due to river water from upstream, tide of the sea and floodgate operation. Especially, if basin outlets more than one exists in one estuary, the boundary conditions will be significantly more complex form. Saemangeum(SMG) project area in Korea is the most typical example. There are Mankyung river and Dongjin river in upstream. The water of them inflows into SMG project area. In the downstream, river flow was drained from inland to sea over the SMG sea dike through the sluice. The connecting channel was located between Mankyung and Dongjin basins. It functions not only as transportation by ship in ordinary period but also as flood sharing by sending flood flow to each other in flood period. Therefore, in order to secure the safety against flood, it is very important to understand the flood sharing capacity for connecting channel. In this study, the flood control effect was analyzed using numerical simulation. Delft3D was used to numerical simulation and simulated period was set up with neap tide, in which the maximum flood stage occurred due to poor drainage. Actually, three connecting channels were designed in land use plan of the SMG Master Plan, but they were simplified to a single channel for conciseness of analysis in this study. According to the results of numerical analysis, the water level difference between two basins was increased and the maximum flood stage at dike sluice was also upraised depending on decrease of conveyance. And the velocity induced by same water level difference was decreased when the conveyance became smaller. In certain conveyance above, there was almost no flood control effect. Therefore, if the results of this study are considered for design of connecting channel, it will be expected to draw the optimal conveyance for minimizing dredging construction cost while maximizing the flood control effect.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

인접한 하천의 하도가 저류지의 기능을 할 수 있으며, 하구의 특성상 상대적으로 저류용량이 크기 때문에 저류지 면적과 같은 제약사항이 없어 보다 큰 홍수위 저감효과를 기대할 수 있다. 이에 본 연구에서는 새만금호를 출구점으로 공유하는 만경강과 동진강의 연결수로가 설치될 경우, 홍수위 저감효과에 미치는 영향을 수치모의를 통하여 검토하였다.

제안 방법

5). 각각의 수로 폭이 120 m, 220 m, 80 m이며, 본연구에서는 통수능에 따른 홍수위 변화양상과 홍수저감효과를 파악하는 것을 목적으로 하므로 폭 220 m 연결수로만 존재하는 것으로 단순화하여 해석하였다. 또한 연결수로의 하상고는 확정되진 않았지만 현재까지 연결수로의 최저 하상고인 EL.
본 연구에서는 두 유역이 만나는 하구역의 경우 연결수로를 통한 홍수분담이 홍수위 저감에 미치는 영향을 수치 모의를 통해 분석하였다. 분석을 통해 도출된 결과는 다음과 같다.
홍수시작 변화조건을 통해 홍수시작시점과 외해조위조건에 대한 영향을 분석하였다. 하상고는 기존 연결수로의 하상고인 EL.

데이터처리

구축된 모형에 대한 검증은 새만금이 개발되기 이전인 현재 상태의 관측값이 존재하는 기간에 대해서 동일한 조건으로 수치모의하여 관측값과 비교하였다. 이 시기에는 만경수역과 동진수역이 경계없이 개방되어 자유롭게 유수의 소통이 가능하다.

이론/모형

이 모형의 지배방정식은 2차원 천수방정식을 따르며 이는 비압축성유체에 대한 Navier-Stokes 방정식으로부터 유도된다. 수직방향의 스케일이 수평방향에 비해 현저히 작다는 가정하에 σ-좌표계를 사용하며 Delft3D에서 사용하는 수위, 수심, 전수심의 정의는 Fig.

성능/효과

1) 연결수로의 통수능이 증가할수록 배수갑문 지점에서의 최대홍수위 및 유역간 수위차는 감소하였다.
2) 통수단면적이 일정 수준을 넘으면 연결수로의 통수 능이 증가하여도 홍수위 저감효과는 증가하지 않고 일정하게 된다.
3) 연결수로의 통수능이 감소할수록 연결수로내 발생 유속이 감소하여 홍수분담능력을 더욱 저하시킨다.
본 연구의 결과에서 두 유역이 만나는 하구역에서 연결 수로의 통수능은 홍수위 저감효과 뿐만 아니라 경제적인 측면에서도 중요한 인자로 나타났다. 연결수로의 통수능을 증가시키면 홍수위 저감효과는 있지만 연결수로의 준설 및 확대에 소요되는 공사비는 증가할 것이다.
본 연구의 결과에서 두 유역이 만나는 하구역에서 연결 수로의 통수능은 홍수위 저감효과 뿐만 아니라 경제적인 측면에서도 중요한 인자로 나타났다. 연결수로의 통수능을 증가시키면 홍수위 저감효과는 있지만 연결수로의 준설 및 확대에 소요되는 공사비는 증가할 것이다. 또한 하상고를 지나치게 낮추게 될 경우 불필요한 하상준설과 수중시공의 증가로 시공성도 감소한다.

후속연구

따라서 연결수로를 통해 홍수를 분담시켜 홍수위를 낮추는 것은 막대한 경제적 효과가 있다고 할 수 있다. 그러므로 본 연구의 결과를 기초자료로 활용하여 연결수로의 최적통수능을 결정한다면 준설로 인한 공사비는 최소화하고 홍수위저감효과는 극대화할 수 있는 경제적이고 효율적인 최적 연결수로의 통수능을 도출할 수 있을 것으로 기대되며 추후 연결수로의 설계인자 및 위치결정에 대한 연구가 추가적으로 수행된다면 연결수로설계에 대한 활용성을 높일 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	하천의 연결수로는 어떠한 방식으로 홍수위험도를 저감시키는가?	하천의 연결수로는 인공수로를 통해 두 하천을 연결함으로써 홍수시 하천의 수위를 낮춰 홍수위험도를 저감시키는 수리구조물이다. 인접한 하천의 하도가 저류지의 기능을 할 수 있으며, 하구의 특성상 상대적으로 저류용량이 크기 때문에 저류지 면적과 같은 제약사항이 없어 보다 큰 홍수위 저감효과를 기대할 수 있다.
	하천의 홍수량을 분배하여 홍수위험도를저감시키는 방법으로는 어떤 것들이 있는가?	하구역에서는 조석과 상류로부터 내려온 유수가 만나 복잡한 흐름특성을 갖게 되며, 하구둑과 같은 구조물이 설치된 경우에는 배수문 운영에 따라 흐름특성이 영향을 받게 되어 홍수시 치수적 안정성 확보를 위한 적절한 대안이 필요하다. 하천의 홍수량을 분배하여 홍수위험도를저감시키는 방법으로는 강변저류지 또는 연결수로와 같은 구조물적인 방법이 있다. 강변저류지를 통한 홍수위 저감에 관한 연구는 국내외적으로 활발히 수행되어 치수효과에 대한 정량적 결과가 제시되고 있으나, 홍수분배에 의한 효과는 저류지 용량에 영향을 받으므로 대규모의 저류용량을 확보하지 못하는 경우 홍수위 저감 효과를 크게 기대하기는 어려운 것으로 알려져 있다.
	Delft3D Flow은 무엇을 해석하기에 적합한 모형인가?	Delft3D Flow는 Deltares에서 개발한 해석프로그램인 Delft3D의 유동해석 모듈로서 경계조건으로 조화상수를 입력하여 조위를 재현할 수 있는 프로그램이다. 또한, 암거와 같은 구조물을 통해 배수갑문의 운영에 따른 해석이 가능하여 하천의 하구에 방조제가 있고, 배수문이 운영되는 조건에 대한 흐름해석에 적합한 모형이다. 또한, 이 모형은 추가적인 모듈과 결합하여 온도 및 농도 확산과 유사이송에 대한 해석도 가능하다.

참고문헌 (12)

Deltares (2010). Delft3D-FLOW user manual.
French, R.H. (1985). Open-Channel Hydraulcs.
Jung, J.S., and Cho, Y.S. (2013). "A 3D Hydrodynamic Model for Determination of Maximum Food Level inside Saemangeum Embankment." Journal of Coastal Research, Special Issue No. 65, pp. 243-248.
K-Water (2011). Acquisition plan of dredging reclamation soil in Saemangeum
Kim, D.G. (2012). Operation of the Yeongam Connecting Channel Check Gate for the Flood Stage Control in the Lake Yeongsan. Ph.D. Dissertation, Mokpo National University.
Kim, D.G., and Kim, D.O. (2010). "Coupled Operation of the Lake Youngsan, Yeongam and Kumho for the Flood Stage Control in the Downstream of the Youngsan River." Journal of Korean Society of Civil Engineering, Vol. 30, No. 3B, pp. 277-284.
Kim, D.G., and Lee, J.H. (2008). "Coupled Operation of the Lake Youngsan and Yeongam for the Flood Control in the Downstream of the Youngsan River." Journal of Korean Society of Civil Engineering, Vol. 28, No. 3B, pp. 297-306.
Ministry for Food, Agriculture, Forestry and Fisheries (2008). Basic Plan of Internal Development in Saemangeum Project.
Ministry for Food, Agriculture, Forestry and Fisheries (2008). Report of Hydrologic Investigation in Saemangeum Project Area
Ministry of Agriculture and Forestry (2007). '07 Report of Hydraulic Experiment in Saemangeum Project Area.
Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs (2011). Master Plan of Saemangeum Project.
Morishita, K., Garsdal, H., and Masumoto, T. (2004). "Hydrological monitoring system for the Cambodian floodplains." Proceedings of 2nd Conference of Asia Pacific Association of Hydrology and Water Resources, Singapore.

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