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하도준설이 사행하천에 미치는 수리학적 영향 분석
Analysis of Hydraulic Effect by River Dredging in a Meandering Channel 원문보기

한국지리정보학회지 = Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies, v.18 no.4, 2015년, pp.14 - 30  

김태형 (국토교통부 낙동강홍수통제소 예보통제과) ,  김병현 (경북대학교 방재연구소) ,  한건연 (경북대학교 건설.환경.에너지공학부)

초록
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본 논문에서는 하상퇴적이 심한 사행하천에서의 월류로 인한 침수피해와 제방 세굴 및 제방유실에 대한 피해를 저감시키기 위한 구조적 대안으로, 준설이 얻을 수 있는 수리학적 효과를 분석하고자 하였다. 사행사천 구간에서의 수리해석을 위해 2차원 수리해석 모형인 RMA-2 모형을 선정하였고, 준설 전의 현재 단면과 준설 후의 가정 단면을 GIS tool을 이용하여 구현한 후 2차원 유한요소격자를 구성하여 모형을 구동하였다. 준설 전 후에 대해 계산된 수위, 수심, 유속, 그리고 소류력을 현재의 계획홍수위와 비교하였고, 편수위가 발생한 지점에서 최대홍수위를 비교 분석한 결과 계획홍수위 대비 최대 0.58m의 수위저감 효과를 나타내었다. 분석구간 내에 위치한 제방에서의 소류력은 전 구간에 대해 평균 42~67% 가량 감소됨을 확인할 수 있었다. 이와 같은 결과를 통해 하천 사행구간에 위치한 유수의 흐름을 방해하는 하상퇴적물의 준설이 만곡부에 위치한 제방에서의 월류 및 세굴에 대한 위험도를 저감시키고 주변 농경지의 침수피해를 경감시킬 수 있는 적절한 구조적 대책이 될 수 있음을 확인할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper attempted to analyze the hydraulic effects that the dredging can take as an alternative to reduce possible damages of flooding due to the overflow of river levee in meandering rivers, where riverbed aggradation, seepage and erosion may occur. In order to make a hydraulic analysis in a sec...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 각 분석지역에 대한 경계조건을 부여하고자 MLTML(2010)에서 제시된 계획홍수량 및 계획홍수위를 고려하여 각각 상류단 및 하류단 경계조건으로 부여하고자 하였다. 검토 결과 분석지역1,2의 계획홍수량은 3,070m3/sec 였고, 지류 합류지점을 지난 후에 위치한 분석지역3의 계획홍수량은 3,180m3/sec인 것으로 나타났다.
  • 따라서 본 논문에서는 사행하천에 대한 준설 전 · 후의 수리학적 특성을 분석하기 위해 2차원 수리해석 모형을 적용하고자 하였고, 유한차분법에 비해 경계처리가 용이한 장점을 가지고 있어 실무에 많이 적용되고 있는 유한요소법을 이용하고자 하였다(Lee et al., 2007).
  • RMA-2에서는 소류력에 대한 계산결과를 직접적으로 제시하지 않는다. 따라서 본 논문에서는 일반적인 소류력에 관한 이론을 적용하여 모의결과를 바탕으로 소류력을 산정하고자 하였다. 물과 접촉하는 윤변에서 흐름에 의해 유발되는 힘을 나타내는 소류력은 물이 수로와 접촉하면서 흐르는 단위면적당 힘을 의미하며 다음의 식 (4)와 같이 나타낼 수 있다.
  • 이렇듯 다양한 연구자들에 의해 만곡부에서의 피해 원인 및 대응방안에 대한 연구가 진행되었지만 준설로 인한 만곡부에서의 피해저감 효과를 2차원 수리해석 모형에 의해 구체적으로 분석한 연구는 이루어진 바가 없다. 본 논문에서는 하상퇴적이 심한 감천 사행구간에 대해 2차원 수리해석을 실시하여 1차원 부등류 해석에 의한 계획홍수위와 비교/검토하고, 그에 따른 대책으로 하상 퇴적물을 제거함으로써 얻을 수 있는 홍수위 저감효과와 유속 및 소류력의 감소효과를 분석하고자 하였다.
  • 본 논문에서는 하상퇴적이 심한 하천 사행구간에서의 홍수피해를 저감시키기 위한 구조적 대안으로, 준설이 얻을 수 있는 수리학적 효과를 2차원 수리해석을 통해 규명하였다. 본 논문으로부터 얻은 주요 연구 결과는 다음과 같다.
  • , 2004). 본 논문에서는 하천 만곡부에서 홍수피해를 저감하기 위한 여러 대책들 중 하도 준설이 얻을 수 있는 효과를 분석하고자 하였다. 이를 위해 준설 전 · 후에 대한 만곡부의 수리학적 흐름특성을 수치모형을 이용하여 분석였다.
  • 이러한 월류 및 제방 침식 위험도를 경감시키기 위한 방안으로써 본 논문에서는 만곡구간에 위치한 하상퇴적물을 준설함으로써 얻을 수 있는 피해저감 효과를 분석하고자 하였다. 즉, 각 만곡부의 우안 또는 좌안 측으로 불규칙하게 축소되어 형성된 유로를 준설로 인하여 통수능을 확보함으로써, 제방에서의 침식위험도 감소효과와 제내지에 위치한 농경지의 침수피해 위험도의 저감 효과를 살펴보고자 하였다.
  • 이러한 월류 및 제방 침식 위험도를 경감시키기 위한 방안으로써 본 논문에서는 만곡구간에 위치한 하상퇴적물을 준설함으로써 얻을 수 있는 피해저감 효과를 분석하고자 하였다. 즉, 각 만곡부의 우안 또는 좌안 측으로 불규칙하게 축소되어 형성된 유로를 준설로 인하여 통수능을 확보함으로써, 제방에서의 침식위험도 감소효과와 제내지에 위치한 농경지의 침수피해 위험도의 저감 효과를 살펴보고자 하였다.

가설 설정

  • 확인 결과 준설구간 내에는 하천기본계획상의 측점 번호를 기준으로 각각 3개의 단면을 포함하고 있었고, 본 논문에서는 1번 준설구간에 대해 7~9, 2번 준설구간에 대해 4~6, 그리고 3번 준설구간에 대해 1~3의 국지 단면번호를 부여하였다. 각 구간에서의 준설 후의 단면은 그림 3에서 나타난 바와 같이 하도에서의 저수위를 최저 준설고로 설정하였고, 식생대를 제외한 사구지역만을 준설하는 것으로 가정하였다. 하천기본계획상의 측점 단면을 기준으로 100m 간격으로 단면을 보간하여 생성하였고, 각 단면에서의 저수위의 정보를 이용하여 준설 영역 및 준설 단면을 생성하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
사행구간의 유수의 흐름은 어떤 문제를 일으킬 수 있는가? 산지가 국토의 3분의 2를 차지하는 지형학적 특성상 우리나라 대다수의 하천은 많은 수의 사행구간을 포함하고 있다. 이러한 사행구간에의 유수의 흐름은 자연하천에서 발생할 수 있는 대표적 기하학적 흐름 특성 중 하나이지만, 만곡부에서의 원심력에 의한 편수위의 발생 및 유속 증가로 인한 제방 세굴 및 침식 등 다양한 수공학적 문제들을 발생시킬 수 있다(Shim et al., 2004).
하천 만곡부에서 홍수피해를 저감하기 위한 대책은 무엇이 있는가? 하천 만곡부에서 홍수피해를 저감하기 위한 대책은 만곡부 제방의 세굴 및 침식을 저감시킬 수 있는 사석호안공 등의 보호시설물의 설치, 여유고 확보를 위한 제방고의 증가, 그리고통수능 확보를 위한 하상 준설 등이 있다. 하도 직선화를 통해 하도의 만곡부에서 발생할 수 있는 홍수 피해를 미연에 방지할 수도 있지만, 이러한 하도의 직선화는 상류부의 위험을 하류부로 전가시키는 결과를 초래하므로 바람직한 대책이라 할 수 없다(Shim et al.
사행구간은 홍수시 어떤 현상이 일어나는가? , 2004). 특히 홍수시에는 높은 유량이 하천으로 유입되면서 수위와 유속이 더욱 증가되어, 만곡부 외측에서의 원심력에 의해 더 높은 수위와 유속이 형성된다. 이는 세굴로 인한 제방의 파손 및 도로의 유실, 그리고 제방 붕괴로 인한 제내지 범람 등의 피해를 유발한다.
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참고문헌 (21)

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