본 최근 세계적으로 기후 변화에 의한 홍수 피해가 증가하고 있다. 우리나라의 경우 홍수가 발생하는 빈도가 증가함에 따라 홍수 발생 상황을 예측하고 대비할 수 있는 기술이 주로 대규모 하천을 대상으로 이루어졌으므로, 기존의 홍수 예보시스템을 예보 선행시간이 짧은 소규모 유역에 적용하기에는 무리가 있다. 이에 본 연구에서는 도시 유역 내 배수위 영향을 가진 수암천 유역을 대상으로 2개의 경보발령지점을 선정한 후, 홍수 예 경보 모형을 이용하여 홍수 경보 강우량을 산정하였다. 산정 결과, 저수 예 경보 지점의 경우 25.4mm/120min~78.8mm/120min로 산정되었으며, 고수 예 경보 지점의 경우 68.5mm/120min~140.7mm/120min로 산정되었다. 이에 따른 빈도로는 저수 예 경보의 경우 3년 빈도에 해당되며, 고수 예 경보의 경우 80년 빈도에 해당된다. 본 연구의 분석결과는 도시유역의 홍수 발생 상황을 예측하는데 기초 자료를 제공할 것으로 기대되며, 장차 실제 홍수 경보발령기준을 제시하기 위해 많은 유역에서의 관측자료를 바탕으로 한 지속적인 적용 및 검증이 필요하다.
본 최근 세계적으로 기후 변화에 의한 홍수 피해가 증가하고 있다. 우리나라의 경우 홍수가 발생하는 빈도가 증가함에 따라 홍수 발생 상황을 예측하고 대비할 수 있는 기술이 주로 대규모 하천을 대상으로 이루어졌으므로, 기존의 홍수 예보시스템을 예보 선행시간이 짧은 소규모 유역에 적용하기에는 무리가 있다. 이에 본 연구에서는 도시 유역 내 배수위 영향을 가진 수암천 유역을 대상으로 2개의 경보발령지점을 선정한 후, 홍수 예 경보 모형을 이용하여 홍수 경보 강우량을 산정하였다. 산정 결과, 저수 예 경보 지점의 경우 25.4mm/120min~78.8mm/120min로 산정되었으며, 고수 예 경보 지점의 경우 68.5mm/120min~140.7mm/120min로 산정되었다. 이에 따른 빈도로는 저수 예 경보의 경우 3년 빈도에 해당되며, 고수 예 경보의 경우 80년 빈도에 해당된다. 본 연구의 분석결과는 도시유역의 홍수 발생 상황을 예측하는데 기초 자료를 제공할 것으로 기대되며, 장차 실제 홍수 경보발령기준을 제시하기 위해 많은 유역에서의 관측자료를 바탕으로 한 지속적인 적용 및 검증이 필요하다.
The incidence of flood damage by global climate change has increased recently. Because of the increased frequency of flooding in Korea, the technology of flood prediction and prevalence has developed mainly for large river watersheds. On the other hand, there is a limit on predicting flooding throug...
The incidence of flood damage by global climate change has increased recently. Because of the increased frequency of flooding in Korea, the technology of flood prediction and prevalence has developed mainly for large river watersheds. On the other hand, there is a limit on predicting flooding through the most present flood forecasting systems because local floods in small watersheds rise quite quickly with little or no advance warning. Therefore, this study estimated the flood warning rainfall using a flood forecasting model at the two alarm trigger points in the Suamcheon basin, which is an urban basin with backwater effects. The flood warning rainfall was estimated to be 25.4mm/120min ~ 78.8mm/120min for the low water alarm, and 68.5mm/120min ~ 140.7mm/120min for the high water alarm. The frequency of the flood warning rainfall is 3-years for the low water alarm, and 80-years for the high water alarm. The results of this analysis are expected to provide a basic database in forecasting local floods in urban watersheds. Nevertheless, more tests and implementations using a large number of watersheds will be needed for a practical flood warning or alert system in the future.
The incidence of flood damage by global climate change has increased recently. Because of the increased frequency of flooding in Korea, the technology of flood prediction and prevalence has developed mainly for large river watersheds. On the other hand, there is a limit on predicting flooding through the most present flood forecasting systems because local floods in small watersheds rise quite quickly with little or no advance warning. Therefore, this study estimated the flood warning rainfall using a flood forecasting model at the two alarm trigger points in the Suamcheon basin, which is an urban basin with backwater effects. The flood warning rainfall was estimated to be 25.4mm/120min ~ 78.8mm/120min for the low water alarm, and 68.5mm/120min ~ 140.7mm/120min for the high water alarm. The frequency of the flood warning rainfall is 3-years for the low water alarm, and 80-years for the high water alarm. The results of this analysis are expected to provide a basic database in forecasting local floods in urban watersheds. Nevertheless, more tests and implementations using a large number of watersheds will be needed for a practical flood warning or alert system in the future.
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문제 정의
본 연구는 대표적인 특수성을 가진 배수위 영향을 받는 유역 중에 경기도 안양시에 위치한 수암천 유역을 대상으로 홍수 예·경보 모형을 구축하고 홍수 예·경보 발령을 위한 홍수 경보 강우량을 산정하였다.
본 연구에서는 도시 유역 내 중·소하천 유역 중에서 일반적인 홍수 예·경보 모형을 적용하기 곤란한 대표적 특수 상황인 배수위 영향을 가지고 있는 유역을 대상으로 적용 가능한 홍수 예·경보 모형을 구축하고자 한다.
가설 설정
이 때 H1 지점이 예·경보 대상 지점이 되며, H2 지점은 지류하천이 하천본류로 합류되는 지점으로 가정한다.
제안 방법
이때 홍수 예·경보를 발령 하는 조건은 합류점에서의 수위변화에 따라 각 예·경보 지점의 수위로부터 저수 및 고수 예·경보 수위에 도달할 때까지 필요한 △Q를 산정하고 △Q만큼의 유출량을 발생시키는 강우량을 20분, 40분, 60분, 90분, 120분을 포함한 총 5가지의 경우를 고려하여 강우량 회귀식을 산정하였다. 대상유역인 수암천의 경우 도달시간이 108분[5]으로 산정되었기 때문에 5가지 지속시간 중 대표로 120분을 선정하여 경보 강우량을 산정하였다. 또한 지속시간 120분에서의 강우량(R) 값을 Table 1∼2와 같이 나타내었다.
도시유역 내 중·소하천 홍수 예·경보 발령 기준 선정은 고수부지가 최초 월류하는 지점을 기준으로 한 저수예 경보 지점과 하천 제방 월류에 대해 침수피해 예방이 필요한 고수 예·경보 지점으로 구분하였다.
배수위 영향에 따른 경보 강우량을 산정하기 위한 저수 및 고수 예·경보 지점 선정을 위해 수암천이 안양천본류에 합류하는 지점을 기준으로 배수위 영향구간을 파악하고 이에 따른 적합한 예·경보지점을 선정하였다. 또한 검 보정된 HEC-HMS 모형과 HEC-RAS 모형을 활용하여 지속시간별 강우량에 따른 유역 출구지점(합류 점)에서의 유량을 산정하였다. 이때 홍수 예·경보를 발령 하는 조건은 합류점에서의 수위변화에 따라 각 예·경보 지점의 수위로부터 저수 및 고수 예·경보 수위에 도달할 때까지 필요한 △Q를 산정하고 △Q만큼의 유출량을 발생시키는 강우량을 20분, 40분, 60분, 90분, 120분을 포함한 총 5가지의 경우를 고려하여 강우량 회귀식을 산정하였다.
본 연구에서는 도시 유역 내 중·소하천 유역 중에서 일반적인 홍수 예·경보 모형을 적용하기 곤란한 대표적 특수 상황인 배수위 영향을 가지고 있는 유역을 대상으로 적용 가능한 홍수 예·경보 모형을 구축하고자 한다. 또한 구축된 모형을 이용하여 실제 유역에 적용한 후 홍수 경보 강우량을 산정하였다.
또한 홍수량에 따른 홍수위를 산정하기 위해 [5]에서 제시된 계획홍수량을 HEC-RAS 모형의 입력자료로 사용하여 전 구간에 걸쳐 홍수위를 산정하였다. 홍수위 산정은 수암천 유로연장인 7.
또한 H1 지점의 수위 h1으로부터 경보발령 수위까지 도달할 수위 ∆h를 산정하며, h2 수위에 따른 H1 지점에서 경보발령 수위를 형성하기 위한 총 유입량 Qi들을 토대로 ∆h 수위 상승을 위해서 추가로 유입되어야할 유량 ∆Q를 산정한다. 마지막으로 유역에서의 강우량별 발생 유출량들을 토대로 유입 유량 ∆Q를 추가로 유역에서 직접유출로 발생시키기 위한 지속시간별 강우량 R을 산정한다.
이때 홍수 예·경보를 발령 하는 조건은 합류점에서의 수위변화에 따라 각 예·경보 지점의 수위로부터 저수 및 고수 예·경보 수위에 도달할 때까지 필요한 △Q를 산정하고 △Q만큼의 유출량을 발생시키는 강우량을 20분, 40분, 60분, 90분, 120분을 포함한 총 5가지의 경우를 고려하여 강우량 회귀식을 산정하였다.
이에 홍수 예·경보 분석 절차로는 두 개의 지점 H1과 H2에서 각각의 수위 h1와 h2를 관측하며, 분석된 결과들을 바탕으로 H1 지점에서의 통과 유량 Q1을 산정한다.
하지만 본 연구대상의 경우 배수위 구간 내에 저수 예·경보 발령 기준이 되는 고수부지가 없어 저수 예 경보 기준 수위를 기존 연구인 [6]을 이용하여 계획 홍수위의 70%로 산정한 후 최심하상고와의 차이가 가장 적은 지점을 선정하였다.
홍수위 산정은 수암천 유로연장인 7.0km 중 지방하천연장인 5.7km에 대해 유역출구지점(합류점)에서 50∼100m 간격으로 측량된 횡단자료를 이용하였으며, 하류단 경계조건으로는 배수위 조건에 따라 [5]에서 제시된 합류점의 계획홍수위를 입력하여 하도 수리분석을 수행하였다.
대상 데이터
도시하천에서의 배수위 영향을 고려한 경보 강우량 분석을 위하여 안양천 유역에 위치한 수암천 유역을 대상유역으로 선정하였다. 수암천은 안양천의 제 1지류로 유역면적은 7.
따라서 배수위 영향구간 중 최심하상고를 기준으로 고수부지까지의 높이가 가장 적은 지점을 저수 예·경보 지점으로 선정하였다.
배수위 영향에 따른 경보 강우량을 산정하기 위한 저수 및 고수 예·경보 지점 선정을 위해 수암천이 안양천본류에 합류하는 지점을 기준으로 배수위 영향구간을 파악하고 이에 따른 적합한 예·경보지점을 선정하였다.
본 연구에서는 하천 유역 중 하천본류에 의해 발생하는 하천 중 수암천을 대상으로 연구를 수행하였다. 이는 수위-유량 관계가 특수한 유역으로 하류의 수위가 높아져 배수위 영향으로 유출이 지체되어 유역의 지형학적 특징에 따른 수위-유량 관계의 적용이 곤란하기 때문이다.
이론/모형
이러한 문제점을 반영하여 본 연구에서는 전체 유역에 대한 홍수량을 산정하고자 국내·외에서 대표적으로 사용되고 있는 강우-유출 모형인 HEC-HMS 모형을 적용하였다.
하지만 SWMM의 경우 강우-유출과 수위-유량 과정을 한번에 모의가 가능한 장점이 있지만 단면의 변화 및 조도계수를 반영하는 것이 쉽지 않으며, 관망 자료의 검·보정 또한 어려움이 있다. 이러한 이유로 본 연구에서는 HEC-HMS 모형과 HEC-RAS 모형을 사용하였다. 또한 도시 유역 내 배수위 영향을 고려한 홍수 경보 강우량 산정하였으며, 절차는 다음 Fig.
이에 도시하천 유역 중 배수위 영향을 받는 유역에 대하여 HEC-HMS 및 HEC-RAS 모형을 이용하여 홍수예·경보 모형을 구축하였다.
성능/효과
이러한 문제점을 반영하여 본 연구에서는 전체 유역에 대한 홍수량을 산정하고자 국내·외에서 대표적으로 사용되고 있는 강우-유출 모형인 HEC-HMS 모형을 적용하였다. 그 결과 유역출구(합류점)에서의 계획홍수량과 하천기본계획에서 명시된 값과의 오차가 최대 2% 미만으로 나타난 것을 볼 때, 비교적 정확한 홍수량 모의를 수행한 것으로 판단된다.
그 결과, 저수 예·경보 지점에서의 지속시간 120분에 해당하는 경보 강우량의경우 25.4mm∼78.8mm으로 산정되었으며, 고수 예·경보 지점에서의 지속시간 120분에 해당하는 경보 강우량의 경우 68.5mm∼140.7mm로 산정되었다.
7km에 대해 유역출구지점(합류점)에서 50∼100m 간격으로 측량된 횡단자료를 이용하였으며, 하류단 경계조건으로는 배수위 조건에 따라 [5]에서 제시된 합류점의 계획홍수위를 입력하여 하도 수리분석을 수행하였다. 모의결과, 전 구간에 걸쳐 구축한 모든 단면에서 계획홍수위와 본 연구에서 HEC-RAS를 통하여 산정한 결과가 일치 하는 것으로 나타남에 따라 비교적 정확한 홍수위 모의를 수행한 것으로 판단된다.
산정 결과 저수 예·경보 지점에서의 지속시간 120분에 해당하는 경보 강우량의 경우 25.4mm∼78.8mm가 산정되었으며, 고수예·경보 지점에서 지속시간 120분에 해당하는 경보 강우량의 경우 68.5mm∼140.7mm로 산정되었다.
후속연구
하지만 아직까지는 국내에서는 다양한 지점에서의 데이터 수집과 보관이 미흡하며, 지속적인 관측과 홍수 예·경보 모형의 검증·보완 또한 부족한 실정이다. 따라서 본 연구를 통해 도출된 분석 결과들을 중심으로 향후 지속적인 관측과 검증·보완이 이루어져야 신뢰성 높은 경보 발령 기준의 제시와 홍수 예·경보 모형의 정확도가 향상될 수 있을 것이라 판단된다.
이를 빈도로 바타내면 저수 예·경보의 경우 3년 빈도, 고수 예·경보의 경우 80년 빈도에 해당한다. 이러한 특수한 상황을 고려하여 분석한 결과를 바탕으로 향후 홍수 발생 상황을 예측할 시 보다 신뢰도 높은 경보발령의 기준을 제시하는데 도움을 줄 수 있을 것이라 판단된다. 하지만 아직까지는 국내에서는 다양한 지점에서의 데이터 수집과 보관이 미흡하며, 지속적인 관측과 홍수 예·경보 모형의 검증·보완 또한 부족한 실정이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
홍수 예 경보 모형을 이용한 홍수 경보 강우량 산정 결과는 어떠한가?
이에 본 연구에서는 도시 유역 내 배수위 영향을 가진 수암천 유역을 대상으로 2개의 경보발령지점을 선정한 후, 홍수 예 경보 모형을 이용하여 홍수 경보 강우량을 산정하였다. 산정 결과, 저수 예 경보 지점의 경우 25.4mm/120min~78.8mm/120min로 산정되었으며, 고수 예 경보 지점의 경우 68.5mm/120min~140.7mm/120min로 산정되었다. 이에 따른 빈도로는 저수 예 경보의 경우 3년 빈도에 해당되며, 고수 예 경보의 경우 80년 빈도에 해당된다.
국내에서 산발적이고 국지적인 호우와 태풍이 발생하는 이유는 무엇인가?
세계적으로 기후 변화로 인한 기상 이변이 속출하고 있으며 이에 따른 영향으로 국내에서는 산발적이고 국지적인 호우와 태풍 등이 발생하고 있다. 또한 우리나라의 경우 강우의 특성은 연간 강수량의 편차가 커서 홍수 및 가뭄의 피해가 증가하고 있다.
우리나라 강우의 특성은 어떠한가?
세계적으로 기후 변화로 인한 기상 이변이 속출하고 있으며 이에 따른 영향으로 국내에서는 산발적이고 국지적인 호우와 태풍 등이 발생하고 있다. 또한 우리나라의 경우 강우의 특성은 연간 강수량의 편차가 커서 홍수 및 가뭄의 피해가 증가하고 있다. 특히 여름철인 6월부터 9월까지 연 강수량의 약 70%가 집중되는 현상이 나타나홍수 발생 빈도가 증가하여 홍수 발생 상황에 대해 이를 예측하고 대비할 수 있는 기술이 필요하다.
참고문헌 (6)
Korea National Park, "Automated Rainfall Warning System of Expansion.Reward on Inverstigaion Services", 2003
Y.K. Lee, S.C. Park, K.S. Lee, "Flood Runoff Analysis of Small River Basin using Geographic Information System", Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies, Vol. 6, No. 1, pp. 24-36, 2003
H.S. Shin, H.T. Kim, M.J. Park, "An Application of making the Flash Flood Warning Trigger Rainfall in Real Basin using GIS and GCUH-At the Namcheon Basin of the Sobaek Mountain", Korean Society of Civil Engineers, Vol. 24, No. 4, pp. 311-319, 2004
National Emergency Management Agency, Technology Development For Flood Prediction and Warning Integration Model, 2012
Ministry of Land, Infrastructure and Transport, Anyangcheon Water System River maintenance master plan, 2007
Ministry of Land, Infrastructure and Transport, Flood Prediction and Warning 2004: Nakdong River, Hyeongsan River, Taehwa River, 2004
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