[논문]하천공간 확보를 위한 홍수의 공간적 범람 분석

최천규; 김주훈; 김규호; 김길호

doi:10.12652/ksce.2015.35.2.0341

하천공간 확보를 위한 홍수의 공간적 범람 분석
Spatial Analysis of Flood Inundation for Ensuring Stream Space 원문보기

대한토목학회논문집 = Journal of the Korean Society of Civil Engineers, v.35 no.2, 2015년, pp.341 - 351

최천규 (한국건설기술연구원 수자원.하천연구소) , 김주훈 (한국건설기술연구원 수자원.하천연구소) , 김규호 (한국건설기술연구원 수자원.하천연구소) , 김길호 (한국건설기술연구원 수자원.하천연구소)

초록
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본 연구는 만경강 유역을 대상으로 하천을 하도경사를 이용하여 구분하고 빈도별 홍수량에 따라 확보해야 하는 공간과 홍수 방어 대책 수립 지역을 선정하였다. 하천 구분에 의한 분석결과 상류하천 유역에서는 빈도별 홍수량이 커져도 홍수범람면적의 변화가 작으나 하류 하천유역의 경우 빈도별 홍수량이 커짐에 따라 범람면적이 크게 증가하는 것으로 나타났다. 또한, 하천구간별에 따라 주거지역 면적비율이 10%이하인 지역에 대해서는 하천공간 확보 가능 지역, 그리고 10% 이상인 지역은 홍수방어 보강지역으로 선정하고 분석 수행하였다. 분석결과 하류지역은 하천공간 확보 가능 지역이 많고, 상류지역은 홍수방어 보강지역이 많은 것으로 분석되었다. 향후 과거 하천 형태 및 습지 분포 위치 등을 고려한 하천공간 확보 가능지역을 분석하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study is to select the areas to ensure stream space or to implement flood defence measures according to flood frequencies by classifying the stream segment using river bed slope in Mangyeong river. The analysis result for each stream segment showed that the variation of flood inundation area was small in upper stream catchment. But in the lower stream area, the inundation area became larger greatly according to the increase of flood return period. This study classified the catchment of each steam segment as the region of ensuring stream space (ESS), below 10% residential area ratio, and the region of reinforcing flood defence (RFD), over 10% residential area ratio. The analysis results showed that the lower stream area included more RFD regions than upper stream area, and the upper stream area included more ESS regions than lower stream area. In future study, the regions stream spaces can be ensured will be analyzed considering the past stream morphology and the positions of wetlands.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

Table 4는 각 지역별 건물면적율, 각 빈도별 범람면적율 및 주거지역 면적율을 고려하여 각 분석지역을 상대적으로 평가하고 이를 통해 치수보강이 필요한 지역과 하천공간 확보 가능지역을 구분하고자 하였다. 분석방법으로 각 분석지역의 RAR (Residential area ratio) 비율 중 10%를 넘는 지역은 재산 및 인명이 밀집되어있는 지역으로 인명의 보호가 필요한 지역으로 구분하였다.
이 만경강 유역을 대상으로 하상경사를 이용하여 상류, 중류 및 하류 지역으로 구분하여 각 유역의 위치에 따른 범람해석 결과를 평가하고자 한다. 만경강의 제방은 100년 빈도 계획홍수위로 제방이 구축되어 있어 실제로는 치수에 안정적인 상태이나, 무제부를 가정한 가상 최대홍수범람도 작성을 통해 범람 가능성이 있는 지역에 대한 공간적 분석을 수행하여 하천공간 확보 및 홍수보강 후보지역 선정을 위한 분석 방안을 제시하고자 하였다. 이때 유역을 구분하기 위해서 만경강 하천기본계획(보완) 보고서(MLTMA, 2012)에 제시된 평균하상고를 기준 하상경사로 활용하여 상류와 중류 구간 분류 기준을 봉동수위표 지점으로 나누었으며, 중류와 하류는 전주천 합류후 지점을 기준으로 구분하였다.
본 연구는 하도의 평균경사를 고려하여 만경강 유역을 상류, 중류, 하류로 지역을 구분하고 200년 빈도의 무제부를 가정한 홍수범람 해석 결과를 바탕으로 건물 및 건물군 정보와 도로망도를 이용하여 하천공간 활용가능 지역 및 치수보강 지역을 선정하고자 하였다.
본 연구에서는 만경강 유역을 대상으로 본류 구간에 대하여 하도경사를 바탕으로 상, 중, 하류로 구분하고, 현재의 제방을 무제부로 가정하여 빈도별 홍수량에 따른 침수지역 중에서 하천공간을 확보할 수 있는 지역을 분석하는 것을 목적으로 하였다.
본 연구에서는 만경강 유역을 상류, 중류 및 하류로 구분하여 범람해석을 수행하고 이를 통해 유역의 각 위치에 따른 범람양상을 파악하고자 하였으며, 이를 위해 무제부를 가정하여 대상 구간의 가상최대홍수범람도 작성을 위한 홍수범람해석을 수행하였다. Fig.
본 연구의 대상유역은 상류 하천에 산지가 많이 분포하고 있으며, 하류지역에 농경지가 분포되어 있는 만경강 유역을 선정하였다. 이 만경강 유역을 대상으로 하상경사를 이용하여 상류, 중류 및 하류 지역으로 구분하여 각 유역의 위치에 따른 범람해석 결과를 평가하고자 한다. 만경강의 제방은 100년 빈도 계획홍수위로 제방이 구축되어 있어 실제로는 치수에 안정적인 상태이나, 무제부를 가정한 가상 최대홍수범람도 작성을 통해 범람 가능성이 있는 지역에 대한 공간적 분석을 수행하여 하천공간 확보 및 홍수보강 후보지역 선정을 위한 분석 방안을 제시하고자 하였다.
기존 하천 주변에는 농경지역, 주거지역 및 상업지역 등이 분포되어 있다. 이러한 지역에 대한 하천공간 확보는 건물 및 인명에 대한 분포를 파악하여 후보지 지역 선정에 고려하였으며, 범람해석을 통하여 하천공간으로 활용가능성을 검토하였다.

제안 방법

CAESAR LISFLOOD 모형을 이용한 범람해석을 위해서 만경강 유역에서 분석구간으로 선정한 구간인 A, B, C 지역에 대한 범람해석을 위하여 LiDAR 자료와 1:5,000 수치지도 및 만경강 하천기본계획(보완) 보고서(MLTMA, 2012)에 제시된 하천단면 측량자료를 중첩하여 지형자료를 구축하였으며, 분석 구간에 대하여 무제부를 가정한 범람해석을 위하여 분석 구간의 제방고를 제거하고 인접한 제내지의 고도로 수정하여 제방을 제거하였다. Fig.
또한 CAESAR LISFLOOD (1.6a) 모형에서 활용된 주요 매개변수는 Courant Number, 최소계산수심, 조도계수 등이 있으며, 만경강 하천기본계획(보완) 보고서(MLTMA, 2012)를 참고하여 각각 0.2, 0.1, 0.029로 보정하고, 매개변수 중 Slope for edge cell은 각 분석구간별 하천의 하상경사를 입력하여 분석하였다.
만경강 하류지역인 (A) 구간에 대하여 도로망을 이용하여 지역을 구분하고 건물의 면적을 고려하여 각 지역별 인명 및 재산에 대한 영향을 고려하여 하천공간 확보 가능지역 및 치수대책을 보강해야 하는 지역을 평가하였다.
분석구간을 구분하기 위하여 도로망 정보를 이용하여 각 분석구간별 지역을 분할하고, 보다 상세한 건물 개수, 건물면적 및 빈도별 범람해석 결과를 이용하여 지역별 하천 공간확보 지역 및 보강지역 선정에 활용하였다.
Table 4는 각 지역별 건물면적율, 각 빈도별 범람면적율 및 주거지역 면적율을 고려하여 각 분석지역을 상대적으로 평가하고 이를 통해 치수보강이 필요한 지역과 하천공간 확보 가능지역을 구분하고자 하였다. 분석방법으로 각 분석지역의 RAR (Residential area ratio) 비율 중 10%를 넘는 지역은 재산 및 인명이 밀집되어있는 지역으로 인명의 보호가 필요한 지역으로 구분하였다. Table 4에서 치수보강이 필요한 지역으로 선정된 지역은 RAR의 비율이 10% 이상으로 높은 지역이며, 각 빈도별 범람면적 비율인 IR (Inundation area Ratio, 30년), IR (50년), IR (100년)이 상대적으로 높은 지역을 나타낸 것이다.
만경강의 제방은 100년 빈도 계획홍수위로 제방이 구축되어 있어 실제로는 치수에 안정적인 상태이나, 무제부를 가정한 가상 최대홍수범람도 작성을 통해 범람 가능성이 있는 지역에 대한 공간적 분석을 수행하여 하천공간 확보 및 홍수보강 후보지역 선정을 위한 분석 방안을 제시하고자 하였다. 이때 유역을 구분하기 위해서 만경강 하천기본계획(보완) 보고서(MLTMA, 2012)에 제시된 평균하상고를 기준 하상경사로 활용하여 상류와 중류 구간 분류 기준을 봉동수위표 지점으로 나누었으며, 중류와 하류는 전주천 합류후 지점을 기준으로 구분하였다. Table 1은 하상경사를 구분하여 상류, 중류 및 하류로 구분한 것을 나타낸 것이며, Fig.
중류지역((B) 구간)의 경우 전체 분할지역은 200년 빈도 홍수범람결과를 통해 44개 지역으로 분할하였으며, 제내지 범람양상이 하천방향으로 흐르는 유하형 범람양상을 나타내는 것으로 분석되었다. 중류지역의 경우에도 하류 지역((A) 구간)과 동일한 방법으로 분할 지역을 분석하였으며, 범람면적과 건물군 및 주거지역에 대한 비율을 비교하였다. Fig.
토지피복 비율 중 시가화/건조지역(code:100)과 농업지역(code:200)은 분할지역 평가시 고려해야 할 인자로 시가화/건조지역의 비율이 높을수록 인명 및 재산이 밀집되어 있고, 농업지역 비율이 높을 경우에는 상대적으로 하천공간 확보에 용이할 수 있기 때문에 분석지역에 따른 면적율을 비교하였다. 또한 대분류 토지피복도 중 산림지역(300), 초지(400), 습지(500), 나지(600), 수역(700)은 큰 비율을 차지하지 않으며, 하천공간 확보가 용이하기 때문에 본 연구에서는 고려하지 않았다.
하류구간은 상대적으로 경사가 완만하고 평탄지가 많아 공간해상도를 40m×40m으로 구축하여 분석에 활용하였다.
하류지역에 대한 하천공간 확보 가능지역을 선정하기 위하여 먼저 도로망도와 200년 빈도 홍수범람해석 결과를 이용하여 91곳으로 하류지역을 구분하였다. Fig.
하천공간 확보 가능지역을 선정하고자 건물면적의 비율이 작고 침수면적율이 높은 지역을 유역의 상·중·하류별로 구분하여 선정하였고, 평가결과 하류에 하상경사가 작고 농업지역이 많이 분포되어 있어 하류에서 더 많은 지역이 하천공간으로 확보가 가능한 지역으로 분석되었다.
하천공간 확보 가능지역을 판단하기 위해 빈도별 범람면적율과 건물면적율을 중요한 인자로 설정하였으며, 치수대책이 필요한 지역에 대해서는 대분류 토지피복도의 주거지역 면적율과 빈도별 범람면적율을 중요한 인자로 하여 후보지역 선정에 활용하였다. Fig.

대상 데이터

7km²이다. 또한 하천공간 확보 가능지역은 B2, B5, B9, B10으로 총 4곳이 선정되었으며 총면적은 약 3.7km²정도로 분석되었다.
만경강 유역에 대하여 상류, 중류 및 하류로 구분하여 범람해석 결과를 평가하였으며, 범람해석 결과와 국가 공간정보 유통시스템(https://www.nsic.go.kr)에서 제공하는 도로명주소 전자지도 데이터로부터 도로망도(TL_SPRD_RW.shp), 건물(TL_SPBD_BULD.shp) 및 건물군(TL_SPBD_EQB.shp) 등을 이용하여 만경강의 하천공간확보 후보지역, 인명 및 재산 보호를 위한 치수보강 후보지역을 선정하였다.
본 연구에서 설정한 하천공간 확보 가능지역 및 치수보강 대책을 수립해야 하는 지역으로 선정된 지역은 상류 구간은 4개 지역, 중류 구간은 8개 지역, 하류 구간은 13개 지역으로 분석되었다. 상·중·하류 3개 구간의 홍수방어가 필요한 지역은 각각 0.
본 연구의 대상유역은 상류 하천에 산지가 많이 분포하고 있으며, 하류지역에 농경지가 분포되어 있는 만경강 유역을 선정하였다. 이 만경강 유역을 대상으로 하상경사를 이용하여 상류, 중류 및 하류 지역으로 구분하여 각 유역의 위치에 따른 범람해석 결과를 평가하고자 한다.
분석 결과, 중류 (B) 구간의 홍수방어대책이 필요한 곳은 B3, B4, B6, B7로 총 4곳이 선정되었으며 총면적은 약 1.7km²이다. 또한 하천공간 확보 가능지역은 B2, B5, B9, B10으로 총 4곳이 선정되었으며 총면적은 약 3.
치수보강이 필요한 지역의 선정에서 주거지역 및 사회기반시설이 큰 비율을 차지하는 지역은 인명과 재산이 밀집되어 있음을 의미하며 이러한 지역에 범람면적율이 높다는 것은 범람에 의한 피해가 크게 발생하기 쉽다고 판단되어 건물면적 비율이 크고 주거지역 면적 비율이 10% 이상인 지역을 검토하여 후보지역을 선정하였다.
반대로 하천공간 확보 지역은 BAR (Building Area Ratio)과 RAR의 비율이 상대적으로 작으며, 각 빈도별 범람면적 비율이 높아 하천공간 확보 지역으로 선정될 경우 친수공간 및 수생태계적인 효과가 큰 지역을 의미한다. 하류지역인 (A) 구간에서 치수보강이 필요한 지역은 A1, A2, A10, A12, A13으로 총 5지역이 선정되었으며 전체 면적은 6.9km²였고, 하천공간으로 확보가 가능한 지역은 A3, A4, A8, A9, A14, A17, A18, A19지역으로 전체 면적은 13.0km²로 총 8지역이 선정되었다.
8km²이다. 하천공간 확보 가능지역으로 선정된 지역은 14개 지역으로 선정되었으며, 해당 지역 전체 면적은 약 17km²정도이다.

성능/효과

중류인 (B) 구간에서는 평평한 지역인 (A) 구간의 범람흐름과 (C) 구간의 범람흐름이 혼합되어 발생하는 것으로 분석되었다. (B) 구간의 상류지역에서 제내지 지역으로 범람유량이 유입되어 고도가 낮은 하류 방향으로 흐름이 발생하였으며, 이에 따라 평탄한 지역의 범람면적이 커지는 것을 분석되었다.
또한 상류, 중류 및 하류 지역별 평균 면적 비율을 평가한 결과, 범람면적율이 하류 구간인 (A)에서 모든 빈도에서 가장 높은 것으로 나타났으며, 상류 구간 (C)에서 가장 작은 범람면적을 나타냈다. 중류 구간인 (B)에서는 낮은 빈도인 30년 빈도에서는 각 분할지역 평균비율이 상류구간 (C)보다 낮았으나, 빈도가 커질수록 평균비율의 변화폭이 가장 크게 나타났다.
만경강 유역을 상·중·하류로 구분하여 범람해석을 수행한 결과 농경지가 발달하고 하상경사가 완만한 하류지역에서의 범람면적이 다른 지역에 비해 상대적으로 크게 나타났으며, 상류지역은 하천을 따라 적은 규모의 범람면적이 나타나는 것으로 분석되었다.
범람해석 결과, 하류 구간인 (A) 구간에서는 하도와 상대적으로 거리가 있는 지역에서도 범람이 발생하는 것으로 나타났다. 이는 하류 구간에 농경지가 많이 분포하고 있으며, 평평한 지역이 넓게 퍼져 있어서 범람해석 결과 제내지의 넓은 지역에 걸쳐 범람이 발생하는 것으로 확인되었다.
상류구간인 (C) 구간에서는 산지가 많이 분포하고 있어 범람면적이 상대적으로 작고 빈도별 유출량이 증가하여도 범람면적이 크게 변하지 않는 것으로 분석되었다. Fig.
중류 구간인 (B)에서는 낮은 빈도인 30년 빈도에서는 각 분할지역 평균비율이 상류구간 (C)보다 낮았으나, 빈도가 커질수록 평균비율의 변화폭이 가장 크게 나타났다. 중류 구간은 상류구간과 하류구간의 중간지역으로 범람 특성이 혼합되어 빈도가 높아질수록 범람면적이 증가하는 것으로 분석되었다.

후속연구

향후 유역단위 하천공간 확보를 위한 계획 수립 및 치수보강이 필요한 지역 선정에 참고자료로 활용이 가능할 것으로 판단되며, 추가 연구로 보다 다양한 공간정보의 활용, 과거 하천형태 및 습지 분포 위치 등을 고려한 복합적인 하천공간 활용가능 지역 선정이 필요할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	만경강 일대를 상·중·하류로 구분하여 범람해석을 수행한 결과는 무엇이 원인이라 판단되는가?	만경강 유역을 상·중·하류로 구분하여 범람해석을 수행한 결과 농경지가 발달하고 하상경사가 완만한 하류지역에서의 범람면적이 다른 지역에 비해 상대적으로 크게 나타났으며, 상류지역은 하천을 따라 적은 규모의 범람면적이 나타나는 것으로 분석되었다. 이는 하상경사가 하류로 갈수록 완만해지며, 상류가 상대적으로 산지가 많이 분포해 있기 때문에 상류에서 하류보다 작게 범람면적이 산정된 것으로 판단된다.
	네덜란드의 Room for river 사업이 시행된 계기는 무엇인가?	네덜란드는 1993년과 1995년 홍수에 의해 25만 여명의 수재민이 발생하는 등의 피해를 입었으며, 기후변화에 따라 하천수위가 높아지는 빈도가 늘어남에 따라 라인강 주변 400만 명을 홍수의 위험으로부터 안전하게 하기 위해 ‘Room for river (유역종합치수계획)’ 사업을 2007년부터 시작해서 2015년 완료를 목표로 치수안정성을 확보하고 하천 환경 개선을 감안한 치수 사업을 수행 중에 있다. 이 사업 이후로 10년 동안의 기후변화에 대응하기 위한 별도의 하천공간 확보를 위한 노력을 하고 있으며, 이 사업의 홍수방어 방안은 홍수터 및 주수로 준설을 통한 홍수소통 공간 확보와 제방 후퇴 및 하천 확대, 그리고 강변저류지를 이용한 저류공간확보와 습지화를 통한 철새 도래지 제공 등 홍수방어와 하천 환경개선을 위한 노력이 동시에 이루어지고 있다1).
	우리나라의 치수대책은 어떻게 바뀌어 가고 있는가?	우리나라의 치수대책은 기존의 하천 중심으로 소극적인 홍수방어 개념에서 유역 내 저류기능을 확대하여 홍수량을 근본적으로 저감하는 유역단위의 치수계획 기조로 패러다임이 변화하고 있다(Choi et al., 2013).

참고문헌 (10)

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Choi, C. K., Choi, Y. S. and Kim, K. T. (2013). "Analysis of flood inundation using LiDAR and LISFLOOD model." J. of the Korean Association of Geographical Information Studies, Vol. 16, No. 4, pp. 1-15 (in Korean).
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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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