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문제 정의
- 연구결과 증가방류에 의해 하상토의 평균입경은 증가하고, 표준편자는 작아지며, 입경분포는 균등하게 변한다고 주장하였다. 그리고 증가방류기간 동안 하상토의 변화뿐만 아니라, 소류사 및 부유사를 관측하여 유량 및 유사량의 변화에 의한 하도 변화 특성을 파악해야 함을 지적하였다. NIER (2010)에서는 4대강 살리기 이후의 하상변동 예측과 준설량 및 주기 산정을 위해서 금강유역을 대상으로 연구를 진행하였다.
- 본 연구의 대상구간 내에는 총 3개의 다기능보가 설치되어 있기 때문에 다기능 보의 수문운영은 하상변동의 형태에 많은 영향을 줄 것으로 생각된다. 따라서 본 연구에서는 다기능보의 수문운영을 고려하기 위한 5가지 시나리오를 구성하여 모의하였다 (Table 1). 시나리오 4와 시나리오 5에서 언급되는 홍수기는 다목적댐 관리규정(Kwater, 2012)에서 제시하고 있는 6월 21일부터 9월 20일까지를 의미한다.
- 그러나 연평균하상고의 산정방식이 가지는 특성상 하상변동이 실제 발생하는데도 불구하고 하상 변동이 발생하지 않는 것처럼 표현될 우려가 있다. 따라서 본 연구에서는 연평균하상고와 최심하상고를 사용하여 하상변동 양상을 분석하였다.
- 본 연구의 대상구간에서는 행복도시구간을 제외하고 모두 100년 빈도홍수량을 채택하고 있다. 따라서 본 연구에서는 하상변동 전과 10년 하상변동 이후에 100년 빈도홍수 량에 따른 전체 대상구간의 홍수위변동을 분석하였다. 100년 빈도홍수량은 상류단 경계인 매포수위표에서 7,175 m3/s이며, 홍수위 모의를 위해서 모든 다기능보의 가동보 수문은 개방된 상태로 모의하였다.
- 따라서 향후에는 하상변동과 여유고 분석을 통하여 장기적인 하천관리측면에서 준설이 필요할 것으로 판단되는 지점 및 시기를 산정하고자 한다. 본 연구에서는 4대강 살리기 사업 이후의 하상단면이 공개되지 않고 있어 추가분석을 수행하지 못하였으나, 추후 실측자료 입수 등을 통하여 연구결과에 대한 추가분석을 수행하고자 한다.
- 연구결과, Weihe river의 경우 퇴적뿐만 아니라 하상저하 문제가 발생하고, 이러한 문제는 Yellow river로 Weihe river가 유입되면서 하상을 상승시킨다고 주장했다. 또한 종방향으로의 하상고 관리를 위해서 하류 유출량 조절의 필요성에 대해서 주장하였다. Wang et al.
- 본 연구에 대상구간인 금강본류 중 일부구간은 4대강 살리기 사업으로 3개의 다기능보가 연속적으로 위치하고 있으며, 보 상류의 수위를 관리수위로 유지하여 가용 수량 확보 및 수재해 방어를 목적으로 하고 있다. 본 연구에 서는 다기능보 건설 및 다기능보에 설치된 가동보 및 고정보의 운영 방법에 따른 하상변동 양상 및 수위변화를 5 개의 시나리오를 통하여 검토하였다.
- 따라서 향후에는 하상변동과 여유고 분석을 통하여 장기적인 하천관리측면에서 준설이 필요할 것으로 판단되는 지점 및 시기를 산정하고자 한다. 본 연구에서는 4대강 살리기 사업 이후의 하상단면이 공개되지 않고 있어 추가분석을 수행하지 못하였으나, 추후 실측자료 입수 등을 통하여 연구결과에 대한 추가분석을 수행하고자 한다. 또한 실제 다기능보 운영룰 및 개도율을 반영한 하상변동 및홍수위 변화를 모의하고, 유속 등에 대한 추가분석을 실시하고자 한다.
가설 설정
- 모의결과 분석을 위해서 최심하상고와 연평균하상고를 사용하였다. 다기능보가 없는 상황을 모의한 시나리오 1을 제외한 나머지 시나리오 모의결과에서 연평균하상고를 산정 조건의 일관성을 유지하기 위해서 다기능보의 모든 가동보가 개방된 상태로 가정하여 산정하였다.
제안 방법
- 따라서 본 연구에서는 하상변동 전과 10년 하상변동 이후에 100년 빈도홍수 량에 따른 전체 대상구간의 홍수위변동을 분석하였다. 100년 빈도홍수량은 상류단 경계인 매포수위표에서 7,175 m3/s이며, 홍수위 모의를 위해서 모든 다기능보의 가동보 수문은 개방된 상태로 모의하였다. 또한 흐름조건은 상류와 사류를 모두 모의할 수 있는 혼합류 상태로 모의하였다.
- (2008)은 2차원 하상변동 모형 중 하나인 SMS (Surface-water Modeling System) 모형을 이용하여 연구를 수행하였다. 1986년의 하상단면자료를 이용해 12년간 하상변동 모의를 수행하여 모형을 검증하고, 1998년 실측단면과 비교 및 검토를 수행하여 2차원 장기하상변동 모형의 적용성을 검토하였다. Yeon et al.
- 따라서 본 연구에서는 4대강 살리기 사업으로 인해서 3개의 다기능보가 건설된 금강을 대상으로 다기능보 설치에 따른 수위·유량의 변화 및 하상변동 양상변화, 수문운영 시나리오에 따른 장기하상변동을 HEC-RAS를 이용하여 10년 동안의 하상변동을 모의하고, 분석하였다.
- 매포 수위관측소의 준시계열성 유량 작성을 위해서 사용된 유량자 료는 4대강 살리기 사업 전인 2000년부터 2009년까지의금남 수위관측소 유량자료를 이용하였다. 또한 유입지류로 고려한 미호천 역시 2005년부터 2010년까지의 유량자 료를 이용하여 같은 방법으로 준시계열성 유량을 작성하여 사용하였으며, 10년 동안 동일유량이 반복되는 경우로 모의하였다. HEC-RAS에서 하상변동을 모의할 경우, 하류단의 경계조건으로 등류수심, 시계열 수위자료, 수위-유량 관계곡선 중 하나를 선택하여 사용할 수 있다.
- (2009)은 한탄강 홍수조절댐의 설치 전·후의 상류 퇴사현상을 연평균 유량조건과 연간 유량변동을 고려한 대표유량수문곡선을 적용하여 비교·분석하였다. 또한 추가로 댐 건설 후 배사관의 설치 유무에 따른 배사관 주변과 댐 상류 하상 변화를 예측하였다. Jang and Woo (2009)는 대청댐 하류 구간에서 증가방류에 의한 유사의 이송 및 하상토의 변화 특성을 분석하였다.
- 하상변동 양상분석을 위하여 최심하상고와 평균하상고, 연평균하상고를 비교·검토하였으며, 최심하상고와 연평균하상고를 이용하여 다기능보의 수문운영에 따른 하상변동 양상을 분석하였다. 또한 하상변동 이후의 하상을 이용하여 홍수위 분석을 실시하였다. 본 연구에서 도출할 수 있었던 결론은 다음과 같다.
- 따라서 본 연구에서는 4대강 살리기 사업으로 인해서 3개의 다기능보가 건설된 금강을 대상으로 다기능보 설치에 따른 수위·유량의 변화 및 하상변동 양상변화, 수문운영 시나리오에 따른 장기하상변동을 HEC-RAS를 이용하여 10년 동안의 하상변동을 모의하고, 분석하였다. 또한 하상변동 후의 단면자료를 이용하여 홍수위 분석을 수행하였다.
- 본 연구에 서는 다기능보 건설 및 다기능보에 설치된 가동보 및 고정보의 운영 방법에 따른 하상변동 양상 및 수위변화를 5 개의 시나리오를 통하여 검토하였다. 또한 하상상승 및저하가 활발한 우심지역을 대상으로 하상변동 양상을 분석하였다.
- 모의결과 분석을 위해서 최심하상고와 연평균하상고를 사용하였다. 다기능보가 없는 상황을 모의한 시나리오 1을 제외한 나머지 시나리오 모의결과에서 연평균하상고를 산정 조건의 일관성을 유지하기 위해서 다기능보의 모든 가동보가 개방된 상태로 가정하여 산정하였다.
- 본 연구에 대상구간인 금강본류 중 일부구간은 4대강 살리기 사업으로 3개의 다기능보가 연속적으로 위치하고 있으며, 보 상류의 수위를 관리수위로 유지하여 가용 수량 확보 및 수재해 방어를 목적으로 하고 있다. 본 연구에 서는 다기능보 건설 및 다기능보에 설치된 가동보 및 고정보의 운영 방법에 따른 하상변동 양상 및 수위변화를 5 개의 시나리오를 통하여 검토하였다. 또한 하상상승 및저하가 활발한 우심지역을 대상으로 하상변동 양상을 분석하였다.
- 본 연구에서는 1차원 하상변동 모형인 HEC-RAS를 이용하여 금강의 세종보, 공주보, 백제보 설치 전·후와 각다기능보의 수문운영 시나리오에 따른 하상변동 양상을 모의하였다.
- 본 연구에서는 다기능보의 설치에 따른 장기하상변동 양상을 검토하였으며, 다기능보 설치 후 수문운영에 따른 장기하상변동 양상을 비교·분석하였다.
- 유량지속 기간은 1년 단위로 홍수기로 분류되는 6월 21일부터 9월 20일까지는 일 평균 유량을, 1월 1일부터 6월 20일까지와 9월 21일부터 12월 31일까지는 각각 월 평균 유량을 적용 하였다. 상류단 경계조건인 매포 수위관측소는 과거에 유량관측을 실시하지 않았으므로, 매포 수위관측소보다 하류부에 위치하는 금남 수위관측소의 유량자료와 유량-면 적비법을 이용하여 매포 수위관측소의 준시계열성 유량을 작성하여 상류단 경계조건으로 사용하였다. 매포 수위관측소의 준시계열성 유량 작성을 위해서 사용된 유량자 료는 4대강 살리기 사업 전인 2000년부터 2009년까지의금남 수위관측소 유량자료를 이용하였다.
- 연구대상구간의 최심하상고와 평균하상고, 연평균하상고를 산정하여 다기능보의 직상류를 중심으로 비교·분석 하였다.
- 이에 비해서 준시계열성 유량자료는 장기 유량 자료에 반영되는 극한 강우사상 등을 산술평균하여 배제함으로서, 해당 하천이 대표 유황성분을 도출하여 사용하기 때문에 장기하상변동모의에 주로 사용된다. 유량지속 기간은 1년 단위로 홍수기로 분류되는 6월 21일부터 9월 20일까지는 일 평균 유량을, 1월 1일부터 6월 20일까지와 9월 21일부터 12월 31일까지는 각각 월 평균 유량을 적용 하였다. 상류단 경계조건인 매포 수위관측소는 과거에 유량관측을 실시하지 않았으므로, 매포 수위관측소보다 하류부에 위치하는 금남 수위관측소의 유량자료와 유량-면 적비법을 이용하여 매포 수위관측소의 준시계열성 유량을 작성하여 상류단 경계조건으로 사용하였다.
- 연구대상 구간의 상류부터 하류까 지의 수온은 각 지점별로 상이하겠지만 모든 지점의 수온을 고려하는 것은 어렵기 때문에 연구대상 구간의 중간정도 지점에 위치한 연기 수질측정망의 자료를 이용하였다. 유입유사량은 금강유역조사(MOCT, 2006)에서 측정된 매포 수위관측소의 유량과 유사량을 이용하여 유량-유사량 곡선을 개발하였으며(Eq. (1)), 미호천은 미호천 유량및 유사량 조사 연구(KICT, 2007)에서 제시한 유량-유사량 관계곡선식을 사용하였다(Eq.
- NIER (2010)에서는 4대강 살리기 이후의 하상변동 예측과 준설량 및 주기 산정을 위해서 금강유역을 대상으로 연구를 진행하였다. 장기하상변동 모의는 총 6가지 시나리오를 가지고 수행하였으며, 시나리오별 특징은 모의를 위한 유량자료의 작성을 위하여 SWAT모형의 결과 중에서 가용한 자료기간을 3～30년까지 다양하게 적용하였다. Ahn and Lyu (2013)은 2차 모형인 CCHE2D를 이용하여 창녕함안보에 의한 흐름 및 하상변동 연구를 수행하였다.
- 수리량 자료 중 하천지형자료는 4대강 살리기 사업의 계획단면을 이용하였다. 장기하상변동은 지속기간 및 유량을 어떻게 모의하는가에 따라 하상변동 및 유사이동의 형태가 달라지므로, 본 연구에서는 모의유량 조건으로 준시계열성을 가진 유량을 적용하였다. 준시계열성 유량이란, 연속적인 1년간의 유량변동을 특정시간동안 유량이 변하지 않는 불연속 유량으로 나열시켜 시계열성을 지닌유량을 대신하는 것을 말한다(Chung et al.
- 하상변동 양상분석을 위하여 최심하상고와 평균하상고, 연평균하상고를 비교·검토하였으며, 최심하상고와 연평균하상고를 이용하여 다기능보의 수문운영에 따른 하상변동 양상을 분석하였다.
대상 데이터
- 상류단 경계조건인 매포 수위관측소는 과거에 유량관측을 실시하지 않았으므로, 매포 수위관측소보다 하류부에 위치하는 금남 수위관측소의 유량자료와 유량-면 적비법을 이용하여 매포 수위관측소의 준시계열성 유량을 작성하여 상류단 경계조건으로 사용하였다. 매포 수위관측소의 준시계열성 유량 작성을 위해서 사용된 유량자 료는 4대강 살리기 사업 전인 2000년부터 2009년까지의금남 수위관측소 유량자료를 이용하였다. 또한 유입지류로 고려한 미호천 역시 2005년부터 2010년까지의 유량자 료를 이용하여 같은 방법으로 준시계열성 유량을 작성하여 사용하였으며, 10년 동안 동일유량이 반복되는 경우로 모의하였다.
- m)를 관리수위로 지정하여 운영되고 있다. 백제보는 충남 부여군 부여읍에 위치하고 있으며, 가동보 120 m, 고정보 191 m로서 총 연장은 311 m이다. 현재 관리수위를 4.
- 79 km이다(MLTMA, 2009). 본 연구에서는 매포 수위관측소부터 규암 수위관 측소까지 약 69.1 km를 대상으로 하였다. 연구대상구간은 유입되는 지류 중 국가하천인 미호천이 존재하며, 4대강 살리기 사업으로 건설된 세종보, 공주보, 백제보가 운영되고 있다(Fig.
- 따라서 하상변동을 예측하였을 경우에는 하상변동양상에 따른 수위 및 유량 변화에 대한 분석이 이루어져야 한다. 본 연구의 대상구간에서는 행복도시구간을 제외하고 모두 100년 빈도홍수량을 채택하고 있다. 따라서 본 연구에서는 하상변동 전과 10년 하상변동 이후에 100년 빈도홍수 량에 따른 전체 대상구간의 홍수위변동을 분석하였다.
- 수리량 자료 중 하천지형자료는 4대강 살리기 사업의 계획단면을 이용하였다. 장기하상변동은 지속기간 및 유량을 어떻게 모의하는가에 따라 하상변동 및 유사이동의 형태가 달라지므로, 본 연구에서는 모의유량 조건으로 준시계열성을 가진 유량을 적용하였다.
- (2009)은 행정중심복합도시 주변의 금강과 미호천 일부 구간을 대상으로 하상변동 실태분석과 수위유지시설 설치에 따른 장기하상변동 예측을 수행하였다. 여기서 수위유지시설의 위치는 현재 세종보의 위치와 동일하며, 수위유지시설의 높이가 0～7 m로 변화에 따른 5개의 케이스를 구성하여 모의하였다. Ji et al.
- 유사량자료 중에서 수온자료는 세종특별자치시 연기면에 위치하고 있는 연기 수질측정망의 2012년과 2013년의 평균값을 사용하였다. 연구대상 구간의 상류부터 하류까 지의 수온은 각 지점별로 상이하겠지만 모든 지점의 수온을 고려하는 것은 어렵기 때문에 연구대상 구간의 중간정도 지점에 위치한 연기 수질측정망의 자료를 이용하였다. 유입유사량은 금강유역조사(MOCT, 2006)에서 측정된 매포 수위관측소의 유량과 유사량을 이용하여 유량-유사량 곡선을 개발하였으며(Eq.
- 1 km를 대상으로 하였다. 연구대상구간은 유입되는 지류 중 국가하천인 미호천이 존재하며, 4대강 살리기 사업으로 건설된 세종보, 공주보, 백제보가 운영되고 있다(Fig. 1).
- 유사량자료 중에서 수온자료는 세종특별자치시 연기면에 위치하고 있는 연기 수질측정망의 2012년과 2013년의 평균값을 사용하였다. 연구대상 구간의 상류부터 하류까 지의 수온은 각 지점별로 상이하겠지만 모든 지점의 수온을 고려하는 것은 어렵기 때문에 연구대상 구간의 중간정도 지점에 위치한 연기 수질측정망의 자료를 이용하였다.
이론/모형
- 유입유사량은 금강유역조사(MOCT, 2006)에서 측정된 매포 수위관측소의 유량과 유사량을 이용하여 유량-유사량 곡선을 개발하였으며(Eq. (1)), 미호천은 미호천 유량및 유사량 조사 연구(KICT, 2007)에서 제시한 유량-유사량 관계곡선식을 사용하였다(Eq. (2)).
- Ziegler and Nisbet(1995)는 Watts Bar Reservior의 유사거동을 모의하였다. 1961년부터 1991년까지 총 30년 동안의 유사거동을 모의하기 위해서 SDEZL 모델을 적용하였다. Wu et al.
- 이러한 경우에는 하상변동 양상을 분석하기에는 절적하지 않으므로 기준수위를 이용하여야 하지만, 현재 기준수위에 대한 명확한 정의가 없는 상태이다. 따라서 본 연구에서는 1년 빈도 홍수량을 이용해 산정한 연평균하상고를 사용하였다.
- 2). 따라서 본 연구에서는 Yu (2011)에 의해 제안된 연평균하상고 개념을 추가로 분석에 이용하였다. 연평균하상고란, 연평균홍수량에 따른 연평균홍수위를 산정하여 기준수위로 사용하는 것을 말한다.
- 특히 SED2D와 CCHE2D의 경우에는 보와 같은 수공구조물의 수문운영을 고려할 수 없다는 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 장기하상변동을 모의하기에적합한 1차원 모형 중에서 보의 수문운영을 고려할 수 있는 HEC-RAS 모형을 이용하였다.
- 또한 시계열 수위자료는 다기능보의 수문운영에 따라 변화하기 때문에 하류단 경계조건으로 사용하는 것은 부적절하다. 따라서 본 연구에서는 한국수문 조사연보(MLTMA, 2010)에서 제시한 규암 수위관측소의 수위-유량 관계곡선을 하류단 경계조건으로 사용하였다. 그 외 조도계수 등의 자료는 금강수계 하천기본계획 (MLTMA, 2009)에서 제시한 값을 이용하였다.
- 시나리오 4와 시나리오 5에서 언급되는 홍수기는 다목적댐 관리규정(Kwater, 2012)에서 제시하고 있는 6월 21일부터 9월 20일까지를 의미한다. 또한 하상변동 모의를 위해서 금강수계 하천기본계획(MLTMA, 2009)에서 제시한 Yang공식을 사용하였다. 하상분급과 장갑화를 모의하기 위해서 3개의 혼합 하상층을 고려하는 Exner 5 방법을 이용하였으며, 유사의 침강속도 계산을 위해서 구체에 작용하는 항력을 구체 표면에서의 점성에 의한 마찰저항과 구체 앞뒷면의 압력 차이에 의한 형상 저항의 합으로 표현되는 Rubey 방법을 사용하였다.
- 또한 하상변동 모의를 위해서 금강수계 하천기본계획(MLTMA, 2009)에서 제시한 Yang공식을 사용하였다. 하상분급과 장갑화를 모의하기 위해서 3개의 혼합 하상층을 고려하는 Exner 5 방법을 이용하였으며, 유사의 침강속도 계산을 위해서 구체에 작용하는 항력을 구체 표면에서의 점성에 의한 마찰저항과 구체 앞뒷면의 압력 차이에 의한 형상 저항의 합으로 표현되는 Rubey 방법을 사용하였다.
성능/효과
- 1) 현재 하천설계기준(KWRA, 2009)에서 제시하고 있는 평균하상고 개념을 도입하여 하상변동을 분석할 경우에는 기준수위를 결정함에 있어서 주의를 기울여야 한다. 현재 하천설계기준(KWRA, 2009)에서는기준수위나 계획홍수위를 사용하여 평균하상고를 결정하도록 권하고 있으나, 계획홍수위를 이용하여 실제 금강유역에 적용한 결과 하상고가 다기능보 마루보다 높게 나타났다.
- 2) 금강에 다기능보가 설치되기 전에는 세종보 상류에서 발생하는 하상저하를 제외하고는 대부분의 하상 변동이 약 0.03 m 내외로 안정하상의 양상을 나타내었다. 그러나 최심하상고의 변화는 상류에서 공주보 위치까지 발생하는 것으로 나타났다.
- 3) 다기능보가 설치된 금강에서는 하상변동이 전 구간에 걸쳐서 발생하였으며, 세종보와 공주보의 경우에는직상류에서 하상저하가 발생하고, 하상저하가 발생하는 상류구간과 다기능보 하류구간에서는 하상상승이 발생하는 것으로 나타났다. 이러한 현상은 다기능보의 영향으로 인한 유사퇴적 및 수문개방에 따른 배사, 배사에 의해 제거된 유사가 하류에 재퇴적되어 발생하는 것으로 판단된다.
- 4) 하상변동 모의를 통해서 획득한 미래의 하상을 이용하여 홍수위 분석을 한 결과, 다기능보의 수문운영 시나리오 중 가동보를 개방하는 모든 시나리오에서 수위가 상승하는 현상이 발생하는 것은 하상변동에 따른 배수효과에 의한 것으로 판단되며, 홍수위 상승의 영향 등을 고려하여 하상고 관리 및 유사관리가 이루어져야 할 것으로 판단된다.
- 71 m의 하상저하가 발생하는 것으로 나타났다. Station No. 93+060 부터 공주보 건설지점의 하상저하는 최대 1.17 m, 평균적으로 0.50 m 발생하는 것으로 나타났다.
- 국내외연구동향을 통해서 하천에서 수공구조물 및 해당 구조물의 운영에 따라서 하상변동의 양상이 변화될 수 있으며, 그 영향 또한 크다는 것을 알 수 있었다. 국내의 4대강은 상류의 다목적댐 외에도 본류의 중·하류에 다기능보가 설치되어 운영 중에 있다.
- 111+400부터 세종보 건설지점 사이에서 국부적으로 하상상승이 발생하며, 해당구간은 미호천이 합류하는 지점으로 미호천에서 유입하는 유사량에 의한 것으로 판단되며 이러한 현상은 연평균하상고와 같은 양상을 보였다. 국부적으로 하상상승이 발생하는 구간을 제외하면 Station No. 111+400부터세종보 건설지점은 최대 1.37 m, 평균적으로 0.71 m의 하상저하가 발생하는 것으로 나타났다. Station No.
- 3(h)). 국부적인 하상저하나 세굴을 과대평가하는 것으로 알려진 최심하상고의 단점을 보여주는 결과로 세종보 상류에서 최대 2.65 m의 하상저하가 나타났으며, 동일 지점의 연평균하상고의 하상저하는 2.18 m로 약 0.47 m 과대평가하는 것으로 나타났다. 같은 이유로 인해서 각다기능보에 의한 유사의 연속성 차단효과는 최심하상고에서 나타나지 않았다.
- 3(b)). 대부분의 하상변동이 발생하는 구간 중에서 미호천 합류전 Station No. 111+400부터 세종보 건설지점 직상류까지와 공주보 상류 Station No. 93+060부터 공주보 건설지점까지 하상저하가 지배적인 것으로 나타났다. 미호천 합류전 Station No.
- 같은 이유로 인해서 각다기능보에 의한 유사의 연속성 차단효과는 최심하상고에서 나타나지 않았다. 또한 연평균하상고에서 하상상승이 가장 두드러지게 나타난 Station No. 103+160의 하상 상승량이 약 1.46 m인데 비해서 최심하상고는 0.01 m를 보임에 따라 하상상승은 과소평가 및 하상저하는 과대평 가가 이루어진다는 것을 알 수 있었다. 따라서 하상변동을 분석함에 있어서 최심하상고 외에도 연평균하상고와 같은 다른 개념의 하상고에 대한 분석도 이루어져야 하는 근거가 될 수 있다고 판단된다.
- 26 m 차이를 나타냈다. 미호천 합류점부터 Station No. 101+882까지 하상상승 경향을 보였으며, 최대 0.93 m 까지 상승하는 것으로 나타났다. 이러한 현상의 주된 이유로는 세종보에 의해서 유사의 연속성이 차단된 결과로 판단되며, Station No.
- 31 m 아래에 존재하는 것으로 보인다. 반대로 평균하상고는 다기능보의 정상표고보다 높은 지점들이 있는 것으로 나타났다. 세종보와 백제보는 정상표고보다 약 0.
- 03 m 내외로 비교적안정하상인 것으로 나타났다. 반면에 최심하상고는 현재 공주보가 건설된 지점보다 상류에서 하상변동이 주로 발생하였으며, 하류로는 비교적 하상변동이 적은 것으로 나타났다(Fig. 3(b)).
- 국부적인 하상저하나 세굴이 있는 경우 최심하상 변화는 전체적인 하천의 하상변동을 과도하게 보일 우려가 있기 때문에 최심하상고를 이용한 분석은 부적합하다고 판단되며, 계획홍수위를 사용하여 계산한 평균하상고는 주수로 뿐만 아니라 홍수터까지 포함하여 평균하상을 과대하게 산정하는 경향이 있다. 본 연구의 대상구간의 최심하상고와 평균하상고를 분석해본 결과, 최대 8m이상 차이를 보임에 따라 평균하상고가 각 다기능보의 마루보다 높은 것으로 나타났다(Fig. 2). 따라서 본 연구에서는 Yu (2011)에 의해 제안된 연평균하상고 개념을 추가로 분석에 이용하였다.
- 본 연구에서는 다기능보의 설치에 따른 장기하상변동 양상을 검토하였으며, 다기능보 설치 후 수문운영에 따른 장기하상변동 양상을 비교·분석하였다. 분석결과, 다기능 보의 수문운영에 따라 하상변동의 양상이 변화되며, 하상 변동의 차이로 인해서 홍수위 변동 폭에 차이가 있음을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 향후 하천계획을 수립함에 있어서 종단적 하도관리 및 안정하상 채택 등을 위해서 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
- 89 m 정도 보 마루보다 아래쪽에위치하는 것으로 나타났다. 분석결과, 하상변동 양상분석을 위해서 연평균하상고를 사용하는 것이 가장 적절하다고 판단되었다. 그러나 연평균하상고의 산정방식이 가지는 특성상 하상변동이 실제 발생하는데도 불구하고 하상 변동이 발생하지 않는 것처럼 표현될 우려가 있다.
- 4(c)). 세종보 상류에서 홍수위 상승이 최대 1.70 m로 가장 크게 나타났으며, 그 이후로는 공주보 상류에서 1.11 m 상승하는 것으로 나타났다. 그 외의 구간에서도 홍수위 상승이 최소 10 cm 내외로 발생하였다.
- 반대로 평균하상고는 다기능보의 정상표고보다 높은 지점들이 있는 것으로 나타났다. 세종보와 백제보는 정상표고보다 약 0.37 m, 0.51 m 정도 높은 것으로 나타났으며, 공주보만 정상표고에 약 3.61 m 아래쪽에 위치하는 것으로 나타났다. 일부다기능보의 직상류의 평균하상고가 다기능보의 평균하상고보다 높게 산정됨으로써 하상변동 양상분석을 위해서 평균하상고를 사용하는 것은 바람직하지 않은 것으로 판단된다.
- 다만, 시나리오 3에 비해서 세종보 상류에서는 홍수위 상승이 과대하게 발생하고, 공주보 상류는 과소하게 나타나는 것은 하상변동 모의결과에 의한 것으로 판단된다. 세종보의 상류부에서의 하상상승량이 시나리오 3보다 크기때문에 하상경사가 시나리오 3에 비해서 완경사를 이루었으며, 공주보 상류에서는 하상변동이 시나리오 3보다 작아 기존의 완경사를 유지한 결과라고 판단된다.
- 시나리오 1에 따른 하상변동 결과를 이용한 홍수위는 수위변화가 거의 발생하지 않지만, 하류로 갈수록 홍수위가 점차 높아지는 경향을 보였다(Fig. 4(a)).
- 시나리오 1에 따른 하상변동 모의결과, 연평균하상고의 경우에는 연구대상 구간의 상류경계부터 현재세종보가 건설된 지점까지 최대 1.18 m, 평균적으로 0.20 m 내외의 하상변동이 발생하는 것을 알 수 있었다(Fig.3
- 시나리오 2는 다기능보가 건설된 후 가동보는 개방하지 않고 고정보만 운영하였을 경우로 연평균하상고는 연구대상 전구간에서 평균 하상변동량이 0.01 m 이하로 하상변동이 거의 발생하지 않는 비교적 안정하상인 것으로 나타났다(Fig. 3(c)).
- 시나리오 2에 따른 하상변동 결과를 이용한 홍수위는 연평균하상고의 변화가 거의 발생하지 않은 시나리오로 홍수위의 변화 역시 대부분의 구간에서 차이가 나지 않는 것을 알 수 있었다(Fig. 4(b)).
- 시나리오 4에 따른 하상변동 결과를 이용한 홍수위 분석 결과, 세종보 상류에서의 홍수위 상승이 최대 2.23 m까지 발생하는 것으로 나타났다(Fig. 4(d)).
- 시나리오 5에 따른 하상변동 결과를 이용한 홍수위 분석 결과, 세종보 상류에서만 홍수위 변화가 최대 1.16 m 상승하고 그 외의 구간에서는 홍수위의 변화가 1 cm 내외로 거의 변동하지 않는 것으로 나타났다(Fig. 4(e)).
- Jang and Woo (2009)는 대청댐 하류 구간에서 증가방류에 의한 유사의 이송 및 하상토의 변화 특성을 분석하였다. 연구결과 증가방류에 의해 하상토의 평균입경은 증가하고, 표준편자는 작아지며, 입경분포는 균등하게 변한다고 주장하였다. 그리고 증가방류기간 동안 하상토의 변화뿐만 아니라, 소류사 및 부유사를 관측하여 유량 및 유사량의 변화에 의한 하도 변화 특성을 파악해야 함을 지적하였다.
- 각 다기능보의 가동보 수문을 하나씩만 개방함에 따라 유사의 연속성이 시나리오 3, 4에 비해서 차단되고, 시나리오 2에 비해서 보장되는 것으로 판단된다. 이러한 이유로 인해서 시나리오 5에 의한 하상변동 모의결과는 시나리오 3, 4의 결과보다 평균적으로 0.18 m, 0.13 m정도 하상변동량이 작고, 시나리오 2의 결과보다 0.08 m 큰 것으로 나타났다. 최심하 상고는 연평균하상고와 유사한 양상을 보였으며, 변동폭역시 거의 차이를 보이지 않았다(Fig.
- 08 m 큰 것으로 나타났다. 최심하 상고는 연평균하상고와 유사한 양상을 보였으며, 변동폭역시 거의 차이를 보이지 않았다(Fig. 3(j)).
- 93+499를 기준으로 서로 상반되는 하상변동 양상을 나타냈다. 최심하상고 역시 연평균하상고와 유사한 하상변동 양상을 보였으나 전체적인 하상변동량은 연평균하상고보다 평균적으로 0.04 m 정도 큰 것으로 나타났다(Fig. 3(f)).
- 101+882부터 세종보 사이 구간에서 발생하는 하상저하는 배사효과에 의한 것으로 판단된다. 최심하상고는 연평균하상고의 하상상승은 거의 반영을 못하고, 하상저하만 과대하게 반영하는 것으로 나타났다 (Fig. 3(h)).
후속연구
- 본 연구에서는 4대강 살리기 사업 이후의 하상단면이 공개되지 않고 있어 추가분석을 수행하지 못하였으나, 추후 실측자료 입수 등을 통하여 연구결과에 대한 추가분석을 수행하고자 한다. 또한 실제 다기능보 운영룰 및 개도율을 반영한 하상변동 및홍수위 변화를 모의하고, 유속 등에 대한 추가분석을 실시하고자 한다.
- 분석결과, 다기능 보의 수문운영에 따라 하상변동의 양상이 변화되며, 하상 변동의 차이로 인해서 홍수위 변동 폭에 차이가 있음을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 향후 하천계획을 수립함에 있어서 종단적 하도관리 및 안정하상 채택 등을 위해서 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 그러나 본 연구에서는 유역에서 발생하여 하천으로 유입되는 유사량은 고려하지 않았으므로, 실제 하상변동량이 과소하게 산정되었을 우려가 있으므로, 하상상승이 더 많은 지점에서 발생할 가능성이 있다.
- (2007)은 중국 Sanmenxia댐을 운영에 따라서 하류의 유사거동을 연구하였으며, 연구결과 현재의 유사거동은 현재의 댐 운영뿐만 아니라 3～4년 전의 댐 운영까지도 영향이 미칠 수 있다고 주장하였다. 해당연구의 대상구간이 113.5 km임을 감안한다면 국내의 4대강의 댐 및 보의 수문운영은 향후 하상변동 양상에 영향을 줄 수 있을 것으로 판단된다. Wang et al.
- m)로 지정하여 운영되고 있다(Kwater, 2012). 향후 3개 다기능보의 수문운영에 따라서 금강의 수위-유량 및 하상변동 양상이 변화될 것으로 판단된다.
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