본 최근 기후변화의 영향으로 강우의 규모가 점차 증가하는 추세로 홍수의 위험성이 증가하면서 제방 관리에 대한 고도화 및 재해 대응성 향상의 중요성이 커지고 있다. 국내의 제방관리는 피해발생 이후에 피해복구를 실시하는 수준에서 시행되고 있으므로 하천에 대한 선제적 관리차원에서 제방의 안전도를 미리 파악하고 관리하는 기술의 개발이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 하천 제방의 침식 및 월류에 대한 안전도를 산정하는 방법을 제안하였으며 이러한 안전도를 도상에 표시해 제방의 유지관리의 기초자료로 활용할 수 있는 제방 안전도맵을 제시하였다. 침식안전도는 호안의 형식별 내력과 외력의 비로 산정하였으며 월류안전도는 하천의 수위가 제방고와 일치할 때의 유량을 통수가능홍수량으로 산정하고 통수가능홍수량과 계획홍수량과의 비로 산정하였다. 제방안전도의 등급은 총 5단계로 구분하였으며 매우안전, 안전, 보통, 위험, 매우위험으로 나타냈다. 남강댐 하류부터 낙동강 합류부까지를 연구대상으로 하여 모든 제방과 하천측선에 대해 제방의 침식안전도와 월류안전도를 산정하고 GIS를 이용하여 하나의 도상에 나타냈다. 본 연구를 통해 도출된 제방안전도맵은 하천제방의 안전도를 직관적으로 확인이 가능하기 때문에 하천의 유지관리계획 수립 시에 활용이 가능할 것으로 판단되며 예산의 효율적 활용을 위한 투자우선순위 결정에도 활용이 가능할 것으로 기대된다.
본 최근 기후변화의 영향으로 강우의 규모가 점차 증가하는 추세로 홍수의 위험성이 증가하면서 제방 관리에 대한 고도화 및 재해 대응성 향상의 중요성이 커지고 있다. 국내의 제방관리는 피해발생 이후에 피해복구를 실시하는 수준에서 시행되고 있으므로 하천에 대한 선제적 관리차원에서 제방의 안전도를 미리 파악하고 관리하는 기술의 개발이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 하천 제방의 침식 및 월류에 대한 안전도를 산정하는 방법을 제안하였으며 이러한 안전도를 도상에 표시해 제방의 유지관리의 기초자료로 활용할 수 있는 제방 안전도맵을 제시하였다. 침식안전도는 호안의 형식별 내력과 외력의 비로 산정하였으며 월류안전도는 하천의 수위가 제방고와 일치할 때의 유량을 통수가능홍수량으로 산정하고 통수가능홍수량과 계획홍수량과의 비로 산정하였다. 제방안전도의 등급은 총 5단계로 구분하였으며 매우안전, 안전, 보통, 위험, 매우위험으로 나타냈다. 남강댐 하류부터 낙동강 합류부까지를 연구대상으로 하여 모든 제방과 하천측선에 대해 제방의 침식안전도와 월류안전도를 산정하고 GIS를 이용하여 하나의 도상에 나타냈다. 본 연구를 통해 도출된 제방안전도맵은 하천제방의 안전도를 직관적으로 확인이 가능하기 때문에 하천의 유지관리계획 수립 시에 활용이 가능할 것으로 판단되며 예산의 효율적 활용을 위한 투자우선순위 결정에도 활용이 가능할 것으로 기대된다.
Owing to recent climate change, the scale of rainfall tends to increase gradually and the risk of flooding has increased. Therefore, the importance of improving the levee management and disaster response is increasing. Levee management in Korea is carried out at the level of damage recovery after th...
Owing to recent climate change, the scale of rainfall tends to increase gradually and the risk of flooding has increased. Therefore, the importance of improving the levee management and disaster response is increasing. Levee management in Korea is carried out at the level of damage recovery after the occurrence of damage. Therefore, it is necessary to develop a technology for predicting and managing the levee safety with proactive river management. In this study, a method to estimate the safety against erosion and overflow was suggested. A map of levee safety that can be used as basic data is presented by displaying the levee safety on the map. The levee erosion safety was calculated as the ratio of the internal and external force for each shore type. The levee overflow safety was calculated as the ratio of the maximum conveyance and design flood. The maximum conveyance was a discharge when the level of the river was equal to the level of the levee crown. The levee safety was classified into 5 grades: very safe, safe, normal, dangerous, and very dangerous. As a research area from downstream of Nam River Dam to Nakdong River Junction, the levee safety against erosion and overflow was estimated for all levees and all cross-sections of the river. The levee safety was displayed on a map using GIS. Through the levee safety map as a result of this study, the levee safety can be observed intuitively. Using the levee safety map, a maintenance plan for a river can be easy to build. This levee safety map can be used to help determine the priority of investment for efficient budget used.
Owing to recent climate change, the scale of rainfall tends to increase gradually and the risk of flooding has increased. Therefore, the importance of improving the levee management and disaster response is increasing. Levee management in Korea is carried out at the level of damage recovery after the occurrence of damage. Therefore, it is necessary to develop a technology for predicting and managing the levee safety with proactive river management. In this study, a method to estimate the safety against erosion and overflow was suggested. A map of levee safety that can be used as basic data is presented by displaying the levee safety on the map. The levee erosion safety was calculated as the ratio of the internal and external force for each shore type. The levee overflow safety was calculated as the ratio of the maximum conveyance and design flood. The maximum conveyance was a discharge when the level of the river was equal to the level of the levee crown. The levee safety was classified into 5 grades: very safe, safe, normal, dangerous, and very dangerous. As a research area from downstream of Nam River Dam to Nakdong River Junction, the levee safety against erosion and overflow was estimated for all levees and all cross-sections of the river. The levee safety was displayed on a map using GIS. Through the levee safety map as a result of this study, the levee safety can be observed intuitively. Using the levee safety map, a maintenance plan for a river can be easy to build. This levee safety map can be used to help determine the priority of investment for efficient budget used.
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문제 정의
그러나 이러한 연구들은 대상영역이 짧아 산정된 안전도를 하천 전체의 유지관리에 이용하기에는 적합하지 않다. 따라서 본 연구에서는 하천 전체에 대한 침식 및 월류에 대한 안전도를 산정하는 기법을 제안하였으며 시범구간에 대해 제방의 안전도를 산정하고 지도상에 표출하여 제방안전도맵을 도출하고자 한다.
침식으로 인한 제방의 피해는 홍수시 유수의 소류력에 의해 제방사면이 침식되어 제체를 구성하는 토입자가 이동하는 것에 의해 발생하며 침투에 의한 제방의 피해는 홍수시의 하천수 혹은 강우가 제체 및 기초 지반에 침투하는 것에 의해서 간극 수압이 상승하여 제제의 강도가 저하하여 토입자가 파이핑 등에 의해 이동하여 발생하게 된다[10]. 본 연구에서는 하천의 흐름과 관계된 제방의 침식과 월류에 의한 안전도를 산정하였다.
본 연구에서는 하천흐름에 대한 제방의 안전도를 산정하기 위해 남강유역을 대상으로 하여 침식 및 월류에 대한 제방안전도를 산정하였다. 침식에 대한 안전도는 제방별 설치된 호안의 형식과 호안의 규모를 조사하였으며 월류에 대한 안전도 산정을 위해 남강하천기본계획[13]의 빈도별 수위-유량자료를 활용하여 분석하였다.
제안 방법
(1) 제방의 침식 및 월류에 대한 안정조건을 제시하고 제방안전도 산정방법을 제안하였다.
(2) 제방의 침식에 대한 안정조건은 호안의 내력과 외력을 비교하여 내력과 외력의 비를 안전도로 환산하여 제방의 안전도를 산정하였다.
(3) 제방의 안전도를 매우안전, 안전, 보통, 위험, 매우 위험의 5단계로 등급을 설정하고 대상구간의 모든 제방과 하도횡단면에 대한 침식안전도와 월류안전도 등급을 산정하였다.
Table 1에 제시된 각 호안의 형식별 안정조건을 적용하기 위해 제방별 대표유속과 설계수심을 계획홍수량에 대해서 산정하고 호안의 제원을 설계도서 및 현장조사 등을 통해 파악하였다. 수집된 자료를 바탕으로 산정된 제방의 침식안전도 와 등급 분류 결과는 좌안과 우안 각각 Table 4와 Table 5에 나타냈다.
각 빈도별 홍수량 및 홍수위로부터 도출된 식(5)와 같은 형태의 회귀식을 각 단면별로 도출하고 이를 이용하여 하천의 수위가 제방고와 일치할 때의 홍수량인 통수 가능홍수량을 산정하였다. 이 때 대표제방고는 양안의 제방고중 작은 값으로 설정하였으며 양안 모두 산으로 되어 있거나 제방이 없는 경우는 통수가능홍수량 산정이 불가능하여 제방 월류안전도 산정에서 제외하였다.
남강댐 하류부터 낙동강 합류부까지를 대상구간으로 설정하였으며 대상구간 내의 제방은 좌안 총 39개소, 우안 총 29개소이다. 각 제방별 호안의 형식 및 제원을 조사하였다. 제방의 대표유속은 하천의 평균유속으로부터 Kim and Yoon[14]이 수치모의를 통해 사용성을 검증한 하도곡률에 의한 유속보정식 식(4)를 통해 산정하였다.
제방의 대표유속은 하천의 평균유속으로부터 Kim and Yoon[14]이 수치모의를 통해 사용성을 검증한 하도곡률에 의한 유속보정식 식(4)를 통해 산정하였다. 남강하천기본계획에 제시되어 있는 단면별 하폭 및 평균 유속을 사용하였으며 하천의 곡률은 하천의 중심선의 도면분석을 통해 도출하였다.
대상구간에 대해서 각 제방별 침식안전도를 산정하였으며 하천횡단 마다 월류안전도를 각각 산정하였다. 최종적으로 침식안전도와 월류안전도를 하나의 맵에 도시하여 하천제방 안전도맵을 작성하였다.
호안형식별 제방 침식안전도(FLE)는 Table 1과 같다. 또한, 제방 침식안전도를 매우안전, 안전, 보통, 위험, 매우 위험의 5개 등급으로 분류하였다. 5등급 분류는 「시설물의 안전관리에 관한 특별법」에 의해 수행되는 정밀안전진단의 시설물 안전등급 분류의 기준을 준용하였다.
156+100 까지 총 180개의 횡단이 존재한다. 모든 횡단에 대해서 30년, 50년, 80년, 100년, 200년 빈도별 홍수량과 홍수위를 산정하고 각 횡단으로 수위-유량 관계를 도출하였다. 수위-유량관계의 산정방법은 수문조사연보(유량편)[15]을 참고하였으며 수위-유량관계의 기본식은 식(5)와 같고 산정예시는 Fig.
본 연구에서는 대상구간인 남강유역에 대해서 제방의 침식 및 월류에 대한 안전도를 산정하였으며 이를 등급화 하여 지도에서 확인이 가능한 제방 안전도 맵을 작성하였다. 이를 통해 도출된 결과는 다음과 같다.
제방의 월류는 제방피해의 상당부분을 차지하고 있어 제방의 안전도 산정에 중요한 인자이다. 제방의 월류에 대한 안전도 산정은 하천단면의 통수능을 통해 산정하며 단면의 제방고와 하천의 수위가 동일하게 될 땡의 유량을 통수가능홍수량으로 하고 계획홍수량과 비교하여 여유통수능의 확보의 정도가 제방 월류에 대한 안전도로 설정하였다. 통수가능홍수량은 각 단면별 수위-유량 관계식을 산정하고 관계식으로부터 제방고와 동일한 수위일 때의 유량을 도출하였다.
대상구간에 대해서 각 제방별 침식안전도를 산정하였으며 하천횡단 마다 월류안전도를 각각 산정하였다. 최종적으로 침식안전도와 월류안전도를 하나의 맵에 도시하여 하천제방 안전도맵을 작성하였다.
본 연구에서는 하천흐름에 대한 제방의 안전도를 산정하기 위해 남강유역을 대상으로 하여 침식 및 월류에 대한 제방안전도를 산정하였다. 침식에 대한 안전도는 제방별 설치된 호안의 형식과 호안의 규모를 조사하였으며 월류에 대한 안전도 산정을 위해 남강하천기본계획[13]의 빈도별 수위-유량자료를 활용하여 분석하였다.
제방의 월류에 대한 안전도 산정은 하천단면의 통수능을 통해 산정하며 단면의 제방고와 하천의 수위가 동일하게 될 땡의 유량을 통수가능홍수량으로 하고 계획홍수량과 비교하여 여유통수능의 확보의 정도가 제방 월류에 대한 안전도로 설정하였다. 통수가능홍수량은 각 단면별 수위-유량 관계식을 산정하고 관계식으로부터 제방고와 동일한 수위일 때의 유량을 도출하였다.
대상 데이터
남강댐 하류부터 낙동강 합류부까지를 대상구간으로 설정하였으며 대상구간 내의 제방은 좌안 총 39개소, 우안 총 29개소이다. 각 제방별 호안의 형식 및 제원을 조사하였다.
대상구간의 하천단면은 낙동강합류부인 No.0 부터 남강댐 하류인 No.156+100 까지 총 180개의 횡단이 존재한다. 모든 횡단에 대해서 30년, 50년, 80년, 100년, 200년 빈도별 홍수량과 홍수위를 산정하고 각 횡단으로 수위-유량 관계를 도출하였다.
제방 월류안전도가 산정이 가능한 총 158개의 단면 중 매우안전은 12개소, 안전은 102개소, 보통은 37개소, 위험 5개소, 매우위험 2개소로 나타났다. 총 7개소(4.5%)의 단면이 위험이상으로 나타났으며 이 지점의 제방 월류안전도 산정결과는 Table 6에 나타냈다.
이론/모형
또한, 제방 침식안전도를 매우안전, 안전, 보통, 위험, 매우 위험의 5개 등급으로 분류하였다. 5등급 분류는 「시설물의 안전관리에 관한 특별법」에 의해 수행되는 정밀안전진단의 시설물 안전등급 분류의 기준을 준용하였다. 각 등급별 범위는 Table 2에 나타냈다.
모든 횡단에 대해서 30년, 50년, 80년, 100년, 200년 빈도별 홍수량과 홍수위를 산정하고 각 횡단으로 수위-유량 관계를 도출하였다. 수위-유량관계의 산정방법은 수문조사연보(유량편)[15]을 참고하였으며 수위-유량관계의 기본식은 식(5)와 같고 산정예시는 Fig.5에 나타냈다.
각 제방별 호안의 형식 및 제원을 조사하였다. 제방의 대표유속은 하천의 평균유속으로부터 Kim and Yoon[14]이 수치모의를 통해 사용성을 검증한 하도곡률에 의한 유속보정식 식(4)를 통해 산정하였다. 남강하천기본계획에 제시되어 있는 단면별 하폭 및 평균 유속을 사용하였으며 하천의 곡률은 하천의 중심선의 도면분석을 통해 도출하였다.
제방의 호안에 대한 설계방법은 호안의 역학적설계법[12]에서 제시하고 있으며 설계식을 통해 호안의 형식에 따른 안정조건을 도출하였다.
성능/효과
(4) 그 결과 제방의 침식안전도는 총 8개소(12.0 %)에서 위험 또는 매우위험으로 나타났으며 월류안전도는 총 7개소(4.5 %)에서 위험 또는 매우위험으로 나타났다.
151 이상의 단면은 남강댐 직하류로 빈도별 계획홍수량이 800 m3/s으로 모든 빈도에 대해서 동일하여 수위-유량관계식이 산정이 불가능하였다. 제방 월류안전도가 산정이 가능한 총 158개의 단면 중 매우안전은 12개소, 안전은 102개소, 보통은 37개소, 위험 5개소, 매우위험 2개소로 나타났다. 총 7개소(4.
후속연구
본 연구를 통해 산정된 제방 안전도맵을 통해 하천의 흐름의 영향을 받는 제방의 침식과 월류에 대한 위험성을 한눈에 확인이 가능하기 때문에 하천계획 또는 유지관리의 우선순위를 파악하는데 유용할 것으로 판단되며, 지속적이고 정기적인 현장조사 결과를 제방안전도에 적용하여 업데이트한다면 제방관리의 불확실성을 감소시켜 줄 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 맵형식으로 안전도의 직관적 확인이 가능하여 신속하고 선제적인 대응으로 하천관리업무의 효율성을 높일 수 있을 것이다. 추후 본 연구에서 분석한 호안의 구조적 특성과 흐름특성 뿐만 아니라 통문, 통관의 접합부 및 보 접속부의 세굴 등에 대한 안전도도 함께 고려할 수 있는 제방안전도에 대한 연구가 진행된다면 보다 더 현실적이고 활용성이 높은 제방위험도 분석기법이 가능할 것으로 판단된다.
침식안전도가 위험 이하로 나타난 지점은 주로 만곡부의 내측에서 발생하였으며 월류안전도 또한 위험 이하로 나타난 지점은 만곡부와 지천의 합류부에서 주로 발생하는 것으로 나타났다. 또한, 침식과 월류안전도 모두 위험으로 나타난 지점은 3지점으로 하촌제, 용봉지구, 지수제이며 하천계획 또는 유지관리계획 수립 시에 이 3지점에 대한 점검이 필수적으로 수행되어야 할 것으로 판단된다.
제방의 월류 안전도의 경우 위험 또는 매우위험으로 나타난 지점은 만곡부의 시작점 또는 종료점이나 지천의 합류부로 하천기본계획 수립 시 만곡부나 지천의 합류부의 영향에 의한 대책을 수립하는 것이 필요하다고 판단된다. 본 연구를 통해 산정된 제방 안전도맵을 통해 하천의 흐름의 영향을 받는 제방의 침식과 월류에 대한 위험성을 한눈에 확인이 가능하기 때문에 하천계획 또는 유지관리의 우선순위를 파악하는데 유용할 것으로 판단되며, 지속적이고 정기적인 현장조사 결과를 제방안전도에 적용하여 업데이트한다면 제방관리의 불확실성을 감소시켜 줄 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 맵형식으로 안전도의 직관적 확인이 가능하여 신속하고 선제적인 대응으로 하천관리업무의 효율성을 높일 수 있을 것이다.
또한, 맵형식으로 안전도의 직관적 확인이 가능하여 신속하고 선제적인 대응으로 하천관리업무의 효율성을 높일 수 있을 것이다. 추후 본 연구에서 분석한 호안의 구조적 특성과 흐름특성 뿐만 아니라 통문, 통관의 접합부 및 보 접속부의 세굴 등에 대한 안전도도 함께 고려할 수 있는 제방안전도에 대한 연구가 진행된다면 보다 더 현실적이고 활용성이 높은 제방위험도 분석기법이 가능할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
홍수의 위험성이 증가하면서 무엇이 중요해 졌는가?
본 최근 기후변화의 영향으로 강우의 규모가 점차 증가하는 추세로 홍수의 위험성이 증가하면서 제방 관리에 대한 고도화 및 재해 대응성 향상의 중요성이 커지고 있다. 국내의 제방관리는 피해발생 이후에 피해복구를 실시하는 수준에서 시행되고 있으므로 하천에 대한 선제적 관리차원에서 제방의 안전도를 미리 파악하고 관리하는 기술의 개발이 필요하다.
홍수의 위험성이 증가한 이유는?
본 최근 기후변화의 영향으로 강우의 규모가 점차 증가하는 추세로 홍수의 위험성이 증가하면서 제방 관리에 대한 고도화 및 재해 대응성 향상의 중요성이 커지고 있다. 국내의 제방관리는 피해발생 이후에 피해복구를 실시하는 수준에서 시행되고 있으므로 하천에 대한 선제적 관리차원에서 제방의 안전도를 미리 파악하고 관리하는 기술의 개발이 필요하다.
제방의 침식안전도 와 등급 분류 결과는 어떤가?
수집된 자료를 바탕으로 산정된 제방의 침식안전도 와 등급 분류 결과는 좌안과 우안 각각 Table 4와 Table 5에 나타냈다. 매우안전(V.S) 10개소, 안전(S) 8개소, 보통(N) 41개소, 위험(D) 6개소, 매우위험(V.D)2개소로 나타났다. 총 68개의 제방 중 8개소(12%)가 위험 이상으로 나타났다. 그러나 8개소 모두 호안의 형식이나 제원이 확인되지 않아 무호안으로 가정하여 안전도를 산정한 지점으로 설계적인 보완이나 보수보다는 현황파악이 우선적으로 수행되어야 할 것으로 판단된다.
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Ministry of Land, Infrastructure and Trnasport (MOLIT), Hydrological annual report in Korea (Discharge), 2014.
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