[논문]임진강 하류 감조구간에서 홍수위 산정 재고

박창근; 백경오

doi:10.3741/jkwra.2017.50.9.617

[국내논문] 임진강 하류 감조구간에서 홍수위 산정 재고
Reconsideration of evaluating design flood level at Imjin River estuary 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.50 no.9, 2017년, pp.617 - 625

박창근 (가톨릭관동대학교 토목공학과) , 백경오 (국립한경대학교 토목안전환경공학과)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 조석의 영향을 주기적으로 받는 임진강 하류부의 계획홍수위를 보다 합리적으로 산정하는 방안을 검토해 보았다. 우선 감조하천의 특성을 감안할 수 있는 부정류모의를 수행하여 홍수위의 변동을 살펴보았고, 수위 계산에 민감한 매개변수인 조도계수를 해당지역의 특성에 맞게 현실화하여 홍수위 변화를 분석하였다. 그 결과를 2011년 임진강하천기본계획보고서에서 고시한 임진강 하구 계획홍수위와 비교하고, 감조구간에서 홍수위 산정시 유의해야 할 점들을 정리하였다. 참고로 2011년에 고시된 계획홍수위는 대규모 하상 준설 단면을 입력자료로 하여 부등류모의를 통해 산정된 바 있다. 본 연구의 결과, 임진강 하구의 경우 홍수위 산정에 있어서 조도계수를 한강하구와 동일한 값으로 할당하고, 하구 조위를 감안할 수 있는 부정류 모의를 수행하면 하상 준설을 하지 않더라도 홍수위가 제방 여유고를 만족함을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, it was examined that a methodology for evaluating the design flood level reasonably at Imjin River estuary affected by the tide periodically. First of all, the change of the flood level was observed by performing unsteady simulation which can take into account the characteristics of the tidal rivers. And the variations of the flood level was analyzed by change of the Manning's roughness coefficient which is sensitive to the water level calculation. The results were compared with the design flood level at Imjin River estuary announced in the 2011 Imjin River Basic Plan Report. For reference, the design flood level reported in 2011 has been calculated by using a section of a huge riverbed dredging section as input data. From the simulation results, it was found that the flood level evaluated by this study was able to satisfy the freeboard of the levee without the riverbed dredging when the roughness coefficient was assigned to the same value as that of the Han river estuary in the calculation of the flood level, and the unsteady flow simulation was carried out to reflect on the tidal river.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

이러한 많은 연구들에도 불구하고 지금까지 계획홍수위 산정시 일반하천이든 감조하천이든 간에 그 고유의 특성을 고려치 않고 정상-부등류(steady-nonuniform flow) 모의를 하는 것이 일반적인 현황이다. 본 연구에서는 조석의 영향을 주기적으로 받는 감조하천의 특성을 감안할 수 있는 부정류(unsteady flow)모의를 수행하여 홍수위의 변동을 검토해 보았다. 또한 수위 산정에 가장 민감한 매개변수인 조도계수를 해당지역의 특성에 맞게 현실화하여 홍수위 변화를 분석하였다.
또한 수위 산정에 가장 민감한 매개변수인 조도계수를 해당지역의 특성에 맞게 현실화하여 홍수위 변화를 분석하였다. 그 결과를 2011년 임진강하천기본계획보고서(MOLIT, 2011)에서 고시한 임진강 하구 계획홍수위와 비교하고, 감조구간에서 홍수위 산정시 유의해야 할 점들을 검토해 보았다.
본 연구에서는 감조구간에서 홍수위를 산정할 때 개입될 수 있는 불확실성에 대해 우선 검토해 보았다. 국내에서는 홍수위 산정시 통상적으로 1차원 흐름모형인 HEC-RAS를 사용하는데 여기에 입력자료인 하상자료에 따른 홍수위 차이, 매개변수인 조도계수에 따른 홍수위 차이, 흐름 모의조건인 정류(steady fow) 혹은 부정류(unsteady flow)에 따른 홍수위 차이, 이렇게 세 가지 경우에 따라 수위의 차이가 발생할 수 있다.
일반적으로 조도계수가 클수록 홍수위도 커지고, 작을수록 작아지는 경향이 있다. 본 연구에서는 임진강 하구지역에 할당된 조도계수치의 적합성을 검토해 보고, 타당한 값이 무엇인지 살펴보기로 한다. 먼저 조도계수를 변화시키면서 기존 보고서(2011년 임진강하천기본계획)의 절차를 따라 정상부등류 모의를 수행하였다.
본 연구에서는 부정류 모의시 상․하류단 경계조건의 민감도를 살펴보기 위해 다음의 세 가지 시나리오로 분리하여 모의하였다. 첫번째 경우, 상류경계는 하나의 홍수량 값(11,000 cms)으로 고정, 하류경계는 월곳조위를 부여; 두 번째 경우, 상류경계는 군남댐 방류량 곡선, 하류경계는 하나의 수위값(EL.
본 연구에서는 임진강 하구 감조구간에 고시된 계획홍수위의 타당성과 홍수위 산정에 개입될 수 있는 불확실성을 분석해 보았다. 먼저 1차원 모형의 매개변수인 Manning의 조도계수에 따른 홍수위 차이를 살펴본 결과, 예상대로 조도계수에 매우 민감하게 홍수위가 반응하였다.
특히 상․하류단을 모두 부정류로 할당할 경우 계산과정에서 발산할 가능성도 있으므로, 홍수위 차이가 크지 않다면 상류유량경계는 하나의 값으로, 하류수위조건은 조위로 할당하는 방법도 실무 적용성을 높이는 하나의 방안이라 사료된다. 이러한 분석을 바탕으로 본 연구에서는 하구지역 불확실성을 최대한 상쇄할 수 있고, 보다 합리적으로 홍수위를 재계산하는 방법을 제안하였다. 새롭게 계산된 홍수위는 1) 하상준설을 하지 않는 단면을 입력하고, 2) 조도계수를 한강하구와 동일한 값으로 할당하는 것, 3) 하구 조위를 감안할 수 있도록 정류 대신 부정류 모의를 수행하는 것을 원칙으로 하였다.

가설 설정

64 m에 홍수량을 더해 EL. 6.36 m를 부등류 계산시 100년 빈도 홍수량의 기점 수위로 삼았는데, 이것은 약최고만조위시 첨두 홍수량이 동시에 발생하여 서로 중첩이 된다고 가정하는 것이다. 때문에 감조하천의 경우 정상-부등류(steady-nonuniform) 모의보다는 조석을 감안할 수 있는 부정류 모의를 하는 것이 보다 정확히 홍수위 거동을 모사할 수 있을 것으로 사료된다.

제안 방법

본 연구에서는 조석의 영향을 주기적으로 받는 감조하천의 특성을 감안할 수 있는 부정류(unsteady flow)모의를 수행하여 홍수위의 변동을 검토해 보았다. 또한 수위 산정에 가장 민감한 매개변수인 조도계수를 해당지역의 특성에 맞게 현실화하여 홍수위 변화를 분석하였다. 그 결과를 2011년 임진강하천기본계획보고서(MOLIT, 2011)에서 고시한 임진강 하구 계획홍수위와 비교하고, 감조구간에서 홍수위 산정시 유의해야 할 점들을 검토해 보았다.
본 연구에서는 임진강 하구지역에 할당된 조도계수치의 적합성을 검토해 보고, 타당한 값이 무엇인지 살펴보기로 한다. 먼저 조도계수를 변화시키면서 기존 보고서(2011년 임진강하천기본계획)의 절차를 따라 정상부등류 모의를 수행하였다. 모형에 입력되는 하상단면자료는 앞서 언급하였듯이 2011년 기본계획수립시 관측된 자료들을 이용하였다.
-21~60까지 약 25 km 이다. 특히 문산천 합류점 (구좌표 No. 13) 인근 상하류 구간의 홍수위 변화를 중점적으로 살펴보았다.
끝으로 흐름모의 조건의 경우, 감조하천의 특성을 갖는 임진강 하구에서는 어쩌면 당연히 수행해야하는 것이 부정류 모의임에도 불구하고, 실제 하천기본계획 수립때는 정상-부등류 모의를 수행하는 것이 지금까지의 관례였다. 이후 논의에서는 정상류와 부정류 모의간 홍수위 차이를 분석해 보기로 한다.
2의 홍수량 배분도처럼 지류로부터 유입되는 홍수량은 하나의 값으로 할당하였다. 대신 본류 상류단 유량과 하류단 수위는 시간에 따른 변화를 갖는 경계조건을 부여하여 부정류 모의를 수행하였다. 우선 상류단 홍수량의 경우, 군남홍수조절지 기본 및 실시설계보고서(MOLIT, 2007)를 참고하여 Fig.
조도계수의 경우, 해당 구간 내에 수위관측소가 있어 임의의 홍수사상시 수위-유량 관계를 관측했다면 그것으로 보다 정확한 조도계수를 산정할 수 있지만, 앞서 살펴보았듯이 그런 자료가 부재하여 정확한 조도계수 값을 본 연구에서도 결정하기는 어려운 실정이다. 대신 본 연구에서는 Table 2를 참조하여 한강 하구 홍수위 계산에 적용된 조도계수 값들을 임진강에 적용했을 경우, 홍수위에 어떤 차이가 있는지 분석해 보았다. 이를 위해 3가지 경우로 조도계수 값의 차이를 두어 적용하였다.
대신 본 연구에서는 Table 2를 참조하여 한강 하구 홍수위 계산에 적용된 조도계수 값들을 임진강에 적용했을 경우, 홍수위에 어떤 차이가 있는지 분석해 보았다. 이를 위해 3가지 경우로 조도계수 값의 차이를 두어 적용하였다. 첫째 해당구간(구좌표 No.
먼저 1차원 모형의 매개변수인 Manning의 조도계수에 따른 홍수위 차이를 살펴본 결과, 예상대로 조도계수에 매우 민감하게 홍수위가 반응하였다. 두번째로 조석의 영향을 주기적으로 받는 감조하천의 특성을 감안할 수 있는 부정류모의를 수행하여 홍수위의 변동을 검토해 보았다. 하류단 기점수위를 조위로 할당한 부정류 모의의 경우, 한 값으로 설정한 부등류 모의결과에 비해 기점에서 상류 10 km 이상 지역까지 현격한 수위저감 효과가 발생하였다.
이러한 분석을 바탕으로 본 연구에서는 하구지역 불확실성을 최대한 상쇄할 수 있고, 보다 합리적으로 홍수위를 재계산하는 방법을 제안하였다. 새롭게 계산된 홍수위는 1) 하상준설을 하지 않는 단면을 입력하고, 2) 조도계수를 한강하구와 동일한 값으로 할당하는 것, 3) 하구 조위를 감안할 수 있도록 정류 대신 부정류 모의를 수행하는 것을 원칙으로 하였다. 결론적으로 이 세 가지 조건을 감안하여 계산한 홍수위는 하상준설을 가정하여 2011년 고시된 홍수위와 큰 차이를 보이지 않았다.

대상 데이터

즉 하상관측시기에 따라 입력 자료로서 하상이 많이 다를 수 있고, 이로 인해 홍수위의 차이도 발생한다(MOLIT, 2005). 하지만 본 연구에서는 불확실성을 하나라도 더 줄이기 위해 하상자료는 2011년 임진강하천기본계획보고서 작성시 측량된 자료(준설을 가정하지 않은 하상자료)를 그대로 적용하였다.
먼저 조도계수를 변화시키면서 기존 보고서(2011년 임진강하천기본계획)의 절차를 따라 정상부등류 모의를 수행하였다. 모형에 입력되는 하상단면자료는 앞서 언급하였듯이 2011년 기본계획수립시 관측된 자료들을 이용하였다. 이때 상류 경계조건에 부여되는 홍수량은 물론 주요 지류의 홍수량은 기본계획보고서를 참고하여 Fig.
0)에 100년 빈도 홍수위에 해당하는 EL. 6.36 m를 부여하였다. 모의 구간은 임진강 하구에서 군남댐까지 약 85 km을 삼았다.
36 m)으로 고정; 세 번째 경우, 상류경계는 군남댐 방류량 곡선, 하류경계는 월곶조위 부여하였다. 이때 매개변수인 조도계수는 임진강하천기본계획보고서(MOLIT, 2011)의 값을 구간별로 그대로 따랐고, 하상자료는 앞의 논의와 동일하게 2011년 관측지형자료(준설을 고려치 않은 원자료)를 입력하였다. 그 결과를 Fig.

성능/효과

25). 즉 조도계수를 한강하구 홍수위 계산에 쓰인 값(0.021)과 동일하게 할당한 후 조위를 고려하여 부정류 모의를 수행하면 준설을 하지 않더라도 준설을 가정한 후 계산된 계획홍수위와 거의 일치하는 결과를 보여주었다.
결론적으로 첫번째 경우(No. -21 ~ No. 48 조도계수 0.018 할당)와 두번째 경우처럼(조도계수를 No. -21 ~ No. 0 까지는 0.018을, No. 0 ~ No. 48까지는 0.021을 할당) 한강 하구의 조도계수와 유사하거나 약간 적은 값으로 임진강 하구에 부여하면 모의 조건에 상관없이 준설을 가정하고 설정된 계획홍수위보다 대체적으로 더 낮게 홍수위가 계산되었다. 세 번째 경우처럼 조도계수를 한강하구와 동일하게(0.
021을 할당) 한강 하구의 조도계수와 유사하거나 약간 적은 값으로 임진강 하구에 부여하면 모의 조건에 상관없이 준설을 가정하고 설정된 계획홍수위보다 대체적으로 더 낮게 홍수위가 계산되었다. 세 번째 경우처럼 조도계수를 한강하구와 동일하게(0.021) 할당한 경우에도 부정류 모의 결과가 계획홍수위와 거의 일치하였다. 즉 이 경우 대규모 준설사업 없이 임진강 하구 치수계획을 만족시킬 수 있다.
본 연구에서는 임진강 하구 감조구간에 고시된 계획홍수위의 타당성과 홍수위 산정에 개입될 수 있는 불확실성을 분석해 보았다. 먼저 1차원 모형의 매개변수인 Manning의 조도계수에 따른 홍수위 차이를 살펴본 결과, 예상대로 조도계수에 매우 민감하게 홍수위가 반응하였다. 두번째로 조석의 영향을 주기적으로 받는 감조하천의 특성을 감안할 수 있는 부정류모의를 수행하여 홍수위의 변동을 검토해 보았다.
새롭게 계산된 홍수위는 1) 하상준설을 하지 않는 단면을 입력하고, 2) 조도계수를 한강하구와 동일한 값으로 할당하는 것, 3) 하구 조위를 감안할 수 있도록 정류 대신 부정류 모의를 수행하는 것을 원칙으로 하였다. 결론적으로 이 세 가지 조건을 감안하여 계산한 홍수위는 하상준설을 가정하여 2011년 고시된 홍수위와 큰 차이를 보이지 않았다. 즉 하상준설을 하지 않고도 조도계수의 합리적 조정과 부정류 모의만으로 홍수위 + 여유고가 제방고 이내에 있음을 확인하였다.
결론적으로 이 세 가지 조건을 감안하여 계산한 홍수위는 하상준설을 가정하여 2011년 고시된 홍수위와 큰 차이를 보이지 않았다. 즉 하상준설을 하지 않고도 조도계수의 합리적 조정과 부정류 모의만으로 홍수위 + 여유고가 제방고 이내에 있음을 확인하였다. 이는 임진강 하구 본류에 더 이상의 추가적인 하상준설 사업이 추진되지 않아도 됨을 증명하는 것이다.

후속연구

조도계수가 홍수위에 민감하게 반응함을 확인하였기에, 다음으로 임진강하천기본계획보고서(2011)에서 홍수위 계산시 할당한 조도계수 값의 타당성을 검토해 볼 필요성이 있다. 이 보고서에 따르면 하도형상 및 하상재료에 의한 추정법, 흔적수위를 이용한 추정법, 수위-유량자료를 이용한 추정법, 기존의 경험공식을 이용한 방법 등 여러 가지 방법들로 계산한 수치를 제시했지만, 결국 기존 하천기본계획(2001년 수립)에서 제시한 값을 그대로 채택했다.
따라서 한강 하구 모의와 같은 조도계수를 사용하고, 하류단은 조위를 고려한 부정류 모의를 수행한 홍수위를 계획홍수위로 고시하는 것이 가장 합리적인 대안이라 사료된다. 끝으로 문산천 합류점 직상류에 위치한 당동제는 조도계수 변화와 모의조건에 상관없이 대체적으로 여유고가 부족한 것으로 계산되므로 이 제방의 증고 사업은 필요할 것으로 판단된다.
” 하지만 의무조항으로 기술되어 있지 않으므로 국내 감조하천구간에서 부정류 모의를 통해 고시된 계획홍수위는 단 한군데도 없다. 하천설계기준의 개정으로 향후 임진강하천기본계획 변경시 홍수위 산정을 부정류로 산정할 것을 기대해 본다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	하천이 바다와 만나는 하구 지역의 특징은?	하천이 바다와 만나는 하구(河口, estuary)지역은 조위의 영향을 강하게 받아 하천 수위의 낙폭이 크고, 하상(河床)의 변동 또한 심하다. 때문에 이러한 감조구간은 홍수위 산정에 있어서도 일반하천에 비해 보다 세심한 주의가 요구된다.
	임진강 하류부에 하상준설 사업을 계획한 이유는?	이러한 치수정책이 2000년대 이후 지속적으로 추진되어 왔음에도 불구하고, 임진강 하류부는 여전히 제방 여유고가 계획홍수위를 만족하지 못하여 Fig. 1과 같이 대규모 하상준설 사업이 계획되었다(MOLIT, 2011). 구체적으로 임진강 하류지역 약 12.
	한강 하류구간이 하구로서의 기능을 유지하고 있는 이유는 무엇인가?	우리나라 4대강 중 한강을 제외한 3대강은 하구언 설치로 인해 이미 하구로서의 기능을 상실한 상황이다. 반면 한강 하류구간은 북한과의 접경지역이라는 지리적 특수성으로 인해 하구언 설치가 불가능하였기에 지금까지 감조구간 상태를 유지하고 있다. 한강의 지류 중 하나인 임진강은 한강이 서해로 나아가기 진전에 합류하는 하천으로, 한강과 더불어 임진강도 넓은 영역의 하구를 형성하고 있다.

참고문헌 (15)

Baek, K. O. (2015). "Is the flood level mitigated by the dredging of Limjin River estuary?", River and Life, Vol. 3, No. 1, pp. 10-23.
Baek, K. O., and Lim D. H. (2011). "Flow characteristics induced by shift and modification of submerged weir at Han River estuary." Journal of the Korean Society of Civil Engineers, KSCE, Vol. 31, No. 2B, pp. 109-119.
Gyeonggi Research Institute (GRI) (2009). A plan for preventing a disaster by water at Imjin River.
Khatibi, R. H., Williams, J. R., and Wormleaton, P. R. (2000), "Friction parameters for flow in nearly flat tidal channels." Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 126, No. 10, pp. 741-749.

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Kim, S. H., Kim, W., and Choi, H. S. (2003). "Analysis of tidal effect on the Han and Imjin River." Journal of Korea Water Resources Association, KWRA, Vol. 36, No. 2, pp. 301-313.

원문보기 상세보기
Kim, S. H., Kim, W., Lee, E. R., and Choi, K. H. (2005). "Analysis of hydraulic effects of Singok submerged weir in the lower Han River." Journal of Korea Water Resources Association, KWRA, Vol. 38, No. 5, pp. 401-413.

원문보기 상세보기
Kim, W., Kim, C. W., Yoon, K. S., and Yoon, T. H. (2001). "The flow characteristics of the Han River flow considering the effect of Shingok submerged weir and tidal motions." Journal of the Korean Society of Civil Engineers, KSCE, Vol. 21, No. 3B, pp. 305-314.
Korean Water Resources Association (KWRA) (2009). River design standard.
Ministry of Land, Infrastructure and Transport (MOLIT) (2001). Imjin River basic plan report.
Ministry of Land, Infrastructure and Transport (MOLIT) (2002). Han River basic plan report.
Ministry of Land, Infrastructure and Transport (MOLIT) (2005). Report on riverbed change at Han River estuary.
Ministry of Land, Infrastructure and Transport (MOLIT) (2007). Basic and design report on Gunam flood control site.
Ministry of Land, Infrastructure and Transport (MOLIT) (2011). Imjin River basic plan report.
Seo, I. W., Lee, M. E., and Song, C. G. (2008). "Flow and mixing behavior at the tidal reach of Han River." Journal of the Korean Society of Civil Engineers, KSCE, Vol. 28, No. 6B, pp. 731-741.
Yu, J. H., Kim, H. J., Namgung, D., and Cho, Y. S. (2005). "Analysis of tidal effects with two-dimensional numerical model in Han-River." Proceedings of KSCE Conference 2005, pp. 1871-1875.

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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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