[논문]한강 하구 신곡수중보 하류에서 하상변동 - 2009년부터 2010년까지

황승용; 이삼희

doi:10.12652/ksce.2018.38.6.0819

[국내논문] 한강 하구 신곡수중보 하류에서 하상변동 - 2009년부터 2010년까지
Bed Changes downstream the Singok Submerged Weir in the Han River Estuary - from 2009 to 2010 원문보기

대한토목학회논문집 = Journal of the Korean Society of Civil Engineers, v.38 no.6, 2018년, pp.819 - 829

황승용 (한국건설기술연구원 국토보전연구본부) , 이삼희 (한국건설기술연구원 국토보전연구본부)

초록
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한강 하구 신곡수중보 하류에서 하상변동 조사를 실시하고 평균 하상고와 하상변동량을 계산하여 하상변동 경향에 대해 검토하였다. 저수로 하상변화에 초점을 맞추기 위해 부등류 계산을 통한 시행착오법으로 '저수로 만제 유량'을 설정하여 평균 하상고를 산정하였다. '평균 하상'을 기준으로 계산된 하상변동량 덕분에 여러 시기 하상을 일관된 기준으로 비교할 수 있었다. 한강 하구에서 하상변동 경향은 홍수에 따른 저하와 비홍수기 조석에 따른 상승의 순환으로 드러났다.

Abstract ▼ AI-Helper

The bed change survey was carried out and its tendency was analyzed at the downstream of the Singok Submerged Weir in the Han River Estuary (HRE). In order to focus on the bed change in the low flow channel, we calculated the mean bed elevation based on the bankfull discharge. Thanks to the amount of bed changes calculated by using the 'averaged bed', we could compare the riverbeds of various periods with consistent criteria. In the HRE, revealed was the bed change cycle between degradation by flood and aggradation by tide at the non-flood season.

주제어

표/그림 (11)

그림 Fig. 1. Site Map of the Han River Estuary
그림 Fig. 2. Invert Elevations Downstream the Singok Sub. Weir
그림 Fig. 3. Mean Bed Elevations Based on Design Flood
그림 Fig. 4. Design and Bankfull Stages (Section No. 16)
그림 Fig. 5. Mean Bed Elevation Based on Bankfull Discharge
그림 Fig. 6. Bed Changes downstream the Singok Sub. Weir ('08 ~ '10)
그림 Fig. 7. Determination of 'Averaged Bed' (Sec. No. 28)
그림 Fig. 8. Bed Changes to 'Averaged Bed' ('09 ~ '10)
그림 Fig. 9. Bed Changes to 'Averaged Bed' ('04 ~ '10)
그림 Fig. 10. Cumulated Bed Changes to 'Averaged Bed' ('04 ~ '10)
그림 Fig. 11. Total Cumulative Bed Changes and Daily Runoffs

AI 본문요약
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문제 정의

(2007)의 보고 이후 한강 하구에서 하상변동 조사는 2008년, 2009년, 2010년에 수행되었으며, 이후 조사에 대해서는 보고된 바가 없다. 이 연구에서는 2009년과 2010년에 한강하구에서 이루어진 하상변동 조사 성과(MLTM, 2009 and 2010) 중에서 하천 측량, 해발 하상고 변화, 하상변동량 계산을 통하여 한강 하구 신곡수중보 하류에서 하상변동을 분석하고 그 경향에 대해 검토한다. 2009년에는 하상변동에 대한 단일 홍수의 영향을 살펴보기 위해 홍수기 전에 하천 측량을 실시하고 홍수의 발생 직후에 다시 측정하였다.

제안 방법

(1)을 이용하여 ‘기준 하상‘을 2009년 홍수기 전의 하상으로 두고 홍수 후의 단면 별 세굴량, 퇴적량, 주요 발생위치, 하상변동량 등을 계산하였다.
이 연구에서는 2009년과 2010년에 한강하구에서 이루어진 하상변동 조사 성과(MLTM, 2009 and 2010) 중에서 하천 측량, 해발 하상고 변화, 하상변동량 계산을 통하여 한강 하구 신곡수중보 하류에서 하상변동을 분석하고 그 경향에 대해 검토한다. 2009년에는 하상변동에 대한 단일 홍수의 영향을 살펴보기 위해 홍수기 전에 하천 측량을 실시하고 홍수의 발생 직후에 다시 측정하였다. 또한, 비홍수기 퇴적 경향 파악을 위해 2010년 홍수기 전에도 조사가 이루어졌다.
이 연구에서는 2009년과 2010년에 한강하구에서 이루어진 하상변동 조사 성과(MLTM, 2009 and 2010) 중에서 하천 측량, 해발 하상고 변화, 하상변동량 계산을 통하여 한강 하구 신곡수중보 하류에서 하상변동을 분석하고 그 경향에 대해 검토한다. 2009년에는 하상변동에 대한 단일 홍수의 영향을 살펴보기 위해 홍수기 전에 하천 측량을 실시하고 홍수의 발생 직후에 다시 측정하였다. 또한, 비홍수기 퇴적 경향 파악을 위해 2010년 홍수기 전에도 조사가 이루어졌다.
Fig. 7에 보인 바와 같이, 각 단면에서 2004년 이후 측정된 각 측점의 위치에서 그 외 하상고를 보간하고 그 위치에서 하상고 값들을 산술 평균하여 그 횡단면의 ‘평균 하상’을 결정하였다.
MLTM(2008)에 따라 한 단면에서 세굴 또는 퇴적이 두드러진 위치를 결정하기 위해 먼저 해당 단면에서 총 세굴량 또는 총퇴적량이 그 단면의 총 변동량(단면 내 퇴적량과 세굴량의 합; 하상변동량은 그 차)의 25 %를 초과하는지 검사하여 세굴이나 퇴적이 활발한지 판정하였다. 만약 단면의 총 세굴량 또는 총 퇴적량이 그 이하라면 판정을 유보하였다.
고수부지보다는 저수로 하상 변화에 주안점을 두기 위해 설계 홍수량 대신 저수로를 가득 채워 흐르는 유량(이후, ‘저수로 만제 유량’; 그림에서 ‘bankfull’)에 기반한 평균 하상고를 분석하였다.
고수부지보다는 저수로 하상변화에 초점을 맞추기 위해 부등류 계산을 통한 시행착오법으로 ‘저수로 만제 유량’을 설정하여 평균 하상고를 산정하였다.
지형현황 측량에 대해, 2002년에 수립된 한강 하천정비기본계획(MOCT, 2002)에 보고된 평면도와 측점을 활용하였다. 과거 500 m 간격의 단면을 정규 단면으로 두고 수심측량을 실시하였다. 측량 시기는 홍수기 전(2009년 6월), 홍수 후(같은 해 8월), 그 다음해 홍수기 전(2010년 6월)이다.
과거 하상과 현재 하상을 비교하기 위해 대상 구간에서 하천측량을 실시하였다. 이 측량은 하상변동조사 측량에 해당되며, 지형현황 측량과 종단 및 횡단 측량으로 구성된다(KWRA, 2009).
만약 단면의 총 세굴량 또는 총 퇴적량이 그 이하라면 판정을 유보하였다. 그렇지 않고 단면에서 연속하여 발생되는 세굴량이나 퇴적량의 최댓값이 총 세굴량 또는 퇴적량의 25 %를 초과하면 그 위치를 주 세굴 또는 퇴적 위치로 결정하였다.다만, 그 이하인 경우에 대해서는 판정을 유보하였다.
또한, 비홍수기 퇴적 경향 파악을 위해 2010년 홍수기 전에도 조사가 이루어졌다. 더불어, 분석 기간에 해당하는 수문자료로서 팔당댐, 한강대교, 행주대교, 전류 관측소 등의 해발 수위와 유량 자료를 검토하였다. 이 중에서 한강대교 관측소의 유량자료를 주로 참조하였다.
KICT(2002)는 한강 하구에서 이루어진 과거 조사 자료를 검토하고 한강 하천정비 기본계획(MOCT, 2002)의 일환으로 2000년 홍수기 전에 실시된 하천 측량 자료와 함께 비교하였다(Kim and Yoon, 2003). 또한, 감조 구간에 대한 체계적인 하천관리를 위해 정기적인 하상변동 조사도 제안하였다. 이에 따라 2004년부터 2010년까지 기간 동안 한강 신곡수중보 하류에 대해 비교적 정기적인 하천 현장조사와 하상변동 경향에 대한 분석 및 검토가 이루어졌다(MOCT, 2005; MLTM, 2008, 2009, and 2010).
왕복측정 값의 교차를 3급 수준측량의 허용 범위내에 들도록 유지하였다. 수면에서 실시한 수심 측량에서 수심측정에는 음향측심기(AquaRuler 200, ㈜소나테크)를, 위치 결정에는 DGPS (G12/BR2, Magellan Co.)를 이용하였다
종․횡단 측점의 표고를 측정하기 위해 국립지리원에서 매설한 기본 수준점에서 대상 구간까지 수준 측량을 실시하여 현지에 매설된, 하천정비기본계획에 의한 수준점(표석)을 확인하고 연결하여 폐합하였다. 왕복측정 값의 교차를 3급 수준측량의 허용 범위내에 들도록 유지하였다.
실제 하상변동량을 계산할 때, 한 단면 내에서 흐름으로 말미암아 실질적으로 변동되는 하상(저수로와 고수부지 포함)을 대상으로 하였으며, 호안, 제방 등 인위적인 구조물은 확인되는 대로 배제하였다. 하상변동량 계산에 포함되는 횡단 범위(계산폭)가 각 단면마다 다를 수 있으므로 계산하려는 단면의 앞과 뒤 단면에서 계산 폭의 변화를 가중치로 고려하여 산정하였다. 예를 들어, 계산하려는 어느 단면에서 측정된 세굴 또는 퇴적 면적과 계산 폭이 각각 A와 B, 앞과 뒤의 단면으로부터 거리가 각각 L_f과 L_r , 앞과 뒤의 단면에서 계산 폭이 각각 B_f과 B_r라면 해당 단면에서 세굴량 또는 퇴적량, V는 다음과 같다(MLTM, 2008).
한강 하구에서 2004년 이후 관측된 하상자료를 이용하여 ‘평균 하상’을 설정하고 이를 기준으로 하상변동량을 계산함으로써 기준하상에 따라 상대적이던 한계를 벗어나 여러 시기 하상을 일관된 기준으로 비교하고 분석할 수 있었다.
또한, 비홍수기 퇴적 경향 파악을 위해 2010년 홍수기 전에도 조사가 이루어졌다. 획득한 측량자료로부터 하상고 변화를 살펴보고 하상변동량을 계산하여 신곡수중보 하류 하상변동을 분석하고 그 변동 경향에 대해 검토하였다.

대상 데이터

2009년부터 2010년까지 한강 하구 신곡수중보 하류에서 하상변동 조사를 실시하였다. 2009년에는 하상변동에 대한 단일 홍수의 영향을 살펴보기 위해 홍수기 전에 하천 측량을 실시하고 홍수 발생 직후에 다시 측정하였다.
(1)을 이용하여 ‘기준 하상‘을 2009년 홍수기 전의 하상으로 두고 홍수 후의 단면 별 세굴량, 퇴적량, 주요 발생위치, 하상변동량 등을 계산하였다. 대상 구간 내 최대 세굴량과 퇴적량은 각각 3.01Mm³(단면 No. 20)와 0.60 Mm³(단면 No. 34)이다. 최대 하상변동은 세굴량이 가장 큰 단면 No.
6에 단면 별 하상변동량(실선)을 나타냈으며, 이것을 신곡 수중보로부터 하류로 누적하여 점선으로 표시하였다. 비교를 위해 2008년 홍수기 후 대비 2009년 홍수기 전과 2009년 홍수기 전 대비 2010년 홍수기 전 하상변동량도 함께 보였다. 앞서 하상고 변화에서 살펴본 바와 같이, 일산대교 상류와 하류에서 하상변동량 규모가 서로 다르다.
실제 하상변동량을 계산할 때, 한 단면 내에서 흐름으로 말미암아 실질적으로 변동되는 하상(저수로와 고수부지 포함)을 대상으로 하였으며, 호안, 제방 등 인위적인 구조물은 확인되는 대로 배제하였다. 하상변동량 계산에 포함되는 횡단 범위(계산폭)가 각 단면마다 다를 수 있으므로 계산하려는 단면의 앞과 뒤 단면에서 계산 폭의 변화를 가중치로 고려하여 산정하였다.
더불어, 분석 기간에 해당하는 수문자료로서 팔당댐, 한강대교, 행주대교, 전류 관측소 등의 해발 수위와 유량 자료를 검토하였다. 이 중에서 한강대교 관측소의 유량자료를 주로 참조하였다.

이론/모형

Hwang et al.(2007)에 따라 실측한 단면자료로부터 퇴적량과 세굴량을 각각 계산하고 단면 사이 거리도 고려하여 하상변동량을 산정하였다. 2009년 홍수기 전에 비해 홍수 후 평균 하상변동량은 0.
이 측량은 하상변동조사 측량에 해당되며, 지형현황 측량과 종단 및 횡단 측량으로 구성된다(KWRA, 2009). 지형현황 측량에 대해, 2002년에 수립된 한강 하천정비기본계획(MOCT, 2002)에 보고된 평면도와 측점을 활용하였다. 과거 500 m 간격의 단면을 정규 단면으로 두고 수심측량을 실시하였다.

성능/효과

‘저수로 만제 유량’에 기반한 평균 하상고를 이용함으로써 최심 하상고에 의한 분석에 비해 하상고의 종단변화와 시기 별 상승과 저하 경향을 보다 분명하게 드러낼 수 있었다.
(2007)에 따라 실측한 단면자료로부터 퇴적량과 세굴량을 각각 계산하고 단면 사이 거리도 고려하여 하상변동량을 산정하였다. 2009년 홍수기 전에 비해 홍수 후 평균 하상변동량은 0.93 Mm³로서 세굴이었으나, 2009년 홍수 후 대비 2010년 홍수기 전의 그것은 퇴적 경향의 0.91 Mm³으로서 직전의 세굴 경향 평균 변동량과 맞먹는 양으로 드러났다. 즉, 평균 또는 누적의 의미에서 2009년 홍수로 세굴된 하상이 그 이전 상태로 회복되었음을 의미한다.
20)을 기준으로 부등류 계산에 따라 수위가 고수부지를 넘지 않도록 시행착오법으로 결정하였다. 그 결과로서 6,600 m³/s 정도가 적당하였으며, 계산된 수위가 고수부지 표고 높이보다 높을 때에는 고수부지를 차단하여 흐름이 저수로에 국한되도록 인위적으로 조정하였다.
‘평균 하상’을 기준으로 계산된 하상변동량 덕분에 한강 하구에서 시기 별 하상변동량을 실제에 가깝게 파악할 수 있으며 변동 규모를 서로 비교할 수 있었다. 또한, 그 누적량을 일유출 이력과 대조함으로써 한강 하구에서 하상변동 경향이 홍수에 의한 저하와 비홍수기 조석에 의한 상승의 순환임을 확인하였다.
‘저수로 만제 유량’에 기반한 평균 하상고를 이용함으로써 최심 하상고에 의한 분석에 비해 하상고의 종단변화와 시기 별 상승과 저하 경향을 보다 분명하게 드러낼 수 있었다. 또한, 산남습지 구간에서 저수로 평균 하상고와 일치, 일산대교 직상류에서 홍수 후에 나타난 하상 상승 포착 등 설계홍수량에 기반한 평균 하상고 분석으로는 확인하기 어려운 하상고 변화양상을 잘 파악할 수 있었다.
평균 하상고에서 보이는 이러한 변화는 3장에서 다룰 하상변동량 변화 경향과 잘 일치한다. 또한, 일산대교 직상류에서는 홍수 후에도 하상이 오히려 상승하는 것으로 나타났는데, 이는 설계 홍수량에 기반한 평균 하상고 변화에서는 잘 드러나지 않는다. 이러한 현상 역시 3장에서 다룰 하상변동량 변화 경향과 잘 부합한다.

후속연구

이것을 기준 하상으로 두고 하상변동량을 따져보는 것도 여러 시기 하상을 일관된 기준으로 비교할 수 있는 한 방법일 것이다. 또한, 통계적인 의미가 있을 정도로 자료가 축적되면, 초과 확률계산을 통한 재현기간 설정 등에서 확률과 통계를 통한 분석도 가능할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	저수로 하상변화에 초점을 맞추기 위해 적용한 것은 무엇인가?	한강 하구 신곡수중보 하류에서 하상변동 조사를 실시하고 평균 하상고와 하상변동량을 계산하여 하상변동 경향에 대해 검토하였다. 저수로 하상변화에 초점을 맞추기 위해 부등류 계산을 통한 시행착오법으로 '저수로 만제 유량'을 설정하여 평균 하상고를 산정하였다. '평균 하상'을 기준으로 계산된 하상변동량 덕분에 여러 시기 하상을 일관된 기준으로 비교할 수 있었다.
	황해와 만나는 하구 중 한강의 특징이 두드러지는 이유는 무엇인가?	조석 운동이 활발한 황해와 만나는 하구들은 평시에 수위 변동이 크고 밀물의 유속이 매우 강한 편이다. 특히, 한강은 황해로 흘러나가는 우리나라 하천 중에서 규모가 가장 크고 하굿둑이 없어 그 특징이 더욱 두드러진다.
	한강 하구에서의 하상변동의 원인은 무엇인가?	'평균 하상'을 기준으로 계산된 하상변동량 덕분에 여러 시기 하상을 일관된 기준으로 비교할 수 있었다. 한강 하구에서 하상변동 경향은 홍수에 따른 저하와 비홍수기 조석에 따른 상승의 순환으로 드러났다.

참고문헌 (14)

Han River Flood Control Office (HRFCO) (2018). Realtime hydrologic data - stage data, Available at: http://hrfco.go.kr (Accessed 21 May 2018) (in Korean).
Hwang, S.-Y., Lee, S. H. and Park, J. M. (2007). "Influence of floods and tides on the bed changes in the han river estuary." Proc. 2007 KSCE Conf., KSCE, pp. 4149-4152 (in Korean).
Kim, C. Y. and Yoon, K. S. (2003). "Morphological change studies of the lower Han River using the past bathymetry profiles." Proc. 2003 KSCE Conf., KSCE, pp. 1931-1936 (in Korean).
Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology (KICT) (2002). Analysis of bed changes in the lower Han River (in Korean).
Korea Water Resources Association (KWRA) (2009). River design criteria and guidelines (in Korean).
Ministry of Construction and Transportation (MOCT) (2002). Master plan for river maintenance in the Han River system - Supplements (in Korean).
Ministry of Land, Infrastructure and Transport (MOLIT) (2014). List of rivers in Korea (in Korean).
Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs (MLTM) (2008). 2006-2008 Research report on bed changes in the lower Han River (in Korean).
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MLTM (2010). 2010 Research report on bed changes in the lower Han River (in Korean).
MOCT (2005). Research report on bed changes in the lower Han River (in Korean).
MOCT (2007). 2006 Korea annual hydrological report (in Korean).
MOLIT (2016). 2016 Korea annual hydrological report (in Korean).
Oh, Y. M., Hwang, S.-Y. and Kim, S. E. (2003). "Measurement of turbidity and current at Han River downstream." Proc. 2003 KWRA Conf., KWRA. pp. 851-854 (in Korean).

저자의 다른 논문 :

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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