[논문]기후변화에 따른 제방의 홍수취약성지수 민감도 분석

이후상; 이재준

doi:10.3741/jkwra.2018.51.s-1.1161

기후변화에 따른 제방의 홍수취약성지수 민감도 분석
Sensitivity analysis of flood vulnerability index of levee according to climate change 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.51 no.11 suppl., 2018년, pp.1161 - 1169

이후상 (금오공과대학교 토목공학과) , 이재준 (금오공과대학교 토목공학과)

초록
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본 연구에서는 하천 제방에 대한 홍수취약성을 평가하는 새로운 기법을 제시하고 기후변화에 따라 변화하는 수위에 대하여 제방에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위해 먼저 2차원 지하수침투 모형인 SEEP/W를 이용하여 제방의 침투거동을 분석하여 침투안전성을 평가하였다. 침투거동뿐만 아니라 기후변화에 따른 하천환경여건을 고려하는 제방의 취약성 분석 기술이 필요함으로써 본 연구에서는 추가적으로 제방의 취약성 분석에 필요한 인자를 도출하여 제방의 홍수취약성지수(levee flood vulnerability index； LFVI)에 의한 취약성 평가기법을 새로이 개발 하였다. 대상지역을 한강 본류 서울 구간으로 선정하여 하도별 제방의 크기를 조사하였고 조사한 제방을 상류부, 중류부, 하류부로 구분하여 3개의 대표 제방을 선정하였다. 이들 대표 제방지점에서 현재의 계획홍수위와 기후변화 시나리오 RCP8.5를 고려한 계획홍수위를 적용하여 제방의 활동 안전율과 제방홍수취약성지수를 분석하였다. 그리고 제방홍수취약성지수를 구성하는 각각 인자들에 대하여 기후변화에 따른 변화 정도를 파악하였다. 이들 인자들을 종합적으로 활용한 제방홍수취약성지수 값을 이용하여 최종적으로 기후변화에 따른 제방의 취약성을 추정할 수 있도록 하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, a new methodology was proposed to evaluate the flood vulnerability of river levee and to investigate the effect on the levee where the water level changes according to climate change. The stability of levee against seepage was evaluated using SEEP/W model which is two-dimensional groundwater infiltration model. In addition to the infiltration behavior, it is necessary to analyze the vulnerability of the embankment considering the environmental conditions of the river due to climate change. In this study, the levee flood vulnerability index (LFVI) was newly developed by deriving the factors necessary for the analysis of the levee vulnerability. The size of river levee was investigated by selecting the target area. The selected levees were classified into upstream part, midstream part and downstream part at the nearside of Seoul in the Han river, and the safety factor of the levee was analyzed by applying the design flood level of the levee. The safety ratio of the levee was analyzed by applying the design flood level considering the current flood level and the scenario of climate change RCP8.5. The degree of change resulting from climate change was identified for each factor that forms the levee flood vulnerability index. By using the levee flood vulnerability index value utilizing these factors comprehensively, it was finally possible to estimate the vulnerability of levee due to climate change.

주제어

표/그림 (13)

그림 Fig. 1. Flood Vulnerability Index(FVI) developed by NILIM, Japan
그림 Fig. 2. Flood Vulnerability Index(FVI) developed in case of Philippines
그림 Fig. 3. Site of levee considered in this study and schematic diagram of levee
표 Table 1. Classification of Levee Flood Vulnerability Index(LFVI)
표 Table 2. Flood discharge and water depth according to climate change
표 Table 3. Safety factor analysis of levee according to climate change
표 Table 4. Vulnerability index factor according to climate change
표 Table 5. Levee Flood Vulnerability Index analysis according to climate change
그림 Fig. 4. The relationship between LFVI and flood water depth (variation)
그림 Fig. 5. The relationship between LFVI and free borad(variation)
그림 Fig. 6. The relationship between LFVI and seepage line chang edegree (variation)
그림 Fig. 7. The relationship between LFVI and safety factor (variation)
그림 Fig. 8. The relationship between LFVI and safety factor(value)

AI 본문요약
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문제 정의

최근 하천개수계획 수립에 따라 제방의 신설 또는 증축이 대대적으로 이루어지고 있고 기후변화에 따른 수문기상현상 변화로 인해 하천의 수위와 제방 내 침투현상 등의 인자들이 변하게 되어 제방에 대한취약성분석의 실제적인 연구가 요구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 현재 상황의 제방의 데이터를 통해 제방의 침투안전성을 분석하고 제방의 취약성에 영향을 주는 인자를 도출하여 각각 인자들을 이용한 제방홍수취약성을 분석하기로 한다. 그리고 기후변화 시나리오에 따른 수위변화를 고려하여 제방홍수취약성지수의 구성인자에 대한 민감도 분석을 실시하기로 한다.

제안 방법

이를 토대로 본 연구에서는 홍수취약성지수를 기반으로 재구성하여 하천시설물인 제방에 영향을 주는 인자를 도출하여 제방홍수취약성지수(levee flood vulnerability index；LFVI)를 개발하기로 한다.

대상 데이터

대상유역으로 한강 본류 서울시 구간을 대상으로 하였으며 한강 제방의 제원에 대한 전수조사를 통하여 하폭을 기준하여 총 20개 단면으로 분류하였다. 그 중에서 대표단면을 상류부, 중류부, 하류부로 나누어 3개의 구간을 정하였다.

데이터처리

본 연구에서는 대상유역인 한강 본류 서울시구간의 대표 제방의 홍수량은 기후변화 시나리오 RCP8.5를 기반으로 2016년, 2025년, 2055년의 홍수량을 산정하여 HEC-RAS모형을 이용하여 제방의 홍수위 시 수심을 구하였고 2016년도 홍수량과 홍수위를 100%로 하여 기후변화에 따른 수위가 얼마나 상승하는지를 알아보았고 그것을 Table 2에 나타내었다.

이론/모형

본 연구에서는 대상유역인 한강 본류 서울시구간 대표 제방의 활동 안전율을 분석하기 위하여 SEEP/W모형을 이용하였다. 제방 지점의 하천수위는 현재 계획홍수위와 기후변화를 고려한 홍수위를 고려하여 수위를 설정하였다.

성능/효과

3) 본 연구에서 분석한 결과 기후변화에 따른 수위상승으로 인한 제방홍수취약성지수의 인자의 변화율을 살펴보면, 여유고는 2016년도 계획홍수위시 100%에서 2025년도에는 좌안 상류부에서 최대 73.3%까지 감소하였고 2055년도에는 우안 하류부에서 최대 28.3%까지 감소하였다. 활동 안전율은 2016년도 계획홍수위 시 100%에서 2025년도에는 좌안 중류부에서 최대 56%까지 감소하였고 2055년에는 좌안 하류부에서 최대 49.
4) 기후변화 시나리오에 따른 제방홍수취약성지수(Levee Flood Vulnerability Index, LFVI) 값을 이용한 제방의 취약성 등급을 살펴보면, 좌안제방의 상류부 등급은 2~1등급으로 추정되었고 중류부 등급은 4~1등급으로 추정되었으며 하류부에서는 5~1등급으로 추정되었다. 우안제방의 상류부 와 중류부에서 등급은 6~1등급, 그리고 하류부의 등급은 4~1등급으로 추정되어 기후변화가 진행될수록 제방홍수취약성지수의 등급이 낮아져서 제방의 안전성이 악화되는 것으로 나타났다.
5) 기후변화에 따른 하천의 수위상승으로 인하여 제방홍수취약성지수에 미치는 영향으로는 여유고와 활동 안전율이 감소하였고 침윤선 길이 비가 감소하는 것으로 분석되었다. 이 결과 제방홍수취약성지수를 이용하여 기후변화에 따른 하천의 수위상승으로 인해 제방이 취약해지는 것을 알 수 있었고 제방홍수취약성지수를 이용한 대책으로 수위상승에 따른 여유고 증대, 침윤선 길이 비를 증가시키기 위한 제방 단면 확대를 통하여 제방홍수취약성지수의 등급을 높여 제방의 안전성을 높일 수 있을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	제방에 대한취약성분석에 대한 요구가 증가하고 있는 이유는?	최근 하천개수계획 수립에 따라 제방의 신설 또는 증축이 대대적으로 이루어지고 있고 기후변화에 따른 수문기상현상 변화로 인해 하천의 수위와 제방 내 침투현상 등의 인자들이 변하게 되어 제방에 대한취약성분석의 실제적인 연구가 요구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 현재 상황의 제방의 데이터를 통해 제방의 침투안전성을 분석하고 제방의 취약성에 영향을 주는 인자를 도출하여 각각 인자들을 이용한 제방홍수취약성을 분석하기로 한다.
	홍수취약성지수를 무엇을 위하여 개발되었는가?	홍수취약성지수는 홍수에 대한 경각심을 고취하여 일반인들도 쉽게 홍수 위험을 쉽게 이해할 수 있고 정부의 치수정책 우선순위를 결정하기 위하여 개발하였다. 홍수취약성지수의 기상과 관련된 인자는 미국 해양대기관리처(NOAA)의 자료를 이용하여 유역단위의 선형 회귀분석을 통해 기후변화에 따른 홍수 피해와 취약성을 지수화하여 각 유역별 홍수 취약정도를 제시하였다.
	하천수위의 급상승과 급강하에 따른 영향은 무엇인가?	이때의 강우 유출은 하천으로 집중되며 하천수위의 급상승과 급강하을 일으키는 원인이 된다. 하천수위의 변동은 제방파괴를 가져올 수도 있으며 제방에 손상을 주기도 한다. 또한 하천수위의 급상승으로 인하여 제체내의 침윤선과 침투유속, 동수경사를 변화시켜 제방에 지속적인 영향을 주게 된다. 그러므로 제방에 영향을 주는 인자를 파악하고 기후변화에 따른 유동적인 대체 방안이 있어야 제방파괴로 인하여 발생한 피해를 저감할 수 있다.

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