[논문]동해안 하천 하구부의 하천재해 방지를 위한 수리특성 분석

최종호; 전계원; 윤영호

doi:10.21729/ksds.2018.11.2.83

동해안 하천 하구부의 하천재해 방지를 위한 수리특성 분석
Hydraulic Characteristic Analysis for Prevention of River Disaster at Estuary in the Eastern Coast of Korea 원문보기

한국방재안전학회논문집 = Journal of Korean Society of Disaster and Security, v.11 no.2, 2018년, pp.83 - 89

최종호 (강원대학교 방재전문대학원) , 전계원 (강원대학교 방재전문대학원) , 윤영호 (강원도립대학교 건설지적토목과)

초록
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동해안 하천의 하구는 토사퇴적이 현저하게 진행되는 곳으로 하천과 바다의 소통이 단절되는 하구폐색현상이 발생하는 곳이 많다. 하구폐색은 수역을 정체시켜 수질악화 및 홍수시 안전도를 위협하는 등 하천 환경적으로 위험지역을 형성한다. 이에 본 연구에서는 하구폐색에 의해 방재기능이 상실 된 하구를 대상으로, 안정하도를 유지하고 홍수량을 안전하게 소통시킬 수 있도록 하구사주 부근의 유심부를 기준으로 유로의 위치와 폭 등을 변화하여 가장 안정된 흐름을 형성할 수 있는 유로의 형태를 찾고 그 결과를 검토하기 위해 2차원 수리학적 해석 모형인 SRH-2D(ver 3.0) 모형을 이용하여 수치모의를 수행하였다. 모의결과 유심부 주변 하구사주의 하상고를 전체적으로 동일하게 낮춰 주는 방법이 수리특성의 변동에 민감하지 않고 유수를 원활히 소통시키는데 가장 효과적인 방법으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

The significant sedimentation at the estuary in the eastern coast of Korea frequently causes river mouth occlusion where disconnection between the river and sea is observed. River mouth occlusion causing watershed retention raises the environmental risk of the area as it impairs water quality and threatens the area's safety in the event of floods. This study proposes a plan to maintain stability of river channel and flow of flood discharge at the estuary with loss of its function for disaster prevention. To this end, the study tries to change the location and width of stream path, focusing on the center line of stream near the sand bar of river mouth. This allows to identify a shape of stream path that leads the most stable flow. To review the result, this study uses the SRH-2D, a model for two-dimensional hydraulic analysis, and conduct numeric simulation. The simulation result showed that the most effective plan for maintaining the stable flow of running water without having the area sensitive to changes in hydraulic characteristics is to lower the overall river bed height of the sand bar near the center line of stream to a equal level.

주제어

표/그림 (15)

그림 Fig. 1. Study area
그림 Fig. 2. Water level change due to the effect of estuary occlusion (2015.1.1.~3.31)
그림 Fig. 3. Monitoring of the gagokcheon estuary occlusion using CCTV
그림 Fig. 4. Finite element mesh of study area
그림 Fig. 5. Observation line for flow characteristic analysis
그림 Fig. 6. Flow path type configuration
그림 Fig. 7. Setting the roughness coefficient by zone
표 Table 1. Topographic data by case type
표 Table 2. Setting the roughness coefficient by zones
그림 Fig. 8. Water depth and velocity distribution due to estuary occlusion
그림 Fig. 9. Water depth and velocity distribution due to estuary open
표 Table 3. Comparison of hydraulic characteristics due to occlusion and open of estuary
그림 Fig. 10. Analysis of water depth according to flow path type
그림 Fig. 11. Analysis of velocity according to flow path type
표 Table 4. Analysis of hydraulic characteristics according to flow path type

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 하구 개폐의 영향에 따른 수리특성의 변화를 저감하기 위한 목적으로 해안으로 유출되는 유로의 형태를 유심부를 기준으로 좌안, 중앙, 우안의 형태로 유로를 독립적으로 구성하였을 때 하천 관리 측면에서 어떤 유로의 형태가 효과적으로 유수를 원활히 소통 시킬 수 있는지 2차원 수치모형인 SRH-2D(ver 3.0)를 활용하여 검토하였다.

제안 방법

또한 수치 모델의 흐름 보정을 위한 조도계수의 입력은 검증 작업을 거쳐야 하나 연구대상 지역의 관측 수위 자료의 부재로 검증에 한계가 있다. 따라서 본 연구에 사용된 조도계수는 실제 가곡천 하구부 현장조사를 토대로 얻은 기본자료를 Cowan(NRCS)방법을 이용하여 다음 Fig. 7과 같은 영역으로 구분하고 특성에 맞게 Table 2와 같이 입력하였다.
또한 하구가 폐색 되었을 때와 하구가 개방 되었을 때 그리고 하구폐색 지형을 기준으로 하구사주의 하상고를 동일하게 -1 m, -2 m 조정 하였을 때의 지형을 합하여 총 10가지의 수치모의 조건에 대한 지형자료를 구축하였다.
본 연구에서는 Fig. 6과 같이 유심부를 기준으로 하구사주의 좌안, 중앙, 우안의 형태로 인위적으로 굴착하여 유로를 형성하였을 때, 어떠한 유로의 형태가 유수를 원활히 소통시킬 수 있는지 확인하기 위해 유로의 형태별로 하폭을 20 m, 40 m로 구분하여 6가지 형태의 지형 자료를 구축하였다.
본 연구진은 하구개폐에 따른 하도 내 수리특성을 연관 지어 분석하기 위해 월천교에 설치되어있는 레이더 수위계와 하구부 인근에 하구개폐현상을 관측하기 위해 설치된 CCTV를 연계하여 실시간 관측을 수행하였다.
수치모의를 위한 경계조건은 하천의 방재적인 측면을 고려해 가곡천 하천 정비 기본 계획(2015)에서 기술한 100년 빈도의 홍수량 1,597CMS와 수위 1.97 m를 적용하여 정상류 상태에서의 모의를 수행하였다.
수치모의를 위한 지형자료는 “가곡천 하천 정비 기본 계획(2015)”의 종·횡단면 자료와 평면도 자료를 기반으로 구축하였다.
유로의 형태가 홍수시의 수위 상승에 주는 영향과 유속분포를 모의하여 하구폐색시 하천 관리 측면에서 어떤 유로의 형태가 효과적인지 Case1(하구폐색)과 Case2(하구개방)을 기준으로분석하였다.
하천 하구부에 하구폐색 현상이 현저히 발달하면 하천의 본래 형상과 수리학적 기능을 상실하게 되고 수질악화 및 홍수시 안전도를 위협하는 등 하천환경적으로 위험지역을 형성한다. 이에 본 연구에서는 하구폐색 관리차원에서 안정하도를 유지하고 홍수류를 안전하게 소통할 수 있도록 하구사주에 여러 형태의 유로를 형성하였을 때 가장 효과적인 대안을 검토하기 위해 2차원 수리학적 해석 모형인 SRH-2D(ver 3.0) 모형을 이용하여 수치모의를 수행하였다. 모의결과 유심부를 중심으로 하구사주를 좌안, 중앙, 우안 방향으로 유로를 인위적으로 형성하는 방법 보다는 유심부 주변 하구사주의 하상고를 전체적으로 동일하게 낮춰 주는 방법이 수리특성의 변동에 민감하지 않고 유수를 원활히 소통시키는데 가장 효과적인 방법으로 확인되었다.

대상 데이터

본 연구 대상지역인 가곡천은 동해안에 발달한 전형적인 산지하천으로 하천의 하구는 담수와 염수가 접하는 하구역을 형성하며 동해로 직접 유입되는 하천이다. 가곡천은 홍수시를 제외하면 하천을 통한 유출량이 적어 해역에서 하구부로 내습되는 연안류의 영향에 의해 하구 좌우안에 걸쳐 하구사주가 발달하여 하구폐색현상이 발생하고 있다.
본 연구의 지역범위는 가곡천 하구 일대로 상류 월천교 지점부터 하류 해안선과 접하는 지점까지 약 1.1 km를 대상 구간으로 설정하였다(Fig. 1).
연구의 대상하천인 가곡천은 강원도 삼척시 가곡면 풍곡리 용소골 상류에서 발원하여 원덕읍 월천리 해안으로 합류하는 한강 동해권 수계의 지방하천이다.

성능/효과

모의결과 유심부를 중심으로 하구사주를 좌안, 중앙, 우안 방향으로 유로를 인위적으로 형성하는 방법 보다는 유심부 주변 하구사주의 하상고를 전체적으로 동일하게 낮춰 주는 방법이 수리특성의 변동에 민감하지 않고 유수를 원활히 소통시키는데 가장 효과적인 방법으로 확인되었다.
이에 따라 가곡천은 하구의 폐쇄로 인한 흐름의 장애가 발생하여 중장비를 이용하여 수시로 유로를 만들어 주고 있는 상황이며 이러한 영향으로 상류부 수위가 변동되어 수위-유량의 관계에 영향을 주는 것으로 확인 되었다.
2015년 1월 7일부터 2015년 2월 7일 기간 동안은 장기간의 하구폐색현상이 관측되었으며 하구폐색 전 0.07 m의 수위를 기점으로 최대수위 0.8 m를 기록하였고 평균 0.77 m이상의 수위가 유지되는 것으로 관측되었다.
수치모의를 위한 지형자료는 “가곡천 하천 정비 기본 계획(2015)”의 종·횡단면 자료와 평면도 자료를 기반으로 구축하였다. SRH-2D모형을 수행하기 위해 연구대상 지역에 대해 불규칙 삼각형과 사각형의 비정형 격자망을 구성하여 총 7,626개의 노드와 9,564개의 유한 요소를 나타내었다. Fig.
두 번째 대안으로 유심부 중앙에 유로를 형성하는 경우이며, 이러한 경우 또한 유심부 좌안과 중앙에 유로를 형성하는 경우보다 효과적이다.
또한 관측 단면1에서 Case10(1.36 m/s)을 제외한 나머지 Case는 빠른 유속장(1.80~2.28 m/s)이 형성 되는 것으로 분석되었으며, 반면 Case10(1.13~1.67 m/s)은 Case2(1.14~1.69 m/s)와 같이 관측단면 상류부터 하류까지 홍수류가 안정적으로 흐르는 것으로 확인되었다(Fig. 11).
따라서 하구폐색 시에 홍수류가 하구사주를 월류할 때 급격히 유속이 증가하게 되고, 이는 침식작용이 발달로 이어져 하구가 개방되는 것으로 해석할 수 있다. 또한 유출부와 가까운 관측단면 1,2를 제외한 나머지 상류 3~7단면에서는 Case1의 유속분포(1.04~1.53 m/s) 보다 Case2의 유속분포(1.14~1.69 m/s)가 약 1.11배 커지는 것으로 확인되었다. 수심의 경우 Case1은 2.
모의결과 Fig. 10에서 알 수 있듯이 유심부 좌안(Case3,4), 중앙(Case5,6), 우안(Case7,8)의 방향으로 유로를 형성한 Case와 하구폐색 지형의 하상고를 조정한 Case9,10 모두 Case1과 비교 했을 때 수심이 평균 0.25 m 내외로 저감되는 것으로 나타났다.
종합분석결과 하구폐색 지형의 하상고를 조정한 Case(9,10)가 하천관리측면에서 하구개폐의 영향에 따른 수리특성의 변화를 저감하기 위한 대안으로 가장 효과적인 것으로 나타났다.

후속연구

또한 수치 모델의 흐름 보정을 위한 조도계수의 입력은 검증 작업을 거쳐야 하나 연구대상 지역의 관측 수위 자료의 부재로 검증에 한계가 있다. 따라서 본 연구에 사용된 조도계수는 실제 가곡천 하구부 현장조사를 토대로 얻은 기본자료를 Cowan(NRCS)방법을 이용하여 다음 Fig.
하구는 하천흐름과 파랑, 연안류, 조류 등에 의하여 복잡하고 다양한 수리현상의 양상을 나타내기 때문에 향후 연구에는 하천흐름에 따른 하상변동과 하구 전면해역의 수리 현상을 고려하여 본 연구결과의 신뢰성을 높일 계획이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	하구폐색은 어떤 악영향을 끼치는가?	동해안 하천의 하구는 토사퇴적이 현저하게 진행되는 곳으로 하천과 바다의 소통이 단절되는 하구폐색현상이 발생하는 곳이 많다. 하구폐색은 수역을 정체시켜 수질악화 및 홍수시 안전도를 위협하는 등 하천 환경적으로 위험지역을 형성한다. 이에 본 연구에서는 하구폐색에 의해 방재기능이 상실 된 하구를 대상으로, 안정하도를 유지하고 홍수량을 안전하게 소통시킬 수 있도록 하구사주 부근의 유심부를 기준으로 유로의 위치와 폭 등을 변화하여 가장 안정된 흐름을 형성할 수 있는 유로의 형태를 찾고 그 결과를 검토하기 위해 2차원 수리학적 해석 모형인 SRH-2D(ver 3.
	동해안 하천의 하구의 특징은?	동해안 하천의 하구는 토사퇴적이 현저하게 진행되는 곳으로 하천과 바다의 소통이 단절되는 하구폐색현상이 발생하는 곳이 많다. 하구폐색은 수역을 정체시켜 수질악화 및 홍수시 안전도를 위협하는 등 하천 환경적으로 위험지역을 형성한다.
	하구 폐색 현상이 발생시키는 직접적인 문제의 예는?	이러한 하구 폐색 현상이 상당 규모로 진행되면 하구의 원래의 형상과 수리학적 기능을 상실하게 되고 강우시 기점 수위 증가에 따른 하도 내의 홍수위 상승으로 내수침수 및 외수범람이 발생하여 하구 주변 지역의 재해 발생 가능성을 증대시킬 수 있다(김성모, 2002). 또한 수질오염, 선박통행 제한, 어류의 이동 저해 등 하천환경 및 하천생태학적으로 많은 문제를 발생시킨다(Torii 등, 2011). 이처럼 하구부에서 광범위하게 발생하는 문제를 해결하기 위해서는 구조적 대책공법의 일환인 도류제 축조 계획과 비구조적인 대책공법인 하구사주의 지속적인 준설을 수행하는 방법이 있다.

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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