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문제 정의
- 본 연구에서는 청미천에 인접한 농경지를 대상으로 HEC-RAS 1차원 단독 및 1차/2차원 연계 침수모의를 수행하고, 모의 결과를 비교 및 분석하여 HEC-RAS의 1차/2차원 연계 침수 모의의 적용성을 분석하였다. 1차원 단독 모의의 경우 하천의 좌/우안을 하도로 가정하여 수위 및 침수 모의를 수행하였으며, 1차/2차원 연계 모의의 경우 1차원 모의를 통해 하천 수위를 산정하고 2차원 모의를 통해 하천변 월류수의 유동을 해석하였다.
- 본 연구에서는 하천변 농경지를 대상으로 HEC-RAS를 이용하여 1차/2차원을 연계한 침수 모의를 실시하고, 1차원 단독 침수 모의 결과와의 비교 및 분석을 통해 1차/2차원 연계침수 모의의 특성 및 적용성을 분석하고자 한다.
제안 방법
- 본 연구에서는 청미천에 인접한 농경지를 대상으로 HEC-RAS 1차원 단독 및 1차/2차원 연계 침수모의를 수행하고, 모의 결과를 비교 및 분석하여 HEC-RAS의 1차/2차원 연계 침수 모의의 적용성을 분석하였다. 1차원 단독 모의의 경우 하천의 좌/우안을 하도로 가정하여 수위 및 침수 모의를 수행하였으며, 1차/2차원 연계 모의의 경우 1차원 모의를 통해 하천 수위를 산정하고 2차원 모의를 통해 하천변 월류수의 유동을 해석하였다.
- 1차원 수위 모의 결과와 연계한 2차원 유동 해석을 통해 제방 월류에 의한 하천변 농경지의 침수 모의를 수행하였다. 1차원 수위 모의 결과를 분석하여 월류 지역을 구분하고, HEC-RAS에서 월류 지역의 하천 제방에 가상의 위어를 만들어 월류 유량이 제방을 범람하여 제내지로 유입되도록 설정하였다. HEC-RAS에서는 횡월류 구조물 (Lateral structure)를 통해 1차원 수위 모의 결과를 2차원 해석구역으로 연결시켜줄 수 있으며, 횡월류 구조물에는 위어, 수문, Culvert 등이 있다.
- 1차원 수위 모의 결과와 연계한 2차원 유동 해석을 통해 제방 월류에 의한 하천변 농경지의 침수 모의를 수행하였다. 1차원 수위 모의 결과를 분석하여 월류 지역을 구분하고, HEC-RAS에서 월류 지역의 하천 제방에 가상의 위어를 만들어 월류 유량이 제방을 범람하여 제내지로 유입되도록 설정하였다.
- 200년 빈도 설계홍수량을 입력하여 HEC-RAS의 1차원 부정류 해석을 수행하고, 청미천의 수위 변화를 모의하였다. Fig.
- 200년 빈도 설계홍수량을 입력하여 HEC-RAS의 1차원 부정류 해석을 통해 하천 수위를 모의하였다. 앞서 산정한 4개 지점 (응천 합류점, 오갑천 합류점, 설성천 합류점 및 금곡천 합류점)의 200년 빈도 홍수량을 수문곡선 형태로 입력하였으며, 청미천 하구의 경우 수위-유량 곡선을 통해 수위를 산정하여 입력하였다.
- 2차원 유동해석 결과를 바탕으로 침수지구의 침수 특성을 분석하였다. 침수면적, 평균침수심, 최대침수심, 평균유속, 최대유속, 침수시간 등 침수 특성 자료를 분석하고, 1차원 수위 모의를 단독으로 사용하였을 때의 침수 특성과 비교하였다.
- HEC-GeoRAS를 이용해 1차원 모의에 의한 침수해석 결과를 분석하였다. HEC-GeoRAS는 미육군공병단에서 개발하였으며, HEC-RAS의 입력자료 구축, 모의결과 분석 등에 활용되는 GIS 확장 모형이다 (Kim et al.
- HEC-RAS의 1차/2차원 연계 유동 해석을 통해 청미천 인근 농경지의 침수 모의를 수행하였다. Table 4는 1차원 및 1차/2차원 연계 침수 모의 결과를 요약하여 나타내고 있다.
- HEC-RAS의 1차원 수위 모의 결과에 대한 보정 및 검정을 수행하였다. 보정 지점은 청미천 본류의 설성천 합류점 인근으로, 압력식수위계를 설치하여 하천 수위를 측정하였다.
- 030을 초기값으로 적용하였다. 국가공간정보포털에서 제공하는 수치지도와 청미천 하천기본계획의 측량자료를 병합하여 GIS를 이용해 DEM을 생성하였으며, 2차원 유동 해석을 위해 유역의 DEM자료를 Tiff 형식으로 변환하여 HEC-RAS에 입력하였다. Fig.
- 하지만 하천기본계획에서는 정상류 해석을 위한 하나의 기점 홍수위만을 산정하였다. 따라서 본 연구에서는 청미천 말단에 위치한 수위관측소의 수위자료를 하류단 경계수위로 이용하였으며, 빈도 홍수량에 대한 경계수위는 수위-유량 곡선을 이용해 수위를 역추적하여 입력자료로 이용하였다.
- 하천 수위 모의 결과를 바탕으로 월류가 발생하는 하천 구간을 분류하였으며, 하천의 좌/우안에 대해 월류에 의한 2차원 유동 해석을 수행하였다. 마지막으로 2차원 유동 해석 결과를 분석하여 해당 지역의 침수 특성을 분석하고, HEC-RAS를 이용한 1, 2차원 연계 농경지 침수 모의의 적용성을 분석하였다.
- PreRAS 및 PostRAS 과정은 HEC-GeoRAS를 이용해 수행할 수 있으며, GIS와 HEC-RAS의 입⋅출력 자료는 서로 호환이 가능하도록 개발되었다. 본 연구에서는 HEC-GeoRAS를 이용해 1차원 모의에 의한 침수특성을 분석하였으며, 자세한 내용은 아래 2차원 모의 결과와 함께 기술하였다.
- 1은 본 연구의 흐름을 나타내고 있다. 본 연구에서는 HEC-RAS를 이용한 1차/2차원 연계 침수 모의를 위해 먼저 강우자료를 수집하고, 빈도분석을 통해 확률강우량을 산정하였다. 확률강우량은 Huff 분포를 이용해 시간별 강우량으로 상세화하였으며, Clark 단위도 방법을 이용해 설계홍수량을 산정하였다.
- 앞서 산정한 4개 지점 (응천 합류점, 오갑천 합류점, 설성천 합류점 및 금곡천 합류점)의 200년 빈도 홍수량을 수문곡선 형태로 입력하였으며, 청미천 하구의 경우 수위-유량 곡선을 통해 수위를 산정하여 입력하였다. 부정류 계산간격은 30초로 설정하였으며, 계산결과는 1시간 간격으로 출력하였다.
- 이천 기상관측소에서 해당 기간의 시간별 강우자료를 수집하고, HEC-HMS 모형을 이용하여 직접유출량을 산정하였다. 산정된 유출량은 HEC-RAS의 입력자료로 활용되었으며, 하천 수위를 모의하여 실측 수위와의 보정 및 검정을 실시하였다. 보정 및 검정을 위한 통계적 변량은 결정계수 (Coefficient of determination; R2), Nash-Sutcliffe efficiency coefficient (NSE) 및 평균제곱근오차 (Root Mean Square Error; RMSE)를 사용하였으며, 각각의 식은 Table 2와 같다.
- 확률강우량은 Huff 분포를 이용해 시간별 강우량으로 상세화하였으며, Clark 단위도 방법을 이용해 설계홍수량을 산정하였다. 설계홍수량과 하천기본계획의 지형자료를 HEC-RAS에 입력하여 1차원 부정류 해석을 수행하여, 하천수위를 산정하였다. 하천 수위 모의 결과를 바탕으로 월류가 발생하는 하천 구간을 분류하였으며, 하천의 좌/우안에 대해 월류에 의한 2차원 유동 해석을 수행하였다.
- 수문입력자료 구축을 위해 강우자료를 수집하고 홍수량을 산정하였다. 강우자료는 청미천 인근에 위치한 이천 기상관측소의 자료를 사용하였으며, 자료기간은 1973년–2016년이다.
- 수위 모의 결과를 바탕으로 월류구간을 분류하였다. 최고수위가 하천의 제방의 표고를 초과하는 지점을 구분하고, 해당 단면 구간을 월류구간으로 분류하였다.
- 200년 빈도 설계홍수량을 입력하여 HEC-RAS의 1차원 부정류 해석을 통해 하천 수위를 모의하였다. 앞서 산정한 4개 지점 (응천 합류점, 오갑천 합류점, 설성천 합류점 및 금곡천 합류점)의 200년 빈도 홍수량을 수문곡선 형태로 입력하였으며, 청미천 하구의 경우 수위-유량 곡선을 통해 수위를 산정하여 입력하였다. 부정류 계산간격은 30초로 설정하였으며, 계산결과는 1시간 간격으로 출력하였다.
- 월류량의 확산 양상 해석을 위해 청미천의 좌/우안에 각각 침수해석구역을 설정하였다. 침수해석구역은 청미천 국가하천 구간을 따라 지형의 높낮이를 고려해 하천 제방으로부터 약 3 km - 6 km까지의 구역을 설정하였다.
- 수위 모의 결과를 바탕으로 월류구간을 분류하였다. 최고수위가 하천의 제방의 표고를 초과하는 지점을 구분하고, 해당 단면 구간을 월류구간으로 분류하였다. 2차원 침수 모의시 월류구간의 하천 제방 이상으로 상승하는 유량이 월류하여 하천변의 농경지로 흘러가도록 설정하였다.
- 2차원 유동해석 결과를 바탕으로 침수지구의 침수 특성을 분석하였다. 침수면적, 평균침수심, 최대침수심, 평균유속, 최대유속, 침수시간 등 침수 특성 자료를 분석하고, 1차원 수위 모의를 단독으로 사용하였을 때의 침수 특성과 비교하였다.
- 침수해석구역의 토지이용은 대부분 논으로 나타났으며, 논은 대부분 한 필지가 30m x 100m의 크기로 이루어져 있어 수치해석을 위한 격자 크기를 30m x 30m로 설정하였다. 침수해석구역은 앞서 구축한 위어와 연결하여 하천 월류수가 침수해석구역으로 유입되도록 설정하였다. Fig.
- 침수해석구역은 청미천 국가하천 구간을 따라 지형의 높낮이를 고려해 하천 제방으로부터 약 3 km - 6 km까지의 구역을 설정하였다. 침수해석구역의 토지이용은 대부분 논으로 나타났으며, 논은 대부분 한 필지가 30m x 100m의 크기로 이루어져 있어 수치해석을 위한 격자 크기를 30m x 30m로 설정하였다. 침수해석구역은 앞서 구축한 위어와 연결하여 하천 월류수가 침수해석구역으로 유입되도록 설정하였다.
- 설계홍수량과 하천기본계획의 지형자료를 HEC-RAS에 입력하여 1차원 부정류 해석을 수행하여, 하천수위를 산정하였다. 하천 수위 모의 결과를 바탕으로 월류가 발생하는 하천 구간을 분류하였으며, 하천의 좌/우안에 대해 월류에 의한 2차원 유동 해석을 수행하였다. 마지막으로 2차원 유동 해석 결과를 분석하여 해당 지역의 침수 특성을 분석하고, HEC-RAS를 이용한 1, 2차원 연계 농경지 침수 모의의 적용성을 분석하였다.
대상 데이터
- Table 1과 같이 보정에 활용한 강우사상은 2017년 7월 10일과 2017년 7월 16일에 발생하였으며, 총 강우량은 각각 91.3mm 및 64.9 mm이다. 검정에 활용한 강우사상은 2015년 7월 23일에 발생하였으며, 총 강수량은 83.
- 강우자료는 청미천 인근에 위치한 이천 기상관측소의 자료를 사용하였으며, 자료기간은 1973년–2016년이다.
- 검정은 국토교통부의 수위 측정 지점인 원부 수위관측소의 자료를 이용해 실시하였다. 검정 지점은 보정 지점에서부터 약 1.5 km 하류에 위치하고 있으며, 검정을 위해 1개의 강우사상을 선정하였다. Fig.
- 9 mm이다. 검정에 활용한 강우사상은 2015년 7월 23일에 발생하였으며, 총 강수량은 83.1 mm이다. 이천 기상관측소에서 해당 기간의 시간별 강우자료를 수집하고, HEC-HMS 모형을 이용하여 직접유출량을 산정하였다.
- 수위 측정은 2017년 7월부터 수행하였으며, 보정을 위해 2개의 강우사상을 선정하였다. 검정은 국토교통부의 수위 측정 지점인 원부 수위관측소의 자료를 이용해 실시하였다. 검정 지점은 보정 지점에서부터 약 1.
- 청미천 유역은 국제수문학프로그램 (International Hydrological Programme; IHP) 대표 시험유역으로 다양한 연구의 대상유역으로 활용되고 있다. 따라서 하천단면자료 등 HEC-RAS 모의를 위한 자료의 구축이 용이한 장점이 있고, 하천 인근에 농경지가 산재해 있어 본 연구의 대상유역으로 선정하였다.
- HEC-RAS의 1차원 수위 모의 결과에 대한 보정 및 검정을 수행하였다. 보정 지점은 청미천 본류의 설성천 합류점 인근으로, 압력식수위계를 설치하여 하천 수위를 측정하였다. 수위 측정은 2017년 7월부터 수행하였으며, 보정을 위해 2개의 강우사상을 선정하였다.
- 지형자료 구축을 위해 청미천 하천기본계획의 하천단면자료를 수집하였다. 본 연구에서는 청미천 국가하천 구간을 대상으로 침수 모의를 수행하였으며, 이를 위해 남한강 합류점에서부터 약 200 m 간격으로 총 124개 횡단면을 입력하였다. 조도계수는 하천기본계획에서 사용한 0.
- 본 연구의 대상유역으로 한강 수계의 청미천 유역을 선정하였다. 청미천 유역은 국제수문학프로그램 (International Hydrological Programme; IHP) 대표 시험유역으로 다양한 연구의 대상유역으로 활용되고 있다.
- 보정 지점은 청미천 본류의 설성천 합류점 인근으로, 압력식수위계를 설치하여 하천 수위를 측정하였다. 수위 측정은 2017년 7월부터 수행하였으며, 보정을 위해 2개의 강우사상을 선정하였다. 검정은 국토교통부의 수위 측정 지점인 원부 수위관측소의 자료를 이용해 실시하였다.
- 지형자료 구축을 위해 청미천 하천기본계획의 하천단면자료를 수집하였다. 본 연구에서는 청미천 국가하천 구간을 대상으로 침수 모의를 수행하였으며, 이를 위해 남한강 합류점에서부터 약 200 m 간격으로 총 124개 횡단면을 입력하였다.
- (2017; 2015)의 비정상성 빈도해석 방법을 사용하여 산정하였으며, 설계홍수량은 국토교통부에서 (2012)에서 제시한 ‘설계홍수량 산정 요령’을 바탕으로 HEC-HMS의 Clark 단위도법을 이용하여 산정하였다. 청미천 하천기본계획과 같이 5개 지점 (응천 합류점, 오갑천 합류점, 설성천 합류점, 금곡천 합류점 및 청미천 하구)에서 홍수량을 산정하였다.
- 월류량의 확산 양상 해석을 위해 청미천의 좌/우안에 각각 침수해석구역을 설정하였다. 침수해석구역은 청미천 국가하천 구간을 따라 지형의 높낮이를 고려해 하천 제방으로부터 약 3 km - 6 km까지의 구역을 설정하였다. 침수해석구역의 토지이용은 대부분 논으로 나타났으며, 논은 대부분 한 필지가 30m x 100m의 크기로 이루어져 있어 수치해석을 위한 격자 크기를 30m x 30m로 설정하였다.
데이터처리
- 산정된 유출량은 HEC-RAS의 입력자료로 활용되었으며, 하천 수위를 모의하여 실측 수위와의 보정 및 검정을 실시하였다. 보정 및 검정을 위한 통계적 변량은 결정계수 (Coefficient of determination; R2), Nash-Sutcliffe efficiency coefficient (NSE) 및 평균제곱근오차 (Root Mean Square Error; RMSE)를 사용하였으며, 각각의 식은 Table 2와 같다.
이론/모형
- 1 mm이다. 이천 기상관측소에서 해당 기간의 시간별 강우자료를 수집하고, HEC-HMS 모형을 이용하여 직접유출량을 산정하였다. 산정된 유출량은 HEC-RAS의 입력자료로 활용되었으며, 하천 수위를 모의하여 실측 수위와의 보정 및 검정을 실시하였다.
- 본 연구에서는 HEC-RAS를 이용한 1차/2차원 연계 침수 모의를 위해 먼저 강우자료를 수집하고, 빈도분석을 통해 확률강우량을 산정하였다. 확률강우량은 Huff 분포를 이용해 시간별 강우량으로 상세화하였으며, Clark 단위도 방법을 이용해 설계홍수량을 산정하였다. 설계홍수량과 하천기본계획의 지형자료를 HEC-RAS에 입력하여 1차원 부정류 해석을 수행하여, 하천수위를 산정하였다.
- 확률강우량은 Ryu et al. (2017; 2015)의 비정상성 빈도해석 방법을 사용하여 산정하였으며, 설계홍수량은 국토교통부에서 (2012)에서 제시한 ‘설계홍수량 산정 요령’을 바탕으로 HEC-HMS의 Clark 단위도법을 이용하여 산정하였다.
성능/효과
- 이를 확인하기 위해 침수심별 침수면적을 비교하여 Table 5에 나타냈다. 1.5 m 이하의 낮은 침수심에서는 1차/2차원 연계모의에 의한 침수면적이 넓은 것으로 나타났으며, 침수심이 깊어질수록 1차원 단독 모의에 의한 침수면적이 넓어지는 것을 확인할 수 있다. 특히, 0.
- 27 km2 큰 것으로 나타나 큰 차이를 보이지 않았다. 1차/2차원 연계 모의의 경우 Fig. 12과 같이 하천 제방을 따라 비교적 표고가 낮은 지역이 넓게 침수되는 것으로 나타났으며, 1차원 단독 모의의 경우 Fig. 11과 같이 1차/2차원 연계 모의에 비해 일부 구간에서 하천의 좌/우안으로 침수반경이 길게 침수되는 것으로 나타났다. 이는 1차원 부정류 해석의 경우 하천 좌/우안의 저지대를 하도로 가정하여 주하천이 범람하는 경우 주하천과 같은 수위를 가지도록 계산되기 때문으로 판단된다.
- 27 m으로 깊지 않은 편이고, 하천에서 멀어질수록 표고가 높아지는 좌안의 지형을 고려했을 때 1차원 모의에 의한 침수면적은 과도하게 산정된 것으로 판단된다. 1차/2차원 연계모의 결과, 월류된 물이 하천 인근의 저지대까지만 흘러가는 것으로 나타났으며, 이는 1차원 단독 모의에 비해 해당 지역의 지형적 특성을 잘 반영한 결과로 사료된다. B 지역에서는 1차원 단독 모의의 경우 하천 단면별 월류 유무에 따라 침수지역이 끊어져서 나타나는 경향을 보였으며, 1차/2차원 연계 모의의 경우 월류수가 지형의 높낮이에 따라 저지대 농경지에 넓게 퍼져나가는 것으로 나타났다.
- Table 3은 HEC-RAS의 1차원 수위 모의 보정 및 검정 결과를 나타내고 있다. 2017년 07월 10일에 발생한 강우사상에 대한 보정 결과, R2, NSE 및 RMSE는 각각 0.935, 0.986 및 0.250 m로 모의 수위와 실측 수위가 유사한 경향을 보이는 것으로 나타났다. 모의 첨두수위는 55.
- 따라서 실측 및 모의 첨두시간 차이가 대상지역의 침수 특성에 미치는 영향은 미미할 것으로 사료된다. 2017년 07월 16일에 발생한 강우사상에 대한 보정 결과, R2, NSE 및 RMSE는 각각 0.957, 0.982 및 0.272 m로 통계적 변량은 2017년 07월 10일 강우사상의 보정 결과와 유사하게 나타났다. 모의 첨두수위는 54.
- 5 m이하 침수심 구간에서 모의 방법에 따른 침수면적의 차이가 가장 큰 것으로 나타났으며, 침수심이 깊어질수록 침수면적의 차이는 비교적 작아지는 것으로 나타났다. Fig. 11 및 Fig. 12의 침수지도에서도 1차원 단독모의에 의해 계산된 침수심이 1차/2차원 연계 모의에 의해 계산된 침수심에 비해 높은 값을 가지는 것으로 나타났으며, 침수면적과 마찬가지로 지형적 요인에 의해 A, B 지역에서 특히 큰 차이를 보이는 것을 확인할 수 있다.
- 4 m 높은 것으로 나타났다. 낮은 침수심에서는 1차/2차원 연계모의에 의한 침수면적이 넓은 것으로 나타났으며, 침수 심이 깊어질수록 1차원 단독 모의에 의한 침수면적이 넓어지는 것으로 나타났다. 침수시간의 경우 1차원 모의에서는 모든 침수지역에서 10시간 이하로 침수가 지속되는 것으로 나타났으며, 1차/2차원 연계모의에서는 대부분의 지역에서 24시간 이상 침수가 지속되는 것으로 나타났다.
- 앞서 언급한 바와 같이, 1차원 모의에서는 하천의 좌/우안에 위치한 침수지역을 하도로 간주하여 범람한 하천의 수위와 침수지역의 침수위가 같아지도록 모델링을 수행하고 있다. 따라서 월류가 발생하는 구간에서 하천의 수위보다 낮은 지대는 모두 침수가 되는 것으로 모의 되었으며, 하천의 우안에 비해 좌안에서 침수면적이 넓은 것으로 나타났다.
- , 2017). 따라서 하천범람에 의한 천변 저지대 농경지의 침수 모의는 1차원 해석을 통해 하천의 수위를 모의하고, 1차원 모의 결과와 연계한 2차원 유동 해석을 통해 수행하는 것이 1차원 단독 침수 모의에 비해 타당한 결과를 도출할 수 있을 것으로 사료된다. 또한, 본 연구에서는 입력자료를 대부분 2011년에 수립된 하천기본계획에서 제시한 자료를 사용하여 입력자료의 불확실성에 따른 모의 결과의 불확실성이 존재할 것으로 사료된다.
- 모의 결과, 침수면적은 1차원 모의에서 8.48 km2, 1차/2차원 연계 모의에서 8.75 km2로, 1차/2차원을 연계하여 모의하였을 때 0.27 km2 큰 것으로 나타났다. 1차/2차원 연계 모의의 경우 하천의 상하류 방향으로 표고가 낮은 지역이 넓게 침수되는 것으로 나타났으며, 1차원 단독 모의의 경우 일부 구간에서 하천의 좌/우안으로 길게 침수되는 것으로 나타났다.
- 모의 결과를 비교한 결과, 1차/2차원 연계 침수 모의에서 1차원 단독 모의에 비해 하천변 저지대 농경지의 지형적 특성을 잘 반영한 결과를 나타내었으며, 따라서 하천 범람에 의한 천변 저지대 농경지의 침수 모의는 1차원 하천 수위 모의 결과와 연계한 2차원 유동 해석을 통해 수행하는 것이 1차원 단독 침수 모의에 비해 타당한 결과를 도출할 수 있을 것으로 판단하였다.
- 모의 결과를 종합하면 1차원 단독 모의에 비해 1/2차원을 연계한 침수 모의에서 비교적 하천변 저지대 농경지의 지형적 특성을 잘 반영한 결과를 나타낸 것으로 판단된다. 선행연구에서도 DEM의 정밀도에 따라 1차원 단독 모의의 경우 침수면적을 정확히 산정하지 못할 수 있고, 1/2차원을 연계한 모의가 1차원 단독 모의에 비해 정확한 침수해석 결과를 도출할 수 있다고 언급하였다 (Vozinaki et al.
- 19 m/s로 나타나 1차원 모의에 의한 평균유속이 1차/2차원 연계 모의에 의한 평균유속에 비해 빠른 것으로 나타났다. 최대유속은 1차원 및 1차/2차원 연계 모의에서 각각 2.52 m/s 및 3.69 m/s로 1차/2차원 연계 모의에서 약 1.17 m/s 빠른 것으로 나타났다.
- 침수시간의 경우 1차원 모의에서는 모든 침수지역에서 10시간 이하로 침수가 지속되는 것으로 나타났으며, 1차/2차원 연계모의에서는 대부분의 지역에서 24시간 이상 침수가 지속되는 것으로 나타났다. 1차원 모의에서는 하천 좌/우안의 농경지를 하도로 가정하기 때문에 하천수위가 제방 아래로 내려가는 순간 침수가 발생하지 않도록 모의되었으며, 1차/2차원 연계 모의에서는 농경지로 월류된 물이 단기간에 빠져나가지 못하는 것으로 나타났다.
- 5 m 이하의 낮은 침수심에서는 1차/2차원 연계모의에 의한 침수면적이 넓은 것으로 나타났으며, 침수심이 깊어질수록 1차원 단독 모의에 의한 침수면적이 넓어지는 것을 확인할 수 있다. 특히, 0.5 m이하 침수심 구간에서 모의 방법에 따른 침수면적의 차이가 가장 큰 것으로 나타났으며, 침수심이 깊어질수록 침수면적의 차이는 비교적 작아지는 것으로 나타났다. Fig.
- 평균 침수심의 경우 1차원 단독 모의와 1차/2차원 연계 모의에서 각각 3.1 m 및 1.7 m로 나타나 1차원 단독 모의에서 약 1.4 m 높은 값을 나타냈다. 최대 침수심 또한 1차원 단독모의에서 약 2.
- 평균유속의 경우 1차원 단독 및 1차/2차원 연계 모의 결과 각각 0.19 m/s 및 0.15 m/s로 나타났으며, 표준편차는 각각 0.28 m/s 및 0.19 m/s로 나타나 1차원 모의에 의한 평균유속이 1차/2차원 연계 모의에 의한 평균유속에 비해 빠른 것으로 나타났다. 최대유속은 1차원 및 1차/2차원 연계 모의에서 각각 2.
후속연구
- 이와 같이 HEC-RAS의 2차원 침수 모의 기능은 기존 1차원 하천 수위 모의와의 연계하여 하천 범람에 의한 농경지 침수해석 및 하천기본계획 수립을 위한 침수 해석 등에 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 다만, 농경지 침수의 경우 모델링 결과의 검증을 위한 침수특성 관측 자료는 부족한 실정이며, 따라서 본 연구에서는 1차원 단독 및 1차/2차원 연계 침수모의의 상대적인 비교만을 통해 HEC-RAS의 2차원 침수 모의기능의 하천변 농경지 침수 모의 적용성을 분석하였다는 한계가 있다. 따라서, 향후 모니터링 자료와 비교 및 분석을 통해 농경지 침수 모의 정확성에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
- 실제 농경지에서는 배수지연에 의한 침수가 빈번하게 발생하며, 농경지 배수개선사업에서는 20년 빈도 혹은 30년 빈도 48시간 강우를 배제시킬 수 있도록 배수체계를 설계하고 있다. 따라서 1차원 모의와 같이 하천의 수위가 내려간 직후 침수가 해소되는 것은 농경지의 배수체계를 반영하지 못하는 것으로 보이며, 농경지 배수시설의 수리특성을 정확히 입력하여 1차/2차원 연계 모의를 수행한다면 보다 정확한 침수시간 산정이 가능할 것으로 사료된다.
- HEC-RAS는 미육군공병단에서 사용자들의 요구에 따라 지속적으로 개발 및 개선하고 있으며, 하천기본계획에 사용되는 등 많은 연구자들에 의해 국내 여러 하천에 대한 자료가 구축되어 있다. 따라서 최근 개발된 HEC-RAS의 2차원 침수 해석 기법은 기존 1차원 홍수위 해석 결과와 연계하여 향후 하천변 농경지의 침수 해석에 대한 다양한 연구에 기여할 수 있을 것으로 사료되며, 이를 위해서는 HEC-RAS의 2차원 침수 해석 방법의 적용성에 대한 연구가 선행되어야 한다.
- 다만, 농경지 침수의 경우 모델링 결과의 검증을 위한 침수특성 관측 자료는 부족한 실정이며, 따라서 본 연구에서는 1차원 단독 및 1차/2차원 연계 침수모의의 상대적인 비교만을 통해 HEC-RAS의 2차원 침수 모의기능의 하천변 농경지 침수 모의 적용성을 분석하였다는 한계가 있다. 따라서, 향후 모니터링 자료와 비교 및 분석을 통해 농경지 침수 모의 정확성에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
- 따라서 하천범람에 의한 천변 저지대 농경지의 침수 모의는 1차원 해석을 통해 하천의 수위를 모의하고, 1차원 모의 결과와 연계한 2차원 유동 해석을 통해 수행하는 것이 1차원 단독 침수 모의에 비해 타당한 결과를 도출할 수 있을 것으로 사료된다. 또한, 본 연구에서는 입력자료를 대부분 2011년에 수립된 하천기본계획에서 제시한 자료를 사용하여 입력자료의 불확실성에 따른 모의 결과의 불확실성이 존재할 것으로 사료된다. 특히 1차/2차원 연계 모의의 경우, 대상지역의 지형특성, 배수체계 등 정밀한 입력자료가 구축된다면 보다 정확한 침수특성을 모의할 수 있을 것으로 보이며, 구획단위 농경지 등을 대상으로 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
- 이와 같이 HEC-RAS의 2차원 침수 모의 기능은 기존 1차원 하천 수위 모의와의 연계하여 하천 범람에 의한 농경지 침수해석 및 하천기본계획 수립을 위한 침수 해석 등에 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 다만, 농경지 침수의 경우 모델링 결과의 검증을 위한 침수특성 관측 자료는 부족한 실정이며, 따라서 본 연구에서는 1차원 단독 및 1차/2차원 연계 침수모의의 상대적인 비교만을 통해 HEC-RAS의 2차원 침수 모의기능의 하천변 농경지 침수 모의 적용성을 분석하였다는 한계가 있다.
- 또한, 본 연구에서는 입력자료를 대부분 2011년에 수립된 하천기본계획에서 제시한 자료를 사용하여 입력자료의 불확실성에 따른 모의 결과의 불확실성이 존재할 것으로 사료된다. 특히 1차/2차원 연계 모의의 경우, 대상지역의 지형특성, 배수체계 등 정밀한 입력자료가 구축된다면 보다 정확한 침수특성을 모의할 수 있을 것으로 보이며, 구획단위 농경지 등을 대상으로 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
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