하천제방의 유지관리 효율성 및 재해 대응성 향상을 위한 하천제방 안전도맵 평가체계 연구 A Study on Evaluation System of River Levee Safety Map to Improve Maintenance Efficiency and Disaster Responsiveness원문보기
최근 기후 및 홍수사상이 변화함에 따라 하천제방 붕괴 및 범람으로 인한 수재해 위험성이 증가하고 있는 추세이기 때문에 각종 수재해 시나리오에 대응 가능한 하천제방 유지관리 기술을 고도화할 필요가 있다. 본 논문에서는 하천제방의 효율적인 유지관리 및 재해 대응성 향상을 위하여 하천제방 안정성에 영향을 주는 주요 요소별 안전도맵 평가체계를 제안하고자 한다. 하천제방 안전도맵은 활동, 파이핑, 육안점검, 세굴, 제체재료 등의 안전도 지표를 GIS맵 상에 지도형태로 표출함으로써 육안으로 신속하게 위험지역을 파악할 수 있고, 피해발생 이후 피해복구를 실시하는 현 국내 제방관리 수준에서 벗어나 선제적인 대응을 통해 하천제방 유지관리의 효율성을 극대화 할 수 있다. 본 논문은 기 제안된 활동, 파이핑, 육안점검 등을 포함한 하천제방 안전도맵 평가체계에 세굴, 제체재료 등을 추가 및 보완한 후속논문으로서, 1)문헌 및 자료 조사를 통한 세굴 및 제체재료 3등급 기준을 제시하였으며, 시범평가를 통해 2)남강지역 좌안 5개소의 홍수위지속시간에 따른 활동 및 파이핑 특성, 3)남강지역 좌/우안 9개소의 세굴 및 제체재료 특성 등을 평가하였다. 본 논문에서 제안하는 하천제방 안전도맵 평가체계는 향후 하천관리자 행동요령, 보수 보강공법 선정, 소요 예산 산정 등을 연계한 연구가 진행된다면 보다 현실적이고, 활용성 높은 연구가 될 것으로 판단된다.
최근 기후 및 홍수사상이 변화함에 따라 하천제방 붕괴 및 범람으로 인한 수재해 위험성이 증가하고 있는 추세이기 때문에 각종 수재해 시나리오에 대응 가능한 하천제방 유지관리 기술을 고도화할 필요가 있다. 본 논문에서는 하천제방의 효율적인 유지관리 및 재해 대응성 향상을 위하여 하천제방 안정성에 영향을 주는 주요 요소별 안전도맵 평가체계를 제안하고자 한다. 하천제방 안전도맵은 활동, 파이핑, 육안점검, 세굴, 제체재료 등의 안전도 지표를 GIS맵 상에 지도형태로 표출함으로써 육안으로 신속하게 위험지역을 파악할 수 있고, 피해발생 이후 피해복구를 실시하는 현 국내 제방관리 수준에서 벗어나 선제적인 대응을 통해 하천제방 유지관리의 효율성을 극대화 할 수 있다. 본 논문은 기 제안된 활동, 파이핑, 육안점검 등을 포함한 하천제방 안전도맵 평가체계에 세굴, 제체재료 등을 추가 및 보완한 후속논문으로서, 1)문헌 및 자료 조사를 통한 세굴 및 제체재료 3등급 기준을 제시하였으며, 시범평가를 통해 2)남강지역 좌안 5개소의 홍수위지속시간에 따른 활동 및 파이핑 특성, 3)남강지역 좌/우안 9개소의 세굴 및 제체재료 특성 등을 평가하였다. 본 논문에서 제안하는 하천제방 안전도맵 평가체계는 향후 하천관리자 행동요령, 보수 보강공법 선정, 소요 예산 산정 등을 연계한 연구가 진행된다면 보다 현실적이고, 활용성 높은 연구가 될 것으로 판단된다.
Owing to the changing climate and recent flood events, flood damage caused by river levee collapse and overflow is on the rise in Korea, making it necessary to enhance river levee maintenance technologies to deal with various flood damage scenarios. This paper proposes the evaluation system of a riv...
Owing to the changing climate and recent flood events, flood damage caused by river levee collapse and overflow is on the rise in Korea, making it necessary to enhance river levee maintenance technologies to deal with various flood damage scenarios. This paper proposes the evaluation system of a river-levee safety map to improve maintenance efficiency and disaster responsiveness. A river-levee safety map, indicating sliding, piping, visual inspection, scouring, and safety index of a levee fill material on a GIS map will enable the dangerous zone to be identified visually and the development of proactive measures to deal with it. This will maximize the river-levee maintenance efficiency, which is a break from traditional practice in that restoration measures are taken only after the damage has occurred. This study includes scouring and levee fill material in addition to previously-proposed sliding, piping and visual inspections. The research activities conducted in the study include 1) categorization of scouring and levee fill material based on document and data examination, 2) evaluation of sliding and piping at 5 locations on the left levee in the Nam river according to the duration time of the flood water level, and 3) evaluation of the characteristics of scouring and levee fill material at 9 locations on the left/right levee in the Nam River. The river levee safety map proposed in this study would be more useful and practical but further study on the manual for river management organization, repair and reinforcement methods, and budget is required.
Owing to the changing climate and recent flood events, flood damage caused by river levee collapse and overflow is on the rise in Korea, making it necessary to enhance river levee maintenance technologies to deal with various flood damage scenarios. This paper proposes the evaluation system of a river-levee safety map to improve maintenance efficiency and disaster responsiveness. A river-levee safety map, indicating sliding, piping, visual inspection, scouring, and safety index of a levee fill material on a GIS map will enable the dangerous zone to be identified visually and the development of proactive measures to deal with it. This will maximize the river-levee maintenance efficiency, which is a break from traditional practice in that restoration measures are taken only after the damage has occurred. This study includes scouring and levee fill material in addition to previously-proposed sliding, piping and visual inspections. The research activities conducted in the study include 1) categorization of scouring and levee fill material based on document and data examination, 2) evaluation of sliding and piping at 5 locations on the left levee in the Nam river according to the duration time of the flood water level, and 3) evaluation of the characteristics of scouring and levee fill material at 9 locations on the left/right levee in the Nam River. The river levee safety map proposed in this study would be more useful and practical but further study on the manual for river management organization, repair and reinforcement methods, and budget is required.
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문제 정의
이와 같이 세굴에 의한 제방 붕괴 위험은 물의 흐름과 관계가 있기 때문에 하천 유속은 세굴을 일으키는 가장 큰 요인이라고 할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 세굴 안전도 지표를 하천 유속을 통해 등급을 분류하고자 하였다.
따라서 본 논문에서는 이미 제안된 활동 및 파이핑, 육안점검 등의 안전도 지표 이외에 세굴 및 제체재료 등의 안전도 지표를 추가한 보완된 하천제방 안전도맵 평가체계를 제시하고자 하였다. 이를 위해 세굴 및 제체재료 안전도 지표에 대하여1)문헌 및 자료 조사, 2)안전도지표의 정량화된 평가 등급 기준 제시, 3)좌/우안 9개소에 대한 시범평가 등을 수행하였으며, 또한 시범평가의 경우 Kim&Moon(2017)에서 수행하지 못했던 좌안 5개소에 대한 활동 및 파이핑 평가를 추가 수행하였다.
본 논문에서는 Fig. 1 및 Table 1에서 보듯이 Kim&Moon(2017)에서 제시한 활동, 파이핑, 육안점검 외에 제체재료, 세굴 등의 안전도 지표를 추가하여 총 5가지의 안전도 지표를 포함한 하천제방 안전도맵 평가체계를 제안하고자 한다.
제안 방법
(1) 본 논문은1)제체재료 및 세굴 안전도 지표 추가 및 합리적인 안전도 지표 등급(a, b, c 등 3등급) 기준 제시, 2)활동 및 파이핑 시범평가 추가 수행 등 기존 하천제방 안전도맵 평가체계를 보완하여 제시하였다.
따라서 본 논문에서는 Table 5를 보듯이1)수위파형에 따른 좌안 5개소 제방(L1, L2, L3, L4, L5) 활동 및 파이핑 안정해석, 2)실시설계보고서와 현장 시료채취 및 실내시험을 통한 시험평가 구간 제방(좌/우안 9개소)의 제체재료 평가, 3)하천기본계획 및 HECRAS 자료를 이용한 시험평가 구간 제방(좌/우안 9개소)의 세굴 안전도 평가 등을 수행하였다.
본 논문에서는 시범구간의 하천제방(좌/우안 9개소)에 대한 세굴 안전도를 평가하기 위하여 하천기본계획에 제시되어 있는 제방 단면별 1차원 수치모의(HEC-RAS)결과(계획홍수량/홍수위, 지형자료, 평균유속, 평균하상고 등)를 수집 및 정리하였으며, 정리된 결과를 이용하여 대표유속을 도출한 뒤 하천제방 안전도맵 평가체계에 따라 세굴 안전도 지표를 평가하였다.
본 논문은 활동, 파이핑, 육안점검 등의 안전도 지표를 통한 하천제방 안전도맵 평가체계를 제시했던 Kim&Moon(2017)의 후속논문으로서, 앞서 설명하였듯이 제체재료, 세굴 등의 안전도 지표를 추가하여 총 5가지 안전도 지표를 포함한 하천제방 안전도맵 평가체계를 제시하였다.
본 절에서는 Kim&Moon(2017)와 같이 제안된 하천제방 안전도맵 평가체계 도출 및 적합성을 평가하고자 수치해석을 활용하여 홍수위지속시간 변화(12, 24, 36, 48, 120시간)에 따른 시범구간(좌안)의 제방별 활동 및 파이핑 안전도 특성을 평가하였다. 활동의 경우 Bishop 방법을 이용하여 제내지(최대침윤특성 고려) 및 제외지(수위급강하) 활동 안전율을, 파이핑의 경우 한계동수경 사법 및 한계유속법을 이용하여 파이핑 안전율을 평가하였다.
본 절에서는 시범구간의 하천제방(좌/우안 9개소)별 실시설계보고서를 검토하여 실시설계에 반영된 하천제방별 제체재료를 정리하였으며, 직접 수행한 현장 시료 채취 및 실내시험 결과와 비교하여 제체재료를 평가하였다.
시범구간의 하천제방에 대한 제체재료를 평가하기 위해 먼저 9개소 제방별 실시설계보고서를 수집하였으며, 제방별 표준단면도 및 대표단면도 상의 지층분포를 분석하여 제체재료로 사용된 흙의 종류를 파악하였다. Fig.
따라서 본 논문에서는 이미 제안된 활동 및 파이핑, 육안점검 등의 안전도 지표 이외에 세굴 및 제체재료 등의 안전도 지표를 추가한 보완된 하천제방 안전도맵 평가체계를 제시하고자 하였다. 이를 위해 세굴 및 제체재료 안전도 지표에 대하여1)문헌 및 자료 조사, 2)안전도지표의 정량화된 평가 등급 기준 제시, 3)좌/우안 9개소에 대한 시범평가 등을 수행하였으며, 또한 시범평가의 경우 Kim&Moon(2017)에서 수행하지 못했던 좌안 5개소에 대한 활동 및 파이핑 평가를 추가 수행하였다.
대상 데이터
하천제방별 표준단면도 및 대표단면도를 통해 Table 9와 같이 현장 시료채취 위치를 선정하였으며, Fig. 8은 L1의 시료채취 위치 및 측량을 통한 하천제방 단면도를 나타낸다.
이론/모형
따라서 하천제방 안전도맵 구축을 위한 세굴 안전도 지표는 국내 하천공사설계실무요령(2016)과 일본 JICE(2007) 기준을 적용하였으며, Table 1에서 보듯이 하천 유속에 따라 a등급(v<1.0m/sec), b등급(1.0 ≦v<3.0m/sec), c등급(v ≧3.0m/sec)으로 정의하였다. a등급은 완류부 조건, b등급은 준급류부 및 준완류부 조건, c등급은 급류부 조건 등을 각각 적용하였다.
수치해석은 유한 요소법을 이용한 침투 해석용(Finite Element Seepage Analysis)으로 널리 사용되고 있는 SEEP/W 및 SLOP/W 프로그램을 사용하였다. 침투해석을 위한 시범평가 구간의 제방 제원 및 지반 물성은1)하천시설관리대장, 2)하천정비기본계획, 3)제방별 실시 설계보고서의 설계자료, 4)현장시료조사에 의한 채취시료의 공학적 특성, 5)수위파형특성 등을 참고하였다.
침투해석 시 필요한 설계수위파형은 일본의 하천제방 설계지침(2000)[11]에서 제시하고 있는 방법을 보완하여 국내 여건에 맞는 설계 수위파형을 제시한 Seo&Yoon(2012)[12]의 산정개념을 이용하였다. 따라서 시범구간의 평수위 지속 20시간, 수위상승 128.
한편, 함수특성곡선(SWCC, Soil-Water Characteristic Curve)의 경우 Van Genuchten(1980)[9]의 방법을 사용하였으며, 각 제방의 함수특성곡선에 적용되는 Van Genuchten(1980)[9] 모델의 곡선맞춤계수들은 하천관리대장과 지반조사 자료에 명시된 흙의 종류에 따라 Carsel&Parrich(1988)[10]의 침투해석 시 불포화토 특성을 참고하여 결정하였다.
본 절에서는 Kim&Moon(2017)와 같이 제안된 하천제방 안전도맵 평가체계 도출 및 적합성을 평가하고자 수치해석을 활용하여 홍수위지속시간 변화(12, 24, 36, 48, 120시간)에 따른 시범구간(좌안)의 제방별 활동 및 파이핑 안전도 특성을 평가하였다. 활동의 경우 Bishop 방법을 이용하여 제내지(최대침윤특성 고려) 및 제외지(수위급강하) 활동 안전율을, 파이핑의 경우 한계동수경 사법 및 한계유속법을 이용하여 파이핑 안전율을 평가하였다.
성능/효과
(2) 시범구간의 활동 및 파이핑은 활동의 경우 홍수위 지속시간이 증가할수록 안전율이 감소하는 경향을 보이지만 대부분의 제방(L1 제외)이 a등급으로, 파이핑의 경우 이와는 달리 L5에서 홍수위지속시간이 증가할수록 안전율이 c등급으로 감소하는 경향을 나타내어 시범구간의 경우 홍수위 지속시간이 증가함에 따라 파이핑에 취약한 특성을 나타낸다.
(3) 시범구간 하천제방의 제체재료 안전도는 좌안 3개소(L1, L2, L4), 우안 2개소(R2, R3) 등이 공학적 특성이 일치하며, 대부분의 제방(L3, L5 제외)이 b등급으로 양호한 제체재료 특성을 보이는 것으로 평가되었다.
활동 안전율은 하천제방 제체재료 특성 및 제내외지 비탈면 경사 등에 의해 값이 다르게 산정되었으나, L1의 제외지 case1을 제외한 모든 제방이 제내외지 구분 없이 활동 안전율 a등급을 만족하는 것으로 나타났다. 또한 제내지의 경우 Kim&Moon(2017)의 연구결과와 같이 홍수위지속시간이 증가할수록 활동 안전율이 감소하는 경향을 보였다.
후속연구
(4) HEC-RAS 수치모의 분석 결과, 세굴 안전도는 주로 만곡부 외측에 해당하는 제방이 c등급으로 세굴에 취약한 특성을 보였으며, 향후 세굴 위험도 평가 시 호안특성을 반영한 분석기법 개선이 필요할 것으로 판단된다.
5)를 근거로 우리나라의 기후 및 홍수사상은 아열대 기후구로 변화될 것으로 전망하고 있으며, 가까운 미래에 우리나라의 하천유역은 하천제방 붕괴 및 범람으로 인한 인명 및 재산피해가 발생할 가능성이 클 것으로 예상된다. 따라서 미래 기후 및 홍수사상 변화에 대응하기 위해서는 하천제방 유지관리 기술 고도화 및 재해 대응성 향상에 대한 연구가 필요한 것으로 판단된다.
(5) 하천제방 안전도맵 평가체계의 구축 및 활용을 위해서는 선행연구에서와 같이1)분산된 하천제방 자료의 표준화 및 통합 관리, 2)지속적․정기적인 현장조사를 통한 데이터 최신화, 3)하천관리자의 실질적인 운영환경 및 여건 등이 필요하다고 판단된다. 또한 향후 안전도에 따른 하천관리자 행동요령, 보수・보강공법 선정, 소요 예산 판단 등을 연계한 연구를 수행한다면 보다 현실적이고, 활용성 높은 연구 성과가 발현될 것으로 기대된다.
본 논문은 KICT(2015)[13], Kwon(2007)[14], Kim&Moon(2017) 등과 같이 활동 및 파이핑의 경우 홍수위지속시간이 하천제방의 안정성 평가에 영향을 미치는 요인임을 확인 시켜주고 있다. 또한 향후 연구에서 활동 및 파이핑 안전도 등급에 따른 하천관리자 행동요령, 보수・보강공법 선정, 소요예산 판단 등을 연계한다면 본 연구의 질적 향상을 달성할 수 있을 것으로 판단된다.
하천설계기준 및 해설(2009)은1)유속에 의한 방법, 2)소류력에 의한 방법 등으로 호안공법 선정 기준을 분류하고 있기 때문에, 향후 소류력을 고려한 세굴 안전도 지표 등급을 고려할 필요도 있다고 판단된다. 또한 활동 및 파이핑과 같이 안전도 등급에 따른 하천관리자 행동요령, 보수・보강공법 선정, 소요예산 판단 등을 연계한다면 본 연구의 질적 향상을 달성할 수 있을 것으로 판단된다.
본 논문에서 산정한 제방별 평균 대표유속은 각 제방에 해당하는 측점별 대표유속들의 평균값이기 때문에 앞서 결과 분석한 것과 같이 만곡부 내외측에 따른 세굴 위험성 경향을 일반화하기 어렵기 때문에 향후 만곡부유출입부 유속 특성을 분석하는 것이 필요하다고 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
하천제방 안전도맵이란?
하천제방 안전도맵은 활동, 파이핑, 육안점검 등 하천제방 안전도 지표를 GIS맵 상에 지도형태로 표출하여하천제방의 안전도를 쉽게 판단하고, 관련 안전도 지표에 문제가 있을 시 보수・보강법 및 소요예산을 결정하는 등 국가 및 지방하천 관리기관 또는 하천관리자의 하천 유지관리 효율을 극대화시키는 개념이다. 따라서 하천제방 안전도 지표를 평가하기 위해서는 관련 자료 및 기준이 명확하고 일관성이 있어야 한다.
IPCC는 기후변화 시나리오를 근거로 우리나라를 어떻게 전망하고 있는가?
IPCC(2007)[1]는 기후변화 시나리오(RCP8.5)를 근거로 우리나라의 기후 및 홍수사상은 아열대 기후구로 변화될 것으로 전망하고 있으며, 가까운 미래에 우리나라의 하천유역은 하천제방 붕괴 및 범람으로 인한 인명 및 재산피해가 발생할 가능성이 클 것으로 예상된다. 따라서 미래 기후 및 홍수사상 변화에 대응하기 위해서는 하천제방 유지관리 기술 고도화 및 재해 대응성 향상에 대한 연구가 필요한 것으로 판단된다.
하천제방 유지관리 기술 고도화 및 재해 대응성 향상에 대한 연구가 필요한 이유는?
IPCC(2007)[1]는 기후변화 시나리오(RCP8.5)를 근거로 우리나라의 기후 및 홍수사상은 아열대 기후구로 변화될 것으로 전망하고 있으며, 가까운 미래에 우리나라의 하천유역은 하천제방 붕괴 및 범람으로 인한 인명 및 재산피해가 발생할 가능성이 클 것으로 예상된다. 따라서 미래 기후 및 홍수사상 변화에 대응하기 위해서는 하천제방 유지관리 기술 고도화 및 재해 대응성 향상에 대한 연구가 필요한 것으로 판단된다.
J. M. Kim, and I. J. Moon, "Evaluation System of River Levee Safety Map for Improving River Levee Maintenance Technology", Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol.18, No.12, pp.768-777, 2016. DOI : http://doi.org/10.5762/KAIS.2017.18.12.768
Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology, "Development of Disaster Risk Management Support System based on Multiple Scenarios: 3nd Extra Report", pp.313-314, Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology, Korea, 2016.
Ministry of Land, Transportation and Maritime Affairs, "River Design Criteria", Ministry of Land, Transportation and Maritime Affairs, Korea, 2009.
Civil Engineering Laboratory of Hokkaido Development Bureau, "Defective Soil Countermeasure Manual in Hokkaido", Japan, 1985.
U.S. Army Corps of Engineers, "Foundation and Earth Structures", NAVFAC Manual, 1986.
Ministry of Land, Transportation and Maritime Affairs, "River Construction Design Practice Tips", Ministry of Land, Transportation and Maritime Affairs, Korea, 2016.
JICE(Japan Institute of Construction Engineering), Dynamic Design of Revetments, Sankaido, 2007.
M. Th. Van Genuchten, "A Closed-Form Equation for Predicting The Hydraulic Conductivity of Unsaturated Soils", Soil science society of America journal, Vol.44, No.5, pp.892-898, 1980.
R. F. Carsel, and R. S. Parrish, "Developing Joint Probability Distribution of Soil Water Retention Characteristics", Water Resource Research, Vol.24, No.5, pp.755-769, 1988.
Ministry of Construction, "Design Guidlines for River Levees", Ministry of Construction, Japan, 2000.
L. Seo, and K. S. Yoon, "Estimation of Design Flood-Hydrograph for Unsteady Seepage Analysis Through River Levees", Journal of Korean Society of Hazard Mitigation, Vol.12, No.6, pp.275-286, 2012. DOI : http://dx.doi.org/10.9798/KOSHAM.2012.12.6.275
Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology, "Development of Disaster Risk Management Support System based on Multiple Scenarios: 2nd Extra Report", pp.217-263, Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology, Korea, 2015.
K. K. Kwon, "An Improved Design Method of Levee Culvert Using 3D Seepage Analysis", Ph D. Dissertation, Kyunghee Univ., Korea, 2007.
S. Y. Kim and K. S. Yoon, "Study on Applicability of River Revetment Design for Consideration of Velocity Variation due to Meandering and Scour Effect", Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol.17, No.12, pp.17-25, 2016. DOI : http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2016.17.12.17
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