[논문]하천 제방의 취약성 분석 지수 개발 및 적용

이후상; 이재준

doi:10.17663/jwr.2019.21.s-1.134

하천 제방의 취약성 분석 지수 개발 및 적용
Development and Application of Vulnerability Analysis Index for River Levee 원문보기

한국습지학회지 = Journal of wetlands research, v.21 no.spc, 2019년, pp.134 - 140

이후상 (금오공과대학교 토목공학과) , 이재준 (금오공과대학교 토목공학과)

초록
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본 연구에서는 하천 제방에 대한 홍수취약성을 평가하는 새로운 기법으로 제방홍수취약성지수를 제안하였고 제방홍수취약성 지수를 산정하는데 있어 필요한 인자를 적용하는 방법에 대하여 알아보고자 한다. 이를 위해 먼저 대상 제방의 계획홍수위를 적용하여 제방의 안전율을 분석하였고, 제방의 인자들로는 여유고, 둑마루폭, 제방단면의 비, 활동안전율, 턱(소단)의 길이, 침윤선 길이 비, 한계유속으로 7가지의 인자들을 바탕으로 제방홍수취약성지수를 산출하였다. 이를 활용하여 제방의 취약성 분석을 실시하고 분석결과를 제방홍수취약성지수(Levee Flood Vulnerability Index, LFVI) 값을 이용하여 1~7등급으로 나누어 제방의 취약성을 평가하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we propose a new method for evaluating the vulnerability to flooding river levee. The purpose of this study is to examine how to apply the factors necessary to calculate the proposed levee flood index. To do this, the safety flood level was analyzed by applying the planned flood level. The levee flood vulnerabilities index was calculated based on seven factors such as freeboard, levee crown section, levee section ratio, safety factor, raised spot length, Seepage line change degree, and critical velocity. The Levee Flood Vulnerability Index(LFVI) of the levee developed in this study was used to levee vulnerability analysis. The results of the analysis were divided into 1 to 7 grades using Levee Flood Vulnerability Index(LFVI).

주제어

표/그림 (6)

표 Table 1. Argument value by case
표 Table 2. Normalized D matrix construction
그림 Fig. 1. Site of levee considered in this study and schematic diagram of levee
표 Table 3. Classification of levee flood vulnerability index
표 Table 4. Vulnerability index factor
표 Table 5. Levee Flood Vulnerability Index analysis

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 제방의 침투안전성을 분석하고 개발 된 제방홍수취약성지수를 이용하여 제방의 취약성에 영향을 주는 각각의 인자에 대하여 알아보고 제방의 상태에 따른 인자들을 도출하여 각각 인자들을 이용한 제방홍수취약성을 분석하고 개발 된 제방홍수취약성지수 인자들의 적용성을 알아보고자 한다.
본 연구에서는 대표 제방의 취약성 분석을 실시하였다. 하천제방 침투해석은 설정된 설계외력 및 제방 모델(SEEP/W)을 이용하여 수행하였으며, 제방의 각 인자들을 고려하여 제방홍수취약성지수를 산출하여 안정성을 평가하였다.
본 연구에서는 일본 국토기술정책종합연구소에서 개발한 홍수취약성지수의 형식을 차용하여 하천제방에 인자들로 구성하여 하천제방에 대한 홍수취약성을 분석하는 새로운 기법을 개발하고, 이를 이용하여 제방의 안전성을 판단하기로 한다.
본 연구에서는 제방의 취약성을 평가하기 위하여 선정된 인자들에 대하여 설계기준에 명시되어 있는 인자들의 값들을 기반으로 가중치 설정을 위해서 객관성이 검증된 엔트로피 기법을 사용하여 가중치를 산정하였다.

제안 방법

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. Fig.
분자에서 고려되어진 5개의 인자(여유고, 둑마루폭, 제방단면의 비, 안전율, 침윤선 길이 비)를 고려하여 가중치를 산정하였고 턱(소단)의 길이에 대하여는 예전에 설계된 제방에서는 찾아볼 수 있지만 최근 제방 설계시에는 턱(소단)에 대하여 고려하지 않는 실정이므로 둑마루폭과 같은 가중치를 주었다.
0m), ⅱ)계획홍수량에 따라 달라지는 둑마루 폭(3m~7m), ⅲ)제체의 폭(B)과 제방고(H)의 비를 나타내는 제방단면의 비(H/B), ⅳ)침윤 활동에 대한 안전율, ⅴ)턱(소단)의 길이, ⅵ)제체 끝 지점부터 침윤선단까지의 거리와 제체의 폭에 대한 비를 나타내는 침윤선 길이 비, ⅶ)한계유속. 이상의 7가지 인자를 사용하여 제방홍수취약성지수를 산정하는 식을 제안하였다. 각각의 인자들은 필리핀에 적용된 식의 형태를 참조하여 안전성에 긍정적인 인자들을 분자에, 안전성에 부정적인 인자를 분모에 놓아 지수화하여 취약성을 쉽게 판단할 수 있도록 하였다.
5, 한계유속(g)은 1의 가중치를 부여하였다. 이와 같이 제방의 취약성분석 기술에 적용하고자 필요한 인자를 도출하여 다음 식 (2.6)과 같은 제방홍수취약성지수(Levee Flood Vulnerability Index, LFVI) 산정식을 개발하였다.
제방의 취약성 분석 기술을 대상유역 제방의 인자(여유고, 둑마루폭, 제방단면의 비, 안전율, 턱(소단), 침윤선 변화정도)들을 도출하여 제방홍수취약성지수 값을 산정하여 제방의 취약성에 정도를 분석을 하였으며, 분석한 결과는 다음 Table 5와 같다.
본 연구에서는 대표 제방의 취약성 분석을 실시하였다. 하천제방 침투해석은 설정된 설계외력 및 제방 모델(SEEP/W)을 이용하여 수행하였으며, 제방의 각 인자들을 고려하여 제방홍수취약성지수를 산출하여 안정성을 평가하였다.

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.

성능/효과

2) 홍수량에 따른 제방의 인자들을 살펴보면 여유고는 좌안 제방에서는 3m, 우안제방에서는 3~7m로 계획홍수량에 따른 여유고 설계 기준보다 크게 되어 있고, 둑마루폭은 좌안과 우안의 제방에서 7~13m로 계획홍수량에 따른 둑마루폭 설계 기준보다 크게 되어있다. 제방단면의 비는 제체의 폭(B)과 제방고(H)의 비를 나태 내는 것으로서 좌안에서는 0.
3) 본 연구에서 분석한 결과 침윤 활동에 대한 안정성을 확보되려면 한강 본류 서울시 구간의 제방 안전율이 침투류 해석에 의하여 산출한 동수경사가 한계동수의 1/2이하가 되도록 해야 하는데 대상유역의 상류부 제방과 하류부 제방의 안전율 값이 좌안에서 1.25, 1.67 그리고 우안에서는 1.67, 1.43으로 분석되었고 중류부 제방의 안전율 값이 좌안에서 2.5, 우안에서 3.33으로 한강의 상류와 하류에 비해 중류의 안전율 값이 높게 도출되었다. 대표 제방의 제방홍수취약성지수(Levee Flood Vulnerability Index, LFVI) 값을 이용한 등급별로는 좌안의 상류등급이 2등급(Vulnerable)으로 나왔고 좌안 중류와 우안 하류에서는 4등급(Medium)으로 나왔으며 좌안 하류에서는 5등급(Moderately stable), 우안 상류와 중류에서는 6등급(Stable)으로 대상 제방에서는 좌안 상류와 중류 우안 하류부 제방의 취약성이 낮은 것으로 분석되었다.
이상의 7가지 인자를 사용하여 제방홍수취약성지수를 산정하는 식을 제안하였다. 각각의 인자들은 필리핀에 적용된 식의 형태를 참조하여 안전성에 긍정적인 인자들을 분자에, 안전성에 부정적인 인자를 분모에 놓아 지수화하여 취약성을 쉽게 판단할 수 있도록 하였다.
33으로 한강의 상류와 하류에 비해 중류의 안전율 값이 높게 도출되었다. 대표 제방의 제방홍수취약성지수(Levee Flood Vulnerability Index, LFVI) 값을 이용한 등급별로는 좌안의 상류등급이 2등급(Vulnerable)으로 나왔고 좌안 중류와 우안 하류에서는 4등급(Medium)으로 나왔으며 좌안 하류에서는 5등급(Moderately stable), 우안 상류와 중류에서는 6등급(Stable)으로 대상 제방에서는 좌안 상류와 중류 우안 하류부 제방의 취약성이 낮은 것으로 분석되었다.
본 연구에서 개발된 제방홍수취약성지수 값은 Table 3과 같이 1~7등급으로 구분할 수 있으며, 등급을 나누는 기준은 제방에 대하여 현재 취약성 평가는 안전율( Stable ≥ SF 2.0)에 기반하여 취약성 정도를 안전과 불안전으로 평가를 하고 있다.
본 연구에서 분석한 결과 침윤 활동에 대한 안정성을 확보되려면 한강 본류 서울시 구간의 제방 안전율이 침투류 해석에 의하여 산출한 동수경사가 한계동수의 1/2이하가 되도록 해야 하는데 대상유역의 상류부 제방과 하류부 제방의 안전율 값이 좌안에서 1.25, 1.67 그리고 우안에서는 1.67, 1.43으로 분석되었고 중류부 제방의 안전율 값이 좌안에서 2.5, 우안에서 3.33으로 한강의 상류와 하류에 비해 중류의 안전율 값이 높게 도출되었다. 대표 제방의 제방홍수취약성지수(Levee Flood Vulnerability Index, LFVI) 값을 이용한 등급별로는 좌안의 상류등급이 2등급(Vulnerable)으로 나왔고 좌안 중류와 우안 하류에서는 4등급(Medium)으로 나왔으며 좌안 하류에서는 5등급(Moderately stable), 우안 상류와 중류에서는 6등급(Stable)으로 대상 제방에서는 좌안 상류와 중류 우안 하류부 제방의 취약성이 낮은 것으로 분석되었다.
23의 값을 가지는 것을 볼 수 있다. 활동안전율은 상류 제방에서는 좌안이 1.25 우안이 1.67, 하류제방에서는 좌안이 1.67, 우안이 1.43으로 안전하게 나왔으나 중류 제방에서는 좌안이 2.5, 우안이 3.33으로 제방 활동 안전율이 2.0이상으로 불안전한 상황으로 나타났다. 턱(소단)의 길이는 대상 제방에는 존재하지 않으므로 고려하지 않았고, 침윤선 길이 비는 좌안과 우안에서 0.

후속연구

우리나라의 경우 제방의 취약성 분석을 할 때 안전율을 이용하여 제방의 취약성을 분석하고 있다. 그러나 안전율뿐만 아니라 제방의 취약성을 분석하기 위해서는 제방에 작용되는 다른 인자들을 고려하게 된다면 인자들을 이용한 대책이 가능할 것으로 판단된다. 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.
그러나 안전율뿐만 아니라 제방의 취약성을 분석하기 위해서는 제방에 작용되는 다른 인자들을 고려하게 된다면 인자들을 이용한 대책이 가능할 것으로 판단된다. 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
	하천수위의 급변동으로 일어날 수 있는 현상은 무엇인가?	이때의 강우 유출로 인해 하천으로 집중되며 하천수위의 급상승을 일으키는 원인이 된다. 하천수위의 급변동은 제방파괴가 일어날 수 있으며 제방의 손상을 주기도 한다. 최근 기후변화에 따른 기상이변으로 세계 곳곳에서 가뭄, 홍수 등이 빈번히 발생하고 있다.
	제방의 취약성을 분석하는 방법 중 제방홍수취약성지수를 활용한 대책은 무엇이 있는가?	그러나 안전율뿐만 아니라 제방의 취약성을 분석하기 위해서는 제방에 작용되는 다른 인자들을 고려하게 된다면 인자들을 이용한 대책이 가능할 것으로 판단된다. 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.
	엔트로피 가중치 추정방법은 무엇인가?	엔트로피 가중치 추정방법은 대안과 속성을 많이 포함하는 현실적인 다기준 의사결정 문제에 대해 의사결정자가 비교적 이해하기 쉬운 정보이론(information theory)방법을 적용하는 것이다. 정보이론이란 각 속성의 빈도수를 기반으로 응집도가 높은 속성을 발견하여 가중치를 높게 부여하는 방법이다(Berry등,1999).

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표제어: PCR

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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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