[논문]하천 홍수위 저감을 위한 자연기반해법의 적용효과 분석

이호용; 김민석; 이준형; 이태우; 김형수; 김수전

doi:10.17663/jwr.2023.25.4.379

하천 홍수위 저감을 위한 자연기반해법의 적용효과 분석
Analysis of the Effectiveness of Nature-based Solutions for River Flood Level Reduction 원문보기

한국습지학회지 = Journal of wetlands research, v.25 no.4, 2023년, pp.379 - 385

이호용 (인하대학교 일반대학원 스마트시티공학전공) , 김민석 (인하대학교 일반대학원 토목공학과) , 이준형 (인하대학교 일반대학원 스마트시티공학전공) , 이태우 (인하대학교 일반대학원 토목공학과) , 김형수 (인하대학교 공과대학 사회인프라공학과) , 김수전 (인하대학교 공과대학 사회인프라공학과)

초록
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최근 기후변화의 영향으로 설계빈도보다 높은 강우가 발생하고, 하천설계 기준을 초과한 홍수 피해가 발생하고 있다. 따라서 자연기반해법(NbS, Nature-based Solutions)을 통해 지속가능한 하천관리와 환경 및 사회적 문제를 생태계의 서비스를 통해 해결하고자 하는 개념이 주목받고 있다. 이에 본 연구는 합천댐 하류의 황강을 대상으로 자연기반해법을 활용한 하천관리 방안의 홍수저감 효과를 정량적으로 분석하고자 하였다. 자연기반해법 기술에 포함되는 범람원 굴착(Floodplain excavation)과 제방후퇴(Dyke relocation)를 HEC-GeoRAS를 통해 황강의 홍수 위험 지역에 적용하였으며, HEC-RAS의 부정류 흐름(Unsteady flow) 해석을 통해 하천 홍수위를 도출하였다. 그 결과, 홍수 부담이 큰 황강하류에서 약 8cm의 홍수위 저감효과를 확인할 수 있었다. 본 연구의 결과를 통해 하천관리 사업의 진행 시 기존의 하천관리 방법이 아닌 자연기반해법을 통한 관리 방안으로 도입할 수 있는 근거로 충분히 활용이 가능할 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

EDue to climate change and urbanization, the localized heavy rainfall frequently exceeded a design storm rainfall and flood damage has occurred in South Korea. The concept of addressing sustainable river management and environmental and social issues through Nature-based Solutions (NbS) is gaining attention as it seeks to resolve these issues through ecosystem services. Therefore, in this study, the flood reduction effect by river management using NbS was quantitatively analyzed for the Hwang River, which is directly downstream of Hapcheon Dam, South Korea. Floodplain excavation and dyke relocation, which are methods of the NbS, were applied to the flood risk area of the Hwang River. As a result of analyzing the flood level of the river through the unsteady flow analysis of HEC-RAS, we obtained flood level reduction by 8 cm at the confluence of the Nakdong River. The results of this study can be expected to be sufficiently utilized as a basis for use as a management plan through NbS rather than the river management with grey infrastructure.

주제어

표/그림 (10)

그림 Fig. 1. Study Area : Hapcheon Dam and Hwang River
표 Table 1. River Management Techniques of Nature-based Solutions
그림 Fig. 2. River management development zone based on NbS
표 Table 2. The scale of the river management
그림 Fig. 3. Representative Cross section before and after application of NbS (E&F Zone)
그림 Fig. 4. 100yrs design flood graph of Hwang River basin
표 Table 3. Runoff Simulation Results
그림 Fig. 5. Difference in flood levels before and after the application of NbS
그림 Fig. 6. Difference in flood levels before and after the application of NbS
표 Table. 4. Maximum and difference results in flood levels by section (Unit : m)

AI 본문요약
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문제 정의

대상 지역에 Room for the river의 개념의 범람원 굴착(Floodplain excavation)과 제방후퇴(Dyke relocation)의 기술을 적용시켜 홍수터 및 범람원의 확장 및 조성하는 것을 목적으로 하였다. 위치에 따른 최대 제방 후퇴 길이와 최대 굴착 깊이, 대상 지역의 면적은 Table 2와 같다.
본 연구의 목적은 자연기반해법을 통한 하천관리의 홍수 저감 효과를 정량적으로 분석하는 것이며, 합천댐 직하류 하천인 황강을 대상으로 하였다. 우선, 자연기반해법을 구현하기 위해 HEC-GeoRAS를 활용하여 대상지역에 홍수터와 저류지를 모의 생성하였다.

제안 방법

그 다음으로, 100년 빈도의 24시간 확률강우량을 산정하고, 이를 기반으로 HECHMS 모형을 이용하여 설계홍수량을 계산하였다. 이어서, HEC-RAS를 활용하여 설계홍수위를 산정하고, 이를 통해 자연기반해법의 홍수저감 효과를 분석하였다.
자연기반해법으로 인한 홍수저감 효과를 분석하기 위해 자연기반해법을 적용한 구간과 적용하지 않은 구간을 나누어 분석하였다. ⓐ구간을 황강유역의 상류이고, ⓜ구간을 낙동강 합류점과 가까운 하류로 나누어 홍수위의 증감량을 확인하였다.
자연기반해법을 적용하기 위해 HEC-GeoRAS의 preRAS 기능을 이용하며, HEC-RAS 모형의 지형 속성자료를 구축하였다. 먼저 수치지형도의 등고선과 계획평면도의 하천 횡단면 고도 정보를 통해 TIN(Triangulated Irregular Network)을 생성해야 한다.

대상 데이터

그 결과 Fig. 2와 같이 8곳이 홍수취약지구로 도출되었으며, 하천관리 사업지구로 설정하여 분석을 진행하였다. 사업지구의 범위는 농지로 이루어져 있는 지역으로 토지 보상이 비교적 가능한 곳으로 설정하였다.
본 연구는 자연기반해법을 적용하기 위한 위치의 지정은 낙동강유역환경청에서 선정한 홍수취약지구와 하천기본계획의 하천관리사업 계획지구를 대상으로 하천관리 방안 기술을 적용하였다. 그 결과 Fig.
본 연구는 합천댐 직하류 하천인 황강을 대상지역으로 선정하였다. 댐 직하류 지역에 대해서는 댐운영 및 하천관리를 통해 기후변화로 인한 극한 기상에 대응해야 하며, 홍수 및 침수에 대응 및 대비해야 한다.

이론/모형

우선, 자연기반해법을 구현하기 위해 HEC-GeoRAS를 활용하여 대상지역에 홍수터와 저류지를 모의 생성하였다. 그 다음으로, 100년 빈도의 24시간 확률강우량을 산정하고, 이를 기반으로 HECHMS 모형을 이용하여 설계홍수량을 계산하였다. 이어서, HEC-RAS를 활용하여 설계홍수위를 산정하고, 이를 통해 자연기반해법의 홍수저감 효과를 분석하였다.
본 연구의 목적은 자연기반해법을 통한 하천관리의 홍수 저감 효과를 정량적으로 분석하는 것이며, 합천댐 직하류 하천인 황강을 대상으로 하였다. 우선, 자연기반해법을 구현하기 위해 HEC-GeoRAS를 활용하여 대상지역에 홍수터와 저류지를 모의 생성하였다. 그 다음으로, 100년 빈도의 24시간 확률강우량을 산정하고, 이를 기반으로 HECHMS 모형을 이용하여 설계홍수량을 계산하였다.

성능/효과

ⓐ구간을 황강유역의 상류이고, ⓜ구간을 낙동강 합류점과 가까운 하류로 나누어 홍수위의 증감량을 확인하였다. NbS를 적용한 구간에는 식생이 조성됨에 따라 증가하는 흐름저항으로 인해 수위가 상승하는 것으로 보였으며, 이는 홍수터 및 저류지로 구분이 되어 유속이 느려짐으로 저류효과를 볼 수 있었다(Fig. 5).
결과적으로 자연기반해법을 적용한 단면은 저류의 효과를 나타내어 수위의 상승을 보였으며, 자연기반해법 적용 단면의 하류부는 수위의 하강 효과를 관찰할 수 있었다. 따라서, 자연기반해법의 적용으로 최대 1.
결과적으로 자연기반해법을 적용한 단면은 저류의 효과를 나타내어 수위의 상승을 보였으며, 자연기반해법 적용 단면의 하류부는 수위의 하강 효과를 관찰할 수 있었다. 따라서, 자연기반해법의 적용으로 최대 1.08m의 수위 저감효과와 평균 12.3cm의 수위 저감효과가 나타났다.
6, Table 4). 또한 홍수의 위험이 큰 하류 부분(ⓚ, ⓛ, ⓜ)에 수위가 약 8cm 감소하여 적절한 자연기반해법을 적용하면 효과적으로 홍수위험을 저감할 수 있을 것으로 판단된다.
또한 자연기반해법의 적용은 홍수뿐만 아니라 생태계의 연결성, 수질 등 생태적 환경 문제에 대한 해결책으로서도 기여할 것으로 기대할 수 있다. 이러한 결과들은 홍수 관리에 대한 새로운 전략과 방향성을 제시하며, 지속가능한 하천관리의 가능성을 강조할 수 있으며, 자연기반해법의 활용이 기후변화와 환경적 문제에 대한 효과적인 대응책으로서의 역할을 확장시킬 수 있다.
NbS를 적용한 지역의 하류는 자연기반해법을 적용하기 이전과 비교했을 때 황강의 수위가 감소하는 현상이 보임을 알 수 있다. 자연기반해법을 통한 합천댐 하류의 홍수 저감효과 결과는 최대 1.08m이며, 전체 평균으로 12.3cm의 저감효과를 볼 수 있다(Fig. 6, Table 4).

후속연구

본 연구의 결과는 하천관리사업의 추진에 있어서 기존의 관행적인 방식 대신 자연기반해법을 도입하는 근거로 활용될 수 있다는 가능성을 제시하고 있다. 또한 자연기반해법의 적용은 홍수뿐만 아니라 생태계의 연결성, 수질 등 생태적 환경 문제에 대한 해결책으로서도 기여할 것으로 기대할 수 있다. 이러한 결과들은 홍수 관리에 대한 새로운 전략과 방향성을 제시하며, 지속가능한 하천관리의 가능성을 강조할 수 있으며, 자연기반해법의 활용이 기후변화와 환경적 문제에 대한 효과적인 대응책으로서의 역할을 확장시킬 수 있다.
본 연구의 결과는 하천관리사업의 추진에 있어서 기존의 관행적인 방식 대신 자연기반해법을 도입하는 근거로 활용될 수 있다는 가능성을 제시하고 있다. 또한 자연기반해법의 적용은 홍수뿐만 아니라 생태계의 연결성, 수질 등 생태적 환경 문제에 대한 해결책으로서도 기여할 것으로 기대할 수 있다.

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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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