[논문]HEC-HMS/HEC-RAS를 이용한 수영강 홍수 영향 분석 연구

신현석; 전성우; 서봉철

문제 정의

본 연구에서는 위의 홍수 분석 통합 모형증 HEC-HMS 및 HEGRAS를 이용한 수영강의 홍수위 분석 및 복잡한 하도내 교량에 의한 홍수 영향 분석을 수행하는 데 그 목적이 있다.
특히 91년 Gladys 태풍으로 인하여 일대의 침수 및 내수 배재 불량으로 인한 막대한 피해를 경험하였다. 본 연구에서는 하천의 홍수 영향 검토를 위하여 HYDROFRQ / HYDROGIS / HEC-HMS / HEC-RAS 모형의 Linking을 통한 통합 홍수관리 모형을 제시하고자 한다. 이 때, (1) HYDROFRQ는 기상/수문 자료의 기초 통계 및 빈도 분석을 위하여 부산대학교 수자원 연구실에서 Matlab Base로 개발되었으며, (2) HYDROGIS는 유역의 지형/수문학적 자료외 구축 및 하도 침수 구역의 설성을 위한 GIS Base 모듈이고, (2) 미공병단의 HEC-HMS 모형을 이용한 유역 유출 특성의 분석, (3) HEC-RAS를 이용한 하도 홍수위 분석, 하도 구조물 해석 및 세굴 영향 분석을 수행한다.
아직 연구의 성과는 가시적이지는 못하나 차후 각 모듈의 정량적인 개발 및 범용화로 인하여 정도를 높여갈 계획이다. 특히, 수영강 유역에서의 홍수 분석 및 하도내 구조물의 홍수위 영향을 분석함으로 인하여 도시내 하천의 무분별한 개발의 홍수에의 영향을 알아 보는 데 목적이 있었다.

제안 방법

HEC-HMS에서 산정된 빈도별 유출량을 상류단 경계조건으로 입력하고, 하류단 경계조건으로는 부산항의 약최고만조위를 육상기준으로 환산한 값을 입럭하였다. 그림 2에서는 HEC-HMS모형과 HEC-RAS모형을 이용한 유출 .
유역 추적을 위해서는 유역의 지형적 특성 및 도달 특성을 반영할 수 있기 때문에 미계측유역추적에 가장 적합하다고 평가되는 Clark 유역추적법을 사용했으며, 수문학적인 하도 추적을 위해서는 매개변수의 물리적인 특성을 가장 잘 반영하고 결과가 부정류 해석결과와 잘 일치한다고 연구된 Muskingum-Cunge 방법을, 그리고 유역내 상 수 전용저수지인 회동댐에 대해서는 저류량. 방류량곡선을 이용한 수정 Puls 방법에 의한 저수지추적을 통하여 유출량을 산정하였다.
그러나 하천 정비 및 기타 홍수 관련 연구 및 사업에서는 아직도 그 해석의 정확도 및 기법의 체계화가 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 홍수 해석을 위한 통계적, 지형 정 보학적, 수문학적, 수리학적 모형의 통합을 제시하고 그를 실제 수영강 유역에 적용하여 보았다. 아직 연구의 성과는 가시적이지는 못하나 차후 각 모듈의 정량적인 개발 및 범용화로 인하여 정도를 높여갈 계획이다.
부산지역의 확률강우량, 강우 시간분포룰 이용하여 재현기간별, 지속시간별 강우 . 유출 분석을 수행하였다.
부산지역의 확률강우량, 강우 시간분포룰 이용하여 재현기간별, 지속시간별 강우 . 유출 분석을 수행하였다. 유역 추적을 위해서는 유역의 지형적 특성 및 도달 특성을 반영할 수 있기 때문에 미계측유역추적에 가장 적합하다고 평가되는 Clark 유역추적법을 사용했으며, 수문학적인 하도 추적을 위해서는 매개변수의 물리적인 특성을 가장 잘 반영하고 결과가 부정류 해석결과와 잘 일치한다고 연구된 Muskingum-Cunge 방법을, 그리고 유역내 상 수 전용저수지인 회동댐에 대해서는 저류량.
지형분석은 HNDROGIS를 사용하여 HEC-HMS 모형입력에 적합하게 수행하였으며, 과거 50여년간의 부산지역강우를 분석하여 확률강우량 및 강우강도식을 산정하였다. 유출을 해석을 하기 위해 전유역을 13개의 소유역, 8개의 하도구간, 6개의 합류지점으로 분할하였다. 그림 3은 소유역의 분할 및 합류점을 HEC-HMS모형에서 구축한 유역분할도이며, 그림 4는 수영강 본류에 대한 횡단면자료과 하천구조물을 HEC-RAS모형에서 구축한 본류하도의 종단 도이다.
본 연구에서는 하천의 홍수 영향 검토를 위하여 HYDROFRQ / HYDROGIS / HEC-HMS / HEC-RAS 모형의 Linking을 통한 통합 홍수관리 모형을 제시하고자 한다. 이 때, (1) HYDROFRQ는 기상/수문 자료의 기초 통계 및 빈도 분석을 위하여 부산대학교 수자원 연구실에서 Matlab Base로 개발되었으며, (2) HYDROGIS는 유역의 지형/수문학적 자료외 구축 및 하도 침수 구역의 설성을 위한 GIS Base 모듈이고, (2) 미공병단의 HEC-HMS 모형을 이용한 유역 유출 특성의 분석, (3) HEC-RAS를 이용한 하도 홍수위 분석, 하도 구조물 해석 및 세굴 영향 분석을 수행한다. 통합 모형의 구조는 그림 1과 같다.
지형분석은 HNDROGIS를 사용하여 HEC-HMS 모형입력에 적합하게 수행하였으며, 과거 50여년간의 부산지역강우를 분석하여 확률강우량 및 강우강도식을 산정하였다. 유출을 해석을 하기 위해 전유역을 13개의 소유역, 8개의 하도구간, 6개의 합류지점으로 분할하였다.

대상 데이터

본 연구의 적용대상유역은 수영 강유역으로서 유역면적이 199.6km2, 하천연장이 28.7km 에 달하며 석대천과 온천천이 지류를 형성하는 부산 제1의 준용하천이다. 또한, 하구에서 약 9km 상류지점에 1946년 상수도 전용댐인 회동댐이 축조되어 현재에 이르고 있으며 회동댐 상류의 유역면적은 수영강 전 유역의 약 50%인 100㎢구에 달한다.
본류하도에 대한 횡단면자료는 수영교 지점을 기점으로 하류 1.2km 구간은 100m 간격으로, 상류 6.8km구간은 80m 간격, 도심순환도로가 끝나는 지점의 상류 2畑구간은 100m 간격으로 측점을 설치하여 수리학적 특성을 분석하는데 필요한 기초자료로 이용하였다. 분석 대상구간에 대한 빈도별 적용홍수량은 유출분석의 결과 산정된 첨두홍수량 수문곡선(그림 5)을 이용하여 적용하였으며 그 결과는 표 1과 같다.

이론/모형

유출 분석을 수행하였다. 유역 추적을 위해서는 유역의 지형적 특성 및 도달 특성을 반영할 수 있기 때문에 미계측유역추적에 가장 적합하다고 평가되는 Clark 유역추적법을 사용했으며, 수문학적인 하도 추적을 위해서는 매개변수의 물리적인 특성을 가장 잘 반영하고 결과가 부정류 해석결과와 잘 일치한다고 연구된 Muskingum-Cunge 방법을, 그리고 유역내 상 수 전용저수지인 회동댐에 대해서는 저류량. 방류량곡선을 이용한 수정 Puls 방법에 의한 저수지추적을 통하여 유출량을 산정하였다.

성능/효과

결과적으로 회동댐 상류유역은 12시간 강우지속시간, 석대천과 온천천은 6시간, 그리고 수영강 본류의 석대천 합류후 및 온천천 합류후 리고 수영강 하구지점에서는 12시간 지속 시간일 때 첨두유출량이 산정되었다. 이 결과는 온천천 및 석대천과 같이 작은 유역은 12시간 또는 24시간의 장기간의 강우지속시간에 대한 첨두유출량보다 6시간의 첨두유출량이 크므로, 하천설계시의 24시간 설계강우 지속시간을 적용한다면 홍수량의 과소측정 위험이 있음을 알 수가 있다.
결과적으로 회동댐 상류유역은 12시간 강우지속시간, 석대천과 온천천은 6시간, 그리고 수영강 본류의 석대천 합류후 및 온천천 합류후 리고 수영강 하구지점에서는 12시간 지속 시간일 때 첨두유출량이 산정되었다. 이 결과는 온천천 및 석대천과 같이 작은 유역은 12시간 또는 24시간의 장기간의 강우지속시간에 대한 첨두유출량보다 6시간의 첨두유출량이 크므로, 하천설계시의 24시간 설계강우 지속시간을 적용한다면 홍수량의 과소측정 위험이 있음을 알 수가 있다. 그림 5는 각 유역에서 산정된 50년 빈도 홍수수문곡선이다.

후속연구

교에 의한 배수영향이 다른 구조물에 비해 배수효과로 인한 수위상승은 약 2배, 유속감소효과는 약 3배정도 크게 나타 남을 알 수가 있다. 또한, 도심순환도로의 교각으로 인한 배수효과는 원동 I.C.교와 동천교 사이의 수위상숭을 평균하여 보면 100년 빈도 홍수량의 적용시 0.42m 정도로 수영강에 대한 하천정비계획설립시 도심순환도로에 의한 영향을 반드시 고려해야될 것으로 생각된다.
본 연구에서는 홍수 해석을 위한 통계적, 지형 정 보학적, 수문학적, 수리학적 모형의 통합을 제시하고 그를 실제 수영강 유역에 적용하여 보았다. 아직 연구의 성과는 가시적이지는 못하나 차후 각 모듈의 정량적인 개발 및 범용화로 인하여 정도를 높여갈 계획이다. 특히, 수영강 유역에서의 홍수 분석 및 하도내 구조물의 홍수위 영향을 분석함으로 인하여 도시내 하천의 무분별한 개발의 홍수에의 영향을 알아 보는 데 목적이 있었다.

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