[논문]낙동강유역에서의 천변저류지에 의한 홍수 저감영향 분석

한건연; 조완희; 백진규

문제 정의

천변저류지의 규모와 운영조건 그리고 설치위치에 따른홍수 저감영향을 비교.검토함으로써 효과적인 홍수 경감대책 수립을 위한 기초 자료를 제시하고자 한다.
본 논문에서는 저류지의 위치, 면적, 유입구의 표고에 따른 다양한 조건의 적용을 통하여 저류지 상류부와 하류부의 동역학적 홍수 전달 특성을 규명하였다. 본 논문의 연구결과는 천변저류지의 설치.

가설 설정

분석하였다. 가상하도는 50km의 하도 길이와 하상경사 0.0005의 완경사 하천으로 구성하였으며, 조도계수는 0.025로 가정하였다. 하천 전 구간을 1km의 동일한 단면거리를 가지는 51개의 단면으로 구분하였고, 각 단면의 형태는 저폭이 150m, 측벽면경사 1:2인 사다리꼴 균일하도이다.
저류지로 구분하였다. 각 저류지의 저면 표고는 하도의 바닥표고와 같게 가정하였으며, 저류지 유입구의 표고는 저류지를 설치하지 않고 300m3/s의 일정한 유량을 상류단 경계조건으로 사용하여 계산된 수위를 하도의 평수위로 가정하고 조절 수문이 없는 개방 저류지의 유입구 표고로 결정하였다. 따라서 하도 내 수위가 평수위보다 낮을 경우 저류지는 마른 상태를 유지하고 있으며, 홍수기에 저류되기 시작하는 구조물로 저류지 유입 구의 표고를 20cm 간격으로 상승시키면서 모의하였다.

제안 방법

따라서 하도 내 수위가 평수위보다 낮을 경우 저류지는 마른 상태를 유지하고 있으며, 홍수기에 저류되기 시작하는 구조물로 저류지 유입 구의 표고를 20cm 간격으로 상승시키면서 모의하였다. 각 자료군은 저류지 면적을 기준으로 하여 저류지 유입구의 표고 3가지와 저류지 위치 4가지로 구분하여 총 36개의 입력자료를 구성하였다.
천변저류지를 이용한 홍수 저감영향을 분석하기 위하여 낙동강 유역종합치수계획 보고서에 제시된 75개의 천변저류지 가운데 모의구간인 왜관 수위표~ 임해진 수위표 사이에 위치하고 유효 저류용량이 100만n"을 초과하는 10개의 천변 저류지를 선정하여 모의를 실시하였다. 낙동강 유역 종합치수계획 보고서에 유효저류용량과 이용수심이 제시되어 있으므로 저류지 유입구의 표고에 대한 조절을 통하여 실제 낙동강유역에서의 홍수 저감영향을 분석하였다.
각 저류지의 저면 표고는 하도의 바닥표고와 같게 가정하였으며, 저류지 유입구의 표고는 저류지를 설치하지 않고 300m3/s의 일정한 유량을 상류단 경계조건으로 사용하여 계산된 수위를 하도의 평수위로 가정하고 조절 수문이 없는 개방 저류지의 유입구 표고로 결정하였다. 따라서 하도 내 수위가 평수위보다 낮을 경우 저류지는 마른 상태를 유지하고 있으며, 홍수기에 저류되기 시작하는 구조물로 저류지 유입 구의 표고를 20cm 간격으로 상승시키면서 모의하였다. 각 자료군은 저류지 면적을 기준으로 하여 저류지 유입구의 표고 3가지와 저류지 위치 4가지로 구분하여 총 36개의 입력자료를 구성하였다.
28m의 첨두 홍수위 감소를 확인할 수 있었고, 범람 예상지역도 천변저류지를 설치하기 전 9개의 단면에서 천변저류지를 설치한 후 5개의 단면으로 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. 또한천변저류지의 설치만으로는 올바른 홍수저감 효과를 얻을 수 없다는 것을 가상의 균일하도구간에 대한 모의에서 확인했기 때문에 천변저류지의 유입구 표고에 대한 시행착오법(Trial & Error)을 통하여 천변저류지에서 낙동강으로의 역류가 발생하지 않게 하는 각각의 천변저류지에 대한 최적의 유입구 표고를 결정하였다. 이렇게 얻어진 천변저류지의 유입구 표고를 모의에 적용하여 실제 낙동강유역에 적용하여 천변저류지에 의한 낙동강유역 에서 의 홍수저 감영향을 분석하였다.
경우에 대하여 FLDWAV 모형을 적용하여 홍수추적을 실시하였다. 모의를 통하여 얻어진 첨두 홍수위와낙동강 유역종합치수계획 보고서에 제시된 하천의 제방고를 비교하여 범람 여부를 판단하였다. FLDWAV 모형은 1차원 홍수추적 모형이므로 하천의 좌/우 제방고 가운데 낮은 제방고를 범람여부를 판단하는 기준으로 적용하였다.
목표 지점의 홍수위 저감을 위해 다양한 조건의 천변저류지를 가상하도에 설치하고 효과를 분석하였다. 가상하도는 50km의 하도 길이와 하상경사 0.
본 연구에서는 동일한 유량조건과 지형조건에서 저류지의 설치 및 운영에 따른 효과를 분석하기 위하여 모든 경우의 초기조건과 경계조건을 같게 구성하였다. 초기조건은 수위 1.
본 연구에서는 최근 들어 홍수피해가 극심한 낙동강유역에 대하여 Saint-Venant 방정식을 음해적으로 유한차분하여 수치적으로 해석한 수리학적 하도추적을 FLDWAV 모형을 이용하여 수행함으로써 홍수파의 전달양상과 천변저류지의 홍수 저감영향을 분석하였다. 천변저류지의 규모와 운영조건 그리고 설치위치에 따른홍수 저감영향을 비교.
또한천변저류지의 설치만으로는 올바른 홍수저감 효과를 얻을 수 없다는 것을 가상의 균일하도구간에 대한 모의에서 확인했기 때문에 천변저류지의 유입구 표고에 대한 시행착오법(Trial & Error)을 통하여 천변저류지에서 낙동강으로의 역류가 발생하지 않게 하는 각각의 천변저류지에 대한 최적의 유입구 표고를 결정하였다. 이렇게 얻어진 천변저류지의 유입구 표고를 모의에 적용하여 실제 낙동강유역에 적용하여 천변저류지에 의한 낙동강유역 에서 의 홍수저 감영향을 분석하였다.
천변저류지의 홍수 저감영향을 분석하였다. 천변저류지의 규모와 운영조건 그리고 설치위치에 따른홍수 저감영향을 비교.검토함으로써 효과적인 홍수 경감대책 수립을 위한 기초 자료를 제시하고자 한다.
최적의 저감효과를 나타낼 수 있는 저류지의 면적을 결정하기 위하여 10km², 12km², 15km²의 면적을 갖는 저류지로 구분하였다. 각 저류지의 저면 표고는 하도의 바닥표고와 같게 가정하였으며, 저류지 유입구의 표고는 저류지를 설치하지 않고 300m3/s의 일정한 유량을 상류단 경계조건으로 사용하여 계산된 수위를 하도의 평수위로 가정하고 조절 수문이 없는 개방 저류지의 유입구 표고로 결정하였다.
025로 가정하였다. 하천 전 구간을 1km의 동일한 단면거리를 가지는 51개의 단면으로 구분하였고, 각 단면의 형태는 저폭이 150m, 측벽면경사 1:2인 사다리꼴 균일하도이다.

대상 데이터

8을 적용하였다. 천변저류지를 이용한 홍수 저감영향을 분석하기 위하여 낙동강 유역종합치수계획 보고서에 제시된 75개의 천변저류지 가운데 모의구간인 왜관 수위표~ 임해진 수위표 사이에 위치하고 유효 저류용량이 100만n"을 초과하는 10개의 천변 저류지를 선정하여 모의를 실시하였다. 낙동강 유역 종합치수계획 보고서에 유효저류용량과 이용수심이 제시되어 있으므로 저류지 유입구의 표고에 대한 조절을 통하여 실제 낙동강유역에서의 홍수 저감영향을 분석하였다.
근거하여 모의를 수행하였다. 모의에 적용된 구간은 왜관 수위표~ 임해진 수위표의 123.69km 구간으로서 전체 단면의 개수는 137개이고 계산 시간간격은 0.5hr로 설정하였다. 이 구간에서의 주요 지류로서는 금호강, 황강 그리고 남강이 고려 되었다.

이론/모형

모의를 통하여 얻어진 첨두 홍수위와낙동강 유역종합치수계획 보고서에 제시된 하천의 제방고를 비교하여 범람 여부를 판단하였다. FLDWAV 모형은 1차원 홍수추적 모형이므로 하천의 좌/우 제방고 가운데 낮은 제방고를 범람여부를 판단하는 기준으로 적용하였다. 계획홍수량을 적용한 모의를 통하여 9개 단면에서 첨두 홍수위가 제방고를 초과하는 것을 볼 수 있었다.
FLDWAV 모형을 실제 낙동강유역에 적용한 모의에서는 낙동강 하천정비 기본계획에 제시하고 있는 계획홍수량에 근거하여 모의를 수행하였다. 모의에 적용된 구간은 왜관 수위표~ 임해진 수위표의 123.
평지의 하천 등에 접하게 저류지를 설치하여 증가된 홍수량 혹은 저류지 하류의 하도 분담량이 저감될 때까지 하천의 홍수량을 월류제에 의해 저류지에 분류하는 월류제 방식을 택하고 있다. 월류량의 계산에 요구되는 월류 유량계수는 낙동강 유역종합치수계획 보고서에 제시된 1.8을 적용하였다. 천변저류지를 이용한 홍수 저감영향을 분석하기 위하여 낙동강 유역종합치수계획 보고서에 제시된 75개의 천변저류지 가운데 모의구간인 왜관 수위표~ 임해진 수위표 사이에 위치하고 유효 저류용량이 100만n"을 초과하는 10개의 천변 저류지를 선정하여 모의를 실시하였다.
이 구간에서의 주요 지류로서는 금호강, 황강 그리고 남강이 고려 되었다. 적 용구간에 대한 상류단 경 계조건으로서는 왜 관 수위 표지점 의계획홍수량인 13, 420m3/s를 단일 첨두로 갖는 Gamma 확률밀도함수로 계산된 유량수문곡선을 사용하였으며, 하류단 경계조건은 등류상태에 대한 Manning 식을 기초로 한 loop형 수위-유량 관계곡선을 계산하여 사용하였다. 조도계수는 이전의 홍수조건으로부터 검증된 0.
천변저류지에 의한 실제 낙동강유역에서의 홍수 저감영향을 분석하기에 앞서 천변저류지가 설치되지 않은 경우에 대하여 FLDWAV 모형을 적용하여 홍수추적을 실시하였다. 모의를 통하여 얻어진 첨두 홍수위와낙동강 유역종합치수계획 보고서에 제시된 하천의 제방고를 비교하여 범람 여부를 판단하였다.
경우의 초기조건과 경계조건을 같게 구성하였다. 초기조건은 수위 1.15m를 하류단 초기수위로 부등류 해석하였고, 상류단 경계조건은 1000m3/s의 단일 첨두를 갖는 유량수문곡선을 사용하였으며, 하류단 경계조건은 등류상태에 대한 Manning 식을 기초로 한 loop형 수위-유량 관계곡선을 계산하여 사용하였다.

성능/효과

10개의 천변저류지를 적용한 낙동강유역에서의 모의로부터 천변저류지의 설치로 인하여 범람 예상지역에서 최소 0.16m에서 최대 0.28m의 첨두 홍수위 감소를 확인할 수 있었고, 범람 예상지역도 천변저류지를 설치하기 전 9개의 단면에서 천변저류지를 설치한 후 5개의 단면으로 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. 또한천변저류지의 설치만으로는 올바른 홍수저감 효과를 얻을 수 없다는 것을 가상의 균일하도구간에 대한 모의에서 확인했기 때문에 천변저류지의 유입구 표고에 대한 시행착오법(Trial & Error)을 통하여 천변저류지에서 낙동강으로의 역류가 발생하지 않게 하는 각각의 천변저류지에 대한 최적의 유입구 표고를 결정하였다.
가상의 균일하도구간에 대한 모의를 통하여 천변저류지의 적용조건인 저류지의 위치, 면적 그리고 유입구의 표고 가운데 저류지의 위치는 홍수위 저감에 영향을 거의 미치지 않으며, 저류지의 면적과 유입구의 표고가 홍수위 저감에 많은 영향을 미친다는 것을 판단할 수 있었다. 같은 유입구의 표고를 갖는 경우에 있어 면적 증가에 따른 홍수위 저감효과가 거의 나타나지 않음을 통하여 가장 경제적인 저류지 면적을 결정할 수 있음을 확인할 수 있었다.
홍수위 저감에 많은 영향을 미친다는 것을 판단할 수 있었다. 같은 유입구의 표고를 갖는 경우에 있어 면적 증가에 따른 홍수위 저감효과가 거의 나타나지 않음을 통하여 가장 경제적인 저류지 면적을 결정할 수 있음을 확인할 수 있었다. 단일 첨두로 lOOOnW/s를 갖는 홍수사상에 대한 유량 수문곡선을 적용하여, 하류 단 목표지점에서 최대 0.
같은 유입구의 표고를 갖는 경우에 있어 면적 증가에 따른 홍수위 저감효과가 거의 나타나지 않음을 통하여 가장 경제적인 저류지 면적을 결정할 수 있음을 확인할 수 있었다. 단일 첨두로 lOOOnW/s를 갖는 홍수사상에 대한 유량 수문곡선을 적용하여, 하류 단 목표지점에서 최대 0.46m, 최소 0.32m의 홍수위 저감효과가 있었으며, 천변저류지에서의 적용조건에 따라 0.18m의 차이가 발생할 수 있음을 확인하였다.

후속연구

본 논문의 연구결과는 천변저류지의 설치.계획시 유용한 자료로 이용될 수 있으며, 하천에서의 경제적인 제방단면 결정을 위한 참고 자료 및 효과적인 홍수 경감 대책 수립을 위한 기초 자료를 제시할 것으로 기대된다.

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