[논문]자연형 하천의 복원에 따른 홍수위 변화와 피해 분석 - 부산시 온천천 대상 -

박용운; 홍일표

[국내논문] 자연형 하천의 복원에 따른 홍수위 변화와 피해 분석 - 부산시 온천천 대상 -
Analysis of Flood Water Level Change and Flood Hazard by Natural Stream Restoration - On-Cheon Stream in Busan - 원문보기

박용운 (한국건설기술연구원 수자원연구부) , 홍일표 (한국건설기술연구원 수자원연구부)

최근 급속한 도시화에 따른 토지이용 증가와 토지이용 효율성의 증대는 불투수 표면의 확대, 유역의 조도계수 감소와 함께 유입시간의 단축, 수로망 정비에 의한 첨두유량의 증가, 도달시간의 감소를 발생시켜, 수로의 통수능 증가와 저류량의 급격한 감소 등 전반적인 수문현상의 변화를 가져와 도시 하천유역에 홍수 피해를 빈번히 발생시키고 있을 뿐만 아니라 근시안적인 난개발로 인해 하천 생태계가 파괴되는 등 하천 오염이 갈수록 심각해지고 있다. 근년에 들어 이런 문제 해결을 위해 하천정비시 자연형 개념을 도입하여 공사가 시행되고 있으며 본 연구의 대상하천으로 선정된 온천천이 부산의 그 대표적인 예라 하겠다. 본 연구에서는 자연형 하천의 복원에 따른 홍수위 변화와 피해 분석을 위해 먼저 온천천이 자연형 하천으로 복원되기 이전의 하도 단면과 복원 후 변화된 하도 단면으로 분류하였으며, GIS 기법을 이용해 공간 지형자료를 정량적으로 산출하였다. 하천 복원에 따른 특성 분석을 위하여 부산지방기상청으로부터 수집된 강우자료를 이용하여 확률강우량을 산정한 후 빈도별 홍수량을 산정하였다. 산정된 빈도별 홍수량을 HEC-RAS(River Analysis System) 모형에 적용하여 복원 전.후의 홍수위를 모의한 결과 온천천의 친수공간을 대표하는 주요지점에 대해 안전하다고 판단되었으나 온천천이 시민들의 친수공간으로 이용되고 있는 자연형 하천임을 고려할 때 돌발홍수에 대한 홍수예경보가 반드시 필요하다고 본다.

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문제 정의

본 연구에서는 온천천이 자연형 하천으로의 복원으로 인해 홍수위 변화와 홍수 피해에 얼마나 영향이 있는지를 분석하였으며 친수공간을 대표하는 주요 지점에 대해 홍수량과 계획 홍수위에 대한 검토를 수행하였다.
본 연구는 온천천에 대해 기존 직 강화되고 획일적으로 정비된 하천에서 자연형 하천으로의 복원으로 인해홍수위 변화와 홍수 피해에 얼마나 영향이 있는지를 분석하였다. 먼저 GIS 기법을 이용해서 공간 지형자료를정량적으로 산출하였고 HEC-RAS 모형을 이용하여 복원전.

제안 방법

강우의 분석에 대한 적용이 필요하다. 따라서, 재현기간별(1년, 30년, 50년, 80년, 100년, 150년, 200년) 홍수량 산정을 위해서 부산 측후소의 시강우 자료를 이용하여 통계분석한 후 채택된 확률 강우량으로부터 빈도별 홍수량을 산정하였다. 빈도별 홍수량 산정시 하천시설기준에 제시되어 있는 유역 추적법, Kajiyama, 수정 Kajiyama(1), 수정 Kajiyama(2), Nakayasu, 합리식 등 6가지 방법 중에서 유역의 지형학적 특성과 강우의 시간적 분포를 고려할 수 있는 유역 추적법을 채택하였으며 8개 지점에 대해 산 정한 결과를 표 1에 제시하였다.
따라서, 재현기간별(1년, 30년, 50년, 80년, 100년, 150년, 200년) 홍수량 산정을 위해서 부산 측후소의 시강우 자료를 이용하여 통계분석한 후 채택된 확률 강우량으로부터 빈도별 홍수량을 산정하였다. 빈도별 홍수량 산정시 하천시설기준에 제시되어 있는 유역 추적법, Kajiyama, 수정 Kajiyama(1), 수정 Kajiyama(2), Nakayasu, 합리식 등 6가지 방법 중에서 유역의 지형학적 특성과 강우의 시간적 분포를 고려할 수 있는 유역 추적법을 채택하였으며 8개 지점에 대해 산 정한 결과를 표 1에 제시하였다.
본 연구에서는 온천천이 복원되기 이전의 하도 단면과 복원 후 변화된 하도단면으로 분류하여 각각의 하도를 HEC-RAS 모형을 이용하여 구축하였고 산정된 빈도별 홍수량을 적용하여 복원전.후의 홍수위를 그림 3과 같은 과정으로 모의하였다.
도수가 발생하는 등의 혼합류(Mixed Flow) 수리 특성을 가지고 있다. 따라서 홍수위 분석시 운동량방정식에 의한 혼합류 분석을 실시하였다.
Manning 조도계수에 영향을 주는 요소들로는 수로의 표면 조도, 수로 내 의 식물, 수로의 부정, 수로법면 보전 및 세굴, 장애물, 수로의 크기와 형태, 수위 및 유량, 계절적 변화 등 매우 다양하며 결정 방법으로는 하도 상황 및 하상재료에 의한 추정 방법, 수위-유량(H-Q) 곡선에 의한 추정 방법, 홍수 흔적을 조사하여부등류 계산에 의한 추정방법 등이 있다. 본 연구에서는 하천 설계기준 하천상황별 조도계수 범위에서 상기한 제반 상황을 고려하여 조도계수 값을 결정하였으며 표 2에 제시하였다.
후의 하도를 구축한 다음 시 강우 자료를 이용하여 이를 통계분석한 후 채택된 확률 강우량으로부터 빈도별 홍수량을 산정하여 수리분석을 실시 복원 전.후의 홍수위를 모의하였다. 또한 온천천의 친수공간을 대표하는 주요 지점에 대해 홍수량과 계획 홍수위에 대한검토를 수행하였으며 결론은 다음과 같다.

데이터처리

먼저 GIS 기법을 이용해서 공간 지형자료를정량적으로 산출하였고 HEC-RAS 모형을 이용하여 복원전.후의 하도를 구축한 다음 시 강우 자료를 이용하여 이를 통계분석한 후 채택된 확률 강우량으로부터 빈도별 홍수량을 산정하여 수리분석을 실시 복원 전.후의 홍수위를 모의하였다.

이론/모형

변화와 홍수 피해에 얼마나 영향이 있는지를 분석하였다. 먼저 GIS 기법을 이용해서 공간 지형자료를정량적으로 산출하였고 HEC-RAS 모형을 이용하여 복원전.후의 하도를 구축한 다음 시 강우 자료를 이용하여 이를 통계분석한 후 채택된 확률 강우량으로부터 빈도별 홍수량을 산정하여 수리분석을 실시 복원 전.
첫째, HEC-RAS 모형을 이용하여 수리분석을 실시 복원전.후의 홍수위를 모의한 결과 자연형 하천 복원후 홍수위가 낮아진 것으로 분석되었으며 빈도별 홍수위 변화를 살펴본 결과 100년 빈도의 경우 홍수위차가 가장 큰 것으로 나타났다.

성능/효과

3 m 상승된 것으로 나타났다. 빈도별 홍수위 변화를 검토하기 위해 내성 교차로~연안교(No.82~ No.46) 구간만을 분석한 결과 1년 빈도의 경우는 거의 차이가 없었으며 30년, 150년, 200년 빈도는 약간의 차이를 보였고 50년, 80년, 100년 빈도는 홍수위 차가 컸다. 특히, 100년 빈도가 복원전.
특히, 100년 빈도가 복원전.후에 있어 가장 큰 홍수위 차를 보였는데 (그림 5) 대상 하천이 지방2급 하천 (국내 치수 경제 대상빈도 : 50~ 200년)인 점과 해당 하천의 중요도 및 토지이용 현황, 최근의 기상이변과 도심 하천인 점을 고려해 볼 때 100년 빈도를 계획 규모로 결정하면 타당할 것으로 판단된다. 온천천의 자연고수부지 및 홍수호안은 평상시에는 자연관찰 장소로 이용되다가 홍수시 저류지의 역할을 수행하므로 본 연구 결과를 놓고 볼 때 홍수 피해에 대해 안전하다고 판단되나 시민들의 친수공간으로 이용되고 있는 자연형 하천임을 고려할 때 돌발 홍수에 대한 홍수 예경보가 반드시 필요하다고 본다.
첫째, HEC-RAS 모형을 이용하여 수리분석을 실시 복원전.후의 홍수위를 모의한 결과 자연형 하천 복원후 홍수위가 낮아진 것으로 분석되었으며 빈도별 홍수위 변화를 살펴본 결과 100년 빈도의 경우 홍수위차가 가장 큰 것으로 나타났다. 따라서 본 연구 결과를 놓고 볼 때 홍수 피해에 대해 안전하다고 판단되나 온천천이 시민들의 친수공간으로 이용되고 있는 자연형 하천임을 고려할 때 돌발 홍수에 대한 홍수예경보가 반드시 필요하다고 본다.

후속연구

후의 홍수위를 모의한 결과 자연형 하천 복원후 홍수위가 낮아진 것으로 분석되었으며 빈도별 홍수위 변화를 살펴본 결과 100년 빈도의 경우 홍수위차가 가장 큰 것으로 나타났다. 따라서 본 연구 결과를 놓고 볼 때 홍수 피해에 대해 안전하다고 판단되나 온천천이 시민들의 친수공간으로 이용되고 있는 자연형 하천임을 고려할 때 돌발 홍수에 대한 홍수예경보가 반드시 필요하다고 본다.
둘째, 자연형 하천공법의 수리적 안정성 검토를 위해서는 장기간의 충분한 수리, 수문에 관한 자료가 필요하다. 그러나 본 대상 유역에는 그동안 수문관측시설이 전무하였고 자료 또한 충분치 못하였다.
그러나 본 대상 유역에는 그동안 수문관측시설이 전무하였고 자료 또한 충분치 못하였다. 최근 도시홍수재해관리기술 연구사업을 진행하면서 2005년 7월에 수위계 1조와 우량 관측소 1조가 설치되었지만 추후 더 많은 검토를 통해 수문관측시설의 추가 설치가 절실히 요구된다.
셋째, 자연형 하천 복원에 있어 철저한 사전조사가 필요하며 하천 복원 후 시공에만 그치는 것이 아닌 성과를 정확히 분석하고 그 목표를 달성하였는가에 대한 평가를 위해 모니터링 계획 수립과 지속적인 관리가 요구되고 하천평가를 위한 종합적인 기준 제시가 필요하다.

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