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문제 정의
- 이 연구에서는 중랑천을 대상으로 설계빈도인 100년 빈도를 초과하는 강우에 대하여 방수로의 위치, 횡월류부의 규모, 하류단의 경계조건에 따른 홍수저감효과를 분석하는 기술적 판단 과정을 제시 함으로써 방수로에 의 한 홍수저감계 획수립기술 향상에 기여 코저 하였다.
제안 방법
- 가상 방수로 설치 후보지점을 선정하기 위하여 먼저 중랑천의 계획빈도를 상회하는 200년, 300 년, 500년 빈도 홍수위에 의한 제방 월류 유무를 계산하였다. 분석결과 200년 빈도 홍수위일 때 당현천 합류점 제방 우안부에서 월류를 시작하여 300년 홍수위시에는 서울시 경계와 월계1교 지점에서 추가로 제방을 월류하였으며, 500년 빈도 홍수위시에는 중랑천 유역의 좌.
- 우안 제방이 대부분 월류하는 것을 알 수 있었다. 따라서 제방 범람 위험성이 가장 큰 당현천 합류부, 월계1교지 점, 서울시 경계, 묵동천 합류부를 가상방수로 유입부의 설치 대상지점으로 선정하고 횡월류량 및 이에 따른 홍수위 변동을 계산하였다(표 1, 그림 1).
- 방수로 설치에 따른 하류부의 수위저감효과 분석을 위하여 상류단 경계조건으로는 중랑천의 계획빈도를 상회하는 200년 빈도 홍수량, 하류단 경계조건은 한강 합류부 평수위, 100년, 200년 빈도 흥수위를 채택하였다. 월류부 위치는 서울시 시경계 등 4개지점, 월류고는 경계홍수위, 위험 홍수위, 계획홍수위 등을 설정하였으며, 횡월류부 폭은 30 ~ 70 m까지 20 m 간격을 기준조건으로 하여 다음의 13가지 CASE를 구성하였다(표 2, 3).
- 방수로의 유입부는 횡월류의 형식으로써 일정수위를 초과하면 월류하여 연결 지하방수로를 통하여 한강으로 방류되는 시스템을 설정하였다. 이때 방수로 유입부의 위치와 월류 형식 및 크기는 홍수량 분담량 산정에서 우선적으로 중요한 요소이다.
- 본 연구에서는 HEC-RAS(UNET)모형의 부정류 모의를 통하여 중랑천 유역에 방수로를 설치하여 하류단 경계조건과 횡월류부 설계조건에 따라 하류부 수위 저감 효과를 분석하였고 그 결과는 다음과 같다.
- 흥수위를 채택하였다. 월류부 위치는 서울시 시경계 등 4개지점, 월류고는 경계홍수위, 위험 홍수위, 계획홍수위 등을 설정하였으며, 횡월류부 폭은 30 ~ 70 m까지 20 m 간격을 기준조건으로 하여 다음의 13가지 CASE를 구성하였다(표 2, 3). 각 조건에 따른 월류량 및 하류부의 수위 저감효과를 HEC-RAS(UNET) 모형으로 산정하였다.
대상 데이터
- 연구 대상유역인 중랑천은 의정부시, 서울시를 관류하여 한강 본류의 우안으로 유입되는 한강의 제1지류로서 도심지가 전체 유역의 3/4를 점하는 도시하천으로 유역면적 약 298.70 km2, 유로 연장 약 34.80 km이다. 서울시구간의 평균 하폭은 약 180 m, 평균 하상경사는 약 1/1, 150이다.
이론/모형
- 월류부 위치는 서울시 시경계 등 4개지점, 월류고는 경계홍수위, 위험 홍수위, 계획홍수위 등을 설정하였으며, 횡월류부 폭은 30 ~ 70 m까지 20 m 간격을 기준조건으로 하여 다음의 13가지 CASE를 구성하였다(표 2, 3). 각 조건에 따른 월류량 및 하류부의 수위 저감효과를 HEC-RAS(UNET) 모형으로 산정하였다.
- 횡월류 위어의 바닥표고는 위험홍수위를 적용하여 월류부 폭을 10 m에서 100 m까지 10 이씩 증가시켜 산정한 결과 같은 조건에서 British 식이 가장 큰 횡월류량을 나타냈으며, Dominguez 식이 중간값 FFC 실험식이 가장 작은 값을 나타내어 각 실험식의 개발배경 및 제약조건에 따라 상당한 차이를 보여 주었다. 이 연구에서는 다른 식에 비해 하천 및 위어의 물리적 특성치를 보다 많이 고려한 British 식을 채택하였다. 한편 FFC 산정식은 예연위어에 대한 것으로서 현재 광정 횡월류에 대한 실험연구가 진행중이며 실용적인 결과가 기대된다.
- 지하방수로의 유입유량산정을 위하여 British 식(1999), Dominguez 식(1945), FFC 실험식(김창완, 2005)을 적용하여 횡월류량을 비교 분석하였다. 횡월류 위어의 바닥표고는 위험홍수위를 적용하여 월류부 폭을 10 m에서 100 m까지 10 이씩 증가시켜 산정한 결과 같은 조건에서 British 식이 가장 큰 횡월류량을 나타냈으며, Dominguez 식이 중간값 FFC 실험식이 가장 작은 값을 나타내어 각 실험식의 개발배경 및 제약조건에 따라 상당한 차이를 보여 주었다.
성능/효과
- (1) 당현천 합류지점에 방수로를 설치(CASE A2)한 경우에서는 중랑천의 가장 취 약지구인 당현천 합류점에서 월계1교 지점까지 중랑천 100년빈도 홍수위 보다 작게 나타났다.
- (2) 위어 폭 및 월류고가 증가할수록 수위저감효과가 큼을 알 수 있었으며, CASE B3와 CASE C3의 경우에서는 방수로 설치지점에서 각각 최대 0.18, 0.49 m의 수위저감효과를 나타내었다.
- (3) 한강의 하류경계조건에 따른 영향은 당현천 합류점 부근까지 나타났으며 이로 인하여 방수로 설치에 따른 홍수위 영향은 작은 것으로 분석되었다.
- CASE A의 경우에서는 중랑천의 취약지구로 분석된 당현천합류부에서 월계1교 구간의 홍수위가 100년 빈도 홍수위보다 낮게 나타나고 있으며 월류부 위치가 당현천 합류점일 경우(A2)에 최대 약 1.19 m로 수위저감 효과가 가장 크게 나타나 최적의 방수로 설치구간으로 분석되었다.
- CASE B와 CASE C의 경우에서는 위어 폭이 크고, 위어 바닥고가 낮을수록 횡월류부에 의한 월류량이 증가하게 되어 수위저감효과가 큰 것으로 분석되었으며, CASE B3와 CASE C3에서는 각각 최대 0.18, 0.49 이의 수위저감효과를 나타내었으나, 100년 빈도 홍수위보다는 다소 높은 수위를 나타내고 있어 설치규모에 따른 수위저감효과는 미미하였다.
- 500년 빈도 홍수위에 의한 제방 월류 유무를 계산하였다. 분석결과 200년 빈도 홍수위일 때 당현천 합류점 제방 우안부에서 월류를 시작하여 300년 홍수위시에는 서울시 경계와 월계1교 지점에서 추가로 제방을 월류하였으며, 500년 빈도 홍수위시에는 중랑천 유역의 좌.우안 제방이 대부분 월류하는 것을 알 수 있었다.
- 판단해야 할 것으로 보인다. 한편, 동일조건하에서는 방수로의 위치에 따라서 수위 저감효과가 매우 크게 나타남으로써 적정규모의 유입부를 최적위치에 설치하는 것은 홍수위 저감에 핵심과제임을 확인할 수 있었다.
- 2005)을 적용하여 횡월류량을 비교 분석하였다. 횡월류 위어의 바닥표고는 위험홍수위를 적용하여 월류부 폭을 10 m에서 100 m까지 10 이씩 증가시켜 산정한 결과 같은 조건에서 British 식이 가장 큰 횡월류량을 나타냈으며, Dominguez 식이 중간값 FFC 실험식이 가장 작은 값을 나타내어 각 실험식의 개발배경 및 제약조건에 따라 상당한 차이를 보여 주었다. 이 연구에서는 다른 식에 비해 하천 및 위어의 물리적 특성치를 보다 많이 고려한 British 식을 채택하였다.
후속연구
- (4) 중랑천의 홍수위 저감효과를 가장 극대화하고 이상강우로부터 홍수범람을 최소화하기 위해서는 동일규모의 방수로 설치시 당현천 합류지점에 설치하는 것이 가장 적합한 것으로 잠정 분석되었으며, 이후 보다 구체적인 수문, 수리학적 연구가 수행되어야 할 것이다.
- 방수로 설치조건에 따른 분석결과 월류부 규모가 커질수록 수위저감효과가 커지는 것을 알 수 있었으나, 설치규모에 비하여 그 효과가 크지 않아 방수로 설치시 경제성 등을 고려하여 적정 규모를 판단해야 할 것으로 보인다. 한편, 동일조건하에서는 방수로의 위치에 따라서 수위 저감효과가 매우 크게 나타남으로써 적정규모의 유입부를 최적위치에 설치하는 것은 홍수위 저감에 핵심과제임을 확인할 수 있었다.
- 이 연구에서는 다른 식에 비해 하천 및 위어의 물리적 특성치를 보다 많이 고려한 British 식을 채택하였다. 한편 FFC 산정식은 예연위어에 대한 것으로서 현재 광정 횡월류에 대한 실험연구가 진행중이며 실용적인 결과가 기대된다.
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