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[국내논문] HEC-HMS를 이용한 댐 붕괴 해석
Dam Break Analysis with HEC-HMS 원문보기

한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집, 2008 May 22, 2008년, pp.135 - 140  

홍승진 (인하대학교 토목공학과) ,  김수전 (인하대학교 토목공학과) ,  이정기 (인하대학교 토목공학과) ,  곽재원 (인하대학교 토목공학과)

초록
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최근 들어 이상기후로 인한 집중호우가 빈발하고 있으며, 이로인한 피해가 증가하고 있다. 실례로 2002년 발생한 태풍 루사의 경우, 가능최대강수량(PMP)에 근접한 강우강도를 보였으며, 최근 발생하고 있는 국지성 호우의 경우도 시간을 고려할 때 상당히 큰 강우강도를 보이고 있음을 알 수 있다. 이에 본 연구에서는 가능최대강수량과 댐과의 관계를 분석하기 위하여 태풍 루사의 강우 사상을 대상으로 소양강 댐의 붕괴를 고려한 시나리오와 붕괴되지 않은 시나리오로 구분하여 홍수량을 모의하였다. 강우사상의 경우, 건교부에서 2004년에 제시한 방법을 이용하여 공간분포를 시킨 후, 공간 분포된 강우를 대상으로 Huff 2분위를 적용하여 시간분포 시켰다. 또한 공간분포를 적용하지 않은 강우를 같은 방법으로 시간분포를 시킨 후, 각각의 결과를 비교분석하였다. 댐 붕괴해석을 위한 모형으로는 미육군공병단(USACE)에서 제공하는 HEC-HMS 3.1.0을 사용하였다. 분석결과 댐 붕괴를 하지 않았을 때 공간분포를 적용하는 경우가 공간분포를 적용하지 않는 경우에 비해서 지속시간이 1시간$\sim$18시간 까지는 가능최대강수량 및 첨두홍수량이 작게 모의되었으며, 18시간 이상의 지속시간을 가지는 경우에는 각각 더 크게 모의됨을 알 수 있었고 댐이 붕괴하는 경우에는 불규칙한 값을 갖게 되는 것을 볼 수 있다. 또한 태풍 루사시 소양강 댐이 붕괴되었다면, 첨두 홍수량은 2.5배가량 증가된 것으로 모의되었다.

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제안 방법

  • 가능최대강수량은 주어진 지속기간에 있어서 어느 특정위치에 주어진 호우면적에 대하여 연중 어느 지정된 기간에 물리적으로 발생할 수 있는 이론적 최대강수량 깊이(Hansen, 1982)라고 정의하고 있다. 가능최대강우량을 구하기 위해서는 PMP도를 이용하여 가능최대강우량 값을 독치하는 방법과 DAD관계를 이용하여 PMP-DAD를 이용하여 산정하는 방법이 있는데 본 연구에서는 전국PMP도 재작성 보고서에서 사용한 후자의 방법을 택하였다. 이렇게 공간분포된 강우자료를 Huff 2분위를 이용하여 시간분포를 시킴으로서 지속시간별 가능최대강수량을 산정하였다.
  • 다음으로 공간분포 고려와 공간분포 미 고려의 가능최대강우량으로부터 Dam-Break시 홍수량을 산정하였다(표 3). 댐 붕괴 시 유출량이 엄청나게 증가한 모습을 볼 수 있다.
  • 또한 댐 붕괴 해석을 위해 가능최대강우량 산정 시 공간분포를 고려해서 산정한 가능최대강수량과 공간분포를 고려하지 않고 산정한 가능최대강수량을 HEC-HMS에 각각 적용하여 유출량을 비교하였다. 건교부(2004)에 의하면 공간분포는 유역면적이 25km2 이상의 유역에 적용하도록 되어 있는데 이는 대상유역의 공간중심으로부터 가상의 호우의 위치와 형상 및 방향성 등을 고려하기 위해서 이다(표 1의 B-A의 값은 공간분포 미적용과 공간분포 적용한 값들의 차로서 공간분포를 하지 않았던 값이 18hr까지 증가하다가 24hr이후부터 감소되는 모습을 볼 수 있다).
  • 본 연구에서는 2002년에 발생한 시공간적으로 분포된 태풍 루사의 강우사상을 소양강 유역에 적용하여 가능최대강수량을 산정한 후에 댐의 파괴 시와 비파괴 시의 홍수량을 비교하였다. 즉, 공간분포와 시간분포를 고려한 가능최대강수량과 공간분포를 고려하지 않고 시간분포만 고려한 가능최대강수량을 댐에 적용하여 가상 붕괴시킴으로서 이로 인한 홍수량을 산정 비교하였다.
  • 가능최대강우량을 구하기 위해서는 PMP도를 이용하여 가능최대강우량 값을 독치하는 방법과 DAD관계를 이용하여 PMP-DAD를 이용하여 산정하는 방법이 있는데 본 연구에서는 전국PMP도 재작성 보고서에서 사용한 후자의 방법을 택하였다. 이렇게 공간분포된 강우자료를 Huff 2분위를 이용하여 시간분포를 시킴으로서 지속시간별 가능최대강수량을 산정하였다.
  • 본 연구에서는 두 가지의 경우 모두 적용하였다. 즉, 공간분포 고려시와 공간분포 미 고려로 나누어 각각 산정된 가능최대강수량을 No Dam-Break시와 Dam-Break시에 모두 적용하여 홍수량을 산정하였다. 우선 No Dam-Break시를 살펴보면, 표 2에서 보는 바와 같이 18hr까지의 홍수량 값이 공간분포를 고려하지 않은 값이 크게 산정되어지다가 24hr으로 넘어가면서부터 공간분포를 고려한 가능최대강우량의 홍수량이 커짐을 알 수 있다.
  • 본 연구에서는 2002년에 발생한 시공간적으로 분포된 태풍 루사의 강우사상을 소양강 유역에 적용하여 가능최대강수량을 산정한 후에 댐의 파괴 시와 비파괴 시의 홍수량을 비교하였다. 즉, 공간분포와 시간분포를 고려한 가능최대강수량과 공간분포를 고려하지 않고 시간분포만 고려한 가능최대강수량을 댐에 적용하여 가상 붕괴시킴으로서 이로 인한 홍수량을 산정 비교하였다. 이를 통해서 댐 파괴 시와 비파괴 시의 홍수량으로 인해서 하류부의 영향을 파악 할 수 있을 것으로 생각된다.

대상 데이터

  • 소양강 다목적 댐은 사력댐으로 좌안으로는 강원도 춘천시 동면 월곡리에 위치하고 우안으로는 강원도 춘천시 신북읍 천전리에 위치한다. 댐 높이는 123m, 댐 길이는 530m이고 댐 체적은 9,591(천m3)이고 정상표고(EL)는 203m이다.
  • 본 연구의 대상유역인 소양강유역은 강원도 홍천군과 강원도 인제군을 포함하고 있으며, 북쪽으로 38선 까지 포함하고 있다. 또한 강우의 공간적 분포 특성을 고려하여 소양강유역을 그림 1과 같이 세 유역으로 분할하였다(①인북천(923.

이론/모형

  • 소양강댐의 홍수량 산정을 위해서는 가능최대강수량을 산정이 우선시되기 때문에 한국의 가능 최대강수량추정(건설교통부, 2000)과 전국PMP도 재작성(건설교통부, 2004) 보고서를 참고하여 추정하였다. 가능최대강수량은 주어진 지속기간에 있어서 어느 특정위치에 주어진 호우면적에 대하여 연중 어느 지정된 기간에 물리적으로 발생할 수 있는 이론적 최대강수량 깊이(Hansen, 1982)라고 정의하고 있다.
  • 앞에서 산정한 가능최대강수량 A와 값B(표 1)를 HEC-HMS에 적용하여 홍수량을 산정하였으며, 홍수량 산정 시 필요한 강우의 손실량 계산은 SCS방법, 하도추적은 Muskingum방법을 이용하였다. HEC-HMS를 이용하여 댐 붕괴 해석 시 Dam-Break Tool을 이용하여 산정하게 되는데, 크게 Dam-Break와 No Dam-Break의 두 가지 경우로 홍수량을 구할 수 있다.
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