[논문]분포형 수문모형을 이용한 판교유역 물순환 해석

장철희; 김현준; 노성진; 김철겸

문제 정의

판교시험유역은 한강의 제1지류인 탄천의 제2지류인 운중천이 위치하고 있으며, 북으로 운중천의 지류인 금토천이 위치한 유역이다. 동 지역은 2001년 수도권 지역의 계획적인 신도시 조성을 통한 만성적인 주택난 해소와 강남의 대체도시 조성을 목적으로 개발에 착수하게 되었다. 개발예정지구는 937.
모의 기간 중인 2000년부터 2004년까지의 판교 시험유역 내에는 모의결과와 비교하기 위한 유량자료가 없는 관계로 본 모의 결과에서는 유량자료가 있는 2005년부터 2007년까지의 유량자료를 이용하여 판교 시험유역 개발전의 유역 및 유출특성을 살펴보았다. 판교 시험유역에는 2004년 8월부터 2007년 10월 현재까지 총 6개의 수위관측소와 2개의 우량관측소를 운영 중에 있다.
모의 기간 중인 2000년부터 2004년까지의 판교 시험유역 내에는 모의결과와 비교하기 위한 유량자료가 없는 관계로 본 모의 결과에서는 유량자료가 있는 2005년부터 2007년까지의 유량자료를 이용하여 판교 시험유역 개발전의 유역 및 유출특성을 살펴보았다. 판교 시험유역에는 2004년 8월부터 2007년 10월 현재까지 총 6개의 수위관측소와 2개의 우량관측소를 운영 중에 있다.
본 연구에서는 판교 신도시 개발에 따른 유역에서의 홍수 및 유출변화의 정량적 규명을 목표로, 격자기반의 물리적 분포형 모형인 WEP 모형을 이용하여 판교신도시 개발전의 수문순환을 평가하였다.
본 연구에서는 판교 신도시 개발전의 WEP 모형을 시험 적용하기 위해 소유역을 12개로 구분하여 해석하였다. 대상 유역을 가로 세로 30m의 격자로 나누어(남북방향 235개, 동서방향 256개) 총 60,160개의 격자로 계산영역을 설정하였으며 이 중 대상지역내의 격자는 25,666개이다.

제안 방법

분포형 수문모형인 WEP 모형을 통해 판교신도시 개발 전의 물순환을 해석하였다. 정밀한 해석을 위해 대상유역을 30m 크기의 정방형 격자로 구분하고 기상 조건, 지표면 조건, 하천, 토양, 지하대수층, 농업용수 이용 등 물순환에 관련된 광범위한 입력자료를 기존 측정 자료 및 관련 문헌, 현장 조사를 통해 각각 구축하였다.
판교신도시 유역내의 수위관측소(매송2교, 판교교, 삼평교, 내동교)에서 계측된 수위를 유량으로 환산하기 위해 갈수시에는 월 1회, 그리고 홍수시에는 수시로 유량 측정을 실시하여 연도별 수위-유량 관계를 도출하고 있다. 우선은 2007년에 조사되어진 자료만으로 수위-유량 관계곡선을 개발하여 2005년, 2006년의 자료와 비교하였으며, 이들 자료를 통합하여 개발되어진 관계곡선과도 비교하도록 하였다.
분포형 수문모형인 WEP 모형을 통해 판교신도시 개발 전의 물순환을 해석하였다. 정밀한 해석을 위해 대상유역을 30m 크기의 정방형 격자로 구분하고 기상 조건, 지표면 조건, 하천, 토양, 지하대수층, 농업용수 이용 등 물순환에 관련된 광범위한 입력자료를 기존 측정 자료 및 관련 문헌, 현장 조사를 통해 각각 구축하였다. 모의 기간 중인 2000년부터 2004년까지의 판교 시험유역 내에는 모의결과와 비교하기 위한 유량자료가 없는 관계로 본 모의 결과에서는 유량자료가 있는 2005년부터 2007년까지의 유량자료를 이용하여 판교 시험 유역 개발전의 유역 및 유출특성을 살펴보았다.
향후 연구에서는 판교신도시 개발후의 물순환 특성 변화를 평가하여 개발전·후의 수문요소의 변화를 정량적으로 비교분석 함으로써 효율적인 저감 대책의 수립에 활용할 계획이다. 즉 도시개발로 인해 변화되는 지형, 토지이용, 토양, 지하대수층, 용수이용 등의 각 요소들을 모형에 적용하여 각 매개변수들이 수문순환 요소에 미치는 영향을 분석할 계획이다. 성남판교지구 재해영향평가서(한국토지공사, 2005)에서는 판교신도시 내에 공사중 침사지를 설치하여 토사유출방지, 홍수저감, 수질오염방지 대책을 계획하였으며, 개발후에는 영구저류지를 설치하여 재해저감효과를 이루도록 하였다.
토지이용은 침엽수, 활엽수, 혼합림, 논, 밭, 나지, 도시, 하천 등 15개로 분류하였다. 토양자료는 농업과학기술원의 1:25,000 정밀토양도를 활용하여 유역내 78개의 토양통에 대한 자료를 구축하고, 다시 각 토양통별 토양층 자료 입력을 위해 USDA 에서 분류하고 있는 12개 토성으로 구분하여 각 층별 토양의 물리적 특성을 정의하였다. 지하수 유동을 해석하기 위해서는 불압대수층, 난투수층 등의 깊이, 투수계수, 저류계수 등이 요구된다.
토지이용 자료는 기존 연구의 1:25,000 토지이용현황도(한국건설기술 연구원, 2001)를 이용하여, 이를 가로, 세로 30 m 격자로 변환하여 구축하였다. 토지이용은 침엽수, 활엽수, 혼합림, 논, 밭, 나지, 도시, 하천 등 15개로 분류하였다. 토양자료는 농업과학기술원의 1:25,000 정밀토양도를 활용하여 유역내 78개의 토양통에 대한 자료를 구축하고, 다시 각 토양통별 토양층 자료 입력을 위해 USDA 에서 분류하고 있는 12개 토성으로 구분하여 각 층별 토양의 물리적 특성을 정의하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 판교 신도시 개발전의 WEP 모형을 시험 적용하기 위해 소유역을 12개로 구분하여 해석하였다. 대상 유역을 가로 세로 30m의 격자로 나누어(남북방향 235개, 동서방향 256개) 총 60,160개의 격자로 계산영역을 설정하였으며 이 중 대상지역내의 격자는 25,666개이다.
대상지역에 대한 공간정보를 제공하는 기본적인 틀인 수치고도모형(DEM)은 환경부에서 구축된 1초 간격 (약 30m × 30m)의 자료를 이용하였다.
지하수 유동을 해석하기 위해서는 불압대수층, 난투수층 등의 깊이, 투수계수, 저류계수 등이 요구된다. 본 연구에서는 판교신도시 개발계획 기본조사보고서(한국토지공사, 2004)의 총 178개 시추자료를 토대로 내삽하여 다음의 그림 3.21 과 같이 불압대수층의 공간분포 자료를 구축하였다. 또한, 하천의 위치는 운중천, 금토천 등을 14개의 소구간으로 구분하였으며, 각 구간의 구간길이, 경사, 상부폭, 하부폭, 단면 깊이, 조도계수, 하상재료 투수계수, 하상 재료 깊이 등의 매개변수는 탄천수계 하천정비기본계획(경기도, 2001)에서 제시한 값의 범위 내에서 사용하 였다.
2007년의 기간 동안 연별로 비교한 것이다. 사용된 관측자료는 각 지점의 수위를 수위-유량 관계식을 통해 유량으로 환산한 자료이다. 위의 모의결과는 매개변수에 대한 별도의 보정을 거치지 않았으나, 전반적으로 관측과 모의 결과가 비교적 비슷한 경향을 나타내었다.
6 ha이며, 지구내 운중천과 금토천이 흐르고 있고, 좌우측에는 임상이 양호한 청계산이 위치하고 있으며, 논과 밭은 전체 면적의 37% 정도를 차지하고 있으나 대부분 화훼나 채소재배를 위한 비닐하우스로 이용되고 있다. 시험유역의 면적은 금토천 유역이 9.84㎢, 운중천 유역이 13.26 ㎢으로 총 23.1㎢의 면적에 해당하는 지역이다. 경위도 상으로 볼 때 동경 127˚1´17˝∼127˚11´22˝, 북위 37˚19´54˝∼37˚23´23˝에 해당된다.
대상지역에 대한 공간정보를 제공하는 기본적인 틀인 수치고도모형(DEM)은 환경부에서 구축된 1초 간격 (약 30m × 30m)의 자료를 이용하였다. 토지이용 자료는 기존 연구의 1:25,000 토지이용현황도(한국건설기술 연구원, 2001)를 이용하여, 이를 가로, 세로 30 m 격자로 변환하여 구축하였다. 토지이용은 침엽수, 활엽수, 혼합림, 논, 밭, 나지, 도시, 하천 등 15개로 분류하였다.
판교 신도시 개발전의 WEP 모형을 시험 적용하기 위해 모의 기간은 2000년 1월 1일 01:00에서 2007년 12 월 31일 24:00까지 총 8년간을 모의하였다. 모의 시간간격은 1시간으로 하였으며, PC(Pentium Dual-Core CPU, 2.
판교시험유역은 한강의 제1지류인 탄천의 제2지류인 운중천이 위치하고 있으며, 북으로 운중천의 지류인 금토천이 위치한 유역이다. 동 지역은 2001년 수도권 지역의 계획적인 신도시 조성을 통한 만성적인 주택난 해소와 강남의 대체도시 조성을 목적으로 개발에 착수하게 되었다.

후속연구

성남판교지구 재해영향평가서(한국토지공사, 2005)에서는 판교신도시 내에 공사중 침사지를 설치하여 토사유출방지, 홍수저감, 수질오염방지 대책을 계획하였으며, 개발후에는 영구저류지를 설치하여 재해저감효과를 이루도록 하였다. WEP 모형에서는 침투시설과 저류시설 등의 대안시 설이 물순환에 미치는 영향을 검토할 수 있으므로, 차년도 연구에서는 기 계획된 개발중 10개의 침사지 및 개발후 4개의 저류시설에 대한 저감효과를 정량적으로 분석할 예정이다.
판교 시험유역에는 2004년 8월부터 2007년 10월 현재까지 총 6개의 수위관측소와 2개의 우량관측소를 운영 중에 있다. 따라서, 향후 판교 신도시 개발후의 모의에 있어서는 개발후의 관측자료와의 비교를 통하여 신도시 개발 전 후의 수문순환 변화특성을 평가할 수 있을 것이다. 모의 결과의 전·후처리는 WEP+(Water and Energy transfer Process model Plus)를 통해 수행되었다.
향후 연구에서는 판교신도시 개발후의 물순환 특성 변화를 평가하여 개발전·후의 수문요소의 변화를 정량적으로 비교분석 함으로써 효율적인 저감 대책의 수립에 활용할 계획이다.

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