[논문]합류부 하천의 기점홍수위 검토를 위한 2차원 수치모형의 적용

박수진; 최승윤; 정영덕; 백경원; 최한규

합류부 하천의 기점홍수위 검토를 위한 2차원 수치모형의 적용
The application to the numerical model of two dimension for the examination of the high water level of cardinal points at the junction of the river 원문보기

박수진 (강원대학교 대학원 토목공학과) , 최승윤 (강원대학교 대학원 토목공학과) , 정영덕 (강원대학교 산업대학원 토목공학과) , 백경원 (한림성심대학 건설토목과) , 최한규 (강원대학교 토목공학과)

북한강 수계는 여러 하천을 지류로 갖고 유하하고 있으며 하천의 크기 및 본류의 형상에 따라 다양한 방법으로 지류하천이 합류하고 있으나 기존의 지류하천 홍수위 산정방법은 일률적으로 본류의 계획홍수위를 기점홍수위으로 산정하여 계획하고 있다. 따라서 본 연구에는 다양한 지류하천에 대하여 2차원 수치해석을 이용 합류부 지점의 수면형을 해석함으로써 지류 하천의 기존 기점홍수위 적용방법의 적정성에 대하여 검증하였다. 연구방법은 11개 연구대상 지류 하천에 대하여 유입각, 본류와 지류의 유량비 및 하천폭, 본류의 하천 곡선방법에 대하여 수치해석결과를 비교하였다. 유입각에 따른 수위편차를 검토한 결과, 유입각 $90^{\circ}$이하인 지류하천에서 2차원 수치해석 값이 기존 기점홍수위보다 크게 산정되었다. 본류 하천과 지류 하천과의 유량비를 산정하여 수위편차를 검토한 결과 수치적인 경향은 확인할 수 없었다. 본류 하천과 지류 하천의 하폭비를 산정하여 수위편차를 비교한 결과 하폭비가 7이상인 경우 수위편차가 작고, 기존 기점홍수위보다 2차원 수치해석값이 작게 산정되었으며, 하폭비가 $3^{\sim}6$ 범위에서는 수위편차가 가장 크게 발생하는 것을 확인하였다. 본류 하천의 곡선반경을 수위편차와 비교한 결과 곡선반경이 550m이하인 만곡지점의 경우 수위편차가 크게 발생함을 확인할 수 있었다.

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 본류와 지류가 합류하는 합류부 하천에 대하여 2 차원 수치해석을 이용하여 합류부 지점의 수면형을 해석함으로써 기존 기점홍수위 적용방법의 직정성에 대하여 검토하고 적정성 평가방법에 대하여 제안하였다.
본 연구는 다수의 지류하천을 보유한 석한강 수계의 지류하천을 대상으로 훔수위 산정을 위한 기점 홍수위 적용의 적정성에 대하여 검증한 결과 다음과 같은 결론을 도출하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 적용된 대상유역은 기본계획이 수립된 하천에 대하여 분석대상으로 선정하였다. 또한 본류수계에 따라 그 특성이 변동될 수 있으로 여러 특이한 합류지점에 대하여 검토할 수 있는 북한강 수계를 대상으로 하였다. 이에 따라 본류하천으로는 강원도에 위치한 국가하천인 북한강(북한강 하천정비기본계획 2002.
본 연구에서는 적용된 대상유역은 기본계획이 수립된 하천에 대하여 분석대상으로 선정하였다. 또한 본류수계에 따라 그 특성이 변동될 수 있으로 여러 특이한 합류지점에 대하여 검토할 수 있는 북한강 수계를 대상으로 하였다.
연구지점의 북한강 본류의 곡선반경은 약 500m로 유입각 73°, 지류수면 경사는 0.0375%, 하폭은 약 4.043 : 1 의 비율을 보이고 있다.
또한 본류수계에 따라 그 특성이 변동될 수 있으로 여러 특이한 합류지점에 대하여 검토할 수 있는 북한강 수계를 대상으로 하였다. 이에 따라 본류하천으로는 강원도에 위치한 국가하천인 북한강(북한강 하천정비기본계획 2002. 12. 건설교통부)을 선정하였으며 북한강에 합류하는 11 개의 지방하천을 지류하천으로 선정하여 연구를 수행하였다. 아래 표 1은 연구지점으로 선정된 하천의 지점별 유역 특성이다.

데이터처리

본류하천과 지류하천의 계획 유량비에 따른 기본계획상 기점홍수위와 2차원 수치해석 결과 값을 이용하여 수위편차를 비교 검토하였다. 북한강 본류하천과 각 지류하천별 유량비는 소양강 2.
아래 표 4.2 기본계획에서 채택하고 있는 기점홍수위와 본 연구에서 해석된 2차원 수치해석 결과를 비교 분석하였다.

성능/효과

2) 지하천 합류지점의 본류하천 곡선반경이 작은 하천의 경우, 지류하천의 기집훔수위가 2차원 수치해석 값보다 작게 나타나 지류하천의 기집훔수위 적용 시 2차원 수지해석이 필요할 것으로 판단된다.
3) 본류하천과 지류하천의 하폭의 비에 따른 수위편차를 분석한 결과, 본류하천과 지류하천의 하 폭의 비가 10 배 이상 또는 본류하천보다 지류하천의 하폭이 큰 경우 지류하천의 기점홍수위 적용은 2 자원수치해석을 통하여 검토가 이루어져야 될 것으로 보인다.
4) 본류하천의 유입각에 따른 수위편차를 분석한 결과, 본류하천과 같은 방향으로 합류하논 유입각 90 도 이하인 지류하천의 경우 본류 하천의 계획훔수위 보다 크게 산정되어 지류하천의 기점 홍수위 적용 시 2차원 수지해석의 검토가 필요할 것으로 판단된다.
각 연구지점의 만곡유무 및 유입각, 지류수면의 경사, 계획유량 등을 비교한 결과, 북한강 본류의 경우 계획유량이 111000CMS, 지류인 소양강의 계획유량은 5500CMS 이다.
계획유량이 3300CMS 인 양구서천 본류와 합류하는 월명천의 계획유량은 265CMS, 본류의 곡선반경은 약 400m, 유입 각 37°, 지류수면 경사 2.3660%, 하폭 약 1.157 :1 이고 계획유량이 1900CM S인 양구서천 본류와 합류하는 군량천의 계획유량은 155CMS, 본류의 곡선반경은 약 550m, 유입각 59°, 지류수면 경사 0%, 하폭 약 1.680 : 1 이고, 한전천의 계획유량은 455CMS, 본류의 곡선반경은 약 500m, 유입각 84°, 지류수면 경사 0%, 하폭 약 7.816 : 1 이다.
기본계획에서 채택하고 있는 기점홍수위와 차원 수치해석결과와 비교하면 소양강의 경우에는 1.041m, 공지천의 경우에는 1.340m, 금산천 1.229m, 지내천 0.342m, 율문천 0.450m, 월명천 0.518m, 군량천 0.106m, 한전천 0.107m의 편차를 보였으며 기본계획에서 채택하고 있는 기점홍수위가 과소평가된 것을 알 수 있다.
수치해석은 모형을 이용하여 수치해석을 이용하였으며 각각의 경계조건은 북한강 기본 RMA-2 계획상의 수치를 이용하여 상하류 경제조건을 입력하였다 그림1은 여러 지류하천중 의암댐과 춘 천댐 사이에 위치한 지류에 대하여 해석한 결과를 그래픽한 것으로 지류합류부의 값들이 안정적으로 산정되었음을 확인 할 수 있다.

후속연구

1) 대부분의 기본계획상의 기점홍수위 적용값은2 차원 수지해석에 의한 산정된 값에 비하여 다소 과소평가되어 있음을 확인하여 추후 재수립시 이에 대한 검토가 면밀히 이루어져야 할 것이다.

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