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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 연구지역의 특성을 검토하여, 인천 김포지역의 홍수문제, 모래의 유송특성 변화문제, 하폭 변화의 영향문제, 하상변화와 연안 침식 등을 시급히 검토하고, 침식 및 퇴적에 대한 수치적인 연구와 수공구조물 등과 관련된 국부적인 유사이동문제에 대해 평시와 홍수시의 수위 및 유속을 산정하고 한강 하구에 대한 유사 이동흐름을 분석하였다.
제안 방법
- 1차원 수치해석에서의 단면은 한강본류와 임진강본류는 각각 한강하천정비기본계획(2002)와 임진강 하천정비기본계획(2001)에서 제시된 단면을 입력하였으며 한강과 임진강의 합류부와 강화북수로, 염하수로, 석모수로, 교동수로1,2는 해양수산부(2001,2002) 수심도를 Digitizing한 후, Grid로 구성하여 그림 2~3과 같이 1차원 단면을 구성하였다. 본 수치해석에선 1차원 해석이라고 하여 일직선 해석이 아닌 좌우측 제방에 표 1과 같이 실제 좌표를 입력하여 각 단면간의 곡률까지도 고려하여 해석을 실시하였다.
- MIKE 11프로그램으로 한강 상류와 임진강 상류로부터 석모도가 포함되는 강화도 해역을 하류로 설정하여 실제 좌표를 경기만 해역 인공사진(인천도시개발공사)에 maping 하여 1차원 network를 구성하였다. 한강본류부분에서 실제 인공사진과 다소 불일치함을 볼 수 있는데 이것은 GIS와 실제 인공사진과의 차이라고 할 수 있다.
- 단, 예성강 유량은 북한지역에 위치하여 유역면적비를 이용하여 적용하였다. 각 수로 하류경계에 조위를 인천항의 조위를 이용하여 Mike 11의 경계 조건에 인천항의 약최고 만조위를 (4,635m)를 입력하여 조력발전소 건설 전 후에 따른 최대 수위변화를 구하도록 하류경계를 고려하였다. 본 수치해석에서 조도계수의 입력은 가장 영향력이 큰 한강본류의 조도계수를 한강하천정비기본계획(2002)와 한강의 제 1지류인 임진강의 구간별 조도계수를 입력하고, 나머지 구간 또한 하도상태에 따른 조도계수를 고려하여 입력하였다.
- 또한, 한강본류 no.51+10 위치에 신곡수중보를 설치하여 조위에 대한 영향을 감소시켰다. 신곡수중보의 제원은 한강하천정비기본계획(2002)의 기존 시설물 현황에 따라 구성하였으며 가동보의 구간의 경우 보의 최대기립 상태인 (-)0.
- 각 수로 하류경계에 조위를 인천항의 조위를 이용하여 Mike 11의 경계 조건에 인천항의 약최고 만조위를 (4,635m)를 입력하여 조력발전소 건설 전 후에 따른 최대 수위변화를 구하도록 하류경계를 고려하였다. 본 수치해석에서 조도계수의 입력은 가장 영향력이 큰 한강본류의 조도계수를 한강하천정비기본계획(2002)와 한강의 제 1지류인 임진강의 구간별 조도계수를 입력하고, 나머지 구간 또한 하도상태에 따른 조도계수를 고려하여 입력하였다.
- 1차원 수치해석에서의 단면은 한강본류와 임진강본류는 각각 한강하천정비기본계획(2002)와 임진강 하천정비기본계획(2001)에서 제시된 단면을 입력하였으며 한강과 임진강의 합류부와 강화북수로, 염하수로, 석모수로, 교동수로1,2는 해양수산부(2001,2002) 수심도를 Digitizing한 후, Grid로 구성하여 그림 2~3과 같이 1차원 단면을 구성하였다. 본 수치해석에선 1차원 해석이라고 하여 일직선 해석이 아닌 좌우측 제방에 표 1과 같이 실제 좌표를 입력하여 각 단면간의 곡률까지도 고려하여 해석을 실시하였다.
- 본 연구에서는 MIKE 11 프로그램의 1차원 수치모형실험을 통해 한강하구의 수공구조물 설치 전·후의 수위변화를 비교 분석하였으며, 다음과 같은 결론을 도출하였다.
- 본 절에서는 그림 4와 같이 각 수로의 합류점, 그리고 한강본류와 임진강의 상류의 위치에 지점을 선정하여 수공구조물의 유무에 따른 강우사상 홍수기와 평수기로 구분하여 수치 모의하였다.
- 상류경계조건(Boundary Condition)을 3개의 하천유량(임진강, 예성강, 한강)을 입력하였다. 이때 하천 유량은 각 하천의 하천정비기본계획의 200년 빈도의 계획홍수량과 평수량으로 설정하였다.
대상 데이터
- 이때 하천 유량은 각 하천의 하천정비기본계획의 200년 빈도의 계획홍수량과 평수량으로 설정하였다. 단, 예성강 유량은 북한지역에 위치하여 유역면적비를 이용하여 적용하였다. 각 수로 하류경계에 조위를 인천항의 조위를 이용하여 Mike 11의 경계 조건에 인천항의 약최고 만조위를 (4,635m)를 입력하여 조력발전소 건설 전 후에 따른 최대 수위변화를 구하도록 하류경계를 고려하였다.
데이터처리
- 본 연구에서는 모래의 유송 변화 및 침식, 퇴적으로 인한 하상변화에 대한 1차원 해석 프로그램인 MIKE 11을 사용하였다.
성능/효과
- 강화북수로와 석모수로의 합류부에서는 홍수기 때 수공구조물 설치 전에 비해 설치 후의 수위는 최대 14.2% 상승, 평수기 때에는 거의 변화 없으며, 강화북수로와 염하수로의 합류부에서는 홍수기와 평수기 각각 4.8% 상승, 0.5% 감소, 한강본류와 임진강 합류부에서는 각각 3.3% 상승, 0.6% 감소하였다. 신곡수중보가 설치된 지점의 직상류에서는 각각 0.
- 둘째, 수위변화가 가장 큰 지점은 강화북수로와 석모수로의 합류부이며, 최대 68cm 증가하였고 한강상류는 그 변화가 적었다.
- 분석 결과 수공구조물의 설치는 전반적으로 한강하구지역의 수위를 증가시키고, 한강하구부터 바다쪽의 수로 내 흐름방향 및 수위변화를 확인할 수 있었다.
- 셋째, 수공구조물 설치 전·후로 해류의 유입, 유출 수로가 4개에서 2개로 줄어듬에 따라 대상지역의 유속, 흐름방향 등에 영향을 준다.
- 6% 감소하였다. 신곡수중보가 설치된 지점의 직상류에서는 각각 0.1% 상승, 1.2% 감소하였으며 한강대교에서는 홍수기 때 거의 수위 변화가 없고 평수기 때는 1.2% 감소, 임진강의 통일대교에서는 홍수기 때 2.8% 상승, 평수기 때 1.5% 감소하였다. 이는 수공구조물 설치 전 후에 따라 홍수기 때는 상류에서 내려오는 큰 유량이 서해로 유출되는 면적의 감소로 수위가 상승하는 것이며, 조위의 영향이 지배적인 평수기 때는 수공구조물 설치로 인해 조위가 하천 수위에 미치는 영향이 감소하므로 오히려 하천의 수위가 낮아지는 것으로 나타났다.
- 첫째, 수공구조물의 설치 후 한강하구를 통한 유출 경로의 변화(석모수로와 교동수로 폐쇄)로 강화 북수로의 수위가 크게 증가하고 상류부 한강 및 임진강까지 영향을 받았다.
후속연구
- 한강하구의 개발계획들로 인한 환경변화로 한강하구의 유출 특성 및 유사이동 변화에 따른 하상 변화가 예상되므로 정밀한 조사연구가 필요하다.
- 향 후, 수리학적 특성변화에 따른 유사의 퇴적 및 세굴에 의한 대상지역의 지형변화를 분석하여, 수공구조물 설치에 의한 한강하구 지역의 침식원인 기작 및 침식유발 원인 규명을 위해 현장조사, 실험 연구 등이 진행되어야 할 것이다.
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