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문제 정의
- 낙동강 하구둑은 낙동강 하류 서부산에 바다로부터 상류 8 km지점에 위치하고 있다. 낙동강 하류부 인근 동남 해안권의 산업도시와 영남최대의 곡창지대인 김해평야에 염분 피해 없는 안정된 용수공급과 치수를 목적으로 건설되었다. 낙동강 하구둑 건설로 안정적인 용수 공급은 가능하게 되었으나, 하구둑으로 인한 유속 감소에 의해 하구둑 상류에 유사가 퇴적되는 문제가 발생하고 있다.
제안 방법
- 유량크기별 민감도 분석을 위한 하상변동 모의 조건은 2002년 5월 1일부터 9월 30일까지의 하구둑 지점의 일평균 수위 자료와 일평균 유량자료이며 낙동강 홍수통제소 홈페이지를 통해 수집되었다. 2002년 5월 1일부터 9월 30일까지 수집된 실제 발생한 유량을 평수(652 m3/s), 홍수(4,623 m3/s), 대홍수(9,152 m3/s)의 세 등급으로 나누었다. 유사량 산정 공식과 이송 형태를 고려하여 Table 1와 같은 Case로 나누어 하상변동 모의를 수행하였다.
- 대상하천 전 구간의 최심하상고 모의 결과를 Fig 3.과 같이 실제 측량된 최심하상고와 비교하였다. 최심하상고의 비교에서 소류사 이송 형태를 적용한 하상변동 모의 결과가 실제 최심하상고와 준설구간과 준설구간이 아닌 구간 모두에서 대체적으로 일치하는 것으로 나타났다.
- 모의 결과, Ackers-White(1973) 공식이 대상하천에 더 적합한 것으로 나타났으며 이송 형태에 따른 모의 결과는 정량적 차이는 있지만 소류사와 부유사 이송 형태 모두 유사한 하상변동 양상이 모의되었다. 대상하천에 적합한 유사 이송형태 결정을 위해 2002년 실제수문사상을 적용하여 하상변동 모의를 실시하였다. 유사량 공식은 Ackers-White(1973) 공식을 적용하였고 유사 이송 형태는 소류사와 부유사 이송 형태를 적용하였다.
- 하상의 변화 등을 모의하기 위한 2차원 하상변동 모형은 공학적 설계의 실행 가능성 평가나 최적화를 위한 계획과 의사결정, 단기간의 모의를 통한 장기간에 대한 영향예측 등 많은 분야에서 활용되고 있다. 따라서 본 연구에 적용할 수치모형을 선정하기 위해 2차원 하상변동 모형인 SED2D와 CCHE2D 모형을 비교하였다. 두 모형의 가장 큰 차이점으로 SED2D 모형은 부유사 이송 형태와 Ackers-White(1973) 공식만을 적용하여 모의가 가능한 것에 비해 CCHE2D 모형은 하 상토 입도분포를 입력하여 모의가 가능하며 유사량 공식을 Ackers-White(1973), Engelund-Hansen(1967), Wu et al.
- 유량크기별 민감도 분석은 Ackers-White(1973)와 Engelund-Hansen(1967)의 유사량 산정 공식을 적용하고 유사 이송 형태를 소류사, 부유사, 총유사 이송 형태로 각각 적용하여 모의를 수행한 후 그 결과를 서로 비교하였다. 또한 실제 수문사상을 적용한 하상변동 모의는 2002년 실제하천에서 발생한 수문사상을 적용하여 하상변동 모의를 실시하고 그 결과를 실제 측량된 지형과 비교해 보았다.
- 본 연구에서 대상하천의 하상변동 예측을 위한 수치모형의 보정 및 검증을 위해 하상변동 수치 모의는 유량크기별 민감도 분석과 실제수문사상을 적용한 하상변동 모의 두 가지 형태로 수행하였다. 유량크기별 민감도 분석은 Ackers-White(1973)와 Engelund-Hansen(1967)의 유사량 산정 공식을 적용하고 유사 이송 형태를 소류사, 부유사, 총유사 이송 형태로 각각 적용하여 모의를 수행한 후 그 결과를 서로 비교하였다.
- 본 연구에서는 낙동강하구둑 상류 접근수로에서의 하상변동 예측을 위한 수치모형의 보정 및 검증을 위해 CCHE2D 모형을 이용하여 유량크기별 민감도 분석과 실제수문사상을 적용한 하상변동 모의를 수행하였다. 본 연구의 결론을 요약하면 다음과 같다.
- 본 연구에서 대상하천의 하상변동 예측을 위한 수치모형의 보정 및 검증을 위해 하상변동 수치 모의는 유량크기별 민감도 분석과 실제수문사상을 적용한 하상변동 모의 두 가지 형태로 수행하였다. 유량크기별 민감도 분석은 Ackers-White(1973)와 Engelund-Hansen(1967)의 유사량 산정 공식을 적용하고 유사 이송 형태를 소류사, 부유사, 총유사 이송 형태로 각각 적용하여 모의를 수행한 후 그 결과를 서로 비교하였다. 또한 실제 수문사상을 적용한 하상변동 모의는 2002년 실제하천에서 발생한 수문사상을 적용하여 하상변동 모의를 실시하고 그 결과를 실제 측량된 지형과 비교해 보았다.
- 2002년 5월 1일부터 9월 30일까지 수집된 실제 발생한 유량을 평수(652 m3/s), 홍수(4,623 m3/s), 대홍수(9,152 m3/s)의 세 등급으로 나누었다. 유사량 산정 공식과 이송 형태를 고려하여 Table 1와 같은 Case로 나누어 하상변동 모의를 수행하였다.
대상 데이터
- 낙동강하구둑 상류 접근수로를 대상으로 실제수문사상에 의한 하상변동 수치모의를 수행하기 위해 2002년 7월 24일부터 11월 4일까지의 하구둑 지점 일평균 수위 자료와 삼랑진 지점 일평균 유량 자료를 이용하였다. 2002년의 준설이 수행된 구간은 낙동강하구둑 기준으로 상류 1 km에서 1.
- 2002년 7월 24일에 측량이 실시된 직후 준설이 시행되었고 홍수기 이후인 11월 4일에 재측량 되었다. 따라서 수치모의시 준설의 영향을 고려한 지형자료를 이용하였다.
- 유량크기별 민감도 분석을 위한 하상변동 모의 조건은 2002년 5월 1일부터 9월 30일까지의 하구둑 지점의 일평균 수위 자료와 일평균 유량자료이며 낙동강 홍수통제소 홈페이지를 통해 수집되었다. 2002년 5월 1일부터 9월 30일까지 수집된 실제 발생한 유량을 평수(652 m3/s), 홍수(4,623 m3/s), 대홍수(9,152 m3/s)의 세 등급으로 나누었다.
이론/모형
- Ackers-White(1973) 공식을 적용하여 하상변동 모의 결과에서 세 가지 유량크기에 대해 침식과 퇴적의 하상변동이 발생하는 것으로 나타났다. 하지만 Engelund-Hansen(1967) 공식을 적용하여 하상변동 모의 결과에서는 모든 조건에서 상류부 퇴적만 발생했을 뿐 전반적인 하상변동은 발생 하지 않았다.
- (2000), SEDTRA Module(Garbrecht et al, 1995)들 중 선정하여 모의할 수 있고 유사 이송 형태는 소류사와 부유사, 총유사 이송 형태에 대해서 각각 모의가 가능하다는 점이다. 낙동강하구둑 상류 접근수로에서의 하상변동 예측을 위한 유사량 산정 공식및 유사 이송 형태의 선정을 위해 Ackers-White(1973)와 Engelund-Hansen(1967)의 유사량 공식과 유사 이송 형태를 다르게 적용하여 하상변동 모의가 가능한 CCHE2D 모형을 선정하였다.
- 실제수문사상을 적용한 하상변동 모의에서는 낙동강하구둑 상류 접근수로를 대상으로 실제수문 사상과 Ackers-White(1973) 공식을 적용하였다. 모의 결과는 Fig.
- 유사량 공식은 Ackers-White(1973) 공식과 Engelund-Hansen(1967) 공식을 적용하고 유사 이송 형태는 소류사, 부유사, 총유사 이송 형태를 적용하여 하상변동에 관한 유량크기별 민감도 분석을 실시하였다. 모의 결과, Ackers-White(1973) 공식이 대상하천에 더 적합한 것으로 나타났으며 이송 형태에 따른 모의 결과는 정량적 차이는 있지만 소류사와 부유사 이송 형태 모두 유사한 하상변동 양상이 모의되었다.
- 대상하천에 적합한 유사 이송형태 결정을 위해 2002년 실제수문사상을 적용하여 하상변동 모의를 실시하였다. 유사량 공식은 Ackers-White(1973) 공식을 적용하였고 유사 이송 형태는 소류사와 부유사 이송 형태를 적용하였다. 준설구간 내·외 지형 모두에서 소류사이송 형태를 적용한 모의 결과와 실제 현상(지형)이 일치하는 것으로 나타났다.
성능/효과
- 결론적으로 대상하천인 낙동강하구둑 상류 접근수로에서 하상변동 예측을 위한 최적의 유사량 산정 공식은 Ackers-White(1973) 공식이고 유사 이송 형태는 소류사 이송 형태인 것으로 나타났 으며 특히 준설이 수행된 구간이 모의에 포함된 경우 반드시 준설 효과를 수치모의에 고려해야할 것으로 사료된다.
- 최심하상고의 비교에서 소류사 이송 형태를 적용한 하상변동 모의 결과가 실제 최심하상고와 준설구간과 준설구간이 아닌 구간 모두에서 대체적으로 일치하는 것으로 나타났다. 부유사 이송 형태를 적용한 하상변동 모의 결과는 실제 측량된 자료와 비교시 상류에서 퇴적이 발생하고 침식도 실제 보다 적게 발생하는 등 대상하천에 적합하지 않은 것으로 나타났다.
- 하지만 Engelund-Hansen(1967) 공식을 적용하여 하상변동 모의 결과에서는 모든 조건에서 상류부 퇴적만 발생했을 뿐 전반적인 하상변동은 발생 하지 않았다. 이러한 결과를 종합해보면 대상하천에서는 Ackers-White(1973) 공식이 2차원 수치 모의시 Engelund-Hansen(1967) 공식보다 더 적합한 것으로 판단되어 진다.
- 유사량 공식은 Ackers-White(1973) 공식을 적용하였고 유사 이송 형태는 소류사와 부유사 이송 형태를 적용하였다. 준설구간 내·외 지형 모두에서 소류사이송 형태를 적용한 모의 결과와 실제 현상(지형)이 일치하는 것으로 나타났다.
- 과 같이 실제 측량된 최심하상고와 비교하였다. 최심하상고의 비교에서 소류사 이송 형태를 적용한 하상변동 모의 결과가 실제 최심하상고와 준설구간과 준설구간이 아닌 구간 모두에서 대체적으로 일치하는 것으로 나타났다. 부유사 이송 형태를 적용한 하상변동 모의 결과는 실제 측량된 자료와 비교시 상류에서 퇴적이 발생하고 침식도 실제 보다 적게 발생하는 등 대상하천에 적합하지 않은 것으로 나타났다.
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