[논문]Tuflow 모형을 이용한 2차원 홍수범람 분석

박종영; 석종영; 김한규; 김대하

Tuflow 모형을 이용한 2차원 홍수범람 분석
The 2D flood plain analysis using Tuflow Model 원문보기

박종영 ((주)삼보기술단 수자원부) , 석종영 ((주)삼보기술단 수자원부) , 김한규 ((주)삼보기술단 수자원부) , 김대하 ((주)삼보기술단 수자원부)

최근 기존의 SMS(Surface Modeling System) 모형에 Tuflow모듈이 추가된 형태로 새로운 버전이 출시되면서 윈도우버전에서 2차원 홍수범람모의가 가능하게 되었다. 따라서, 본 연구에서는 Tuflow모형이 추가된 SMS ver.11.2.7을 활용하여 2차원 홍수범람 분석을 실시하고 이에 따른 2012년에 발생한 실제 침수구간과의 비교를 통하여 Tuflow모형의 실제 적용성을 검토하고자 하였다. 적용대상유역은 2012년도 침수가 발생하였으며, 전제 침수 지역 21개 중 하천내 수문을 통하여 침수가 발생한 지역, 내수침수가 발생한 지역 등을 제외한 순수하게 하천의 범람으로 인한 침수구역인 2개 지역을 대상으로 하여 하천범람모형의 재현성을 검토하였다. 검토결과, 2개 지역에 대한 공간적인 홍수범람의 재현성은 침수면적으로 판단해 볼 때 우수한 것으로 판단되었으며, 침수심으로는 침수조사의 자료가 미흡한 상황으로 명확하게 판단하기는 어려운 것으로 나타났다. Mesh작성의 숙련도, GRID의 크기 등과 같은 기술적 요인과 더불어 침수흔적의 정확한 구획선의 결여 등으로 인하여 비교적 정확한 비교는 불가하였으나, 지형자료를 활용하여 2차원적 접근을 시도한 결과 침수흔적과 홍수범람의 재현성은 다소 우수한 것으로 평가할 수 있는 것으로 나타났다. 다만, 향후 보다 정확한 침수흔적이나 침수자료의 구축을 통하여 보정, 검정 등을 실시한 후 홍수범람의 재현성을 신뢰할 만한 추가적인 연구가 지속적으로 이루어져야 할 것으로 판단된다.

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문제 정의

그러나, 최근 잇달은 각종 모형들의 개발로 인해 리눅스버전의 FLUMEN 등의 2차원적 수리모형을 이용하는 사례가 나타나고 있으며, 최근 기존의 SMS(Surface Modeling System) 모형에 Tuflow모듈이 추가된 형태로 새로운 버전이 출시되면서 윈도우버전에서 2차원 홍수범람모의가 가능하게 되었다. 따라서, 본 연구에서는 Tuflow모형이 추가된 SMS ver.11.2.7을 활용하여 2차원 홍수범람 분석을 실시하고 이에 따른 2012년에 발생한 실제 침수구간과의 비교를 통하여 Tuflow모형의 실제 적용성을 검토하고자 하였다. 적용대상유역은 2012년도 침수가 발생하였으며, 전제 침수 지역 21개 중 하천내 수문을 통하여 침수가 발생한 지역, 내수침수가 발생한 지역 등을 제외한 순수하게 하천의 범람으로 인한 침수구역인 2개 구간(DK구간, HW구간)을 대상으로 하여 하천범람모형의 재현성을 검토하였다.

제안 방법

7을 활용하여 2차원 홍수범람 분석을 실시하고 이에 따른 2012년에 발생한 실제 침수구간과의 비교를 통하여 Tuflow모형의 실제 적용성을 검토하고자 하였다. 적용대상유역은 2012년도 침수가 발생하였으며, 전제 침수 지역 21개 중 하천내 수문을 통하여 침수가 발생한 지역, 내수침수가 발생한 지역 등을 제외한 순수하게 하천의 범람으로 인한 침수구역인 2개 구간(DK구간, HW구간)을 대상으로 하여 하천범람모형의 재현성을 검토하였다.

대상 데이터

04m)에 대하여 지형자료를 구축하였다. 2차원 홍수범람 모의를 위해 대상하천 전 구간을 대상으로 검토하는 것은, 2차원 수리검토의 특성상 사실상 어려운 일이며, 정확도 또한 정도가 낮은 것으로 알려져 있는 바 2차원 모의가 가능한 범위를 대상으로 구간 설정이 불가피하여, 해당하천의 하천기본계획상의 홍수량 산정지점을 기준으로 총 7개 구간을 설정하였으며, 대상지역에 대한 구간은 그림 2와 같다.
Tuflow는 하천과 해안에서의 조수위의 영향, 강과 강어귀, 그리고 범람원 등을 모델링하며, Stelling 유한 차분 방법 즉, ADI기법에 의한 천수 방정식을 사용하는 2D 해석을 수행한다. 수위, 유속 벡터, 수심, 단위 유량 벡터, 에너지 경사, 홍수 위험 순위, 프루드 수 등의 다양한 데이터를 SMS와 GIS포멧의 파일로 출력하고, 배경 이미지로 DTM이나 지형 사진 또는 GIS 테이터를 사용한다.
해당하천에 대하여 총 26,000여개의 측점(최저표고:28.13m, 최고표고:261.04m)에 대하여 지형자료를 구축하였다. 2차원 홍수범람 모의를 위해 대상하천 전 구간을 대상으로 검토하는 것은, 2차원 수리검토의 특성상 사실상 어려운 일이며, 정확도 또한 정도가 낮은 것으로 알려져 있는 바 2차원 모의가 가능한 범위를 대상으로 구간 설정이 불가피하여, 해당하천의 하천기본계획상의 홍수량 산정지점을 기준으로 총 7개 구간을 설정하였으며, 대상지역에 대한 구간은 그림 2와 같다.

이론/모형

1차원 홍수범람은 HEC-RAS모형을 이용하였으며, 이를 바탕으로 월류 홍수량에 대하여 WMS모형을 이용한 지형자료를 통하여 홍수범람을 실시하였으며, 모의 결과는 그림 3과 같다.
2차원 홍수범람 모형으로는 현재 국내에서 2차원 모형으로 주로 이용되고 있는 SMS(Surface Modeling System)에 Tuflow 모형이 추가된 새로운 버전인 Version 11.2.7을 활용하여 분석을 실시하였다.
2차원 홍수범람모형은 Tuflow 모형을 통하여 다음의 과정을 통하여 홍수범람을 실시하였으며 범람의 양상은 그림 4와 같다.

성능/효과

침수자료의 제한적인 요건으로 인해 정확한 검토는 어려웠으나, 2개 지역에 대한 공간적인 홍수범람의 재현성은 침수면적으로 판단해 볼 때 우수한 것으로 판단되었다. 기술적 요인과 더불어 침수흔적의 정확한 구획선의 결여 등으로 인하여 비교적 정확한 비교는 불가하였으나, 지형자료를 활용하여 2차원적 접근을 시도한 결과 침수흔적과 홍수범람의 재현성은 다소 우수한 것으로 평가할 수 있는 것으로 나타났다. 다만, 향후 보다 정확한 침수흔적이나 침수자료의 구축을 통하여 보정, 검정 등을 실시한 후 홍수범람의 재현성을 신뢰할 만한 추가적인 연구가 지속적으로 이루어져야 할 것으로 판단된다.
침수자료의 제한적인 요건으로 인해 정확한 검토는 어려웠으나, 2개 지역에 대한 공간적인 홍수범람의 재현성은 침수면적으로 판단해 볼 때 우수한 것으로 판단되었다. 기술적 요인과 더불어 침수흔적의 정확한 구획선의 결여 등으로 인하여 비교적 정확한 비교는 불가하였으나, 지형자료를 활용하여 2차원적 접근을 시도한 결과 침수흔적과 홍수범람의 재현성은 다소 우수한 것으로 평가할 수 있는 것으로 나타났다.

후속연구

기술적 요인과 더불어 침수흔적의 정확한 구획선의 결여 등으로 인하여 비교적 정확한 비교는 불가하였으나, 지형자료를 활용하여 2차원적 접근을 시도한 결과 침수흔적과 홍수범람의 재현성은 다소 우수한 것으로 평가할 수 있는 것으로 나타났다. 다만, 향후 보다 정확한 침수흔적이나 침수자료의 구축을 통하여 보정, 검정 등을 실시한 후 홍수범람의 재현성을 신뢰할 만한 추가적인 연구가 지속적으로 이루어져야 할 것으로 판단된다.

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