영월 강변저류지 홍수저감효과 분석을 위한 수치모형 적용

조길제,이동섭,김형준 한국방재학회 2014 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.-

이상기후로 인하여 국지성 집중호우가 발생하고 하천 인근 지역의 도시화로 인하여 하천으로 유입되는 흐름의 유황에 많은 변화가 발생하여, 홍수 시 하천 범람 및 제내지 침수 등의 피해가 빈번하게 나타났다. 홍수 피해를 방지하기 위하여 다양한 대책이 제안되고 있으며, 그 중에서 강변저류지는 대하천 정비사업의 일환으로 적용되고 있다. 강변저류지는 제방의 일부를 절개하거나 수문 등으로 구성된 월류부를 통하여 홍수 시 강변저류지의 홍수위를 상회하는 유량이 유입되면 홍수량이 저류지로 분담되어 하도의 홍수량을 분담하는 역할을 한다. 또한 비홍수기에는 친수시설로 활용되어 인근 주민 및 관광객이 여가를 즐길 수 있다. 이와 같이 강변저류지는 다양한 목적으로 사용 할 수 있는 장점이 있으므로 국내외에서 활발한 연구가 진행되고 있으며, 특히 국내에서는 영월, 여주, 나주 등의 지역에서 홍수위 저감을 위하여 저류지 시설을 적용하였다.강변저류지의 설치로 인하여 유입구 인근 하도 뿐 만 아니라 상하류의 흐름특성에 변화가 발생하게 된다. 홍수위 저감 영향이 상류 또는 하류에 전파되어 첨두홍수위 도달시간에도 영향을 미치게 된다. 이러한 흐름특성의 변화를 알아보기 위하여 본 연구에서는 영월 강변저류지를 대상으로 홍수위 저감효과를 검토하였다.영월 강변저류지는 강원도 영월군 영월읍 방절리에 위치하며, 영월읍 시가지 및 인접지역의 침수피해 예방 및 한강유역의 홍수량을 분담하기 위하여 조성되었다. 총면적 680,667 m², 저류용량 294만 m³이며, 생태하천, 체육시설, 자전거도로, 산책로 등의 친수시설을 갖추고 있다. 정확한 수치모의를 위해서 지형자료 및 강변저류지의 제원 등을 검토하여 반영하였으며, 월류부에서 월류가 발생할 수 있는 수문 사상을 적용하여 강변저류지의 설치 여부에 따른 대상 구간의 거동을 수치모의를 통해 검토하였다.

강변저류지가 있는 하도에서의 부정류 흐름 모의를 위한 HEC-RAS의 적용성 검토

김서준,홍상진,윤병만,지운 한국수자원학회 2012 한국수자원학회논문집 Vol.45 No.5

하천에 설치되는 강변저류지의 효율적 설계를 위해서는 정확한 부정류 흐름 해석이 반드시 필요하다. 일반적으로 하천의 부정류 수치모의는 1차원 부정류 수치모형인 HEC-RAS를 많이 사용하고 있다. 하지만 강변저류지가 있는 하도에서의 부정류 흐름에 대한 수리실험과 현장 모니터링 자료가 거의 없기 때문에 HEC-RAS를 이용한 부정류 수치모의 결과의 신뢰도를 확신하기가 어렵다. 따라서 본 연구에서는 부정류 수리실험을 수행하여 강변저류지가 있는 하도에서의 HEC-RAS를 이용한 부정류 수치모의 적용성을 검토하였다. HEC-RAS 적용성 검토는 직선수로에 강변저류지가 설치되어 있거나 그렇지 않은 경우에 대해 부정류 수리실험을 실시하여 측정된 결과와 비교하여 평가하였다. 특히, 강변저류지가 설치되어 있는 경우는 강변저류지의 저류용량이 충분하여 하도에서 강변저류지로 통하는 위어에 완전 횡월류 흐름만 발생하는 경우에 대해 실험을 수행하였다. 강변저류지가 설치되지 않은 직선수로에 대한 HEC-RAS의 수위 계산 결과는 최대 3% 오차를 유량은 최대 1% 오차를 보였으며, 강변저류지가 설치된 경우의 HEC-RAS 수위 계산 결과는 최대 4% 오차를 유량은 최대 2% 오차를 나타냈다. It is necessary to perform the precise analysis of unsteady flow for effective design of the side-weir detention basin installed in the river. Generally, the HEC-RAS program, which is a 1D unsteady numerical model, is mostly used to simulate the unsteady flow for rivers. However, it is difficult to have confidence of unsteady flow results simulated by HEC-RAS due to the lack of experimental data and field monitoring data for the channel with a side-weir detention basin. Therefore, the purpose of this study is to validate or verify the simulation results calculated by HEC-RAS through the experiments for the open channel with a side-weir detention basin using specially-designed unsteady discharge-supply system. The experimental cases included unsteady flows in the straight channel with and without a side-weir detention basin. Especially, for the case with a detention basin, the experiment was performed to consider only the free flow condition over the side-weir. The study results showed that values of water level and discharge obtained from HEC-RAS coincided reasonably with experimental results with the maximum error of 3% for water level and 1% for discharge in the case of the flow without the side-weir detention basin and 4% for water level and 2% for discharge with the side-weir detention basin.

HEC-RAS를 이용한 강변저류지의 저류용량에 따른 홍수조절효과 분석

김서준,김상혁,변현혁,윤병만 한국방재학회 2011 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.10 No.-

강변저류지는 하천 제방의 일부를 낮춰 제내지에 홍수량을 저류하는 방식으로 홍수기에는 홍수조절효과를 얻을 수 있고, 비홍수기에는 습지, 농경지, 생태공원 및 스포츠 시설 등으로 활용할 수 있는 친환경적 치수구조물이다. 강변저류지의 홍수조절효과는 강변저류지 설치 전·후의 첨두홍수량 또는 첨두홍수위 차이를 말하며 저류용량, 월류턱 높이, 횡월류부 길이, 하천 수위 및 홍수수문곡선 등 다양한 인자들에 의해 결정된다. 그 중에서도 홍수조절효과에 크게 영향을 미치는 인자는 저류용량이다. 만약 홍수 수문곡선에 대하여 강변저류지의 저류용량이 부족한 경우에는 첨두 홍수 발생 이전에 횡월류부의 월류턱 높이 이상으로 수위가 올라가게 되어 목표로 하는 홍수조절효과를 확보하지 못할 수도 있다. 이와 같이 강변저류지의 저류용량은 홍수 수문곡선에 따른 횡월류부의 수위변화를 충분히 고려하여 결정해야 한다. 이에 본 연구에서는 1차원 부정류 수치모형인 HEC-RAS를 이용하여 저류용량이 충분한 경우와 부족한 경우에 대해 강변저류지의 횡월류부 흐름특성과 홍수조절효과를 분석하였다. 분석 결과 강변저류지의 저류용량이 부족한 경우에는 불완전 횡월류 흐름이 발생하여 강변저류지 직하류의 수위저감효과와 홍수조절효과가 작게 산정되는 것을 확인하였다. 따라서 강변저류지 설계시 가능하면 불완전 횡월류 흐름이 발생하지 않도록 저류용량을 확보하도록 하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.

강변저류지에 의한 홍수저감 효과 분석을 위한 수리실험

김형준,배덕원,윤광석,Kim,Hyung-Jun,Bae,Deok-Won,Yoon,Kwang-Seok 한국방재학회 2011 한국방재학회논문집 Vol.11 No.6

강변저류지는 홍수저감효과 뿐만 아니라 생태적인 목적으로도 활용이 가능하여 최근 강변저류지 설치에 관한 연구가 활발히 진행되고 있는 상황이다. 그러나, 강변저류지 설치에 따른 홍수저감효과는 기존에 개발된 수치모형에 의존하고 있으며, 수리모형을 통한 기초연구가 부족한 상황이다. 본 연구에서는 강변저류지의 홍수저감효과를 분석하기 위하여 부정류 수리실험을 수행하였다. 강변저류지 설계시 고려인자인 설치위치, 유입부 마루높이 및 강변저류지 면적 등을 수리실험에서 다양한 조건으로 반영하여 수리실험을 수행하였다. 강변저류지의 홍수저감효과는 설치위치가 가까운 경우 가장 효과가 클 것으로 판단되며, 월류부 마루높이는 최대한 낮게 설치하는 것이 홍수저감에 효과적인 것으로 나타났다. 강변저류지 면적이 커질수록 홍수저감효과 또한 증가하지만, 기대할 수 있는 최대저감효과는 한계값에 수렴할 것으로 판단된다. 본 연구를 통하여 관측되고 분석된 결과는 강변저류지 설계시 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다. Detention basin is highly effective hydraulic structure which is available for flood mitigation and ecological characteristics. However, analysis of flood mitigation by detention basin is performed with numerical approaches only, there is not enough data obtained by experimental observation. In this study, physical experiment were performed under unsteady flow condition to analyze flood mitigation with detention basin. Various design factors such as location, later weir height and extent of detention basin were considered in this experimental observations. As the distance from detention base to target location become closer and later weir height become higher, we can expect more effective flood mitigation. As the area of detention basin area become lager, we also expect more higher flood mitigation effects. But, the flood mitigation effects from detention basin would converged to critical value. The obtained data will be useful for following studies about detention basin.

강변저류지가 있는 하도에서의 부정류 흐름 모의를 위한 HEC-RAS의 적용성 검토

김서준,홍상진,윤병만,지운,Kim, Seo-Jun,Hong, Sang-Jin,Yoon, Byung-Man,Ji, Un 한국수자원학회 2012 한국수자원학회논문집 Vol.45 No.5

하천에 설치되는 강변저류지의 효율적 설계를 위해서는 정확한 부정류 흐름 해석이 반드시 필요하다. 일반적으로 하천의 부정류 수치모의는 1차원 부정류 수치모형인 HEC-RAS를 많이 사용하고 있다. 하지만 강변저류지가 있는 하도에서의 부정류 흐름에 대한 수리실험과 현장 모니터링 자료가 거의 없기 때문에 HEC-RAS를 이용한 부정류 수치모의 결과의 신뢰도를 확신하기가 어렵다. 따라서 본 연구에서는 부정류 수리실험을 수행하여 강변저류지가 있는 하도에서의 HECRAS를 이용한 부정류 수치모의 적용성을 검토하였다. HEC-RAS 적용성 검토는 직선수로에 강변저류지가 설치되어 있거나 그렇지 않은 경우에 대해 부정류 수리실험을 실시하여 측정된 결과와 비교하여 평가하였다. 특히, 강변저류지가 설치되어 있는 경우는 강변저류지의 저류용량이 충분하여 하도에서 강변저류지로 통하는 위어에 완전 횡월류 흐름만 발생하는 경우에 대해 실험을 수행하였다. 강변저류지가 설치되지 않은 직선수로에 대한 HEC-RAS의 수위 계산 결과는 최대 3% 오차를 유량은 최대 1% 오차를 보였으며, 강변저류지가 설치된 경우의 HEC-RAS 수위 계산 결과는 최대 4% 오차를 유량은 최대 2% 오차를 나타냈다. It is necessary to perform the precise analysis of unsteady flow for effective design of the side-weir detention basin installed in the river. Generally, the HEC-RAS program, which is a 1D unsteady numerical model, is mostly used to simulate the unsteady flow for rivers. However, it is difficult to have confidence of unsteady flow results simulated by HEC-RAS due to the lack of experimental data and field monitoring data for the channel with a side-weir detention basin. Therefore, the purpose of this study is to validate or verify the simulation results calculated by HEC-RAS through the experiments for the open channel with a side-weir detention basin using specially-designed unsteady discharge-supply system. The experimental cases included unsteady flows in the straight channel with and without a side-weir detention basin. Especially, for the case with a detention basin, the experiment was performed to consider only the free flow condition over the side-weir. The study results showed that values of water level and discharge obtained from HEC-RAS coincided reasonably with experimental results with the maximum error of 3% for water level and 1% for discharge in the case of the flow without the side-weir detention basin and 4% for water level and 2% for discharge with the side-weir detention basin.

잠긴 흐름 발생시 강변저류지 횡월류위어 유량계수 산정

김서준,김상혁,변현혁,윤병만 한국방재학회 2012 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.11 No.-

최근 친환경적 홍수방어대책의 하나로 강변저류지 설치가 적극적으로 검토되고 있다. 강변저류지를 치수대책에 포함하기 위해서는 강변저류지 설치로 인해 확보할 수 있는 홍수조절효과의 정량적 예측이 필요하며, 이를 위해서는 정확한 횡월류량 산정이 요구된다. 특히 강변저류지의 경우 저류용량이 제한되어 있기 때문에 저류용량이 부족한 경우 그림과 같이 월류턱 높이를 기준으로 한 강변저류지 수심(D)이 월류턱 높이 보다 높아지게 되어 강변저류지 유입부에서 잠긴 흐름이 발생할 수도 있다. 하지만 횡월류위어 유량계수 연구는 대부분이 완전 횡월류 흐름에 대한 것으로, 잠긴 흐름 발생시 유량계수 산정에 어려움이 있다. 본 연구에서는 수리실험을 이용하여 월류턱 높이를 기준으로 한 하도의 수심(H)와 저류지 수심(D)를 변화시켜가며 다양한 잠긴 흐름을 재현하면서 잠긴 흐름 발생시 횡월류위어의 유량계수를 산정하였다. 실험 결과 하도와 저류지의 수심비(D/H)가 0.75보다 작을 경우에는 완전 횡월류 유량계수와 거의 동일하게 나타났으며, D/H가 0.75보다 커질수록 유량계수는 완전 횡월류 유량계수보다 점차 작게 나타났다. 잠긴 흐름 발생시 횡월류위어의 유량계수 산정 결과는 강변저류지 홍수조절효과를 좀 더 정확하게 분석하기 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

강변저류지 홍수조절효과 분석을 위한 횡월류위어 유량계수 산정

김서준,김상혁,윤병만 한국방재학회 2011 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.10 No.-

최근 친환경적 홍수방어대책의 하나로 강변저류지 건설이 적극적으로 검토되고 있다. 강변저류지를 치수대책에 포함하기 위해서는 강변저류지 설치로 인해 확보할 수 있는 홍수조절효과를 정확하게 산정해야 한다. 강변저류지의 홍수조절효과를 산정하기 위해 실무에서 주로 사용하고 있는 방법은 하천의 수위 변화를 고려할 수 있는 1차원 부정류 수치모형인 HEC-RAS이다. HEC-RAS를 이용한 강변저류지의 홍수조절효과를 분석하기 위해서는 횡월류위어 유량계수가 필요하다. 횡월류위어의 유량계수는 과거 많은 연구자들이 실험을 통해 제시하고 있지만 산정식들마다 차이를 보이고 있어 횡월류위어 유량계수 결정에 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 횡월류위어의 유량계수를 수리실험을 통해 산정한 후 기존 산정식들로 구한 횡월류위어 유량계수들과 비교하여 강변저류지 홍수조절효과 분석에 기존 산정식들을 적용할 수 있는지 여부를 검토하였다. 비교 결과 본 연구에서 가정한 모의조건에서는 수리실험으로 산정된 유량계수에 비해 경험식으로 계산된 유량계수가 약 19 ∼ 97 % 정도 크게 산정되었다. 그리고 기존 산정식들로 구한 횡월류위어 유량계수를 이용하여 횡월류량을 산정할 경우, 약 1.2 ∼ 2.4 배 정도 과다 산정되는 것을 확인하였다. 따라서 강변저류지 홍수조절효과 산정을 위한 횡월류위어 유량계수 산정시 기존 산정식으로 구한 횡월류위어 유량계수의 불확실성이 크기 때문에 수리실험을 통해 결정하는 것이 바람직하다고 판단된다.

하천 수위 예측의 불확실성을 고려한 강변저류지 횡월류부 길이 결정 기법

김서준,김상혁,윤병만,Kim, Seojun,Kim, Sanghyuk,Yoon, Byungman 한국수자원학회 2015 한국수자원학회논문집 Vol.48 No.8

하천 주변의 도시화와 이상기후 등으로 인해 기존의 하천 위주의 홍수방어는 한계를 보이고 있으며, 이에 따라 유역통합적인 홍수방어대책의 하나로 강변저류지 설치에 대한 요구가 증대되고 있다. 강변저류지를 치수대책에 포함시키기 위해서는 정량적인 홍수조절효과 산정이 필요하며, 이를 위해서는 강변저류지 홍수조절효과에 영향을 미치는 인자들의 불확실성을 줄이기 위한 노력이 필요하다. 특히 하천 수위 예측의 중요 변수인 하천 조도계수는 항상 불확실성을 포함하고 있으므로, 이를 고려한 설계방법이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 상대적으로 설계자가 자유롭게 결정할 수 있는 설계인자인 강변저류지의 횡월류부 길이를 이용하여 하천 조도계수의 불확실성을 고려한 강변저류지 설계 기법을 제안하고자 한다. 이를 위해 HEC-RAS 부정류 수치모형을 이용하여 하천 조도계수와 횡월류부 길이 변화가 홍수조절효과에 미치는 영향을 검토하였고, 분석결과를 이용하여 하천의 수위 예측 불확실성을 고려한 횡월류부 길이를 결정하는 기법을 제시하였다. 본 연구에서 제시한 횡월류부 길이 결정 기법은 하천 수위 예측의 불확실성을 해결할 수 있기 때문에 강변저류지의 홍수조절효과를 좀 더 안전측으로 제시하는데 도움이 될 것으로 기대한다. The existing flood protection in rivers has shown the limitation due to the urbanization around rivers and the abnormal climate. Thus, the demand for the constructions of side-weir detention basin are being increased as a part of integrated watershed flood protection plan. It is necessary to estimate the quantitative flood-control effect for including the side-weir detention basin in flood-control measures. For the determination, it is required to reduce the uncertainty of the design factors which can affect the flood-control effect of side-weir detention basin. Among the factors, however, the water level in river always contains uncertainty. Therefore, the design method considering the uncertainty is required. For the reasons, the design method considering uncertainty of the water level in river is suggested in this study with using the length of side-weir which is relatively easy-determinable by designers. Therefore, it is examined how the variation of the length of side-weir can affect the flood-control effect, using HEC-RAS, and then the method to determine the side-weir length considering the uncertainty of the water level in river through results from analyses. Since the uncertainty of the water level in river can be taken into account in the suggested design method, it is evaluated that the design method is more effective to suggest the flood-control effect of the side-weir type detention basin with higher safety side.

강변저류지군의 홍수저감효과 개선방안에 대한 연구

백천우,변천일,김도현,안태진,Baek,Chun-Woo,Byeon,Chen-Il,Kim,Do-Hyeon,Ahn,Tae-Jin 한국방재학회 2010 한국방재학회논문집 Vol.10 No.2

강변저류지와 같은 소규모 수공구조물에 의한 홍수저감방안의 필요성이 증가하고 있으며, 대상 유역내에 다수의 후보지역이 존재하는 강변저류지 계획에 있어서, 네트워크로 간주된 전체 저류지군의 실질적인 홍수조절효과의 산정이 필수적이다. 본 연구에서는 저류용량, 월류고, 월류폭 등과 같은 강변저류지 제원에 대한 민감도 분석을 통한 강변저류지군의 홍수저감효과 개선기법을 제안하였다. 제안된 기법은 설계빈도 홍수사상에 대하여 강변저류지 제원 변화에 따른 직하류부 및 유역출구 홍수저감량 민감도 분석을 실시하고, 민감도분석 결과를 이용하여 직하류부와 유역출구에서의 홍수저감량이 최대가 되게 하는 강변저류지 제원을 결정한다. 제안된 기법을 안성천 유역에 적용하여 적용성을 검토하였으며, 기존의 연구결과와 본 연구에서 제안한 기법의 결과를 비교분석하였다. Due to climate change and difficulty in construction of large dam, it is on the increase to use small hydraulic facilities such as washland for the flood control purpose. Since there can be many potential locations for washland in a basin, it is important for determination of optimal location to calculate flood reduction effect of washlands substantially and exactly. In this study, a new scheme to increase flood reduction effect of washlands is suggested. Suggested scheme uses sensitivity analysis of flood reduction effect depending on washland characteristics such as storage volume, spillway elevation and spillway width. The characteristics of the washland is determined by results of sensitivity analysis to maximize flood reduction effect at basin outlet and downstream of a washland. The methodology is applied to Anseong river basin to show its applicability and applied result is compared with those of another studies.

강변저류지 월류부에서 월류제 또는 수문 형식에 따른 홍수저감효과에 관한 개략적 연구

안태진 한국습지학회 2013 한국습지학회지 Vol.15 No.4

기후변화에 의한 홍수 특성의 변화에 적극적으로 대처하기 위한 대규모 댐 건설의 추진이 환경성, 경제 성 등과 같은 문 제로 난해해 짐에 따라 강변저류지 또는 유수지 시설이 유역내 홍수 분담 측면에서 포함되기 시작하였 다. 강변저류지는 주하도에 인접되고 제방으로 둘러쌓인 공간으로 홍수기에 월류구조물을 통하여 인위적으로 범람시키 는 지역이다. 강변저 류지 직하류에서의 홍수저감효과는 설계홍수수문곡선의 형상, 강변저류지의 저류용량 등에 추가하여 월류부 구조물의 형 식, 길이 및 월류턱 표고에 따라 영향을 받는다. 본 연구는 표본지구인 청미천에서 주어진 수문곡선에 관하여 월류제 형 식과 수문 형식에 따른 홍수저감효과를 비교코자 하였다. 월류부에서 수문형식이 월류제 형식보다 홍 수저감효과가 더 크 지만 수문형식에 의한 홍수저감율은 공학적 견지에서 보면 의미있는 수치가 아니기 때문에 수문형식을 선정할 때는 초기 사업비, 운영 관리 비용 등을 신중히 고려해야 하는 것으로 분석되었다.