Assessment of Flood Impact on Downstream of Reservoir Group at Hwangryong River Watershed

DOI:http://dx.doi.org/10.5389/KSAE.2012.54.3.103

황룡강 유역 저수지군 하류하천 영향평가

Assessment of Flood Impact on Downstream of Reservoir Group at Hwangryong River Watershed

황순호

․강문성

․김지혜

․송정헌

․전상민

․이상현

․최진용

Hwang, Soon Ho․Kang, Moon Seong․Kim, Ji Hye․Song, Jung Hun Jun, Sang Min․Lee, Sang-Hyun․Choi, Jin-Yong

ABSTRACT

Works for dam heightening plan have dual purposes: flood disaster prevention by securing additional storage volume and river ecosystem conservation by supplying stream maintenance flow. Now, the dam heightening project is in progress and there are 93 dam heightened reservoir. After the dam heightening project, 2.2 hundred million ton of flood control volume in reservoirs will be secured. Thus it is necessary to evaluate the effects of the dam heightening project on watershed hydrology and stream hydraulics, and resulting flood damages. This study was aimed to assess the impact of outflow from the dam heightened reservoir group on the Whangryong river design flood. The HEC-HMS (Hydrologic Engineering Center-Hydrologic Modeling System) model was used for estimating flood discharge, while HEC-5 (Hydrologic Engineering Center-5) was used for reservoir routing. This study analysed flood reduction effect on 100yr and 200yr return periods about the before and after heightening of agricultural dams. Based on the results of this study, the reduction of flood peak discharge at downstream of the reservoir group was estimated to be about 41% and 53%

for 100yr and 200yr frequencies, respectively.

Keywords: Dam heightened reservoir; multi-reservoir operation; river design flood; HEC-HMS; HEC-5

I. 서 론^*

농업용수 댐은 2010년 말 현재 전국에 모두 17,569개소가 존 재한다. 이 중 1945년 이전에 준공된 댐이 9,154개소로 전체의 52.1 %를 차지하고 있다. 1946～1966년도 사이에 준공된 댐도 22.1 %에 달하는 등 40년 이상 노후화된 시설이 전체의 74.2 % 에 이르고 있다 (KRC, 2010). 이에 농업용 저수지 둑 높이기 사 업은 기존 저수지를 대상으로 기존 제방 덧쌓기 등 둑 높이기와 여수로 확장 및 수문 설치 등을 통해 노후화된 농업용 저수지를 개보수하고 둑 높이기를 통해 확보되는 추가 저수량을 갈수기에 집중 방류하여 지류 및 본류의 유황을 개선하는데 목적이 있다 (Cho, 2009). 또한 농업용 저수지 둑 높이기 사업에 의해 대상 저수지 113개소 (2012년 현재)에 약 2.8억톤의 홍수조절용량을

* 서울대학교 농업생명과학대학 생태조경 ․ 지역시스템공학부

** 서울대학교 농업생명과학대학 조경 ․ 지역시스템공학부, 농업생명과

학연구원 겸임연구원

† Corresponding author Tel.: +82-2-880-4582 Fax: +82-2-873-2087

E-mail: [email protected] 2012년 4월 30일 투고 2012년 5월 15일 심사완료 2012년 5월 15일 게재확정

확보할 수 있다 (KRC, 2012).

농업용 저수지는 대부분 농업용수 확보에 중점을 두고 설치되 었으며, 홍수 방어 개념의 치수 기능에 대한 평가는 상대적으로 부족한 실정이다. 따라서 둑 높이기에 의한 저류량 증가에 따른 홍수 저감 효과와 물넘이 월류량의 변동에 따른 하류하천의 치 수 구조물에 대한 영향검토가 필요하다. 또한, 기존 농업용 저수 지의 증고에 따른 하류 하천의 수리/수문 특성과 연계하여 추가 저수량에 대한 방류 시기와 유량에 대한 컴토가 필요하며 이에 따른 하류 이수/치수 수리 구조물의 이설 및 보강 등의 영향 검 토와 더불어 홍수영향 발생시의 대안 수립 방안이 이루어져야 한다.

Kang et al. (2009)은 Grey 모형을 이용하여 다목적 댐의 유 입홍수량과 하류하천 홍수량을 실시간 예측하였으며, Yoon et al. (1998)은 댐 건설 전 후 유역의 장기 유출특성변화 분석을 통해 장기유출해석 등을 수행하였다. 또한 Lee et al. (1993)은 댐 건설로 인한 5대 수계 본류의 하상 변화를 분석하였으며, 하 상계수와 유황계수를 사업 전후로 비교 분석하였다. 또한 Han et al. (2005)은 동역학적 홍수추적 모형인 DAMBRK (Dam-break Flood Forecasting Model) 모형을 이용하여, 한강 수계를 대상 으로 상류댐 및 중간댐을 고려한 홍수추적을 수행하였고, Lee et

al. (2002)은 홍수기 다목적댐의 최적운영을 통한 최적 방류량 결정을 위해 HEC-5 (Hydrologic Engineering Center–5) 모형 을 섬진강 수계의 섬진강댐과 주암댐에 적용하였다. Noh (2010) 는 홍수조절용량 설정에 따른 증고저수지의 용수공급능력 변화 를 분석하였다. 하지만 둑 높이기 저수지 사업 전 ․ 후의 홍수기 시 저수지 운영에 따른 하류 하천에 대한 영향 및 비교 연구는 미흡한 실정이다.

본 연구에서는 황룡강 유역 내 둑 높이기 사업 대상 저수지인 장성, 수양, 유탕, 왕동 저수지를 대상으로 빈도별 저수지 홍수 유입량을 산정하고 저수지 모의 운영 조작 프로그램인 HEC-5 프로그램을 이용하여 방류량 및 월류량을 모의하며, 모의된 방 류량 및 월류량과 황룡강 구간 하천 설계홍수량의 비교를 통해 홍수기시 황룡강 유역 내 둑 높이기 저수지군의 하류하천에 대 한 영향을 평가하고자 한다.

II. 재료 및 방법

1. 대상유역

본 연구의 대상유역은 황룡강유역으로 영산강 권역의 영산강 수계에 속하며, 영산강의 제 1지류이다. 국가하천, 지방 1급하천, 지방 2급하천으로 나누어져 있으며, 유로연장 ․ 하천연장 ․ 유역면 적은 각각 국가하천이 52.74 km, 9.14 km, 567.37 km², 지방 1급하천이 4.33 km, 34.4 km, 424.07 km², 지방 2급하천이 8.93 km, 3.2 km, 23.23 km²이다. 유역면적 가운데 70～80

%가 산림지역이며, 유역 내에는 농업용저수지 둑 높이기 사업 대상 지구가 왕동, 수양, 유탕, 장성저수지 4기가 있다. 특히, 수양/장성저수지의 경우 일정규모 (유역면적 2,500 ha, 저수용량 500 만m³) 이상의 필댐에 해당하므로 가능최대강수량 (Probable Maximum Precipitation, PMP)을 적용하여 설계되는 가능최대홍 수량 (Probable Maximum Flood, PMF) 설계 대상 저수지이다.

Fig. 1은 황룡강 유역과 장성저수지, 유탕저수지, 수양저수지, 왕동저수지의 상류 유역을 나타낸 것이다.

각각의 저수지 상류 유역에 대한 유역특성자료는 Table 1과 같으며, 홍수량 산정 시 홍수유출시간을 나타내는 도달시간은 둑 높이기 사업 검토 보고서에서 검토한 바 있는 California Culvert Practice 공식 (1942)을 적용하였다. California Culvert Practice 공식은 식 (1)과 같으며, 자연하천유역과 산지 소유역에 주로 적 용한다.

_{   }



 ×^

^{} (1)

여기서, Tc는 도달시간 (hr), L은 유로장 (km), H는 평균고저차

(m)를 나타낸다.

Fig. 1 Site map of Hwangryong watershed Table 1 Geomorphological characteristics of study watershed

Watershed Area (km²)

Flow length (km)

Slope (m/km)

Impervious ratio

(%)

Time of concentration

(hr)

Jangsung 122.9 15.48 117.39 7.64 3.05

Yutang 9.12 3.35 61.66 0.95 0.49

Wangdong 4.48 2.11 33.97 4.96 0.43

Suyang 33.32 9.37 15.46 11.21 1.85

Hwangryong_river 564.3 55.47 273.3 8.07 8.85

2. 강우빈도 해석

본 연구에서 빈도별 저수지 유입량을 산정하기 위하여 확률강 우 분석을 수행하였다. 시 강우자료는 황룡강 유역 주변 관측소 인 광주 기상청 및 정읍 기상청에서 제공하는 자료를 사용하였 다. 장성저수지의 상류 유역 홍수량 산정에 필요한 자료는 광주 기상청과 정읍 기상청자료를 이용하였으며, 나머지 둑 높이기 저 수지인 왕동저수지, 유탕저수지, 수양저수지의 상류 유역 홍수량 산정에는 광주 기상청의 강우자료를 사용하였다.

가. 기상관측소

확률강우량을 산정하기 위하여 Table 2와 같이 광주기상청의 경우 1960～2011년 (총52년) 기간의 자료와 정읍 기상청의 경

우 1973～2011년 (총 39년) 기간의 자료를 사용하였다. 장성저 수지 상류 유역의 경우 광주 기상청과 정읍 기상청의 Thiessen 경계에 위치하며 확률강우량을 산정하기 위해 두 관측소의 Thiessen 가중치를 고려하였다. 장성저수지 상류 유역에 대한 광주 및 정읍 기상관측소의 Thiessen 가중치는 각각 0.26과 0.74로 산정되었다.

Table 2 Location and characteristics of selected weather stations

Station Code Latitude Longitude Duration

Gwangju 156 35° 10′ 126° 54′ 1960～2011

Jeongup 245 35° 56′ 126° 87′ 1973～2011

나. 확률강우량

지속시간별 확률강우량 산정은 국립방재연구원에서 제공하는 확률강우량 산정 모형인 FARD2006 (Frequency Analysis of Rainfall Data 2006) 프로그램을 이용하였다. FARD2006 프로 그램은 모멘트법, 최우도법, 확률가중모멘트법에 따라 다양한 분 포형의 추정이 가능하며 각각의 추정 방법에 따른 분포형의 다 양한 적합도 검정 결과를 쉽게 확인 할 수 있고 사용이 편리하 여 강우빈도해석 시 많이 이용되고 있다. 광주 기상관측소의 총 52개년의 자료와 정읍 기상관측소의 총 39개년의 자료에 대하 여 60분, 120분, 180분, 240분, 360분, 540분, 720분, 900분, 1080분, 1440분 등 10개 지속시간에 대한 연 최대 강우량을 산 정 한 후 각 분포형에 대한 적합도 검정을 수행하였다. 본 연구 에서는 분포형 추정 방법에 따른 Normal분포, GEV분포, Gumbel 분포 등의 다양한 분포형에 대하여 적합도를 검정하고 지속시간 별로 20년, 30년, 50년, 80년, 100년, 200년, 500년 등 7개 빈 도에 대한 확률강우량을 산정하였다.

다. 강우의 시간분포

산정한 확률강우량에 대한 시간적 분포를 고려하기 위하여 실 무에서 많이 사용되고 있는 Huff (1967)법을 이용하였다. Huff (1967)는 미국 일리노이주의 강우기록으로부터 강우량이 시간적 분포를 나타내는 무차원 시간분포곡선을 제시하였다. 강우의 누 가곡선을 이용하여 전 지속기간을 4등분 하였을 때 각 분류된 구간 우량의 최대 분위가 어느 부분에서 나타나는지를 조사하였 다. 즉, 강우지속시간을 4등분하였을 때 강우초기에 해당하는 처 음 1/4구간을 제 1구간 호우 (first-quartile storm), 다음 2/4 구간을 제 2구간 호우 (second-quartile storm), 다음 3/4구간 및 마지막 구간에 있을 경우 각각 제 3구간 호우 (third-quartile storm), 제 4 구간 호우 (fourth-quartile storm)으로 정의하였 다. 이와 같이 4개 그룹으로 분류된 강우를 시간적으로 무차원화

시키기 위하여 개개 강우의 누가지속 시간과 이에 따른 강우량 을 각각 백분율로 표시하고 이를 나타내면 식 (2)와 (3)과 같다 (Koo, 2001).

_{  }

_



×  (2)

_{  }

_



×  (3)

여기서, PT ()는 임의시간 T ()에서의 강우지속기간 비, T ()는 강우시간 후 번째 시각의 경과시간, T0는 총 강우지속시 간, 는 단위증분 회수, PR ()는 임의시간 T ()에서의 강우량 의 비, R ()는 임의시간 T ()까지의 누가우량, R0는 지속기간 T0의 총 강우량이다.

Table 3은 빈도 해석된 강우를 시간별 강우로 분포시키기 위 해 필요한 Huff 계수이다. 광주 기상관측소와 정읍 기상관측소 모두 최적분위는 2분위로 나타났다.

Table 3 Huff distribution features of selected weather stations (MIFAFF, 2005)

Station

Coefficient Gwangju Jeongup

a －0.082517481 0.021225831

b 0.934980184 －0.162030437

c －0.093731975 0.105510858

d 0.005896919 －0.005779497

e －0.000120412 0.000135744

f 1.02965E－06 －1.34789E－06

g －3.20833E－09 4.7451E－09

Quartile 2^nd Quartile 2^nd Quartile

3. 빈도별 홍수량 산정

빈도별 홍수량 산정을 위하여 유역 치수계획 및 평가 시 많이 사용되고 있는 수문해석 모형인 HEC-HMS (Hydrologic Engi- neering Center – Hydrologic Modeling System) 모형을 이 용하였다.

가. HEC-HMS 모형의 개요

HEC-HMS 모형은 미 육군공병단에서 개발되었으며 링크-노 드 방식의 집중형 강우-유출 모형이다. HEC-HMS 모형은 DOS 기반의 HEC-1 (Hydrologic Engineering Center-1) 모형을 개선, 발전시킨 모델로 연속모의 기능을 추가하였다 (USACE,

2010). 현재 HEC-GeoHMS (Hydrologic Engineering Center- Geospatial Hydrologic Modeling Extension) 모형과 GIS (Geographic Information System) 툴과의 연계를 통해 지형 특성자료의 추출이 가능하다.

HEC-HMS 모형은 유역에서의 유출과정을 손실량, 직접유출 량, 기저유출, 하도구간 흐름의 모의를 수행하는 4가지 모듈로 구성된 유역 모델 (Basin Model)과 강우, 증발산, 융설을 분석하 는 기상 모델 (Meterologic Model), HEC-HMS 모형의 실행을 위하여 모형의 모의시작시간과 모의종료시간을 설정하여 주는 계산제어설정 (Control Specifications) 등으로 구성된다(Sung, 2004).

HEC-HMS 모형을 이용한 소유역에서 홍수량을 산정하기 위 한 유역 홍수추적기법으로는 Clark 단위도법, NRCS (Natural Resources Conservation Service) 단위도법, Snyder 단위도 법 등이 있다. 이 중 Clark 단위도 모형은 강우로 인한 유수의 전이 (translation) 뿐만 아니라 유역의 저류효과도 고려하므로 자연유역에 대한 적용이 적합하다 (Sung, 2004). 따라서 홍수량 산정은 홍수량 산정 결과의 적절성과 황룡강 유역 내 저수지 상 류유역의 자연유역 특성을 고려하여 Clark 단위도법을 이용하였 다. 강우 손실량 추정에는 NRCS curve number 방법을 이용하 였다.

나. HEC-HMS 모형의 입력자료

유출곡선번호 (CN)을 산정하기 위한 토양도는 국립농업과학 원의 정밀토양도 (1/25,000)를 이용하였으며, 토지이용 자료는 환경부에서 제공하는 2007년 중분류 토지피복도를 이용하였다.

Fig. 2와 Fig. 3은 각각 황룡강 유역의 토양도와 토지이용도를 보여주고 있다.

Clark 단위도법의 저류상수 (K)는 유역의 저류특성을 반영한다.

저류상수 (K) 추정 식은 Clark, Linsley, Sabol, USACE (United States Army Corps of Engineers) 등의 경험식이 있다. 본 연구 에서는 Sabol 식을 이용하여 계산하였으며, 다음 식 (4)와 같다.



_

   

^

(4)

여기서, Tc는 도달시간 (hr), L은 유료연장 (km), A는 유역면적 (km²)이다.

4. 저수지 홍수추적

본 연구에서는 다목적저수지군 시스템의 분석용 프로그램인 HEC-5 모형을 이용하여 저수지 홍수추적을 수행하였다.

Fig. 2 Detailed soil map of Hwangryong_river watershed

Fig. 3 Landuse map of Hwangryong_river watershed

가. HEC-5 모형의 개요

HEC-5 모형은 Bill S. Eichert에 의해 수공학센터 (Hydrologic Engineering Center in US Army Corps of Engineers)에서 개 발되었으며, 다목적 저수지군 모의운영프로그램 중 가장 대표적 인 모형이라 할 수 있다. 최초 버전은 1973년 5월에 단일홍수조 절 모의 운영을 위해 개발되었고 이후에도 지속적으로 새로운 버 전이 개발되어 1998년 10월에 Version 8이 개발되었다. HEC-5 모형은 각각의 저수지에 대한 홍수조절 및 필요 저수용량, 유역 내 유출의 공간적/시간적 분포에 대한 저수지 시스템의 영향, 저 수지 시스템 운영을 위한 홍수 조절 및 이수 목적 (발전 포함) 기준 평가, 최대홍수 조절 편익을 위한 기존의 저수지 및 건립 예정 저수지 혹은 비구조적 포함하는 시스템의 모의 운영 등을 결정하는 데 주로 이용이 된다 (USACE, 1998).

HEC-5 모형은 Fortran Program으로 작성되어 있으며, 최대 분석 가능한 작업 용량은 저수지 40개, 유량 조절점 80개소, 발 전소 35개소이다. HEC-5 모형에서 이용되는 시스템은 기본적 으로 저수지, 유량 조절점, 추적구간 등으로 나눌 수 있으며, 저 수지나 유량조절점 등의 작업 용량을 초과하지 않는 범위 내에 서 구성이 가능하다 (Lee, 2002).

나. HEC-5 모형의 입력자료

HEC-5 모형의 입력자료에는 시간별 유입량, 저수지 수위별 방류량, 저수지 수위별 저류량, 저수지 목표수위 값 등이 필요하 다. 시간별 유입량 자료는 HEC-HMS 모형을이용하여 강우 빈 도별로 산정 된 홍수량을 이용하였다. 저수지 수위별 방류량은 둑 높이기 사업 이후 수문이 설치되는 장성저수지를 제외한 왕 동저수지, 유탕저수지, 수양저수지의 경우에 물넘이를 통한 월 류량을 산정하여 수위별 방류량을 산정하였다. 수문이 설치되는 장성저수지는 방류량 산정시 Auto ROM (Automatic Reservoir Operation Method) 방식을 적용하였다. Auto ROM 방식의 운 영은 홍수시 제한수위까지는 저수지 유입량을 방류 없이 저류시 키다가 제한수위부터는 수위가 만수위를 넘지 않도록 유입량을 하류로 방류하면서 홍수 말기에는 만수위를 유지하도록 하는 것 이다.

둑 높이기 사업에 대한 영향을 평가하기 위해서는 저수지 증 고 후 변화하는 목표 수위 설정이 중요하다. 본 연구에서는 현재 시점에서 홍수기시 저수지의 증고 전 ․ 후의 방류량을 모의하기 위해 저수지 증고 높이 및 수위별 저류량 등을 고려하여 목표수 위를 설정하였으며 제한수위는 둑 높이기 전과 동일하게 적용하 였다.

5. 저수지군 하류하천 설계홍수량

홍수기시 저수지군을 통한 방류량으로 인한 하류하천에 대한

Fig. 4 Design flood of Hwangryong_river

영향을 평가하기 위해 저수지군에서의 방류량과 하류하천의 설 계홍수량을 비교하였다 (Fig. 4). 본 연구에서 사용한 하천 설계 홍수량 자료는 황룡강의 종점 설계홍수량이다. 황룡강 종점 설계 홍수량은 200년 빈도로 설계되어 있고, 그 보다 상류에 위치한 지점 설계홍수량은 100년 빈도로 설계되어 있다. 따라서 100년, 200년 빈도의 강우사상에 대하여 저수지 상류유역 홍수량을 산정 하고 저수지 방류량을 고려하여 하류하천 영향평가를 수행하였다.

III. 결과 및 고찰 1. 확률강우량

Table 4～6은 기상관측소 및 저수지 유역에 대한 지속시간 별 확률강우량을 산정한 결과를 나타내고 있다. 특히, Table 6은 광주 기상관측소와 정읍 기상관측소의 Thiessem 가중치를 고려 하여 장성저수지 상류 유역에 대한 확률강우량을 산정한 결과이 다. X², Kolmogorov-Smirnov (KS), Cramer Von Mises (CVM), Prob. Plot Corr. Coeff. (PPCC) 등의 검정을 수행하였으며, 매 개변수 추정 방법은 확률가중모멘트법을 이용하였고, 최적 분포 형은 Gumbel 분포형을 선정하였다.

Table 4 Results of probability rainfall of Gwangju station Frequency

(yr)

Duration time (min.)

60 120 180 240 360 540 720 900 1080 1440 20 72.7 101.2 120.1 133.9 161.5 190.1 205.3 219.7 231 252.9 30 77.7 108.2 128.6 143.2 173.1 204 220 235.7 247.9 271.3 50 83.9 116.9 139.3 154.8 187.4 221.2 238.5 255.7 269 294.2 80 89.6 125 149.1 165.4 200.6 237 255.4 274.1 288.4 315.2 100 92.2 128.7 153.7 170.4 206.9 244.5 263.4 282.8 297.5 325.1 200 100.6 140.5 168.1 186 226.2 267.7 288.1 309.7 325.9 355.9 500 111.6 156 187.1 206.6 251.7 298.3 320.9 345.2 363.4 396.6

Table 5 Results of probability rainfall of Jeongup station Frequency

(yr)

Duration time (min.)

60 120 180 240 360 540 720 900 1080 1440 20 81.8 109.3 123.3 134.4 152.4 174.5 195.2 213.6 222.9 237.1 30 87.8 117.5 132.3 143.9 162.8 186.6 209.2 229.5 239.6 254.7 50 95.3 127.8 143.6 155.8 176 201.8 226.6 249.3 260.5 276.7 80 102.1 137.2 154 166.6 188 215.7 242.6 267.5 279.7 296.8 100 105.4 141.6 158.9 171.8 193.6 222.2 250.2 276.1 288.8 306.3 200 115.4 155.4 174.1 187.8 211.3 242.6 273.6 302.8 316.9 335.8 500 128.7 173.6 194.1 208.9 234.5 269.5 304.5 338.1 354 374.7

Table 6 Results of probability rainfall of Jangsung reservoir watershed

Frequency (yr)

Duration time (min.)

60 120 180 240 360 540 720 900 1080 1440 20 60.8 84.1 96.9 107.6 127.4 151.8 172.7 191.2 202.9 220.3 30 65.0 90.2 103.3 114.6 135.6 161.9 184.5 205 217.7 236.1 50 70.3 97.7 111.4 123.3 145.8 174.6 199.2 222.1 236.2 255.9 80 75.2 104.6 118.8 131.2 155.2 186.1 212.7 237.8 253.1 274 100 77.5 107.9 122.3 135.0 159.6 191.6 219.1 245.2 261.2 282.6 200 84.6 118 133.2 146.6 173.4 208.6 238.9 268.3 286.0 309.2 500 94.0 131.4 147.6 162.0 191.5 231.0 265.1 298.7 318.8 344.3

2. 유출곡선지수 CN 산정

Table 7은 유출곡선번호 CN을 산정한 결과를 나타내고 있다.

본 연구에서는 홍수기시 선행강우 조건 등을 고려하여 CN (Ⅲ) 값을 이용하였다. 불투수율이 0.95 %로 가장 낮은 유탕저수지 상류 유역의 유출곡선번호 CN 값이 가장 낮게 산정되었다.

Table 7 NRCS CN of study watershed

Watershed CN (Ⅰ)　 CN (Ⅱ) CN (Ⅲ)

Jangsung 40 61 78

Yutang 26 46 66

Wangdong 47 68 83

Suyang 51 71 85

Hwangryong_river 46 67 82

3. 강우 빈도별 유출량

저수지군 하류하천인 황룡강은 지점은 100년 빈도, 종점은 200년 빈도의 홍수량으로 설계되어 있다. 따라서 본 연구에서 검토한 저수지 유입 설계홍수량은 100년 빈도 및 200년 빈도 홍수량이며, Fig. 5～8은 저수지 상류 유역에 대한 유출량을 산 정한 결과를 보여주고 있다. 지속시간별로 홍수량 값을 산정 한 후 첨두 홍수량이 가장 큰 값이 나타내는 지속시간을 임계지속

Fig. 5 Simulated runoff of Jangsung watershed (9 hr)

Fig. 6 Simulated runoff of Suyang watershed (9 hr)

Fig. 7 Simulated runoff of Wangdong watershed (4 hr)

Fig. 8 Simulated runoff of Yutang watershed (6 hr)

시간으로 정하였으며, 산정된 임계지속시간은 장성저수지 유역 및 수양저수지 유역은 9시간, 왕동저수지 유역은 4시간, 유탕저 수지 유역은 6시간인 것으로 나타났다. 200년 빈도 홍수량의 첨 두 홍수량은 장성저수지 유역이 981.8 m³/s, 수양저수지가 394.7 m³/s, 왕동저수지는 72.3 m³/s, 유탕저수지는 108.1 m³/s로 나 타났다.

4. 저수지 홍수추적

Fig. 9～12는 왕동저수지와 수양저수지에 대한 100년 빈도 및 200년 빈도의 설계 홍수 유입시 저수지 운영에 의한 홍수추 적 결과를 나타낸 것이며, Table 8은 저수지 홍수 추적 결과 유 입량 및 둑 높이기 사업 전 ․ 후 첨두유량과 첨두유량 발생시간을 나타낸 것이다. 저수지 홍수추적 결과 수양저수지의 경우, 첨두 유량이 100년 빈도 홍수 유입시 사업 전에 비해 사업 후 114.1 m³/s 감소하였고, 200년 빈도 홍수 유입시 사업 전에 비해 사업 후 105.2 m³/s 감소하였으며, 첨두유량 발생시간은 두 경우 모 두 사업 전에 비해 사업 후 1시간 늦게 나타났다. 장성저수지의

Fig. 9 Reservoir flood routing of Wangdong reservoir (100 yr)

Fig. 10 Reservoir flood routing of Wangdong reservoir (200 yr)

Fig. 11 Reservoir flood routing of Suyang reservoir (100 yr)

Fig. 12 Reservoir flood routing of Suyang reservoir (200 yr)

Table 8 Results of reservoir flood routing Reservoir Frequency (yr) Peak runoff (m³/s)

Inflow Outflow (before) Outflow (after) Suyang 100 356.1 (7 hr) 323.3 (8 hr) 209.2 (9 hr)

200 394.7 (7 hr) 349.9 (8 hr) 244.7 (9 hr) Jangsung 100 878.0 (9 hr) 856.0 (10 hr) 0

200 981.8 (9 hr) 981.8 (9 hr) 46.2 (18 hr) Wangdong 100 64.8 (4 hr) 40.1 (5 hr) 0

200 72.3 (4 hr) 43.9 (5 hr) 0

Yutang 100 94.5 (5 hr) 94.5 (5 hr) 0

200 108.1 (5 hr) 108.1 (5 hr) 0

경우 100년 빈도 홍수 유입시 사업 후 유출이 발생하지 않았으 며, 200년 빈도 홍수 유입시 첨두유량이 935.6 m³/s 감소하였고, 사업 전에 비해 사업 후 첨두유량 발생시간은 9시간 늦게 나타 났다. 유탕저수지, 왕동저수지의 경우는 사업 후 유출이 발생하 지 않는 것으로 나타났다.

5. 저수지군 하류하천 영향평가

Table 9는 시간별 홍수추적 결과에 따른 저수지군 최대 방류

Table 9 Comparison runoff from reservoir group and river design flood

Frequency (yr)

Peak runoff from reservoir group

(m³/s) (Peak runoff)/(River design flood) before after

100

1008.7 209.2

57.0 % 11.8 % (peak runoff)/(intermediate point flood) 51.2 % 10.6 % (peak runoff)/(ending point flood)

200

1282.6 244.7

72.5 % 13.8 % (peak runoff)/(intermediate point flood) 65.1 % 12.4 % (peak runoff)/(ending point flood)

량과 하천 구간 계획 홍수량을 비교한 것이다. 100년 빈도의 홍수량이 유입하였을 경우, 저수지군 최대 방류량은 사업 전이 1008.7 m³/s, 둑 높이기 사업 후가 209.2 m³/s로 나타났다. 이 를 황룡강 하천 구간 계획홍수량과 비교하였을 경우 둑 높이기 사업 전은 저수지군 방류량으로 인해 하류 하천의 중간 지점 57.9 %, 하류 하천의 종점 51.2 %의 영향을 미치는 것으로 나 타났으나, 둑 높이기 사업 후는 각각 11.8 %, 10.6 %의 영향을 미치는 것으로 나타났다. 200년 빈도의 홍수량이 유입하였을 경 우, 저수지군 최대 방류량은 사업 전이 1282.6 m³/s, 사업 후 가 244.7 m³/s로 나타났다. 이를 황룡강 하천 구간 계획홍수량 과 비교하였을 경우 둑 높이기 사업 전은 저수지군 방류량으로 인해 하류 하천의 중간 지점 기준 72.5 %, 하류 하천의 종점 기 준 65.1 %의 영향을 미치는 것으로 나타났으나, 둑 높이기 사업 후 중간 지점 기준 13.8 %, 종점 기준 12.4 %의 영향을 미치는 것으로 나타났다.

둑 높이기 사업으로 인한 홍수시 저감 효과를 비교해보면 100 년 빈도 홍수 유입시 하류하천 지점을 중간 기준으로 45.2 %, 하류하천 종점을 기준으로 40.6 % 정도 감소하였고, 200년 빈 도 홍수 유입시 하류하천 중간 지점을 기준으로 58.7 %, 하류 하천 종점을 기준으로 52.7 %만큼의 홍수 영향이 감소하는 것 으로 나타났다. 둑 높이기 사업에 따른 홍수영향 감소는 둑 높 이기 사업 대상 개별 저수지의 저수 용량이 증가하였고 특히 황 룡강 유역 내 둑 높이기 저수지 중에서 규모가 제일 큰 장성저 수지의 경우, 사업 후 수문 설치에 따른 사전 방류 등으로 인해 첨두유량이 감소하였기 때문이다.

IV. 요약 및 결론

본 연구에서는 빈도별 홍수량 유입에 따른 둑 높이기 저수지 방류량을 산정하였고, 저수지 홍수추적 결과를 바탕으로 저수지 군 방류량으로 인한 황룡강 하류에 대한 홍수 영향을 분석하였 다. 본 연구 결과를 요약하면 다음과 같다.

1. 홍수량을 산정하기 위해 유출곡선지수를 산정한 결과, CN (Ⅲ)는 장성저수지 유역이 78, 유탕저수지 유역은 66, 왕동저 수지 유역은 83, 수양저수지 유역은 85로 나타났으며, 황룡강 전체 유역의 CN (Ⅲ)는 82로 산정되었다.

2. 유출량을 산정한 결과, 200년 빈도 홍수량의 첨두유량은 장성저수지 유역이 981.8 m³/s, 수양저수지가 394.7 m³/s, 왕동 저수지는 72.3 m³/s, 유탕저수지는 108.1 m³/s로 나타났다.

3. 저수지 홍수추적 결과, 수양저수지는 첨두유량이 100년 빈 도 홍수 유입시 사업 전에 비해 사업 후가 114.1 m³/s만큼 감 소하였고, 200년 빈도 홍수 유입시 105.2 m³/s만큼 감소하였다.

장성저수지의 경우 100년 빈도 홍수 유입시 사업 후 유출이 발 생하지 않았으며, 200년 빈도 홍수 유입시 첨두유량은 사업 전 에 비해 사업 후 935.6 m³/s만큼 감소하였다. 유탕저수지, 왕동 저수지의 경우 사업 후 유출이 발생하지 않는 것으로 나타났다.

4. 저수지 홍수추적 결과를 바탕으로 둑 높이기 전 ․ 후의 저수 지군 첨두 방류량과 하천 구간 설계홍수량을 비교한 결과, 100 년 빈도 홍수 유입시 종점홍수량을 기준으로 대략 41 %, 200년 빈도 홍수 유입시 종점홍수량을 기준으로 대략 53 %의 하류하 천에 대한 홍수영향이 감소하는 것으로 나타났다.

본 연구는 농림수산식품부 생명산업기술개발사업 기획과 제인 “농업생산기반시설 통합 관리시스템 개발” 연구비지원 (과제번호 : 311009-3)에 의해 수행되었습니다.

REFERENCES

1. Cho, Y. J., 2009. The four major restoration project master plan, pp. 144-162. Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs (in Korean).

2. Ministry for Food, Agriculture, Forestry and Fisheries (MFAFF), 2005. Emergency action plan (Yeongsan_river) (in Korean).

3. Han, K. Y., K. H. Choi, W. kim, and D. H. Kim, 2005.

Flood routing analysis considering the effects of dams in Han river.

Journal of Korea Water Resources Association

4. Kang, M. G., X. Cai, and D. K. Koh, 2009. Real-time forecasting of flood discharges upstream and downstream of a multipurpose dam using Grey models.

Journal of Korea Water Resources Association

61-73 (in Korean).

5. Koo, J. H., 2001. A gis based integrated system for

highway drainage design. Master degree. Dissertation, Seoul, Korea: Seoul National University (in Korean).

6. Korea Rural Community Corporation (KRC), 2010.

Annual statistics report of agricultural infrastructure project (in Korean).

7. Korea Rural Community Corporation (KRC), 2012.

http://www.ekr.or.kr.

8. Lee, J. W., H. S. Kim, and H. S. Woo, 1993. An analysis of the effect of damming on flow duration characteristics of five major rivers in Korea.

Journal of Korean Society of Civil Engineers

9. Noh, J. K., 2010. Affecting water supply capacity followed by allocating flood control volume in heightening reservoir.

Journal of Korean National Committee on Irrigation and Drainage

10. Rhee, K. H., B. S. Moon, G. J. Nam, and J. H. Jeong, 2002. Optimization of reservoir operation of flood period using HEC-5 model.

Korean Society of Civil Engineers Symposium, KSCE

11. Sung, C. H., 2004. A comparative study of unit hydrograph models using HEC-HMS at a small watershed. Master degree. Dissertation, Seoul, Korea:

Seoul National University (in Korean).

12. U.S. Army Corps of Engineers (USACE), 1998. HEC-5, Simulation of flood control and conservation systems user’s manual version 8.0.

13. U.S. Army Corps of Engineers (USACE), 2010.

Hydrologic modeling system HEC-HMS user’s manual version 3.5.

14. Yoon, Y. N., C. S. Yoo, J. H. Ahn, I. T. Yang, and D.

K. Koh, 1998. An analysis on the variation of long-term runoff characteristics of basin before and after dam construction: Ⅰ. Estimation of NWS-PC model parameters using GIS.

Journal of Korean Society of Civil Engineers

15. Yoon, Y. N., C. S. Yoo, J. H. Ahn, I. T. Yang, and D.

K. Koh, 1998. An analysis on the variation of long-term runoff characteristics of basin before and after dam construction: Ⅱ. An analysis on the variation of long-term runoff characteristics of basin using model parameters estimation.

Journal of Korean Society of

Civil Engineers