韓 國 水 資 源 學 會 論 文 集 第45卷 第11號 2012年 11月 pp. 1093～1105
해안도시지역 홍수범람모의에 관한 연구:
경상남도 거제시 고현천 적용사례
A Study on Numerical Simulation of Flood Inundation in a Coastal Urban Areas:
Application to Gohyun River in Geoje City, Kyungnam Province 정 우 창*
Jeong, Woochang
...
Abstract
In this study, the simulations and analyses of flood flow due to a river inundation in a coastal urban area are carried out using a two-dimensional finite volume model with well-balanced HLLC scheme. The target area is a coastal urban area around Gohyun river which is located at Geoje city in Kyungnam province and was extremely damaged due to the heavy rainfall during the period of the typhoon “Maemi”
in September 2003. For the purpose of the verification of the numerical model applied in this study, the simulated results are compared and analyzed with the inundation traces. In addition, the flood flow in an urban area is simulated and analyzed according to the scenarios of inflow variation due to the increase and decrease of the intensity of the heavy rainfall, which.
Keywords : 2-D finite volume model, typhoon “Maemi”, flood inundation, urban areas
...
요 지
본 연구에서는 하천 범람에 따른 도시지역 내 홍수흐름의 특성을 수치적으로 모의하고 이에 대한 결과를 분석하였다.
적용된 수치모형은 well-balanced HLLC 기법에 근간을 둔 2차원 유한체적모형이다. 대상영역은 경상남도 거제시에 위치한 고현천 주변의 도시지역으로 2003년 9월에 발생한 태풍 “매미” 기간 동안 집중호우로 인해 하천이 범람되어 피해가 발생되 었다. 본 연구에서는 도시지역 내 범람에 대한 홍수흔적 자료를 이용하여 수치모형을 검증하였으며, 향후 발생 가능한 집중호우의 강도의 증가 또는 감소에 의한 유입량의 변화에 따른 도시지역 내에서의 홍수흐름의 특성에 대한 모의 및 분석을 수행하였다.
핵심용어 : 2차원 유한체적모형, 태풍 매미, 홍수범람, 도시지역
...
*경남대학교 공과대학 토목공학과 조교수 (e-mail: [email protected], Tel: 055-249-2641) Assistant Professor, Dept. of Civil Engrg., Kyungnam University, Changwon 631-701, Korea
1. 서 론
최근 전 세계적으로 환경파괴와 지구온난화에 따른 기 상이변으로 태풍, 집중호우 등 예측이 곤란한 자연재해가 자주 발생하며, 그 피해 규모도 증가하고 있다. 우리나라
기상청의 자료를 분석한 결과 2000년대 내린 게릴라성 집 중호우가 1970년대보다 약 2.5배 늘어났으며, 1시간에 50 mm 이상 비가 내린 횟수도 1970년대 연평균 5.1회에서 1990년대는 10.3회로 늘었고 2000년대에는 12.3회로 증가 했다. 또한 3시간 동안 100 mm 이상 폭우가 내린 횟수도
JKWRA Vol. 45, No. 11, 1093～1105 http://dx.doi.org/10.3741/JKWRA.2012.45.11.1093
pISSN 1226-6280 • eISSN 2287-6138
韓國水資源學會論文集 1094
1970년대 3.7회에서 1990년대는 6.5회로 늘었다가 2000년 대에는 8.6회로 급증하여 이로 인한 도시지역 내에서의 피해가 증가되고 있는 실정이다(최우정, 2011). 2002년 발 생한 태풍 “루사”와 2003년 발생한 태풍 “매미” 등으로 인 해 우리나라 남부지방에 막대한 재산과 인명의 피해를 가 져와 사회적 혼란과 함께 자연재해에 대하여 국민의 관심 이 고조되고 있는 실정이다. 특히 인구와 자산이 밀집된 도시지역에서의 홍수피해로 인해 막대한 인명과 재산피 해가 발생하고 있는 실정이며, 이러한 도시지역에서의 홍 수피해 원인으로는 도시개발로 인한 불투수지역의 증가 뿐만 아니라 이상기후로 인한 국지성 집중호우의 증가 그 리고 취약한 홍수대비시설 등에 기인한다.
홍수파 전파 모의와 관련하여 국외에서 수행된 연구로 Fukuoka and Kawashim (1999)은 도시지역에서 건물 배 치에 따른 홍수 흐름의 변화특성과 모형 건물에 미치는 영향 을 검토하기 위한 수리모형실험을 수행하였으며, Shigeda et al. (2002)은 유한체적법을 이용한 2차원 수치모형의 검증 을 위하여 댐 붕괴 흐름에 대해 제내지에 구조물이 설치 된 조건에서 수리모형실험을 수행하였다. 또한 Shigeda and Akiyama (2003)은 재내지에 구조물이 있는 경우와 없 는 경우에 대한 수리모형실험을 수행하였으며, 홍수파 선 단의 이동속도와 수심 및 표면유속을 측정하였다. Soares- Frazao et al. (2004)은 수로 내에 건물을 대표하는 단일 직사각기둥을 설치하고 수조의 수문을 순간적으로 개방 하면서 댐 붕괴에 따른 흐름의 특성에 대해 수리모형실험 을 수행하였으며, Mignot et al. (2004)은 도시지역에 대한 2차원 수치모형의 적용성을 검토하기 위해 도시지역의 특 성을 단순화한 수리모형실험을 수행한 후 수치모의 결과 와 비교분석을 수행하였다. 수치모의에 관한 연구로는 Mignot et al. (2006)은 1988년 프랑스 Nime시에서 발생 한 대규모 홍수범람에 대한 수치모의를 수행하였으며, 도 로를 따라 이동되는 다양한 형태의 홍수 흐름을 분석하였 다. Neal et al. (2009)은 2005년 영국 Carlisle시에서 발생 된 홍수범람에 대해 고해상도 LiDAR자료를 이용하여 수 치적 분석을 수행하였으며, Begnudelli and Sanders (2006) 은 St. Francis 댐 붕괴로 인한 홍수흐름에 대한 수치모의 를 2차원 유한체적모형을 통해 수행하였다. Humberto et al. (2009)은 미국 남캘리포니아주의 Baldwin Hills 저수지 붕괴로 인한 도시침수에 대한 수치모의를 1.5 m LiDAR DTM 자료를 이용하여 수행하였으며, 격자시스템의 해상 도에 따른 모형의 정확도를 분석하였다.
국내에서는 도시지역 내에서의 홍수흐름에 대한 수리 모형실험은 거의 수행되지 않았으며, 대부분 수치적인 연
구가 수행되었다. 전민우 등(2005)은 2차원 수치모형을 2002년 9월 낙동강 유역 제방붕괴의 경우에 적용하여 제 내지에서의 유속분포와 범람수심을 계산한 후 그 결과를 실측자료와 비교하여 적용성을 검증하였다. 배용훈 등 (2005)은 FLUMEN 모형을 이용하여 경기도 구리시 유역 에 대해 빈도별 홍수시나리오에 따른 홍수범람모의를 수 행하였다. 김종호 등(2007)은 사면구조 격자기법을 이용 하여 함안군과 의령군에 위치한 남강유역에서 빈도별 홍 수범람에 대하여 모의하였다. 김병현(2009)은 고정확도 Godunov 기법을 이용한 2차원 수치모형을 태풍 “루사”때 발생되었던 장현 및 동막 저수지 붕괴 사례에 적용하여 시 간에 따른 홍수범람을 모의하였다. 정우창 등(2009, 2010) 은 도로 교차로에서의 홍수흐름에 대한 기존의 수리모형 실험 결과를 이용하여 2차원 수치모형의 검증 및 유입량 시나리오에 따른 도로 교차로에서의 홍수파 모의를 수행 하였다. 그러나 이들 연구의 대부분은 도시지역의 홍수범 람으로 인한 피해저감차원에서 홍수 범람도를 구축하기 위한 침수구역의 예측 및 분석을 하기 위한 것이며, 도시 지역 내 건물과 도로 사이에서의 홍수파 전파양상에 대한 분석적인 연구는 아직 미흡한 실정이다.
본 연구에 적용된 수치모형은 well-balanced HLLC 기 법이 적용된 2차원 유한체적모형(정우창과 김경환, 2011) 이며, 이를 태풍 “매미”기간 동안 발생된 집중호우로 인하 여 고현천 주변의 제내지가 범람하였을 때 도시지역에서 발생된 홍수파의 전파양상을 침수흔적 현장자료와의 비 교를 통해 검증을 하였다. 또한 향후 발생 가능한 보다 강 도 높은 태풍이나 집중강우에 의한 고현천으로의 유입량 의 변화에 따른 도시지역 내에서의 홍수흐름에 대한 모의 및 분석을 수행하였다.
2. 적용된 수치모형 2.1 지배방정식
본 연구에서 수치모형에 적용된 지배방정식은 2차원 천 수방정식(Shallow Water Equation, SWE)으로 벡터형태 로 표현하면 Eq. (1)과 같다.
(1)
,
,
그리고
Fig. 1. Unstructured Grid System with Triangles and Quadrilaterals
여기서,는 수심,와는 각각와 방향으로의 유속,
는 중력가속도이며, S0x와 S0y는 각각 x와 y방향으로 의 하상지형경사 그리고 Sfx와 Sfy는 각각 x와 y방향으 로의 마찰항이며, 다음과 같은 식으로 표현된다.
,
,
여기서, 은 Manning 조도계수이다.
2.2 수치기법
본 연구에서 적용된 수치기법은 계산영역을 구성하는 검사체적 또는 셀의 경계를 통한 흐름률(flux)을 계산하 는 유한체적법이며, Fig. 1에서처럼 삼각형 또는 사각형 형태를 가진 임의의 요소 에 대해 Eq. (1)을 적분하면 다음과 같은 식을 얻는다.
⋅
(2)
여기서, 이며, 는 요소의 경계 그리고
은 outward 단위수직벡터이다.
Eq. (2)를 셀 에 대해 이산화 시키면 다음과 같이 쓸 수 있다.
· (3)
여기서,는 셀 의 면적, m은 셀 를 구성하는 변의
수(삼각 요소에 대해서는 3, 그리고 사각형 요소에 대해서 4), 는 변j의 길이,는 를 구성하는 변j로 부터의 outward 단위수직벡터이다. 본 연구에서 적용된 모형은 격자시스템 구성 시 변의 수를 입력값으로 하여 삼각형과 사각형이 혼합된 경우에도 적용될 수 있다.
Eq. (3)의 를 구성하는 벡터 와 사이에 rota- tional invariance 특성(Toro, 2001)을 적용할 때, 흐름률 계산은 셀 규모에서 1차원 문제로 축소된다.
·
(4)
여기서, 는 변환행렬이며, 다음과 같이 표현된다.
cos sin
sin cos
Eq. (4)를 Eq. (3)에 대입하고 정리하면 셀 에 대해 다 음과 같은 식이 얻어진다.
(5)
여기서,
는 셀 경계에서의 흐름 률이며, Riemann 문제의 근사해법을 통해 계산된다.
과 은 각각 셀 L과 R에 대한 상태변수(state variable) 이다(Fig. 1).
Eq. (5)의 흐름률항을 계산하기 위해서 본 연구에서는 Billett and Toro (1997)에 의해 제안된 HLLC 기법이 적용 되었다. 본 기법은 1차 정확도를 가지며, 천이류와 같은 불연 속 흐름에 대해 Roe 기법과 Osher 기법에 비해 보다 정확하 게 수치모의를 수행하는 것으로 알려져 있다(Zoppou and Roberts, 2003). 그러나 HLLC 기법을 하상이 급변하는 하 천흐름의 해석에 적용하였을 때 생성항과 흐름률항의 수치
Fig. 2. Satellite Image of Gohyun River, Its Basin Map, and Area of Interest Fig. 3. Inflow Hydrograph 적 불균형으로 인해 수치진동이 발생하여 흐름해석에 대한
정확한 결과를 얻기 어렵다(Perthame and Simeoni, 2001).
이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에 적용된 모형에서 는 흐름률을 계산할 때 Leveque and George (2004)에 의 해 제안된 것으로 하상지형경사를 직접 고려하는 well- balance 기법을 적용하였다. 이에 대한 보다 자세한 내용은 정우창과 김경환(2011)의 논문에 기술되어 있다. 또한, 수 치적 안정성을 확보하기 위해 CFL (Courant- Friedrichs- Levy) 조건(Loukili and Soulaïmani, 2007)을 적용시켰으 며, 젖은/마른 하상 조건을 처리하기 위해 Toro (2001)에 제안된 해석적 기법을 적용하였다.
3. 거제시 고현천 유역에의 적용 3.1 유역의 개요
고현천 유역은 경상남도 거제시 신현읍에 위치하고 있 으며 유역면적이 15.38 km2이며, 유로연장이 7.10 km 그 리고 유역의 평균폭은 1.1～2.3 km이다. 고현천 유역은 남 서쪽에 비교적 높은 해발 566 m의 계룡산과 동북쪽에 해 발 350 m인 독봉산이 위치하고 있으며, 수원은 최상류인 문동폭포 기슭에서 발원하여 동서쪽으로 유하하다 문동 저수지를 관류하면서 동북방향으로 유하하여 신현읍의 시가지인 신현 1, 2교를 지나 고현만으로 흐르는 지방2급 하천이다. Fig. 2는 고현천 유역의 위성사진 및 유역도 그 리고 대상영역을 나타낸 것으로 가장 높은 표고는 EL.
119.02 m이며, 고현만과 접하고 있는 고현천 하류의 표고 는 EL. 0.74 m이다.
3.2 적용된 모형의 검증
2003년 9월 13일 태풍 “매미”에 의한 집중강우로 인해
고현천 유역의 제내지가 범람하여 하류에 위치한 도시지 역 내 주택 및 상가 300가구 이상이 침수되었다. 태풍 “매미”
발생 이후에도 호우로 인해 고현천의 수위가 높아질 경우 고 현천 하류지역의 하상의 표고보다 높은 조위로 인해 바다 로의 내수배제가 불량하며, 이로 인해 상습적으로 침수피 해가 발생하고 있는 실정이다.
Fig. 3은 태풍 “매미” 발생 동안 가장 많은 강우가 관측 된 시간을 포함한 2003년 9월 12일 오후 1시부터 13일 오 전 5시까지의 강우량의 분포와 Hec-HMS를 통해 산정된 홍수수문곡선을 나타낸 것이다. 최대강우량은 9월 12일 오후 8시에 관측된 55.4 mm이며, 산정된 최대유출량은 186 m3/sec이다. Fig. 4는 대상지역인 고현천 하류 도시지 역을 경계로 구축된 격자시스템으로 42,893개의 절점과 79,598개의 셀로 구성되어 있다. 또한 도시지역 내 지점별 로 계산된 시간에 따른 수심의 변화를 관찰하기 위해 G1
Fig. 4. Unstructured Grid System and Location of 5 Points
Surface description Manning's roughness coefficient Smooth surfaces (concrete, asphalt, gravel, or bare soil) 0.011
Fallow (no residue) 0.05
Cultivated soils
Residue cover ≤20% 0.06
Residue cover ≥20% 0.17
Grass
Short grass prairie 0.15
Dense grasses 0.24
Bermuda grass 0.41
Range (natural) 0.13
woods
Light underbrush 0.40
Dense underbrush 0.80
Table 1. Manning's Roughness Coefficients for Overland Flow (Engman, 1986)
부터 G5까지 5개 지점을 선정하였다.
본 연구에서는 대상지역의 Manning 조도계수를 토지 이용도에 따라 구분하여 적용한 Case 1과 하천 이외에 나 머지 지역에 대해서는 평균 조도계수를 적용한 Case 2에 대해 모의 및 결과를 분석하였다. Case 1에서 하천은 자연 하도로 고려하여 0.025 (이재수, 2011)를 적용하였으며, 나 머지 지역은 Table 1에 제시된 것과 같이 Engman (1986) 이 제시한 지표면 흐름(overland flow)에 관련된 조도계 수를 적용하였다. 도시지역에 존재하는 건물군은 불투수 영역으로 고려하여 흐름은 단지 건물과 건물 사이의 도로 를 통해서만 발생한다고 고려하였으며, 이에 따라 도로는
아스팔트 또는 콘크리트 등에 해당되는 매끄러운 지표로 가정하여 0.011, 경작지는 지면을 덮고 있는 작물잔유물 (residue cover)이 20% 이상으로 0.17, 산림은 조밀한 산림 (dense underbrush)으로 0.8을 적용하였다(Fig. 5). Case 2 에서는 하천에 대해서는 Case 1과 동일하며, 나머지 지역 에 대해서는 평균 조도계수인 0.087을 적용하였다. Fig. 5 는 Case 1에 대한 것으로 대상영역을 토지 이용도에 따라 분포된 조도계수를 나타낸 것이다.
경계조건으로 상류경계에는 유입경계조건을 적용하였 고, 하류경계에는 태풍 “매미” 기간 동안 고현만에 대한 관측조위기록자료가 존재하지 않아 본 모의에서는 고현
Fig. 5. Distribution of Roughness Coefficients with Land Use
만에서 가장 가까운 가덕도 조위관측소에서 관측된 자료 를 적용하였다. 관측된 최대조위는 2003년 9월 12일 오후 7시에 발생되었으며, EL. 1.99 m였다. Fig. 6에서 볼 수 있 듯이 고현항 안벽(quay)의 표고는 평균 EL. 2.34 m으로 최 대조위보다 EL. 0.35 m 정도 높기 때문에 조류가 월류하여 도시지역 내로 유입되지는 않는다.
총 모의시간은 54,000초(2003년 9월 12일 오후 1시부터 13일 오전 5시까지를 초단위로 환산된 값)이며, CFL 조건 으로 0.75를 적용하였다.
3.3 모의결과
Fig. 7은 시간에 따라 변화되는 침수심의 공간적 분포 를 나타낸 것이며, 상류경계로부터 유입된 홍수는 하천을 따라 흐르다가 하류경계의 하상 표고보다 높은 조위가 발 생하였을 때부터 내수배제가 원활하지 않아 도시지역 내로 범람하여 이동하는 것을 볼 수 있다. 총 모의시간 54,000초 중에서 39,600초에서 전반적으로 가장 높은 수심을 유지 하다가 이후부터 유입량의 감소로 인해 점차적으로 수심 이 감소하는 것으로 나타났다.
Fig. 8(a)는 태풍 “매미” 기간 동안 고현천 하류 도시지 역이 범람되었을 때 실제 침수흔적을 수치지도상에 나타 낸 것으로 침수면적은 0.43 km2이며, 침수심의 범위는 0.25～1.00 m이다(거제시, 2010). Fig. 8(b)와 (c)는 Case 1
과 2에 대해 최대 침수심이 산정된 39,600 초에서의 침수 심 범위와 침수면적을 나타낸 것이며, Table 2는 침수흔 적과 두 가지 case에 대한 모의결과의 비교를 나타낸 것 이다. 토지이용도에 따른 조도계수 분포에 해당되는 Case 1의 경우 침수면적은 0.48 km2 그리고 침수심의 범위는 0.30～1.15 m로 침수흔적 자료와 비교한 결과 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났다. 하지만 토지이용도에 따른 구 분없이 조도계수가 0.025로 균일한 Case 2의 경우 침수심 의 범위는 1.1～2.8 m 그리고 침수면적은 0.55 km2로 Case 1보다 과대산정된 것을 알 수 있다.
4. 유입량 변화에 따른 홍수범람 모의 4.1 유입량 시나리오
고현천의 경우 도시지역의 상습적인 발생하는 홍수범 람은 바다와 접해있는 지점의 하천 폭이 좁고 하상의 표 고보다 높은 조위가 발생한 경우 상류에서 큰 홍수가 발 생될 경우 바다로 원활하게 통수가 되지 않는다는 것이 주요 원인 중의 하나이다. 따라서 이러한 범람특성을 반 영하여 본 모의에서는 고현천 하류경계에 부여된 태풍
“매미” 발생기간 동안의 조위기록을 최대라 가정하여 산 정된 유입량을 기준(H2)으로 Fig. 9와 같이 0.5배(H1), 1.5 배(H3) 그리고 2.0배(H4)와 같은 네 가지 시나리오를 적용
12,100 sec 14,800 sec
39,600 sec 54,000 sec
Fig. 7. Spatial Distribution of Inundated Water Depth with Time for Case 1 Fig. 6. Measured Tidal Levels Imposed to Outflow Boundary
(a) Surveyed inundated trace
(b) Case 1
(c) Case 2
Fig. 8. Comparison between surveyed and simulated inundated areas for Case 1 and 2
Surveyed inundated trace Case 1 Case 2
Inundated water depth(m) 0.25～1.00 0.30～1.15 1.10～2.80
Inundated area (km2) 0.43 0.48 0.55
Table 2. Comparison of Inundated Water Depths and Inundated Areas for Cases with Surveyed Inundated Trace
Fig. 9. Hydrographs with 4 Inflow Scenarios
하여 고현천 하류 도시지역에서의 홍수흐름에 대하여 모 의 및 분석을 수행하였다. 각각의 시나리오에 대해 최대 유입량은 H1의 경우 94 m3/sec, H3의 경우 274 m3/sec 그
리고 H4의 경우 382 m3/sec이다. 모의조건은 앞에서 제시 된 모형의 검증에 적용된 것과 동일하다.
4.2 산정된 최대 침수심과 침수면적의 비교 Fig. 10은 유입량의 변화에 따라 침수심의 분포가 전반 적으로 가장 높게 산정된 시간에서의 침수심의 공간적 분 포를 나타낸 것이며, 유입량이 증가할수록 침수면적과 침 수심이 증가하는 것을 알 수 있다. 특히, H3과 H4의 경우 고현만과 연결되어 있는 고현천의 하폭이 좁아 바다로 통 수가 제대로 되지 않으며, 이로 인해 도시지역 내 상대적 으로 높은 침수심이 유지되는 것을 알 수 있다.
Fig. 11은 유입량 증가에 따른 최대 침수심과 침수면적 의 비교를 나타낸 것으로 전반적으로 유입량이 증가할수 록 최대 침수심과 침수면적은 거의 선형으로 증가되는 것 을 알 수 있다. 최대 침수심의 경우 H1에서는 0.69 m이나 H4에서는 5.58 m로 약 8배 차이가 나는 것으로 산정되었 다. 또한 침수면적의 경우 H1에서는 0.35 km2이나 H4에 서는 0.72 km2로 약 2.1배의 차이가 발생되었다. 최대 침 수심에 대한 차이가 침수면적에 대한 차이보다 큰 이유는 고현천으로부터 범람된 홍수가 도시지역을 관통하면서 전 파되다가 고도가 높은 지역으로는 더 이상 전파되지 못하 고 이로 인해 침수면적의 증가는 느리나 고현천으로부터 지속적으로 유입되는 홍수에 의해 최대 침수심은 상대적 으로 빠르게 증가하는 것에 기인하는 것으로 판단된다.
H1 H2 (reference)
H3 H4
Fig. 10. Distribution of Inundated Water Depth with Inflow Variation
(a) Maximum inundated water depth (b) Inundated area
Fig. 11. Comparison of Maximum Inundated Water Depths and Inundated Area with Inflow Variation
4.3 도시지역 내 지점별 침수심 비교
Fig. 12는 도시지역 내 G1, G2, G3, G4, G5 (Fig. 5)와 같이 5개 지점에 대해 유입량 증가에 따른 침수심의 변화 양상을 나타낸 것이다. 유입량이 증가함에 따라 침수가 시작되는 시간이 감소하는 것을 알 수 있다. 고현천과 가
장 근접하고 있는 G1 지점에 대해 H1의 경우 침수시작 시간은 약 16,200초이며, H2의 경우에는 약 14,800초, H3 의 경우에는 약 14,100초 그리고 H4의 경우에는 약 12,470 초로 산정되었다. 따라서 태풍 “매미”기간에 해당되는 H2 에 비해 H4와 H3의 경우에는 각각 약 2,330초와 700초 일 찍 침수가 시작되며, H1의 경우에는 약 1,400초 늦게 침수
(a) 수심산정지점 (b) G1
(c) G2 (d) G3
(e) G4 (f) G5
Fig. 12. Temporal Variation of Inundated Water Depth at 5 Points with Inflow Variation
되는 결과를 나타내었다. 고현천과 가장 멀리 위치하고 있 는 G5 지점에 대해 H1의 경우 침수시작 시간은 약 22,000 초이며, H2의 경우에는 약 19,200초, H3의 경우에는 약 18,300초 그리고 H4의 경우에는 약 17,900초로 산정되었 으며, H2에 비해 H3과 H4의 경우에는 각각 약 900초와 1,300초 일찍 침수가 시작되며, H1의 경우에는 약 2,800초 늦게 침수가 시작되는 것으로 나타났다.
침수시작 시간과는 달리 지점별 유입량 증가에 따른 최 대 침수심이 발생된 시간은 증가하는 것으로 산정되었다.
G1 지점에 대해 H1의 경우 최대 침수심이 발생된 시간은 약 23,000초이며, H2의 경우에는 약 28,460초, H3의 경우 에는 약 33,200초 그리고 H4의 경우 36,500초로 산정되었
으며, H2에 비해 H3과 H4는 각각 약 4,740초와 8,040초 늦 게 발생되었으며, H1의 경우 약 5,460초 일찍 발생되는 것 으로 산정되었다. G5 지점에 대해 H1의 경우 최대 침수심 이 발생되는 시간은 23,850초이며, H2의 경우에는 24,958 초, H3의 경우에는 33,000초 그리고 H4의 경우에는 49,400 초로 산정되었으며, H2에 비해 H3과 H4는 각각 약 8,042 초와 24,442초 늦게 발생되었으며, H1의 경우 약 1,108초 일찍 발생되는 것으로 산정되었다. 이와 같이 유입량이 증가함에 따라 최대 침수심의 발생시간이 증가된 원인은 고현천으로 유입된 홍수량이 좁은 하천 폭으로 인해 고현 만으로 제대로 통수되지 못하고 도시지역 내로 계속 유입 되며, 이로 인해 도시지역 내 수심이 지속적으로 증가하
(a) 수심산정지점 (b) G1
(c) G2 (d) G3
(e) G4 (f) G5
Fig. 13. Inundation Starting Time with Inflow Variation 기 때문인 것으로 판단된다. Figs. 13 and 14는 각각 유입
량 증가에 따른 지점별 침수시작 시간과 최대 침수심 발 생 시간을 나타낸 것이다.
5. 결 론
본 연구에서는 well-balanced HLLC 기법이 적용된 2 차원 유한체적모형을 이용하여 2003년 9월 태풍 “매미”에 의해 큰 피해를 입은 경상남도 거제시 고현천 하류에 위 치한 도시지역의 홍수범람 모의를 통해 적용된 모형의 검 증을 수행하였으며, 향후 발생 가능한 고현천으로의 유입 량 증감소 시나리오에 대한 모의 및 비교 분석을 수행하 였다. 이에 대한 결론을 요약하면 다음과 같다.
1) 대상영역의 토지이용도에 따라 조도계수 분포 시켰을
경우 침수면적은 0.48 km2 그리고 침수심의 범위는 0.30～1.15 m로 침수흔적 자료(침수면적: 0.43 km2, 침수심: 0.25～1.0 m)와 비교한 결과 비교적 잘 일치 하는 것으로 나타났다. 그러나 조도계수를 0.025로 균일하게 적용한 경우 침수심의 범위는 1.1～2.8 m 그리고 침수면적은 0.55 km2로 다소 과대산정되었 다. 따라서 홍수범람 모의를 수행할 경우 토지이용 도에 따라 조도계수를 적절하게 분포시켜 적용하는 것이 바람직한 것으로 판단된다.
2) 유입량 변화에 대한 모의결과와 유입량이 증가할수 록 침수면적과 침수심이 증가하였으며, 이는 고현만 과 연결되어 있는 고현천의 경우 하폭이 좁아 바다 로 통수가 제대로 되지 않으며, 이로 인해 도시지역 내 높은 침수심이 유지된 것으로 나타났다.
(a) 수심산정지점 (b) G1
(c) G2 (d) G3
(e) G4 (f) G5
Fig. 14. Occurrence Times of Maximum Inundated Water Depth with Inflow Variation
3) 도시지역 내 5개 지점에서 침수심의 시간적 변화양 상을 비교한 결과 유입량이 증가함에 따라 침수가 시작되는 시간이 감소하나 최대 침수심이 발생된 시 간은 증가하는 것으로 나타났다. 이는 고현만에서의 조위와 좁은 하천 폭으로 인해 고현만으로 제대로 통수되지 못하고 도시지역 내로 계속 유입되며, 이 로 인해 도시지역 내 수심이 지속적으로 증가하기 때문인 것으로 판단된다.
감사의 글
본 연구는 2010학년도 경남대학교 신진교수연구비 지원 에 의해 수행되었음.
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논문번호: 12-072 접수: 2012.06.27 수정일자: 2012.07.20/07.27 심사완료: 2012.07.27
