Development and Application of Coupled System for River Flow Analysis with Multi-dimensional Models in Nakdong River

(1)

한국습지학회지 제 16권 제4호 (2014) 389

낙동강수계 하천 흐름연계분석 시스템 개발 및 적용

안정민 · 임태효 · 이인정 · 천세억 · 류시완^*+

국립환경과학원 낙동강물환경연구소

* 국립창원대학교 토목공학과

Development and Application of Coupled System for River Flow Analysis with Multi-dimensional Models in Nakdong River

Jung Min Ahn · Toe Hyo Im ․ In Jung Lee ․ Se Uk Cheon ․ Siwan Lyu*+

Nakdong River Environment Research Center, National Institute of Environmental Research

* Department of Civil Engineering, Changwon National University

요 약

본 연구에서는 기존에 구축․운영 중인 COSFIM과 FLDWAV간 연계를 통해 다기능보 상․하류 구간 등 하천내 주요 관심구 간에 대한 1차원 및 2차원 수리분석을 수행할 수 있는 시스템을 개발하고 낙동강 8개 다기능보를 대상으로 사업 전․후 수리특성 분석을 수행하였다. 각 수치모형은 활용목적에 따라 장․단점을 가지고 있기 때문에 상황에 적합한 모형을 선택 적으로 활용할 수 있을 것이며, 기존의 1차원 수리․수문 모형으로 분석할 수 있었던 선 개념⋅지점 개념의 정보 뿐 아니 라 추가적으로 공간⋅격자 개념의 정보를 제공받을 수 있는 다차원 모의를 수행함으로써 하천에서의 물리적 현상을 적절 히 고려한 공간적 수리특성을 반영한 하천관리가 가능할 것이다.

핵심용어 : 다차원모형, EFDC, 흐름연계분석시스템

Abstract

In this study, simulation technique with multi-dimensional model(EFDC), coupled with COSFIM and FLDWAV, has been applied to the upstream and downstream of weirs for hydraulic characteristics analysis through development of system and was performed for 8 multi-function weirs on Nakdong river using developed system. COSFIM, FLDWAV and EFDC can utilize suitable model in situation because they have pros and cons according to practical use purpose. Developed technique can offers spatial and grid unit information as well as line and section unit information from 1-D modeling. It is considered that the coupling simulation technique can provide useful hydraulic information for river management and treatment.

Keywords : Multi-dimensional Model, EFDC, Flow coupling analysis system

1.서 론

최근 4대강살리기 사업으로 수변지역 및 위락시설 개발 등 친수공간의 활용 증대로 강 주변 지역의 치 수 안정성 확보 및 수질 문제가 대두되고 있다. 또한, 급격한 하천단면의 변화로 기존 수위-유량관계식 기 반의 홍수분석 신뢰도가 저하됨에 따라 주요 하천구 간에 대한 상세 수리분석을 통한 다양한 문제 해결이 요구된다. 수질 및 유사분석을 수행하기 위해서는 수 리분석이 정확하게 수행되어야 하기 때문에 하천의

+ Corresponding author : [email protected]

수리특성분석에 관한 많은 국내외 연구가 수행되고 있다. 하천의 수리적 특성 분석방법에는 수문학적 방 법과 수리학적 방법이 있으며, 통상 둘을 병행하여 수리특성을 분석하고 있다. 그러나 수문학적 홍수추 적방법은 물리적인 방법이라기보다는 개념적인 방법 이기 때문에 과거에 누적된 홍수자료로부터 필요한 정보를 통계적 방법으로 구하게 되므로 기왕 강우 사 상에 대한 충분한 자료가 제공되지 않는다면 분석결 과의 신뢰도가 저하되는 문제점이 있다. Kim(2010)는 기존의 수문학적 모형은 하천구조물에 의한 배수영향 등을 고려하지 못하기 때문에 수리해석 모형의 병행

(2)

구축이 불가피하다고 하였으며 이를 보완하기 위해 1 차원 수리해석 모형인 FLDWAV(Fread and Lewis, 1998)를 채택하여 홍수예보시스템에 적용하여 원할한 홍수예보가 될 수 있도록 추진의 필요성을 언급하였 다. 기존에 활용되어 오던 소유역 단위 강우-유출모형 인 COSFIM(Coordinated Operation System for Flood control In Multi-reservoirs)은 사용편이성 때문에 실무 에서 많이 사용하지만 수위관측소 등 특정지점의 수 문현황만을 확인할 수 있기 때문에 수리학적 모형을 병행구축 해야 하며, 이에 Korea Water Resources Corporation(2006; 2008; 2009)에서는 1차원 수리 동역 학 모형인 FLDWAV를 이용하여 1차원 하도추적을 통해 단면별 평균 수위, 평균 유량 데이터를 제공한 바 있다. 하지만 4대강살리기 사업을 통해 하도준설 및 수리시설물 설치로 인한 급격한 환경변화가 발생 하였고, 하천의 사행, 하천 횡단 구조물 설치에 따른 국부적인 편수위 및 유속을 확인하기 위해서는 공간 단위 수리특성분석이 필요하다.

하천의 수리특성 분석에 관한 연구로 국외의 경우, 수치모델링을 활용한 수리특성 예측 및 복구 대책에 관한 연구가 주를 이루며 대표적으로 Mignot et al(2006)은 천수방정식을 이용하여 2차원 수치모형을 개발하고 도시지역에 대한 수리특성 분석을 수행하 여 2차원 모형의 홍수분석 유용성을 평가하였고, Dottori and Todini(2011)은 홍수범람을 해석하기 위한 모형들의 분석기법에 대한 고찰과 함께 확산파 방정 식 및 격자해상도에 따른 수치모형 결과를 비교 분 석하였으며 Jochen and Brett(2012)는 수치모델링의 매개변수 및 다양한 적용 기법별 수리특성 예측의 효율성에 대한 평가를 수행한 바 있다. 국내의 경우, Hur and Park(2009)은 낙동강에 대하여 EFDC 모형을 활용한 수리해석 적용성을 평가하였고, Kang et al.(2011)은 SWAT(Soil Water Assessment Tool)모형과 EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code) 모형을 이 용하여 낙동강 본류 흐름을 예측하였다. Ahn and Lyu(2012)은 EFDC와 CCHE2D(National Cneter for Computational Hydroscience and Engineering) 모형을 이용하여 다차원 연계모의 GUI 시스템을 개발하였 고, Ahn et al.(2013)은 COSFIM, FLDWAV, EFDC모 형을 이용하여 하천흐름 연계기법을 제안한 바 있다.

2009년 개정된 하천설계기준에 의하면 하도계획시 편수위에 의한 영향을 검토하기 위해 2차원 이상의 정교한 수치모델링 검토가 필요하다고 명시되어 있지 만, 하천 전체구간을 다차원모형으로 구축․운영할 경 우 분석시간의 증가 등으로 홍수시 빠른 의사결정이

요구되는 현업에서 활용이 불가능함으로 본 연구에서 는 기존에 구축․운영 중인 COSFIM과 FLDWAV간 연 계를 통해 다기능보 상․하류 구간 등 하천내 주요 관 심구간에 대한 정밀 수리분석을 수행할 수 있는 시스 템을 개발하고 낙동강 8개 다기능보를 대상으로 사업 전․후 수리특성 분석을 수행하였다. Ahn et al.(2013) 이 제안한 연계기법을 적용하고 3차원 상세 다기능보 제원을 반영하였으며 모형들을 통합․시스템화하여 하 천내 주요 관심구간을 중심으로 다차원 수리분석을 수행하고, 하천의 공간적 수리특성 변화를 평가하였 다. 효율적인 다기능보 운영을 위한 공간적 수리, 수 질, 유사 등의 분석이 종합적으로 될 수 있도록 하기 위해 우선적으로 수리특성 분석에 중점적으로 연구를 진행하였다.

2. 연구범위

하천의 물리적 환경변화 및 새로운 하천시설 도 입으로 하천 수리분석 영역이 변화하였기 때문에, 공간적인 분석이 가능하도록 시스템의 기능개선 및 고도화가 필요하다. 1차원에서 다차원으로 분석 영역을 확장하여 목적별, 용도별로 자연현상에 대 해 선택적 분석이 가능하도록 하며, 기존댐과 4대 강살리기 사업으로 건설된 하천구조물의 연계운영 을 위한 기반을 마련해야 한다. 국내외의 많은 연 구자들은 수치모형간 연계기법을 활용하여 단일 모형 활용에 따른 단점을 보완하고 다차원 공간단 위 수리분석을 위해 요구되는 입력 자료의 양을 줄이고 연산시간을 단축하기 위해 노력하고 있다. Syme et al.(2004)은 1차원 및 2차원 수리모형을 이용하여 도시지역 홍수사상을 해석하였으며, Xing and Dehui(2006)은 1차원 및 2차원 수치모형을 통 합하여 홍수사상에 대한 수리특성을 분석한 바 있 다. Ahn et al.(2013)에 의해 제안된 유역유출모형 (COSFIM), 1차원 수리모형(FLDWAV) 그리고 다 차원모형의 연계기법을 적용하고, 이를 Ahn and Lyu(2012)에 의해 개발된 시스템에 탑재하여 낙동 강 수계 주요 관심구간을 중심으로 다차원 수리분 석을 수행할 수 있도록 시스템을 개발하였다. 낙동 강 수계 8개 다기능보를 대상으로 다양한 유량이 반영될 수 있도록 하기 위해 정상류가 아닌 태풍 매미사상에 대해 부정류 흐름 분석을 수행하였다 (그림 1). 각 수치모형은 활용목적에 따라 장․단점

(3)

한국습지학회지 제 16권 제4호 (2014) 391 을 가지고 있기 때문에 상황에 적합한 모형을 선

택적으로 활용할 수 있을 것이며, 기존의 1차원 수 리, 수문 모형으로 제공받던 선 개념⋅지점 개념 정보 뿐 아니라 추가적으로 공간⋅격자 개념 정보 를 제공받을 수 있는 다차원 모의를 수행함으로써 하천에서의 물리적 현상을 적절히 고려한 공간적 수리특성을 반영한 하천관리가 가능할 것이다. 또 한, 이를 바탕으로 향후 수질, 유사이송, 세굴 및 퇴적 등에 대한 분석을 위한 기본 자료로 활용할 수 있을 것이다.

Fig. 1. Index map of the Nakdong basin and river

3. 모형 구축 및 연계

하천의 물리적 환경변화 및 새로운 하천시설의 제 원을 반영하여 구축된 FLDWAV 모형의 건설 전․후 지형 현황은 그림 2와 같다. COSFIM과 FLDWAV 모 형간 연계는 표 1 같이 COSFIM 모의 결과가 FLDWAV 모형에 적용된다. COSFIM과 FLDWAV 모 형은 Korea Water Resources Corporation(2008)에서 낙 동강수계 댐군 홍수조절 연계운영을 위해 개발한 의 사결정지원 시스템에 준설 단면 및 하천시설물을 적 용하고 홍수량별, 지점별 조도계수 세부 보정으로 정 확도를 향상하였다(Korea Water Resources Corporation, 2010). 본 연구에서는 기 개발된 시스템을 활용․연계하 여 공간단위 수리특성분석 자료를 확보할 수 있는 다

차원분석 시스템을 개발하였다. 추가적인 다차원 수치 모형을 수행하기 위해서는 실제 지형에 대한 정확한 3차원 지형정보가 필수적이며, 특히 하천과 같이 주수 로와 홍수터에 의한 급격한 지형변화와 하천 내 수리 구조물에 의한 유수의 간섭은 하천의 수리적 특성에 많은 영향을 미치기 때문에 이러한 특징들을 종합적 으로 고려하여 지형정보를 구축해야만 한다(Ahn and Park, 2012). 또한, 다차원 모형은 1차원 모형에 비해 지형구축을 위해 많은 시간과 자료가 필요하며, 특히 다차원 수리 분석을 위해서는 조밀한 격자가 필요하 지만, 이 경우 모형 분석에 많은 시간이 걸리게 된다.

이러한 점을 보완하기 위해 Ahn et al.(2012)은 수리동 역학적 모의를 위한 적정 격자해상도 산정방법에 대 해 제안한 바 있다. 따라서, 본 연구에서는 4대강살리 기 사업과 관련하여 낙동강 수계에 건설된 8개 다기 능보에 대해 상⋅하류 10 km 구간을 대상으로 다차원 모형을 구축하였다. 3차원정밀지형도를 구성하기 위한 하천 종방향 측량자료는 20 m 간격의 자료를 활용하 였고, Ahn et al.(2012)이 제안한 최적 격자해상도 산 정기법에 기반하여 격자를 구성하였다. 일반적으로 격 자해상도가 증가하면 계산시간이 증가하기 때문에 다 기능보의 보제원을 상세 입력 가능한 범위에서 격자 크기를 결정하였고 그림 3에 도시된 바와 같이 가동 보의 수문크기가 40 m인 것을 고려하여 수문 하나에 격자 2개가 포함되도록 격자를 구성하였다. 격자구성 은 경계별 분할 기법과 직교계산을 할 경우 종횡비를 수정하는 보간법이 포함되어 있고, 경계선에서 이동경 계조건 기법이 적용되어 있어 만곡 또는 급확, 급축이 반복되는 형태의 하천이라도 직교성이 높은 격자망 작성이 가능한 Qmesh(Hur et al., 2010)를 이용하였다.

모형구축을 위한 지형자료는 2009년 측량된 실측자료 와 4대강살리기 사업의 계획단면을 이용하였다.

8개 다기능보의 구축현황은 그림 4와 같으며 Ahn et al.(2013)이 제안한 연계기법을 이용하여 표 2와 같 이 COSFIM, FLDWAV 그리고 EFDC 모형을 연계하 였다. COSFIM 모형은 FLDWAV 모형의 상․하류 유량 및 수위 경계조건을 산정하고 관측 자료가 없는 대상 구간 내 지류 유입량을 예측한다. FLDWAV는 COSFIM에서 입력된 자료를 바탕으로 낙동강 본류의 1차원 하도추적을 수행하고 EFDC 모형의 상․하류 경 계조건을 산정한다. COSFIM 모형은 강우를 입력받아 유출량을 산정하는 수문학적 모형이기 때문에 강우량 예측을 통한 유출량 산정이 가능하고 FLDWAV와 EFDC 모형 연계를 통해 하도내 수리특성예측이 가능 하게 된다.

(4)

FLDWAV

Section Point +/- Channel/

Basin

COSFIM

No In/Out +/- Channel/

Basin

COSFIM

No In/Out

11 Banbyeon + Channel 8 In - Channel 7 Out

14 Andonggyo + Basin 7 Out

18 Songya + Basin 8 Out

20 Mi + Channel 11 Out

21 Pungsangyo + Channel 13 In - Channel 12 Out

37 Gudam + Basin 12 Out

40 Gwangsan + Basin 13 Out

45 Ji weir + Basin 14 Out

50 Naesung + Channel 25 In - Channel 16 Out

54 Yonggang + Channel 27 Out + Basin 25 Out

56 Sabul + Basin 26 Out

64 Byeongseong + Channel 29 Out

72 Wicheon + Channel In In - Channel 30 Out

75 Nakdong + Basin 35 Out

84 Ilseongyo + Basin 36 Out

88 Gamcheon + Channel 40 In - Channel 36 Out

98 Gumi + Basin 40 Out

Table 1. Coupled condition of COSFIM and FLDWAV constructed in the study area

Fig. 2. Construction of FLDWAV for Nakdong basin with the coupling system

(5)

한국습지학회지 제 16권 제4호 (2014) 393

108 Waegwan + Basin 41 Out

120 Sungju + Basin 42 Out

121 Baigcheon + Basin 43 Out

127 Geumho + Channel 63 In - Channel 44 Out

140 Goryeonggyo + Basin 58 Out

145 Hyeonpung + Basin 59 Out

161 Hoecheon + Channel 72 In - Channel 66 Out

164 Hwang_before + Basin 65 Out

165 Hwang river + Channel 78 Out + Basin 70 Out

186 Nam river + Channel 86 Out

191 Jindong + Basin 77 Out

204 Imhaejin + Basin 78 Out

208 Susan + Basin 79 Out

222 Milyanggang + Channel 97 Out + Basin 85 Out

223 Samrangjin + Basin 80 Out + Basin 86 Out

242 Weolchon + Basin 87 Out

243 Yangsancheon + Channel 101 In - Channel 99 Out

252 Gupo + Basin 89 Out

263 Estuary + Basin 90 Out

낙동강(구미보 주변) 정밀

DS-INTL DS-INTL

25.89 49.2

Bottom Elev (m)

[Time 0.000]

Fig. 3. Grid generation on weir using high resolution terrain

(6)

(a) Sangju

(b) Nakdan

(c) Gumi

(d) Chilgok

(e) Gangjeong-

Goryeong (f) Dalseong

(g) Habcheon- Changnyong

(h) Changnyong-

Haman

Fig. 4. Construction of EFDC for Nakdong basin with the coupling system

(7)

한국습지학회지 제 16권 제4호 (2014) 395

Weir Contents Specification Coupling conditions

Sangju

Grid information

Grid length 24.7 m ⨉ 18.4 m (I⨉J)

Grid number 8,100 (I direction : 272, J direction : 32)

Boundary condition

Upstream Discharge of FLDWAV 62 section

Internal Inflow of Byeongseong stream

Downstream Stage of FLDWAV 67 section

Nakdan

Grid information

Boundary condition

Internal Inflow of Wicheon stream

Gumi

Grid information

Boundary condition

Internal Inflow of Ilseongyo point

Chilgok

Grid information

Boundary condition

Internal -

Gangjeong- Goryeong

Grid information

Boundary condition

Internal Inflow of Geumho river

Dalseong

Grid information

Boundary condition

Upstream Discharge of FLDWAV 136 section Internal Inflow of Goryeonggyo and Hyeonpung point

Habcheon- Changnyong

Grid information

Boundary condition

Upstream Discharge of FLDWAV 159 section Internal Inflow of Hoe stream and Hwang river

Changnyong- Haman

Grid information

Grid length 34.1.7 m ⨉ 31.7 m (I⨉J) Grid number 11,070 (I direction : 372, J direction : 32)

Boundary condition

Internal -

Table 2. Specific data of EFDC constructed in the study area

(8)

4. 모형 적용 및 고찰

지형조건은 다기능보 건설 전과 후로 구분하여 모 형을 구축하였으며 각 구간별 구축된 모형의 4대강 사업 전⋅후 면적고도곡선을 비교한 결과는 그림 5에 도시된 바와 같다. 침식이나 지각의 상승 등과 같은 유역의 발달을 분석하기 위하여 면적고도곡선을 작성 하며, 이는 하나의 하천유역 내에서 어떤 고도이상인 면적의 크기가 고도별로 다르다는 점에 착안한다. 면 적고도곡선은 유역의 지질 발달상을 판단하거나 홍수 효과 또는 지형의 침식과 퇴적 등을 분석하는데 유용 하다. 점선과 실선은 각각 건설 전과 후의 면적고도 곡선을 나타낸다. 전반적으로 준설에 따른 하도구간 내 체적이 증가하여 통수능이 증가한 것을 알 수 있 다. 하지만 하도내 수리구조물인 다기능보 건설에 따 라 흐름의 체류 현상과 흐름 변화가 발생하기 때문에 동일한 모의조건에서 준설과 다기능보 설치에 따른 수치 모의를 수행하였다. 초기 수위는 거리에 따라 선형적으로 분포한다고 가정하였고 최소 수심은 0.01 m, 조고(roughness height, ks) 값은 0.01을 적용하였다.

흐름에 대한 하도의 저항정도를 표시하는 조도계수는 하천의 유량 및 수위를 결정짓는 가장 중요한 수치중 의 하나이며 조도계수의 값에 의해 수위의 상승 및 하강이 결정된다. EFDC 모형은 흐름마찰과 관련한 계수로 조도계수(Manning's n)가 아닌 조고값을 채택 하고 있다. Woo(2002)은 자연하천에서 조고값은 하상 재료의 대표 입경과 연결시킬 수 있기 때문에 합리적 이며 경계면 조도 높이의 1/6승에 비례하기 때문에 조도 높이 추정에서 큰 오차를 내도 그 결과에는 큰 영향을 미치지 않는 것으로 평가하였다. 따라서 하도 내 준설에 따른 마찰계수의 차이는 EFDC 모형이 조 고값을 채택하고 있기 때문에 고려하지 않고 동일한 값을 적용하였다. 난류해석 모형은 Smagorinsky(1963) 방법, 벽거칠기는 0.002, Wet/Dry 조건은 0.12/0.1 m, von Karman 상수는 0.41, 동점성계수는 1.0×10⁶ ㎡ /sec, 무차원 Momentum Diffusion은 0.01을 적용하였 다. EFDC 모형의 Time Step은 모형이 안정적으로 구 동될 수 있도록 1초로 설정하였다. 모형 연계는 COSFIM, FLDWAV 그리고 EFDC 모형이 GUI를 통 해 자동 연계되도록 설계되어 있으며 2003년 태풍

“매미” 사상에 대해 모형을 적용하였고 그림 6과 그 림 7 같은 결과가 도출되었다. 각 다기능보 구간별로 FLDWAV 모형결과와 EFDC 모형결과를 이용하여 식 (1)의 평균제곱근오차(Root mean square error, RMSE) 로 분석하였다. 평균제곱근오차는 표준편차의 일반화

된 식으로 실제값과 추정값의 차이가 얼마인가를 알 수 있는 수치로써 0에 근접할수록 정확성이 높은 것 을 의미한다. 표 3은 계산 결과를 RMSE로 분석한 결 과이다. 그림 6은 다기능보의 수문 직상류 격자에서 계산된 수위 결과이며 사업 전 단면에서의 FLDWAV 와 EFDC 모형의 수위 계산결과의 오차가 1.0 m이하 로 나타났기 때문에 본 연구에서 구축한 EFDC 모형 은 FLDWAV 모형의 경계조건을 잘 반영하고 있다고 판단할 수 있다.

합천창녕보의 경우 첨두 수위가 진동의 양상을 띠 고 있지만 수문곡선의 상승부, 첨두치 그리고 하강부 에서 진동의 양상없이 FLDWAV 모형의 결과를 잘 반영하고 있다. 또한, 시스템에서 연계 모의 된 하도 준설 후 계산된 EFDC 모의결과는 사업 전 단면과 비 교해 볼 때 첨두 수위가 저하되는 것을 확인 할 수 있었다. 하지만 구미보의 경우 저수위에서는 수위가 저하되지만 고수위에서는 사업 전과 후의 첨두 수위 차가 크지 않게 나타났다. 수문모형의 유출결과가 수 리모형 입력자료로 적용되므로 수리모형의 정확도는 수문모형의 정확도에 의존적이다. 따라서, EFDC 모형 에 입력되는 경계조건의 정확성에 따라 결과가 상이 하게 나타날 것이기 때문에 EFDC 모형의 정확성은 COSFIM과 FLDWAV 모형의 모의 결과의 정확성에 비례할 것으로 판단된다(Ahn et al., 2013). 그림 7은 첨두수위가 발생한 시점에서의 다기능보 주변에서 발 생하는 유속분포를 도시한 것이다. 다기능보 설치에 따른 통수단면적 감소에 의한 유속증가 현상 및 사수 역 발생 그리고 수면폭이 증가하는 구간에서의 유속 감소 현상 등 하천 흐름의 물리적 현상이 잘 나타나 고 있다. 기존 하천 단면에서의 유속 분포에 비해 준 설과 다기능보 설치 후 국부적으로 유속 편차가 심하 게 발생하였고, 특히 가동보가 위치한 지점에서 빠른 유속이 발생하였으며 수문을 개방할 때 발생하는 빠 른 유속에 의한 세굴이 심화될 것으로 판단되었다.

세굴로 보 안정성이 저하되지 않도록 유속을 충분히 줄일 수 있는 방안이 마련되어야 할 것이다. 이처럼 하도내 다기능보가 설치되었기 때문에 기존의 선 개 념의 하천관리 및 분석뿐만 아니라 공간적인 하천정 보 획득을 위한 수리특성분석 시스템 및 모니터링이 지속적으로 수행되어야 할 것이다. 환경부에서 2009 년 시행하고 있는 “수질 및 수생태계 보전에 관한 법 률“ 에 따르면 먹는 물 관리를 위해 상수원으로 사용 하는 호소에는 조류경보제, 수질예보제를 시행하도록 되어 있다. 사전 조류 예방, 조류 발생시 적절한 대응 그리고 보 구간 안전한 친수활동을 위해서는 다기능

(9)

한국습지학회지 제 16권 제4호 (2014) 397 보에 의해 저류되는 물의 과학적 관리가 필요하고 수

자원 확보를 위해서는 지속적인 유지준설이 필요할 것이다. 본 연구에서 사용한 계획 단면은 2010년 6월 수립된 실시설계보고서를 기반으로 하였기 때문에 보 다 정확한 검토를 위해서는 준설 후 하상안정화 현상 으로 지속적으로 변화하고 있는 하천에 대한 모니터 링 사업이 수행되어야 할 것으로 사료된다. 향후 효 율적인 다기능보 운영을 위해 COSFIM, FLDWAV 그 리고 EFDC 모형을 연계 모의 한다면 다목적댐 및 용 수댐 운영에 따른 하류 수위저하효과 분석, 기상청 수치예보 모델의 예보자료 자동 연동, 기후변화 반영, 댐-보간 연계운영을 통한 하류 주요지점의 홍수량 최 소화, 다기능보 주변 공간적 수리특성 자료 모니터링

등 다양한 분야에서 활용할 수 있을 것이며, 추후 유 사 및 수질 모듈을 추가 탑재하여 다기능보 수문 개 폐에 따른 유사의 배사 기능검토 및 다기능보 운영에 따른 수질 분석자료를 추가적으로 제공할 수 있도록 해야 할 것이다.





^^^^^  



__^

(1) 여기서, _는 관측수위, _는 계산수위, N은 데이 터 개수, _는 관측평균값이다.

Method Sangju Nakdan Gumi Chilgok Gangjeong-

Goryeong Dalseong Habcheon-

Changnyong

Changnyong- Haman

RMSE 0.803 0.28 0.162 0.639 0.117 0.260 0.209 0.155

Table 3. The review of reproducibility for model

(a) Sangju

(b) Nakdan

(c) Gumi

(d) Chilgok

(e) Gangjeong-Goryeong

(f) Dalseong

(10)

(g) Habcheon-Changnyong

(h) Changnyong-Haman Fig. 5. Area-elevation relationship

(a) Sangju

(b) Nakdan

(c) Gumi

(d) Chilgok

(e) Gangjeong-Goryeong

(f) Dalseong

(g) Habcheon-Changnyong

(h) Changnyong-Haman Fig. 6. Water Level of EFDC on 8 weirs in Nakdong river basin

(11)

한국습지학회지 제 16권 제4호 (2014) 399

(a) Sangju Original (b) Sangju Plan

(c) Nakdan Original (d) Nakdan Plan

(e) Gumi Original (f) Gumi Plan

(g) Chilgok Original (h) Chilgok Plan

(12)

(i) Gangjeong-Goryeong Original (j) Gangjeong-Goryeong Plan

(k) Dalseong Original (l) Dalseong Plan

(m) Habcheon-Changnyong Original (n) Habcheon-Changnyong Plan

(o) Changnyong-Haman Original (p) Changnyong-Haman Plan

Fig. 7. Results of EFDC on 8 weirs in Nakdong river basin

(13)

한국습지학회지 제 16권 제4호 (2014) 401

5. 결론

4대강살리기 사업과 관련하여 낙동강 수계에 건설 된 8개 다기능보에 대해 상⋅하류 10 km 구간내에서 기존 홍수분석모형과 연계하여 친수공간 안정성 검토 등 다양한 부분에 활용 가능한 다차원수리분석 시스 템을 개발하였다. 본 시스템은 향후 변화된 하천환경 에 대한 수리, 수질, 유사분석으로 과학적 물관리를 위한 의사결정에 도움이 될 것이다. 4대강살리기사업 으로 인해 변화된 하천환경을 반영한 다기능보 주변 수리분석모형 구축을 위해 다기능보 제원 수집, 홍수 분석 모형연계기법, 최적격자해상도 산정, 다기능보 제원을 반영한 격자 개선 등의 과정을 거쳤다. 효율 적인 다기능보 운영을 위한 공간적 수리특성분석에 활용하기 위한 시스템으로써 수질, 유사 분석 등의 모듈을 추가할 필요성이 있다.

1) Ahn et al.(2013)이 제안한 연계기법을 이용하여 낙동강 수계 8개 다기능보를 대상으로 다차원흐 름연계 시스템을 개발하였다. 본 모형은 기존의 선 개념 수리분석에서 공간 개념 수리분석으로 분석영역을 확장할 수 있을 것으로 판단되며, 같은 하천단면 조건에서의 모의결과, FLDWAV 와 EFDC 모형의 오차가 1.0 m 이하로 나타났 기 때문에 EFDC 모형은 FLDWAV 모형의 경계 조건을 잘 반영하고 있다고 판단할 수 있다.

2) 하도준설 전과 하도준설 및 다기능보 설치 후 면적고도곡선을 검토한 결과, 준설에 의해 하도 구간 내 체적이 증가하여 통수능이 증가한 것 을 알 수 있었고, 수치모형을 연계모의한 결과, 전․후 첨두 수위는 저하되는 것으로 나타났으나, 준설에 따라 전반적으로 유속이 증가하였으며, 특히 다기능보의 가동보 주변에서 유속이 크게 증가하였기 때문에 가동보가 위치한 지점에서 세굴이 심화될 것으로 판단된다.

3) 준설과 보 건설에 따른 다양한 하천환경의 변화 가 발생하였기 때문에 하천흐름 및 하상의 변화 가 발생할 것으로 판단되며, 토사의 퇴적 및 침 식은 하천시설물의 기능을 저하시키고 이․치수 에 치명적인 문제를 발생시킬 수 있기 때문에 효율적인 하천관리를 위해서는 지속적인 하천 모니터링을 통해 확보된 자료를 바탕으로 모형 을 개선하고 다기능보 유지관리와 보존 대책을 수립해야 할 것이다.

감사의 글

본 연구는 국토교통부 건설기술혁신사업의 연구비 지원(11기술혁신C06)에 의해 수행되었습니다.

References

Ahn, JM and Lyu, S (2012). Development of GUI system for coupling of multi-dimensional hydraulic models, J. of Korean Wetlands Society, 14(3), pp.

353-363. [Korean Literature]

Ahn, JM and Park, IH (2012). An Assessment on the hydraulic characteristics of a multi-dimensional model in response to measurement resolution and spatial interpolation methods, J. of The Korean Society for GeoSpatial Information System, 20(1), pp. 43-51. [Korean Literature]

Ahn, JM, Park, IH, Lyu, S and Hur, YT (2012).

Evaluation of optimal grid resolution for hydrodynamic proper simulation, J. of The Korean Society for GeoSpatial Information System, 20(1), pp. 109-116. [Korean Literature]

Ahn, JM, Hur, YT and Lyu, S (2013). Coupling simulation with multi-dimensional models for river flow, J. of Korean Society of Civil Engineers, 33(1), pp. 1-10. [Korean Literature]

Dottori F and Todini E (2011). Developments of a flood inundation model based on the cellular automata approach: testing different methods to improve model performance, Physics and Chemistry of the Earth, 36, pp. 266-280.

Fread, DL and Lewis, JM. (1998). NWS FLDWAV model, NWS report, Hydrologic Research Laboratory, NWS Office of Hydrology, NWA, Silver Spring, MD.

Hur, YT and Park, JH (2009). Assessment of EFDC model for hydrodynamic analysis in the Nakdong river, J. of Korea Water Resources Association, 42(4), pp. 309-317. [Korean Literature]

Hur, YT, Ryoo, KS and Cha, KU (2010). Introduce of the orthogonal curves grid generation technique considering moving boundary conditions, Proceedings of 2010 Korean Society of Civil Engineers. Korean Society of Civil Engineers, pp. 2654. [Korean Literature]

(14)

Jochen ES and Brett FS (2012). Building treatments for urban flood inundation models and implications for predictive skill and modeling efficiency, Advances in water resources, 41, pp. 49-64.

Kang, H, Jang, JH, Ahn, JH and Kim, I (2011).

Numerical estimations of Nakdong river flows through linking of watershed and river flow models, J. of Korea Water Resources Association, 44(7), pp.

577-590. [Korean Literature]

Kim, Y (2010). Plan of flood forecasting during four Major Rivers Restoration - management of channel and river facilities, four Major Rivers Restoration 2nd conference. Water and the Future, Korea Water Resources Association, 43(2), pp. 14-17. [Korean Literature]

Korea Water Resources Corporation (2006).

Development of Coupling Operation System and Decision Support for Flood Control in the Han River Basin.

Development of Coupling Operation System and Decision Support for Flood Control in the Nakdong River Basin.

Development of Coupling Operation System and Decision Support for Flood Control in the Geum and Seomjin River Basin.

Improvement of System for Water Management and Disaster Response in the Han and Geum and Nak River Basin.

Mignot E, Paquier A and Haider S (2006). Modeling floods in a dense urban area using 2D shallow water equations, J. of Hydrology, 327, pp. 186-199.

Smagorinsky, J (1963). General circulation experiments with the primitive equation, Ⅰ. The basic experiment. Monthly Weather Review, 91, pp.

99-164.

Syme, WJ, Pinnell, MG and Wicks, JM (2004).

Modeling Flood Inundation of Urban Areas in the UK Using 2D/1D Hydraulic Models, In 8th Natinal Conference on Hydraulics in Water Engineering, Australia.

Woo, H (2002). River hydraulics, Cheong Moon Gak.

Xing, F and Dehui, S (2006). An Integrated One-Dimensional and Two-Dimensional Urban Stormwater Flood Simulation Model, In J. of the American Water Resources Association, 42(3), pp.

713-724.

○ 논문접수일 : 2013년 11월 22일

○ 심사의뢰일 : 2013년 11월 28일

○ 심사완료일 : 2014년 01월 09일