Original Article

Ecology and Resilient Infrastructure. December 2019. 328-338
https://doi.org/10.17820/eri.2019.6.4.328


ABSTRACT


MAIN

  • 1. 서 론

  • 2. 연구방법

  •   2.1 대상구간

  •   2.2 수치모형

  •   2.3 입력자료 구성

  • 3. 수치모의

  •   3.1 하상변동 수치모의 결과 (감천 합류부)

  •   3.2 하상변동 수치모의 결과 (미호천 합류부)

  • 4. 결 론

1. 서 론

국내에서는 기후변화로 인한 홍수와 가뭄에 대비하여 안정적 수자원확보 및 수질·생태계 개선이라는 목적으로 2008년 - 2012년 4대강 살리기 사업이 추진되었다. 이 사업에서 하천 준설 (4.5억 m3) 및 다기능보 건설 (16개)이 이루어 졌다. 대규모 준설과 보건설로 인하여 하천의 평형상태가 깨지게 되었고 다시 평시 평형상태로 회복하는 과정에서 침식과 퇴적현상이 반복적으로 발생하고 있다. 특히 지류 합류부에서 재퇴적 현상이 나타나고 있어 합류부 하상안정화 방안 및 관리에 대한 대책마련이 필요한 실정이다.

현재 국내 하천분야의 기준 및 매뉴얼에는 준설에 대한 내용이 포함되어 있지만 구체적인 시행방안에 대한 지침은 없는 실정이다. 하천설계기준 (MLTMA 2009)에서는 준설이 필요한 상황에 대한 설명이 대부분이며 하천유지보수 매뉴얼 (MLTMA 2012)에서 역시 준설이 필요한 상황 및 준설장비에 대한 내용만 제시되어 있다. 특히 장기간 퇴적이 발생하여 통수단면 확보가 필요한 구간에서는 준설계획을 수립하도록 되어있지만 이에 대한 구체적인 방안은 제시되어 있지 않다. 또한 하천공사 표준시방서 (KWRA 2007)에서는 하상정비에 대한 내용을 상세히 다루고 있지만 일부를 제외하면 항만 및 어항공사 표준시방서를 따르도록 제시되어 있다. 그러나 항만 및 어항공사 표준시방서는 해안지역에서 적용이 가능하도록 마련된 기준으로 하천에 적용하기에는 한계가 있는 것이 사실이다 (Jeong et al. 2018).

이와 같이 대규모 하천정비 이후 지류 합류부에서 지속적인 퇴적현상이 나타나고 있음에도 불구하고 퇴적토에 대한 유지관리방안 등 효율적 하천관리를 위한 구체적인 규정이 미비한 상황이다. 일반적으로 하천에서 하상 변동량을 산정하거나 예측하는 경우 현장 모니터링 자료를 활용하는 방법과 유사이송 및 하상변동 수치모형을 이용하여 접근하는 방법이 있다. 수치모형을 활용하여 지류 합류부에서 하상변동을 해석하기 위해서는 주로 2차원, 3차원 수치모형이 적용될 수 있지만 계산시간 및 영역을 고려하였을 때 2차원 수심적분 수치모형이 가장 효율적이다. 국내에서는 Jang et al. (2006)이 금강과 미호천 합류부를 대상으로 RMA2와 SED2D를 활용하여 수치모의 연구를 수행하였다. 2차원 수치모형을 이용하여 합류부 구간에서 빈도별 흐름에 대한 특성과 단기 하상변동을 검토하였다. 합류부 구간에서 전단층 특성, 정체수역에서의 회전류를 분석하였고 이러한 흐름특성과 부유사 농도분포 및 하상변동 특성에 대한 분석을 수행하였다. Kim and Jang (2016)은 하도안정화를 위해 설치된 낙차공이 사주거동에 미치는 영향을 2차원 수치모형을 이용하여 분석하였다. Jang and Ji (2017)은 낙동강과 금호강 합류부 구간에서 홍수 발생 전후 유량변화에 의한 흐름특성 및 하상변화를 2차원 수치모형인 CCHE2D (Center for Computational Hydroscience and Engineering 2-Dimensional)를 적용하여 분석하였다. 수치모의 결과 분석을 통해 합류부 구간에서 큰 지형변화는 발생하지 않았지만 일부구간에서 국부적으로 침식과 퇴적이 반복적으로 발생하는 것으로 나타났으며 효율적 하도관리를 위하여 지속적인 모니터링 및 관리방안 마련에 대한 필요성 제기하였다. 특히 합류부 구간에서 하상변화 형태는 단순히 합류각, 유입 유량비 등에 의해 결정하기 어려운 부분이므로 분석이 필요한 대상하천에 수치모형을 활용한 정량적 검토가 반드시 필요하다고 하였다. Jang (2017)은 내성천 만곡부에서 유량변화에 따른 흐름 및 하도변화를 2차원 수치모형 Nays2DH를 활용하여 수치모의하였다. 사행하천에서 유속 및 무차원 소류력과 하상변화 특성에 대하여 검토하였고 2차류 흐름의 영향이 중요함을 강조하였다. Choi et al. (2015)은 CCHE2D를 이용하여 합류부 구간에서 지류의 합류각, 본류와 지류의 다양한 유량비를 고려하여 본류와 지류의 단차로 인한 지류하천에서의 두부침식현상을 수치모의하여 분석하였다. 수치모의 결과 두부침식의 영향은 유량비와 밀접한 연관성이 있음을 확인하였다. Park et al. (2018) CCHE2D 모형을 이용하여 남한강과 섬강 합류부 구간에서 흐름 및 하상변동 특성을 해석하였다. 유량비가 2.5보다 크면 남한강 합류부 구간의 퇴적이 증가하여 고정사주가 형성될 가능성이 높은 것으로 확인되었으며 고정사주가 형성된 이후 큰 홍수가 발생하기 않아 사주가 고착화되는 것으로 나타났다. Schindfessel et al. (2015)는 Large-eddy simulation모형을 활용하여 지류가 직각으로 본류에 합류하는 경우 유량비 변화에 따른 흐름변화를 검토하였다. 지류에서 유입되는 유량이 충분히 큰 경우에는 본류 우안측 하안에 영향을 미치며 전단층 구간에서 수평 와 (eddy)와 함께 상승류 (upwelling)가 생성되어 매우 복잡한 흐름을 유발시키며 이는 하류부 회복구간의 흐름에도 영향을 미치는 것으로 나타났다. Ahadiyan et al. (2018)은 CCHE2D 모형을 활용하여 합류각, 유량비, 하폭 비에 따른 흐름 및 세굴 특성에 대한 수치모의를 수행하였다. 하폭 비의 증가는 합류부에서 세굴 깊이를 감소시키는 것으로 나타났고 최대 세굴심은 합류각이 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였다. 수치모형을 활용한 지류 합류부 구간에서 침식 및 퇴적과정으로 인한 지형변화의 검토는 주로 단기 홍수사상 수문조건 및 단일 유량조건이 적용되어왔다. 그러나 지류 합류부 구간에서 장래 하상변동 특성을 분석하고 시공간적 변화에 대한 검토를 목적으로 수치모의를 수행하는 경우에는 1년 이상의 기간을 고려한 중장기 수치모의가 필요하다.

본 연구에서는 하상변동 개연성이 크게 발생할 것으로 판단되는 낙동강과 감천 합류부 구간과 금강과 미호천 합류부 구간을 대상으로 CCHE2D 모형을 이용하여 장래하상변동 수치모의를 수행하였다. 대상지역에서 장래하상변동 수치모의를 위한 지형자료는 2016년 모니터링 성과를 활용하여 구축하였다. 수치모의를 통한 장래하상변동 검토는 2017년 8월 30일부터 2020년 8월 29일까지 3년으로 하였고 이 기간에 적용된 수문조건은 4대강 살리기 사업 이후 관측된 2012년 8월 30일부터 2015년 8월 29일의 수위 및 유량자료를 적용하였다. 2차원 수치모의를 통해 대상지역의 하상변동 특성을 분석하였고 장래 합류부 관리방안에 대하여 검토하였다.

2. 연구방법

2.1 대상구간

본 연구에서 장래 준설가능성을 검토한 대상하천은 낙동강과 감천 합류부와 금강과 미호천 합류부이다. 그 중 감천은 유역면적 1004.18 km2로 유로연장이 69.0 km이며 설계홍수량은 3,180 m3/s이다. 하류부에서 하폭은 약 320 m이며 하상경사는 약 1/1,000으로 이루어졌다. 감천은 국가하천으로 김천시와 구미시를 관류하는 하천이며 퇴적작용이 진행되어 형성된 하천으로 하상은 대부분 모래로 구성되어 있다. 유입 유사량이 풍부하여 현재 합류부 부근에 퇴적이 발생하였고 이로 인해 사주가 넓게 형성되어 있다 (Figs. 1 and 2). 합류부는 낙동강 구미보에서 약 1.0 km 하류에 있으며 우안에서 합류각 약 60°로 유입된다. 미호천은 유역면적이 1,860.9 km2로 금강 본류로 유입되는 지류들 가운데 유역면적이 가장 크며 연강수량은 약 1,200 mm이다. 유로연장은 89.2 km이며 합류전 하폭은 668.6 m, 하상경사는 약 1/2,000으로 이루어졌다. 미호천은 충청남도 연기군은 관류하는 하천으로 본류 금강의 우안으로 합류되는 각도는 약 75° 이다 (Figs. 1 and 2).

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Fig. 1.

Study reaches of river confluences in (a) Nakdong River and Gamcheon, and (b) Geum River and Mihocheon.

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Fig. 2.

Cross-section of (a) Nakdong River and Gamcheon, and (b) Geum River and Mihocheon.

2.2 수치모형

하천의 흐름과 하상변동 해석을 위해 사용되는 수치모형은 그 목적에 따라 구분된다. 하천의 종방향으로 변화가 지배적이며 장기간 하상변동 수치모의가 필요한 경우에는 HEC-RAS (Hydrologic Engineering Centers River Analysis System), GSTARS 등 1차원 수치모형 적용된다. 하도의 평면적 변화, 사행하천과 지류 합류부 구간의 하상변동을 예측하기 위해서는 CCHE2D, SMS (Surface-Water Modeling System)와 FLUMEN (FLUvial Modelling ENgine) 등이 활용될 수 있다. 수공구조물 주변의 복잡한 흐름해석 및 국부세굴을 예측하기 위해서는 Flow-3D 등이 3차원 수치모형이 필요하다. 본 연구에서는 지류 합류부에서 공간적 하상변화를 모의하기 위해 2차원 수치모형인 CCHE2D 모형을 활용하였다.

CCHE2D 모형은 Mississippi 대학의 NCCHE (National Center for Computational Hydroscience and Engineering)에서 개발된 모형으로 하천의 흐름과 유사이송을 해석하여 하상변동을 수치 모의할 수 있다. 흐름에 대한 지배방정식으로 3차원 레이놀즈 방정식을 수심방향으로 적분한 천수방정식을 사용한다. 부유사 및 소류사 이송모의는 수심적분 2차원 이송-확산방정식을 사용하며 하상변화은 비평형 유사연속방정식을 적용한다. CCHE2D 모형은 비정상흐름의 이동경계조건을 다루기 위해 마름/젖음 (Wet/dry) 기법을 이용하고 있으며 유사이송 모의 시 유사이송형태에 따라 부유사, 소류사, 총유사 이송형태 중 선택하여 사용할 수 있다. 하상변동 모의를 하는 경우 Ackers and White (1973) 공식, Engelund and Hansen (1967) 공식, Wu et al. (2000) 공식, SEDTRA Module (Garbrecht et al., 1995) 중 사용자가 대상하천에 적절한 유사이송 공식을 선택할 수 있다.

2.3 입력자료 구성

2.3.1 지형자료 및 격자구축

본 연구에서는 대상구간의 지형자료를 구축하기 위하여 하도변화 모니터링 (2016)의 측량자료와 감천 하천기본계획 (2010) 및 금강수계 하천기본계획 (2011)의 자료를 활용하였다. 수집된 데이터를 활용하여 3차원 지형자료를 구축하였고, CCHE2D Mesh Generator를 이용하여 각 절점에서 선형 보간 되었다. 낙동강과 감천 합류부 구간은 합류지점에서 약 0.5 km 상류에 위치한 No. 469부터 구미대교까지 약 15.6 km이며 감천은 합류지점에서 약 2.0 km 구간을 고려하여 영역이 구축되었다 (Fig. 3). 낙동강과 감천 합류부 구간의 mesh격자는 평균 10.4 m로 구성되었으며 총 mesh 개수는 152,000개로 구축되었다 (Fig. 4a). 금강과 미호천 합류부 구간은 합류지점에서 약 2.0 km 상류에 위치한 No. 110+350부터 세종보 직상류까지 약 7.85 km이며 미호천은 합류지점에서 약 2.0 km 구간을 고려하여 영역이 구축되었다 (Fig. 3). 모형의 mesh격자는 평균 15.4 m로 구성되었으며 총 mesh 개수는 30,000개로 구축되었다 (Fig. 4b)

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Fig. 3.

Initial bed elevation of (a) Nakdong River and Gamcheon, and (b) Geum River and Mihocheon.

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Fig. 4.

Mesh generation of (a) Nakdong River and Gamcheon, and (b) Geum River and Mihocheon.

2.3.2 매개변수 선정

CCHE2D에서 흐름 및 하상변동 해석을 위하여 조도계수, 동점성계수, 하상재료 입경 등에 대한 입력이 필요하다. 하천의 난류특성을 반영하고 해의 수렴 측면에서 안정적인 것으로 알려진 Parabolic Eddy Viscosity Model을 적용하였고, wall slipness coefficient는 0.4를 적용하였다. 대상구간 낙동강과 감천, 금강과 미호천의 하상재료는 각각 낙동강 하천기본계획 (2009)과 금강수계 하천기본계획 (2011)의 자료를 바탕으로 0.7 mm와 0.78 mm를 사용하였다. 위에서 언급된 매개변수 중에서 조도계수는 하천을 해석하는 경우 매우 중요한 요소이다. 본 연구에서는 하천기본계획에서 1차원 HEC-RAS모형으로 획득된 조도계수인 낙동강과 감천구간 0.026과 금강과 미호천 구간에서 0.027을 적용하였다.

2.3.3 경계조건 선정

수치모의를 위하여 상하류단의 수위, 유량, 유사량 경계조건 입력이 필요하다. 낙동강과 감천 합류부 구간에서 상류단 경계조건 중 낙동강 본류의 유량은 구미보에서 관측된 유량자료를 활용하였으며 지류 감천의 유량은 선산관측소의 자료를 활용하였다. 유사량은 모의구간에서 가장 가까운 곳에 위치하고 있는 선산관측소 유량-유사량 관계식을 통하여 계산하였다. 낙동강 본류의 하류경계는 구미대교에서 관측된 수위자료를 활용하여 입력하였다. 금강과 미호천 합류부 구간에서 상류단 경계조건 중 금강 본류의 유량은 부강관측소에서 관측된 수위자료를 이용하여 산정된 유량 값을 활용하였으며 지류 미호천의 유량은 합강관측소의 자료를 활용하였다. 유사량은 모의구간에서 가장 가까운 곳에 위치하고 있는 대덕관측소 유량-유사량 관계식을 통하여 계산하였다. 금강 본류의 하류경계는 금남관측소로 설정하여 이 지점에서 관측된 수위자료를 활용하여 입력하였다.

상하류 경계조건은 4대강 살리기 사업 이후 2012년 8월 30일 - 2015년 8월 29일에 관측된 자료를 이용하여 장래에 동일한 수문사상이 발생하는 것으로 가정하였으며 2017년 8월 30일 - 2020년 8월 29일까지 3년간 장래하상변동 수치모의를 수행하였다 (Fig. 5).

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Fig. 5.

Discharge and water level hydrograph for (a) Nakdong River and Gamcheon, and (b) Geum River and Mihocheon.

3. 수치모의

3.1 하상변동 수치모의 결과 (감천 합류부)

낙동강과 감천 합류부에 대한 2017년부터 2020년까지 연도별 하상변동 수치모의 결과를 Fig. 6에 도시하였다. 2017년 9월에 낙동강 구미보에서 최대 13,000 m3/s와 지류 감천에서 3,000 m3/s을 초과하는 유량이 유입되어 유량비는 약 0.23으로 나타났고 이후 큰 홍수는 발생하지 않았다. 2017년부터 2020년 기간에 감천 합류부에서는 국부 퇴적이 증가하기 시작하였으며 구미보 직하류에서는 세굴이 발생하는 것으로 예측되었다. 2018년 구미보 하류에서 최대 0.6 m의 세굴이 발생하는 것으로 나타났으며 본류 좌안측에서 이러한 현상이 발생하는 것으로 나타났다. 합류부에서 퇴적고는 최대 1.4 m로 나타났으며 본류에 집중되었다. 2019년 - 2020년에도 구미보 하류에서 하상저하가 꾸준히 진행되는 것으로 예측되었으며 연도별로 최대 세굴심은 1.5 m, 1.55 m, 최대 퇴적고는 2.2 m, 2.6 m로 나타났다. 합류부에서의 퇴적은 본류 상류에서 세굴된 유사가 유입될 가능성이 있지만 유사공급이 풍부한 지류 감천에서 지속적인 유사공급으로 인하여 본류 우안측에 퇴적된 것으로 판단된다. 특히 본류 상류부는 구미보 건설로 인하여 유사가 차단되어 세굴되어 이송된 양이 크지 않을 것으로 판단된다. 구미보 하류에서의 하상저하는 시간에 따라 증가하다가 안정화되는 것으로 나타났으며 합류부에서 퇴적은 감천에서 유입되는 유사량에 의해 2017년 이후 꾸준히 증가할 것으로 예측된다. 낙동강과 감천 합류부 하류구간은 사행의 영향으로 공간적으로 하상상승 또는 저하에 의한 하상변동이 나타나는 것으로 예측되었다.

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Fig. 6.

Numerical results of bed changes from 2018 to 2020. Dashed lines indicate the low water channel.

낙동강과 감천 합류부 구간의 각 횡단면에 평균 하상고 변화를 Fig. 7에 제시하였다. 횡단면 위치는 Fig. 2에서 확인할 수 있다. 대부분 단면에서 평균 하상고 변화는 0.4 m이하로 하상변동이 미미하게 발생하는 것으로 예측되었다. 그러나 구미보 하류 No. 469에서 -0.4 m의 평균 하상고 변화가 나타났고 감천 합류부 No. 467에서 퇴적으로 인하여 단면 평균 하상고 0.94 m 상승하는 것으로 나타났다. 이는 앞서 수치모의로 예측된 구미보 하류에서 발생한 세굴과 합류부에서 합류부에서의 지속적인 퇴적으로 발생된 고정사주 때문이다. 합류부 하류에서는 미미한 평균 하상고 상승 및 저하가 예측되었다.

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Fig. 7.

Average bed elevation changes at the cross-section.

낙동강과 감천 합류부 구간에서 하도 변화량을 검토하였다 (Table 1). Fig. 8을 보면 낙동강 구미보 하류에서 하상저하로 인하여 -120,103 m3의 세퇴차량이 발생하는 것으로 예측되었다. 감천 합류부 구간 No. 466 - 468에서 퇴적으로 인해 722,910 m3의 세퇴차량이 발생하는 것으로 나타났다. 이는 본류 상류에서 구미보로 인해 유사가 차단점을 고려한다면 602,807 m3의 유사가 대부분 지류 감천으로부터 유입된 것임을 확인할 수 있다. 감천 합류부 하류부에서는 –41,500 - 162,000 m3의 세퇴차량이 예측되어 주로 퇴적이 지배적인 것으로 나타났다.

Table 1. Bed change amount in each section of the confluence of the Nakdong River and Gamcheon

No Section Bed change amount (m3)
Deposition Erosion Difference
1 No. 454~455 76,907.7 -49.7 76,858.0
2 No. 455~456 68,217.0 -62.8 68,154.0
3 No. 456~457 162,047.0 0.0 162,047.0
4 No. 457~458 123,434.6 -14,135.0 109,299.6
5 No. 458~459 30,589.3 -60,538.5 -29,949.2
6 No. 459~460 33,472.6 -10,484.3 22,988.3
7 No. 460~461 132,144.0 -7,794.7 124,349.0
8 No. 461~462 96,590.6 -3,304.3 93,286.2
9 No. 462~463 95,139.7 -22,483.0 72,656.7
10 No. 463~464 32,363.3 -73,949.7 -41,586.3
11 No. 464~465 29,823.8 -47,378.9 -17,555.1
12 No. 465~466 214,117.6 -4,887.1 209,230.5
13 No. 466~467 374,982.7 -78.5 374,904.2
14 No. 467~468 400,939.6 -52,933.2 348,006.4
15 No. 468~469 6,167.6 -126,271.1 -120,103.4

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Fig. 8.

Difference between erosion and deposition in each section.

낙동강과 감천 합류부에 대한 3년 수치모의 결과 합류부에서 퇴적이 집중적으로 발생하며 시간의 경과에 따라 퇴적량이 증가하는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 2017년 8월 30일 기준으로 3년 후 2020년 8월 29일 1.0 m 이상 퇴적된 구간으로 설정하여 검토를 수행하였고 향후 감천 합류부 구간에서 퇴적특성을 분석하였다. Fig. 9의 결과와 같이 퇴적이 1.0 m 이상 예측되는 구간이 합류부 지점인 것을 더욱 명확히 확인할 수 있다. 감천 합류부 구간에서 1.0 m 이상 퇴적이 발생하여 유지관리 검토가 필요한 구간은 No. 465 - 468, No. 459 - 463, No. 455 - 457로 나타났으며 퇴적량은 950,190 m3으로 예측되었다. 이 구간은 향후 지속적인 모니터링을 통하여 준설계획 등 효율적인 합류부 하도 안정화에 대한 대책이 필요해 보인다.

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Fig. 9.

Deposition areas higher than 1.0 m.

3.2 하상변동 수치모의 결과 (미호천 합류부)

금강과 미호천 합류부 구간에 대한 2017년부터 2020년까지 연도별 하상변동 수치모의 결과는 Fig. 10에 도시하였다. 2017년부터 2020년 사이에 전반적인 하상변화는 안정된 것으로 나타났지만 국부적으로 하상상승이 발생할 것으로 예측되었다. 2017년에는 최대 1,100 m3/s 유량이 유입되었고, 미호천 합류부에 국부적으로 퇴적이 발생하였으며 금강 본류 유입부 및 합류부 하류영역에 퇴적이 발생하기 시작하였다. 2018년 미호천 합류부의 최대 퇴적고는 1.7 m로 나타났으며 세굴은 발생하지 않았다. 2019년 - 2020년에는 큰 홍수가 발생하지 않았고 연도별로 최대 세굴심이 0.7 m, 2.5 m, 최대 퇴적고는 2.2 m, 2.3 m로 나타났다. 최대 세굴심은 연도별로 증가하는 것으로 나타났으며 미호천 합류부에서 국부적인 퇴적으로 인해 하폭이 축소되어 국부세굴이 발생하였다. 최대 퇴적고 역시 연도별로 증가하는 것으로 예측되었으며 미호천 합류부 영역에 국부적인 퇴적이 발생하였고 금강 본류 유입부에서도 퇴적이 점점 증가하는 것으로 나타났다. 금강과 미호천 합류부 구간에서 하상상승 또는 저하에 의한 하상변동은 미미한 것으로 나타났지만 미호천 합류부에서 국부적인 퇴적이 발생하여 사주가 형성될 것으로 예측되었다.

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Fig. 10.

Numerical results of bed changes from 2018 to 2020. Dashed lines indicate the low water channel.

금강과 미호천 합류부 구간에서 각 횡단면에 평균 하상고 변화를 Fig. 11에 제시하였다. 전반적인 평균 하상고 변화는 0.4 m이하로 하상변동이 미미하게 발생하는 것으로 예측되었다. 그러나 금강 본류 유입경계 및 미호천 합류부에서 국부적인 퇴적으로 인하여 단면 평균 하상고가 증가하는 것으로 나타났다. 이는 4대강 살리기 사업의 준설 및 다기능보 건설로 인해 유속이 감소하여 유사의 거동이 활발하게 이루이지지 않고 있음을 의미한다. 금강 미호천 합류부 구간에서 향후 국부적인 하상변화 이외에는 전반적으로 안정화된 하상을 유지할 것으로 예측된다.

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Fig. 11.

Average bed elevation changes at the cross-section.

금강과 미호천 합류부 구간에서 하도 변화량을 검토하였다. Fig. 12를 보면 금강 본류 유입경계부터 미호천 합류부에 주로 퇴적이 지배적으로 발생할 것으로 예측되었으며 각 구간마다 50,000 m3 이상 세퇴차량이 발생하는 것으로 나타났다. 미호천 합류부 구간인 No. 107+700 - 108+200에서 국부적인 퇴적으로 인해 최대 92,300 m3 세퇴차량이 예측되었다. 미호천 합류부 하류 구간에서는 평균 하상고에서 검토된 결과와 같이 하상 변동량이 미미하지만 퇴적이 우세하게 예측되었다.

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Fig. 12.

Difference between erosion and deposition in each section.

대청댐 하류구간인 금강과 미호천 합류부 구간에서 2020년의 하상변동 특성을 검토하였다. 하도유지관리를 위한 검토는 앞서 낙동강과 감천 합류부와 동일하게 2017년 8월 30일을 기준으로 3년 후 2020년 8월 29일에 1.0 m 이상 퇴적된 구간으로 설정하여 검토를 수행하였다. 미호천 합류부 구간에서 1.0 m 이상 퇴적이 발생하여 유지관리가 구간은 No. 108+750~110+350, No. 107+250 - 108+200, No. 105+250 - 106+230으로 나타났으며 대부분 미호천 합류부 구간과 합류부 상류구간에 해당된다. 퇴적량은 293,430 m3으로 예측되었다. 금강과 미호천 합류부 구간에서는 퇴적이 1.0 m 이상 발생하는 구간이 예측되었지만 퇴적량과 퇴적면적이 크지 않은 것으로 나타났다. 이렇게 예측된 구간은 단기적으로 정밀한 관리는 필요가 없을 것으로 판단되지만 합류부 수시 모니터링을 통해 국부적인 현상에 대한 검토가 실시되어야 할 것이다.

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Fig. 13.

Deposition areas higher than 1.0 m.

Table 2. Bed change amount in each section of the confluence of the Geum River and Mihocheon

No Section Bed change amount (m3)
Deposition Erosion Difference
1 No. 102+030~102+610 31,231.0 -1,267.7 29,963.2
2 No. 102+610~103+160 28,509.9 -2,648.8 25,861.0
3 No. 103+160~103+720 19,890.7 -2,234.8 17,656.0
4 No. 103+720~104+230 13,739.4 -5,405.6 8,333.7
5 No. 104+230~104+740 4,919.8 -9,666.0 -4,746.2
6 No. 104+740~105+250 11,786.9 -4,236.0 7,550.9
7 No. 105+250~105+750 34,537.6 -5,075.5 29,462.1
8 No. 105+750~106+230 49,495.0 -13,315.7 36,180.1
9 No. 106+230~106+750 7,502.4 -29,791.2 -22,288.0
10 No. 106+750~107+250 1,629.3 -3,301.1 -1,671.8
11 No. 107+250~107+700 23,950.6 -792.6 23,158.0
12 No. 107+700~108+200 100,654.6 -8,351.0 92,303.6
13 No. 108+200~108+750 73,605.9 -24,124.1 49,481.8
14 No. 108+750~109+400 53,110.8 -378.8 52,732.0
15 No. 109+400~109+900 81,085.9 -1,155.3 79,930.6
16 No. 109+900~110+350 71,134.5 -8,092.2 63,042.3

4. 결 론

본 연구에서는 지속적인 하도변화가 발생될 것으로 판단되는 지류 합류부인 낙동강과 감천 합류부 및 금강과 미호천 합류부를 대상으로 2차원 수치모형을 활용하여 하상변동을 수치모의하였고 장래하도변화 특성을 검토하였다.

감천 합류부와 미호천 합류부에 대한 하상변동 수치모의 결과 합류부 지점에서 국부적으로 유사 퇴적이 예측되었고 이로 인해 형성된 사주는 이동하지 않고 더욱 안정화되는 것으로 나타났다. 낙동강과 감천 합류부 구간에서는 보 하류구간에서 세굴이 발생하였고 합류부 내측에 퇴적이 집중적으로 발생하여 사주가 형성되는 것으로 예측되었다. 금강과 미호천 합류부 구간에서는 전반적으로 퇴적이 지배적인 것으로 예측되었으며 특히 합류부 지점에서 국부적으로 퇴적이 나타났다. 4대강 살리기 사업으로 본류구간에서는 하상변화가 활발하게 발생하고 있지 않지만 본 논문의 대상구간과 같이 합류부 구간에서는 지류에서 유입되는 유사에 의해 하도변화가 발생하는 것으로 나타났다. 특히 유사량 공급이 활발한 지류를 포함한 합류부에서는 고정사주가 형성될 가능성이 높은 것으로 확인되었다.

각 측선 구간에서 세굴량과 퇴적량을 분석하였으며 장래에 퇴적이 1.0 m 이상 예측되는 지역을 유지관리가 필요한 구간으로 설정하여 평가하였다. 그 결과 대부분 합류부 지점에서 퇴적발생으로 인한 사주가 형성될 것으로 예측되었다. 이러한 구간은 합류부 유지관리에 대한 면밀한 검토가 필요하며 지속적인 모니터링이 수행되어야 할 것으로 판단된다. 2차원 수치모의를 통해 분석되는 결과를 바탕으로 향후 효율적인 합류부 하도관리와 재해대책 수립의 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.

향후에는 다양한 합류부 특성 및 영향인자들을 고려한 정량적인 해석이 필요하며 합류부 구간의 지류하천에서 발생할 수 있는 두부침식에 의한 하도변화 특성도 추가적으로 검토해야 할 것이다.

Acknowledgements

본 연구는 국토교통부/국토교통과학기술진흥원의 지원으로 수행되었음(과제번호 19AWMP-C140010-02).

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