지방하천 홍수피해 저감 방안

맹승진 ( Seungjin Maeng ),김다예 ( Daye Kim ),박지원 ( Jiwon Park ),서건 ( Geon Seo ),서성철 ( Sungchul Seo ) 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0

우리나라 초기의 하천정비 및 관리는 근대화라는 가치 아래 경제개발과 매년 반복적으로 겪는 홍수와 가뭄피해, 그리고 자연재해로 인한 식량 자급의 문제를 근본적으로 해결하기 위한 정부 정책으로 추진되기 시작하였으며 생 · 공 · 농업용수 전용 댐을 비롯하여 대규모 다목적 댐 개발에 의한 수자원의 개발에 집중하였다. 하천의 이수 및 치수 기능은 확보하였지만 상대적으로 취약했던 하천 생태계 보전, 보호와 친수 기능 등 하천환경 기능 강화와 삶의 질적인 향상을 추구하면서 물 문화에 대한 재인식 측면에서 하천환경 변화에 대한 관리의 필요성이 점점 확대되고 있다. 최근에는 국지성 집중호우로 대규모 홍수피해가 발생하고, 각종 개발사업의 증가로 인해 도시의 내배수시스템에 과부하가 발생하여 강우시 하수 역류, 유수지 침수, 그리고 펌프의 과다배수로 인해 하류부 수위가 증가하는 현상이 빈번하게 발생하고 있다. 지방하천의 과거 홍수피해 사례를 조사하고, 홍수피해의 주된 원인이 무엇인지 문헌 등을 통해 제시한 결과 구조적, 비구조적 대책을 제시하였다. 구조적 대책으로는 댐·홍수조절지 건설, 하천 및 제방정비, 천변저류지 설계에 대한 방안을 제시하였으며, 비구조적 개선 방안으로는 홍수터 관리, 풍수해(홍수) 보험, 유역관리, 실시간 홍수예경보시스템 구축을 제시하였다. 하천의 이용 및 운영 개선 방안으로 하천구역 내 토지관리를 조성목적 또는 계획상에 포함된 확정된 장래의 용도를 분명히 해야 할 필요가 있다고 제안하였다. 지방하천 정비로서는 치수 및 하천 환경 보전을 위한 자연형 하천공법을 채택하는 것을 제안하였다. 또한 지방하천(중소하천)을 도시하천, 농어촌지역, 유원지 지역 등으로 구분하여 각각의 이용목적과 특성에 맞게 정비 방향을 설정하였다. 하천관리 조직의 정비는 하천 관리 조정기구의 상설화와 수계별 하천관리 조직을 정비하여 지역 현장 전문가와 실무자로 구성된 통합물관리위원회를 신설하고 활성화하여 지방하천의 관리기능 업무를 수행토록 제안하였다.

우적센서 기반 논자동배수장치 개발

맹승진 ( Seungjin Maeng ),이효상 ( Hyosang Lee ),이호진 ( Hojin Lee ),김수일 ( Sooil Kim ) 한국농공학회 2014 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2014 No.-

우리나라 농촌지역의 재해는 가뭄과 홍수로 대별된다. 가뭄의 경우 넓은 지역에 장기간에 걸쳐 발생하기 때문에 작물과 같은 재산상 피해를 입고 있으며, 홍수는 농촌지역의 넓은 면적에 걸쳐 발생함에도 불구하고 인명 피해가 크지 않다는 이유로 도시 홍수에 비해 상대적으로 관심이 낮은 실정이다. 가뭄과 홍수 피해 중에서 어느 피해가 더 중요시 된다고는 할 수는 없으나 인명피해 만을 고려한다면 홍수 피해를 줄이는 것이 더 우선시 된다고 할 수 있다. 실제로 매년 홍수 발생 시 논물꼬 관리를 위해 농민이 직접 삽을 들고 현장으로 가는 도중 또는 현장에서 급류 등에 휩쓸려 사망하는 사례가 발생하고 있다. 이에 본 연구에서는 홍수 시 자동으로 농의 물꼬 관리를 해줄 수 있는 장치를 개발하였다. 개발된 장치는 우적센서 부분, 수문구동 부분, 수문 부분으로 구별할 수 있다. 우적센서 부분은 강우강도에 따라 수문을 개폐 할 것이지를 수문구동 부분에 알려 주는 기능을 하며, 수문구동 부분은 우적센서로부터 전달된 신호에 따라 수문을 개폐한다. 수문 부분은 수문의틀, 수문 등 배수를 위한 하드웨어이다. 그림 1은 개발된 자동배수장치 시제품이다.

홍수 재해 방지를 위한 자동배수장치 개발

맹승진 ( Seungjin Maeng ),이효상 ( Hyosang Lee ),이호진 ( Hojin Lee ),김수일 ( Sooil Kim ),황주하 ( Juha Hwang ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

지구온난화와 기후변화로 인한 극치의 가뭄과 홍수발생의 가능성이 커짐에 농촌의 환경은 악화 되고 있는 실정이다. 농촌의 삶에서 생활기반 시설 중 절대적으로 필요한 것이 물 관리이며, 효율적인 물 관리를 위해서는 홍수와 가뭄에 효과적으로 대처 할 수 있는 능력이 마련되어야 한다. 또한 가뭄과 홍수 피해 중 인명피해 만을 고려한다면 홍수피해를 줄이는 것이 우선시 되어야 한다. 매년 홍수 발생 시 배수문 관리를 위해 농민이 직접 수작업으로 조작하는 도중 또는 현장에서 급류 등에 휩쓸려 사망하는 사례가 발생하고 있다. 이에 본 연구에서는 홍수시 자동으로 배수문을 관리해줄 수 있는 장치를 개발하여 충북 옥천군 군서면 은행리 일대에 설치하였다. 기존 배수문의 구성은 크게 배수문, 권양기, 배수문의 몸체로 구성되어 있으며, 이물질의 걸림이 배수문 몸체에서 자주 발생한다. 본 연구에서 사용된 자동배수장치는 라크바 권양기를 설치하여 수동으로 개폐 시 단시간에 수문을 들 수 있으며, 일정수위 이상이면 자동으로 배수문을 개폐하여 배수하고, 오물걸림 방지를 반영하여 고무날개를 설치하였다. 이를 통하여 배수로의 수위를 농촌 주민들이 용이하게 조절하고 오염물질 걸림이 줄어들어 호우 시 배수문 주변 홍수피해를 감소시킬 수 있을 것이라 사료되며, 이에 따라 농촌지역의 배수문 관리가 용이해질 것으로 판단된다.

유도틀 설치를 위한 2차원 수치모형실험

맹승진 ( Seungjin Maeng ),이승욱 ( Seungwook Lee ),심지훈 ( Jihoon Shim ),김형산 ( Hyungsan Kim ) 한국농공학회 2012 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2012 No.-

기존의 생태하천 및 하천 복원 공사는 인위적인 수변 정비를 통하여 이루어졌기 때문에 생태계를 파괴할 가능성이 있다. 따라서 유도틀을 사용하여 자연적인 변화를 유도하는 자연하안 유도공법이 대안으로 활용 될 수 있다. 자연하안유도공법을 적용하여 지형변화를 유도할 때에는 유도틀 설치에 따른 수리특성 및 지형변화양상 등을 고려해야 한다. 본 연구에서는 2차원 수치모형을 사용하여 유속, 퇴적 및 침식을 모의함으로써 자연하안 유도공법에 의한 지형변화양상을 분석하였다. 수리특성 및 지형변화 양상을 모의하기 위해 국내외적으로 적용 사례가 많은 RMA2모형과 SED-2D모형을 사용하였다. RMA2모형은 지형자료, 유입유량, 하류부 수위 등을 입력자료로 사용하였으며, SED-2D모형은 RMA2모형의 분석결과, 부유사량 및 유사의 물리적 특성 등을 입력자료로 사용하였다. 지형자료는 실제 실험을 진행하는 지형을 3D스캔 장비를 이용한 공간좌표를 이용하였으며 0.2m의 삼각형 격자망을 구성하였다. 유입유량은 평수기와 홍수기를 가정하여 0.012㎥/s와 0.025㎥/s로 하였으며, 모의기간은 360일로 하였다. 모의기간 동안 유도틀 주변의 침식 및 퇴적량을 정성 및 정량적으로 분석하였다.

친환경 우수저류조 모니터링 시스템

맹승진 ( Seungjin Maeng ),황주하 ( Juha Hwang ),무하마드아잠 ( Azam Muhammad ),물타자예브아르다셔 ( Ardasher Murtazaev ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-

전 세계적으로 지구온난화로 인한 기상이변이 발생하여 물과 직·간접적으로 관련 있는 각종 자연재해 발생에 대한 문제가 제기되었고, 특히 도시 유역내 집중호우로 인명 및 재산피해가 빈번히 발생하고 있다. 또한 최근 홍수뿐만 아니라 전국적으로 극심한 가뭄도 도래하였으며, 이에 따른 홍수나 가뭄에 대한 저감 대책이 필요한 실정이다. 도시의 경우 홍수 대책으로 홍수 저감용 우수저류조가 대다수이며, 민원과 설치장소 확보 등으로 어려움을 겪고 있다. 또한 가뭄을 극복하기 위해 우수를 저류하여 다양한 용도로 활용하는 기술이 필요하고 사회적으로 많은 관심을 불러일으키고 있다. 이에 따라 홍수·가뭄 저감 기술을 적용하고 운영관리를 위한 모니터링을 할 수 있는 시스템이 필요하다. 충청권 건설교통기술 지역거점센터에서는 2013년부터 2016년까지 물 관리 연구 과제를 통해 농촌의 농가단위의 농업용수 및 잡용수 사용을 위해 우수 집수 및 여과장치, 우수저류조 시설, 용수 공급시설에 대한 모니터링 시스템을 개발하여 사용 중에 있다. 본 연구에서는 현재 충청권 건설교통기술 지역거점센터에서 사용 중인 모니터링 시스템을 이용하여 회전교차로 시공 전 주변 환경 모니터링을 실시하고, 회전교차로 시공 후 초기 우수대응시설 기능을 계절에 따라 강우사상별 모니터링을 계획하고 있다. 이에 따라 모니터링 결과에 따른 개선 사항을 도출하고자 한다.

TANK 모형의 매개변수 민감도 분석에 따른 최적화 프로그램 개발

맹승진 ( Seungjin Maeng ),김다예 ( Daye Kim ),윤현철 ( Hyeoncheol Yoon ),황주하 ( Juha Hwang ),김원범 ( Wonbeom Kim ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

본 연구에서는 우리나라의 농업용 저수지의 모의된 유입량을 TANK 모형에 의해 산정하고 관측된 유입량과 비교하였다. 관측유입량과 모의유입량간의 신뢰성을 높이기 위해 우선적으로 TANK 모형 매개변수의 민감도를 분석하였다. 민감도 분석을 위해 토지이용도, 유역면적, 유효저수량 등을 이용하여 대표 저수지를 선정하였다. 대표 저수지의 특정년을 대상으로 고수시와 저수시로 구분하여 매개변수 민감도 분석 결과 유입량이 고수시에는 A2, HA2, A1, A0 순으로, 저수시에는 HA2, A2, B1, B0 순으로 민감하게 반응하였다. 즉 고수시에는 1단 TANK 중심의 계수로 민감하였으며 저수시에는 1단 TANK 중심의 계수로 민감하게 나타났다. 고수시와 저수시를 모두 고려하면 매개변수가 A2, HA2, B1, B0순으로 민감하게 나타났다. 또한, 매개변수 민감도 분석 결과를 기반으로 190개의 저수지에 대한 매개변수 최적화를 실시하였다. 190개 저수지의 매개변수 초기값은 수자원장기종합계획(2011)에서 결정된 중권역별로 제시된 값으로 적용하였다. 즉 해당저수지가 1001중권역에 포함되어 있으며 수자원장기종합계획 1001 중권역에 해당하는 매개변수를 초기값으로 하였다. 저수지별로 TANK 모형의 매개변수 초기값을 기준으로 매개변수의 민감도 순(B1, B0, A0, HA1, A1, C1, C0, D1 순)으로 초기값을 기준하여 최소 -50%, 최대 50%로 하고 5% 간격으로 매개변수를 변화해 가면서 목적함수인 NSE(Nash-Sutcliffe Efficiency)와 체적비(Ratio Of Volume, ROV))가 1에 가깝게 산정되는 매개변수 군을 최종 매개변수로 결정하였다. TANK 모형의 매개변수 민감도 분석을 통한 매개변수 최적화 프로그램은 미계측 저수지를 대상으로 저수지 유역 특성이 유사한 저수지의 유입량 산정에 기여 할 수 있을 것으로 기대된다.

탄력적 하천수량 평가를 위한 가이드라인 구성

맹승진 ( Seungjin Maeng ),김형산 ( Hyungsan Kim ),아잠무함마드 ( Azam Muhammad ),전경수 ( Kyeongsoo Jeon ) 한국농공학회 2014 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2014 No.-

하천수량의 탄력적 수급을 위한 가이드라인을 총 6장 42절로 구성하였다. 제1장 가이드라인 개념에서는 배경, 필요성 및 목적 등을 서술, 지역적 부존량 편차 등을 서술하는 개요, 탄력성 평가가 필요한 이유를 흐름도에 포함하고 탄력성 평가를 수행해야 하는 단계를 표기한 흐름도, 탄력성 평가가 필요한 수량/수도/수질 등 물수요와 공급에 미치는 문제점을 나열한 문제 발생 종류, 탄력성 평가를 위한 시설별 물배분 우선순위를 정의한 목표와 우선순위 구분, 탄력성 평가 수행전과 후의 파급 효과를 서술한 수자원분야에 미치는 영향, 물부족에 영향을 미치는 요소를 나타내는 기후변화 등 타요인, 자연적/인위적 요소에 의한 변화 반영 가능 여부를 설정하는 요인변화 가정에 의한 분석, 탄력성 평가 결과에 대한 결과를 활용하는 평가 및 대책이다. 제2장 가정과 기준 설정에서는 시나리오별 분석을 위한 가정 설정의 필요성 및 내용을 서술한 가정과 기준 설정 개요, 시나리오별 탄력성 평가를 위한 분석 흐름도를 작성한 가정과 기준 설정 흐름도, 수자원 공급원별 용수공급 가능량 파악 방법 및 기준을 설정한 과잉 수자원 선택, 시나리오별 가정 설정에 따른 의사결정 판단 기준을 기술한 의사결정 판단기준 평가이다. 제3장 가정과 기준 설정에서는 탄력성 평가에 필요한 모델링의 종류와 선정을 서술한 수자원 분석 모델링 공식화 개요, 탄력성 평가를 위한 분석모델링 흐름도를 작성한 수자원 분석 모델링 및 공식화를 위한 흐름도, 강수량 시계열 자료의 오·결측 보완 및 관리를 서술한 강수량 제어, 용수사용량 시계열 자료의 신뢰성 평가 및 분석, 자료의 오·결측 보완 및 관리를 서술한 용수사용 제어, 목적별 용수사용량의 회귀수 제어 방법과 자료의 신뢰성 평가 및 분석인 회귀수 제어, 구조적/비구조적 용수확보량의 활용 방법을 제시한 구조적/비구조적 용수량 제어이다. 제4장 연구개발에서는 탄력성 평가 적용을 위한 개요인 연구개발의 도입, 탄력성 평가를 위한 분석과정 전체 흐름도인 연구개발을 위한 흐름도, 과거, 현재, 초단기, 단기, 장기 강수량 자료 시나리오별 적용 시계열 선정 및 타당성 분석인 강수량 변화 시나리오, 장래 용수사용량 예측 등 변화 시나리오 구성인 용수사용 변화 시나리오, 수자원 공급시설의 공급량 확대 등 변화 상태 시나리오 구성인 수자원시설물 시나리오, 목적별 용수의 회귀수 변화 상태 시나리오구성인 회귀수 변화 시나리오, 탄력성 평가를 위한 민감 요소 설정 및 제어 방법인 수자원 분석 결정적 요소, 분석 결과의 통계적 분석, 탄력성 평가 결과 응급지역 도출시 대처 방법인 극한상황 적용 방법 개발이다. 제5장 불확실성 판단과 평가에서는 분석 결과의 불확실성 판단 필요 서술한 불확실성 판단과 평가 개요, 탄력성 평가 결과 불확실성을 낮추기 위한 흐름도를 작성한 불확실성 판단과 평가 흐름도, 탄력성 평가 결과 불확실성을 결정하게 되는 요소 설정인 불확실성 판단과 평가결정 요소, 시나리오별 불확실성을 요소 도출 방법인 시나리오 분석, 기존 방법에 의한 탄력성 평가 결과에 따른 의사결정 시 문제점인 기존의 의사결정, 개선된 방법에 의한 탄력성 평가 결과에 따른 의사결정 시 개선되고 불확실성을 낮추는 사항을 서술한 개선된 의사결정, 향후 개선된 방법에 의한 탄력성 평가 적용 및 대책 제시한 적응관리이다. 마지막으로 제6장 사례연구에서는 시나리오별 물리적 특성이 다른 지역 선정 가이드라인에 의한 분석을 실시한다.

하천유량관리시스템에 의한 영산강 유역유출 분석

맹승진 ( Seungjin Maeng ),박지성 ( Jisung Park ),황주하 ( Juha Hwang ),강민구 ( Mingoo Kang ) 한국농공학회 2014 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2014 No.-

본 연구는 4대강 살리기 사업으로 신설된 영산강의 승촌보와 죽산보로 인해 보건설 전 영산강 하류의 유황이 보건설 후 변경되어, 영산강 하류에 위치하여 기존에 운영해 왔던 영산호, 영암호, 금호호의 제수문 조작 방법을 새로 개발해야하는 상황이 도래하였다. 이를 위해서는 영산강 하류부에 유입되는 유출량의 신뢰성 확보가 무엇보다 중요하다. 2009년부터 2011년까지 약 2년에 걸쳐 국토해양부 한강홍수통제소와 한국수자원공사에서는 전국의 하천유역을 표준유역으로 구분하여 표준유역별 일유출량을 산정할 수 있는 하천유량관리시스템을 개발하여 현재 운영 중에 있다. 따라서 본 연구에서는 기 개발된 하천유량관리시스템내 탑재되어 있는 영산강 수계의 유출모형을 사용하여 모형의 매개변수를 검보정함으로써 국토교통부와 농림축산식품부간 일관된 유출량 자료 생산을 통해, 향후 영산강하구둑 주변에 위치한 영암호 및 금호호의 물순환 과정과 연계하고자 한다. 이들 자료는 제수문 조작 방법 개발에 필요한 기초자료로 활용될 것이다.

금호강수계의 표준유역별 수자원 특성

맹승진 ( Seungjin Maeng ),정지혜 ( Jihye Jeong ),김형산 ( Hyungsan Kim ) 한국농공학회 2013 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2013 No.-

본 연구는 지천의 수자원 부존량에 따른 물공급 가능 여부를 분석하고 물 부족 시 대응 방안을 가이드라인으로 제시하기 위해 ‘첨단기술 기반 하천운영 및 관리 선진화 연구단’의 시험유역인 금호강유역을 대상으로 유출분석을 실시하기 위해 유역의 특성을 조사하고 농업용 저수지를 고려하여 유역을 표준유역으로 구분하였다. 유출분석 모형은 모형의 선정과정을 거쳐 SSARR 모형을 선정하였다. 모형의 입력자료는 강우량, 온도, 댐 유입량, 방류량, 용수사용량, 회귀율, 취수량 등이며 이에 대한 자료를 수집하고 DB화하여 사용하였다. 연구의 적용을 위해 시험유역은 지천 중심의 표준유역으로 구분하였고, 모든 입력자료 역시 구분된 표준유역별로 구성하고 분석하였다. 2002년부터 2012년까지 10년간 물수지 분석을 통해 지천별 수자원 부존량을 산정하였다.

초기 우수 오염물질 저감을 위한 우수저류조 개발

맹승진 ( Seungjin Maeng ),황주하 ( Juha Hwang ),무하마드아잠 ( Azam Muhammad ),심희태 ( Hitae Shim ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-

최근 우리나라는 지속되는 전 지구적인 기후변화로 인해 2016년 7월 4일에 충북 청주에 140mm, 충북 보은에 196mm, 대전 179mm, 부여에 157mm의 홍수피해를 기록하였다. 우리나라의 홍수대책은 제방 축제 및 보강, 하천의 홍수 통수능 확대 등 하천 중심의 대책이 대부분이며 도시 홍수에 대한 대책과 시설물은 홍수저감용 우수저류조가 대다수이나 민원과 설치장소의 확보 등으로 인해 많은 어려움을 겪고 있다. 게다가 강우 시 초기강우에 의한 유출수에는 인체에 해로운 오염물질이 포함되어 있기 때문에 초기우수에 의한 유출수를 효과적으로 배제하여야 한다. 또한 가뭄의 극복을 위해 우수를 저류하여 다양한 용도로 활용하는 기술이 필요하고 사회적으로도 많은 관심을 불러일으키고 있다. 또한 생활수준의 향상과 도심지의 발달로 인해 개인차량이 증가하여 교통량이 급격히 증가하였다. 이에 교통안전 수준을 향상시키고 지체시간이 감소되는 장점이 있는 회전교차로가 필요한 실정이다. 이에 본 연구에서는 회전교차로 중앙교통섬을 활용하여 하부공간에 홍수와 가뭄의 저감, 비점오염원 저감을 할 수 있는 초기우수대응기술을 개발하고자 한다. 본 연구를 통해 홍수 발생이 가능한 조건을 가진 상대적으로 고도가 낮은 교차로 중심부에 초기 우수대응시설과 교차로 중심부 지하에 우수저류조를 설치하여 홍수, 가뭄, 비점오염원 저감 할 수 있는 시설을 개발하고자 한다. 개발하고 시공할 시설은 “물 순환 친환경 생태도시 조정”을 목표로 하는 세종특별자치시에 시범 적용할 예정이며, 본 연구를 통해 개발된 시설이 전국으로 확대되어 적용된다면 국민의 삶의 질 향상에 많은 도움이 될 것이다.