SMG-SWMM 통합모형의 개발을 통한 새만금 간척지구의 유출 및 수위해석 연구 = (A) Study on Runoff and Water Level Analysis of Saemangeum Reclamation area through Developing an Integrated SMG-SWMM Model

국문 초록 (Abstract)

새만금 간척지구는 동진강과 만경강 하구의 바다에 방조제를 축조하여 조위를 차단하고, 간척지 내부는 매립을 하여 토지와 담수호를 조성하는 대단위 간척사업지구로, 방조제와 배수갑문을 설치하는 외곽시설사업과, 내부토지와 담수호를 조성하는 내부개발사업으로 구분하여 추진되고 있다.
외곽시설사업은 방조제와 배수갑문을 설치 완료하였으며, 내부개발사업은 2010년부터 방수제 공사를 시작으로 2020년까지 내부토지 283와 담수호 118(68,197만)가 개발될 예정이다.
내부개발이 완료된 후 새만금지구의 수계양상은 자연유역과 도시유역이 혼재되고, 바다의 조위의 영향을 받으면서 복수의 하천과 담수호, 제수문 그리고 배수갑문이 연결되어 있는 복잡한 네트워크 위상구조를 가지게 되나, 지금까지의 해석방법은 자연유역과 도시유역의 유출모의와 네트워크 위상구조를 가진 복수의 수계, 그리고 하류단에 복수의 배수갑문이 설치되어 있는 대규모 간척지구를 대상으로 부정류 해석에 적용하기에는 한계가 있었다.
따라서 본 연구에서는 도시유역에서 유출 및 수위해석 기능과 Network 분석 기능을 제공하는 SWMM 모형의 수리해석부에 배수갑문 흐름모의 기능을 보강하고, 유출모의부에 Clark 단위도법, SCS 합성단위도법, Nash 모형 등 자연유역 유출모형을 추가하여, 통합모형인 SMG-SWMM 모형을 개발하였으며, 적용성을 검토하기 위하여 새만금지구를 대상으로 내부개발이 완료된 후 내부토지의 유출모의와 수계의 네트워크 모의 그리고 수계를 연결 또는 분리하는 제수문의 규모 검토 및 생태환경용지의 저류지 모의를 수행하였다.
SMG-SWMM 모형으로 동진수계와 만경수계를 분리하여 첨두홍수위를 모의한 결과 배수갑문지점에서 첨두홍수위는 동진수계가 EL.+1.31m, 만경수계가 EL.+1.27m로 모의되었으며, 기존의 모델로 모의한 결과보다 4~5cm 낮게 나타났다. 결과치에 대한 평균제곱근오차(RMSE)는 0.017 ~ 0.020으로 잘 일치하였다. 동진수계와 만경수계를 연결하여 양 수계를 Network 조건으로 모의한 결과 배수갑문지점에서 첨두홍수위는 동진수계가 EL.+1.15m, 만경수계가 EL.+1.21m로 모의되었으며, 기존의 모델로 모의한 결과보다 5~11cm 낮게 나타났다. 결과치에 대한 평균제곱근오차(RMSE)는 0.026~0.034로 비교적 잘 일치하였으며, 통합모형이 새만금지구의 내부개발 후에 달라지는 수리․수문학적 요인을 잘 반영하고 있는 것으로 판단되었다. 본 연구를 통해 개발된 SMG-SWMM 모형을 적용하여 새만금지구내 자연유역과 도시유역 유출모의, 생태환경용지의 저류지 모의, 복수의 수계와 배수갑문이 연결된 수계 네트워크 모의를 실시한 결과 적용성이 있는 것으로 판단되며, 내부개발지에 대한 단지별 계획이 수립된 후 단지별 하수관거, 배수로 등 세부 모델링을 추가하면 단지별 배수위 해석 및 침수분석이 가능하여, 새만금지구 유출 및 수위해석 통합모형으로 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Saemangeum reclamation district is a large-scale reclamation project district that constructs sea dike in order to block the tide in the mouth of Dongjin and Mangyeong river, and creates the internal land and lake to reclaim the inner part of the sea dike. It is promoted separately with outside facility project to construct sea dike and sluice gate, and internal development project to create the internal land and lake.
Outside facility project is completed with sea dike and sluice gate until the present. Internal development project will be developed with embankment construction at first in 2010 and 283㎢ of the internal land and 118㎢ of the fresh water lake by 2020.
After the completion of internal development, the water system is composed of complicated network topology that is mixed with rural area and urban area, and is connected with multiple rivers, the fresh water lake, blocking gate and drainage sluice gate being influenced by the tide. But the previous analysis method had limitations for application of unsteady flow analysis in the case of large-scale reclamation district where is mixed of rural and urban areas, and has multiple water systems with network topology, and has multiple sulice gates established in estuary.
The final goal is to alter the SWMM model that basically provides function of urban area runoff and water level analysis in network topology water system to the SMG-SWMM which can perform rural area runoff and flow simulation with sluice gate in order for application to the large-scale reclamation district. In order to verify the SMG-SWMM model, the runoff simulation of inner land and the network simulation of water system were performed after a period of internal development. Also, the suitable scale review of sluice gates which are connecting or separating water system, and detention facility simulation of the ecological and environmental complex area were performed.
The peak flood water level is simulated by using SMG-SWMM model that separates Dongjin water system and Mangyeong water system. The results were that the peak flood water level at sluice gate point is EL 1.31m in Dongjin water system and EL 1.27 in Mangyeong water system and were 4~5cm lower than in the previous model survey. And as a result of simulation on condition that Dongjin water system and Mangyeong water system is connected, the peak flood water level at sluice gate point is EL 1.15m in Dongjin water system and EL 1.21 in Mangyeong water system and these were 5~11cm lower than in the previous model survey. The root mean square error(RMSE) of results is 0.026~0.034, that matches comparatively. The integrated model is estimated that reflects well various hydraulic and hydrological factors changed after the completion of internal development in Saemangeum district.
In this study, SMG-SWMM is estimated that it has applicability as the results of runoff simulation in both rural area and urban area, retention ability simulation of ecological and environmental complex, simulation of multiple water systems connected by sluice gate. After the complex plan for the internal land is established, it is expected to be a integrated model for runoff and water level analysis in Samangeum district if it is possible to analyze water surface profile and inundation by adding details as sewage pipes, drainage channels, etc.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 = 1
• Ⅱ. 연 구 사 = 5
• 2.1 자연유역 유출 연구 = 5
• 2.2 도시유역 유출 연구 = 7
• 2.3 하천 하구의 수리해석 연구 = 9
• Ⅲ. 기본이론 및 모형개발 = 11
• 3.1 개 요 = 11
• 3.2 기본이론 = 15
• 3.2.1 SWMM 모형의 기본구조 = 15
• 3.2.2 SWMM 모형의 유출모의 = 18
• 3.2.3 SWMM 모형의 부정류 해석 = 25
• 3.3 통합모형 개발 = 30
• 3.3.1 통합모형의 개요 = 30
• 3.3.2 자연유역 유출모의 기능 = 33
• 3.3.3 배수갑문 흐름모의 기능 = 50
• Ⅳ 대상유역 및 해석방법 = 56
• 4.1 개 요 = 56
• 4.2 대상유역 = 57
• 4.2.1 유역현황 = 57
• 4.2.2 토지이용현황 = 68
• 4.2.3 하천현황 = 60
• 4.2.4 기상 및 수위관측소 = 64
• 4.2.5 내부간척지 지형변화 = 67
• 4.3 새만금 내부개발 기본계획 = 68
• 4.3.1 새만금지구 유출 및 수위해석 = 68
• 4.3.2 새만금호 계획 = 72
• 4.3.3 방수제 계획 = 73
• 4.3.3 배수계획 = 74
• 4.4 유역 및 수계 모델링 = 75
• 4.4.1 유역 티센망도 = 75
• 4.4.2 강우자료 = 76
• 4.4.3 소유역 분할 = 77
• 4.4.4 유역 매개변수 = 79
• 4.4.5 하도 모델링 = 84
• 4.4.6 생태환경용지(저류지) 모델링 = 85
• 4.4.7 경계조건 = 86
• Ⅴ. 모형의 적용 = 89
• 5.1 동진․만경호 독립운영 모의 = 90
• 5.2 동진․만경호 연결운영 모의 = 93
• 5.2.1 동진․만경호 완전연결 운영 = 94
• 5.2.2 동진․만경호 부분연결 운영 = 103
• 5.3 생태환경용지(저류지) 모의 = 106
• 5.3.1 군산1 생태환경용지 = 108
• 5.3.2 군산2 생태환경용지 = 109
• 5.3.3 군산3 생태환경용지 = 110
• 5.3.4 김제1 생태환경용지 = 111
• 5.3.5 김제2 생태환경용지 = 112
• 5.3.6 김제3 생태환경용지 = 113
• 5.3.7 부안1 생태환경용지 = 114
• 5.3.8 부안2 생태환경용지 = 115
• 5.3.9 부안3 생태환경용지 = 116
• 5.3.10 신시1 생태환경용지 = 117
• Ⅵ. 요약 및 결론 = 118
• 6.1 연구결과 요약 = 118
• 6.1.1 통합모형의 적용성 검토 = 119
• 6.1.2 통합모형의 응용 = 120
• 6.2 종합결론 = 122
• 참고문헌 = 125
• 부 록 = 135
• 국문초록 = 176