HEC RAS MAPPER를이용한불갑저수지 하류홍수범람도작성...

기술정보 | 137

기술정보

Recently, the frequency and scale of

floods and earthquakes have been

increasing due to the abnormal climate.

This phenomenon is leading to an increase

in dam collapse around the world.

Likewise, domestic dam collapses

continuously.

In order to minimize the damage of

human and material resources in the event

of natural disasters, Korea is obliged to set

up an emergency action plan for dams

and reservoirs using flood inundation map.

Although a variety of flood inundation

analysis models are uti l ized both

domestically and overseas, their usability is

limited by the expensive price, except for

the HEC-RAS model developed by U.S.

Army Corps of Engineers (USACE). In the

situation, the USACE has developed a 2-D

HEC-RAS model that can be linked to the

existing 1-D model. Currently, Users can

use HEC RAS 5.0.5 version through

USACE web site.

In this bulgap-reservoir TK project, flood

inundation analysis was conducted using

HEC RAS MAPPER model. As a result of

this study, HEC RAS MAPPER model can

be applied to various aspects such as

project and study related to flood

iniundation analysis.

HEC RAS MAPPER를이용한불갑저수지하류홍수범람도작성

제1장 서언

제2장 홍수범람도 작성

제3장 결론

Flood Inundation Mapping in Bulgap Reservoir using HEC RAS MAPPER

신재성1) 노정수2) 남현욱3) 공소윤4)

◀ ▶

1) 수자원부 부장([email protected])2) 수자원부 차장([email protected])

3) 수자원부 사원([email protected])4) 수자원부 사원([email protected])

138 | www.yooshin.com

제1장서언

1.1 배경 및 목적

최근전세계적으로이상기후와지구온난화로인

한유례없는홍수와가뭄이유행하고있다. 전지구

적이상홍수로인해국내댐및저수지의붕괴우려

가증대되는상황이다. 지진에대해서도2017년포

항에서규모 5.4의지진이발생하는등우리나라는

더이상지진안전지대가아님이판명되었다. 설계

빈도를넘는자연현상의발생시수공구조물의붕괴

와같은최악의사태가발생할수있고노후화된구

조물의경우구조물내각종부품들의노후화로인

해수공구조물의붕괴가능성이있다. 실제로20세

기부터전세계적으로약200건 이상의댐붕괴가

발생했고, 댐하류지역에11,000명에달하는인명

피해 및 재산피해가 발생하였다(ICOLD, 1998;

Wahl, 1998). 국내의경우1998년40개, 1999년

에는 5개의소규모저수지가붕괴되었다. 댐및저

수지의붕괴시피해를최소화하기위해서는가상의

붕괴시나리오에의한홍수범람해석을통해서홍수

범람도를작성해야한다. 홍수범람도를바탕으로안

전한대피경로, 대피장소, 대피요령등을작성하여

자연재해의 위험으로부터 생명을 보호해야 한다

(Kim et al ., 2011).

이에우리나라는2002년태풍“루사”로큰재해

를경험한이후수해방지를위한물적·제도적기반

을구축하기위하여댐및저수지에대한비상대처

계획수립을본격적으로시작하였고, 2004년하천

법 개정과 2005년 자연재해대책법, 농어촌정비법

개정을통해일정규모이상이면서하류의피해유발

및잠재성이큰저수지에대하여비상대처계획수립

을의무화하였다. 2012년농어촌정비법개정을통

해 하천법, 자연재해대책법과 같이 총 저수량

300,000㎥ 이상인저수지에대하여비상대처계획

을수립할수있도록확대시행중이다.

이와같이이상홍수나지진과같은자연재해로인

해붕괴될수있는위험을내포하고있는구조물이

므로댐붕괴시유출되는유량이하류에미치는피

해를면밀히분석하여만일의사태를대비해야함이

당연하다.

이번 연구에서는 불갑저수지 치수능력확대사업

기본설계 및 우선 시공분 실시설계 용역에 실제로

적용하였던홍수범람해석과정을소개하며향후홍

수범람해석및홍수범람도작성시도움이되고자

한다.

제2장홍수범람도작성

홍수범람도는홍수발생시예상피해지역을파악

하고또한이에따른대책수립과실제지역주민들

의 안전하고 신속한 대피를 위해 홍수범람 해석을

통해작성하는지도이다.

1차원모형으로홍수범람해석시하천수위가제방

고를초과하는단면에서의수위를연장하여범람유

역을산정하기때문에시간별로진행되는홍수파의

확산효과를고려할수없고, 지형에의해고립된저

류지형태의홍수범람지역이존재하는등홍수면적

이과다산정된다. 뿐만아니라, 침수깊이역시오차

가발생한다. 반면HEC RAS MAPPER 2차모형

은 범람지역을 정방형격자로 분할하여 수치해석기

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기술정보 | 139


2.1 지형구축

홍수범람 해석을 위해서는 구체적이고 정확한

Terrain Map을구성해야한다. Terrain Map의

수준에따라서엔지니어가만들어낼수있는홍수

범람도의수준이결정된다해도과언이아니다. Arc

GIS Module을이용하여Terrain Map모델링에

필요한지형자료들을합성한다. 즉, 엔지니어는많

은 데이터를 수집한 후 각 데이터들을 결합하여

Terrain Map을작성할수있고, 정확한지형데이

터가 모이면 모일수록 구체적인 Terrain Map을

구축할수있다.

법을통해홍수파를격자별로해석하게된다. 이에

따라홍수파의확산모의가가능하고, 범람지형의지

형효과를고려할수있다.

반면, 격자구성에 따라 계산시간이 종속적이고,

하천구조물과 연계해석시 수치불안정이 발생할 수

있는단점이있지만, 컴퓨터및GIS 기술의비약적

인발전으로이러한단점은사실상해석에큰영향

을미치지못한다.

홍수범람도는목적에따라피난활용형, 방재정보

형, 재해학습형으로나눌수있다.

본불갑저수지치수능력확대사업에선피난활용형

인비상대피계획을수립하였다.

피난활용형 방재정보형 재해학습형

활용시기 수해시 수해시 및 평상시 평상시

활용목적

▣ 수해시

- 안전하고 확실한 피난행동▣ 평상시

- 적정한 토지의 이용

- 내수건축의 검토

- 조사연구

▣ 수해시

- 피난, 피난유도

- 구호 및 복구활동

▣ 평상시

- 재해학습

- 재해의식의 고양

주요정보

- 피난구역

- 피난장소

- 피난경로상의 위험장소

- 침수실적

- 홍수범람 위험구역

- 침수실적

- 피난장소

- 피난경로상의 위험개소

- 병원

- 수방 창고

- 수해의 발생구조

- 홍수위험성, 피해내용

- 기상정보에 관한 사항

- 침수예상, 침수실적

- 하천정비 현황

취급성작은 크기로 다른 배포물과

섞어서 배포하기 용이큰 지도가 되므로 취급이 어려움 책자 모양으로 보존하기 용이

지도축적 1/2,500 ~ 1/10,000 1/2,500 ~ 1/10,000 1/10,000 ~ 1/25,000

사용빈도 수해시 이외에는 사용하기 어렵다

각종정보가 수록되어있어

생활지도로서 평상시에도

사용빈도가 높다

교육적인 목적으로 주로

사용하며 일반적인 생활에는

많이 사용하지 않는다.

일반적으로 지형자료 구축은 하도측량 성과 와

5,000:1지형도(국가지리정보시스템NGIS)를이용

하여 작성한다. 먼저 5,000:1 지형도와 하도측량

성과를하나의좌표계로맞춘다. 지형도와하도측량

성과를Auto CAD를통해하나의파일로만든후

실제 지형과 면밀히 비교하여 오류가 있는 지역을

수정및보완한다.

수정한 지형자료를 HEC RAS MAPPER 2D

Module 및 Arc GIS Module을 이용하여입력

자료(Terrain Map)를 구축하였다. 작업과정은

하천횡단측량자료변환 5,000:1 지형도의등고

선추출 DEM및지형TIN구성 Terrain구

성그리고HEC RAS Mapper 지형구축의연계

단면합성작업으로이루어진다.


25호 |

[그림 2-1] Terrain Map 작성 과정

수치지도(1:5,000) DEM Terrain

2.2 격자 구성

RAS MAPPER는정방형격자를설정해서해석

범위를정한다. 비구조적또는구조적메쉬기반모

델링으로상황에따라다양한모양의메쉬로구성이

가능하다. 격자의크기가작을수록해석의정확도는

높아지는반면해석에걸리는시간은증가한다.

범람을모의할구간을자유롭게그린후, 격자크

기를지정하면정사각형격자가형성된다. 이때경

계면의불규칙형상은다각형으로자유롭게처리된

다. 일반적인컴퓨터사용시메쉬의개수는10,000

개를넘지않도록조정하며구축한다.

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2.4 홍수범람 해석 결과(HEC-RAS 2D

MAPPER)

에러가 없이 홍수범람 해석이 완료가 되었다면,

홍수의수위, 방향및속도를시간별로진행되는동

영상으로 확인이 가능하며 또한 정리된 표로 수치

확인이가능하다. 범례를고도에따라수정하여원

하는수치에맞추어시각적강조효과를줄수있다.

아래그림은물의깊이가2m이상일때진한파랑색

으로범례를조절한홍수범람해석결과이다.

2.3 홍수범람 해석(HEC-RAS Mapper)

(1) 홍수범람 해석

설계빈도(PMF) 유입시저수지붕괴시나리오에

서산정된붕괴유출수문곡선을경계조건으로하여

불갑저수지하류하천전구간에대한2D 범람모형을

구축하였다. 하류경계조건으로목포조위관측소의

약최고조위를적용하였으며극한조건의홍수범람해

석을위해붕괴유출발생전시간에약최고조위가발

생한다는조건으로홍수범람해석을수행하였다.

[그림 2-2] HEC RAS MAPPER 2D 조건 입력 화면

2D 메쉬 드로잉 2D 메쉬 조건 입력

[그림 2-3] HEC RAS MAPPER 2D 조건 입력 화면

HEC-RAS 2D Mesh 구성 하류 경계조건 입력


25호 |

홍수범람해석 결과_4hr



[그림 2-4] 시간별 홍수범람 해석 결과

기술정보 | 143


2.5 홍수범람도 작성

최초작업을진행할때좌표계를정확히지정을해

주었다면, HEC RAS MAPPER 프로그램이제공하는

지도불러오기를통하여원하는지도를해당지역의

베이스맵으로활용할수있다. 아래그림은Google

Earth Sattlelite Map을적용한홍수범람도이다.

홍수범람도 작성시 최초 경보시점을 지정해주어

야하는데, 불갑저수지하류주민의대치시간을고

려하여경보시점(PMF 유입후 7시간)을산정하였

다. 경보발령시점을기준으로시간별최대침수발생

에대한홍수범람도를적용하였다.

경보시점 경보 후 2시간 경보 후 4시간

경보 후 6시간 경보 후 8시간 경보 후 10시간

2.6 홍수범람 해석 결과


25호 |

[그림 2-5] 시간별 홍수범람도

[그림 2-6] 최대 홍수범람시 수위 및 수심

경보 후 12시간 경보 후 14시간 경보 후 16시간

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제3장결론

불갑저수지 붕괴시 홍수범람도 작성을 위해

5,000:1 지형도와 하도측량 성과를 이용하여 실제

불갑천하류지형과유사한Terrain Map을작성하

였다. 작성된 Terrain Map을 HEC RAS

MAPPER에적용하여계산된PMF붕괴시유량곡

선을적용하여홍수범람도를작성하였다. 주요결론

은다음과같다.

1. 5,000:1 지도와 하도측량 성과를 이용하여

Terrain Map을구성한결과실제해당지역

지형충분히반영되어정확한분석결과를얻

을수있었지만, 사전에실제지형과비교하여

Arc Gis 및 Auto Cad를 통해충분한수정

및보완이반드시필요하다.

2. 홍수범람도작성시HEC RAS MAPPER 2D

해석은 하류지형을 고려할 수 있고, 비정상류

흐름을입력할수있다. 향후있을댐붕괴에대

비한EAP(Emergency Action Plan) 프로

젝트진행시HEC RAS MAPPER 2D해석을

사용한다면신뢰도높은결과를얻을수있다.

3. 타 2D 해석프로그램과 달리 HEC RAS

MAPPER는 무료로 사용이 가능하므로 사용

법을충분히숙지한다면향후여러사업및연

구에적용할수있다.

본사업을진행하며습득한HEC RAS MAPPER

분석방법을 이용한다면 향후에 있을 비상대피계획

사업진행시큰도움이될것으로보인다. 이와관련

된사업들이진행될때HEC RAS MAPPER가중

요한역할을감당할것으로기대한다.

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