수리학적 방법과 하상 입경을 이용한 하천의 조도계수 산정 연구

Abstract

조도계수는 하천 흐름 저항의 정도를 의미하는 거칠기를 나타내는 계수이다. 자연하천의 흐름해석에 사용되는 매우 중요한 변수로서, 하천의 단면, 하상입자들의 크기 및 형상, 식생, 수로단면의 변화, 수로의 만곡, 수위와 유량 등 매우 복합적인 요소의 영향을 받는 경험적 매개변수이기 때문에 그 값을 정확히 산정하는 것은 매우 어렵다. 기존의 하천정비기본계획이나 하천설계에 사용되어 온 조도계수 추정 방법은 일관성이 떨어질 뿐만 아니라 추정된 조도계수가 유량 또는 수위에 관계없이 일정한 조도계수만을 사용하는 문제점을 가지고 있다.

본 연구에서는 한강 수계의 본류와 지류에 대해 FLDWAV 모형을 이용한 부정류 해석 방법과 하상 재료의 입경을 이용한 방법으로 조도계수를 산정하고 그 적용성을 검토하였다. 하상 재료의 입경을 이용하여 조도계수를 산정하기 위해 국가하천 수위관측소를 대상으로 현장 조사 및 하상재료를 채취하였고, 채취한 하상재료를 입도분석하여 산정한 대표입경 값을 이용하여 조도계수를 산정하였다. FLDWAV 모형으로 조도계수를 산정하기 위해 대상 하천을 수위관측소를 기준으로 구간을 분해하고 과거 홍수사상을 선정하여 부정류 해석을 통해 다양한 유량에 대한 하천 구간별 조도계수를 산정하였다.

본 연구에서 산정한 조도계수의 적용성을 검토하기 위하여, FLDWAV 모형으로 산정한 조도계수, 하상 입경을 이용하여 산정한 조도계수와 하천정비기본계획의 조도계수를 각각 부정류 모형인 FLDWAV 모형과 HEC-RAS 모형을 이용하여 실제 수문사상에 적용하였다. 그 결과, FLDWAV 모형을 이용하여 산정한 조도계수 산정방법이 다른 방법에 비해 우수함을 보여주었다. 또한, 부정류 해석방법으로 산정한 조도계수를 이용하여 한강 하류부의 빈도별 홍수위를 산정한 결과, 하천정비기본계획 상의 홍수위보다 다소 높은 홍수위 결과를 얻었다.