댐 EAP 수립시 대피지도 작성을 위한 2차원 모형의 적용성 분석
Applicability Analysis of 2-D Model for Evacuation Map to Establish Dam Emergency Action Plan
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Abstract
최근 발생하는 재난은 그동안 경험하지 못한 유형의 재난으로 발생하고 있으며, 그 강도는 더 강해져 수많은 피해를 야기할 수 있는 극한재난의 형태로 변화하고 있다. 도시 등의 인구밀집지역 주변에 위치한 댐 및 저수지의 붕괴 또한 하류지역에 대규모의 피해를 발생시키는 극한재난으로, 사전에 붕괴로 인한 홍수범람 예상지역을 선정하고 이에 대한 비상대처계획의 수립이 필요하다. 댐 붕괴로 인한 피해를 예방하기 위해 정확한 수리해석을 기반으로 댐 붕괴 홍수파 분석 및 대피지도를 작성하여야만 한다. 따라서 본 연구에서는 기존 비상대처계획 수립시 수리해석의 문제점을 분석하고 2차원 모형을 적용한 대피지도 작성 방법을 제안하고자 한다. 실제 붕괴사례인 경주 산대저수지를 대상으로 하류부 영향분석 및 대피지도 작성을 위한 1, 2차원 수치모형의 적용성을 비교해 보았다. 그 결과 2차원 모형을 통한 하류부 영향분석은 1차원 모형에 비해 도로와 건물 등의 정확한 지형을 반영할 수 있고, 침수심 및 유속분포 등의 다양한 정보를 제공할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해 홍수범람 예상지역 선정 및 다양한 정보를 포함한 대피지도 작성 등에 효율적인 방법론을 제시할 수 있을 것으로 판단된다.
Trans Abstract
Recent instances of “excessive disasters,” which can be characterized as unprecedented and catastrophic, cause great damage and loss of life. One such incident is dam failure, which significantly affects downstream regions. Therefore, it is imperative to select flood inundation areas and establish EAP in advance. In addition, to prevent possible damage due to dam failure, flood wave analysis and evacuation map should be based on accurate hydraulic analysis. Accordingly, this study highlights the challenges in existing hydraulic analysis and suggests a method of establishing EAP by applying the 2-D model. Further, it compares the applicability of establishing EAP between 1-D and 2-D models using the Sandae reservoir incident, the actual collapse case. Consequently, it found that compared to the 1-D model, flood inundation analysis using the 2-D model can accurately reflect on topography such as roads and buildings and provide a wide range of information such as flood depth and flood velocity distribution. Thus, this study is expected to recommend an efficient method of selecting flood inundation areas and establishing informative EAP.
1. 서 론
2017년 2월 12일 미국 최대규모의 흙댐인 캘리포니아 오로빌(Oroville) 댐의 붕괴위험으로 댐 하류주민 약 20만명에게 비상 대피령이 발령되었다. 오로빌 댐은 수문식 주 여수로와 월류식 비상 여수로로 구성되어 있는데, 2월 초 1주일간의 계속된 폭우로 댐이 최고 수위에 도달하여 비상 여수로를 통해 방류를 실시하였다. 이 과정 중 붕괴징후가 발견되어 주 여수로에서 기준 용량의 두 배를 방류함으로써 주 여수로의 균열 및 거대한 동공의 발생도 초래하였다. 이에 캘리포니아 주 정부는 긴급 대피령 발령하여 주민들의 대피를 유도하였으며, 대통령에게 연방정부 차원의 대응지원까지 요청하게 되었다. 이렇듯 댐과 같이 대규모의 물을 저류하고 있는 수공구조물의 예기치 못한 붕괴 발생으로 인한 피해는 예상할 수 없을 정도로 큰 것이기 때문에 댐의 비상상황시 하류에 미치는 영향을 분석하여 홍수범람 예상지역을 선정하고 이에 대한 비상대처계획이 사전에 수립하여야 한다.
비상대처계획(Emergency Action Plan, EAP)은 댐⋅저수지 붕괴 등 비상상황이 발생하였을 때 하류부의 생명과 재산 손실을 최소화하기 위한 계획으로, 댐 운영⋅관리책임자가 극한홍수 및 지진발생 조건하에서 발생 가능한 비상상황을 예상하고 이에 효율적으로 대처하기 위해 가능한 최선의 사전계획을 수립하는 것이 그 목적이다(Han, 2008). 이처럼 비상대처계획은 자연재해 대책법, 하천법, 농어촌정비법 등 법적으로 수립이 의무화 되어 있으며, 다목적댐, 발전용댐 및 총 저수용량 30만톤 이상인 댐에 대해 적용되고 있다. 수자원공사나 한국수력원자력 등의 발전회사에서는 관할 댐들에 대해 이미 비상대처계획을 수립하였으며, 증가하고 있는 발생가능한 홍수량에 따라 재수립도 하였다. 하지만 국내에는 국가기관에서 관리하고 있는 대규모 댐을 제외하고도 지자체 및 농어촌공사에서 관리하는 30만톤 이상의 중규모 저수지가 많이 있으나 비용과 관리기관의 관심도에 따라 작성여부가 큰 차이를 보이고 있다.
비상대처계획 수립시 댐 붕괴로 인한 하류부 영향 분석 및 홍수범람 예상지역의 선정은 가장 중요한 과정으로 정확한 수리해석을 기초로 하여야 한다. 또한 침수범위와 침수심 뿐만 아니라 유속, 위험도 등의 정보를 바탕으로 구체적으로 수립되어야 할 것이다. 이를 위해 본 연구에서는 기존 비상대처계획 수립시 수리해석의 문제점을 분석하고, 2차원 모형을 적용하여 정확한 수리해석 결과와 비상대처계획도 작성 방법을 제시하고자 한다.
댐 붕괴 홍수파에 대한 연구는 주로 1차원 수리해석 위주로 이루어져 왔다. 하지만 댐 붕괴 홍수파의 하류부 영향분석을 위해서 하류부의 정확한 지형 반영의 필요성이 대두되고 있으며, 지진이나 노후된 저수지 붕괴와 같이 마른 하도에서의 댐 붕괴 홍수파 흐름 해석은 유한체적기법 등을 통해 안정적으로 해석할 수 있게 됨으로써 2차원 모형을 통한 댐 붕괴 홍수파 해석 연구도 지속되고 있다. Rajar (1978)는 홍수파 해석을 위하여 1차원 확산형 모형과 2차원 Lax-Wendroff 모형을 제안하였고, Iwasa and Inoue (1982)는 1차원 및 2차원 양해법의 유한차분모형에 의한 댐 붕괴 홍수 해석을 실시하였다. Lencina (2007)는 댐 붕괴 해석에 있어 유한요소해석을 이용한 1차원 모형과 2차원 모형의 비교⋅분석을 실시하였으며, Altinakar et al. (2010)은 미국의 Big Bay Dam의 붕괴에 대해 정형격자를 사용한 2차원 유한체적모형의 결과와 1차원 수치모형의 결과를 비교하였다. Singh et al. (2011)은 댐 붕괴 모의에서 천수방정식의 해석을 위한 2차원 수치모형을 개발하고 이를 1959년 Malpasset 댐 붕괴사례에 적용하였으며, Peng (2012)은 댐 붕괴로 인한 홍수파의 계산을 위해 천수방정식을 기반으로 Roe 및 HLL 해법을 사용한 유한체적기법으로 1차원 및 2차원 수치모형을 제안하였다. 국내에서도 Kim (2009)이 Godunov 기법을 사용하여 유한체적 모형을 개발하였으며 이를 Malpasset 댐과 장현⋅동막 저수지 등의 실제사례에 적용하여 2차원 댐 붕괴파 해석을 실시하였다.
본 연구에서는 실제 붕괴사례인 경주 산대저수지에 대해 1, 2차원 모형을 통한 하류부 영향 분석을 실시하여 1차원 모형의 문제점을 분석하고, 2차원 모형의 적용성을 검토하고자 한다.
2. 실제 저수지 붕괴에 대한 모형의 검증
대상 저수지인 산대저수지는 경주시 안강읍 산대리에 위치하고 있으며 길이 210 m, 높이 12.2 m, 총 저수용량 246,000 m3의 필댐 형식의 농업용 저수지이다. 2013년 4월 12일 14시 10분경 복통누수로 인해 붕괴가 발생하였으며, 그로인해 건물 11동이 침수되고 농경지 1.2 ha 매몰, 차량 13대 침수, 종합운동장 토사유입 등 약 2억원의 재산피해가 발생하였다. 대상유역은 저수지 하류부에 아파트 단지와 주택이 위치하고 있어 건물 및 도로 등의 정확한 지형자료(LiDAR 자료)를 활용한 침수해석이 필요할 것으로 판단된다. 건물 및 도로의 반영을 위해 1:1,000 축척의 수치지형도를 활용하여 지형자료를 구축하였다. Fig. 1은 대상유역의 위성사진 및 불규칙 삼각망(TIN)을 나타내고 있다.
Satellite Image and TIN
2.1 저수지 붕괴 유출량 산정
저수지 붕괴로 인한 침수해석을 위해 1차원 댐 붕괴 해석 프로그램인 DAMBRK 모형으로 붕괴 유출량을 산정하였다. 당시 저수율이 100%인 상태에서 파이핑에 의해 붕괴가 일어났으며, 붕괴부 형상은 상부폭 15 m, 높이 11 m의 사다리꼴 형태이다. 저수지의 제원 및 붕괴 원인, 붕괴부 형상 등을 고려하여 1차원 저수지 붕괴 모의를 실시하였다. 저수지 붕괴 모의를 통해 최대 붕괴 유출량 84 m3/s의 유출수문곡선을 산정할 수 있었으며, 산정된 붕괴 유출수문곡선은 Fig. 2와 같다.
Reservoir Break Discharge Hydrograph
2.2 1차원 모형을 통한 저수지 붕괴 홍수파 해석
1차원 수치모형인 DAMBRK 모형을 이용하여 저수지 붕괴 홍수파 해석을 실시하였다. 상류단 경계조건으로 앞서 산정한 저수지 붕괴 유출량을 적용하였으며, 칠평천에서의 개방단 조건을 하류단 경계조건으로 사용하여 하류부 홍수파 영향분석을 실시하였다.
1차원 저수지 붕괴 홍수파 해석 결과 저수지 붕괴시 직하류부의 유출량은 83 m3/s, 첨두수위는 EL.46.98 m로 분석되었으며, 저수지의 붕괴로 인한 영향이 칠평천 하구까지(약 2.86 km) 도달하는데 소요시간은 약 0.95시간인 것으로 분석되었다. 주요지점별 최고홍수위, 첨두홍수파 도달시간 및 최고홍수위 도달시간은 Table 1에 나타내었다.
Result on Main Point
2.3 2차원 모형을 통한 저수지 붕괴 홍수파 해석
Lee et al. (2016)은 본 연구와 같은 실제 붕괴사례인 산대저수지를 대상으로 농업용 저수지 붕괴에 따른 2차원 홍수범람 해석을 실시하였다. 선행연구에서는 저수지 하류부의 지형이 하도가 구성되지 않고 평활한 지역으로 구성된 경우 붕괴 홍수파는 지형조건을 따라 확산하는 특성을 검증하였다. 또한 지형자료의 격자크기, 건물의 영향, 적정 조도계수 등 홍수범람해석에 영향을 미치는 인자들의 적용성도 확인해 보았다. 이와 같은 선행연구의 결과를 바탕으로 본 연구에서는 기존 비상대처계획 수립을 위해 주로 사용하는 1차원 저수지 붕괴 홍수파 해석의 문제점을 분석하고 2차원 모형을 활용한 저수지 붕괴 홍수위험지도 작성의 적용성을 검토하고자 한다.
선행연구에서 적용한 2차원 침수해석 모형은 상용 모형인 FLO2D 모형으로, 본 연구에서는 기존의 DEM 기반 침수해석 모형에서 계산시간이 오래 걸린다는 단점을 보완하기 위해 Sub-Grid 기법을 개선한 유한차분법 기반의 모형을 적용하였다(Yu and Lane, 2006a, 2006b; Park, 2017). Fig. 3(a)는 침수해석에 적용되는 격자 및 Sub-Grid의 형상을 보여준다. 하나의 격자는 e1, e2, e3, 그리고 e4의 표고를 가지는 4개의 Sub-Grid로 구성된다. 또한, Fig. 3(b)는 4개의 Sub-Grid가 가지는 표고에 따른 격자 내에서의 형상을 개념적으로 보여주고 있다. Sub-Grid를 고려하지 않는다면, 4개의 Sub-Grid가 가지는 표고의 평균값으로 격자의 표고 E를 간단하게 계산할 수 있다. 이러한 경우 수위 Hij와 격자 내에 채워진 물의 체적 Vij 간의 관계는 선형적이며 Eq. (1)로 표시할 수 있다.
Sturcture of Sub-Grid for Flood Analysis (Yu and Lane, 2006a, 2006b)
여기서, w = 격자의 크기, Hij= 격자 ij의 수위,
Nij = 격자 ij의 Sub-Grid의 수,
ek = Sub-Grid의 표고.
그러나 만약 하나의 Sub-Grid가 부분적으로 침수가 된다면 수위-체적의 관계는 비선형적인 관계를 나타내게 되는데 이 경우 복잡한 Sub-Grid의 형상을 표현할 수 있는 고해상도의 DEM의 적용이 가능할 때 비선형적인 수위-체적 관계가 충족될 수 있다. 따라서 본 연구에 적용한 모형은 LiDAR 측량 자료와 같은 정밀한 지형자료 적용시 계산 시간의 증가로 인한 실시간 침수해석에 대한 어려움을 해소하고 정확한 침수해석 결과를 도출할 수 있다.
2.2절에서 산정된 붕괴 유출수문곡선을 입력자료로 적용하여 2차원 저수지 붕괴 홍수파 해석을 실시하였다. 붕괴 당시 저수지 붕괴 홍수파가 도심지를 지나 저수지 하류부에 위치한 칠평천으로 유입이 되어 하류단 경계조건은 칠평천에서 개방단 조건을 적용하였다. 조도계수는 Moore (2011)가 정리한 2001년 NLCD (National Land Cover Dataset)의 분류에 따라 대상 유역의 특징에 맞게 0.04를 사용하였다. 침수해석에 적용한 모형은 유한차분법 기반의 자체 개발한 모형으로 계산시간 간격은 0.001초이며, 총 모의시간은 4시간이다.
2.4 1, 2차원 모형 결과와 실제 침수 자료와의 검증
실제 침수흔적과 비교를 위해서는 침수흔적도가 필요하나 산대저수지 붕괴에 대한 침수흔적도는 아직 작성되지 않았다. 따라서 현장 및 문헌조사 등을 통해 주요 지점의 실제 침수자료를 토대로 작성한 침수범위를 비교하였다. Fig. 4에서 빨간색 선이 실제 침수범위를 나타내며, 녹색선이 1차원 모의결과를 통해 산정한 침수범위이다.
Comparison of Inundation Trace Map and 1&2D Analysis Result
Fig. 4를 바탕으로 적합도를 산정하기 위해서는 Fig. 5와 같은 정의가 필요하며, 실제 침수범위의 침수면적과 계산된 침수면적을 비교하기 위해 GIS 분석도구를 사용하여 두 침수면적의 교집합과 합집합의 면적을 계산하고 다음 식(Eq. (2))에 따라 적합도를 산정하였다.
Concept of Goodness of Fit
여기서, Case1 : 기준이 되는 침수면적,
Casen : 비교 대상 면적
적합도 산정 결과(Table 2) 2차원 모의결과에 비해 1차원 모의결과가 과대 산정되어 실제침수범위와의 적합도가 떨어지는 것으로 나타났다. 1차원 모의 결과는 건물이나 도로 등의 지형정보 반영과 지점별 수심 및 유속의 분포를 확인할 수 없으나 2차원 모의결과는 대부분 실제 침수범위와 일치하며 도심지에서 범람이 더 발생함을 확인할 수 있었다.
Result of Goodness of Fit
3. 하류부 영향분석을 위한 1, 2차원 모형의 적용성 비교
댐 붕괴는 극한홍수의 상황이기 때문에 이를 수리모형실험을 통해서 그 영향을 평가하기는 매우 어렵다. 이 경우 수치모형은 하류지역에서의 홍수의 영향에 대한 평가를 신속하고 정확하게 해석하기 위해 가장 편리한 방법이다(Park, 2012). 지금까지의 댐 붕괴 해석은 주로 1차원 수치모형을 통해 실시되었다. 1차원 모형은 입력자료의 구축 및 모형 실행에 있어 간단하고 빠른 결과를 도출할 수 있는 장점이 있으나 실제 홍수사상 검증을 통해 확인한 바와 같이 건물 및 도로 등의 지형정보 반영에는 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 1차원 수치모형을 통한 댐 붕괴 홍수파 해석과정의 문제점을 분석하고 2차원 모형의 적용성을 검토 하고자 한다.
3.1 1차원 수리해석 모형을 통한 댐 붕괴 홍수파 해석시 문제점
댐 붕괴 유출량 및 홍수파 해석에는 다양한 1차원 수치모형들이 적용되어 왔다. 대표적으로 미국 기상청(NWS)의 동역학적 홍수추적 모형인 DAMBRK와 미육군공병단에서 기존의 정상류 흐름해석 모형에 복잡한 하동망에 대해 부정류 모의를 수행할 수 있는 UNET 모형을 추가하여 개발한 HEC-RAS 모형이 있다. 또는 계산에 필요한 시간이 제약되어 있어 정교한 계산기법을 효율적으로 이용하기 어려운 경우에 적용할 수 있도록 개발된 SMPDBK 모형을 통해 댐 붕괴 유출량을 산정하고, 1차원 하도추적모형을 활용하여 하류부 영향분석을 실시하기도 한다.
이렇듯 1차원 수치모형의 경우 입력자료의 구축 및 모형 실행의 간편성과 함께 빠른 결과도출로 인해 댐 붕괴 해석시 많이 활용되어 왔다. 하지만 댐 하류부의 영향분석을 하기 위해 하천의 횡단면도와 제내지 지형을 합성하여 지형자료를 구축함에 있어 도심지 등의 건물과 도로의 영향을 반영하기가 힘든 단점이 있다. Fig. 6은 대상유역으로 이 유역을 1차원 수치모형으로 해석하기 위해서는 빨간색 선과 같은 지형자료의 구축이 필요하다. Fig. 1과 같이 대상유역은 저수지 하류부에 아파트 등 도심지가 있는 지역으로 제내지 지형의 반영여부가 중요하나 이와 같은 방법으로는 반영에 어려움이 있다.
Cross-Section for 1-D Dambreak Analysis
또한 1차원 수치모형을 통해 산정된 하류부 홍수파 특성을 이용하여 홍수범람예측도를 작성시에도 문제점이 있다. 1차원 모형의 경우 하나의 횡단면에서 하나의 계산된 결과를 도출하므로 홍수심도 작성시 하나의 횡단면도에 동일한 수위값을 적용해야만 한다. 이는 하나의 횡단면도 내에 다양한 표고에 대한 홍수심의 차이를 표현하지 못하게 되는 것이다.
Fig. 7을 통해 하나의 수위를 반영하는 것을 확인할 수 있으며, 그 결과 Fig. 8과 같이 왜곡된 수심도가 산정이 되는 것을 확인할 수 있다. 왜곡된 수심도는 사용자에 의해 지형을 반영한 수정을 필요로 한다. 이는 정확한 수치해석 결과보다 주관적인 요소가 반영되어 신뢰도가 낮아질 수 있다.
Incorrect Process to Making Flood Depth Map
Result of Flood Depth Map by 1-D Analysis
Fig. 9와 같이 비상대처계획도 작성시에도 정해진 침수심별 동일한 침수심도를 겹쳐 홍수범람예상도를 작성하는데 이 지도를 통해서는 범람범위내 침수심이나 유속 등을 정확히 파악할 수 없어 대피로 설정 및 대피 우선 순위 선정 등의 대피계획 수립에 어려움이 있다.
Emergency Action Plan Map by 1-D Analysis
3.2 1, 2차원 모형의 적용성 검토
산대저수지 붕괴에 대해 1, 2차원 모형을 이용하여 댐 붕괴 홍수파 해석을 실시해 보았다. 각 모형의 적용에 있어 비교를 통해 개발된 그리드 기반 모형과 같은 2차원 모형의 댐 붕괴 홍수파에 대한 적용성을 검토해보고자 한다.
Fig. 10은 1차원 모형을 통해 산정한 침수심도이다. 파란색 선이 하나의 횡단면도에 동일한 수위값을 적용하여 도출한 침수심도이며, 빨간색 선은 지형을 고려하여 수정한 침수심도이다. 종합운동장 지대는 주변의 시가지 지역보다 표고가 약 7 m정도 높으며, Fig. 1(b)에 나타난 TIN과 같이 하류로 갈수록 높이차가 커짐을 확인할 수 있다. 1차원 모형 적용을 위한 횡단면도로 나타내게 되면 CAD 자료와 같이 5번 단면에 비해 6번 단면이 표고가 높아진다. 그로인해 하나의 수위값을 횡단면에 적용하게 되면 6번 단면에서는 종합운동장 지대보다 낮은 수위값이 계산되어 종합운동장 남쪽 부근이 범람이 안되는 것으로 나타났다. 이처럼 1차원 모형의 경우 정확한 지형을 반영하지 못하여 왜곡된 결과를 도출하게 된다.
Result of 1-Dimensional Analysis
그에 반해 2차원 모형의 경우 Fig. 11과 같이 폭 3 m의 세천을 반영하여 홍수파가 좁은 세천으로 유입되며 침수심이 깊어짐을 확인할 수 있다. 따라서 도심지 주변의 댐 및 저수지에 대한 비상대처계획 수립시 정확한 지형정보의 반영이 가능한 2차원 모형의 적용이 적합한 것으로 판단된다.
TIN and Result on Creek
Fig. 12와 같이 1차원 모형의 경우 각 건물의 높이에 대해 반영하지 못하기 때문에 침수범위 내의 건물은 모두 침수가 되는 것으로 간주한다. 또한 동일한 침수심별 결과를 도출한다. Fig. 12(a)는 1차원 모형을 통해 산정된 최대홍수심도이다. 반면 2차원 모형의 경우 건물 및 도로의 지형정보를 정확하게 반영한 결과를 도출하며, 각 격자별 침수심과 유속 등의 정보를 제공하여 대피경로 설정 및 침수피해 산정시 정확한 정보를 제공할 수 있다.
Comparison of Max Depth Map by 1&2D Analysis
1차원 모형의 경우 특정 지점에서의 유속분포를 확인할 수 없으나 2차원 모형의 경우 Fig. 13과 같이 유속분포를 확인할 수 있기 때문에 대피로 설정 및 대피도중 2차 피해를 방지할 수 있다. 현재 작성되고 있는 비상대처계획도에서도 유속은 고려되지 않고 있으며, 특히 도심지에서 건물 및 도로의 영향에 따라 유속이 빨리지는 것을 표현할 수 있어 상황 발생시 유속이 느린 곳으로 주민들이 이동할 수 있는 경로를 설정함으로써 안전한 대피로를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.
Max Velocity Map by 2D Analysis
3.3 EAP 수립시 대피지도 작성
1, 2차원 모형을 통해 작성된 홍수범람예측도를 바탕으로 대피지도를 작성하였다. 1차원 결과의 경우 기존의 댐 비상대처계획도와 같은 방법으로 CAD를 통해 작성하였으며, 2차원 결과의 경우 GIS Tool을 활용하여 새로운 비상대처계획도를 작성하였다. 또한 2차원 비상대처계획도의 경우 침수심과 유속을 모두 고려하기 위해 Table 3에서 제시한 기준에 따라 위험도 지수를 고려한 홍수범람예측도를 작성하여 비상대처계획도를 작성하였다.
Estimated Standard of Flood Hazard
대피지도 작성시 대피경로 설정 등의 구체적인 계획을 수립하기 위해서는 침수범위와 침수심만의 제한된 정보로는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 최대침수심과 최대유속을 함께 고려한 위험도 인자를 산정하여 홍수범람예측도를 작성하고자 한다. Loat and Petrascheck (1997)은 최대침수심과 최대유속의 곱으로 높음, 중간, 낮음의 3단계로 구분하여 위험도 산정기준을 제시하였다. 본 연구에서는 이를 더 세분화하여 0∼5등급으로 단계를 구분하고자 한다. Table 3은 위험도 인자 산정기준을 나타낸다.
Fig. 14는 Table 3에서 제시한 기준에 따라 위험도 지수를 고려한 홍수범람예측도를 나타낸다. 댐 붕괴 홍수파의 영향으로 댐 직하류부에서 높은 등급을 나타내었으며, 종합운동장 옆 구부랑 두림길을 따라 높은 등급을 나타냈다. 건물이 밀집한 지역에서도 높은 등급을 나타내 2차원 모형을 통한 비상대처계획도 작성시 이를 고려하여 대피계획을 수립하면 효율적일 것이라 판단된다.
Flood Expectation Map by Sandae Reservoir Break
우선 1차원 모형을 통해 작성된 대피지도를 Fig. 15(a)에 나타내었다. Fig. 15(a)를 확대한 Fig. 15(b)를 통해 알 수 있듯이 동일한 홍수심도를 이용하여 지점별 수심차를 고려할 수 없으며, 유속분포를 확인할 수 없기 때문에 대피로 선정에 있어서도 도로를 따라 이동하는 경로를 선정할 수밖에 없다. 또한 그룹 단위의 Zoning을 해서 대피계획을 세울 수밖에 없어 대피 우선순위나 피해주민의 상세 대피계획 등은 반영하기가 힘들다.
Emergency Action Plan Map by 1D Analysis
2차원 모형을 통해 작성된 대피계획도를 Fig. 16(a)에 나타내었다. Fig. 14의 홍수범람예측도를 활용하였기 때문에 침수심과 유속을 모두 고려한 비상대처계획도를 작성할 수 있었다. Fig. 16(b)에서 위험도 지수가 높은 등급을 나타내는 도로의 경우 대피로 선정에서 제외하고 낮은 등급의 도로를 우선적으로 대피로로 선정하였다. 또한 지점별 위험도 지수를 알 수 있기 때문에 그룹 단위의 Zoning이 아닌 개별 건물 단위의 Zoning으로 상세한 대피계획을 수립할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 GIS Tool을 활용하여 작성하였기 때문에 관리자나 대피주체인 지역주민이 활용하기 쉽도록 웹과의 연결이 가능할 것으로 판단되며, 기존의 비상대처계획도는 A3 또는 A1 크기의 도면으로 출력하여 보관을 하고 있어 관리에도 어려움이 있었으나 본 연구에서 작성한 비상대처계획도의 경우 자료의 전송 및 관리, 출력 등에 있어 효율적이라고 판단된다. 비상대처계획 수립시 교육이나 모의 훈련 시에도 활용성이 높을 것으로 판단되어 댐 붕괴 홍수파 해석 및 비상대처계획 수립시 2차원 모형의 적용을 추천하고자 한다.
Emergency Action Plan Map by 2D Analysis
4. 결 론
본 연구에서는 비상대처계획 수립을 위해 기존의 1차원 수리해석의 문제점을 분석하고, 2차원 모형을 활용한 하류부 영향분석 및 EAP 수립시 대피지도 작성의 적용성을 검토하였다. 극한강우 및 복합재해의 발생빈도가 점점 커지고 있으며, 도시화로 인한 댐 하류부에 도시 및 인구밀집 지역도 늘어나고 있어 댐 붕괴로 인한 대규모 피해를 예방하기 위해서는 정확한 댐 붕괴 홍수파 및 하류부 영향분석이 필요하다. 2차원 모형을 활용한 수리해석시 건물 및 도로 등의 구체적인 지형정보의 반영과 침수심과 유속분포 등 다양한 정보를 획득할 수 있어 비상대처계획 수립시 정확한 침수구역을 예측할 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구를 통해 얻은 주요 결과는 다음과 같다.
(1) 실제 붕괴사례인 산대저수지를 대상으로 1, 2차원 모형을 활용한 하류부 영향분석을 실시하였다. 실제 침수 자료와의 비교 결과, 2차원 모형으로 도출한 침수범위가 적합도가 높은 것을 확인할 수 있었으며, 1차원 모형의 결과는 실제 침수범위에 비해 과대하게 산정되는 것을 확인하였다.
(2) 기존의 댐 하류부 영향분석 방법인 1차원 모형의 적용은 건물 및 도로 등의 정확한 지형정보를 반영하기 힘들며, 하나의 횡단면에 지형자료를 획득함으로 인해 지형정보의 왜곡이 발생함을 확인할 수 있었다. 또한, 침수해석 결과를 하나의 횡단면에 동일한 수위로 적용함으로써 동일한 침수심도만을 작성할 수 있어 정확한 침수심 정보의 제공이 힘든 것으로 판단된다. 비상대처계획을 수립하며 대피로 및 대피경로 설정에 있어서도 유속 등의 정보가 부족하여 구체적인 대피계획 수립에도 어려움이 있음을 확인하였다.
(3) 2차원 모형을 통한 하류부 영향분석 결과 도로와 건물 등의 정확한 지형을 반영한 침수심과 유속분포를 확인할 수 있었으며, 1차원 모형에 비해 정확한 침수범위 예측이 가능하였다. 본 연구에서 제안한 침수심 및 유속을 반영한 위험도를 활용하여 비상대처계획도를 수립시 다양한 정보를 반영한 침수예상도 및 대피지도 확립이 가능할 것으로 판단된다. 그리고 2차원 모형을 활용한 비상대처계획도는 GIS 등을 활용하여 기존 비상대처계획도가 가지는 자료 보관 및 활용의 불편함을 해소하고 웹 및 모바일을 통한 정보제공에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
댐 및 저수지 하류부에 위치한 인구밀집지역에 거주하는 주민들은 언제 발생할지 모르는 재해와 항상 공존하고 있다. 따라서 정확한 침수해석 결과를 바탕으로 비상대처계획 및 대피계획을 수립하여 실제 재해발생시 최소한의 피해를 위해 노력해야 할 것이다. 이에 본 연구에서 검토한 2차원 모형의 하류부 영향분석 및 비상대처계획도 작성은 비상대처계획 및 대피지도 확립 등 정확하고 효율적인 방재대책 수립에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
Acknowledgements
본 결과물은 환경부의 재원으로 한국환경산업기술원의 물관리연구사업의 지원을 받아 연구되었습니다(79609).