하천주변의도시화와이상기후등으로인해기존의하천위주의홍수방어는한계를보이고있으며, 이에따라유역통합적인홍수방어대 책의 하나로 강변저류지 설치에 대한 요구가 증대되고 있다. 강변저류지를 치수대책에 포함시키기 위해서는 정량적인 홍수조절효과 산정이 필요하며, 이를 위해서는 강변저류지 홍수조절효과에 영향을 미치는 인자들의 불확실성을 줄이기 위한 노력이 필요하다. 특히 하천 수위 예측의 중요 변수인 하천 조도계수는 항상 불확실성을 포함하고 있으므로, 이를 고려한 설계방법이 필요하다. 따라서 본 연구에서는상대적으로설계자가자유롭게결정할수있는설계인자인강변저류지의횡월류부길이를이용하여하천조도계수의불확실성 을 고려한 강변저류지 설계 기법을 제안하고자 한다. 이를 위해 HEC-RAS 부정류 수치모형을 이용하여 하천 조도계수와 횡월류부 길이 변화가 홍수조절효과에 미치는 영향을 검토하였고, 분석결과를 이용하여 하천의 수위 예측 불확실성을 고려한 횡월류부 길이를 결정하는 기법을 제시하였다. 본 연구에서 제시한 횡월류부 길이 결정 기법은 하천 수위 예측의 불확실성을 해결할 수 있기 때문에 강변저류지의 홍수조절효과를 좀 더 안전측으로 제시하는데 도움이 될 것으로 기대한다.

이상기후로 인하여 국지성 집중호우가 발생하고 하천 인근 지역의 도시화로 인하여 하천으로 유입되는 흐름의 유황에 많은 변화가 발생하여, 홍수 시 하천 범람 및 제내지 침수 등의 피해가 빈번하게 나타났다. 홍수 피해를 방지하기 위하여 다양한 대책이 제안되고 있으며, 그 중에서 강변저류지는 대하천 정비사업의 일환으로 적용되고 있다. 강변저류지는 제방의 일부를 절개하거나 수문 등으로 구성된 월류부를 통하여 홍수 시 강변저류지의 홍수위를 상회하는 유량이 유입되면 홍수량이 저류지로 분담되어 하도의 홍수량을 분담하는 역할을 한다. 또한 비홍수기에는 친수시설로 활용되어 인근 주민 및 관광객이 여가를 즐길 수 있다. 이와 같이 강변저류지는 다양한 목적으로 사용 할 수 있는 장점이 있으므로 국내외에서 활발한 연구가 진행되고 있으며, 특히 국내에서는 영월, 여주, 나주 등의 지역에서 홍수위 저감을 위하여 저류지 시설을 적용하였다.강변저류지의 설치로 인하여 유입구 인근 하도 뿐 만 아니라 상하류의 흐름특성에 변화가 발생하게 된다. 홍수위 저감 영향이 상류 또는 하류에 전파되어 첨두홍수위 도달시간에도 영향을 미치게 된다. 이러한 흐름특성의 변화를 알아보기 위하여 본 연구에서는 영월 강변저류지를 대상으로 홍수위 저감효과를 검토하였다.영월 강변저류지는 강원도 영월군 영월읍 방절리에 위치하며, 영월읍 시가지 및 인접지역의 침수피해 예방 및 한강유역의 홍수량을 분담하기 위하여 조성되었다. 총면적 680,667 m², 저류용량 294만 m³이며, 생태하천, 체육시설, 자전거도로, 산책로 등의 친수시설을 갖추고 있다. 정확한 수치모의를 위해서 지형자료 및 강변저류지의 제원 등을 검토하여 반영하였으며, 월류부에서 월류가 발생할 수 있는 수문 사상을 적용하여 강변저류지의 설치 여부에 따른 대상 구간의 거동을 수치모의를 통해 검토하였다.

하천에 설치되는 강변저류지의 효율적 설계를 위해서는 정확한 부정류 흐름 해석이 반드시 필요하다. 일반적으로 하천의 부정류 수치모의는 1차원 부정류 수치모형인 HEC-RAS를 많이 사용하고 있다. 하지만 강변저류지가 있는 하도에서의 부정류 흐름에 대한 수리실험과 현장 모니터링 자료가 거의 없기 때문에 HEC-RAS를 이용한 부정류 수치모의 결과의 신뢰도를 확신하기가 어렵다. 따라서 본 연구에서는 부정류 수리실험을 수행하여 강변저류지가 있는 하도에서의 HEC-RAS를 이용한 부정류 수치모의 적용성을 검토하였다. HEC-RAS 적용성 검토는 직선수로에 강변저류지가 설치되어 있거나 그렇지 않은 경우에 대해 부정류 수리실험을 실시하여 측정된 결과와 비교하여 평가하였다. 특히, 강변저류지가 설치되어 있는 경우는 강변저류지의 저류용량이 충분하여 하도에서 강변저류지로 통하는 위어에 완전 횡월류 흐름만 발생하는 경우에 대해 실험을 수행하였다. 강변저류지가 설치되지 않은 직선수로에 대한 HEC-RAS의 수위 계산 결과는 최대 3% 오차를 유량은 최대 1% 오차를 보였으며, 강변저류지가 설치된 경우의 HEC-RAS 수위 계산 결과는 최대 4% 오차를 유량은 최대 2% 오차를 나타냈다.

최근 친환경적 홍수방어대책의 하나로 강변저류지 설치가 적극적으로 검토되고 있다. 강변저류지를 치수대책에 포함하기 위해서는 강변저류지 설치로 인해 확보할 수 있는 홍수조절효과의 정량적 예측이 필요하며, 이를 위해서는 정확한 횡월류량 산정이 요구된다. 특히 강변저류지의 경우 저류용량이 제한되어 있기 때문에 저류용량이 부족한 경우 그림과 같이 월류턱 높이를 기준으로 한 강변저류지 수심(D)이 월류턱 높이 보다 높아지게 되어 강변저류지 유입부에서 잠긴 흐름이 발생할 수도 있다. 하지만 횡월류위어 유량계수 연구는 대부분이 완전 횡월류 흐름에 대한 것으로, 잠긴 흐름 발생시 유량계수 산정에 어려움이 있다. 본 연구에서는 수리실험을 이용하여 월류턱 높이를 기준으로 한 하도의 수심(H)와 저류지 수심(D)를 변화시켜가며 다양한 잠긴 흐름을 재현하면서 잠긴 흐름 발생시 횡월류위어의 유량계수를 산정하였다. 실험 결과 하도와 저류지의 수심비(D/H)가 0.75보다 작을 경우에는 완전 횡월류 유량계수와 거의 동일하게 나타났으며, D/H가 0.75보다 커질수록 유량계수는 완전 횡월류 유량계수보다 점차 작게 나타났다. 잠긴 흐름 발생시 횡월류위어의 유량계수 산정 결과는 강변저류지 홍수조절효과를 좀 더 정확하게 분석하기 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구에서는 대상유역 내에 설치가 가능한 지역이 다수 존재하는 강변저류지의 설치 우선순위를 결정하기 위한 방안을 제시하였다. 강변저류지의 최적위치 선정을 위해 기존의 수행된 연구들은 각각의 장단점이 있으나, 의사결정을 위해 사용되는 변수의 통합과정에서 발생하는 오류는 해결해야할 가장 큰 문제이다. 특히 의사결정을 위해 고려해야할 다양한 변수를 하나의 기준으로 통합하기 위한 자료가 불충분한 국내의 경우, 의사결정을 위해 사용되는 가정들을 최소화하며, 다

강변저류지는 하천 제방의 일부를 낮춰 제내지에 홍수량을 저류하는 방식으로 홍수기에는 홍수조절효과를 얻을 수 있고, 비홍수기에는 습지, 농경지, 생태공원 및 스포츠 시설 등으로 활용할 수 있는 친환경적 치수구조물이다. 강변저류지의 홍수조절효과는 강변저류지 설치 전·후의 첨두홍수량 또는 첨두홍수위 차이를 말하며 저류용량, 월류턱 높이, 횡월류부 길이, 하천 수위 및 홍수수문곡선 등 다양한 인자들에 의해 결정된다. 그 중에서도 홍수조절효과에 크게 영향을 미치는 인자는 저류용량이다. 만약 홍수 수문곡선에 대하여 강변저류지의 저류용량이 부족한 경우에는 첨두 홍수 발생 이전에 횡월류부의 월류턱 높이 이상으로 수위가 올라가게 되어 목표로 하는 홍수조절효과를 확보하지 못할 수도 있다. 이와 같이 강변저류지의 저류용량은 홍수 수문곡선에 따른 횡월류부의 수위변화를 충분히 고려하여 결정해야 한다. 이에 본 연구에서는 1차원 부정류 수치모형인 HEC-RAS를 이용하여 저류용량이 충분한 경우와 부족한 경우에 대해 강변저류지의 횡월류부 흐름특성과 홍수조절효과를 분석하였다. 분석 결과 강변저류지의 저류용량이 부족한 경우에는 불완전 횡월류 흐름이 발생하여 강변저류지 직하류의 수위저감효과와 홍수조절효과가 작게 산정되는 것을 확인하였다. 따라서 강변저류지 설계시 가능하면 불완전 횡월류 흐름이 발생하지 않도록 저류용량을 확보하도록 하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.

최근 친환경적 홍수방어대책의 하나로 강변저류지 건설이 적극적으로 검토되고 있다. 강변저류지를 치수대책에 포함하기 위해서는 강변저류지 설치로 인해 확보할 수 있는 홍수조절효과를 정확하게 산정해야 한다. 강변저류지의 홍수조절효과를 산정하기 위해 실무에서 주로 사용하고 있는 방법은 하천의 수위 변화를 고려할 수 있는 1차원 부정류 수치모형인 HEC-RAS이다. HEC-RAS를 이용한 강변저류지의 홍수조절효과를 분석하기 위해서는 횡월류위어 유량계수가 필요하다. 횡월류위어의 유량계수는 과거 많은 연구자들이 실험을 통해 제시하고 있지만 산정식들마다 차이를 보이고 있어 횡월류위어 유량계수 결정에 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 횡월류위어의 유량계수를 수리실험을 통해 산정한 후 기존 산정식들로 구한 횡월류위어 유량계수들과 비교하여 강변저류지 홍수조절효과 분석에 기존 산정식들을 적용할 수 있는지 여부를 검토하였다. 비교 결과 본 연구에서 가정한 모의조건에서는 수리실험으로 산정된 유량계수에 비해 경험식으로 계산된 유량계수가 약 19 ∼ 97 % 정도 크게 산정되었다. 그리고 기존 산정식들로 구한 횡월류위어 유량계수를 이용하여 횡월류량을 산정할 경우, 약 1.2 ∼ 2.4 배 정도 과다 산정되는 것을 확인하였다. 따라서 강변저류지 홍수조절효과 산정을 위한 횡월류위어 유량계수 산정시 기존 산정식으로 구한 횡월류위어 유량계수의 불확실성이 크기 때문에 수리실험을 통해 결정하는 것이 바람직하다고 판단된다.

본 연구에서는 경제성분석에 의한 강변저류지의 최적위치 선정기법을 제안하였다. 강변저류지 설치에 소요되는 비용을 크게 건설비용과 토지매입비용으로 나누어 산정하였으며, 강변저류지 설치로 인해 발생하는 이익을 홍수피해저감액과 습지설치로 인한 연간이득으로 구분하여 산정하였다. 홍수량-홍수피해액 관계를 간접적으로 도출하는 방안을 제시하였으며, 강변저류지의 습지활용 시에 발생하는 이익은 인공습지의 가치평가기법을 도입하여 평가하였다. 경제성평가 기법으로는 편익-비용

횡월류식 강변저류지를 포함하는 하천수계의 흐름 모의를 위한 준2차원 부정류 계산모형을 수립하였다. 수립된 모형은 횡월류 흐름에 대해서는 수량보존에 관한 연속방정식 및 월류형 수위-유량 관계식을, 하도에 대해서는 1차원 St. Venant 방정식을 각각 지배방정식으로 하여 흐름을 모의하는 폐합형 계산모형이다. 수립된 모형을 현재 계획 중인 군남 홍수조절지부터 한강 합류 지점까지의 임진강 구간에 대하여 적용하였다. 횡월류 위어의 유량계수에 대한 민감도 분석