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목차
제1장 서론 19
1. 연구의 필요성 및 목적 20
1.1. 연구의 필요성 20
1.2. 연구의 목적 21
2. 연구내용 21
3. 연구수행 방법 22
제2장 연구 대상 지역 현황 23
1. 대상 지역의 지리적 현황 24
1.1. 대상 지역의 행정적 범위 25
1.2. 지리적 이점 25
2. 대상지역의 기상 및 수문현황 26
2.1. 기상현황 26
2.1.1. 강수량 26
2.1.2. 기온 28
2.1.3. 풍속 30
2.2. 수문현황 32
2.2.1. 유역면적 32
2.2.2. 유출량 32
2.2.3. 조위현황 33
제3장 수치모형실험 모델의 선정 34
1. MIKE 11 Model 35
1.1. 지배방정식 36
1.2. 유한차분법 (Finite Different Approach) 39
2. MIKE 21 FM Model 44
제4장 입력자료의 구성 48
1. 대상사업 개요 49
1.1. 조력발전소 건설 계획 49
1.2. 나들섬 구상 51
1.3. 신곡수중보 이설계획 52
2. 1차원 입력자료 구성 55
2.1. Network 구성 56
2.2. 단면구성 56
2.3. MIKE 11 경계조건 입력 59
2.3.1. 유량입력 59
2.3.2. 하류경계 조건 60
2.3.3. 조도계수 60
3. 2차원 입력자료 구성 63
3.1. MIKE 21 입력자료 64
3.2. 초기 및 경계조건 64
4. 모형의 검증 66
4.1. MIKE11 모델의 적합성 66
제5장 수치모형 실험 결과 67
1. 조력발전소 조성 및 한강하구 하상골재 채취에 의한 영향검토 68
1.1. 수치모형 실험 68
1.2. 조력발전소 건설 전·후의 수리적 특성변화 69
1.2.1. MIKE11 수치해석 결과 69
1.2.2. MIKE21 FM 수치해석 결과 74
1.3. 하상골재 채취량에 따른 수리적 특성변화 81
1.3.1. 하상골재 채취량에 따른 수위변화 비교 81
1.3.2. 하상골재 채취량에 따른 유속변화 비교 83
1.4. 검토 86
2. 인공섬 조성에 따른 수리학적 영향검토 88
2.1. 수치모형 실험 88
2.2. 인공섬 조성에 따른 수리적 특성변화 90
2.2.1. 해류의 흐름 및 유속 90
2.2.2. 유사이동 99
3. 신곡수중보의 위치변경에 따른 변화 검토 106
3.1. 신곡수중보의 위치변경 검토 106
3.2. 수치모형실험 107
3.2.1. Network 구성 107
3.2.2. 수중보 위치에 따른 실험 CASE 109
3.3. 신곡수중보의 위치변경에 따른 수리적 특성변화 111
3.3.1. MIKE11 수치해석 결과 111
3.3.2. MIKE21 FM 수치해석 결과 118
3.4. 장항습지 지역의 수위변화 120
3.5. 산남습지 지역의 수위변화 122
3.6. 신곡 수중보 위치변경 전·후의 지형 및 습지면적 변화 124
3.6.1. 장항습지 126
3.6.2. 산남습지 130
4. 한강하구 개발에 따른 통합적 영향 분석 133
제6장 결론 137
참고문헌 141
부록 143
조력발전소 건설 및 하상골재채취 144
1. 수위결과데이터 145
2. 유량결과데이터 152
3. 유속결과데이터 159
인공섬 축조 175
1. 수위결과데이터 177
2. 유속결과데이터 201
신곡수중보 223
1. Network 225
2. Water Level Output Data 228
인공섬 구상 관련 자료 237
1. 2008, 대통령직인수위원회 백서 pp190~191 239
2. 2008 통일 업무보고 pp13 241
3. 월간조선 2008년 7월호 243
4. 기타 보도자료 251
표 2.1. 강화도 월평균 강수량 현황자료 26
표 2.2. 강화도 월평균 기온 현황자료 28
표 2.3. 강화도 월평균 풍속 현황자료 30
표 2.4. 유역면적 32
표 2.5. 유출량 33
표 4.1. 강화조력발전소 사업개요 49
표 4.2. 주요구조물 배치계획 51
표 4.3. 신곡수중보의 구조적 현황 54
표 4.4. 단면 입력 데이터 58
표 4.5. 대상지역의 유역면적 59
표 4.6. 대상지역의 설계홍수량 59
표 4.7. 대상지역의 조도계수 61
표 4.8. 한강본류에 적용된 유량별 조도계수 61
표 4.9. 하도상태에 따른 조도계수 62
표 4.10. 하천 및 수로의 조도계수 63
표 5.1. 조력발전소 건설에 따른 case 분류 69
표 5.2. 하상골재 채취량에 따른 case 분류 69
표 5.3. 각 지점에서의 최대수위 70
표 5.4. 각 수로에서의 유출유량 변화 71
표 5.5. 하상골재 채취량에 따른 각 지점별 최고수위 비교 81
표 5.6. 각 지점별 최고유속 비교 83
표 5.7. 신곡수중보 위치변경 3가지 대안 107
표 5.8. 수중보 위치에 따른 실험 CASE 110
표 5.9. 위치에 따른 지점명 110
표 5.10. 대상지역 종단면 수위변화 결과 111
표 5.11. 각 Case에 대한 수위변화 결과 114
표 5.12. 각 지점에서의 Case별 최대 유속 결과 116
표 5.13. 장항습지 지역의 면적분포도 127
표 5.14. 장항습지 지역 : 상류조건 300CMS와 하류조건 1.735m를 사용 129
표 5.15. 장항습지 지역 : 상류조건 300CMS와 하류조건 -4.635m를 사용 129
표 5.16. 산남습지의 면적분포도 131
표 5.17. 산남습지 지역 : 상류조건 300CMS와 하류조건 1.735m를 사용 132
표 5.18. 산남습지 지역 : 상류조건 300CMS와 하류조건 -4.635m를 사용 133
표 5.19. 한강하구 통합개발 계획의 구분 134
표 5.20. 각 지점의 수위변화 비교 135
그림 2.1. 대상지역의 인공위성 사진 24
그림 2.2. 과거 20년간 강화도 월평균 강수량 28
그림 2.3. 과거 20년간 강화도 월평균 기온 30
그림 2.4. 과거 20년간 강화도 월평균 풍속 31
그림 2.5. 대상지역내 조위표 33
그림 3.1. 사각형 수로로 나눠진 단면 38
그림 3.2. 단면의 Grid 계산 40
그림 3.3. 6개점의 Abbot-scheme의 중심 40
그림 3.4. 6-point Abbot schemed에서 연속방정식의 중심 41
그림 3.5. 6-point Abbot schemed에서 운동량 방정식의 중심 42
그림 4.1. 조력발전소 건설사업 위치도 50
그림 4.2. 대상지역의 수로현황 50
그림 4.3. 인공섬 예정지 52
그림 4.4. 신곡수중보의 모습 53
그림 4.5. 장항습지의 1998년~2000년까지의 퇴적모습 55
그림 4.6. 한강하구와 강화해변의 Maping Network 56
그림 4.7. 단면입력 및 구성 57
그림 4.8. 신곡수중보의 단면 58
그림 4.9. 대상지역의 Mesh망 구성 64
그림 4.10. 대상지역의 수심분포 64
그림 4.11. 인천항의 조위곡선 65
그림 4.12. MIKE 11과 HEC-RAS의 수위 비교 66
그림 5.1. 1차원 해석의 비교지점 위치도 68
그림 5.2. Case1일 때 한강대교부터 강화북수로까지의 수위변화 종단도 72
그림 5.3. Case2일 때 한강대교부터 강화북수로까지의 수위변화 종단도 72
그림 5.4. Case3일 때 한강대교부터 강화북수로까지의 수위변화 종단도 73
그림 5.5. Case4일 때 한강대교부터 강화북수로까지의 수위변화 종단도 73
그림 5.6. 조력발전소 건설 전·후의 수위비교 74
그림 5.7. 대상지역의 유사이동 측정지점 75
그림 5.8. 조력발전소 건설 전 창조기의 흐름 76
그림 5.9. 조력발전소 건설 전 낙조기의 흐름 76
그림 5.10. 조력발전소 건설 후 창조기의 흐름 77
그림 5.11. 조력발전소 건설 후 낙조기의 흐름 77
그림 5.12. Area I 지점에서 유사이동의 변화 비교 78
그림 5.13. Area II 지점에서 유사이동의 변화 비교 79
그림 5.14. Area III 지점에서 유사이동의 변화 비교 79
그림 5.15. Area IV 지점에서 유사이동의 변화 비교 80
그림 5.16. Area V 지점에서 유사이동의 변화 비교 80
그림 5.17. 한강과 강화북수로 종단면의 수위 (C5) 82
그림 5.18. 한강과 강화북수로 종단면의 수위 (C6) 82
그림 5.19. 한강과 강화북수로 종단면의 수위 (C7) 83
그림 5.20. 곡릉천 지점에서의 유속변화 84
그림 5.21. 통일대교 지점에서의 유속변화 85
그림 5.22. 계양천 합류부 지점에서의 유속변화 85
그림 5.23. 신곡수중보 지점에서의 유속변화 86
그림 5.24. 홍수기 때의 골재 채취량에 따른 수위변화 비교 87
그림 5.25. 8개 횡단면의 비교분석 88
그림 5.26. 지점별 결과 비교 89
그림 5.27. 인공섬의 조성유형 89
그림 5.28. 창조기 때의 흐름(case1) 90
그림 5.29. 낙조기 때의 흐름(case2) 91
그림 5.30. 창조기 때의 흐름(case2) 91
그림 5.31. 낙조기 때의 흐름(case2) 92
그림 5.32. 창조기 때의 흐름(case3) 92
그림 5.33. 낙조기 때의 흐름(case3) 93
그림 5.34. 창조기 때의 흐름(case4) 93
그림 5.35. 낙조기 때의 흐름(case4) 94
그림 5.36. 창조기 때의 흐름(case5) 95
그림 5.37. 낙조기 때의 흐름(case5) 95
그림 5.38. 8개 횡단면의 비교분석 96
그림 5.39. 모든 횡단면에서의 수위비교 96
그림 5.40. 횡단면에서의 수위비교(1) 97
그림 5.41. 횡단면에서의 유속비교(1) 97
그림 5.42. 횡단면에서의 수위비교(2) 98
그림 5.43. 횡단면에서의 유속비교(2) 98
그림 5.44. 하상 레벨의 변화(case1) 99
그림 5.45. 하상 레벨의 변화(case2) 100
그림 5.46. 하상 레벨의 변화(case3) 100
그림 5.47. 하상 레벨의 변화(case4) 101
그림 5.48. 하상 레벨의 변화(case4) 102
그림 5.49. 지점별 결과 비교 102
그림 5.50. Area 1에서 침식과 퇴적 비교 103
그림 5.51. Area 2에서 침식과 퇴적 비교 104
그림 5.52. Area 3에서 침식과 퇴적 비교 104
그림 5.53. Area 4에서 침식과 퇴적 비교 105
그림 5.54. 신곡수중보 위치변경 3가지 대안위치 106
그림 5.55. 실제 좌표가 입력된 위성지도와 NETWORK Mapping 108
그림 5.56. 2차원 모델 자료 구성 108
그림 5.57. 계획홍수량곡선 109
그림 5.58. 대상지역 수위변화 비교 113
그림 5.59. 대상지역의 하상 종단면도 113
그림 5.60. 신곡수중보와 장항습지의 최고수위 114
그림 5.61. 산남습지와 신설수중보의 최고수위 115
그림 5.62. 신곡수중보와 장항습지의 수중보이설과 제거에 따른 유속비교 117
그림 5.63. 산남습지와 신설수중보의 수중보이설과 제거에 따른 유속비교 117
그림 5.64. 직하류의 하상변화 118
그림 5.65. 장항습지의 하상변화 118
그림 5.66. 산남습지의 하상변화 119
그림 5.67. 신설 수중보위치의 하상변화 119
그림 5.68. 하류경계조건 변화에 따른 장항습지 수위변화(수중보 이설전) 120
그림 5.69. 하류경계조건 변화에 따른 장항습지 수위변화(수중보 이설후) 120
그림 5.70. 수중보 이설 후 장항습지 예상 침수지역 121
그림 5.71. 수중보 이설 후 장항습지 수위변동(-4.635m 하류경계조건) 122
그림 5.72. 하류수위 변화에 따른 산남습지 지역 수위변화(수중보 이설전) 122
그림 5.73. 하류수위 변화에 따른 산남습지 지역 수위변화(수중보 이설후) 123
그림 5.74. 수중보 이설 후 산남습지 예상 침수지역 123
그림 5.75. 수중보 이설 후 산남습지 수위변동(-4.635m 하류경계조건) 124
그림 5.76. Arc-View GIS 프로그램으로 만든 Grid 파일 125
그림 5.77. 장항습지(좌)와 산남습지(우)의 Grid파일 125
그림 5.78. 모델 대상지역의 전체 지형도 126
그림 5.79. 모델에서의 장항습지 지역 127
그림 5.80. 위성지도와 GIS의 중첩 : 장항습지 지역 128
그림 5.81. 위성지도와 GIS의 중첩 : 장항습지 지역 128
그림 5.82. 모델에서의 산남습지 130
그림 5.83. 위성지도와 GIS의 중첩 : 산남습지 131
그림 5.84. 위성지도와 GIS의 중첩 : 산남습지 132
그림 5.85. 한강하구의 통합개발 계획 134
그림 5.86. Case별 수위비교의 그래프 136
초록보기 더보기
I. 제목
한강하구의 매립 및 준설에 따른 수리학적 영향 검토
II. 연구의 목적 및 필요성
한강하구는 유역면적이 38,655㎢이며, 한반도 17.4% 면적의 빗물이 모여 남한강, 북한강, 임진강, 예성강이 되어 하구에서 합류하고, 그 70%가 홍수기에 집중 방류되는 지역으로 매년 토사퇴적량이 증가하여 홍수위가 증가하고 있다.
최근 한강 하구 유역의 보전, 개발 논의가 매우 다양하게 전개되고 있으며, 한강 하구를 '생태 보호구역'으로 하는 의견, 한강 하구와 서해 접경지역 전체를 '해양평화 공원'으로 만드는 계획, 조강(한강, 임진강 합류부~유도) 일대에 항구를 만드는 구상, 세계 최대 규모의 조력발전소 조성, 한강하구 모래준설 프로젝트 등이 논의 되고 있다. 한강하구의 무분별한 개발계획으로 인한 하상의 변화 등을 정확하게 예측하지 못한 채 시행할 경우 한강하구 뿐만 아니라 인천 전체의 도서지역까지 토사로 인한 악영향이 미치게 되므로 정밀한 조사연구를 통한 대처방안을 수립하여야 한다. 이를 위하여 한강 하구의 특성이 어떠한지를 면밀히 검토하여야 하며, 인천·김포지역의 홍수문제, 하상퇴적으로 인한 생태계 변화문제와 모래의 유송특성 변화문제, 하폭 변화의 영향문제, 하상변화와 연안 침식 등을 시급히 검토하고 계획을 수립하고자 한다.
III. 연구의 내용 및 범위
한강하구 개발에 따른 주변의 물리학적 특성 평가와 수리학적 안정성 검토는 다음과 같은 연구를 통해 진행되었다.
1. 한강하구의 유사이송에 의한 수리학적 특성 분석
한강 상류로부터 이송되어온 유사에 대하여 시간적 흐름특성을 통하여 조성된 한강하구의 특징을 분석하여 현재의 문제점을 도출하여 이러한 문제점을 해결하고 전반적인 유지관리방향과 종합적인 연계를 검토한다.
○ 기초자료 조사를 통한 한강하구의 하천 종·횡단면 측량 성과 획득
○ 한강유역의 유사이송과 관련된 문헌 연구를 통하여 한강하구의 수리학적 특성 분석
○ 한강하구의 유사 퇴적 및 쇄굴량 조사
○ 유사이송에 의한 수리학적 특성을 파악하여 한강하구의 평시·홍수시의 1,2차원 모델링을 통한 수위 및 유속 산정
○ 퇴적 및 매립에 따른 하천고유 기능의 치수, 이수, 환경에 대한 영향 검토
2. 한강하구 개발계획에 의한 하천변화 양상 및 미래모습 예측
한강하구의 각종 개발계획이 발표되면서 이에 대한 수리학적 영향을 검토를 통한 한강하구의 변화를 예측하여 이러한 개발계획들이 치수상의 안정성이 확보되는지 다음의 사항들을 검토한다.
○ 준설 및 매립에 의한 구조물 설치가 한강하구의 유사이송에 어느 정도 영향을 주는가에 대한 검토
○ 개발계획에 의한 사업이 완료될 경우 수리학적으로 발생되는 문제는 없는지에 대한 검토
○ 현재 조성되어 있는 한강하구의 습지와 같은 생태적인 공간의 변화 등에 대한 영향 검토
○ 기타 유사이송과 관련된 제반사항들에 대한 검토
3. 한강하구의 퇴적 유사에 대한 처리 및 관리방안
한강하구의 유사이송에 의하여 시간의 흐름에 따라 퇴적과 쇄굴을 반복하여 하도를 변경하고 홍수소통을 방해하므로, 이에 대한 처리 및 관리방안이 모색되어야 한다.
○ 한강하구의 퇴적 및 세굴 예측을 통한 하도변형 예측
○ 한강하구 퇴적토에 의한 하구막힘, 세굴에 의한 제방의 안정성 확보 등에 대한 처리 및 관리방안 마련
○ 한강하구의 종합적인 유사관리 시스템 마련
4. 한강하구 주변에 대한 통합적 관리방안 마련
한강하구의 유사이송과 관련하여 각종 개발계획에 의한 통합적인 관리방안을 마련하여 한강의 생태계의 건강성을 유지하고 최적의 조건을 갖는 하구역으로 조성한다.
IV. 연구결과
본 연구에서는 수치모형실험을 통하여 한강하구 지역의 개발계획인 조력발전소 건설, 하상골재 채취, 인공섬 축조, 신곡수중보 이설 등의 매립 및 준설을 통한 수리학적 영향에 대하여 연구하였다.
○ 조력발전소 건설후 강화도 인근 수로 및 청주초와 김포, 한강, 임진강 상류까지 영향을 받음
○ 수위변화가 가장 큰 지점은 강화북수로와 석모수로의 합류부이며, 최대 68cm 증가
○ 유사의 이동은 유출구의 감소로 인해 교동도 주변과 강화도 북쪽, 염하수로 하류, 서검도 서쪽에서 침식 및 퇴적 활동의 증가
○ 조력발전소 건설 후 신곡수중보에서 곡릉천 합류부까지 약 1억톤의 골재채취를 통하여 봉성배수펌프장에서 22cm, 계양천 합류부에서 50cm, 신곡수중보 하류부에서 162cm까지 수위의 감소
○ 청주초 지역에 인공섬이 건설되었을 경우, 인공섬의 조성유형에 따라 청주초의 수위는 인공섬이 건설되지 않았을 때보다 상승
○ 교동도 부근에 인공섬 A만을 조성하였을 경우 가장 작은 수위와 유속변화가 나타남
○ 인공섬이 건설된 모든 경우에서 청주초 남부지역인 교동도와 강화도 사이의 수로 부근에서 침식과 퇴적작용이 더욱 활발히 나타남
○ 한강하류에 있는 신곡수중보의 이설에 따른 수위 및 유속 등 흐름특성 변화는 수중보 이설 후 유량 300CMS, 소조평균만조위(1.735m)로 해석했을 시 장항습지와 산남습지에서 각각 0.361m, 0.722m의 수위의 상승, 22.66%, 16.25% 유속의 감소
○ 상승된 수위로 인한 장항습지와 산남습지의 10.88%, 5.52%의 면적 침수 예상
○ 장항습지 부근은 침식이 감소되고 산남습지 부근은 하상변화가 비교적 적게 나타남.
V. 연구결과의 활용계획
본 연구의 최종 목표는 우리나라의 대표적인 하구역인 한강하구의 특성을 파악하고 반영함으로써 생태계 보전과 함께 생활터전 확보를 위한 구체적이고 종합적인 대책을 마련하는데 있으므로 한강하구의 특성에 적합한 전반적인 사항들이 검토되었는지를 중점적으로 평가한다.
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