• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
• /
• pp.237-241
• /
• 2006

최근에 들어 도시지역에서는 국지성 집중호우에 의한 홍수피해가 증가하는 경향이 있으며, 우수설비 시스템이 비교적 갖추어진 개발 지역에서도 기존의 우수설비시스템의 용량이 초과되어 큰 침수피해가 발생하고 있다. 홍수규모가 배수시스템의 용량을 초과할 경우 건물, 공공기반시설 등 재산 및 인명 등에 있어 많은 피해를 야기하고 있으며, 도로의 침수는 운송 시스템의 기능에 문제를 일으키게 되어 도시의 산업과 기능을 마비시킨다. 이러한 도시지역 홍수에 대비하여 도시지역의 복잡한 지형 형상과 인위적 배수시스템을 함께 고려하여 해석할 수 있는 침수해석모형의 개발이 필요하다. MOUSE와 SWMM(Storm Water Management Model) 계열 모형들(EPA SWMM, MIKE SWMM, XP SWMM, PC SWMM)(Huber and Dickinson, 1988)은 도시유출해석에 많이 이용되고 있다. 그러나, 이들 모형들은 과부하된 유입구에서의 범람되는 홍수유량곡선만을 제공하며 지표면 범람 지역, 수심, 및 침수기간에 대한 상세한 정보를 제공하지 못한다. 따라서, 도시배수체계모형과 도시침수모형에 대해 상호연계를 수행할 수 있는 새로운 도시범람 모형이 도시지역에서 홍수로 인한 침수해석을 모의하는데 필요하다. 배수시스템 해석 모형의 계산결과를 이용하여 침수해석을 수행하는 연계모형의 경우 침수초기 월류지점으로부터의 침수진행과정을 잘 모의할 수 있다. 그러나, 지형의 기복이 있는 유역에서 배수시스템을 통한 지표침수유량의 배수과정을 고려하지 못함으로 인하여, 월류발생이 끝난 후 일부지점이 계속 침수된 채 있게 된다. 이러한 연계모형의 한계로 인하여 두 모형의 통합모형이 필요하다. 즉, 강우 혹은 월류유량으로 발생한 지표유량 중 일부분이 과부하가 발생하지 않는 유입구 지점을 통과할 때 배수시스템으로 유입되는 것을 고려할 수 있고, 유입된 유량은 배수시스템 내의 흐름에 반영되도록 배수시스템과 침수해석모형을 통합한 모형 개발이 필요하다. 그러기 위해서는 지표면과 배수시스템에 대한 수리학적 관계를 정립하여야 한다. 본 연구에서는 배수시스템 해석 모형과 도시침수해석 모형을 통합하고, 두 모형간의 유량의 전송과정을 수리학적 관계를 고려한 dual-drainage 도시침수해석모형을 개발하였다. 이를 위해 도시지역 배수시스템 해석 모형으로 널리 이용되고 있는 SWMM모형을 이용하여 지표면으로의 월류량을 산정하고 유입된 지표유량에 대해서 배수시스템에서의 흐름해석을 수행하였다. 그리고, 침수해석을 위해서는 2차원 침수해석을 위한 DEM기반 침수해석모형을 개발하였고, 건물의 영향을 고려할 수 있도록 구성하였다. 본 연구결과 지표류 유출 해석의 물리적 특성을 잘 반영하며, 도시지역의 복잡한 배수시스템 해석모형과 지표범람 모형을 통합한 모형 개발로 인해 더욱 정교한 도시지역에서의 홍수 범람 해석을 실시할 수 있을 것으로 판단된다. 본 모형의 개발로 침수상황의 시간별 진행과정을 분석함으로써 도시홍수에 대한 침수위험 지점 파악 및 주민대피지도 구축 등에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국멀티미디어학회논문지
• /
• 제11권2호
• /
• pp.247-256
• /
• 2008

최근 이상 기후의 영향으로 태풍, 집중호우로 인한 침수 피해 등의 자연재해가 빈번히 발생하고 있다. 수공학 분야에서는 이러한 피해를 줄이기 위해 강우에 따른 유출분석을 위한 유출모형, 유출모형의 매개변수검증 및 지표로 흘러나온 유출량의 흐름을 해석하는 연구가 활발히 진행 중이다. 그러나 대부분의 연구에서 유출모형의 입력 파일을 생성하는데 많은 시간과 노력이 소요되고 있다. 따라서 본 논문에서는 도시정보시스템(UIS)에서 구축된 공간데이터를 기반으로 SWMM(Storm Water Management Model)과 연계하여 시뮬레이션 입력 파일을 자동으로 생성하는 모듈을 개발한다. 제안한 시스템은 UIS 기반의 도시침수 시뮬레이션 모듈과 SWMM 시뮬레이터로 구성되며, 상습침수지역을 대상으로 프로토타입을 구축하였다. 제안한 시스템은 도시침수분석을 위한 유출량을 분석 할 때 데이터 입력 오류 감소 및 시뮬레이션 시간의 단축할 뿐만 아니라 범람 영역을 지도에서 가시화하는데 활용될 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
• /
• pp.321-321
• /
• 2016

도시화와 토지이용 변화로 인하여 도시지역의 불투수면적이 증가하고 있으며, 이로 인해 발생하는 홍수, 가뭄, 수질악화 등의 해결은 수자원 계획 및 관리에 있어서 중요한 과제이다. 저영향개발(LID, Low Impact Development) 기법은 물 순환 체계를 복원할 수 있는 대안으로 도시지역에서 물 관리를 통해 하천 복원 및 수자원 관리를 가능하게 해주는 기술로써, EPA SWMM의 업그레이드 버전에서는 저영향개발 기술과 관련된 시설의 설계를 통한 유출 모의가 가능해졌다. 그러나 SWMM 모형 내에서 저영향개발 시설을 설계 및 계획하기 위해서는 저영향시설과 관련된 다양한 매개변수들을 입력해야하며, 효과적인 시설의 설계를 위해서는 반복적인 모의 수행이 동반된다. 이에 본 연구에서는 SWMM 모형을 기반으로 저영향개발 시설의 설계를 위한 의사결정지원시스템인 WMAM(Water Management Analysis Module)을 개발하였다. WMAM은 저영향개발 시설과 관련된 다양한 매개변수 중에서 최종 유출량에 영향을 미치는 매개변수의 추출이 가능하다. 또한, 저영향개발 시설의 설계 및 계획 매개변수에 대한 다양한 시나리오를 생성하고, 짧은 시간에 동시에 모의 분석을 수행하여 수문학적 측면에서 효과적인 시나리오를 도출해준다. 본 연구에서는 WMAM의 효과성을 보여주고자 A대학교를 모델링한 SWMM 모형에 저영향개발 시설 중 하나인 침투트렌치의 (1)계획 전과 (2)계획 후, 그리고 (3)WMAM을 적용하였을 경우의 첨두유량과 침투손실 결과를 비교하였다. 침투트렌치 설치 전의 첨두유량은 약 0.48 CMS로 세가지 경우 중 가장 높은 값을 보였으며, 침투트렌치 설지 후와 WMAM을 활용한 경우의 첨두유량은 점차 낮아졌다. 또한, 침투손실량을 보면 설치전에는 약 0.28 m로 가장 낮았으며, 설치 후 그리고 WMAM을 활용하였을 경우는 점차 그 값이 높아졌다. 본 연구를 통해, WMAM이 저영향개발 시설의 설계 및 계획에 있어서 수문학적으로 효과적인 결과를 보이는 것을 확인할 수 있었으며, 향후 보완과 추가 개발을 통해 수자원 계획 및 관리에 있어서 유용한 프로그램이 될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
• /
• pp.387-387
• /
• 2015

최근 기후변화에 따른 국지성 집중호우 및 돌발홍수 증가로 도심지역에 많은 침수 피해가 발생하고 있다. 본 연구는 이러한 내외수에 영향을 받는 도시 중소하천의 침수 저감을 위하여 침수 예측모형에 적용 가능한 수리학적 계산모형을 개발하는 것이다. 일반적으로 자연하천은 수지형 수계가 대부분이며, 도시 우수관로와 관계배수 시스템 등은 폐합형 수계에 포함되어 수지형 계산모형으로는 도시 중소하천의 유출 모의를 할 수 없다. 폐합형 수계의 계산모형은 수지형에 비해 복잡하지만, 적용대상 수계가 폐합형이 아닌 경우에도 합류점의 유입량을 처리하기가 편리하고, 역방향의 월류 흐름이 존재하는 감조하천에서의 월류 흐름 모의가 가능한 장점을 갖고 있어 도시 내배수 시스템은 물론 자연하천에도 적용 할 수 있다. 본 모형은 절점, 수로 및 계산점으로 구성되는데 동력학적 방법인 1차원 Saint-Venant의 연속 방정식과 운동량 방정식에 수치해법을 이용하여 구하고자 하는 시간과 지점의 수위와 유량을 계산할 수 있게 구성하였다. 수치해법으로는 가장 보편적으로 사용되는 유한차분법 중 안정성과 정확성이 우수한 것으로 평가된 Preissmann의 4점 음해법으로 차분방정식에 Newton-Raphson 방법을 사용하여 유량과 수위 보정치에 Double Sweep 알고리즘을 적용하였다. 유한차분법은 안정성 문제를 수반할 수 있기에 시간 증분이 작을수록 Courant 조건을 만족할 수 있다. 모형 비교 검증을 위하여 동력학적 방법을 적용한 대표적인 폐합형 수계모형인 EPA SWMM을 지원하는 CHI사의 PC-SWMM 프로그램을 이용하여 가상의 폐합 수계를 구축하였다. 일반적으로 상류지점의 경계조건은 하류로 추적될 입력 자료로써, 상류지점과 합류지점은 유입되는 유량값을 그리고 하류지점은 유출되는 수위값을 경계조건으로 입력하였다. 운동량방정식의 에너지 경사와 마찰경사 항에 포함된 조도계수는 변화량에 중요한 물리적 요소이지만, 고정 상수값인 0.03을 적용하여 검증에 용의하도록 하였다. 구축된 모형과 PC-SWWM을 통해 산출된 계산점별 수위와 유량에 RMS 오차를 비교한 결과 만족할만한 결과를 얻을 수 있었다. 따라서 향후 내외수를 연계에 침수예측모형에 적용 가능할 것으로 사료된다.

• 한국지리정보학회지
• /
• 제9권2호
• /
• pp.115-126
• /
• 2006

본 연구의 목적은 도시지역에서의 침수시뮬레이션에 필요한 도시침수해석모형을 개발하고, 이를 GIS(geographic information system)와 연계 운영할 수 있는 시스템을 구축함에 있다. 이를 위해서 미국환경보호청(EPA)의 SWMM(storm water management model)모형을 이용하여 도시지역 배수 시스템에서의 도시유역 유출량 및 월류량을 계산하고, 지표면으로 월류된 유량에 대해 GIS를 이용한 침수해석을 실시하였다. GIS를 이용한 침수해석 모형으로는 Level-Pool 침수해석모형과 DEM 기반 침수해석모형을 개발하고 도시지역에서의 시간별 침수위 및 침수범위 등을 계산 할 수 있게 하였다. 도시배수시스템과 지표침수해석모형을 GIS를 이용하여 통합시킨 도시침수해석 모형을 통해서 배수 시설에서의 유출량 예측과 지표면에서의 월류유량의 전파특성을 예측할 수 있도록 구성하였다. 본 연구결과는 도시지역에서의 배수 시설의 설계 및 운영의 문제, 침수 예상도의 작성 및 각종 홍수 예경보 수립에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
• /
• pp.403-403
• /
• 2023

도시화로 인한 생활, 공업, 농업용수의 수요는 증가하지만, 이를 해결하기 위한 댐 건설은 생태계의 단절, 수몰 지역 생성 등의 이유로 비판적인 여론이 많아 신규 수자원 확보가 어려워지고 있다. 따라서 우리는 신규 수자원을 확보하기보다 기존 수자원의 물관리 체계를 개선하고 합리적인 물 배분 기술을 개발할 필요가 있다. 이중 농업용수의 회귀 수량에 대하여 알아볼 필요가 있다. 수리 시설물에서 공급된 농업용수는 전량 작물에 의해 소비되는 것이 아니며, 포장으로 공급되지 않고 용수로를 통해 배수되기도 한다. 포장으로 공급된 수량은 물꼬를 넘어 배수되기도 하고, 일부는 침투되어 지하수를 통해 흘러나가기도 한다. 이 와 같이, 농업용수 공급량 중 소모되지 않고 하천으로 유입되는 수량을 관계 회귀 수량이라 한다. 따라서 본연구에서는 농업에 소모되지 않고 하천으로 유입되는 회귀수량을 정확히 조절할 수 있도록 농업용수 회귀수량을 계산하는 모델을 구현하였다. SWMM(Storm Water Management Model)은 도로, 도랑, 관로, 초지 등 주로 도시지역의 강우-유출-지표면 유출을 해석하는 모델이며 농지의 수로네트워크 특성을 잘 반영할 수 있다는 장점이 있다. 이번 연구에서는 용수로를 개수로로 고려하여 테스트베드 모형을 구축할 것이다. SWMM은 농업용수 물순환 모의를 위해 이미 활용되고 있으나 논에서의 증산량이 미반영되며 수혜지역 내의 지하수위가 미반영 되는 등 정확한 물순환 모의를 위해서 한계점 개선이 필요하다. 이 한계점 개선을 위해서 회귀수량 공식을 c언어로 구현 후 EPA SWMM의 소스코드를 활용하여 회귀수량 추정이 가능한 SWMM을 구현하였다. 해당 연구를 통해 농업용수의 회귀수량을 계산하여 정확한 물수지 분석이 가능하여 농업지역의 수자원 확보에 도움을 줄 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
• /
• pp.269-269
• /
• 2023

기후 변화로 인한 강우 패턴의 변화는 도심지 방재성능 목표를 상회하는 홍수로 이어져 침수피해를 가중시키고 있다. 이로 인한 도시침수 피해를 저감하기 위하여 도시침수 예측모형 개발이 활발히 이루어지고 있으나, 대규모 관망으로 이루어진 복잡한 도심지 우수관망을 모의하기 때문에 분석속도가 느려 실시간 예측 적용에 한계점이 있다. 도시침수 분석에 가장 많이 활용되는 대표적인 모형인 SWMM(Storm Water Management Model)은 복잡한 관망을 비교적 빠르고 정확히 해석할 수 있어 유용하지만, 이 또한 대도심의 우수관망 모의 시 많은 시간이 소요되며, 관망 정밀도 기준이 정의되어 있지 않아 분석에 어려움이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 연구에서는 관망 간소화 기법(유역면적의 밀도, 관거 직경, 관로의 길이 등)을 적용하고, 이에 따른 주요 지선과 간선의 수위 변화와 침수흔적도를 비교하여 분석결과의 정확성을 담보하는 관망 간소화 수준을 파악하고 도시침수 분석 시 적정 간소화 기준과 자동 간소화 방안을 제시하고자 한다. 도시침수 분석 시 우수관망 자동 간소화를 위하여 Python을 활용한 코드를 작성하였으며, SWMM의 .inp 파일을 읽어들여 Dataframe형태로 저장한 후 분석을 위한 데이터 가공, 간소화 기준에 따른 분류, 간소화 대상 수리·수문인자 연산, 인접 간선에 연결, 간소화된 .inp파일 저장의 총 6단계로 구성하였다. 연구 대상지역은 도림천 유역으로 설정하였으며, 초기자료는 맨홀 30,469, 관거 32,443, 소유역 30,586개로 이루어져 있으며, 모의 시간은 약 2시간 30분이 소요되었다. 유역면적 100x100 미만을 대상으로 수행 시 맨홀 9,965, 관거 10,464, 소유역 9,240개로 관거의 복잡도가 약 1/3 감소하였으며, 모의 시간은 약 43분으로 기존대비 약 72% 단축되는 것으로 나타났다. 실제 침수가 발생한 주요지점들을 비교한 결과 R² 0.85 ~ 0.92로 예측모형의 정확도에 큰 영향을 끼치지 않는 것으로 나타났다. 도시침수모형 최적 간소화를 통해 모형의 복잡성을 줄이고, 계산량을 줄여 모형의 수행시간을 단축시킬 수 있으며, 불필요한 우수관망을 제거하거나 병합함으로써, 모형의 예측력 향상과 분석과 해석에 효율적으로 사용될 수 있을 것으로 기대한다.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제51권2호
• /
• pp.121-129
• /
• 2018

도시 지역의 불투수층에 내린 강우는 지표면을 따라 흐르다가 대부분 우수관으로 유입되어 유역에서 배출된다. 그러므로 도시 우수관의 설계빈도를 결정하고 설계홍수량을 결정하는 일은 도시 홍수 저감을 위한 구조적인 대책 중 가장 우선적으로 고려되어야 하고, 또 가장 중요한 대책이기도 하다. 그러나 최근 들어 기후변화 등으로 인해 짧은 시간에 큰 강우강도의 호우가 발생하는 일이 잦아지고 있다. 이런 형태의 호우는 불투수면이 많은 도시 지역에서 갑작스럽게 유출량을 증가시켜 증가된 유출량이 일시에 우수관으로 유입되지 못하고 일시적이고 국부적인 홍수를 야기하기도 한다. 그러므로 도심지의 홍수 저감을 위해 우수관망의 적절한 설계가 매우 중요하다. 그러나 무한정 큰 관경의 우수관을 건설하는 것은 경제적으로 타당한 방법이 될 수 없으므로, 적절한 크기의 우수관을 설계하고 유출해석의 신뢰도를 높이기 위한 노력이 필요하다. 그러므로 본 연구에서는 과거 홍수피해가 빈번히 발생했던 도시유역들 중 유역면적과 우수관망의 구조가 다른 4개의 도시를 서울과 부산지역에 선정하여 다양한 강우에 따른 유출해석을 실시하였다. 서울과 부산 기상관측소의 과거 호우 자료에 대한 EPA-SWMM 모형에서의 유출해석 결과, 첨두강우량의 변화에 따른 첨두유출량의 변화를 선형회귀모형으로 분석하였다. 회귀모형의 결정계수와 95% 신뢰구간 및 변동계수를 비교하고, 수계밀도 개념을 적용하여 첨두유출량의 변화를 해석한 결과, 우수관망이 조밀하게 건설되어 수계밀도가 높을수록 증가된 첨두강우량에 따라 함께 증가하는 첨두유출량의 예측이 상대적으로 정확하게 가능함을 확인하였다. 이는 수계밀도가 높을수록 유출응답이 빨라지고 국부적인 우수관의 통수능 부족으로 발생하는 침수의 발생 가능성이 낮아지기 때문인 것으로 보이며, 갑작스러운 강우에 대한 대응이 수월함을 의미한다. 이러한 우수관의 구조적인 특성에 따른 유출 응답 속도를 고려하여 우수관을 설계한다면, 보다 효율적인 우수관 설계가 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
• /
• pp.254-254
• /
• 2023

도시화로 인한 불투수면 증가에 따른 물 순환 왜곡 현상이 발생하고 있으며, 이에 따라 물관리를 위한 저영향개발 기법이 국내외에서 적극 도입되고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 강우입력에 따라 LID 해석이 가능한 저영향개발 디지털트윈 분석 시뮬레이터를 개발하였다. LID DT 분석 모듈은 LID 시설 해석에 특화된 모형으로 시나리오 강우 기반 시뮬레이션 및 실시간 강우량 연동을 통한 모의가 가능하며, LID 시뮬레이션을 위해 개별적으로 활용함과 동시에 실시간 강우량 연계 시뮬레이션이 가능하도록 개발하였다. 유역유출 계산은 SWMM 모형의 비선형 저류방정식을 기반으로 유출해석 및 기본 LID 해석은 EPA SWMM 엔진으로 해석하며 저수지 추적이 요구되는 빗물이용시설의 경우 별도의 모듈을 적용하였으며, SWMM LID 해석 결과의 시설별 상세 결과 표출이 가능하도록 개발하였다. 현재 LID DT 모형의 시범 지구 적용은 세종시 6-4 생활권 해밀마을을 대상으로 하였다. 소유역 24개소, 우수관로 27개소, 소유역 24개소 및 유역면적 51ha로, 총 64개의 LID 시설을 시설형식을 구분하여 소유역별로 적용하였다. LID 시설의 강우 발생일에 대한 첨두유량과 관측 결과를 비교하여 정상 상황과 비정상 상황의 유량 오차 발생 시 점검 경보 알림 기준을 설정하였으며, 이를 통해 LID 시설의 유지보수 정보를 제공할 수 있을 것으로 예상된다. 또한 실시간 강우 모의를 통해 빗물이용시설의 저류조 용량 대비 현재 빗물저류량을 계산하여 빗물이용시설의 빗물저류량에 대한 정보를 제공하여 물부족 발생알림을 제공 가능할 것으로 예상된다. 따라서 LID DT 시뮬레이터에 및 빗물이용시설 운영에 대한 의사결정 정보를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
• /
• pp.37-37
• /
• 2017

홍수예 경보를 통해 도시하천에서 발생되는 내수침수피해를 예방하기 위해서는 공간데이터를 활용한 침수위험지역을 분석하는 것이 필요하다. 특히 강우 유출 모형을 사용하여 수문분석을 진행할 때에는 정확도와 신뢰도 높은 모형을 구축하는 것이 매우 중요하다. 그러나 대부분의 도시유역에서는 관망의 개수가 많고 구축된 SWMM 관망의 매개변수 추정을 위한 반복적인 계산으로 분석 런타임이 길어져 연구에 많은 어려움이 나타난다. 게다가 연구자의 주관에 따라 간소화된 하수관망의 유출분석 결과가 상이하게 나타나는 등 하수관망 간소화 분석에 대한 체계적인 연구가 부족하다. 본 연구에서는 이를 보완하기 위하여 상대적으로 도시화가 많이 진행된 서울시의 하천유역 중에서 상습침수로 많은 주목을 받고 있는 도림천 유역의 관망에 대해 누가유역면적을 바탕으로 관망의 간소화를 진행하였다. 이를 통해 관망 간소화에 따른 영향을 분석하고, 간소화별 case를 3가지로 나누어 분석하였다. 뿐만 아니라 누가유역면적에 따른 간소화 별 case를 Tuflow를 사용하여 2차원 분석을 진행하여 간소화에 따른 침수량 차이를 나타내어 최적의 간소화 방안을 제시하였다. 이는 보다 신속하고 신뢰도 높은 모형 구축에 크게 기여될 것으로 판단된다.