• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.220-220
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• 2017

일반적으로 XP-SWMM 모형을 이용한 침수모의를 실시할 경우 과부하 맨홀에 손실계수의 적용 시와 미적용 시에 침수 범위의 차이가 상이함에도 불구하고 보다 실제적인 침수면적의 모의를 위하여 에너지 손실 적용에 대한 도시침수해석의 구체적인 연구가 미흡한 실정이다. 또한 과부하관거에서의 배수능력을 증대하기 위하여 설치되는 맨홀 내 인버트의 침수저감 효과에 대한 분석이 필요한 실정이다. 이원 등(2015)은 군자배수구역을 대상으로 손실계수의 적용 방안 및 손실계수 적용에 따른 침수면적의 변화를 분석하였으나, 맨홀의 형상 및 인버트의 설치유무에 대한 사항을 고려하지 않았다. 그러므로 기 산정된 과부하 맨홀에서의 손실계수를 적용 및 인버트 설치에 따른 침수범위 변화의 분석이 필요할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 손실계수 및 인버트 설치 여부에 따른 침수범위의 변화를 분석하기 위하여 도림천의 도림1배수분구를 대상으로 XP-SWMM을 활용하여 침수해석을 실시하였다. 김정수(2010)가 수리모형실험을 통하여 인버트를 설치하지 않은 기본형 맨홀에서 산정된 손실계수 0.61과 반원형, U자형 인버트를 각각 설치했을 시에 0.37, 0.30으로 산정된 손실계수를 XP-SWMM모형의 각 과부하 맨홀에 적용하였다. 침수모의 결과 과부하 맨홀에 손실계수를 적용하지 않은 경우의 침수면적은 21.14 ha로 모의되어 실제 침수면적과 약 60 % 정도의 일치율을 보였으나, 인버트를 설치하지 않은 기본형 맨홀의 손실계수를 적용한 경우의 침수면적은 37.12 ha로 모의되어 실제 침수면적인 35.65 ha와 거의 유사하게 나타났다. 또한 반원형 인버트를 고려한 경우의 침수면적은 28.04 ha, U자형 인버트 설치를 고려한 경우의 침수면적은 25.90 ha로 모의되었다. 인버트를 미적용한 경우의 침수면적과 비교하면 침수면적이 각각 24 %, 30 % 감소하였다. 따라서 도시 침수피해를 저감하기 위해 과부하 맨홀에 인버트를 설치한다면 맨홀내의 에너지 손실이 저감되고 배수능력이 향상되어 침수피해 면적과 침수심을 감소시킬 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.287-287
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• 2018

우수관거 시설에서 맨홀은 관거의 접합을 위해 반드시 설치되어야 하는 중요한 요소이다. 이러한 맨홀 접합부에서는 유입관으로 유입되는 유량의 급격한 확대와 유출관으로 배수되는 유량의 급격한 축소 등 흐름의 복잡한 변화가 발생한다. 맨홀에서의 복잡한 흐름은 설계강우를 초과하지 않는 강우량에서 과부하 조건을 형성하며 도심지 침수의 심각한 영향을 미친다. 특히 여러 관이 접합되어 있는 합류맨홀의 경우 유출관거로의 원활한 배수가 유도되지 않을 뿐 아니라 다양한 방향의 흐름이 서로 상충하며 급격한 에너지 손실을 유발한다. 도심지 중 하류부에서 주로 발생하는 침수피해는 복잡한 우수관거 시설의 구성에 따른 합류맨홀의 증가로 인해 그 규모가 늘어나는 추세이다. 바닥이 평평한 기본형태의 맨홀에서 발생되는 과부하 흐름과 여러 유량 조건에서의 에너지 손실에 관한 연구는 지속적으로 수행되어왔다. 최근 맨홀 내부에 흐름을 유도시켜주는 인버트를 설치하여 에너지 손실을 저감하려는 연구가 활발히 이루어지고 있지만 이를 실제 도시지역에 적용하여 침수해석이나 관거 배수능력 평가를 수행하기 위한 필요한 기초자료는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 인버트가 설치된 개선형 4방향 합류맨홀의 유량 조건을 다양하게 변화시키며 유입유량 조건에 따른 개선형 맨홀의 손실계수를 분석하였다. 유량 조건은 세 개의 유입관에서 각각 설계유량 $1{\ell}/s$의 유량이 유입되는 총 유입유량 $3{\ell}/s$를 기준으로 각 유입관의 유입유량을 10%씩 변화시킨 40case의 유량 조건을 선정하였다. 이렇게 선정된 유량 조건은 경우에 따라 중간 맨홀, 3방향 합류맨홀 또는 4방향 합류맨홀의 흐름을 다양하게 나타내었으며, 40case의 손실계수를 분석하여 모든 맨홀 접합 조건에서의 손실계수를 파악할 수 있었다. 합류맨홀에서의 개선형 인버트 적용성을 확인하기 위하여 인버트가 설치된 개선형 맨홀에서 산정된 손실계수를 기초로 모든 유입유량 조건에서 적용이 가능한 손실계수 범위도를 작도하였다. 손실계수 범위도는 통계분석에 활용되어 개선형 맨홀의 유입유량 조건에 따른 손실계수 산정식을 도출하는 기초자료로 활용되었다. 이와 같이 도출된 산정식을 적용하면 실제 도심지에 개선형 맨홀을 적용하였을 경우에도 정확한 침수 해석이나 관거 배수능력 평가가 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.396-396
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• 2015

Frequent urban floods affect the human safety and economic properties due to a lack of the capacity of drainage system and the increased frequency of torrential rainfall. The drainage system has played an important role in flooding control, so it is necessary to establish the effective countermeasures considering the connection between drainage system and surface flow. To consider the connection, we selected SWMM5 model for analyzing transportation capacity of drainage system and FLUMEN model for calculating inundation depth and time variation of inundation area. First, Thiessen method is used to delineate the sub-catchments effectively base on drainage network data in SWMM5. Then, the output data of SWMM5, hydrograph of each manhole, were used to simulate FLUMEN to obtain inundation depth and time variation of inundation area. The proposed method is applied to Sadang area for the event occurred in $27^{th}$ of July, 2011. A total of 11 manholes, we could check the overflow from the manholes during that event as a result of the SWMM5 simulation. After that, FLUMEN was utilized to simulate overland flow using the overflow discharge to calculate inundation depth and area on ground surface. The simulated results showed reasonable agreements with observed data. Through the simulations, we confirmed that the main reason of the inundation was the insufficient transportation capacities of drainage system. Therefore cooperation of both models can be used for not only estimating inundation damages in urban areas but also for providing the theoretical supports of the urban network reconstruction. As a future works, it is recommended to decide optimized pipe diameters for efficient urban inundation simulations.

• 대한환경공학회지
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• 제34권10호
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• pp.694-701
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• 2012

본 연구는 여재를 장착한 수리동역학적 여과분리장치(HSF)와 태양전지 구동형 수중펌프를 조합한 장치의 여재 역세척 가능성에 대하여 분석하였다. 수중펌프는 12볼트 직류모터로 구동되며 태양전지와 축전지로 가동된다. 수리동력학적 분리장치와 펄라이트 여재를 충진한 카트리지에 역세척용 노즐을 장착하였다. 입자물질들은 인공입자들을 이용하여 강우유출수내 입자농도를 모의 실험하였다. 인공입자들을 물에 분산시켜 강우유출수를 재현하였는데 사용한 입자들은 이온교환수지 입자, 실리카젤 입자, 그리고 상업지역 맨홀퇴적물질 입자 등이다. HSF장치는 아크릴 수지를 이용하였는데 여과조의 직경은 250 mm이고 전체적인 높이는 800 mm로 제작하였다. 유입수 SS 농도와 입경, 다양한 수면적 변화를 변화에 대한 역세척 방법별 SS 처리효율을 산정하였다. 전체적인 수면적부하율 범위는 308~$1,250m^3/m^2/day$이다. 태양전지를 이용한 최소한의 전력으로 구동되는 펌프를 이용하여 역세척을 실시한 결과 2대의 수중 펌프를 가동하여 역세척 시 역세척하지 않은 여재와 비교하여 약 18% 처리효율 증가효과를 나타내었다. 비점오염 처리장치에 소규모 태양전지를 활용하여 여재를 역세척할 경우 처리효율을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제49권6호
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• pp.519-528
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• 2016

최근 도시화 및 기후변화로 인한 집중호우가 빈번히 발생하고 있으며, 이로 인해 도시지역의 침수발생 위험도가 커지고 있다. 도시지역은 도로, 주택가, 지하시설 등 다양한 지형지물로 구성되어 있으며, 상세한 지형을 고려하지 못한 침수해석은 침수예상범위와 침수심을 제대로 표현하지 못한 결과를 도출할 수 있다. 특히, 인구와 자산이 밀집한 도심지에 대한 침수해석의 오류는 침수대책의 수립 및 재난대응에 큰 문제를 야기하여 인명과 재산피해로 이어질 수 있다. 도시지역 침수해석은 크게 관망흐름에 대한 해석과 지표면 범람해석 과정으로 구분되며, 각각의 해석과정상 정확도가 침수해석의 정확도에 영향을 미치게 된다. 이에 본 연구에서는 도시지역 침수해석 과정 중 지표면 표고자료의 정확도가 침수해석에 미치는 영향에 대한 평가를 위해 10m급 DEM, LiDAR 자료, 1:1,000 수치지도를 바탕으로 표고자료별 정량적인 침수예측결과를 검토하였다. 검토대상지역은 도림천 유역내 대림, 신림3, 신림4 배수분구로, 2010년 호우에 따른 침수모의를 XP-SWMM 모형으로 수행하였다. 모의결과, 10m DEM의 경우 표고자료의 오차로 인해 1m 이상 침수심이 발생되는 고위험지역에 대한 표현이 적절히 이뤄지지 못했으며, 특히 일부 월류가 발생하는 맨홀에 대해서는 지표면 침수가 발생하지 않는 것으로 나타났다. 따라서, 도시지역의 범람해석시 지형자료의 정확도는 중요한 요소가 되며, 10m DEM을 이용하는 경우는 신중을 기하여야 함을 알 수 있었다.

• 한국멀티미디어학회논문지
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• 제12권7호
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• pp.989-996
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• 2009

최근 도시 침수 방재를 위한 전자재해지도 시스템 구축을 위해 GIS(Geographic Information System)의 활용이 증가하고 있다. 전자재해지도 시스템은 과거 침수지역 및 침수예상지역을 수문학적 모델을 이용하여 분석하고, 침수 위험지역에 대한 정보를 지도를 통해 사용자에게 보석주기 위한 시스템으로 자연재해대책을 통해 작성 지침을 공시하고, 법제화를 추진하고 있다. 전자재해지도의 침수 예측시스템을 구축하기 위해서는 SWMM(Storm Water Management System)등의 유출모형과 침수예측모델을 통한 침수위험지역을 분석하고, 이를 가시화하는 모듈이 개발되어야 하며, 이를 위해서 도로, 건물 등의 도시시설물과 맨홀, 하수관 등의 도시 관거시스템에 대한 공간 데이터와 유출모형을 통한 수문분석 결과 데이터가 공간 데이터베이스에 구축되어야 한다. 따라서 본 논문에서는 하수관거 및 도시시설물에 대한 공간 데이터를 구축하기 위해 수치지도 데이터로 가장 널리 사용되는 데이터 형식인 ESRI사의 Shape File을 이용하여 공간 데이터를 자동으로 생성하는 기법에 대한 연구를 수행한다. 이를 위해 ESRI Shape File을 오라클 공간 데이터베이스로 자동 변환하기 위한 알고리즘을 제시하고, 생성된 하수관거 공간 데이터베이스와 연계하여 침수위험지역정보를 가시화하는 프로토타입 시스템을 개발한다.

• 대한토목학회논문집
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• 제8권1호
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• pp.127-140
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• 1988

도시의 급속한 팽창에 따라 하수 및 우수관리에 대한 문제가 점점 대두되고 있다. 도시내의 가정과 공장 등에서 나오는 오수 및 폐수들은 지하의 하수관거를 통하여 처리장이나 일반하천으로 방출되는데, 합류식 관거의 경우에는 강우로 인한 유출수까지도 이동시키는 역할을 담당하게 된다. 그런데 강우로 인한 유출수는 폐수나 오수처럼 인위적인 비율로 취급될 성질의 것이 아니므로 강우강도의 차이나 강우량에 따라서 가용적을 초과하여 관거내 압력류(surcharge)나 맨홀상부 범람 현상(overflow)을 발생시키게 된다. 따라서 어느 정도의 하수나 우수량은 감당할 수 있지만 장마철과 같이 강도가 높은 강우가 발생할 때에는 관경이 작거나 경사가 완만한 곳으로부터 지표면상으로 하수 및 우수가 동시에 범람되어 지대가 낮은 지역의 침수현상을 흔히 볼 수가 있다. 이번 연구는 하수관거의 이러한 흐름특성(flow characteristic)을 수치해석방법을 이용하여 해석함으로써, 설계된 관거에 있어서 관경 및 관경사등의 보정에 참고자료로서의 가능성을 찾는데 있었다. 본 연구는 유한차분법(finite difference method) 중 4점 음해법(four point implicit method)을 이용하며 Preissmann Slot Concept를 컴퓨터 용량에 제약이 없는 중첩분할법(Overlapping Segment Method)에 도입함으로써 압력류(surcharge) 및 맨홀의 범람 현상을 용이하게 파악할 수 있도록 시도하였다. 가상관망에 대한 모델의 실행결과 각 관거내의 수위 및 유량곡선의 시간적 분포를 통해 Slot의 적용의 실효성을 확인할 수 있었으며, 관거의 입구 및 출구에서의 유량보존이 성립함으로써 모델의 합리성이 제시되었다.

• 대한환경공학회지
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• 제31권4호
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• pp.256-262
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• 2009

도시지역 비점오염부하를 저감하는 장치 중에서 수리동력학적 분리장치(HDS)는 가장 많이 이용되고 있다. 본 연구에서는 HDS장치 유형 중에서 Vortex Screen 장치를 실험실 규모로 개발 및 제작하여 강우유출수 처리특성을 분석하였다. 강우유출수내 입자물질을 모의하기 위하여 실험에 사용한 시료는 합류식 하수관거의 맨홀 바닥 퇴적물질, 도로변 측구의 퇴적물질, 소각장 fly ash, polyvinyl chloride (PVC)분말 등의 시료를 대상으로 하였다. 유입유량의 변화를 주었을 때 처리장치 본체에서 약 2분이 경과한 후 안정된 상태에서 유입수와 유출수 시료를 동시에 채수하였다. 수면적부하율은 110∼1,550 $m^3/m^2$ day의 범위로 운전하였으며, 유입수 SS농도의 범위는 141~1,986 mg/L로 하였다. Vortex Screen을 이용하여 다양한 입경과 밀도들 가진 입자들을 대상으로 수면적부하율과 하부배출유량비를 운전조건으로 하여 처리특성을 분석한 결과 제거효율에 영향을 주는 인자 중, 월류유량에 대한 하부배출유량 비율($Q_U/Q_O$), $Q_U/Q_O$값이 10%에서 20% 증가 시 SS 제거효율은 6% 증가하는 특성을 나타내었다. 도시지역의 대표적인 입경을 가진 퇴적물질 125<$d_p$<300 ${\mu}m$를 대상으로 처리능을 분석한 결과 SS, COD 제거효율 범위는 각각 68.0~ 81.0%, 53.1~71.9%를 나타내었다. 수면적 부하율이 증가함에 따라 처리효율은 유입부 유도판을 설치한 경우가 설치하지 않은 경우보다 10~20% 향상되는 것으로 분석되었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제36권3호
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• pp.395-406
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• 2016

도시화로 인한 인구집중 및 개발 집중현상으로 하천변 저지대 및 지하공간 사용이 증가하였고, 불투수층이 증가하여 도시유역의 배수체계는 우수관거에 의존하고 있다. 이러한 변화로 인한 우수관거의 저류용량 부족 및 외수위의 영향으로 인한 도심지 역류 현상으로 인한 침수피해가 발생하고 있다. 하지만 기존의 홍수범람에 관한 연구는 대부분 외수범람과 내수침수를 유기적으로 연결하지 못하고 있다. 본 연구에서는 상습침수가 발생하는 도시유역에 대하여 도시유역 유출특성을 고려한 홍수의 정확한 예측을 위해 강우분석 및 외수위를 고려하고, 도시유출모형인 SWMM 모형을 이용하여 하수관거의 월류를 분석하였고, 이 결과를 홍수범람해석 모형과 연계하여 도시유역에서의 집중호우 발생시 침수해석을 실시하여 수방시설물의 홍수배제 효율을 분석하였다. SWMM 모형의 적용결과 외수위영향에 따른 원활한 내수배제가 불가능 한 것으로 나타났고, 관거 월류량이 많아진 것으로 나타났다. 월류된 우수가 지면을 따라 흐를 경우 저지대의 침수가 예상되고, 월류량이 많은 맨홀을 주요맨홀로 선정하였고, 월류수 저감을 위한 방안으로 주요 맨홀의 인근 지역에 저류지를 설치하는 방안과 각 맨홀들을 연결하는 관거를 확대하는 방안을 설정하였다. 월류 저감 시나리오 적용 결과 저류지 설치시 월류량의 45%, 관거 확대시 33~64%의 저감효과를 보였다. SWMM 모형의 결과를 이용하여 홍수범람해석 모형을 모의한 결과 지표경사와 도로를 따라 맨홀 월류수가 모여 침수현상을 발생시키는 것으로 나타났으며, 관거 확대 적용시 침수면적이 19.6%, 60.5% 줄어든 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.317-317
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• 2011

맨홀 및 관로에 퇴적되는 유사는 우수관거의 통수능을 감소기키고 우수관거 시스템의 효율을 저하시켜, 맨홀에서 역류를 발생시켜 저지대 침수의 한 원인인 되고 있다. 또한 관거내에서 유수가 일정한 유속을 확보하지 못하면 오염물이 침전되고, 관거내 유하시간이 길어져 침전물 부패로 인한 황화물질 및 악취 등이 발생할 수 있다. 따라서 우수 및 하수관거 시스템에서 유사와 관련된 주된 연구는 관거내의 유사거동 특성을 규명하고자 하는 것이었다. 그러나 맨홀과 관련하여서는 맨홀내의 오염물 지체시간 및 확산 특성분석이 전부였고, 유사의 퇴적 및 배출 등과 관련된 거동특성 연구는 매우 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 유입관과 유출관이 $90^{\circ}$로 접합된 맨홀을 대상으로 수리실험을 실시하고, 맨홀형태(사각형, 원형), 유사유입형태(연속주입, 일정기간주입), 유사종류(주문진표준사, 모래), 유사유입량 및 맨홀내부형상 변화에 따른 맨홀내 유사퇴적량을 확인하였다. 실험결과 그림 1과 같이 $90^{\circ}$ 접합맨홀에서는 유사유입형태와 무관하게 유입유사량이 증가할수록 퇴적량 또한 증가하였다. 그러나 유사퇴적량은 사각형맨홀보다 원형맨홀에서 적었다. 이는 관거가 $90^{\circ}$로 접합된 맨홀내에서의 유사거동 양상은 우선 유입되는 유사가 맨홀바닦에 퇴적되고 와류에 의해 부유되는 유사가 유출관을 통해 배출되는데 사각형맨홀에 비하여 원형맨홀에서 와류가 더 크게 형성되기 때문인 것으로 판단된다. 유사가 일정기간주입되는 경우 원형맨홀 내부에 퇴적되는 유사량은 거의 없었다. 사각형맨홀내부에 벤칭을 설치한 경우 설치전과 비교하여 퇴적량은 50%이상 저감되었고, 일정기간주입시에는 벤칭 설치 후 유사퇴적량은 거의 없었다. 유입유사가 모래인 경우 맨홀내 퇴적량은 주문진표준사와 비교하여 증가하였다. 모래는 주문진 표준사와 비교하여 중량이 크다. 따라서 같은 흐름조건에서 주문진표준사와 비교하여 부유되는 유사량이 적고, 배출되는 유사량 또한 적었다. 유량과 관거유속이 동일한 조건에서 유출관과 유입관이 일직선상으로 연결된 중간맨홀내부에 퇴적된 주문진표준사의량과 비교하여 $90^{\circ}$ 접합맨홀의 퇴적량이 상대적으로 적었다. 이 또한 앞서 기술한 와류의 영향으로 판단된다. 일반적으로 $90^{\circ}$접합맨홀내부에서 발생하는 와류가 중간맨홀보다 크고, 이로 인해 에너지손실은 커지지만 유사거동과 관련하여서는 와류가 크게 발생하는 맨홀조건에서 퇴적량이 적음을 실험적으로 확인하였다.