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문제 정의
- 이러한 동향을 고려하여 본 연구에서는 확률강우강도를 고려한 도시홍수추정 모델을 도입하고 이것을 GIS와 연계시켜 홍수 시 침수가 예상되는 지역을 예측하여 홍수 피해에 대비호)는 것과 동시에 침수 시 예상되는 피해정보를 분석할 수 있는 정보체계를 구축하였다.
제안 방법
- 표 3은 강우빈도와 해수위를 단계적으로 구분하여 월류량이 발생하는 배수관망의 노드점들을 분석한 결과를 표로 나타낸 것이다. SWMW에 의해 분석된 빈도강우와 해수위에 따른 배수관망 노드점별 월류량을 이용하여 침 수예상지역에 대한 분석을 GIS데이터베이스와 연계시켜서 수행하였다. 각각의 빈도강우별, 해수위별 특성 중 강우강도가 큰 100년, 150년 빈도와 해수위가 최저 및 최고인 -0.
- 강우유출현상의 모의를 위하여 지표면 유출이 발생하는 소유역을 지면저류가 없는 불투수역(A3)과 지면저류 가 있는 불투수역(A1), 그리고 지면저류가 있는 투수역 (A2)의 세 부분으로 구분한다. 그리고 이들 지표면을 통한 유출량은 유역을 비선형저수지로 가정한 후 연속방정 식과 Manning식을 사용하여 계산한다.
- SWMMe 유역특성의 공간적 변화를 반영하기 위하여 전체유역을 소유역으로 분할하며, 이때 관을 설계하고자 하는 지점 혹은 주요 간선 관거의 합류 지점을 기준으로 하여 소유역을 구분한다. 그리고 각 소유역의 유출을 모의하고, 각 소유역의 유출을 하도관거망을 통하여 추적함으로서 전체 유역의 유출을 계산한다. SWMMe 각 소 유역을 공간적으로 일체화된 비선형 저수지로 취급하여 수학적으로 표현하고 각 소유역의 유출은 하도/관거 망을 통하여 추적된다.
- 대상지역의 소유역 현황자료와 배수망자료를 이용하여 SWMM모듈로 강우빈도별 침수량을 추정하고 이에 따른 침수 예상범위를 GIS 데이터베이스에 연계시켜 산정하였다. 빈도별 강우량은 10년, 30년, 100년, 150년 빈도로 구 분하였으며 대상지역이 해안지대로서 만조시 해수위가 상승하여 배수에 많은 영향을 주는 지역으로서 해수위 상승에 대한 요소도 함께 고려하였다.
- 빈도별 강우량은 10년, 30년, 100년, 150년 빈도로 구 분하였으며 대상지역이 해안지대로서 만조시 해수위가 상승하여 배수에 많은 영향을 주는 지역으로서 해수위 상승에 대한 요소도 함께 고려하였다. 따라서 해수위는 마 산앞 바다의 조위 관측 자료를 참고로 하여 간조의 경우인 -0.4m를 시점으로 하여 만조 시 예상되는 해수위를 0m, 1m, 1.5m, 2.1m로 구분하여 단계적으로 적용하였다. 그림 10은 SWMM모듈을 이용하여 해수위의 변화에 따른 배수관의 월류량을 비교한 것으로서 배수가 가능한-0.
- 도시홍수를 추정하는 모형은 일반적으로 BRRL(British Road Research Laboratory Method), ILLUDAS(Illinois Urban Drainage Area Simulator), SWMM등이 있는데, 본 연구에서는 도시유역 및 인위적인 배수체계에 대한 적용 뿐만 아니라 소규모 배수유역에서 대규모 배수유역까지의 적용이 가능하고, 각 배수유역에 대한 합성 및 분리 와 함께 배수유역 내 각종 수리시설물에 대한 정보를 고려하여 도시지역에 적용할 수 있는 SWMM모형을 선정 하였다. 또한 연구 대상지역에 대해 현장조사를 실시하여 현황자료수집과 사진촬영을 하였으며, 토지대장, 건 축대장, 토지이용도 등을 함께 구입하여 데이터베이스를 구축하였다.
- 도시지역에서의 침수는 집중홍수 시 배수용량을 초과하는 강우가 지속될 경우와 매미태풍때와 같이 해안연안지역의 도시에서 바다수위가 상승되어 배수가 용이치 못한 시점에 폭우가 발생할 경우로 생각할 수 있다. 본 연구에서는 2003년 9월 태풍 매미가 상륙하여 피해가 상당히 크게 발생한 마산시 월영동 일대 저지대 침수지역을 연구대상지역으로 선정하여 토지이용도, 하수도관망도, 마산시 수치지형도, DEM자료 등을 사용하여 GIS기반을 구축하고 여기에 도시 강우유출모형인 SWMM을 이용하여 우수 관거 해석 및 월류량을 산정하고 이에 따른 침수피해 구 역을 분석하였다. 이를 위해 각각의 재해관련 자료와 수치 지형도를 이용하여 GIS의 자료기반인 속성자료와 공간자 료의 연결과정을 거쳐 데이터베이스를 구축하였다.
- 본 연구에서는 홍수에 의한 침수피해를 분석하기 위해 매미 태풍 시 침수피해가 발생하였던 마산시 월영동 지역 에 대해 도시홍수량을 추정할 수 있는 SWMM 모형을 적용하여 빈도강우와 해수위별 침수량을 추정하고 이것을 GIS데이터베이스와 연결하여 침수 예상지역을 분석하였고, 그 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 대상지역의 소유역 현황자료와 배수망자료를 이용하여 SWMM모듈로 강우빈도별 침수량을 추정하고 이에 따른 침수 예상범위를 GIS 데이터베이스에 연계시켜 산정하였다. 빈도별 강우량은 10년, 30년, 100년, 150년 빈도로 구 분하였으며 대상지역이 해안지대로서 만조시 해수위가 상승하여 배수에 많은 영향을 주는 지역으로서 해수위 상승에 대한 요소도 함께 고려하였다. 따라서 해수위는 마 산앞 바다의 조위 관측 자료를 참고로 하여 간조의 경우인 -0.
- 연구 대상지역내에서 배수특성을 분석하기 위해 그림 7 에서와 같이 지형특성과 배수관의 분포를 고려하여 11개의 소유역으로 구분하였으며, 각각의 유역에 대한 면적, 평균경사, 유역폭, 불투수면적, 불투수면적비에 대한 내 용은 표 1에 나타내었다.
- 연구수행방법은 연구 대상 지역의 유역현황 및 우수 관망을 조사하여 SWMM모형에 입력하고 배수구역 및 강우특성을 결정하여 해수위상승에 따른 저지대 우수 관망 월류량을 계산하였으며, 이를 이용하여 침수구역 예상 및 침수심 산정을 하여 침수 특성을 분석하였다(그림 1).
- 본 연구에서는 2003년 9월 태풍 매미가 상륙하여 피해가 상당히 크게 발생한 마산시 월영동 일대 저지대 침수지역을 연구대상지역으로 선정하여 토지이용도, 하수도관망도, 마산시 수치지형도, DEM자료 등을 사용하여 GIS기반을 구축하고 여기에 도시 강우유출모형인 SWMM을 이용하여 우수 관거 해석 및 월류량을 산정하고 이에 따른 침수피해 구 역을 분석하였다. 이를 위해 각각의 재해관련 자료와 수치 지형도를 이용하여 GIS의 자료기반인 속성자료와 공간자 료의 연결과정을 거쳐 데이터베이스를 구축하였다. 도시홍수를 추정하는 모형은 일반적으로 BRRL(British Road Research Laboratory Method), ILLUDAS(Illinois Urban Drainage Area Simulator), SWMM등이 있는데, 본 연구에서는 도시유역 및 인위적인 배수체계에 대한 적용 뿐만 아니라 소규모 배수유역에서 대규모 배수유역까지의 적용이 가능하고, 각 배수유역에 대한 합성 및 분리 와 함께 배수유역 내 각종 수리시설물에 대한 정보를 고려하여 도시지역에 적용할 수 있는 SWMM모형을 선정 하였다.
- 첫째, GIS자료를 이용하여 대상지역을 소유역으로 구분하고 배수관망도를 이용하여 노드점을 선정한 후 홍수 추정모형인 SWMM을 이용하여 침수위치와 침수심을 예측함으로서 빈도강우와 해수위 상승에 따른 침수예상지역을 예측할 수 있었다.
대상 데이터
- 연구 대상 지역은 2003년 태풍 매미 상륙 시 해일과 폭우에 의해 피해가 크게 발생하였던 마산시 월영동 일대로 선정하였다. 이 지역의 특징은 해안에 접한 지역으로서 매립지가 해안을 따라서 넓게 자리잡고 있으며 만조 시 바닷물의 수위가 상승하여 작은 홍수에도 바다쪽으로 배수가 잘 되지 않아 침수위험이 높은 곳이다.
데이터처리
- 연구대상 지역에 대해 1/1,000수치지형도를 이용하여 표고자료를 취득하고 TIN을 구성한 후 표고와 경사분석을 실시하였다(그림 5, 6). 매립지의 경우 지반고가 대체적으로 1.
이론/모형
- 투수지역에 대한 침투량을 모의하는 방법으로는 Green- Ampt 방법을 사용하는데 이 방법은 물리적 개념에 기초 한 식들로 구성된 장점이 있다. SWMM 모형에는 12가지 토양 매개변수를 사용하며 본 연구에서는 Green-Ampt 침투식을 적용하여 대상유역의 토양 종류를 반영하였다.
- 강우유출현상의 모의를 위하여 지표면 유출이 발생하는 소유역을 지면저류가 없는 불투수역(A3)과 지면저류 가 있는 불투수역(A1), 그리고 지면저류가 있는 투수역 (A2)의 세 부분으로 구분한다. 그리고 이들 지표면을 통한 유출량은 유역을 비선형저수지로 가정한 후 연속방정 식과 Manning식을 사용하여 계산한다.
- 이를 위해 각각의 재해관련 자료와 수치 지형도를 이용하여 GIS의 자료기반인 속성자료와 공간자 료의 연결과정을 거쳐 데이터베이스를 구축하였다. 도시홍수를 추정하는 모형은 일반적으로 BRRL(British Road Research Laboratory Method), ILLUDAS(Illinois Urban Drainage Area Simulator), SWMM등이 있는데, 본 연구에서는 도시유역 및 인위적인 배수체계에 대한 적용 뿐만 아니라 소규모 배수유역에서 대규모 배수유역까지의 적용이 가능하고, 각 배수유역에 대한 합성 및 분리 와 함께 배수유역 내 각종 수리시설물에 대한 정보를 고려하여 도시지역에 적용할 수 있는 SWMM모형을 선정 하였다. 또한 연구 대상지역에 대해 현장조사를 실시하여 현황자료수집과 사진촬영을 하였으며, 토지대장, 건 축대장, 토지이용도 등을 함께 구입하여 데이터베이스를 구축하였다.
- 또한, 관로의 흐름을 등류로 보고 해석함으로서 관로내 수심의 변화와 배수의 영향을 고려할 수 없는 한계가 있다. 본 연구에서는 이러한 모형들 중 도시유역 및 인위적인 배수체계에 대한 적용만이 아니라 소규모 배수유 역에서 대규모 배수유역까지의 적용이 가능하고, 각 배수 유역에 대한 합성 및 분리와 함께 배수 유역 내 각종 수리 시설물을 고려할 수 있는 SWMM모형을 선정하였다.
- 상류 유역에서 강우로 인해 발생하는 지표면유출은 수리학적으로 연결된 하류 유역에 유입 되며, 다른 유역으로 유출되지 않는다. 지표면 유출에 대한 기본방정식은 유출경사를 유역경사와 같다고 가정하는 운동파 근사법의 비선형 저류방정식이 사용된다. SWMM에서 RUNOFF 블록과 TRANSPORT 블록 EXTRAN 블록은 하도와 관거의 흐름을 모의할 수 있다.
- 투수지역에 대한 침투량을 모의하는 방법으로는 Green- Ampt 방법을 사용하는데 이 방법은 물리적 개념에 기초 한 식들로 구성된 장점이 있다. SWMM 모형에는 12가지 토양 매개변수를 사용하며 본 연구에서는 Green-Ampt 침투식을 적용하여 대상유역의 토양 종류를 반영하였다.
성능/효과
- 1m인 경우 배수관에서 더 이상 바다로 배수가 이루어지지 않아 역류하여 많은 월류량이 발생하였다. 2.1m의 경우에는 가장 작은 강우 빈도인 10년 빈도에서도 월류량이 발생하는 것으로 나타나고 있어서 해수위 영향^ 따라 배수에 많은 영향을 받는 것으로 나타났다.
후속연구
- 둘째, 데이터베이스에 구축된 건축대장 및 토지이용현황자료 등은 침수가 예상되는 지역에 대해 건물용도별로 위험도를 예측하거나 침수에 따른 대피계획수립과 예상되는 피해규모를 산정하는데 중요한 자료로 활용될 수 있으며, 향후 웹이나 무선통신기술 등과 연계된 재난관리 체계로 발전할 경우 활용성이 더욱 증대될 것으로 예측 된다.
- 셋째, 분석지역으로 선정된 마산시 월영동 지역은 해안 지역으로서 강우강도에 의한 침수 가능성과 해수위의 상 승이 배수량에 주는 영향을 함께 고려해야하는 특성이 있는 지역으로서 본 연구결과를 토대로 하여 향후 보다 구체적인 연구에 의한 침수 위험도분석이 요구된다.
- 위와 같은 사진현황 및 건축대장현황에 나타나는 층수, 연면적, 건축년도 주구조 주용도, 토지이용현황 등을 GIS 상에서 속성정보로 구축함으로써 향후 침수발생이 예측되는 시설물의 피해액 뿐만 아니라 피해량 산정을 위한 자료로써 유용하게 활용될 것으로 판단된다.
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