도시유역은 자연하천유역에 비해 다른 유형의 홍수피해를 보여주고 있다. 최근에 불투수면적의 증가로 홍수도달시간의 감소와 높은 첨두유량의 발생을 가져오면서 도시홍수피해의 원인이 되고있다. 본 연구에서는 XP-SWMM모형을 적용하여 침수심, 침수 면적을 시간대별로 침수해석을 수행하였으며, 침수해석시 건물의 영향을 고려하였다. XP-SWMM모형의 보정 및 검증을 위해 두 개의 강우사상(2005.06, 2005.07)을 적용하였고, 하천 외수위의 변하는 HEC-RAS모형을 통해 산정하였다. 모의결과 실제 관측된 침수면적(21.41ha)에 비해 산정된 침수구역의 면적은 23.45%로서 9.5% 과다하게 모의되었다. 또한 XP-SWMM모형의 DTM(DigitalTerrain Model)을 구축하여 주요 시간대별 건물의 영향에 따른 침수범위를 분석하였다.
도시유역은 자연하천유역에 비해 다른 유형의 홍수피해를 보여주고 있다. 최근에 불투수면적의 증가로 홍수도달시간의 감소와 높은 첨두유량의 발생을 가져오면서 도시홍수피해의 원인이 되고있다. 본 연구에서는 XP-SWMM모형을 적용하여 침수심, 침수 면적을 시간대별로 침수해석을 수행하였으며, 침수해석시 건물의 영향을 고려하였다. XP-SWMM모형의 보정 및 검증을 위해 두 개의 강우사상(2005.06, 2005.07)을 적용하였고, 하천 외수위의 변하는 HEC-RAS모형을 통해 산정하였다. 모의결과 실제 관측된 침수면적(21.41ha)에 비해 산정된 침수구역의 면적은 23.45%로서 9.5% 과다하게 모의되었다. 또한 XP-SWMM모형의 DTM(DigitalTerrain Model)을 구축하여 주요 시간대별 건물의 영향에 따른 침수범위를 분석하였다.
The flood damage shows different types in natural river watershed and in urban drainage watershed. In recent, increasing of the impervious area gives rise to short concentration time and high peak discharge comparing with natural watershed and it is a cause of urban flood damage. In this paper, we u...
The flood damage shows different types in natural river watershed and in urban drainage watershed. In recent, increasing of the impervious area gives rise to short concentration time and high peak discharge comparing with natural watershed and it is a cause of urban flood damage. In this paper, we use a XP-SWMM model developed based on EPA-SWMM version for analyzing the inundation area, inundation depth and inundation area considering building effect. The two events(2005.06, 2005.07) has been used for the validation of model. HEC-RAS model has been applied for simulation of changing water level, and the results has been used for calculating area of the inundation. The observed inundation area(21.41 ha) in August, 1998 was in good agreement with the simulated value(23.45 ha) of XPSWMM model. An influence of inundation area considering building effects has been analized by the DTM of XP-SWMM model.
The flood damage shows different types in natural river watershed and in urban drainage watershed. In recent, increasing of the impervious area gives rise to short concentration time and high peak discharge comparing with natural watershed and it is a cause of urban flood damage. In this paper, we use a XP-SWMM model developed based on EPA-SWMM version for analyzing the inundation area, inundation depth and inundation area considering building effect. The two events(2005.06, 2005.07) has been used for the validation of model. HEC-RAS model has been applied for simulation of changing water level, and the results has been used for calculating area of the inundation. The observed inundation area(21.41 ha) in August, 1998 was in good agreement with the simulated value(23.45 ha) of XPSWMM model. An influence of inundation area considering building effects has been analized by the DTM of XP-SWMM model.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구에서는 도시지역에서 발생한 홍수피해의 원인이 배수시설의 부족과 외수위 상승에 의한 내수배제의 원인으로 발생되는 시간별 침수위, 침수범위 등을 모의하였으며, 도시 지역의 토지이용의 많은 부분을 차지하고 있는 건물의 영향을 고려한 침수해석을 수행하여 얻은 결과는 다음과 같다.
본 연구에서는 도시지역에서 배수시설의 부족과 외수위 상승에 의한 내수배제 불량으로 발생되는 홍수피해에 대하여 시간별 침수위, 침수범위 등을 모의하며, 또한 도시지역의 특성상 토지이용의 대부분을 차지하고 있는 건물의 영향을 고려한 침수해석을 수행하고자 한다.
본 연구에서는 침수구역 해석결과를 가시적으로 명확하게 표현하기 위하여 3차원 유역도를 구축하였다. 우선 대상유역의 수치지도로부터 표고값 속성을 가지고 있는 등고선(7111, 7112)과 표고점(7113) 레이어로부터 높이값을 추출하여 불규칙 삼각망(TIN: Triangulate Irregular Network)을 생성하였으며, 이때 유역의 형태를 결정지을 수 있는 도로망과 하천망 레이어는 각각 Hard Break line과 Soft Break Line으로 활용하여 표고값으로만 TIN을 만들었을때 생길 수 있는 실지형을 제대로 반영하지 못하는 점을 보완하였다.
가설 설정
실제의 경우 건물 내부로도 물이 침수될 수 있으나, 본 연구에서는 건물내부로 침수되는 것은 없다고 가정하고 건물영향에 의한 침수구역을 산정한 결과를 표 5에 6시간 간격으로 나누어 건물에 의한 침수구역에 대한 영향을 나타내었으며, 최대 침수구역이 나타난 1998년 8월 12일 08시경에 대하여 건물의 영향을 고려한 경우에 대한 침수구역을 그림 12에 나타냈다. 표 5에서 알 수 있듯이 건물의 영향을 고려하지 않았을 경우의 침수면적은 23.
지표면유출은 유역면적을 광폭으로 보아 수리반경이 수심과 같다는 가정아래 Manning방정식을 사용하여 계산한다.
제안 방법
생성된 불규칙 삼각망(TIN)으로부터 격자 형태의 Grid 자료인 DEM (Digital Elevation Model)으로 변환시켜 수학적 계산을 가능케 하였다. 3차원 입체화 시킨 유역에 건물의 속성값을 입력하기 위해서는 대상지역의 수치지도 레이어중 건물레이어(4112)에서 추출한 폴리선 형식의 건물속성값을 Arcview를 이용하여 폴리건으로 변환하였다. 그림 2는 3차원 유역도에 입력된 2차원 속성치를 나타낸 것이며, 이를 Arcview의 3D Screen 툴을 이용하여 입체적으로 표현하면 그림 3과 같다.
SWMM은 호우에 의한 유출 유량과 수질을 예측하기 위해 강우주상도, 기상학적 입력자료, 소유역이나 관로와 같은 시스템의 특성을 고려하여 실제의 호우사상을 모의한다. XP-SWMM 모형은 기존의 TRANSPORT BLOCK을 확장, 보완하기 위해 수공구조물의 월류, 배수, 압력류 등의 계산이 가능하도록 설계된 EXTRAN BLOCK을 포함시켜 보완시켰다.
대상유역내의 건물의 영향에 의한 침수구역의 변화는 건물이 차지하는 면적에 의해 달라진다. XP-SWMM모형의 DTM(Digital Terrain Model)을 구축하고 건물을 비활성영역으로 선정함으로써 건물의 영향에 대하여 분석할 수 있었다.
XP-SWMM모형의 보정은 대상유역의 최종 배출구 지점(N4)에 유량계를 설치하여 유출량을 실측하였다. 보은읍 하수관망의 최하단 방류구(N4) 지점에서 실측된 2005년 6월 10일, 2005년 7월 28일 강우사상의 유출량을 이용하여 XP-SWMM 모형의 보정과 검정을 수행하였다.
경제발전과 인구증가에 따른 급격한 도시화 현상은 도시지역의 인구밀도를 높이고, 집약적으로 토지를 이용하게 하였다. 도시지역의 침수는 강우 규모가 배수시스템의 용량을 초과하거나, 하천수위 상승으로 관로 내에 역류가 발생함으로써 우수 배제를 제대로 수행하지 못할 경우에 발생하며, 이러한 도시지역의 침수는 비도시 지역에 비하여 공공 기반시설 및 개인재산에 막대한 피해를 일으키게 된다.
78 m를 넘게되면 역류를 차단할 수 있는 장치가 없어 역류가 발생하게 되는 실정이다. 따라서 대상 유역내 침수를 야기시키는 침수량은 외수위의 변동에 따라 그 양이 변화하게 되므로 최종방류구(N4지점)가 위치한 지점에서 적용 호우사상인 1998년 8월 10일의 외수위 변화를 HEC-RAS모형을 이용한 부정류 해석을 통하여 외수위 변화를 모의하고, 외수위 변화와 내수 침수량과의 관계를 모의하였다. 그림 8은 유역의 최종방류구 지점의 부정류 해석을 모의한 수문곡선을 나타내고 있다.
XP-SWMM모형의 보정은 대상유역의 최종 배출구 지점(N4)에 유량계를 설치하여 유출량을 실측하였다. 보은읍 하수관망의 최하단 방류구(N4) 지점에서 실측된 2005년 6월 10일, 2005년 7월 28일 강우사상의 유출량을 이용하여 XP-SWMM 모형의 보정과 검정을 수행하였다.
본 연구에서는 RUNOFF 블록을 이용하여 각 소유역의 강우-유출을 해석하고, EXTRAN 블록을 이용하여 배수시스템에서의 흐름 및 월류되는 유량을 산정하였다.
본 연구의 대상유역인 보은읍의 1998년 8월 10일 강우사상에 의한 침수구역을 모의하기 위하여 검·보정된 XP-SWMM모형의 모의 결과를 이용하여 강우-유출모의를 실시하였다.
생성된 불규칙 삼각망(TIN)으로부터 격자 형태의 Grid 자료인 DEM (Digital Elevation Model)으로 변환시켜 수학적 계산을 가능케 하였다. 3차원 입체화 시킨 유역에 건물의 속성값을 입력하기 위해서는 대상지역의 수치지도 레이어중 건물레이어(4112)에서 추출한 폴리선 형식의 건물속성값을 Arcview를 이용하여 폴리건으로 변환하였다.
본 연구에서는 침수구역 해석결과를 가시적으로 명확하게 표현하기 위하여 3차원 유역도를 구축하였다. 우선 대상유역의 수치지도로부터 표고값 속성을 가지고 있는 등고선(7111, 7112)과 표고점(7113) 레이어로부터 높이값을 추출하여 불규칙 삼각망(TIN: Triangulate Irregular Network)을 생성하였으며, 이때 유역의 형태를 결정지을 수 있는 도로망과 하천망 레이어는 각각 Hard Break line과 Soft Break Line으로 활용하여 표고값으로만 TIN을 만들었을때 생길 수 있는 실지형을 제대로 반영하지 못하는 점을 보완하였다.
대상 데이터
XP-SWMM모형의 가장 기초적 자료인 하수관망도를 구축하기 위하여 하수관망도가 입력되어 있는 1 : 1,000 수치지도로부터 DXF파일 형태의 하수관망도를 추출하여 XP-SWMM모형의 입력자료로 활용하였다. 보은읍의 하수관망도는 그림 4와 같으며, 각 구역별 현황은 표 1과 같으며, 각 소배수구역을 대표하는 멘홀을 편의상 N1~N4, N9~N12로 표기하였다.
연구의 대상유역은 국내의 유역 중 수문자료의 계측기간이 오래되었고, 관리가 비교적 양호한 유역인 국제수문개발계획(IHP)의 대표유역인 보청천 유역을 연구 대상유역으로 선정하였다. 보청천 유역은 금강수계의 동부에 위치하고 있으며 유역면적은 476.
이론/모형
각 시간 간격에서의 유출량은 Manning 식을 이용하여 계산되며, EXTRAN블록에서 배수시스템에서의 절점과 연결관로에서의 입력자료로 사용된다.
성능/효과
(1) 첨두유량과 첨두유량 도달시간은 각각 7.14%와 4.15%의 상대오차로 분석되었으며, 총유출량의 경우 10.5%의 상대오차로 분석결과에서 알 수 있듯이 양호한 모의 결과를 얻을 수 있었다.
(3) 건물의 영향을 고려하지 않았을 경우의 침수면적은 23.45ha이고, 건물의 영향을 고려하였을 경우의 침수면적은 25.34ha로서 건물의 영향을 고려하였을때 침수면적이 8.05% 증가하는 것으로 나타났다. 또한 건물이 침수면적에 미치는 영향은 건물이 차지하는 면적보다 작은 것으로 나타났다.
표 4는 외수위 변화에 따른 1998년 8월 10일 사상의 6시간 간격별 침수현황이다. 그림 10에 침수구역 변화양상을 나타내었고, 가장 침수가 많이 일어난 시간은 8월 12일 08시경인 것으로 나타났는데, 그 결과를 살펴보면 단순히 침수깊이와 침수면적이 비례하는 것이 아닌 유역내 내수배제와 외수위 변화에 따라 침수구역이 나타나고 있음을 알수 있다.
05% 증가하는 것으로 나타났다. 또한 건물이 침수면적에 미치는 영향은 건물이 차지하는 면적보다 작은 것으로 나타났다.
여기서, 건물이 차지하는 면적은 5.34ha이나 건물이 차지하는 면적이 전부 침수면적에 영향을 주는 것이 아니라 각각의 시간에 따른 침수면적과 침수체적과의 관계에 따라 미치는 영향이 다르며, 건물이 침수면적에 미치는 영향은 건물이 차지하는 면적보다 작은 것으로 나타났다.
표 3은 검증사상인 2005년 7월 28일 강우사상에 대한 모의치와 실측치와의 상대오차를 분석한 것으로써, 첨두유량과 첨두유량 도달시간은 각각 7.14%와 4.15%의 상대오차로 분석되었으며, 총유출량의 경우 10.5%의 상대오차로 분석결과에서 알 수 있듯이 양호한 모의 결과를 얻을 수 있었다.
실제의 경우 건물 내부로도 물이 침수될 수 있으나, 본 연구에서는 건물내부로 침수되는 것은 없다고 가정하고 건물영향에 의한 침수구역을 산정한 결과를 표 5에 6시간 간격으로 나누어 건물에 의한 침수구역에 대한 영향을 나타내었으며, 최대 침수구역이 나타난 1998년 8월 12일 08시경에 대하여 건물의 영향을 고려한 경우에 대한 침수구역을 그림 12에 나타냈다. 표 5에서 알 수 있듯이 건물의 영향을 고려하지 않았을 경우의 침수면적은 23.45ha이고, 건물의 영향을 고려하였을 경우의 침수면적은 25.34ha로서 건물의 영향을 고려하였을 때 침수면적이 8.05% 증가하는 것으로 나타났다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
본 연구의 침수해석 결과, 침수실적도와 모의된 침수구역의 분포를 살펴보면 그 양상이 매우 상이한데 그 이유는 무엇인가?
5%가량 과다하게 모의되었다. 침수실적도와 모의된 침수구역의 분포를 살펴보면 그 양상이 매우 상이한데 이는 침수실적도의 제작과정이 침수피해가 발생한 후에 현장조사 및 탐문을 통하여 침수구역을 획일적으로 작성하였기 때문인 것으로 판단된다.
본 연구에서 도시 지역의 토지이용의 많은 부분을 차지하고 있는 건물의 영향을 고려한 침수해석을 수행하여 얻은 결과는 무엇인가?
(1) 첨두유량과 첨두유량 도달시간은 각각 7.14%와 4.15%의 상대오차로 분석되었으며, 총유출량의 경우 10.5%의 상대오차로 분석결과에서 알 수 있듯이 양호한 모의 결과를 얻을 수 있었다.
(2) 1998년의 호우사상에 대하여 주요 시간대별 침수구역을 산정한 결과 1998년 8월 12일 08시경에 최대 침수구역이 나타나는 것으로 분석되었으며, 실측된 침수 실적도의 면적이 21.41ha인 반면에 산정된 침수구역의 면적은 23.45ha로서 9.5%가량 과다하게 모의되었다.
(3) 건물의 영향을 고려하지 않았을 경우의 침수면적은 23.45ha이고, 건물의 영향을 고려하였을 경우의 침수면적은 25.34ha로서 건물의 영향을 고려하였을때 침수면적이 8.05% 증가하는 것으로 나타났다. 또한 건물이 침수면적에 미치는 영향은 건물이 차지하는 면적보다 작은 것으로 나타났다.
SWMM의 특징은 무엇인가?
SWMM은 호우에 의한 유출 유량과 수질을 예측하기 위해 강우주상도, 기상학적 입력자료, 소유역이나 관로와 같은 시스템의 특성을 고려하여 실제의 호우사상을 모의한다. XPSWMM 모형은 기존의 TRANSPORT BLOCK을 확장, 보완하기 위해 수공구조물의 월류, 배수, 압력류 등의 계산이 가능하도록 설계된 EXTRAN BLOCK을 포함시켜 보완시켰다.
Hsu, M.H., S.H. Chen, T.J. Chang (2000) Inundation simulation for urban drainage basin with storm sewer system. Journal of Hydrology, Vol. 234, pp. 21-37
Phillips, B.C, S.Yu, Thompson, G.R. and Silva, N.de. (2005) 1D and 2D Modelling of Urban Drainage Systems using XP-SWMM and TUFLOW. 10th International Conference on Urban Drainage, Copenhagen/Denmark, August 2005, pp. 21-26
Smith, J., Phillips, B.C., S.Yu. (2006) Modelling Overland Flows and Drainage Augmentations in Dubbo. 46th Floodplain Management Authorities Conference, March 2006
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.