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[국내논문] XP-SWMM 모형을 적용한 도시지역의 침수해석
Flood Inundation Analysis using XP-SWMM Model in Urban Area 원문보기

한국방재학회논문집 = Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation, v.8 no.5, 2008년, pp.155 - 161  

이종형 (공주대학교 건설환경공학부) ,  연기석 (한밭대학교 토목.환경.도시공학부 도시공학)

초록
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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.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

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...

주제어

AI 본문요약
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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.
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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.
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참고문헌 (6)

  1. 이창희 (2005) GIS기반 도시침수해석 통합모형의 개발, 박사학위논문, 경북대학교 

  2. 이창희, 한건연, 최규현 (2006) SWMM을 연계한 DEM기반의 도시침수해석 모형. 한국수자원학회 논문집, 한국수자원학회, 제39권, 제5호, pp. 441-452 

  3. 홍준범, 김병식, 서병하, 김형수 (2006) XP-SWMM을 이용한 도시하천에서의 홍수소통능력 평가. 한국수자원학회 논문집, 한국수자원학회, 제39권, 제2호, pp. 139-150 

  4. 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 

  5. 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 

  6. Smith, J., Phillips, B.C., S.Yu. (2006) Modelling Overland Flows and Drainage Augmentations in Dubbo. 46th Floodplain Management Authorities Conference, March 2006 

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