빗물저류조의 분산배치에 따른 첨두유출 저감효과 분석 - M 마을 사례 - The Effect of Decentralized Rainwater Tank System on the Reduction of Peak Runoff - A Case Study at M Village -원문보기
기후변화로 인한 집중호우와 도시화로 인한 불투수면의 증가는 많은 양의 비를 바로 하수관거로 유출시켜 관거 용량초과로 저지대침수 등의 피해를 일으킨다. 지금까지는 도시의 치수안전도를 높이기 위해 하수관거를 확장하고, 빗물펌프장의 용량을 증대하는 등의 방법을 주로 채택하고 있지만 많은 비용과 시간의 소비를 필요로 하여 현실적으로 불가능에 가깝다. 최근 소방방재청과 수원시는 기존 우수배수 시스템의 한계를 보완하고 대처하기 위한 새로운 대처방안으로 다목적 분산형 빗물관리를 제안하고 있다. 본 연구에서는 수원의 상습침수지역인 M마을을 연구 대상지로하여 XP-SWMM을 이용하여 분산형 빗물저류조 적용에 따른 첨두유출 저감 효과를 확인을 위해 설치 개수, 배치유형(설치위치)을 다르게 하여 집중호우시 치수 안전도에 미치는 영향을 모의하였다. 그 결과 3,000 용량의 빗물저류조 한 개를 설치할 경우 첨두유출이 15.5% 저감되었으며, 500$m^3$ 용량저류조를 6개설치하였을 때는첨두유출이 28%저감되었다. 빗물저류조 배치유형의경우 상류 지역에 가장 비중 있게 설치하고 중류, 하류 순으로 비중을 두어 설치한 형태가 가장 첨두유출 저감효과가 좋았다. 본 연구에서 얻어진 다목적 분산형 빗물관리 시스템의 해석방법은 기후변화에 대비하여 하수관거 용량을 증설하지 않고도 치수 안전도를 증가시킬 수 있는 시스템을 경제적으로 설계하고, 그 효과를 예측하는데 사용될 수 있다.
기후변화로 인한 집중호우와 도시화로 인한 불투수면의 증가는 많은 양의 비를 바로 하수관거로 유출시켜 관거 용량초과로 저지대침수 등의 피해를 일으킨다. 지금까지는 도시의 치수안전도를 높이기 위해 하수관거를 확장하고, 빗물펌프장의 용량을 증대하는 등의 방법을 주로 채택하고 있지만 많은 비용과 시간의 소비를 필요로 하여 현실적으로 불가능에 가깝다. 최근 소방방재청과 수원시는 기존 우수배수 시스템의 한계를 보완하고 대처하기 위한 새로운 대처방안으로 다목적 분산형 빗물관리를 제안하고 있다. 본 연구에서는 수원의 상습침수지역인 M마을을 연구 대상지로하여 XP-SWMM을 이용하여 분산형 빗물저류조 적용에 따른 첨두유출 저감 효과를 확인을 위해 설치 개수, 배치유형(설치위치)을 다르게 하여 집중호우시 치수 안전도에 미치는 영향을 모의하였다. 그 결과 3,000 용량의 빗물저류조 한 개를 설치할 경우 첨두유출이 15.5% 저감되었으며, 500$m^3$ 용량저류조를 6개설치하였을 때는첨두유출이 28%저감되었다. 빗물저류조 배치유형의경우 상류 지역에 가장 비중 있게 설치하고 중류, 하류 순으로 비중을 두어 설치한 형태가 가장 첨두유출 저감효과가 좋았다. 본 연구에서 얻어진 다목적 분산형 빗물관리 시스템의 해석방법은 기후변화에 대비하여 하수관거 용량을 증설하지 않고도 치수 안전도를 증가시킬 수 있는 시스템을 경제적으로 설계하고, 그 효과를 예측하는데 사용될 수 있다.
Recently climate change and increase of surface runoff caused the urban flooding. Traditional way of dealing with urban flooding has been to increase the sewer capacity or construction of pumping stations, however, it is practically almost impossible because of time, money and traffic problems. Mult...
Recently climate change and increase of surface runoff caused the urban flooding. Traditional way of dealing with urban flooding has been to increase the sewer capacity or construction of pumping stations, however, it is practically almost impossible because of time, money and traffic problems. Multipurpose DRMS (Decentralized Rainwater Management System) is a new paradigm proposed and recommended by NEMA (National Emergency Management Agency) for both flood control and water conservation. Suwon City has already enacted the ordinance on sound water cycle management by DRMS. In this study, a flood prone area in Suwon is selected and analysis of DRMS has been made using XP-SWMM for different scenarios of RT installation with same total rainwater tank volume and location. Installing one rainwater tank of 3,000$m^3$ can reduce the peak flow rate by 15.5%. Installing six rainwater tanks of 500$m^3$ volume in the area can reduce the peak flow rate by 28%. Three tanks which is concentrated in the middle region can reduce peak rate more than evenly distributed tanks. The method and results found from this study can be used for the design and performance prediction of DRMS at a flood prone area by supplementing the existing sewer system without increase of the sewer capacity.
Recently climate change and increase of surface runoff caused the urban flooding. Traditional way of dealing with urban flooding has been to increase the sewer capacity or construction of pumping stations, however, it is practically almost impossible because of time, money and traffic problems. Multipurpose DRMS (Decentralized Rainwater Management System) is a new paradigm proposed and recommended by NEMA (National Emergency Management Agency) for both flood control and water conservation. Suwon City has already enacted the ordinance on sound water cycle management by DRMS. In this study, a flood prone area in Suwon is selected and analysis of DRMS has been made using XP-SWMM for different scenarios of RT installation with same total rainwater tank volume and location. Installing one rainwater tank of 3,000$m^3$ can reduce the peak flow rate by 15.5%. Installing six rainwater tanks of 500$m^3$ volume in the area can reduce the peak flow rate by 28%. Three tanks which is concentrated in the middle region can reduce peak rate more than evenly distributed tanks. The method and results found from this study can be used for the design and performance prediction of DRMS at a flood prone area by supplementing the existing sewer system without increase of the sewer capacity.
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문제 정의
본 연구는 분산형 빗물저류조의 설치 시 개소수와 배치 유형이 유역 하류의 첨두유출량에 미치는 영향을 분석하였다. 수원시 M 마을을 대상으로 2000년 7월 실강우를 적용한 유출모의와 침수 피해 자료를 이용한 보정 후, 분산형 빗물저류조의 설치효과를 분석한 결과는 다음과 같다.
최근 소방방재청과 수원시는 기존 우수배수 시스템의 한계를 보완하고 대처하기 위한 새로운 대처방안으로 다목적 분산형 빗물관리를 제안하고 있다. 본 연구에서는 수원의 상습침수 지역인 M마을을 연구 대상지로 하여 XP-SWMM을 이용하여 분산형 빗물저류조 적용에 따른 첨두유출 저감 효과를 확인을 위해 설치 개수, 배치유형(설치위치)을 다르게 하여 집중호우 시 치수 안전도에 미치는 영향을 모의하였다. 그 결과 3,000 m3 용량의 빗물저류조 한 개를 설치할 경우 첨두유출이 15.
빗물저류조 배치유형(위치)에 따른 첨두유출 저감 효과에 대해서 모의하였다. 이를 위하여 M마을을 상류, 중류, 하류 크게 세 지역으로 구분을 하였으며(Fig.
가설 설정
1 (m3/m2)을 곱하면 저류조의 용량은 약 2,850 m3로 산출된다. 본 연구에서는 저류조 개수별, 위치별 모의 시 각 소유역에 저류조 용량의 분배에 용이하게 할 수 있도록 저류조 용량을 3,000 m3으로 가정하였다.
제안 방법
따라서 본 연구에서는 윈도우 기반의 SWMM인 XPSWMM을 이용하여 수원의 상습침수 지역인 M마을을 연구 대상지로 하여 1) 빗물저류조의 설치 개수가 첨두유출저감에 미치는 영향과, 2) 첨두유출 저감 효과 향상을 위한 분산형 빗물저류조의 배치유형 또는 설치위치에 따른 효과를 알아보았다.
7). 그 결과를 실제 침수피해가 발생한 지역을 비교하여 모델을 보정하였다.
다음으로, 구축된 자료를 기반으로 한 수문모의에는 XPSWMM을 이용하였다. XP-SWMM은 미국 EPA의 SWMM (Storm Water Management Model) 모형(Huber and Dickinson, 1988)을 기반으로 하는 윈도우용 하수 및 우수 관망 해석 전용 프로그램이다.
대상지역인 M마을은 합류식 하수관거가 설치 된 지역으로, 유출특성을 파악하기 위해 관망의 통수능을 검토하였다. 이를 위해 M마을의 하수관망을 GIS 자료로부터 SWMM 모의를 위해 Fig.
이는 우리나라 도시지역의 수문 모의를 위한 입력 자료를 추출하고 관리하는데 용이하여 많이 사용되고 있다. 따라서 본 연구에서도 ArcGIS 프로그램을 이용하여 토지피복, 하수관망도 등의 GIS 자료로부터 모의에 필요한 입력 자료를 추출하였다.
5와 같다. 또한, 각 조건에서 빗물저류조는 기존의 배수시스템에서 침수피해가 큰 지역에 우선으로 하여 배치하였다.
본 연구에서의 분산형 빗물저류시설의 첨두유출 저감 효과 평가는 크게 입력자료 구축과 구축된 자료를 기반으로 한 수문모의로 이루어진다.
분산형의 효과를 알아보기 위하여 빗물저류조의 개수에 따른 첨두유출 저감 효과를 분석하였다. 빗물저류조의 총 용량은 3,000 m3으로서 위의 단일 빗물저류시설의 용량과 같다.
앞서 제시된 주요 입력 자료를 바탕으로 XP-SWMM의 모의를 수행하였다. 우선 M마을의 기존 배수시스템의 유출해석을 통하여 유역 내 침수발생 지역을 확인하였다 (Fig.
앞서 제시된 주요 입력 자료를 바탕으로 XP-SWMM의 모의를 수행하였다. 우선 M마을의 기존 배수시스템의 유출해석을 통하여 유역 내 침수발생 지역을 확인하였다 (Fig. 7). 그 결과를 실제 침수피해가 발생한 지역을 비교하여 모델을 보정하였다.
빗물저류조 배치유형(위치)에 따른 첨두유출 저감 효과에 대해서 모의하였다. 이를 위하여 M마을을 상류, 중류, 하류 크게 세 지역으로 구분을 하였으며(Fig. 6), 유역의 빗물저류조의 총 개수는 3개로 고정하였다. Case 1〜3까지는 단순히 상류, 중류, 하류 한 지역에 3,000 m3의 빗물저류조를 배치를 하였으며, Case 4는 상류, 중류, 하류에 1,000 m 3씩 배치를 하였다.
대상 데이터
대상지역인 M마을은 수원시에 속하며 인근에 원천리천이 흐르고 있다(Fig. 2). 지역의 면적은 약 0.
대상지역인 M마을의 전체 지붕면적은 약 0.029 km2이며, 여기에 유출저감뿐 아니라 이후 이용까지 생각하여 저류조 용량 산정계수 0.1 (m3/m2)을 곱하면 저류조의 용량은 약 2,850 m3로 산출된다. 본 연구에서는 저류조 개수별, 위치별 모의 시 각 소유역에 저류조 용량의 분배에 용이하게 할 수 있도록 저류조 용량을 3,000 m3으로 가정하였다.
4와 같다. 유출량 분석지점은 토구 전 관거 (L15)로 선정하였으며, 2000년 7월 22일 수원시 침수피해 자료를 바탕으로 2000년 7월 22일 실강우에 대한 M마을 배수시스템을 보정하였다.
대상지역인 M마을은 합류식 하수관거가 설치 된 지역으로, 유출특성을 파악하기 위해 관망의 통수능을 검토하였다. 이를 위해 M마을의 하수관망을 GIS 자료로부터 SWMM 모의를 위해 Fig. 3과 같이 모델을 구축하였으며, 모의를 위해 사용한 강우는 M 마을에 큰 홍수피해를 입힌 2000년 7월 22일의 실강우를 적용하였으며 이날 총 강우량은 322.2 mm으로 약 20년 빈도의 강우였으며, 시간최대강우량은 92.5 mm으로 약 200년 빈도였다. 강우 분포 그래프는 Fig.
침수 발생지역은 2000년 7월 침수피해 발생 당시 수원시에 접수된 침수피해민원을 바탕으로 정리하였으며 구체적인 위치는 Fig. 8과 같다. 이때 침수지역이 일부는 누락이 되어 확인이 불가능한 곳도 있었으나, 확인된 실제 침수지역과 모의 결과 나타난 침수지역이 대체로 일치하는 것을 확인하였다.
이론/모형
연구대상지역에 설치할 빗물저류조(Rainwater Tank, RT) 용량은 대상지역의 건축물 면적을 고려하여 산정하였으며, Eq. (1)의 방법으로 계산하였다(국토해양부, 2009).
먼저, 입력자료 구축에는 실무에서 주로 이용되고 있는 ESRI사의 ArcGIS 프로그램을 사용하였다(문창건 등, 2009). 이는 우리나라 도시지역의 수문 모의를 위한 입력 자료를 추출하고 관리하는데 용이하여 많이 사용되고 있다.
성능/효과
1) 3,000 m3 용량의 빗물저류조 1개를 설치하였을 때는 기존 시스템에 비해 첨두유출량이 15.5% 감소되고, 가장 저감효과가 큰 것은 500 m3 용량의 빗물저류조 6개를 설치한 경우로서 기존시스템 대비 28% 첨두 유출이 저감되었다.
2) 빗물저류조의 배치유형에 따라 첨두유출량에 영향을 미치며 가장 효과가 큰 것은 상류중심 중류형으로서 기존의 시스템 대비 약 22%의 첨두유출이 저감되었다. 이러한 결과를 통해 같은 용량과 개수의 빗물저류조 설치 시에도 시설 용량의 분배 및 설치 위치의 최적화를 통해 효과를 높일 수 있음을 알 수 있다.
9%의 첨두유출 저감 효과가 있었다. M마을의 경우는 상류중심 중류형으로 빗물저류조를 적용하였을 때 침수안전도 향상에 가장 큰 효과를 얻을 수 있는 것으로 나타났다. 즉 빗물저류시설의 설치 위치의 변화는 유역 하부의 유출량에 영향을 미치며 유역의 특징을 고려하여 빗물저류조 용량 분배에 가중을 두어 적용한 경우에 첨두유출 저감 효과를 더 높일 수 있음을 알 수 있다(Table 5).
그 결과 3,000 m3 용량의 빗물저류조 한 개를 설치할 경우 첨두유출이 15.5% 저감되었으며, 500 m3 용량 저류조를 6개 설치하였을 때는 첨두유출이 28% 저감되었다.
따라서 빗물저류조를 설치하면 첨두유출량을 줄일 수 있으며, 여러 개의 빗물저류조를 분산 배치하면 첨두유출량을 더 줄일 수 있다는 경향을 확인할 수 있었다. 기존의 도심지역에서 작은 저류조를 설치할 부지나 장소를 만드는 것은 큰 저류조를 설치할 장소를 만드는 것보다 비용과 효용성 면에서 훨씬 더 현실적이다.
5% 저감되었으며, 500 m3 용량 저류조를 6개 설치하였을 때는 첨두유출이 28% 저감되었다. 빗물저류조 배치유형의 경우 상류 지역에 가장 비중 있게 설치하고 중류, 하류 순으로 비중을 두어 설치한 형태가 가장 첨두유출 저감효과가 좋았다. 본 연구에서 얻어진 다목적 분산형 빗물관리 시스템의 해석방법은 기후변화에 대비하여 하수관거 용량을 증설하지 않고도 치수 안전도를 증가시킬 수 있는 시스템을 경제적으로 설계하고, 그 효과를 예측하는데 사용될 수 있다.
8과 같다. 이때 침수지역이 일부는 누락이 되어 확인이 불가능한 곳도 있었으나, 확인된 실제 침수지역과 모의 결과 나타난 침수지역이 대체로 일치하는 것을 확인하였다.
2) 빗물저류조의 배치유형에 따라 첨두유출량에 영향을 미치며 가장 효과가 큰 것은 상류중심 중류형으로서 기존의 시스템 대비 약 22%의 첨두유출이 저감되었다. 이러한 결과를 통해 같은 용량과 개수의 빗물저류조 설치 시에도 시설 용량의 분배 및 설치 위치의 최적화를 통해 효과를 높일 수 있음을 알 수 있다.
후속연구
빗물저류조 배치유형의 경우 상류 지역에 가장 비중 있게 설치하고 중류, 하류 순으로 비중을 두어 설치한 형태가 가장 첨두유출 저감효과가 좋았다. 본 연구에서 얻어진 다목적 분산형 빗물관리 시스템의 해석방법은 기후변화에 대비하여 하수관거 용량을 증설하지 않고도 치수 안전도를 증가시킬 수 있는 시스템을 경제적으로 설계하고, 그 효과를 예측하는데 사용될 수 있다.
작은 유역면적에서 모은 빗물은 약간의 처리를 거쳐 생활용수나 조경용수로 사용하는 이수와 치수를 고려한 다목적의 빗물관리가 가능하다. 본 연구에서 얻어진 방법과 결과는 더욱 안전하고 지속가능한 도심지내의 침수방지 시설을 설계하고, 그 효과를 예측하는데 사용될 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
분산형 빗물관리의 목적은?
기존의 집중형 빗물 관리의 유일한 목적은 홍수방지인데 반하여, 분산형 빗물관리는 홍수방지 뿐 아니라 약간의 처리를 거치면 생활용수, 비상용수, 소방용수, 조경용수 등으로 이용하는 등 다목적으로 사용이 가능하다.
분산형 빗물관리란?
최근 소방방재청(2009)과 수원시(2009b)는 기존 우수 배수 시스템의 한계를 보완하기 위한 새로운 대처방안으로 다목적 분산형 빗물관리를 제안하고 있다. 분산형 빗물관리(Decentralized Rainwater Management System, DRMS)란 유역의 하류부분의 빗물 펌프장 등에서 집중적으로 빗물을 관리하는 기존의 시스템에서 벗어나 유역 내 여러 곳에 소규모 빗물저류조를 설치하여 각 소유역 별로 빗물을 관리하는 것을 말한다. Fig.
분산형 빗물관리의 이점은?
분산형 빗물관리는 수질과 에너지 측면에서 많은 이점이 있다. 즉, 분산형에서는 빗물을 떨어진 곳 근처에서 짧은 경로를 통하여 모으므로 수질이 비교적 깨끗 하다. 반면에 집중형에서는 빗물을 긴 경로를 통해 모으므로 많은 오염물질이 함유하게 되어 수질이 나쁘게 되어 빗물의 활용에 제한은 받는다.
서울시(2010). "침수피해 중소상공인에게 100억 원 저리 대출." 2010년 9월 23일, 서울시 경제진흥본부 보도자료.
소방방재청(2009). 우수유출저감시설 설치사업 설명자료
수원시(2009a). 먼내배수펌프장 설명자료
수원시(2009b). 수원시 물순환 관리에 관한 조례
수원시(2009c). 자연재난으로 인한 최근 4년간 피해현황자료
현경학, 안성식, 최정주, 정경영, 김성용, 박종배(2006). "공동주택단지 분산식 빗물관리시설의 적용 효과." 주택도시, 주택도시연구원, 제90권, 제9호, pp. 156-163.
Pomeroy, C. A., Postel, N. A., O'Neill, P. A., and Roesner, L. A. (2008). "Development of Storm-Water Management Design Criteria to Maintain Geomorphic Stability in Kansas City Metropolitan Area Streams." Journal of Irrigation and Drainage Engineering, EWRI, Volume 134, Issue 5, pp. 562-566.
Luk, G.K. (1999). "Evaluation of Dual-purpose Detention Pond Designs with the Stormwater Management Model (SWMM)", Canadian Water Resources Journal, CWRA, Vol. 24, Issue 4, pp. 331-342.
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