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지하저류조 신설에 따른 우수 유출량 저감
Reduction of Rainfall Runoff by Constructing Underground Storage Tank 원문보기

대한토목학회논문집 = Journal of the Korean Society of Civil Engineers, v.33 no.3, 2013년, pp.927 - 935  

송창근 (서울학교 건설환경공학부) ,  서일원 (서울학교 건설환경공학부) ,  정영재 (콜로라도 주립대학교 토목환경공학과)

초록
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본 연구에서는 서울대학교 댐 하류 노천강당 유역과 공대폭포 유역에 지속시간 1시간 50년 빈도 강우에 관한 저수지 홍수추적을 실시하고 지하저류조가 설치되는 경우 다음의 사항에 초점을 맞추어 분석을 수행하였다 (1) 저류조의 저류량; (2) 우수유출량 및 첨두수위의 저감정도; (3) 지체시간 변화; (4) 신설 지하저류조의 유출입부 암거 설계. 노천강당 유역에 $25,000m^3$ 저류조가 설치되는 경우 총 유입량 대비 49.43 %의 저류효과가 발생하고 49.64 %의 첨두 유량 감소효과와 28분의 지체시간 증대효과를 얻을 수 있었으며, 첨두 수위는 $15,000m^3$ 저류조에 비해 35 cm 낮게 나타났다. 기존 저류시설과 신설 지하저류조의 공동 운영을 통해, 홍수 발생 시 댐 유역에서 초과되는 유출량을 탄력적으로 관리할 수 있는 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, reservoir routings for 1 hour-50 year precipitation frequency were carried out at the Engineering Water Fall and the Amphitheater located at the downstream of Seoul National University Dam. Main analysis was focus on the following matters: (1) storage amount by the tank; (2) reduction...

주제어

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문제 정의

  • 우선 첫번째로 지진관측소 하부에 위치한 폭포 저수지가 범람하는 것을 방지하기 위해, 공대폭포 유역에 지하저류조 (UST1)를 신설하는 방안을 검토하였다. 댐에서 공대폭포 유역으로 유출되는 기존 암거를 폐쇄한다고 가정하여 물길을 인위적으로 변화시킨 것에 따른 피해를 줄이고 폭포 저수지로 유입되는 수량을 감소시키고자 하였다. 공대 폭포 옆의 공터에 지하저류조를 건설하는 경우, 댐 유역에서 유출되는 우수를 폭포 저수지와 지하저류조에 적절히 배분하여 관리하는 방안을 설계하였다.
  • 우수 배수 암거의 경우 배제할 수 있는 홍수량을 초과한 유량이 암거로 유입되면 관수로의 흐름이 발생하고 암거에 부압이 작용하여 벽면부에 파손이 일어나 므로 원활하지 못한 방류에 의해 상류부에 수체의 정체현상이 발생하는 등 암거가 가지고 있는 고유의 기능이 발휘되지 못하게 된다. 따라서 본 연구에서는 암거의 단면 설계 시 개수로의 흐름을 유지하도록 하였다. 또한 암거의 경사는 0.
  • 관악산 유역으로부터 캠퍼스로 유입되는 우수 중 댐 유역으로부터 유입되는 우수량이 가장 많으므로 이 유역의 배수 구조를 잘 설계하는 것이 매우 중요하다. 따라서 본 절에서는 신설 지하저류조의 유출입부 암거를 설계하였다. Table 3은 공대폭포 지하저류조로 우수를 유입하기 위해 설치되는 신설암거의 제원 및 특성, 통수되는 우수의 평균유속 및 유량을 나타낸 것이다.
  • 본 연구에서는 2개의 지하저류조 설치를 검토하였다. 우선 첫번째로 지진관측소 하부에 위치한 폭포 저수지가 범람하는 것을 방지하기 위해, 공대폭포 유역에 지하저류조 (UST1)를 신설하는 방안을 검토하였다.
  • 본 연구에서는 가용할 수 있는 자료가 부족하고 모형을 적용하기 힘든 경우 기존의 저수지 추적 이론에 바탕을 둔 해석을 통해 저류조 건설효과를 분석할 수 있는 비교적 간편하면서 단기간에 결과를 도출할 수 있는 방법을 제시하였다. 향후 실시 설계 단계에서는 지하저류조 유입부에서의 접근 수심과 접근 유속에 따른 정밀한 수리 해석, 유수의 강하에 대한 지하저류조의 구조적인 해석, 저류조 유출부 형태에 따른 유출량 해석, 유출입부 관로 및 저류시설 설치 전 후의 관망 해석, 유입량에 따른 암거 내부 및 접합부에서의 흐름 해석 등을 추가적으로 검토해야 할 것으로 판단된다.
  • 관악 캠퍼스 내에 설치되어 있는 집수 및 배수 시설, 우수관 분포 현황을 Figure 1(b)에 모식도로 나타냈다. 본 연구에서는 관악캠퍼스 상류유역 중 우천 시 다량의 우수가 유입되는 댐 하류 노천강당(Amphitheater) 유역과 공대폭포(Engineering Waterfall) 유역을 선정하여 유출량 저감 및 지체시간 확보를 위한 지하저류조의 효과를 분석하였다.
  • 우수저류시설 중 도시유역의 우수배제를 위해 사용되는 저류조는 강우 시 순간 유출량을 감소시켜 홍수기 유출에 의한 저지대 침수를 방지하는 효과가 있다. 본 연구에서는 서울대학교 댐 하류 공대폭포 유역과 노천강당 유역에 지속시간 1시간 50년 빈도 강우에 관한 저수지 홍수추적을 실시하고 치수 목적으로 지하저류조가 설치되는 경우 저류조의 저류량, 우수유출량의 저감정도, 첨두 수위 감소 및 지체시간 확보 등의 효과를 분석하고, 신설 지하저류조의 유출입부 암거를 설계하였다.
  • 1 m3/s로계산되었다. 본 연구에서는 서울대학교 상류에 위치한 관악산의 계곡 경사가 급하고 서울대학교 캠퍼스 내로 유입되는 유달시간이 짧은 특성을 고려하여 지속시간 1시간 50년 빈도 홍수량에 대한 저류조 효과 분석을 수행하였다. 지속시간 1시간 50년 빈도 첨두 홍수량의 경우 공대폭포유역은 15.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
홍수추적이란 무엇인가? 홍수추적(flood routing)은 하천구간이나 저수지를 통하여 이동 하는 물(수문곡선)의 시공간적인 변화(수심 또는 유량)를 저류와 흐름저항을 고려하여 예측하는 수학적 기법이다. 저수지 추적(reservoir routing)은 유입수문곡선, 초기조건, 저수지 특성 및 조작규정이 주어진 조건에서 저수지로부터 방류되는 유출수문곡선을 계산하는 과정이다.
지역 내 저류시설은 어떠한 역할을 하는가? 이 시설은 우수배제를 위한 배수관망 용량을 상향조절하기 어려운 지역에 설치되어 기존 우수 배수시설을 그대로 유지하는 상태에서 우수유출을 저감할 수 있는 장점이 있다. 따라서 지역 내 저류시설은 토지 이용 계획상 우수저류가 가능한 경우에 저류시설로 배치해 유출량을 조절하여 도시지역의 불투수역 증대로 인한 도시형 홍수를 방지하는 역할을 하며 최근 자연 환경 복원을 통한 환경 친화적 기술로 발전하고 있다(Lee, 2005). 우수저류시설 중 도시유역의 우수배제를 위해 사용되는 저류조는 강우 시 순간 유출량을 감소시켜 홍수기 유출에 의한 저지대 침수를 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
기존의 계획빈도를 초과하는 강우와 유출이 발생하는 배경은 무엇인가? 최근 이상기후의 발생과 기상이변 등으로 인해 우리나라의 강수량은 증가하는 추세이나, 강우일수는 급격히 줄어들고, 강우강도는 점점 높아지고 있다 (Green Growth Korea와 Korea Meteorological Administration, 2011). 따라서 기존의 계획빈도를 초과하는 강우와 유출로 인해 많은 인명 피해와 경제적 손실이 발생하고 있다.
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참고문헌 (17)

  1. Chow, V. T. (1959). Open channel hydraulics, McGrow-Hill. 

  2. Eagleson, P. S. (1970). Dynamic hydrology, McGrow-Hill. 

  3. Federal Highway Administration (1985). Hydraulic design of highway culvert. 

  4. Green Growth Korea, and Korea Meteorological Administration (2011). A report on the 2011 anomaly climate, Report 11-1360000- 000705-01, p. 45 (in Korean). 

  5. Kim, Y. J., Han, K. Y., and Cho, W. H. (2010). "Analysis on the effects of flood damage mitigation according to installation of underground storage facility." Journal of Korean Society of Civil Engineers, Vol. 30, No. 1B, pp. 41-51 (in Korean). 

  6. Korea Expressway Corporation (2001). Design of road (II) earthwork and drainage (in Korean). 

  7. KPCC (2009). Precast reinforced concrete box culverts (in Korean). 

  8. Lee, D. J., Yoon, H. S., Sun, S. W., Kwak, S. D., and Lee, D. H. (2004). "Optimal sizing of CSOs storage tank by stormwater simulation modeling(II) - Design of storage tank for first flush." Journal of Korean Society of Environmental Engineers, Vol. 26, No. 3, pp. 370-380 (in Korean). 

  9. Lee, D. K. (2005). Development and application of rainwater collection model by the ground, Master Thesis, Chungnam National University (in Korean). 

  10. Lee, J. H. (2006). A study on the estimation of flood discharge as a result of rainwater storage tank based on Cheonggye-Stream, Master Thesis, University of Seoul (in Korean). 

  11. Lee, J. J., and Kim, H. N. (2008). "Analysis of rainfall runoff reduction effect depending upon the location of detention pond in urban area." Journal of the Korean Society of Civil Engineers, Vol. 28, No. 5B, pp. 535-546 (in Korean). 

  12. Lee, J. J., and Kwak, C. J. (2008). "A development of simplified design method of the detention pond for the reduction of runoff." Journal of Korea Water Resources Association, Vol. 41, No. 7, pp. 693-700 (in Korean). 

  13. Lee, S. H. (2011). Development of commercial program for design of hydraulics in culvert, National Emergency Management Agency (in Korean). 

  14. Ryu, S. H., and Lee, J. H. (2012). "Determination of optimal locations and size of storage in the urban sub-surface using genetic algorithm." Journal of Korean Society of Hazard Mitigation, Vol. 12, No. 3, pp. 285-290 (in Korean). 

  15. Seo, I. W., Kim, Y. O., and Chung, C. K. (2012). A study on the mitigation of flood damage by climate change in Gwanak campus, Seoul National University, Integrated Research Institute of Construction and Environment, Seoul National University (in Korean). 

  16. Wanielista, M. P., and Yousef, Y. A. (1992). Stormwater management, Wiley-Interscience. 

  17. Yoon, Y. J., and Lee, J. C. (2001). "Estimation of the stormwater impoundments volume dependent on the duration of design rainfall." Journal of Korea Water Resources Association, Vol. 34, No. 5, pp. 415-426 (in Korean). 

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