[논문]포아송 클러스터 강우 생성 모형을 이용한 도시 홍수 해석

박현진; 양정석; 한재문; 김동균

doi:10.3741/jkwra.2015.48.9.729

[국내논문] 포아송 클러스터 강우 생성 모형을 이용한 도시 홍수 해석
Application of the Poisson Cluster Rainfall Generation Model to the Urban Flood Analysis 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.48 no.9, 2015년, pp.729 - 741

박현진 (홍익대학교 대학원 토목공학과) , 양정석 (국민대학교 공과대학 건설시스템공학부) , 한재문 (홍익대학교 대학원 토목공학과) , 김동균 (홍익대학교 공과대학 토목공학과)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 포아송 클러스터 강우생성모형의 일종인 Modified Bartlett-Lewis Rectangular Pulse (MBLRP) 강우생성 모형의 도시홍수 모의에 있어 적용성을 살펴보았다. 이를 위하여 서울 홍제천 유역의 남가좌 배수분구에 대하여 2차원 관망-지표면 홍수 모의프로그램인 XP-SWMM 모형을 구축하고, MBLRP 모형을 사용하여 생성된 200년 길이의 가상 강우 시계열을 입력 강우자료로 하여 홍수량, 침수면적을 산정하고 이를 설계 강우에 근거하여 산출된 값들과 비교하였다. 비교 결과, MBLRP 모형을 사용하여 산출된 홍수량 및 침수면적은 설계 강우에 근거한 값들과 비교하였을 때 다소 작은 값을 가졌고, 과소산 정의 정도는 8% (5년빈도)에서 34% (200년빈도)의 값을 가졌으며, 설계 강우의 재현기간에 따라 과소 산정의 정도는 증가하였다. 본 연구의 결과는 도시유역에서의 홍수 모의에 있어 몬테카를로 분석을 통한 침수관련 변수들의 불확실성을 정량적으로 표현할 수 있는 방법론을 제시하고 그 적용성 및 한계점을 제시했다는 점에서 그 의미를 찾을 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study examined the applicability of MBLRP (Modified Bartlett-Lewis Rectangular Pulse) rainfall generation model for an urban flood simulation which is a type of Poisson cluster rainfall generation model. This study constructed XP-SWMM model for Namgajwa area of Hongjecheon basin, which is a two-dimensional pipe network-surface flood simulation program and computed a flood discharge and a flooded area with input data of synthetic rainfall time series of 200 years that were generated by the MBLRP model. This study compared the data of flood with synthetic rainfall and flood with corresponding values which were based on design rainfall. The results showed that the flooded area computed with MBLRP model was somewhat smaller than the corresponding values on the basis of the design. A degree of underestimation was from 8% (5 year) to 34% (200 year) and the degree of underestimation increased as a return period increased. This study is meaningful in that it proposes methodology that enables quantifiability of uncertain variables which are related to a flooding through Monte Carlo analysis of urban flooding simulation and applicability and limitations thereof.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

비교를 위한 대조군으로는 서울 지역 IDF 곡선에서 산정된 설계강우에 근거한 침수면적을 사용하였고, 관측 침수자료를 활용하지는 않았다. 따라서 본 연구는 관측강우가 아닌 설계강우에 의한 침수면적과 그 불확실성을 산정하기 위한 MBLRP 모형의 적용성을 판단하는데 초점을 맞추고 있다.
본 연구는 MBRLP 모형을 강우자료 활용하여 얻은 침수면적의 적용성을 검토하기 위한 대조군으로 설계강우에 근거하여 얻은 침수면적을 사용하였다. 따라서 재현기간 5, 10, 20, 50, 100, 200년 빈도의 설계강우를 지속시간 90분에 대하여 산정하였다.
본 연구는 단일 설계 강우사상으로는 산정할 수 없는 침수면적의 불확실성을 산정하기 위하여 MBLRP 모형을 적용하는 경우, 발생할 수 있는 편차를 정량화 할 수 있다는 점에서 큰 의미를 찾을 수 있다.
본 연구는 포아송 클러스터 강우생성모형의 도시홍수에의 적용성을 평가하기 위해 포아송 클러스터 기반의 강우생성모형의 일종인 MBLRP 모형으로부터 생성한 가상 강우와 5, 10, 20, 50, 100, 200년 빈도 설계 강우의 침수면적을 비교하였다. 가상강우에 의한 침수면적은 설계 강우에 의한 침수면적에 비해 항상 과소산정 되었으며, 그 차이는 설계 강우의 시간해상도에 따라 5년 빈도 침수면적의 차이는 5.
연구의 목적은 포아송 클러스터 강우생성 모형을 도시 홍수모의의 입력 자료로 적용하여 침수면적의 불확실성을 산정하는 데 있어서의 적용성을 평가하는 것이다. 이를 위하여 본 연구에서는 Dual-Drainage 모형을 구현한 범용 소프트웨어인 XP-SWMM을 사용하여 서울 서대문구의 남가좌 1분구에 대하여 XP-SWMM 모형을 구축하고, 모형의 강우 입력 자료로 포아송 클러스터 강우생성 모형의 일종인 MBLRP 모형(Rodriguez-Iturbe, 1988)으로 생성한 가상강우를 사용하여 침수면적을 산정하였다.
, 1988)을 도시홍수 모의에 적용하였다. 특히 본 연구는 MBLRP 모형을 도시 유역의 침수면적과 그 불확실성을 산정하는데 활용하는 경우 설계강우에 근거한 침수면적과 비교하였을 때 어느 정도의 편차가 발생하는지를 살펴보는데 초점을 맞추었다. 포아송 강우생성 모형을 활용하여 외수침수, 가뭄, 농약 및 오염물 확산 등의 연구에 활용한 선행연구는 존재하지만, Dual Drainage 모형을 활용한 도시유역에서의 침수모의를 다룬 연구는 발견되지 않았다.

가설 설정

, 1988) 모형을 사용하였다. Modified Bartlett-Lewis Rectangular Pulse (MBLRP) 모형은 무작위적으로 결정되는 강우강도와 지속시간을 가진 강우세포를 포함한 폭풍우가 포아송 절차에 의해 도착한다는 가정 하에 가상의 강우 시계열을 생성한다(Fig. 6). MBLRP 모형에 대한 자세한 설명은 Kim et al.
면적가중평균법을 사용하여 Table 1의 기준을 바탕으로 소유역별 유출곡선지수를 산정하였고, 토양형과 토지피복 분류로 구분한 남가좌 1분구의 면적비율은 Table 2와 같다. 각 소유역에서의 유량 추적은 저류 효과가 미비하다는 가정 하에 시간-면적기법을 사용하여 산출한 단위유량도 기법을 활용하였다.

제안 방법

5 m 이상인 472개의 관로와 481개의 맨홀을 사용하여 모형을 구축하였다. 481개의 맨홀 중 홍제천과 접하는 17개의 맨홀은 자유 방류구로 지정하였으며, 10 m 해상도의 수치표고지도(Digital Elevation Model), 하수관망도 및 도로와 건물의 배치를 고려하여 맨홀의 위치를 배수구로 하는 78개의 소유역으로 구분하였다 (Fig. 2).
본 연구는 MBRLP 모형을 강우자료 활용하여 얻은 침수면적의 적용성을 검토하기 위한 대조군으로 설계강우에 근거하여 얻은 침수면적을 사용하였다. 따라서 재현기간 5, 10, 20, 50, 100, 200년 빈도의 설계강우를 지속시간 90분에 대하여 산정하였다. 여기에서 지속기간 90분은 유역의 집중시간과 동일한 값인데, 이는 유역 모형에 시간에 대하여 균등한 강도를 가진 강우량을 적용하고 유역의 최하 단에 위치한 관로에서의 유량의 첨두 시간 값을 측정하여 산정하였다.
본 연구는 5 cm 이하의 침수가 일어난 지역은 홍수 시큰 재산과 인명의 피해를 일으키지 않는다는 가정 하에, 침수가 발생한 기준을 5 cm 이상(발목 위), 10 cm 이상(정강이 위), 30 cm(무릎 위) 이상으로 한정한 후, 각각의 경우 MBLRP 모형이 설계 강우에 근거한 값과 비교하여 어느 정도의 편차를 보이는지 분석하였다. Fig.
본 연구는 연 강우의 60∼70%가 집중되는 6, 7, 8, 9월에 발생한 4개월간의 강우자료를 강우 사상별로 분리하지 않고 연속모의를 실시하였다.
6%가 불투수율이 높은 도로, 상업지, 주택지인 시가지로 구성되어 있다. 본 연구는 토지이용 별 불투수 포장비율에 면적 가중치를 주어 각 소유역의 불투수 면적비율을 계산하였다 (Fig. 5).
본 연구에서는 서울시에서 제공한 우수관망도 GIS 자료를 활용하여 관망정보를 모형에 입력하였다. 관망 정보 입력 시 0.
따라서 재현기간 5, 10, 20, 50, 100, 200년 빈도의 설계강우를 지속시간 90분에 대하여 산정하였다. 여기에서 지속기간 90분은 유역의 집중시간과 동일한 값인데, 이는 유역 모형에 시간에 대하여 균등한 강도를 가진 강우량을 적용하고 유역의 최하 단에 위치한 관로에서의 유량의 첨두 시간 값을 측정하여 산정하였다. 설계강우를 산정하기 위한 남가좌 1분구의 IDF 곡선은 국토교통부에서 제공하는 한국 확률강우량 정보(http://211.
우선적으로 주목할 점은 대조군으로 활용된 설계강우에 의한 침수면적이 설계강우의 시간해상도에 따라 다소 차이를 보였다는 점으로, 5년 빈도 침수면적의 경우 3%, 100년 빈도 침수면적의 경우 5%, 200년 빈도 침수면적의 경우 22% 내외로 시간해상도가 10분인 설계강우에 근거한 침수면적이 시간해상도가 30분인 설계강우에 근거한 침수면적 보다 컸다. 이는 강우자료의 시간해상도가 줄어들수록 강우자료가 고려할 수 있는 강우의 시간적인 변동성이 줄어들기 때문이며(Marani et al., 1997), 이로 인한 오차를 가장 덜 포함한 결과인 10분의 시간 해상도를 가진 설계강우에 의한 침수면적이 대조군으로서 가장 적합하나, 10분 내외의 시간해상도를 가진 정확한 강우자료는 획득하기 힘든 경우가 많으므로 참조를 위한 대조군으로 설정 하였다. 이와 아울러, 본 연구에 활용한 MBLRP 모형을 비롯한 대부분의 포아송 클러스터 모형은 1시간 이내의 시간 해상도에서 통계 값의 재현능력이 떨어지므로(Onof et al.
이 모수들은 관측 강우시계열과 가상으로 생성된 강우시계열의의 통계 값인 평균, 분산, 자기상관계수, 무강우확률이 유사해질 수 있도록 교정과정을 거쳐 산정되는데 앞서 언급된 가상강우 시계열의 통계 값들을 나타내는 수식이 극도로 복잡하기 때문에 경험적 최적화 알고리즘(Heuristic Optimization Algorithm)의 사용이 필수적이며, 이러한 이유로 그 사용이 제한되어 왔다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 Kim and Olivera (2012)는 각 강우관측지점에서 최적화 알고리즘을 활용하여 산정된 모수를 공간적으로 보간 한 월별 모수지도를 작성하는 방법을 제안하였으며, 본 연구는 우리나라에 대하여 산정된 모수지도(Kim et al., 2014)에서 읽은 모수들을 사용하여 가상의 강우를 생성하였다. Table 3에 본 연구의 대상 유역에 대하여 읽은 각 달의 모수의 값을 나타내었다.
, 1997), 이로 인한 오차를 가장 덜 포함한 결과인 10분의 시간 해상도를 가진 설계강우에 의한 침수면적이 대조군으로서 가장 적합하나, 10분 내외의 시간해상도를 가진 정확한 강우자료는 획득하기 힘든 경우가 많으므로 참조를 위한 대조군으로 설정 하였다. 이와 아울러, 본 연구에 활용한 MBLRP 모형을 비롯한 대부분의 포아송 클러스터 모형은 1시간 이내의 시간 해상도에서 통계 값의 재현능력이 떨어지므로(Onof et al., 2000), 본 연구에서는 가상강우 생성에 있어 1시간의 시간 해상도를 사용하였다. 따라서 100년 빈도를 초과하는 침수면적의 재현에 있어서 본 연구에서 활용한 MBLRP 모형의 사용은 모형 자체의 가정으로 인하여 발생하는 오차와 아울러 낮은 시간해상도의 사용으로 인한 오차가 상당부분 발생할 수 있음을 유념하여야 할 것이다.
XP-SWMM은 각 소유역의 지형적 특성을 고려하여 지표면과 관망의 흐름을 모의할 수 있다. 지표면에 내린 강우량은 침투량, 증발량, 직접 유출량으로 나누어지고, 소유역의 토양 종류에 따른 유출곡선지수(Curve Number), 면적, 불투수 면적비율, 일 증발량 등의 수문인자에 근거하여 각 소유역의 맨홀로 유입되는 유출수문곡선을 계산한다.

대상 데이터

본 연구에서는 서울시에서 제공한 우수관망도 GIS 자료를 활용하여 관망정보를 모형에 입력하였다. 관망 정보 입력 시 0.5 m 이하의 작은 직경의 관에 대해 1차원 관수로 흐름 모의 시 수치진동이 발생하여 결과의 신뢰성을 확보할 수 없기 때문에(Lee et al., 2013), 직경이 0.5 m 이상인 472개의 관로와 481개의 맨홀을 사용하여 모형을 구축하였다. 481개의 맨홀 중 홍제천과 접하는 17개의 맨홀은 자유 방류구로 지정하였으며, 10 m 해상도의 수치표고지도(Digital Elevation Model), 하수관망도 및 도로와 건물의 배치를 고려하여 맨홀의 위치를 배수구로 하는 78개의 소유역으로 구분하였다 (Fig.
본 연구는 1시간의 시간해상도를 가진 200년 치(총 4 × 200년/달=800달)의 가상강우를 생성하였다.
는 재현빈도(Recurrence Interval)를 의미하고, i는 연도별 최대 침수면적을 오름차순으로 정렬하였을 때, 각 침수면적의 순위이다. 본 연구에서는 5, 10, 20, 50, 100년의 재현빈도를 가진 연 최대 침수면적을 사용하였다. Table 4에 가상강우와 설계강우에 의하여 산정된 재현빈도별 침수면적을 제시하였다.
이를 위하여 본 연구에서는 Dual-Drainage 모형을 구현한 범용 소프트웨어인 XP-SWMM을 사용하여 서울 서대문구의 남가좌 1분구에 대하여 XP-SWMM 모형을 구축하고, 모형의 강우 입력 자료로 포아송 클러스터 강우생성 모형의 일종인 MBLRP 모형(Rodriguez-Iturbe, 1988)으로 생성한 가상강우를 사용하여 침수면적을 산정하였다. 비교를 위한 대조군으로는 서울 지역 IDF 곡선에서 산정된 설계강우에 근거한 침수면적을 사용하였고, 관측 침수자료를 활용하지는 않았다. 따라서 본 연구는 관측강우가 아닌 설계강우에 의한 침수면적과 그 불확실성을 산정하기 위한 MBLRP 모형의 적용성을 판단하는데 초점을 맞추고 있다.
서울시 서대문구, 종로구, 마포구, 은평구에 걸쳐 위치하여 있는 홍제천 유역 중 서울시 서대문구의 남가좌 1분구를 연구 대상 유역으로 선정하였다. 홍제천 유역은 하수도 기본계획에 따라 구기, 남가좌1, 남가좌2, 평창, 부암, 홍은1, 홍은2, 홍제분구로 분류되며(Fig.
여기에서 지속기간 90분은 유역의 집중시간과 동일한 값인데, 이는 유역 모형에 시간에 대하여 균등한 강도를 가진 강우량을 적용하고 유역의 최하 단에 위치한 관로에서의 유량의 첨두 시간 값을 측정하여 산정하였다. 설계강우를 산정하기 위한 남가좌 1분구의 IDF 곡선은 국토교통부에서 제공하는 한국 확률강우량 정보(http://211.205.94.67/)를 통해 서울지역의 자료를 얻었다. 각 재현기간 별 설계 강우량은 교호블록법을 사용하여 10분의 시간해상도를 갖도록 작성하였다(Fig.
연속모의를 위한 일 증발량은 기상청의 평년값 자료(30년)를 활용하여 6∼9월의 총 증발량 480.6 mm를 총 일수 122일로 나눈 3.93 mm를 사용하였다.

이론/모형

각 소유역의 유출곡선지수를 산정하기 위하여 흙토람에서 제공한 정밀토양도와 서울시에서 제공하는 도시생태현황도의 토지피복도를 활용하였다. Fig.
67/)를 통해 서울지역의 자료를 얻었다. 각 재현기간 별 설계 강우량은 교호블록법을 사용하여 10분의 시간해상도를 갖도록 작성하였다(Fig. 7).
이러한 몬테카를로 모의를 위해서는 오랜 기간에 걸쳐 관측된 강우자료가 가장 이상적인 입력 자료로 활용될 수 있겠지만, 통계적으로 의미 있는 결과를 도출하기 위하여 최소한 100년 치 이상의 시뮬레이션이 통상적으로 필요하다는 점을 고려했을 때, 이러한 길이를 초과하는 관측 강우자료를 확보하는 것은 불가능에 가깝다. 따라서 관측강우자료를 대체하기 위하여 관측강우와 통계적 특성이 유사한 가상의 강우를 생성하는 추계학적 강우생성모형(Burton et al., 2008; Kim et al., 2013a)이 활용된다.
본 연구는 강우로부터 침수면적을 유도하기 위하여 범용 소프트웨어인 XP-SWMM을 활용하였다(Phillips et al., 2005; Lee and Yeon, 2008). XP-SWMM은 모의하고자 하는 지역을 맨홀의 위치에 따라 다수의 소유역으로 분할하고, 각 소유역에서 발생한 유출량(RUNOFF 블록)을 관망 네트워크를 따라 동수역학 방정식과 연속방정식을 사용하여 추적하는 1차원 관망모델링 시스템(EXTRAN 블록)과, 맨홀을 통해 지표로 유출되는 물의 움직임을 지표면을 따라 모의하는 2차원 표면 수 모델링 시스템(TUFLOW)이 뼈대를 이루고 있다.
본 연구에서는 대상유역에 대한 가상강우시계열을 생성하기 위해 포아송 클러스터 강우생성 모형 중 하나인 Modified Bartlett-Lewis Rectangular Pulse (Rodriguez-Iturbe et al., 1988) 모형을 사용하였다. Modified Bartlett-Lewis Rectangular Pulse (MBLRP) 모형은 무작위적으로 결정되는 강우강도와 지속시간을 가진 강우세포를 포함한 폭풍우가 포아송 절차에 의해 도착한다는 가정 하에 가상의 강우 시계열을 생성한다(Fig.
연속모의의 경우, 단일 강우 사상과 달리 선행강우조건을 고려할 수 있기 때문에 이벤트 기반의 모의에 비하여 좀 더 현실적인 도시홍수 모의가 가능하다(Elliott and Trowsdale, 2007). 본 연구에서는 연속모의에 의한 선행함수조건을 고려하기 위하여 표준 유출곡선지수(CN-II)를 5일 선행 강우량을 기준으로 CN-I과 CN-III로 변화시키는 기법을 사용하였다(Hawkins et al., 1985). 연속모의를 위한 일 증발량은 기상청의 평년값 자료(30년)를 활용하여 6∼9월의 총 증발량 480.
본 연구에서는 포아송 클러스터를 기반으로 한 강우생성 모형의 일종인 Modified Bartlett-Lewis Rectangular Pulse (MBLRP) 모형(Rodriguez-Iturbe et al., 1988)을 도시홍수 모의에 적용하였다. 특히 본 연구는 MBLRP 모형을 도시 유역의 침수면적과 그 불확실성을 산정하는데 활용하는 경우 설계강우에 근거한 침수면적과 비교하였을 때 어느 정도의 편차가 발생하는지를 살펴보는데 초점을 맞추었다.
앞서 언급되었듯이 가상강우에 의한 침수면적의 빈도 분석은 일반적인 극치분포함수를 활용하여 산정할 수 없기 때문에 본 연구에서는 California 식을 사용하여 가상 강우에 의한 침수면적의 재현기간을 산정하였고, 그 식은 다음과 같다.
연구의 목적은 포아송 클러스터 강우생성 모형을 도시 홍수모의의 입력 자료로 적용하여 침수면적의 불확실성을 산정하는 데 있어서의 적용성을 평가하는 것이다. 이를 위하여 본 연구에서는 Dual-Drainage 모형을 구현한 범용 소프트웨어인 XP-SWMM을 사용하여 서울 서대문구의 남가좌 1분구에 대하여 XP-SWMM 모형을 구축하고, 모형의 강우 입력 자료로 포아송 클러스터 강우생성 모형의 일종인 MBLRP 모형(Rodriguez-Iturbe, 1988)으로 생성한 가상강우를 사용하여 침수면적을 산정하였다. 비교를 위한 대조군으로는 서울 지역 IDF 곡선에서 산정된 설계강우에 근거한 침수면적을 사용하였고, 관측 침수자료를 활용하지는 않았다.

성능/효과

8은 200년 치 가상강우의 적용에 따른 200개의 연도별 최대 침수면적에 대한 히스토그램이다. 가상강우에 의한 연도별 최대 침수면적은 최소 164,000 m² , 최대 188,000 m²구간 사이에 분포하고 있으며, 히스토그램의 일반적인 형상은 최대유량, 최대강우의 것과 유사하게 왼편으로 편향되는 극치분포의 형상을 보였다. 특이한 점은 히스토그램이 167,000 m² , 173,000 m² , 183,000 m²를 중심으로 세 개의 봉을 가진 형태를 보였다는 점인데, 이러한 현상은 유역의 지형학적 또는 수문학적 특성에 의해 결정되는 한계유출량(Threshold Runoff)의 개념으로 설명이 가능하다.
가상강우에 의한 침수면적은 설계 강우에 의한 침수면적보다 항상 작았으며, 그 차이는 침수면적의 재현기간이 증가할수록 증가하였는데, 설계 강우의 시간해상도에 따라 5년 빈도 침수면적의 경우의 차이는 5.7∼9.4%, 20년 빈도 침수면적의 경우의 차이는 11∼14%, 100년 빈도 침수면적의 경우의 차이는 16∼21%의 차이를 보였다.
가상강우에 의한 침수면적은 설계 강우에 의한 침수면적에 비해 항상 과소산정 되었으며, 그 차이는 설계 강우의 시간해상도에 따라 5년 빈도 침수면적의 차이는 5.7∼9.4%, 20년 빈도 침수면적의 차이는 11∼14%, 100년 빈도 침수면적의 차이는 16∼21%로 침수면적의 재현기간이 증가할수록 침수면적의 차이가 증가하였다(Fig. 9).
10분의 시간해상도를 가진 설계 강우가 대조군으로 사용되었다. 두 값의 차이는 28%에서 56%에 걸쳐 존재하였으며, 침수면적을 10 cm 이상으로 가정한 경우의 차이가 나머지 두 경우에 비하여 컸고, 재현기간에 따른 두 값의 차이의 규칙성은 발견되지 않았다. 특히 이곳에서 주의를 기울여야 할 부분은 재산과 인명의 피해가 발생할 수 있는 30 cm 이상의 침수심을 기록한 침수면적을 MBLRP 모형이 잘 재현할 수 있는지의 여부를 판단해야 하는데, 이 경우 두 값의 퍼센트 오차는 컸지만 실질적으로 홍수가 일어난 면적의 차이는 전체 분구면적의 1.
또한 침수심은 홍수 발생 시 재산 피해(침수심 10∼30 cm)와 인명 피해(침수심 30 cm 이상)를 가늠할 수 있는 지표로 인명피해가 발생할 수 있는 30 cm 이상의 침수심을 기록한 침수면적을 10분의 시간해상도를 가진 설계 강우와 비교할 때 침수면적의 차이가 남가좌 1유역 면적의 1.3∼2.6% 내외로 나타났고, 이는 MBLRP 모형이 재산 및 인명피해가 발생할 수 있는 침수지역의 예측 및 불확실성 산정에 효율적으로 활용될 수 있음을 보여준다.
우선적으로 주목할 점은 대조군으로 활용된 설계강우에 의한 침수면적이 설계강우의 시간해상도에 따라 다소 차이를 보였다는 점으로, 5년 빈도 침수면적의 경우 3%, 100년 빈도 침수면적의 경우 5%, 200년 빈도 침수면적의 경우 22% 내외로 시간해상도가 10분인 설계강우에 근거한 침수면적이 시간해상도가 30분인 설계강우에 근거한 침수면적 보다 컸다. 이는 강우자료의 시간해상도가 줄어들수록 강우자료가 고려할 수 있는 강우의 시간적인 변동성이 줄어들기 때문이며(Marani et al.
9). 이는 MBLRP 모형을 가상 도시유역에 적용한 결과가 설계강우에 비해 홍수량이 20%-45% 정도 과소 산정된 Kim et al. (2013b)의 연구와 유사한 결과를 보여주며, 복잡한 강우 과정을 6개의 모수로 모의하는 MBLRP 모형의 한계를 고려할 때 본 연구에서의 침수면적 차이가 허용 오차 범위 내에서 모의되고 있음을 판단할 수 있다. 또한 침수심은 홍수 발생 시 재산 피해(침수심 10∼30 cm)와 인명 피해(침수심 30 cm 이상)를 가늠할 수 있는 지표로 인명피해가 발생할 수 있는 30 cm 이상의 침수심을 기록한 침수면적을 10분의 시간해상도를 가진 설계 강우와 비교할 때 침수면적의 차이가 남가좌 1유역 면적의 1.
침수의 기준을 높일수록 침수면적이 크게 줄어드는 것을 확인할 수 있는데, 이는 홍수 발생 시 재산피해(침수심 10∼30 cm 사이의 지역)와 재산 및 인명 피해(침수심 30 cm 이상의 지역)에 취약한 지역과 이론적으로 산정한 침수 지역의 면적 사이에 큰 차이가 있음을 보여준다.
두 값의 차이는 28%에서 56%에 걸쳐 존재하였으며, 침수면적을 10 cm 이상으로 가정한 경우의 차이가 나머지 두 경우에 비하여 컸고, 재현기간에 따른 두 값의 차이의 규칙성은 발견되지 않았다. 특히 이곳에서 주의를 기울여야 할 부분은 재산과 인명의 피해가 발생할 수 있는 30 cm 이상의 침수심을 기록한 침수면적을 MBLRP 모형이 잘 재현할 수 있는지의 여부를 판단해야 하는데, 이 경우 두 값의 퍼센트 오차는 컸지만 실질적으로 홍수가 일어난 면적의 차이는 전체 분구면적의 1.3%에서 2.6% 내외로 크지 않아 MBLRP 모형이 실질적인 재산 및 인명 피해가 발생할 수 있는 침수지역의 예측 및 불확실성 산정에 효율적으로 적용될 수 있는 것으로 밝혀졌다.

후속연구

따라서 본 연구의 결과는 도시침수모의에 있어서 포아송 강우생성모형의 활용도를 높일 수 있을 것이다. 궁극적으로 본 연구는 다양한 도시개발 시나리오 하에서 홍수가 발생하는 경우의 침수면적의 불확실성과 이에 따른 피해 정도의 불확실성을 정량화하여 현재보다 더욱 포괄적인 침수 피해 대책을 수립하는데 기여할 수 있을 것이다.
, 2000), 본 연구에서는 가상강우 생성에 있어 1시간의 시간 해상도를 사용하였다. 따라서 100년 빈도를 초과하는 침수면적의 재현에 있어서 본 연구에서 활용한 MBLRP 모형의 사용은 모형 자체의 가정으로 인하여 발생하는 오차와 아울러 낮은 시간해상도의 사용으로 인한 오차가 상당부분 발생할 수 있음을 유념하여야 할 것이다.
포아송 강우생성 모형을 활용하여 외수침수, 가뭄, 농약 및 오염물 확산 등의 연구에 활용한 선행연구는 존재하지만, Dual Drainage 모형을 활용한 도시유역에서의 침수모의를 다룬 연구는 발견되지 않았다. 따라서 본 연구의 결과는 도시침수모의에 있어서 포아송 강우생성모형의 활용도를 높일 수 있을 것이다. 궁극적으로 본 연구는 다양한 도시개발 시나리오 하에서 홍수가 발생하는 경우의 침수면적의 불확실성과 이에 따른 피해 정도의 불확실성을 정량화하여 현재보다 더욱 포괄적인 침수 피해 대책을 수립하는데 기여할 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	서울을 비롯한 우리나라의 주요 도시들이 홍수에 취약한 이유는 무엇인가?	서울을 비롯한 우리나라의 주요 도시들은 인구와 자산이 특정 지역에 집중되어 있는 사회적 특성과 여름철 장마, 태풍, 국지성 집중호우 등이 자주 발생하는 기후적 특성으로 인하여 홍수에 취약하다. 특히, 우리나라의 경우 제한된 자원으로 최대의 효율을 얻어야 하는 1960-80년대 도시 개발 당시의 제한으로 인해 우수관거 설계 시 침수에 대한 안전율이 충분히 확보되지 않았고, 이러한 상황이 단기간에 걸친 불투수 포장 지대의 급격한 증가와 맞물리면서 내수침수로 인한 피해가 컸다(Choi, 2003; Choi et al.
	통계적으로 의미 있는 결과를 도출하려면 최소 100년 이상의 강우자료가 필요하다는 문제점을 대체하기 위한 방법은?	이러한 몬테카를로 모의를 위해서는 오랜 기간에 걸쳐 관측된 강우자료가 가장 이상적인 입력 자료로 활용될 수 있겠지만, 통계적으로 의미 있는 결과를 도출하기 위하여 최소한 100년 치 이상의 시뮬레이션이 통상적으로 필요하다는 점을 고려했을 때, 이러한 길이를 초과하는 관측 강우자료를 확보하는 것은 불가능에 가깝다. 따라서 관측강우자료를 대체하기 위하여 관측강우와 통계적 특성이 유사한 가상의 강우를 생성하는 추계학적 강우생성모형(Burton et al., 2008; Kim et al., 2013a)이 활용된다.
	서울의 2004년~2013년까지 홍수에 의한 피해액은 어떠하였는가?	, 2011; Park and Shin, 2014; Song et al., 2014)의 경우라 할지라도 2004년에서 2013년까지 홍수에 의한 피해액은 581억 원에 달하며, 이는 동 기간 서울에서 발생한 피해액의 90%에 달한다. 따라서 강우로부터 시작하여 지표침수에 이르는 내수 침수 메커니즘의 각 요소들을 명확히 이해하여 침수구간을 정밀하게 예측하고 이를 바탕으로 도시홍수에 대한 대책을 수립하는 것은 도시 홍수로 인한 인적, 물적, 정신적 피해를 저감시키는데 있어 반드시 필요하다.

참고문헌 (53)

Bathurst, J.C., Moretti, G., El-Hames, A., Moaven-Hashemi, A., and Burton, A. (2005). "Scenario modelling of basin-scale, shallow landslide sediment yield, Valsassina, Italian Southern Alps." Natural Hazards and Earth System Science, Vol. 5, No. 2, pp. 189-202.

상세보기
Bathurst, J.C., and Bovolo, C.I. (2004). "Development of Guidelines for Sustainable Land Management in the Agri and Cobres Target Basins." Deliverable 28 of the EU funded MEDACTION project, pp. 37. Available from: http://www.ncl.ac.uk/medaction.
Bennis, S., Bengassem, J., and Lamarre, P. (2003). "Hydraulic performance index of a sewer network." Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 129, No. 7, pp. 504-510.

상세보기
Brath, A., Montanari, A., and Moretti, G. (2006). "Assessing the effect on flood frequency of land use change via hydrological simulation (with uncertainty)." Journal of Hydrology, Vol. 324, No. 1, pp. 141-153.

상세보기
Burton, A., Kilsby, C.G., Fowler, H.J., Cowpertwait, P.S.P., and O'Connell, P.E. (2008). "RainSim: A spatial-temporal stochastic rainfall modelling system." Environmental Modelling and Software, Vol. 23, No. 12, pp. 1356-1369.

상세보기
Choi, C. (2003). "A Study on Natural Hazards Vulerability in Urban Area by Urban Land Use Change: In Case of Kyonggi Province." The Journal of Planners Association, Vol. 38, No. 2, pp. 35-48.
Choi, H., Han, K., Yi, J., and Cho, W. (2012). "Study on Installation of Underground Storage Facilities for Reducing the Flood Damage." Journal of Korean Society of Hazard Mitigation, Vol. 12, No. 4, pp. 115-123.
Choi, S., Kang, S., Han, S., and Lee, D. (2011). "A case study on urban inundation by heavy rainfall in Gangnam Area of Seoul as the center." Journal of Korean Society of Hazard Mitigation, Vol. 44, No. 10, pp. 25-29.
Dawson, R., Hall, J., Speight, L., Djordjevic, S., Savic, D., and Leandro, J. (2006). "Flood risk analysis to support integrated urban drainage." Proceedings of the Fourth CIWEM Annual Conference on Emerging Environmental Issues and Future Challenges, Newcastle upon Tyne, pp. 12-14.
Elliott, A.H., and Trowsdale, S.A. (2007). "A review of models for low impact urban stormwater drainage." Environmental Modelling and Software, Vol. 22, No. 3, pp. 394-405.

상세보기
Fowler, H.J., Kilsby, C.G., O'connell, P.E., and Burton, A. (2005). "A weather-type conditioned multi-site stochastic rainfall model for the generation of scenarios of climatic variability and change." Journal ofHydrology, Vol. 308, No. 1, pp. 50-66.

상세보기
Hawkins, R.H., Hjelmfelt, Jr., A.T., and Zevenbergen, A.W. (1985). "Runoff probability, storm depth, and curve numbers." Journal of Irrigation and Drainage Engineering, Vol. 111, No. 4, pp. 330-340.

상세보기
Hong, J.B., Kim, B.S., Seoh, B.H., and Kim, H.S. (2006). "Assessment of Flood Flow Conveyance for Urban Stream Using XP-SWMM." Journal of Korea Water Resources Association, Vol. 39, No. 2, pp. 139-150.

원문보기 상세보기
Horritt, M.S., and Bates, P.D. (2002). "Evaluation of 1D and 2D numerical models for predicting river flood inundation." Journal of Hydrology, Vol. 268, No. 1, pp. 87-99.

상세보기
Hsu, M.H., Chen, S.H., and Chang, T.J. (2000). "Inundation simulation for urban drainage basin with storm sewer system." Journal of Hydrology, Vol. 234, No. 1, pp. 21-37.

상세보기
Huh, K., and Jung, J. (1987). "The Hydrologic classification and application of Korean soil." Journal of Agriculture Industry Technology, Vol. 4, No. 4, pp. 47-61.
Jang, D., Zhang, J., Seoh, B., and Kim, J. (2008). "An Assessment of Flood Conveyance Capacity of Urban Drainage Network Using XP-SWMM." Proceedings of the Korean Society of Civil Engineers Conference 2008, pp. 3669-3672.
Kilsby, C.G., Burton, A., Birkinshaw, S.J., Hashemi, A.M., and O'Connell, P.E. (2000). "Extreme rainfall and flood frequency distribution modelling for present and future climates." In Proceedings of the British Hydrological Society Seventh National Hydrology Symposium, pp. 3-51.
Kim, D., and Olivera, F. (2012). "Relative importance of the different rainfall statistics in the calibration of stochastic rainfall generation models." Journal of Hydrologic Engineering, Vol. 17, No. 3, pp. 368-376.

상세보기
Kim, D., Kwon, H.H., Lee, S.O., and Kim, S. (2014). "Regionalization of the Modified Bartlett-Lewis rectangular pulse stochastic rainfall model across the Korean Peninsula." In-Press, Journal of Hydro-environment Research..
Kim, D., Olivera, F., Cho, H., and Socolofsky, S.A. (2013a). "Regionalization of the modified Bartlett-Lewis Rectangular Pulse stochastic rainfall model." Terrestrial Atmospheric and. Oceanic. Sciences Journal., Vol. 24, No. 3, pp. 421-436.

상세보기
Kim, D., Shin, J., Lee, S., and Kim, T. (2013b). "The Application of the Poisson Cluster Rainfall Generation Model to the Flood Analysis." Journal of Korea Water Resources Association, Vol. 46, No. 5, pp. 439-447.

원문보기 상세보기
Kim, J., Han, K., and Lee, C. (2006). "Development and Verification of Inundation Modeling with Urban Flooding Caused by the Surcharge of Storm Sewers." Journal of Korea Water Resources Association, Vol. 39, No. 12, pp. 1013-1022.

원문보기 상세보기
Kim, K., and Yang, J. (2004). "A Study on Rainwater Storage Methodology for Rainwater Utilization and Preventing Flood Damage." Seoul Studies, Vol. 5, No. 4, pp. 73-91.
Kim, W., Bae, D., and Cho, C. (2002). "Threshold Runoff Computation for Flash Flood Forecast on Small Catchment Scale." Journal of Korea Water Resources Association, Vol. 35, No. 5, pp. 553-561.

원문보기 상세보기
Lall, U., and Sharma, A. (1996). "A nearest neighbor bootstrap for resampling hydrological time series." Water Resources Research, Vol. 32, No. 3, pp. 679-693.

상세보기
Leandro, J., Chen, A.S., Djordjevic, S., and Savic, D.A. (2009). "Comparison of 1D/1D and 1D/2D coupled (sewer/surface) hydraulic models for urban flood simulation." Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 135, No. 6, pp. 495-504.

상세보기
Lee, G., Na, Y., Ryu, J., and Oh, J. (2013). "Criteria for calculation of CSO volume and frequency using rainfall-runoff model." Journal of Korea Society of Water and Wastewater, Vol. 27, No. 3, pp. 313-324.

원문보기 상세보기
Lee, J., and Yeon, K. (2008). "Flood Inundation Analysis using XP-SWMM Model in Urban Area." Journal of Korean Society of Hazard Mitigation, Vol. 8, No. 5, pp. 151-161.
Lovejoy, S., and Schertzer. D. (1990). "Multifractals, universality classes, and satellite and radar measurements of cloud and rain fields." Journal of Geophysical Research: Atmospheres, Vol. 95, No. D3, pp. 2021-2031.

상세보기
Marani, M., Grossi, G., Napolitano, F., and Wallace, M. (1997). "Forcing, intermittency, and land surface hydrologic partitioning." Water Resources Research, Vol. 33, No. 1, pp. 167-175.

상세보기
Moretti, G., and Montanari, A. (2004). "Estimation of the peak river flow for an ungauged mountain creek using a distributed rainfall-runoff model." Hydrological Risk: Recent Advances in Peak River Flow Modelling, Prediction and Real-Time Forecasting-Assessment of the Impacts of Land-Use and Climate Changes. BIOS, Cosenza, Italy, pp. 113-128.
Nix, S.J. (1994). Urban stormwater modeling and simulation. CRC Press.
Nolan, B.T., Dubus, I.G., Surdyk, N., Fowler, H.J., Burton, A., Hollis, J.M., and Jarvis, N.J. (2008). "Identification of key climatic factors regulating the transport of pesticides in leaching and to tile drains." Pest ManageMent Science, Vol. 64, No. 9, pp. 933-944.

상세보기
Onof, C., Chandler, R.E., Kakou, A., Northrop, P., Wheater, H.S., and Isham, V. (2000). "Rainfall modelling using Poisson-cluster processes: a review of developments." Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, Vol. 14, No. 6, pp. 384-411.
Park, C., and Shin, S. (2014). "Analyzing the Flood Reduction Effects of Urban Impervious Surfaces Control." Seoul Studies, Vol. 15, No. 1, pp. 85-99.
Park, J., Lee, J., Choi, W., and Jeong, S. (2011). "Analysis of Overflow Volume Reduction Effect by Sewer Networks Optimization in Urban." Journal of Korean Society of Hazard Mitigation, Vol. 11, No. 6, pp. 249-257.

원문보기 상세보기
Phillips, B.C., Yu, S., Thompson, G.R., and De Silva, N. (2005). "1D and 2D Modelling of Urban Drainage Systems using XP-SWMM and TUFLOW." In 10th International Conference on Urban Drainage, Copenhagen, Denmark, pp. 21-26.
Rodriguez-Iturbe I., Cox, D.R., and Isham, V. (1987). "Some models for rainfall based on stochastic point processes." Proceedings of the Royal Society of London. A. Mathematical and Physical Sciences, Vol. 410, No. 1839, pp. 269-288.

상세보기
Rodriguez-Iturbe, I., Cox, D.R., and Isham, V. (1988). "A point process model for rainfall: further developments." Proceedings of the Royal Society of London. A. Mathematical and Physical Sciences, Vol. 417, No. 1853, pp. 283-298.

상세보기
Rossman, L.A. (2010). "Storm water management model user's manual., version 5.0. National Risk" Management Research Laboratory, Office of Research and Development, US Environmental Protection Agency.
Russo, B., Suner, D., Velasco, M., and Djordjevic, S. (2012). "Flood hazard assessment in the Raval District of Barcelona using a 1D/2D coupled model." In Proceeding of 9th International Conference on Urban Drainage Modelling, Belgrade, Serbia.
Schmitt, T.G., Thomas, M., and Ettrich, N. (2004). "Analysis and modeling of flooding in urban drainage systems." Journal of Hydrology, Vol. 299, No. 3, pp. 300-311.

상세보기
Shin, D., Byun, J., and Lee, E. (2008). "A study on flood control effect of the reservoir location in urban watershed using XP-SWMM." Journal of Korea Water Resources Association, Vol. 2008, No. 5, pp. 744-748.
Shin, J., Lim, S., Kim, J., and Kim, T. (2014). "Analysis of Urban Flood Damage Characteristics Using Inland Flood Scenarios and Flood Damage Curve." Magazine of Korean Society of Hazard Mitigation, Vol. 14, No. 1, pp. 291-305.
Shin, S., Lee, S., and Park, M. (2011). "The characteristic of flood damage in seoul and the direction of policy for flood control." Magazine of Korean Society of Hazard Mitigation, Vol. 11, No. 3. pp. 4-10.
Shin, S., Yeo, C., Baek, C., and Kim, Y. (2005). "Mapping Inundation Areas by Flash Flood and Developing Rainfall Standards for Evacuation in Urban Settings." Journal of The Korean Association of Geographic Information Studies, Vol. 8, No. 4, pp. 71-80.
Shon, T., Kang, D., Jang, J., and Shin H. (2010). "A study of Assessment for Internal Inundation Vulnerability in Urban Area using SWMM." Journal of Korean Society of Hazard Mitigation, Vol. 10, No. 4, pp. 105-117.
Song, Y., Park, M., and Lee, J. (2014). "Analysis of Urban Inundation Reduction Effect by Early Operation of Drainage Pumping Station." Magazine of Korean Society of Hazard Mitigation, Vol. 14, No. 2, pp. 267-276.
Tarboton, D.G., Sharma, A., Lall, A. (1998). "Disaggregation procedures for stochastic hydrology based on nonparametric density estimation." Water Resources Research, Vol. 34, No. 1, pp. 107-119.

상세보기
Westra, S.P., Mehrotra, R., Sharma, A., and Srikanthan, R. (2012). "Continuous rainfall simulation: 1. A regionalized subdaily disaggregation approach." Water Resources Research, Vol. 48, No. 1.
XP Software. (2005). "XP-SWMM EXPert Stormwater and Wastewater Management Model." Reference Manual., Canberra.
National Emergency Management Agency. (2014). 2013 Disaster yearbook.

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증