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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 시설기준이 상향조정되었고, 관 노후도의 심화로 관거의 신설 또는 교체에 있어서 우선순위를 고려해야 하는 상황에서 조도가 개선된 관을 설치하는 경우에서의 월류 저감 효과를 분석하여 개선효과를 3가지 시나리오로 구분하여 모의를 수행하여. 각각의 시나리오에 따른 유출 및 월류 특성을 분석하고 가장 효과적인 적용방향을 제시하고자 하였다.
제안 방법
- 본 연구에 적용하기 위한 강우량 선정을 위하여 서울시에서 대표적인 침수를 유발한 강우를 조사하였으며, 최근인 2010년의 강우로 인해 동부간선도로, 서부간선도로, 경인고속도로, 홍대입구역 침수로 인한 무정차통과, 사당, 강남, 광화문 침수발생 등 서울의 많은 지역에서 침수가 발생하였다. 2010년의 강우특성은 Table 1과 같으며, 본 연구에서도 비교적 최근에 서울시에 큰 피해를 유발한 2010년 9월에 발생한 강우사상을 적용하여 모의분석을 수행하였다.
- 또한, 세 번째 시나리오의 경우는 다음과 같이 4가지로 세분하여 분석하였다. ① : 암거(Box) 8개, ② : 암거(Box) 8개 + 관 연장 200m이상 관 6개, ③ : 암거(Box) 8개 + 관 연장 150m이상 관 10개, ④ : 암거(Box) 8개 + 관 연장 100m이상 관 17개 적용 등 세 번째 시나리오를 네 가지로 세분화하였다.
- 과거의 하수도시설기준에 의하여 지선 5년, 간선 10년 빈도로 설치되었고, 노후도의 심화로 인한 영향의 저감을 위하여 상향된 기설기준에 의한 관의 교체 또는 신설이 시급한 실정에서 관의 조도계수가 개선된 관거로의 교체로 인한 월류저감효과를 분석하여 우선순위를 선정하는 방향을 제시하고자 세 가지 시나리오를 선정하여 SWMM에 의한 모의를 통하여 시나리오별 월류저감효과를 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 관로의 선정에 있어 각 관로별로 가지는 관로의 길이가 다르기 때문에 정확한 총 관의 연장 대비 정확한 10%, 20%,⋅⋅⋅, 100%의 비율로 조도계수를 적용하진 못하였으나, 가장 작은 관로의 길이를 가지는 관로의 연장을 더해가며 최대한 10%의 비율을 맞춰 조도계수를 적용하였다.
- 두 번째는 관경별로 조도계수를 개선하는 경우에서의 효과를 분석하였다. 세 번째는 주요 관에 해당하는 간선관거를 기준으로 관 조도계수를 개선하는 경우에서의 분석을 수행하였다.
- 따라서 본 연구에서는 시설기준이 상향조정되었고, 관 노후도의 심화로 관거의 신설 또는 교체에 있어서 우선순위를 고려해야 하는 상황에서 조도가 개선된 관을 설치하는 경우에서의 월류 저감 효과를 분석하여 개선효과를 3가지 시나리오로 구분하여 모의를 수행하여. 각각의 시나리오에 따른 유출 및 월류 특성을 분석하고 가장 효과적인 적용방향을 제시하고자 하였다.
- 본 연구에서 관 조도계수 개선에 의한 영향분석을 위하여 시나리오를 세 가지로 구분하여 강우-유출 분석을 수행하였다. 첫 째는 관 연장비율로 조도계수 개선효과를 분석하는 경우로 총 연장대비 조도계수 개선비율을 증가시키면서 유출저감효과를 분석하는 시나리오이다.
- 두 번째는 관경별로 조도계수를 개선하는 경우에서의 효과를 분석하였다. 세 번째는 주요 관에 해당하는 간선관거를 기준으로 관 조도계수를 개선하는 경우에서의 분석을 수행하였다. 가산1빗물펌프장의 경우 9개의 관으로 구성되어 있다.
- 즉, 총 관의 연장 5,219.3m의 10%, 20%,⋅⋅⋅, 100% 비율로 조도계수를 점차적으로 0.011인 관거로 교체를 전제하여 유출모의를 통하여 월류특성을 분석하였다.
대상 데이터
- 1). 대상유역의 관거 특성은 원형관 24개로 총 연장 대비 68%, 규격이 1.0m x1.0m 이상인 암거는 8개로 총 연장 대비 32%이며 관의 총 연장은 5,219.3m이다. 한편 기존 관의 조도계수는 거친 콘크리트 및 노후화 정도로 0.
- 본 연구에 적용하기 위한 강우량 선정을 위하여 서울시에서 대표적인 침수를 유발한 강우를 조사하였으며, 최근인 2010년의 강우로 인해 동부간선도로, 서부간선도로, 경인고속도로, 홍대입구역 침수로 인한 무정차통과, 사당, 강남, 광화문 침수발생 등 서울의 많은 지역에서 침수가 발생하였다. 2010년의 강우특성은 Table 1과 같으며, 본 연구에서도 비교적 최근에 서울시에 큰 피해를 유발한 2010년 9월에 발생한 강우사상을 적용하여 모의분석을 수행하였다.
- 유역은 대부분이 불투수지역으로 강우가 발생하면 대부분의 빗물은 우수관망으로 유입되며, 관 조도계수 개선에 의한 유출분석에 있어서 손실 오차로 인한 불확실 요소가 작아서 비교적 정확한 분석이 가능한 것으로 판단되어 선정된 유역이다. 유역면적은 44.91ha, 소유역 분할은 32개소, Node개수는 34개(유출구 1개, 유수지 1개), Pipe 개수는 32개로 관망이 구성되었다(Fig. 1). 대상유역의 관거 특성은 원형관 24개로 총 연장 대비 68%, 규격이 1.
성능/효과
- 한편 총월류량 및 월류발생개수(Node)는 감소하는 경향을 보였다. 100% 전체관로의 교체로시에 발생되는 총월류량은 93.37% 월류저감효과를 보였다. Fig.
- 시나리오2인 관경별로 조도계수를 개선한 효과를 모의한 경우로 결과를 Table 3에 나타내었다. Table 3에서 관로 연장은 해당관경의 연장으로 분석결과 관경 1.2m인 관거의 조도계수를 개선하는 경우에 월류저감효과가 41.72%로 가장 크게 나타났으며 두 번째는 관경 1.0m에서 저감효과가 28.97%로 나타났다. 반면에 관경 0.
- [2]는 침수피해발생 및 피해증가 요인으로 토사퇴적에 의한 용량감소 및 관의 조도 불량을 지적한 바 있다. [3]는 하수관거시설의 침수대응을 위한 운영 관리 실태연구를 위한 설문에서 하수관거 설계 빈도 상향조정에 대하여 게릴라성 호우 및 기후변화에 대비하여 설계빈도를 상향해야 한다는 답변이 71%로 높았으나 설계빈도만의 상향은 침수저감에 직접연관성이 크지 않아서 반대답변도 37%에 이른다는 결과를 도출하였다. [4]은 이중배수체계모형으로 설계강우량에 따른 침수특성분석과 관거통수능력을 검토하였다.
- 넷째는 동일규격의 관거로의 교체인 경우에도 조도계수가 개선된 관거를 선정하여 최적위치를 결정하면 월류 저감에 효과가 있는 것으로 나타났다. 그러나 간선 관거만을 이용하여 검 보정된 관망도라 하더라도 실제와 다른 결과를 보일 수 있기 때문에 정확한 해석을 위해서는 간선 및 지선의 구분이 명확한 관망도를 이용하는 것이 올바른 해석이라 생각된다.
- 둘째 동일유역에서도 관거 교체에 우선순위가 필요한 경우 하류에 위치한 간선관거에서의 조도개선이 월류저감효율이 높은 것으로 나타났다.
- 시나리오3에 해당하는 주요 간선관에 해당하는 암거를 기준으로 교체를 통한 조도계수 개선에 의한 월류 특성을 모의한 결과를 Table 4에 나타내었다. 분석결과 암거구간의 조도계수를 개선하는 시나리오3이 전반적으로 높은 월류저감 효과가 있는 것으로 나타났다. 세 번째 시나리오의 세부시나리오 ①, ②, ③의 결과는 유사하였으며 세부시나리오 ④ 적용시 약 93%의 월류 저감효과로 더 높게 나타났다.
- 시나리오1인 총 관로연장 대비 조도계수의 개선 비율을 증가시키면서 2010년 강우사상에 대하여 유출 및 월류특성 분석하여 Table 2와 같이 나타냈다. 분석결과 조도계수가 개선된 관거로 교체하는 비율이 높을수록 첨두 유출량이 증가하는 경향으로 나타났다. 이는 관의 조도계수가 매끈해지면서 유속이 증가하여 유수지로의 도달 시간이 빨라지면서 첨두유출량이 증가하는 것으로 판단(100% 전체 관로 적용시 9.
- 분석결과 암거구간의 조도계수를 개선하는 시나리오3이 전반적으로 높은 월류저감 효과가 있는 것으로 나타났다. 세 번째 시나리오의 세부시나리오 ①, ②, ③의 결과는 유사하였으며 세부시나리오 ④ 적용시 약 93%의 월류 저감효과로 더 높게 나타났다. 즉, 유역하류에 설치하게 되는 암거구간을 우선적으로 교체하는 것이 월류저감에 유리하게 나타났으며, 추가로 지선관거의 교체비율이 높아지면 추가적인 월류저감효과가 있는 것으로 나타났다.
- 세 번째 시나리오의 세부시나리오 ①, ②, ③의 결과는 유사하였으며 세부시나리오 ④ 적용시 약 93%의 월류 저감효과로 더 높게 나타났다. 즉, 유역하류에 설치하게 되는 암거구간을 우선적으로 교체하는 것이 월류저감에 유리하게 나타났으며, 추가로 지선관거의 교체비율이 높아지면 추가적인 월류저감효과가 있는 것으로 나타났다. 따라서 간선관 중심으로 위치 및 월류지점 등 특성에 맞게 우선순위를 결정하는 것이 바람직할 것으로 판단되며 조도계수 개선비율을 높이기 위해서는 위치 및 상하류에 미치는 영향에 따라서 월류저감에 미치는 영향이 다르므로 시행착오적인 분석이 필요한 것으로 판단된다.
- 첫째 동일한 규격의 관거로의 교체인 경우에도 조도계수가 개선된 관거로의 교체는 월류저감에 효과가 있는 것으로 나타났다.
후속연구
- 셋째 조도개선은 하류에서의 첨두유량을 증가시킬수 있어서 관거의 위치, 월류지점 등에 따라서 월류저감효과가 없을 수 있으므로 충분한 시나리오 기반으로 최적 위치의 선정이 바람직하다.
- [6]은 관거용량 증대 및 지하저류지의 설치 전•후의 유출량을 비교 분석하여 침수피해 저감을 위한 개선방안을 제시하였다. 이상의 연구결과 외에 관거의 신설 및 교체에 대하여 시나리오를 설정하고, 관의 성능 및 유지관리측면을 고려한 관거의 개량과 함께 내수침수 저감이 함께 고려되는 효율적 개선을 위한 연구가 필요할 것으로 판단된다.
- 6m). 즉, 관로 규격에 대하여 관의 교체를 통한 조도계수 개선보다는 관거의 위치 및 월류발생지점에 따라서 조도계수의 개선지점이 결정되어야 할 것으로 판단되었다.
- 향후 관의 교체에 있어서 경제성과 최대 저감효율을 고려한 시나리오별 최적분석을 통한 효과분석연구가 수행된다면 최적의 위치와 최대효과를 경제적으로 수립할 수 있을 것으로 판단된다.
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