최근 우리나라는 온난화 현상 및 기후변화 등으로 인해 국지성 호우 발생 빈도가 잦아지고 있다. 특히 인구가 밀집되어 있는 도심지역이면서 지형적 지리적 여건, 우수배제능력 부족 등으로 인해 내수침수의 위험도가 높은 지역은 국지성 호우에 취약하다. 이에 본 연구에서는 집중호우에 취약한 장항읍을 시범유역으로 지정하고 대표적인 내수범람 해석모형인 XP-SWMM 모형을 이용한 침수해석을 실시하였다. 또한 해당지역에 알맞은 홍수방어 대책 을 수립하기 위해 다기준 의사결정기법(Multi-Criteria Decision Making)을 이용, 다양한 홍수방어 대안을 비교 및 평가하여 최적의 홍수방어대안을 제시하였다. 해당지역의 침수해소를 위해 구조적 침수방지대책(관로 개량, 우수저류지 설치, 우수펌프장 설치)을 선정하였으며, 대상지역을 3개의 소유역으로 분할하여 최적대안을 결정하였다. 2차원 내수침수 해석모형인 XP-SWMM을 이용하여 각 대안 설치 시 침수모의를 진행하였으며, 다기준 의사결정기법Compromise Programming 기법을 이용하여 시범지역에 적합한 최적대안 우선순위를 결정하였으며, 그 결과 장항1지구의 경우 우수펌프장 설치, 장항2지구와 3지구의 경우 우수저류지 설치가 홍수방어를 위한 최적대안으로 선정되었다.
최근 우리나라는 온난화 현상 및 기후변화 등으로 인해 국지성 호우 발생 빈도가 잦아지고 있다. 특히 인구가 밀집되어 있는 도심지역이면서 지형적 지리적 여건, 우수배제능력 부족 등으로 인해 내수침수의 위험도가 높은 지역은 국지성 호우에 취약하다. 이에 본 연구에서는 집중호우에 취약한 장항읍을 시범유역으로 지정하고 대표적인 내수범람 해석모형인 XP-SWMM 모형을 이용한 침수해석을 실시하였다. 또한 해당지역에 알맞은 홍수방어 대책 을 수립하기 위해 다기준 의사결정기법(Multi-Criteria Decision Making)을 이용, 다양한 홍수방어 대안을 비교 및 평가하여 최적의 홍수방어대안을 제시하였다. 해당지역의 침수해소를 위해 구조적 침수방지대책(관로 개량, 우수저류지 설치, 우수펌프장 설치)을 선정하였으며, 대상지역을 3개의 소유역으로 분할하여 최적대안을 결정하였다. 2차원 내수침수 해석모형인 XP-SWMM을 이용하여 각 대안 설치 시 침수모의를 진행하였으며, 다기준 의사결정기법 Compromise Programming 기법을 이용하여 시범지역에 적합한 최적대안 우선순위를 결정하였으며, 그 결과 장항1지구의 경우 우수펌프장 설치, 장항2지구와 3지구의 경우 우수저류지 설치가 홍수방어를 위한 최적대안으로 선정되었다.
Recently, due to global warming and climate change in Korea, local heavy storm occurs frequently. In this study, the risky areas for flooding in urban areas are analyzed for flood inundation based on two-dimensional urban flood runoff model (XP-SWMM) focusing on coastal high flood-risk urban areas. ...
Recently, due to global warming and climate change in Korea, local heavy storm occurs frequently. In this study, the risky areas for flooding in urban areas are analyzed for flood inundation based on two-dimensional urban flood runoff model (XP-SWMM) focusing on coastal high flood-risk urban areas. In addition, the MCDM (Multi-Criteria Decision Making) technique is utilized in order to establish the flood defense structural measures. The alternative flood reduction method are compared and the optimum flood defense measures are selected. A simulation model was used with three structural flood prevention measures (drainage pipe construction, water detention, flood pumping station). In order to decrease the flooding area, flood assessment criteria are suggested (flooded area, maximum inundation depth, damaged residential area, construction cost). Priorities of alternatives are determined by using compromise programming. As a result, the optimal flood defence alternative suggested for Janghang Zone 1 is flood pumping station and for Janghang Zone 2, 3 are drainage pipe construction.
Recently, due to global warming and climate change in Korea, local heavy storm occurs frequently. In this study, the risky areas for flooding in urban areas are analyzed for flood inundation based on two-dimensional urban flood runoff model (XP-SWMM) focusing on coastal high flood-risk urban areas. In addition, the MCDM (Multi-Criteria Decision Making) technique is utilized in order to establish the flood defense structural measures. The alternative flood reduction method are compared and the optimum flood defense measures are selected. A simulation model was used with three structural flood prevention measures (drainage pipe construction, water detention, flood pumping station). In order to decrease the flooding area, flood assessment criteria are suggested (flooded area, maximum inundation depth, damaged residential area, construction cost). Priorities of alternatives are determined by using compromise programming. As a result, the optimal flood defence alternative suggested for Janghang Zone 1 is flood pumping station and for Janghang Zone 2, 3 are drainage pipe construction.
본 연구에서는 도심지역이며 내수침수의 위험도가 높은 지형특성을 가진 지역을 시범지역으로 설정하고, 대표적인 내수범람 해석모형인 XP-SWMM 모형을 이용한 침수해석을 실시하였다. 또한 해당지역에 알맞은 홍수방어 대책 수립을 위해 다기준 의사결정기법(Multi-Criteria Decision Making) 을 이용하여 다양한 홍수방어 대안을 비교 및 평가하였으며 최적의 홍수대안을 설정할 수 있는 기준을 마련하였다. 치수 목적의 다기준 의사결정기법의 기반을 마련하여 수재해가 발생할 확률이 높은 지역 또는 상습적으로 침수경험이 있는 지역 등 홍수 위험성이 높은 지역의 방재성능을 확보하여 수재해 대책 예산의 효율적인 활용이 가능하도록 지원하여 사회 ․ 경제적 손실을 완화하는데 기여할 수 있을 것이다.
제안 방법
본 연구에서는 2차원 도시유출모형인 XP-SWMM 모형을 이용하여 침수해석을 실시하였으며, 해당지역에 적합한 홍수방어대안 수립을 위해 다기준 의사결정기법을 이용하여 다양한 홍수방어 대안을 상호 비교하고, 대상 지구에 대한 최적 홍수저감 대안을 설정하였다. 본 연구를 통해 얻은 결론은 다음과 같다.
본 연구에서는 MCDM 기법인 Compromise Programming 을 사용하여 각 대안별 평가기준 적용을 통해 장항1지구부터 3지구까지의 소유역 별 최적 대안 우선순위를 정립하였다. 장항1지구의 경우 우수펌프장 설치 대안이 이상해에 가장 가까운 대안으로 선정되었으며, 장항2지구의 경우 관로 개량 설치 대안을 최적 대안으로 선정하였다.
내수침수의 결과로 산정할 수 있는 수문학적 인자는 가장 기본적인 침수심, 유출량을 비롯해 침수시간, 유하속도, 오염도 등 매우 다양하며, 해당 모형 모의의 목적에 따라 서로 다른 성격의 결과를 산출할 수 있다. 본 연구에서는 각 대안별 내수침수의 정도를 결정하는 인자로 관거 통수능을 초과하여 유출되는 유량, 유출되는 유량과 DTM 자료를 기반으로 격자별 유역 경사를 이용해 산정한 침수면적, 마지막으로 해당 침수방지 대책 설계 시 나타나는 유역 내 최대 침수심, 이러한 기본적인 3가지 평가기준을 홍수대안의 평가기준으로 수립하였다. 침수대안을 적용하지 않은 현재 상태에서의 모의 결과와 침수대안을 적용한 모의 결과의 장항1지구, 장항2지구, 장항3지구 종합적인 결과는 Table 4와 Fig.
대상 데이터
본 연구에서는 충청남도 서천군 장항읍 일원에 위치한 지역을 시범지역으로 선정하였으며, 전체 배수구역은 129.85 ha 면적을 가지고 있고, 해당 유역을 장항 1지구, 2지구, 3지구로 구분하여 분석을 실시하였다. 본 유역은 조수간만이 큰 서해와 맞닿아 있으며 밀물 때와 호우가 겹치는 시기에는 유역 출구의 배수 위 상승으로 인한 내수침수 피해발생위험이 매우 높은 지역이다.
이론/모형
여기서 RRL과 ILLUDAS 모형의 경우 설계자의 판단에 따라 유출량 계산에 큰 차이를 보이며 도심지역 특성상 유역 내 각종 수리구조물들이 포함되어 있지만, 이를 포함한 정확한 수리계산을 할 수 없다는 단점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에 서는 도심지의 수리 ․ 수문 특성을 잘 반영할 수 있고, 국내 ․ 외에서 빈번하게 사용되며 도심지역 유출해석, 관망해석 및홍수유출 모의가 가능한 XP-SWMM 모형을 이용하였다.
또한 대상유역에 적합한 침수대책 선정을 위해서, 유역의 토지이용 현황에 따라 지역적으로 평가되어야 하는 기준의 종류는 수문학적 인자 외에도 다양한 특성을 고려하여야 한다. 따라서 서로 다른 복수의 기준이 존재하는 상황 하에서 최적 대안들의 명확한 평가를 할 수 있는 다기준 의사결정기법(MultiCriteria Decision Making)을 사용하여 연구 대상지역인 장항 지구의 침수대책 선정을 위한 대안 간의 우선순위를 결정하였다. 본 연구에서는 기반 자료가 충분하고 평가 대안들의 정보가 비교적 명확할 때 국내 다기준 의사결정기법 사용 시 일반 적으로 많이 사용되는 Compromise Programming 기법을 선정하여 연구를 진행하였다.
연속적인 값을 가지는 두 개 이상의 객체로 이루어진 환경에서, 이상해(Ideal Solution)에 가장 근접한 해 (Compromise Solution)를 찾아가는 과정을 의미한다. 연속형 또는 이산형 모두에 대하여 수행할 수 있는 기법이며, 본연구의 경우 이산형 CP 기법을 적용하였다.
성능/효과
이는 대안 간의 효율차이가 크지 않은 것으로써 추가적인 평가기준을 고려하여 재해석을 실시하거나, 공학자의 판단이 필요할 것으로 예상된다. 3지구의 경우 관로 개량 설치가 가장 적절한 침수대안으로 도출되었다. 우수저류지 설치의 경우 관로 개량보다 나은 우수저감 효과를 보였으나, 상대적으로 낮은 경제성으로 인해 채택되지 않은 결과를 나타냈다.
3지구의 경우 관로 개량 설치가 가장 적절한 침수대안으로 도출되었다. 우수저류지 설치의 경우 관로 개량보다 나은 우수저감 효과를 보였으나, 상대적으로 낮은 경제성으로 인해 채택되지 않은 결과를 나타냈다.
본 연구에서는 MCDM 기법인 Compromise Programming 을 사용하여 각 대안별 평가기준 적용을 통해 장항1지구부터 3지구까지의 소유역 별 최적 대안 우선순위를 정립하였다. 장항1지구의 경우 우수펌프장 설치 대안이 이상해에 가장 가까운 대안으로 선정되었으며, 장항2지구의 경우 관로 개량 설치 대안을 최적 대안으로 선정하였다. 하지만 Compromise Programming 인자 p의 값에 따라 최적 대안이 서로 다르게 도출되는 결과가 나타났다.
후속연구
본 연구에서 수행한 다기준 의사결정기법 기반 도심지역 내수침수 해소를 위한 지역별 우수저감 최적대안 결정은 수재 해가 발생할 확률이 높은 유역의 치수계획 수립 시 의사결정에 도움을 줄 수 있을 것으로 예상되며, 방재대책 제안 시 근거로 활용할 수 있다. 본 연구를 확장하여 평가기준에 주거지 지역의 공시지가 반영 및 침수심 별 피해액 또는 대안 별 경제적 타당성검토, 기타 정성적 영향 등 을 고려한다면 본 연구에서 사용한 논리를 기반으로 치수계획 결정 시 더욱 합리적인 침수방지 대책 우선순위를 채택 가능할 것으로 판단된다.
본 연구에서 수행한 다기준 의사결정기법 기반 도심지역 내수침수 해소를 위한 지역별 우수저감 최적대안 결정은 수재 해가 발생할 확률이 높은 유역의 치수계획 수립 시 의사결정에 도움을 줄 수 있을 것으로 예상되며, 방재대책 제안 시 근거로 활용할 수 있다. 본 연구를 확장하여 평가기준에 주거지 지역의 공시지가 반영 및 침수심 별 피해액 또는 대안 별 경제적 타당성검토, 기타 정성적 영향 등 을 고려한다면 본 연구에서 사용한 논리를 기반으로 치수계획 결정 시 더욱 합리적인 침수방지 대책 우선순위를 채택 가능할 것으로 판단된다.
또한 해당지역에 알맞은 홍수방어 대책 수립을 위해 다기준 의사결정기법(Multi-Criteria Decision Making) 을 이용하여 다양한 홍수방어 대안을 비교 및 평가하였으며 최적의 홍수대안을 설정할 수 있는 기준을 마련하였다. 치수 목적의 다기준 의사결정기법의 기반을 마련하여 수재해가 발생할 확률이 높은 지역 또는 상습적으로 침수경험이 있는 지역 등 홍수 위험성이 높은 지역의 방재성능을 확보하여 수재해 대책 예산의 효율적인 활용이 가능하도록 지원하여 사회 ․ 경제적 손실을 완화하는데 기여할 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
XP-SWMM은 무엇인가?
XP-SWMM은 도시유역 내 강우로 인한 유출량을 산정하는 대표적 모형 중 하나이며, 미국 EPA의 지원으로 개발된 SWMM 모형의 발전된 모형이다. XP-SWMM 모형의 기본적 특징은 다음과 같다.
Compromise Programming 기법은 어떤 과정을 의미하는가?
Zeleny (1973)가 개발한 Compromise Programming 기법은 MCDM 기법 중 가장 기본적이고 널리 사용되는 의사결정 기법이다. 연속적인 값을 가지는 두 개 이상의 객체로 이루어진 환경에서, 이상해(Ideal Solution)에 가장 근접한 해 (Compromise Solution)를 찾아가는 과정을 의미한다. 연속형 또는 이산형 모두에 대하여 수행할 수 있는 기법이며, 본연구의 경우 이산형 CP 기법을 적용하였다.
도시유역의 홍수유출 모의에 적합한 모형으로 어떤 것들이 있는가?
도시홍수문제는 재산피해, 인명피해 등 다양한 문제를 야기하며, 유역 내 자료 및 매개변수를 통한 정밀한 내수침수 유출모의 및 대안 마련을 위한 연구가 필요하다. 도시유역의 홍수유출 모의에 적합한 모형으로는 ILLUDAS (Illinois Urban Drainage Area Simulator), RRL (Road Research Laboratory Method), XP-SWMM, STORM 등 다양한 모델이 존재한다. 여기서 RRL과 ILLUDAS 모형의 경우 설계자의 판단에 따라 유출량 계산에 큰 차이를 보이며 도심지역 특성상 유역 내 각종 수리구조물들이 포함되어 있지만, 이를 포함한 정확한 수리계산을 할 수 없다는 단점을 가지고 있다.
참고문헌 (9)
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Yun, G. S. (2013). Inundation analysis at lowlands using urban runoff model SWMM, M. S. dissertation, University of Sunchon.
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