본 연구에서는 기존 도시유역 유출해석을 위해 많이 사용되는 SWMM 모형에 초고층 건물의 영향을 고려하는 방법을 제시하였다. 본 연구에서 제시한 방법은 건물의 규모 및 높이를 고려하여 빗물이 지표면에 도달하는 시간을 추가로 계산하고, 이를 반영하여 유역폭을 수정하는 방법이다. 본 연구에서 제안한 방법은 Isidoro et al. (2012)의 실험결과를 이용하여 검증하였다. 결과적으로 SWMM 모형으로 모의한 유출수문곡선은 실험자료와 전체적으로 잘 일치하여, 본 연구에서 제안한 방법이 유효함을 확인할 수 있었다. 두 수문곡선에서 모두 모두 건물의 밀도 증가에 따른 첨두유량의 감소, 첨두시간의 지체 등 유출 반응의 변화가 동일한 것을 확인하였다.
본 연구에서는 기존 도시유역 유출해석을 위해 많이 사용되는 SWMM 모형에 초고층 건물의 영향을 고려하는 방법을 제시하였다. 본 연구에서 제시한 방법은 건물의 규모 및 높이를 고려하여 빗물이 지표면에 도달하는 시간을 추가로 계산하고, 이를 반영하여 유역폭을 수정하는 방법이다. 본 연구에서 제안한 방법은 Isidoro et al. (2012)의 실험결과를 이용하여 검증하였다. 결과적으로 SWMM 모형으로 모의한 유출수문곡선은 실험자료와 전체적으로 잘 일치하여, 본 연구에서 제안한 방법이 유효함을 확인할 수 있었다. 두 수문곡선에서 모두 모두 건물의 밀도 증가에 따른 첨두유량의 감소, 첨두시간의 지체 등 유출 반응의 변화가 동일한 것을 확인하였다.
In this study, the method considering the influence of the high-rise building in urban rainfall-runoff analysis using SWMM was proposed. The method proposed in this study was to calculate the time of reaching the surface of the rainwater considering the size and height of the building, and to modify...
In this study, the method considering the influence of the high-rise building in urban rainfall-runoff analysis using SWMM was proposed. The method proposed in this study was to calculate the time of reaching the surface of the rainwater considering the size and height of the building, and to modify the basin width to reflect this. In the method proposed in this study, the concentration time considering the size and height of the building is calculated and based on this time the basin width is modified. The proposed method was verified with the experimental result of Isidoro et al. (2012). As a result, the proposed method was found to be valid since the simulated hydrograph was fairly identical to experimental result. In both hydrographs, it was confirmed that the change of the discharge characteristic, such as decrease of peak discharge and lag of peak time, over increasing density of the building was similar each other.
In this study, the method considering the influence of the high-rise building in urban rainfall-runoff analysis using SWMM was proposed. The method proposed in this study was to calculate the time of reaching the surface of the rainwater considering the size and height of the building, and to modify the basin width to reflect this. In the method proposed in this study, the concentration time considering the size and height of the building is calculated and based on this time the basin width is modified. The proposed method was verified with the experimental result of Isidoro et al. (2012). As a result, the proposed method was found to be valid since the simulated hydrograph was fairly identical to experimental result. In both hydrographs, it was confirmed that the change of the discharge characteristic, such as decrease of peak discharge and lag of peak time, over increasing density of the building was similar each other.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구에서는 SWMM 모형을 이용하여 초고층 도시유역의 유출해석 방법을 제시하였다. 그 결과는 Isidoro et al.
본 연구에서는 SWMM 모형을 이용한 도시 유역의 유출해석에 초고층 건물을 고려하여는 방법을 제안하였다. 제안된 방법은 건물의 규모와 이에 따른 낙하시간을 고려하는 방법으로, 최종적으로 소유역의 폭을 조정하는 방법이다.
본 연구에서는 도시지역 유출해석에 많이 사용되고 있는 SWMM 모형을 이용하여 초고층 도시유역에서의 강우유출 해석을 시도해 보고자 한다. 이를 위해서는 먼저 초고층 건물을 SWMM 모형에 고려할 수 있는 방법론의 개발이 필요하다.
본 연구에서는 이 세 가지 방법 중 유역폭을 수정하는 방법으로 초고층 건물의 영향을 유출해석에 반영하고자 하였다. 유역폭을 수정하는 방법은 다음과 같다.
가설 설정
각 소유역들의 집중시간은 앞서 설명한 SWMM 모형에서 집중시간을 산정할 때 사용하는 운동파 공식인 식 (1)과 식 (2)을 통해 산정하였다. 가로 1 m, 세로 0.5 m인 직사각형 모양의 소유역에서 지표면 거리 은 대각선 길이인 1.118 m로 가정하였다. n은 0.
건물의 총 높이는 0.8 m로 가정하였다. 아울러 건물 지붕에 떨어진 강우는 건물 지붕에 흘러 우수 수직관을 통해 낙하하는 것으로 가정하였다.
9를 사용하였다. 관경은 50 mm로 가정하였다. 결과적으로 낙하속도는 0.
침투에 의한 손실량 산정에는 CN 방법을 적용하였다. 대상 유역은 AMC-Ⅱ 조건으로 가정하여 전체 다 불투수 유역으로 CN 값은 98로 가정하였다. 대상 유역은 실험에서 사용된 MDF에 방수 코팅한 것을 감안하여 전체를 불투수 지역으로 가정하고 조도계수로는 Hjelmfelt (1986)가 제안한 시가화 지역의 조도계수인 0.
대상 유역은 AMC-Ⅱ 조건으로 가정하여 전체 다 불투수 유역으로 CN 값은 98로 가정하였다. 대상 유역은 실험에서 사용된 MDF에 방수 코팅한 것을 감안하여 전체를 불투수 지역으로 가정하고 조도계수로는 Hjelmfelt (1986)가 제안한 시가화 지역의 조도계수인 0.1과 Vieux (2004)가 제안한 시가화 지역의 조도계수인 0.015를 평균한 값인 0.057로 가정하였다. 불투수 지역 지면저류는 Isidoro et al.
이들 경로를 따라 이동하는 강우의 이동 시간은 다음과 같이 계산하였다. 먼저, 지붕의 경우 건물이 없을시 지표면에서의 흐름과 같다고 가정하여 고려하지 않았다. 우수 수직관의 경우는 앞서 설명한 바와 같이 우수수직관을 통해 낙하하는 시간으로, 식 (5)를 이용하여 산정하였다.
057로 가정하였다. 불투수 지역 지면저류는 Isidoro et al. (2012)이 실험 유역을 방수 코팅 하였다는 것을 따라 0으로 가정하였다. 강우강도와 지속시간은 실험과 동일하게 조건을 주어 120 mm/hr와 55초로 하였다.
8 m로 제작되었다. 실험에서는 고려한 모든 건물의 높이는 같은 것으로 가정하였다. Fig.
8 m로 가정하였다. 아울러 건물 지붕에 떨어진 강우는 건물 지붕에 흘러 우수 수직관을 통해 낙하하는 것으로 가정하였다. 이들 경로를 따라 이동하는 강우의 이동 시간은 다음과 같이 계산하였다.
제안 방법
(2012)이 실험 유역을 방수 코팅 하였다는 것을 따라 0으로 가정하였다. 강우강도와 지속시간은 실험과 동일하게 조건을 주어 120 mm/hr와 55초로 하였다. 8개의 소유역의 입력자료는 모두 동일하게 입력하였다.
이를 위해서는 먼저 초고층 건물을 SWMM 모형에 고려할 수 있는 방법론의 개발이 필요하다. 개발된 방법론은 기존 Isidoro et al. (2012)의 연구결과를 활용하여 검증할 계획이다. Isidoro et al.
계산된 유속을 유역의 집중시간과 건물에서의 낙하시간을 합한 값에 곱하여 거리를 계산한다. 마지막으로, 계산된 거리를 유역의 면적으로 나누어 유역폭을 산정하였다. 즉, 고층건물을 고려할 경우 유역의 형태는 폭이 작아진 길쭉한 형태로 바뀌게 된다.
유역폭을 수정하는 방법은 다음과 같다. 먼저, 건물을 고려하지 않은 유역의 집중시간과 유역 최원점에서 유역출구까지 거리를 고려하여 유속을 계산한다. 계산된 유속을 유역의 집중시간과 건물에서의 낙하시간을 합한 값에 곱하여 거리를 계산한다.
1(a)). 모형의 바닥은 MDF (Medium Density Fibreboard)로 제작하였으며 방수 코팅을 하였다. 유역 내 배수는 지름이 15 mm인 반원형 개수로를 통해 이루어진다.
본 연구에서는 강우가 초고층 건물의 옥상에서 지표까지 도달하는데 걸리는 시간을 소유역의 집중시간 산정에 고려하였다. 먼저, 건물의 영향을 고려하지 않는 경우에는 일반적으로 경험공식을 이용하여 집중시간을 산정한다.
본 연구에서는 앞서 산정한 소유역별 집중시간과 건물 지분에서의 낙하시간을 추가로 고려하여 유역폭의 길이를 다시 산정하였다. 건물의 밀도에 따라 CASE A, B, C, D로 나눈 다음 각 소유역의 수정된 유역폭을 구하여 다음 Table 1로 나타내었다.
본 연구에서는 위 식을 이용하여 강우의 종단 속도를 산정하고, 초고층 건물의 우수 수직관에서의 낙하시간을 결정하였다. 낙하시간 산정에 필요한 관경은 환경부에서 제안한 허용 최대 지붕면적별 관경값을 이용하였다 (ME, 2015).
강우강도는 120 mm/hr이고 강우의 지속시간은 55초이다. 유량 측정은 원통형 저장 장치를 이용하여 1초 간격으로 수행하였다.
유역폭 수정을 통해 건물을 고려하는 방법을 검증하기 위해서 Isidoro et al. (2012)의 결과와 SWMM 모형의 결과를 비교하였다. Fig.
유역폭은 소유역에서 관로가 유역의 측면에 위치하고 있기에 유역폭 산정 방법 중 유역의 주 관로가 유역의 측면에 위치했을 경우 유역폭을 산정하는 방법을 사용하였다. 유역 폭은 1 m이다.
본 연구에서는 SWMM 모형을 이용한 도시 유역의 유출해석에 초고층 건물을 고려하여는 방법을 제안하였다. 제안된 방법은 건물의 규모와 이에 따른 낙하시간을 고려하는 방법으로, 최종적으로 소유역의 폭을 조정하는 방법이다. 는 것으로, 제안된 방법은 Isidoro et al.
대상 데이터
따라서 유역의 경사를 조절하여 지표수 흐름을 지체시킬 수 있다. 실험 논문의 대상유역은 경사가 낮은 경사로 이루어져 있다. 지표수 흐름을 지체시킬 정도로 경사를 더 낮추기엔 경사가 어느 정도 낮은 상태여서 지체시키기 어렵다.
이론/모형
이들 경험공식은 특정한 지역에서 측정된 한정된 자료를 사용하여 개발된 것이므로 적용 조건을 잘 파악하여야 한다. SWMM 모형에서는 도시유역의 집중시간 산정에 식 (1)과 같이 운동파 공식(Kinematic wave formulation)을 사용한다.
본 연구에서는 SWMM 모형을 이용하여 초고층 도시유역의 유출해석 방법을 제시하였다. 그 결과는 Isidoro et al. (2012)의 실험결과를 이용하여 검증하였다. 그러나 본 연구에서 도출한 결과는 다음과 같은 한계를 갖는다.
본 연구에서는 위 식을 이용하여 강우의 종단 속도를 산정하고, 초고층 건물의 우수 수직관에서의 낙하시간을 결정하였다. 낙하시간 산정에 필요한 관경은 환경부에서 제안한 허용 최대 지붕면적별 관경값을 이용하였다 (ME, 2015).
제안된 방법은 건물의 규모와 이에 따른 낙하시간을 고려하는 방법으로, 최종적으로 소유역의 폭을 조정하는 방법이다. 는 것으로, 제안된 방법은 Isidoro et al. (2012)의 실험결과를 가지고 검증하였다. 그 결과 SWMM 모형으로 모의한 유출수문곡선은 실험자료와 전체적으로 잘 일치하는 것으로 나타났다.
0%이다. 소유역 평균경사의 산정을 위해 Fleming and Hoffer (1979)의 방법을 사용하였다. 최종적으로 산정된 평균 경사는 4.
침투에 의한 손실량 산정에는 CN 방법을 적용하였다. 대상 유역은 AMC-Ⅱ 조건으로 가정하여 전체 다 불투수 유역으로 CN 값은 98로 가정하였다.
성능/효과
관경은 50 mm로 가정하였다. 결과적으로 낙하속도는 0.27 m/sec로 결정하였으며, 0.8 m 높이의 건물에서의 낙하시간은 2.9 sec로 계산되었다.
(2012)의 실험결과를 가지고 검증하였다. 그 결과 SWMM 모형으로 모의한 유출수문곡선은 실험자료와 전체적으로 잘 일치하는 것으로 나타났다. 두 수문곡선 모두에서 모두 건물의 밀도 증가에 따른 유출 반응의 변화가 동일한 것을 확인하였다.
두 그래프를 비교해보면 SWMM 모형을 이용한 유출해석 결과가 실험결과와 매우 유사함을 판단할 수 있다. 건물의 밀도가 높을수록 더 느린 유출반응을 보인다는 점도 동일하게 나타났다.
그 결과 SWMM 모형으로 모의한 유출수문곡선은 실험자료와 전체적으로 잘 일치하는 것으로 나타났다. 두 수문곡선 모두에서 모두 건물의 밀도 증가에 따른 유출 반응의 변화가 동일한 것을 확인하였다. 즉, 건물의 밀도가 높을수록 첨두유량은 감소하고, 첨두시간은 길어지는 것으로 확인되었다.
건물의 밀도가 높을수록 더 느린 유출반응을 보인다는 점도 동일하게 나타났다. 또한 유출수문곡선의 기울기가 건물의 밀도가 높아짐에 따라 낮아지는 것도 확인 할 수 있었다. 이는 건물의 밀도가 높으면 건물 지붕에 떨어지는 강우가 많아지고, 이에 따라 건물의 영향을 받는 강우 입자 수가 많아지기 때문이다.
총 유출량의 경우에도 두 모형이 유사하게 나타났으며, SWMM 모형의 모의 결과에서는 물수지(water balance)가 정확히 맞고, 실험결과에서는 관측 오차 등의 원인으로 약간의 차이가 있는 것으로 파악되었다. 전체적으로 실험결과와 SWMM 모의 결과는 매우 유사한 것으로 파악되었으며, 이를 통해 본 연구에서 제안한 초고층 건물을 고려한 유출 모의 방법은 적절한 것으로 판단할 수 있었다.
두 수문곡선 모두에서 모두 건물의 밀도 증가에 따른 유출 반응의 변화가 동일한 것을 확인하였다. 즉, 건물의 밀도가 높을수록 첨두유량은 감소하고, 첨두시간은 길어지는 것으로 확인되었다.
SWMM 모형으로 모의한 수무곡선의 첨두유량이 실험결과의 첨두유량보다 작은 것은 실험의 관측치가 변동성을 가지고 있어 위로 약간 튀었기 때문으로 판단된다. 총 유출량의 경우에도 두 모형이 유사하게 나타났으며, SWMM 모형의 모의 결과에서는 물수지(water balance)가 정확히 맞고, 실험결과에서는 관측 오차 등의 원인으로 약간의 차이가 있는 것으로 파악되었다. 전체적으로 실험결과와 SWMM 모의 결과는 매우 유사한 것으로 파악되었으며, 이를 통해 본 연구에서 제안한 초고층 건물을 고려한 유출 모의 방법은 적절한 것으로 판단할 수 있었다.
Table 2에 나타난 결과를 보면 모의 결과와 실험결과에서 모두 건물밀도가 증가할수록 첨두유량이 점점 감소하고, 첨두시간은 늘어난다는 것을 확인할 수 있다. 특히, 실험결과와 SWMM 모형 모의결과에서 첨두시간은 거의 일치하는 것으로 나타났다. SWMM 모형으로 모의한 수무곡선의 첨두유량이 실험결과의 첨두유량보다 작은 것은 실험의 관측치가 변동성을 가지고 있어 위로 약간 튀었기 때문으로 판단된다.
후속연구
결과적으로 본 연구에서 제시한 내용은 초고층 도시유역에서의 집중 관측을 통해 검증되어야 한다. 건물 지붕 및 벽면에서의 강우 관측뿐만 아니라 배수시스템 전반에 대한 관측을 통해 실제 초고층 도시유역에서의 강우-유출 과정이 보다 정교하게 규명될 수 있을 것이다.
결과적으로 본 연구에서 제시한 내용은 초고층 도시유역에서의 집중 관측을 통해 검증되어야 한다. 건물 지붕 및 벽면에서의 강우 관측뿐만 아니라 배수시스템 전반에 대한 관측을 통해 실제 초고층 도시유역에서의 강우-유출 과정이 보다 정교하게 규명될 수 있을 것이다.
그러나 본 연구에서는 높이가 다른 다양한 건물의 고려 방법이 아직 정확히 제시되지 못했고, 아울러 유역의 규모가 더욱 큰 경우 고층건물의 영향이 어떻게 나타날지도 정확히 파악하지 못하였다. 최종적으로 본 연구에서 제시한 방법이 실제 유역에서의 유출해석에 얼마나 기여하게 될지도 파악하지 못하였다.
그러나 본 연구의 가장 큰 한계는 실제 관측자료와의 비교가 이루어지지 못한 점이라고 할 수 있다. 현재 국내에는 배수분구의 말단의 빗물펌프장에서 간접적으로 추출 가능한 유출자료가 약간 가용한 상황이다.
본 연구의 결과는 추후 도시유역 내 녹지 공간과 인공 습지에 확장되어 적용될 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구에서 건물의 규모와 밀도를 고려하여 유출해석을 수행한 것과 같은 맥락으로 SWMM 모형을 이용하여 녹지 공간의 규모와 밀도 또한 고려할 수 있을 것이기 때문이다.
본 연구에서 건물의 규모와 밀도를 고려하여 유출해석을 수행한 것과 같은 맥락으로 SWMM 모형을 이용하여 녹지 공간의 규모와 밀도 또한 고려할 수 있을 것이기 때문이다. 아울러 초고층 건물의 지붕 혹은 벽면에 설치될 녹지 공간의 영향 또한 본 연구의 방법론을 통하여 평가할 수 있을 것으로 예상된다.
(2012)은 몇 가지의 초고층 도시유역 모형을 이용하여 강우-유출 실험을 수행한 바 있다. 이 과정을 통해 검증된 방법론은 초고층 건물의 확대에 따른 유출특성의 변화를 평가하는데, 아울러 유역면적의 규모에 따른 초고층 건물의 상대적 영향을 파악하는데 적용할 수 있을 것이다.
이를 위해서는 다양한 실제 유역에의 적용이 꼭 필요하나, 아직 충분한 관측자료를 확보하지 못하여 본 연구에서 제시한 방법의 적용성을 파악하지 못한 아쉬움이 있다. 이러한 부분은 추후 연구에서 보완될 수 있도록 할 계획이다.
최종적으로 본 연구에서 제시한 방법이 실제 유역에서의 유출해석에 얼마나 기여하게 될지도 파악하지 못하였다. 이를 위해서는 다양한 실제 유역에의 적용이 꼭 필요하나, 아직 충분한 관측자료를 확보하지 못하여 본 연구에서 제시한 방법의 적용성을 파악하지 못한 아쉬움이 있다. 이러한 부분은 추후 연구에서 보완될 수 있도록 할 계획이다.
그러나 본 연구에서는 높이가 다른 다양한 건물의 고려 방법이 아직 정확히 제시되지 못했고, 아울러 유역의 규모가 더욱 큰 경우 고층건물의 영향이 어떻게 나타날지도 정확히 파악하지 못하였다. 최종적으로 본 연구에서 제시한 방법이 실제 유역에서의 유출해석에 얼마나 기여하게 될지도 파악하지 못하였다. 이를 위해서는 다양한 실제 유역에의 적용이 꼭 필요하나, 아직 충분한 관측자료를 확보하지 못하여 본 연구에서 제시한 방법의 적용성을 파악하지 못한 아쉬움이 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
SWMM 모형이란?
도시지역의 유출을 분석하기 위해 사용되고 있는 대표적인 모형으로는 SWMM (Storm Water Management Model), ILLUDAS (Illinois Urban Drainage Area Simulator), RRL (Research Laboratory Method) 등이 있다. 이 중 SWMM 모형은 도시유역의 유출과 유량을 예측하는데 많이 사용되는 모형이라고 할 수 있다.
유역 경사를 이용하는 방법은 무엇을 의미하는가?
유역 경사를 이용하는 방법은 지표수 흐름을 지체시키기 위해 유역의 경사를 낮추어 주는 방법이다. 유역의 경사가 높을수록 유출속도가 빨라지고 경사가 낮을수록 유출속도가 느려진다.
불투수층의 고려를 통한 기존 연구의 한계점은 무엇인가?
불투수층의 고려를 통한 도시화의 반영은 도시화 초기 주로 낮은 건물이 위주였던 상황에서는 일면 유효한 측면이 있다. 그러나 최근 급격히 증가하고 있는 초고층 도시에서의 강우-유출 해석이 과거와 동일한지는 의문의 여지가 크다. 이러한 문제는 사실 여러 연구에서 지적된 바 있다(Makhelouf, 2012; Zhan et al.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.