[논문]하류 도심지 침수저감 분석을 통한 공동주택 단지의 우수저류조 계획

최재도; 임형철

doi:10.15683/kosdi.2023.9.30.698

하류 도심지 침수저감 분석을 통한 공동주택 단지의 우수저류조 계획
Analysis of Flood Reduction in Downstream Urban Areas for the Storage in Apartment Complex 원문보기

한국재난정보학회논문집 = Journal of the Society of Disaster Information, v.19 no.3, 2023년, pp.698 - 709

최재도 (Department of Architectural Engineering, Graduate School, Changwon National University) , 임형철 (Department of Architectural Engineering, Changwon National University)

초록
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연구목적: 본 논문에서는 기후변화로 기존 도심지 침수 발생이 증가하는 현 상황에서 공동주택 단지에 소규모 우수저류시설을 계획하였을 때 기존 하류부 도심지 침수량 증가율과 기존 도심지 침수량 저감 정도를 분석하고자 한다. 연구방법: 미국환경보호청 SWMM 모델을 활용해서 대규모 하수도 모델을 구축하고 시뮬레이션을 통해 하류부 기존 도심지 침수영향을 분석하였다. 구축한 모델은 개발지구, 하류부 기존 도심지, 우수를 방류하는 하천유역 전체를 포함하였다. 연구결과: 대규모 개발행위 시 연구 대상지역에서 공동주택 블록별로 최소 우수저류조 용량을 산정하여 시뮬레이션한 결과, 하류부 기존 도심지에서 방재성능목표강우량 1시간 기준 4,893㎥, 2시간 기준 25,815㎥, 3시간 기준 55,528㎥의 침수량을 저감할 수 있을 것으로 나타났다. 결론: 본 연구와 같이 하류부 기존 도심지까지 고려한 대규모 침수 시뮬레이션을 실시하였을 때 하류부 도심지 침수가 크게 증가하는 것을 알 수 있고, 개발전 공동주택 단지 블록별로 필요한 우수저류조 용량을 계획하고 개발시 비용 지원 등으로 우수저류조 건설을 권장한다면 하류부 기존 도심지 홍수 부담을 감소시킬 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Purpose: In this paper, we would like to analyze the growth rate of existing urban immersion in the downstream during large-scale urban development and the degree of reduction in existing urban immersion in the downstream when small excellent storage facilities are planned in apartment complexes. Method: A large-scale sewage model was built using the SWMM model of the U.S. Environmental Protection Agency, and the impact of flooding in existing downtown areas downstream was analyzed through simulation. The built model included the development zone, the existing downtown area downstream, and the entire river basin that discharges rainwater. Result: As a result of calculating and simulating the minimum excellent reservoir capacity for each apartment block in the study target area, it was found that the immersion of 4,893㎥ based on one hour, 25,815㎥ based on two hours, and 55,528㎥ based on three hours in the downstream urban area. Conclusion: As in this study, large-scale flooding simulation considering the existing downtown area in the downstream shows a significant increase in flooding in the downstream, and if excellent reservoir capacity is planned for each apartment block before development and the construction of excellent reservoirs is recommended.

주제어

표/그림 (15)

그림 Fig. 1. Model building procedure
그림 Fig. 2. Elevation and slope analysis of the study area
그림 Fig. 3. Pipeline model in study area
그림 Fig. 4. SWMM long term rainfall simulation
표 Table 1. Yangsan SWMM model and input status
표 Table 2. Sensitivity analysis through changes in rainfall duration
표 Table 3. Sensitivity analysis through changes in rainfall
그림 Fig. 5. Land use in Sasong area
표 Table 4. Applied rainfall data
표 Table 5. Results of model flooding analysis according to development
표 Table 6. Storage capacity and area by block
표 Table 7. Flood reduction before and after installation of storage(1 hour)
표 Table 8. Flood reduction before and after installation of storage(2 hours)
표 Table 8. Flood reduction before and after installation of storage(2 hours) (Continue)
표 Table 9. Flood reduction before and after installation of storage(3 hours)

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 온천천, 동천 유역의 경우를 교훈으로 새로 대규모의 도시개발을 하는 경우 공동주택 단지마다 소규모 우수저류시설을 건설하였을 시를 가정하여 침수저감량을 비교하고자 한다.
본 연구에서는 기존 도심지 상류 유역에 대규모 개발행위 시 하류의 기존 도심지에서 발생할 수 있는 침수량 증가에 대해 분석하기 위해, 경상남도 양산시 洞지역과, 현재 도시개발 중인 양산시 동면 사송지구의 하수도 모델을 GIS와 SWMM으로 구축하여 침수분석 시뮬레이션을 진행하였다. 최근 이상기후로 기존과 달리 많은 강우가 짧은 시간에 자주 발생하는 경향이 늘어나고 있다.
본 연구에서는 대규모 개발행위 시 하류에 위치한 기존 도심지의 침수 발생 증가에 대해 분석하고, 개발행위 시 공동주택 단지 블록별로 최소 저류용량을 산정하여 분석 모델에 적용하였을 때 하류 기존심지에서 어느정도 침수저감 효과가 있는지 분석하였다. 주요 연구 결과는 아래와 같다.
이것은 변화하는 강우 양상에 따라 기존 건축 시 홍수 방어 기준을 강화해야하는 것을 의미하며, 침수를 원천 방지하기 위해 지하 대심도 터널, 우수저류시설에 대해 활발한 논의가 이루어지고 있는 이유이다. 특히 공동 주택 단지를 건축 시 소규모 우수저류시설을 최소한의 규모라도 건설하게 된다면, 향후 도심지 침수방지에 큰 기여를 할 것으로 판단되며, 본 연구에서는 신도시 개발지구에서 공동주택 건축 시 소규모 우수저류시설들을 건설함에 따른 침수방지 효과에 대해 논하고자 한다.

가설 설정

(1) 개발지구 공동주택 단지중 15개 블록에 우수저류조 설치를 가정하고 양산시 방재성능목표강우량을 사용해 침수 시뮬레이션을 진행함.
본 연구에서는 대규모 개발행위 시 각블록별로 우수저류조를 계획하는 것을 가정하여, 개발지구 하류의 기존 도심지 침수량 저감 정도를 분석하였다. 연구대상지역인 양산시 사송지구에서 블록별 저류 용량 및 면적을 산정하기 위해서 『우수유출 저감시설의 종류․구조․설치 및 유지관리 기준(2018.

제안 방법

또한 본 연구에서는 『지역별 방재성능목표 설정 기준(2022.행정안전부)』에서 설정된 양산시 방재성능목표강우량을 사용해 침수 시뮬레이션을 진행하였다. Table 4는 모델에 적용한 강우 데이터이다.
본 연구대상지 유역에 대한 SWMM 모델의 민감도 분석 실시를 위해 변화시킬 인자로 강우지속시간과 강우량을 선정하였다. 실존 도시에 대한 연구이기 때문에 소유역, 관경, 관연장, 맨홀 위치, 토지이용, 토양 등 거의 대부분의 인자를 변화시키기 힘들기 때문이다.
본 연구에서는 모델구축에 미국환경보호청(United States Environmental Protection Agency, EPA)의 강우-유출 해석 프로그램인 SWMM과, 지리정보시스템(GIS) 프로그램인 QGIS를 사용하여 유역 및 모델을 구축하였다.
본 연구에서는 양산천의 수위 상승이 높았던 2020년 8월7일 ~ 12일 기간의 1분단위 실측 강우 데이터를 SWMM 모델에 입력하여 장기 시뮬레이션을 실시하고, 시뮬레이션된 양산천 수위와 실측 양산천 수위를 비교하여 Fig. 4에 나타내었다.

대상 데이터

실존 도시에 대한 연구이기 때문에 소유역, 관경, 관연장, 맨홀 위치, 토지이용, 토양 등 거의 대부분의 인자를 변화시키기 힘들기 때문이다. 강우량 자료는 『확률강우량도 개선 및 보완연구(2011.국토해양부)』자료를 사용하였다. 강우지속시간의 변화에 대해서는 Table 2와 같이 비슷한 강우량에 지속시간을 1시간 단위로 변화시켰고, 강우량 변화에 대해서는 Table 3과 같이 분석에 가장 많이 이용되는 지속시간 1~3시간에 80년~200년 빈도의 변화를 주었다.
관측소는 양산상북관측소 자료를 사용하였다. 양산상북 관측소는 기상청 부산지방기상청 울산기상대에서 운영중이며, 관측개시일은 2005년 5월24일, 관측주기는 1분, 위경도 좌표는 35.
또한 양산시 우수관거 모델 구축을 위해, 하수도대장 등을 활용하였고, 지형자료는 국토지리정보원 1:5000圖를 사용하였으며, 기타 필요한 자료 모두 공인된 자료를 수집하여 활용하였다. Fig.
본 연구에서 구축한 양산시 SWMM 모델의 정확성 검증을 위해, 기상청 방재기상관측(AWS)를 통해 양산천 유역의 실강우 데이터를 수집하였다. 방재기상관측은 지진 · 태풍 · 홍수 · 가뭄 등 기상현상에 따른 자연재해를 막기 위해 실시하는 지상 관측을 말하며, 전국 약 150여 지점에서 관측을 실시하고 있다.
본 연구의 대상지는 양산천(국가 및 지방하천) 유역으로 설정하였다. 양산천은 경상남도 양산시 하북면 지산리에서 발원하여, 양산시 洞지역과 양산시 동면을 관류하여 낙동강으로 합류되는 국가 및 지방하천이다.

이론/모형

하지만 블록별 개발 면적과 용도가 상이한만큼, 현실성을 고려하여 모든블록에 우수저류조 설치를 가정하지 아니하였다. 공동주택의 입지 및 지형 여건 등을 고려하여 우수 배출이 많고 설치 계획이 가능한 블록을 선별하여 SWMM 모델에 입력하였다.
본 연구에서는 대규모 개발행위 시 각블록별로 우수저류조를 계획하는 것을 가정하여, 개발지구 하류의 기존 도심지 침수량 저감 정도를 분석하였다. 연구대상지역인 양산시 사송지구에서 블록별 저류 용량 및 면적을 산정하기 위해서 『우수유출 저감시설의 종류․구조․설치 및 유지관리 기준(2018.행정안전부)』에 따라 불투수면적 증가면적의 0.05m를 곱한 최소 저류 규모를 산정하여 SWMM 모델에 입력하였다. Table 6은 각블록별 산정된 최소 저류용량 및 면적이다.

성능/효과

(2) 방재성능목표강우 1시간 - 약 4,893㎥의 침수량이 저감될 것으로 분석되었고, 일부 지역에서는 침수가 해소됨.
(3) 방재성능목표강우 2시간 - 약 25,815㎥의 침수량이 저감될 것으로 분석되었고, 일부 지역에서는 침수가 해소됨.
(4) 방재성능목표강우 3시간 - 약 55,528㎥의 침수량이 저감될 것으로 분석되었고, 일부 지역에서는 침수가 해소됨.
(5) 분석결과로 확인해보았을 때는 공동주택 단지에 최소 용량의 소규모 우수저류조를 설치했을 때 하류 지역에서는 침수 저감에 유의미한 결과가 도출될 것.
(6) 민감도 분석을 실시하였을 때, 강우지속시간보다 강우총량의 증가는 침수량에 상당히 큰 영향을 미치는 것이 확인됨. 특히 지속시간이 긴3시간보다 1시간에서 강우량이 증가할 때 침수량이 더욱커지는 것으로 확인됨.
양산시 사송지구가 개발된 후 침수량 변화를 분석하기 위해 SWMM 모델을 통해 개발전, 개발후 모델에서 계산된 전체 침수량 변화를 시뮬레이션한 결과, Table 5와 같이 분석되었다. 강우총량이 많아지는 방재성능목표강우 3시간에서 침수발생량은 가장 많지만, 짧은 시간동안 강우가 발생하는 방재성능목표강우 1시간에서 개발전 대비 개발후 침수발생량이 가장 높은 것을 확인할 수 있다.
또한 2010년도부터 진행되고 있는 경상남도 양산시 동면 사송지구의 대규모 개발사업으로 인해 사송지구의 불투수면적 비율이 개발전에 비해 약 30% 증가할 것이고, 사송지구를 관류하여 양산천으로 합류하는 다방천의 홍수량이 크게 증가할 것으로 판단된다. 또한 다방천의 홍수량 증가는 양산천의 홍수위를 증가시키게 되고, 기존 양산지역의 내수배재가 불량해질 수 있다.
또한 본 연구에서 적용한 미국환경보호청의 SWMM 모델은 도시 내수침수 해석을 위해 전세계적으로 많이 사용하고 있으며 수리학적 계산 방식은 부정류 해석이 가능하고 한국에서 주로 사용하는 방식인 Manning의 방정식과 Curve Number를 사용할 수 있기 떄문에 한국에서 사용하기에도 큰 문제가 없다고 판단된다. 단점이라면 국내는 4대강 사업 이후 주요 하천에 댐이 많이 건설되어 있는데, 국토 면적이 넓지 않고 산지가 많은 한반도 특성상 댐의 하류부에 큰 도심지가 위치하는 경우가 있다(경상남도 진주시, 부산광역시 금정구 등).

후속연구

SWMM에는 Control 기능을 응용하여 댐이 위치한 하천 단면에 댐의 수문 개폐를 구현할 수는 있으나 댐 파괴 분석은 되지 않기 때문에 댐 파괴로 인한 도심지 홍수 분석은 불가한 실정이다. 따라서 국내 도심지 실정에 더욱 적합하기 위해서는 댐 파괴 시 발생하는 홍수량을 SWMM에 적용할 수 있는 기법 개발이 필요할 것으로 판단된다.
하지만 그러한 수준까지 도달했을 때는 이미 우리나라 침수피해가 심각한 상태일 것이다. 따라서 현재 행정계획 단계에서는 본 연구와 같은 분석을 진행하여 개발지구 하류 지역까지 충분히 고려하고, 우수저류조와 같은 시설을 충분히 계획하여, 개발행위로 인해 하류 기존 도심지의 침수피해가 가중되는 상황을 최대한 억제하여야 할 것이다.
본 연구에서는 사송지구 개발전·후에 따른 양산의 침수상황 변화를 SWMM(Storm Water Management Model)을 통해 시뮬레이션하고, 사송지구 개발 시 우수저류조 설치를 가정하여 양산지역의 침수량 변화를 분석하여 사송지구와 같은 대규모 개발사업 시 행정단계에서 수행해야할 내용을 제언하고자 한다.
따라서 강우 발생시에 조위가 상승하게 되면 배수가 상당히 불량해지며 도시 규모가 커질수록 홍수 방어가 더욱 불량해진다. 특히 사송지구의 경우는 다방천으로 방류된 우수가 양산천 하류로 합류되고, 양산천이 낙동강 하류로 합류되기 때문에 사송지구의 개발 규모가 클수록 양산시 洞, 물금읍 지역은 침수 발생 가능성이 가중될 것이다. 이미 침수위험이 높은 양산시 洞, 물금읍 지역이 침수위험에서 최대한 안전하기 위해서는 강우 발생 시 사송지구에서 우수 방류를 가능한 적게하는 것이다.
현재 매년 전국적으로 폭우로인한 침수피해가 증가하고 있으며 재해관련 법령, 자연재해기준 또한 강화되고 있다. 현재 추세대로 침수피해가 계속 증가한다면, 향후 공동주택 건설 시 우수저류시설을 갖추도록 관계법령이 강화될 가능성 또한 충분하다. 하지만 그러한 수준까지 도달했을 때는 이미 우리나라 침수피해가 심각한 상태일 것이다.

참고문헌 (9)

Choe, Y.W. (2023). Development and Assessment of Flood Prediction Map for Mid-Low Area Flood Prediction,？Ph.D. Dissertation, Pusan National University, Republic of Korea.
Hunter, N.M., Bates, P.D., Neelz, S., Pender, G. (2008). "Benchmarking 2D hydraulic models for urban flooding."？Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Water Management, Vol. 161, No. 1, pp. 13-30.
Jeon, H.S. (2022). Development of Integrated Modeling Techniques for Flooding Simulation in Estuary Areas. Ph.D.？Dissertation, Pusan National University, Republic of Korea.
Mark, O., Weesakul, S., Apirumanekul, C., Aroonnet, S.B., Djordjevic, S. (2004). "Potential and limitations of 1D？modelling of urban flooding." Journal of Hydrology, Vol. 299, No. 3-4, pp. 284-299.

상세보기
Miller, J.D., Hutchins, M. (2017). "The impacts of urbanisation and climate change on urban flooding and urban？water quality: A review of the evidence concerning the United Kingdom." Journal of Hydrology, Vol. 12, pp. 345-362.
Ryu, S.R. (2022). "A Study on the flooding risk assessment of energy storage facilities according to climate change."？Journal of the Korea Society of Disaster Information, Vol. 15, No. 3, pp. 10-18.
Schreider, S.Y., Smith, D.I., Jakeman, A.J. (2000). "Climate change impacts on urban flooding." Climatic Change,？Vol. 47, No. 1, pp. 91-115.

상세보기
Song, J.I., Lee, B.J., Yoo, J.H. (2015). "FFC2Q and XP-SWMM comparative study to analyze runoff reduction by？urban design techniques." Journal of the Korea Society of Disaster Information, Vol. 11, No. 1, pp. 107-119.
Yu, S.Y., Lee, S.J., Kim, S.W., Choi, E.K., Lee, K.H., Choi, B.H. (2015). "Development of a flood loss estimation？tool within GIS software." Journal of the Korea Society of Disaster Information, Vol. 11, No. 11, pp. 436-445.

저자의 다른 논문 :

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].

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