도시화 면적이 증가하면 불투수 면적이 증가하고 그에 따라 도시 하천의 평상시 유출이 감소한다. 도시유역의 평상시 수량을 회복시키는 방법으로는 침투 증진시설(투수성 포장, 침투 트렌치, 침투 측구 등)의 설치, 하수의 고도처리 후 방류 저수지에 의한 유황 개선, 지하철 용출수 활용 등이 있다. 우리나라의 경우에 일부 도시하천의 수량 감소가 심각한 상황에 이르고 있으며 이를 해결하고자 하는 노력이 최근에 나타나고 있다. 수량을 회복하려면 유량 평가를 위한 현장조사, 수량회복 계획, 재원의 반영, 수량회복 시설의 설치 및 관리의 순서로 단계별 사업이 수행되어야 한다. 계획 단계의 과업에서 필요한 사항은 여러 가지 수량 회복 방법의 영향을 정량 평가하는 것이다. 이에 핵심이 되는 것은 수량 회복 요소를 포함하거나 추가한 수문순환 평가 도구이다. 침투시설 중 투수성 포장과 침투 트렌치를 모의하도록 기존의 SWMM 모형을 수정하였다. 그 과정에서 증발량 처리와 지하수 출력기능에 대한 오류도 수정되었다. 수정 개발된 SWMM을 침투시설 모형실험 결과와 비교하여 수정된 프로그램의 적합성을 검증하였다. 투수성 포장과 침투 트렌치를 고려하여 수정된 프로그램을 안양천의 지류인 학의천 유역에 적용하여 침투시설의 효과를 분석하였다. 만일 학의천 불투수 면적의 10%를 투수성 포장으로 교체하면 하류 비산교 지점의 저수량$(Q_{275})$이 3 %, 갈수량$(Q_{355})$이 17 % 증가하는 것으로 분석되었다. 침투 트렌치의 경우 학의천 소유역 별로 100m 트렌치를 $5{\sim}10$개 시공할 경우 저수량은 약 1 %, 갈수량은 약9 %가 증가하였다. 수정 개발된 SWMM을 사용하면 침투 트렌치와 투수성 포장 이 도시 유역의 건기 수량회복에 미치는 영향을 분석할 수 있다.해 경보발령 이전에 한계수위를 넘어서는 경우(case_3)로서 분석되었다. 이러한 실패한 경보발령의 경우에 대한 원인분석 결과, 기존의 모형화를 통해 고려되지 못하였던 해안도시 홍수의 특성 중 총강우량에 대한 고려, 선행강우 여부 및 강우 지속시간, 지속시간 내 강우집중도 그리고 선정지점 내 조위의 영향과 유역내 합류식 하수관거 시스템의 영향 등 자연유역과는 다른 다소 복잡한 요소를 고려한 해안도시홍수 경보발령 기준에 대한 개선이 필요함을 확인할 수 있었다.이 좋다고 고찰된다. 6. 우리 나라의 현행 수도작기로 본 기온 및 일조조건은 수도의 분얼전기에 대해서는 호조건하에 놓여 있으나, 분얼후기인 7월 중ㆍ하순 경의 일조부족과 고온다습조건은 병해, 특히 도열병의 유발원인이 되고 있다. 7. 우리 나라의 현행수도작기로 본 전국각지의 수도의 출수기는 모두 일조시간이 적은 부적당한 시기에 처해 있다. 8. 출수후 40일간의 평균기온에 의한 적산온도 88$0^{\circ}C$의 출현기일은 수원에서 8월 23일이었고, 년간편차를 고려한 안전출수기일은 8월 19일로서 적산온도면에서는 관행 출수기일은 약간 늦다고 보았다. 9. 등열기의 평균기온에 의한 적산온도는 현행 수도작기로서는 최종한계시기에 놓여 있으며, 평균기온의 년간편차와 우리 나라의 최저기온이 낮은 점을 고려할 때, 현행출수기는 다소 늦은 것으로 보았다. 10. 생육단계별의 수도체내의 질소함량은 영양생장기의 질소함량이 과다하였으며, 출수 이후에 영양조락을 여하히 방지하느냐가 문제된다고 보았다. 11. 수리불안전답 및 천수답이 차지하
도시화 면적이 증가하면 불투수 면적이 증가하고 그에 따라 도시 하천의 평상시 유출이 감소한다. 도시유역의 평상시 수량을 회복시키는 방법으로는 침투 증진시설(투수성 포장, 침투 트렌치, 침투 측구 등)의 설치, 하수의 고도처리 후 방류 저수지에 의한 유황 개선, 지하철 용출수 활용 등이 있다. 우리나라의 경우에 일부 도시하천의 수량 감소가 심각한 상황에 이르고 있으며 이를 해결하고자 하는 노력이 최근에 나타나고 있다. 수량을 회복하려면 유량 평가를 위한 현장조사, 수량회복 계획, 재원의 반영, 수량회복 시설의 설치 및 관리의 순서로 단계별 사업이 수행되어야 한다. 계획 단계의 과업에서 필요한 사항은 여러 가지 수량 회복 방법의 영향을 정량 평가하는 것이다. 이에 핵심이 되는 것은 수량 회복 요소를 포함하거나 추가한 수문순환 평가 도구이다. 침투시설 중 투수성 포장과 침투 트렌치를 모의하도록 기존의 SWMM 모형을 수정하였다. 그 과정에서 증발량 처리와 지하수 출력기능에 대한 오류도 수정되었다. 수정 개발된 SWMM을 침투시설 모형실험 결과와 비교하여 수정된 프로그램의 적합성을 검증하였다. 투수성 포장과 침투 트렌치를 고려하여 수정된 프로그램을 안양천의 지류인 학의천 유역에 적용하여 침투시설의 효과를 분석하였다. 만일 학의천 불투수 면적의 10%를 투수성 포장으로 교체하면 하류 비산교 지점의 저수량$(Q_{275})$이 3 %, 갈수량$(Q_{355})$이 17 % 증가하는 것으로 분석되었다. 침투 트렌치의 경우 학의천 소유역 별로 100m 트렌치를 $5{\sim}10$개 시공할 경우 저수량은 약 1 %, 갈수량은 약9 %가 증가하였다. 수정 개발된 SWMM을 사용하면 침투 트렌치와 투수성 포장 이 도시 유역의 건기 수량회복에 미치는 영향을 분석할 수 있다.해 경보발령 이전에 한계수위를 넘어서는 경우(case_3)로서 분석되었다. 이러한 실패한 경보발령의 경우에 대한 원인분석 결과, 기존의 모형화를 통해 고려되지 못하였던 해안도시 홍수의 특성 중 총강우량에 대한 고려, 선행강우 여부 및 강우 지속시간, 지속시간 내 강우집중도 그리고 선정지점 내 조위의 영향과 유역내 합류식 하수관거 시스템의 영향 등 자연유역과는 다른 다소 복잡한 요소를 고려한 해안도시홍수 경보발령 기준에 대한 개선이 필요함을 확인할 수 있었다.이 좋다고 고찰된다. 6. 우리 나라의 현행 수도작기로 본 기온 및 일조조건은 수도의 분얼전기에 대해서는 호조건하에 놓여 있으나, 분얼후기인 7월 중ㆍ하순 경의 일조부족과 고온다습조건은 병해, 특히 도열병의 유발원인이 되고 있다. 7. 우리 나라의 현행수도작기로 본 전국각지의 수도의 출수기는 모두 일조시간이 적은 부적당한 시기에 처해 있다. 8. 출수후 40일간의 평균기온에 의한 적산온도 88$0^{\circ}C$의 출현기일은 수원에서 8월 23일이었고, 년간편차를 고려한 안전출수기일은 8월 19일로서 적산온도면에서는 관행 출수기일은 약간 늦다고 보았다. 9. 등열기의 평균기온에 의한 적산온도는 현행 수도작기로서는 최종한계시기에 놓여 있으며, 평균기온의 년간편차와 우리 나라의 최저기온이 낮은 점을 고려할 때, 현행출수기는 다소 늦은 것으로 보았다. 10. 생육단계별의 수도체내의 질소함량은 영양생장기의 질소함량이 과다하였으며, 출수 이후에 영양조락을 여하히 방지하느냐가 문제된다고 보았다. 11. 수리불안전답 및 천수답이 차지하
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문제 정의
본 연구의 목적은 기존의 수문 모형인 SWMM(Storm Water Management Model)을 수정하여 투수성 포장과 침투 트렌치의 모의기능을 갖도록 하는 것이다. 투수성 포장과 침투 트렌치 모의기능을 갖도록 수정 개발된 모형은 침투시설 모형실험을 통하여 검증하였다.
제안 방법
투수성 포장과 침투 트렌치 모의기능을 갖도록 수정 개발된 모형은 침투시설 모형실험을 통하여 검증하였다. 그리고 수정개발된 모형을 안양천의 지류인 학의천 시범유역을 대상으로 적용성을 평가하였다. 투수성 포장과 침투 트렌치에 대한 정량적인 평가와 실험을 통한 침투 특성 분석은 향후 현장적용 지침으로 활용될 수 있으며, 수정개발한 SWMM은 도시하천의 수문 순환 해석과 수량 회복 요소의 효과분석에 널리 활용될 것으로 기대된다.
따라서, 실행 가능성과 경제성을 고려하여 현재 학의천 32개 소유역의 불투수면적 10 %를 투수성 포장으로 치환하였다. 그리고 수정된 SWMM 4.4H 모형에 의한 투수성 포장 시공 효과를 분석하였다. 학의천 투수성 포장 효과분석에는 지표수 모의와 지하수 모의를 수행하였다.
4H를 투수성 포장을 고려할 수 있도록 모형을 수정하였다. 그리고 투수성 포장을 고려한 지하수 모의가 가능하도록 SWMM 4.4H 버전의 몇 가지 오류를 함께 수정하였다.
석수하수종말처리장의 처리구역 및 배수구역 도를 이용하여 배수구역 경계를 설정하였다. 배수구역 도로부터 관로 형태와 설치위치 등을 구성한 후 32개의 소유역으로 분할하였다(그림 4). 모형의 입력자료를 구축하기 위해 학의천유역의 수치지형도(1:5, 000), 토지이용도, 토양도, 하도 종.
그리고 투수성 포장 계산결과를 실험에 의해 뒷받침 하지는 않았다. 본 연구에서는 Kipkie의 연구를 기반으로 도스용 SWMM의 최상위 버전인 4.4H를 투수성 포장을 고려할 수 있도록 모형을 수정하였다. 그리고 투수성 포장을 고려한 지하수 모의가 가능하도록 SWMM 4.
현재까지 침투 트렌치를 고려할 수 있도록 SWMM을 수정한 사례는 없으나, Jia 등(2001)에 의해 개발된 WEP 모형과 Smith(2004)가 개발한 MIDUSS 모형의 경우 트렌치의 수문학적 영향을 고려할 수 있도록 각 모형 내 트렌치 모의 모듈을 가지고 있다. 본 연구에서는 이 두 가지 모형 중 MIDUSS 모형이 가지고 있는 침투 트렌치 모듈의 기본 이론과 방법을 이용하여 SWMM 모형을 수정하였다. MIDUSS 모형에서 고려하고 있는 침투 트렌치의 기본이론 및 방법은 다음과 같다.
의왕시의 하수관망도 및 행정구역경계도 그리고 박달. 석수하수종말처리장의 처리구역 및 배수구역 도를 이용하여 배수구역 경계를 설정하였다. 배수구역 도로부터 관로 형태와 설치위치 등을 구성한 후 32개의 소유역으로 분할하였다(그림 4).
횡단면도를 이용하여 하도망을, 안양. 의왕시하수간선관 망도 를 이용하여 하수 관망을 구성하였다(그림 5).
4A 버전을 수정한 사례가 있다(Kipkie, 1999). 이 연구는 투수성 포장을 고려할 수 있도록 모형을 수정하고 가상의 10개 소유역에 대하여 투수성 포장의 포장층 침투능 감쇠효과 등을 시험 수행하였다. 그러나 Kipkie의 연구는 지표유출 모의와 투수성 포장 모의만 수행하고 지하수 모의는 수행하지 않았다.
침투 트렌치 시공은 전체 소유역의 불투수율과 현실성을 감안하여 길이 100 m의 트렌치를 각 소유 역별로 약 5 ~ 10 개 정도 설치하여(총 150 개) 그 효과를 분석하였다. 모의결과 중 강우가 발생하였던 2002년 10월 12일부터 10월 14일까지의 기간을 보면(그림 7의 타원부분; 그림 8), 침투 트렌치를 설치한 경우 홍수 기간(FP)에서는 9.
침투 트렌치를 고려한 SWMM 4.4H 모형의 수정을 위해 먼저 현재까지 진행된 연구와 문헌을 조사하였다. 현재까지 침투 트렌치를 고려할 수 있도록 SWMM을 수정한 사례는 없으나, Jia 등(2001)에 의해 개발된 WEP 모형과 Smith(2004)가 개발한 MIDUSS 모형의 경우 트렌치의 수문학적 영향을 고려할 수 있도록 각 모형 내 트렌치 모의 모듈을 가지고 있다.
침투시설 중 투수성 포장과 침투 트렌치를 모의하도록 기존의 SWMM 모형을 수정하였다. 그 과정에서 증발량 처리와 지하수 출력기능에 대한 오류도 수정되었다.
침투 트렌치의 모의기능을 갖도록 하는 것이다. 투수성 포장과 침투 트렌치 모의기능을 갖도록 수정 개발된 모형은 침투시설 모형실험을 통하여 검증하였다. 그리고 수정개발된 모형을 안양천의 지류인 학의천 시범유역을 대상으로 적용성을 평가하였다.
그 과정에서 증발량 처리와 지하수 출력기능에 대한 오류도 수정되었다. 투수성 포장과 침투 트렌치를 고려하여 수정된 프로그램을 안양천의 지류인 학의천 유역에 적용하여 침투시설의 효과를 분석하였다. 만일 학의천 불투수 면적의 10 %를 투수성 포장으로 교체하면 하류 비산교 지점의 저수량(Q275)이 3 %, 갈수량(Q355)이 17 % 증가하는 것으로 분석되었다.
투수성 포장을 고려한 SWMM 4.4H 모형의 수정을 위해 먼저 현재까지 진행된 과거의 연구와 문헌을 조사하였다. SWMNI은 초기 개발된 이래로 지속적인 수정, 개발이 이루어져 왔다.
투수성 포장을 고려한 수정 SWMM을 이용하여 학의천 유역 내 투수성 포장의 시공 효과를 분석하였다. 투수성 포장의 설치 가능 면적은 대상유역의 지형, 지질, 토지이용에 따라 다르다.
4H 모형에 의한 투수성 포장 시공 효과를 분석하였다. 학의천 투수성 포장 효과분석에는 지표수 모의와 지하수 모의를 수행하였다. 연속유출모의 수행기간은 2001년 9월 1일부터 2004년 8월 31일까지 3년이다.
본 연구의 소요 입력자료들은 GIS기법을 이용하여 산정하였다. 학의천유역의 특성인자를 추출하기 위해 유역분할을 실시하였다. 먼저 전체유역의 경계를 정한 후 지형도(1:5, 000)와 안양.
모형의 입력자료를 구축하기 위해 학의천유역의 수치지형도(1:5, 000), 토지이용도, 토양도, 하도 종.횡단면도, 하수간선관망도 등을 수집하고 GIS를 이용하여 분석하였다. 먼저 수치지형도와 하도 종.
대상 데이터
동일한 방법으로 학의천 하류 비산교 지점을 대상으로 침투 트렌치 시공을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우에 대하여 2001년 9월 1일부터 2004년 8월 31일까지 3년 동안 시간단위로 연속유출을 모의하였다(그림 7). 침투 트렌치 시공은 전체 소유역의 불투수율과 현실성을 감안하여 길이 100 m의 트렌치를 각 소유 역별로 약 5 ~ 10 개 정도 설치하여(총 150 개) 그 효과를 분석하였다.
투수성 포장의 경우 L0 ha당 설치 가능 면적은 약 1, 900 m2 정도이다(조원철 등, 2000). 따라서, 실행 가능성과 경제성을 고려하여 현재 학의천 32개 소유역의 불투수면적 10 %를 투수성 포장으로 치환하였다. 그리고 수정된 SWMM 4.
이론/모형
수문현상의 해석을 위해서는 보다 정밀한 지형요소의 추출이 필수적이다. 본 연구의 소요 입력자료들은 GIS기법을 이용하여 산정하였다. 학의천유역의 특성인자를 추출하기 위해 유역분할을 실시하였다.
투수성 포장과 침투트렌치를 고려한 SWMM의 수정 및 침투모형 실험에 관계된 상세한 내용은 지면 관계상 생략하였으며, 자세한 내용은 이정민(2007)의 논문을 참고할 수 있다.
성능/효과
투수성 포장과 침투 트렌치를 고려하여 수정된 프로그램을 안양천의 지류인 학의천 유역에 적용하여 침투시설의 효과를 분석하였다. 만일 학의천 불투수 면적의 10 %를 투수성 포장으로 교체하면 하류 비산교 지점의 저수량(Q275)이 3 %, 갈수량(Q355)이 17 % 증가하는 것으로 분석되었다. 침투 트렌치의 경우 학의천 소유역 별로 100 m 트렌치를 5 ~ 10개 시공할 경우 저수량은 약 1 %, 갈수량은 약 9 %가 증가하였다.
침투 트렌치 시공은 전체 소유역의 불투수율과 현실성을 감안하여 길이 100 m의 트렌치를 각 소유 역별로 약 5 ~ 10 개 정도 설치하여(총 150 개) 그 효과를 분석하였다. 모의결과 중 강우가 발생하였던 2002년 10월 12일부터 10월 14일까지의 기간을 보면(그림 7의 타원부분; 그림 8), 침투 트렌치를 설치한 경우 홍수 기간(FP)에서는 9.0 m3/s ~ 18.0 m^s의 유출량 감소를 보였고, 건기(DWP)에는 0.028 m:7s ~ 0.037 nF/s의 유출량 증가를 보였다.
학의천 유역 내 각 소유역 불투수 면적의 10 %를 투수성 포장으로 치환한 경우와 기존상태인 경우에 대하여 지표유량을 비교하면 기존 저수량의 3 %, 갈수량의 17 %가 증가한다.
후속연구
침투 트렌치의 경우 학의천 소유역 별로 100 m 트렌치를 5 ~ 10개 시공할 경우 저수량은 약 1 %, 갈수량은 약 9 %가 증가하였다. 수정 개발된 SWMM을 사용하면 침투 트렌치와 투수성 포장이 도시 유역의 건기 수량회복에 미치는 영향을 분석할 수 있다.
그리고 수정개발된 모형을 안양천의 지류인 학의천 시범유역을 대상으로 적용성을 평가하였다. 투수성 포장과 침투 트렌치에 대한 정량적인 평가와 실험을 통한 침투 특성 분석은 향후 현장적용 지침으로 활용될 수 있으며, 수정개발한 SWMM은 도시하천의 수문 순환 해석과 수량 회복 요소의 효과분석에 널리 활용될 것으로 기대된다.
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