[논문]도시유역의 저류지 설계를 위한 수문모형 비교분석

이재준; 곽창재; 김호년; 이상원

도시유역의 저류지 설계를 위한 수문모형 비교분석
A Comparison and Analysis of Hydrologic Model for the design of Detention Pond in Urban Area 원문보기

이재준 (금오공과대학교 토목환경공학부) , 곽창재 (금오공과대학교 대학원 토목공학과) , 김호년 (금오공과대학교 대학원 토목공학과) , 이상원 (금오공과대학교 대학원 토목공학과)

도시화로 인한 유출량의 증가 및 도달시간의 단축은 도시재해의 한 원인이 되고 있다. 이를 막기 위하여 도시 배수유역내에 저류지를 설치하여 첨두도달시간을 지연시키고 방류량은 하수관거의 통수능 이하로 조절하는 방안을 활용하고 있다. 저류지를 설계 운영함에 있어서 사용되는 수문모형은 일반적으로 계획모형, 설계모형 및 운영모형으로 분류되고 있다. 계획모형과 유사한 형태의 단순화된 설계모형이 있기 때문에 계획모형과 설계모형을 엄밀히 구별하기는 어려우나 일반적으로 저류지 용량 결정시 배수구역에 대한 홍수추적을 실시하여 구하는 경우를 설계모형으로 보고 있다. 본 연구에서는 재해영향평가서 22개소의 기 설계된 저류지를 분석대상으로 하여 여러 가지 저류지 계획모형과 설계모의모형(WinDETPOND 모형, BASINOPT 모형)의 적합성을 검토하고 분석대상 저류지와 비교분석을 실시하였다. 저류지 계획모형의 분석에서 on-line 저류지의 경우는 사다리꼴 형태 설계수문곡선을 채택하고 있는 이종태 등 모형의 결과가 대상 저류지의 실저류량과 가장 유사함을 보였고, off-line 저류지의 경우는 삼각형 형태 설계수문곡선을 채택하고 있는 Abt & Grigg 모형의 결과가 비교적 양호한 결과를 보이는 것으로 나타났다. on-line 실저류지 3개소의 저류지 계획모형과 설계모의모형의 결과를 비교분석결과 도시화 인자 ${\alpha}$의 연관성은 뚜렷이 나타나지는 않았지만, WinDETPOND 모형의 저류량은 BASINOPT 모형에 비해 실저류지와 유사한 결과를 나타내었다.

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문제 정의

본 연구에서는 도시화로 인한 유출총량 및 첨두유량 증대에 대처하는 방안으로 설치되는 저류지를 설계함에 있어서 기초계획단계에서 사용할 수 있는 저류지 계획모형을 대상으로 적용성을 상호비교 하였다. 또한 저류지 설계모형의 적합성 분석을 위해 저류지 계획모형과 설계모의모형간의 비교분석을 실시하였다.
계획모형과 유사한 형태의 단순화된 설계모형들이 있기 때문에 계획모형과 설계모형을 엄밀히 구별하기는 어려우나 일반적으로 저류지 용량 결정시 배수유역에 대한홍수추적을 실시하는 경우를 설계모형으로 보고 있다. 본 연구에서는 재해영향평가서 22개소의 기 설계된 저류지를 분석대상으로 하여 여러가지 저류지 계획모형과 설계모의모형 (WinDETPOND 모형, BASINOPT 모형)의 적합성을 검토하고 분석대상 저류지와 비교분석을 실시하고자 한다.

제안 방법

또한 저류지 설계모형의 적합성 분석을 위해 저류지 계획모형과 설계모의모형간의 비교분석을 실시하였다. 그 얻어진 결과를 요약하면 다음과 같다.
차를 저류량으로 산출하는 일반적인 방법이다. 본 절에서는 설계모형 중 하나인 WinDETPOND와 BASINOPT를 이용하여 본 연구의 분석대상인 재해영향평가서 22개소 중 on-line 저류지 3개소(천안 신방 통정지구 도시개발사업 , 김포양곡지구택지개발사업 , 오산가장지방산업단지조성사업 ) 를 대상으로 저류효과 분석을 실시하였으며, WinDETPOND 모형과 BASINOPT 모형의 결과를 상호 비교하였다.
가장 유사하게 나타났다. 이에 본 절에서는 on-line 저류지 13개소 중 3개소를 선정하여 실저류량값과 가장 유사한 결과를 보인 이종태 등 모형과 본 연구에서 이용한 설계모형 WinDETPOND, BASIN0PT의 결과를 비교분석하였다. 표 2는 그 결과를 수록한 것 이고, 그림 5~ 그림 6은 표 2의 도시화 인자인 첨두유량비 a와 저류량을 비교한 것이다.
저류지 계획모형별로 산정된 모형저류량의 적합성을 파악하기 위하여 2장에서 구분지은 on-line 저류지와 off-line 저류지를 대상으로 저류지 계획모형을 삼각형 설계수문곡선형태 8가지와 사다리꼴 설계수문곡선 형태 5가지, 경험식 5가지로 구분 적용하여 산정하였다. 그림 1~그림 2는 on-line 저류지 13개소에 대한 계획모형의 비교분석 결과를 나타낸 것이고, 그림 3~그림 4는 off-line 저류지 9개소에 대한 계획모형의 비교분석 결과를 나타낸 것이다.

대상 데이터

따라서 본 연구에서는 2000년 이후부터 2006년 초까지 작성된 재해영향평가서 100여건을 대상으로 도시화가 이루어지는 지역(산업단지 및 택지 개발사업지구)에 대한 재해영향평가서 48건을 추출하였다(행정자치부, 소방방재청). 48건의 도시화 개발사업 재해영향평가서 중에서 각종 유역특성량 및 수문특성량에 신뢰성이 결여되는 지역을 제외하고 본 연구목적에 적합한 22건의 재해 영향평가서상의 저류지를 분석 대상자료로 선정하고 이를 on-line 저류지 13개소와 off-line 저류지 9개소로 구분하였다.
실적자료의 구득이 매우 어려운 실정이다. 따라서 본 연구에서는 2000년 이후부터 2006년 초까지 작성된 재해영향평가서 100여건을 대상으로 도시화가 이루어지는 지역(산업단지 및 택지 개발사업지구)에 대한 재해영향평가서 48건을 추출하였다(행정자치부, 소방방재청). 48건의 도시화 개발사업 재해영향평가서 중에서 각종 유역특성량 및 수문특성량에 신뢰성이 결여되는 지역을 제외하고 본 연구목적에 적합한 22건의 재해 영향평가서상의 저류지를 분석 대상자료로 선정하고 이를 on-line 저류지 13개소와 off-line 저류지 9개소로 구분하였다.

성능/효과

1. on-line 저류지의 경우는 사다리꼴 형태 설계수문곡선을 채택하고 있는 이종태 등 모형이 대상 저류지의 실저류량과 가장 유사함을 보였고, off-line 저류지의 경우는 삼각형 형태 설계수문곡선을 채택하고 있는 Abt & Grigg 모형이 비교적 양호한 결과를 보이는 것으로 판단된다.
2. off-line 저류지의 경우 대부분의 모형이 실저류량에 비해 모형저류량이 과대 산정되고 있지만 이는 off-line 저류지의 특성을 나타내고 있는 것으로 판단된다.
3. on-line 저류지 3개소에 대한 저류지 계획모형과 설계모형의 비교분석결과 도시화 인자 a의 연관성은 뚜렷이 나타나지는 않았지만, WinDETPOND 모형의 저류량은 BASINOPT 모형에 비해 저류지 계획모형과 유사한 결과를 나타내었다.
계획모형들의 비교분석결과 사다리꼴 설계수문곡선을 이용한 이종태 등 모형에서 얻어진 모형 저류량이실 저류량과 가장 유사하게 나타났다. 이에 본 절에서는 on-line 저류지 13개소 중 3개소를 선정하여 실저류량값과 가장 유사한 결과를 보인 이종태 등 모형과 본 연구에서 이용한 설계모형 WinDETPOND, BASIN0PT의 결과를 비교분석하였다.
실저류량과 비교했을 때 계획모형의 저류량은 실저류량과 흡사한 결과를 나타내었고, 설계모형 중 WinDEPOND가 BASINOPT보다는 실저류량과 계획모형 저류량에 근접한 결과를 나타내었으며 결과값의 변동 폭도 작아서 안정적인 것으로 생각된다. 한편 저류지 계획모형과 설계모형의 분석결과 도시화 인자인 첨두유량 비 u는 뚜렷한 관계를 보이지 않았다.
조금 작음을 알 수 있다. 천안신방통정지구를 제외한 다른 사업지역의 저류량은 WinDETPOND 의결과 값이 BASINOPT의 결과값보다 다소 크게 나타나는 경향을 보였다.
표 1은 본 연구에서 이용한 설계모형 WinDETPOND와 BASINOPT을 3개의 on-line 저류지에 적용하여 얻어진 결과를 분석한 것으로, 첨두유량비 a는 WinDETPOND 모형의 값이 약간 크게 나타나 첨두유량의 감소 정도가 조금 작음을 알 수 있다. 천안신방통정지구를 제외한 다른 사업지역의 저류량은 WinDETPOND 의결과 값이 BASINOPT의 결과값보다 다소 크게 나타나는 경향을 보였다.

후속연구

한편 저류지 계획모형과 설계모형의 분석결과 도시화 인자인 첨두유량 비 u는 뚜렷한 관계를 보이지 않았다. 그러나 설계모형의 결과가 계획모형에 비해 ci의 변동성이 큰 까닭은 저류지에서의 홍수추적은 저류지 방류구의 형태와 크기에 직접적인 영향을 받기 때문인 것으로 생각되며 방류구 특성을 고려한 설계도표의 마련이 필요할 것으로 판단된다.

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