대도시 지하에 매설된 하수관로와 도로함몰 상관관계에 관한 연구 = Correlation study between sewer pipes buried underground in metropolitan and road sinking

국문 초록 (Abstract)

대도시의 주요 지하매설물중 상하수도 관로시설의 경우, 지하공간 차지 비율이 전체 지하매설물 공간비중의 50~60%이상이다. 특히 도로 지하에 90% 이상 매설되어 있으므로 사용도로의 상재 하중과 사용빈도에 따라 도로함몰 사고가 잦으며, 노후 상하수도 관로의 구조적 결합과 매설지역의 지질특성, 강수량과 매설환경, 관로의 부실시공, 매설 경과년수에 따른 내구성 저하 등 다양한 원인으로 하수관로의 붕괴사고가 발생되고 있다.
도로함몰 사고는 2014년 서울시 송파구 석촌호수 주변 및 석촌 지하차도 인근에서 대형 도로함몰 사고발생을 시점으로 국내에서는 새로운 도시재난 사고로 대두되는 계기가 되었다.
도로함몰 방지대책의 일환(서울특별시, 2014. 8)으로 하수관로에 대한 원인 분석을 위해 2015년 7월부터 서울시 하수관로의 10,722km 중 매설 경과년수가 30년 이상된 노후관로 2,720km 중 1차 1,333km에 대한 노후관로 상태조사를 실시하였다. 그 결과, 하수관로의 구조적인 내부결함 20개 항목중에 도로함몰과 상관관계가 높은 관로 천공, 관로 절단, 관로 파손, 관로 붕괴, 침입수를 정비대상 중점항목으로 선정하고, 111km에 대하여 우선적으로 연차적인 정비계획을 수립해서 시행한 바 있다.
2010년부터 발생한 서울시 도로함몰 사고 4,737건(하수관로 3,897개소)의 도로함몰 원인과 하수관로 매설상태, 하수관로 유지관리 이력, 매설 경과년수 30년 이상 하수관로 2,500km를 대상으로 관로 내부 육안 조사, CCTV 조사, GPR 탐사결과 등을 분석하여 도로함몰 원인분석과 하수관로 상관성을 제시하였고, 1년 중 도로함몰 발생빈도가 가장 높은 7월 및 8월과 하수관로 노후상태 평가기준, 하수관로 이상항목별 상관 관계에 대하여 통계적인 확률빈도 해석 등을 실시하였다.
또한 최근 2010년 부터 2016년 까지 7년간 발생되었던 도로함몰과 하수관로의 상관관계를 행정구역별 지질, 강우량, 하수관로 매설년도와의 상관관계 분석을 위해 하수분야 전문가 및 서울시, 구청 등 직접적인 종사자에게 가중치 설정을 위한 중요도 설문조사를 실시하였고, 그 분석결과에 의한 가중치를 부여하여 도로함몰 예측지도를 구축, 도로함몰 발생빈도가 높은 지역을 우선적으로 CCTV조사 및 육안조사 등을 시행하여 하수관로 정비 우선지역으로 설정하여 체계적이고 효율적인 정비방안을 제시하고자 한다. 또한 장래계획으로는 최근에 급격하게 발전되고 있는 IoT 분야, 센서, 자산관리, 하수도시설물 DB정보의 고도화 등을 통하여 하수관로 정비정책 및 제도개선 방안과 국가 자연재해 대응방안을 제시하여 안전사고 대응능력과 하수도서비스 질 향상에 기여하고자 한다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서 론
• 1.1 연구 배경 1
• 1.2 연구 목적 3
• 1.3 기존 국내외 연구동향 3
• 1.3.1 국내 연구동향 3
• 1.3.2 국외 연구동향 4
• 1.4 연구 범위 및 방법 6
• 2. 도로함몰 사례 및 이론적 고찰
• 2.1 도로함몰 7
• 2.1.1 도로함몰의 정의 및 특징 7
• 2.1.2 서울시 도로함몰의 발생원인 10
• 2.1.3 대형공사현황 15
• 2.2 국내외 도로함몰 사례 19
• 2.2.1 국내 도로함몰 발생 현황 19
• 2.2.2 국외 도로함몰 발생 현황 21
• 2.3 서울시 하수관로 현황 22
• 2.4 AHP(Analytic Hierarchy Process) 분석 28
• 2.4.1 AHP 분석 기법이란 28
• 2.4.2 AHP 분석을 통한 데이터 중요성 분석 29
• 2.5 GIS(Geographic Information System) 분석 30
• 2.5.1 GIS 30
• 2.5.2 QGIS 31
• 2.5.3 CSV 파일 31
• 2.5.4 WGS84 32
• 2.6 IDW(Inverse Distance Weighted) 기법 33
• 2.6.1 IDW 보간 기법이란 33
• 3. 연구 목적 및 방법
• 3.1 연구 목적 34
• 3.2 데이터 분석 34
• 3.2.1 지역·지질별 도로함몰 발생현황 및 원인분석 34
• 3.2.2 월·계절별 도로함몰 발생현황 및 원인분석 37
• 3.2.3 하수관로 매설년도별 도로함몰 발생현황 및 원인분석 39
• 3.3 데이터 가중치 부여방법 41
• 3.3.1 AHP 계층구조의 설정 41
• 3.3.2 1차 데이터 분석방법 42
• 3.3.3 2차 데이터 분석방법 44
• 3.4 QGIS 방법을 통한 도로함몰 위험 예측지도 구축 48
• 3.4.1 위도·경도 자료를 이용한 데이터 분석 48
• 3.4.2 IDW 보간기법을 이용한 데이터 분석 50
• 3.4.3 구청별 도로함몰 위험 예측지도 55
• 4. 도로함몰 위험 예측지도를 활용한 분석결과 및 고찰
• 4.1 도로함몰 위험 예측지도 결과 및 고찰 80
• 4.1.1 도로함몰 데이터를 통한 검증 80
• 4.1.2 도로함몰 데이터 검증·분석 결과 및 고찰 80
• 4.1.3 구청별 도로함몰 위험예측 검증 82
• 4.1.4 구청별 도로함몰 위험예측 검증 지도 84
• 5. 결론 및 제언
• 5.1 도로함몰 위험 예측지도 구축 및 노후하수관로와 도로함몰 상관성 분석결과 109
• 5.2 도로함몰 예측지도 구축 활용 및 고도화 110
• 5.3 노후 하수관로 정비계획 및 정비사업 우선순위 선정 110
• 5.4 노후 하수관로 정비를 위한 제도적 개선방안 111
• 참고문헌 112
• 부 록 115
• ABSTRACT 144
• 감사의 글 146

참고문헌 (Reference)

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17. “GIS를 활용한 대기오염측정망의 최적위치 선정에 관한 연구 : 서울특별시를 대상으로”, 김아영, 박사학위 논문, 한세대학교 대학원, , 2016

18. “GIS에 의한 지하시설물의 효율적인 관리방안 : 광주시 상수도관망관리시스템을 중심으로", 최순범, 광주대학교 경상대학원, , 1998

19. “GIS를 활용한 도심 간선도로 교통사고분석 및 위험 구간 관리에 관한 연구 : 서울시 서초구 사례 연구를 중심으로”, 송대군, 석사학위논문, 명지대학교 대학원, , 2003