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SWMM 이중배수모형(1D-1D) 기반 실시간 도시침수 예측
장종경(Jang, Jong Kyung),박민기(Park, Min Ki),이나은(Lee, Na Eun),이재민(Lee, Jae Min),양동민(Yang, Dong Min) 한국방재학회 2020 한국방재학회논문집 Vol.20 No.1
침수 위험성을 사전에 알림으로써 피해를 저감할 수 있는 침수예측기법 중 예측 강우 및 실시간 모의 기반의 침수예측기법을활용하기 위해 Major/Minor 시스템 개념을 적용하였다. 도시침수 모델링의 표준사례가 된 SWMM 1D-2D모형은 배수관망과도로 표면의 상호작용을 더 현실적으로 표현할 수 있지만 긴 모의시간 등 2차원 모형 특성 상 소규모 지역의 원인분석에제한적으로 사용되고 있다. 따라서 실시간 모의에 적용될 수 있을 만큼 빠르다고 입증된 SWMM 1D-1D모형을 실시간 침수예측에적용하였다. 모형의 정확도 향상을 위해 SWMM 1D-2D모형 모의결과를 이용하여 SWMM 1D-1D모형을 검정하고 SWMM5 DLL 및 EXCEL VBA를 활용하여 SWMM 1D-1D모형 모의결과를 추출함으로써 침수상황을 분석하였다. 최종적으로 1시간예측 강우를 가정하여 2014년 8월 25일 강우사상을 대상으로 SWMM 1D-1D모형 기반의 침수예측에 대한 적용 가능성을검토하였다. The concept of a Major/Minor system was applied to use urban flood prediction techniques, based on rainfall forecasts and real-time simulations, to reduce flood damage, by notifying a possible flood risk in advance. The SWMM one dimensional (1D)-two dimensional (2D) model has become the standard approach used in urban flood modeling, as it can realistically express the interaction between drainage networks and road surfaces. However, it is limited to the flood analysis of small areas due to its two-dimensional model characteristics, such as its long simulation time. Therefore, the SWMM 1D-1D model, which is fast enough to be applied to real-time simulations, is applied to real-time flood forecasting. To improve the accuracy of the model, SWMM 1D-1D model was calibrated using the SWMM 1D-2D model simulation results, and the SWMM 1D-1D model simulation results were extracted using the SWMM5 DLL and EXCEL VBA to analyze the flood situation. Finally, the applicability of the SWMM 1D-1D model was reviewed based on a rainfall event that occurred on 25 August 2014, assuming an hour of predicted rainfall.
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신현석,김미은,김재문,장종경 한국수자원학회 2015 한국수자원학회논문집 Vol.48 No.9
지속적인 개발과 도시화로 인하여 하천으로 유입되는 비점오염원의 비율 역시 점차 증가하는 추세이며 비점오염원이 수질악화에 미치는 영향은 점점 더 커지고 있다. 하천의 수질오염을 발생시키는 비점오염원 해결방안을 모색하고 있지만 도시화에 따른 수문현상변동 및 자연현상과 관련된 문제라 연구에 어려움이 많다. 본 연구에서는 기존의 총량원단위법과 달리 유역의 강우 및 도시화 특성과 처리장 운영자료를 활용하여 차별화된 비점오염원 산정 방법을 제시하였다. 하수처리장의 배수구역 내 관거시스템을 합류식으로 가정하여 강우 시 하수처리장의 배수구역별 비점 발생형태는 하수처리장 강우유입량, 하수처리장 우회유량(bypass) 및 하천 토구의 CSO의 3가지로 크게 구분하여 적용함으로써 오염부하량을 산정함으로써 오염총량 단위유역 및 하수처리구역의 관리를 위한 비교자료로 활용 가능할 것으로 판단된다. The inflow of nonpoint pollution sources due to sustainable development and urbanization is gradually increasing and causes a diversity of water pollution. There are lots of difficulties to find a solution as the problems related to variation of hydrological and natural phenomenon. A differentiated method to estimate the nonpoint pollution sources has been proposed using rainfall and characteristics of urbanization and observed data from sewage treatment districts in the study. The types of nonpoint pollution sources on an assumption of combined sewer system have been classified as three types which are inflow of rainfall, bypass of sewage treatments, and combined sewer overflows from a river. Three types for estimation of nonpoint pollution sources applied more accurately to generate a amount of nonpoint pollution loads. This study is expecting a wide application for effective water resource management on TMDL (total maximum delivery load) unit watershed and sewage treatment districts
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손태석,강동호,장종경,신현석,Shon,Tae-Seok,Kang,Dong-Ho,Jang,Jong-Kyung,Shin,Hyun-Suk 한국방재학회 2010 한국방재학회논문집 Vol.10 No.4
도시지역의 지형적인 저지대, 배수능력 부족, 하수역류 노면배수 등은 내수침수의 주요원인이며 최근 기후변화에 따른 강우증가, 경제발전과 인구증가에 따른 급격한 도시화, 도시지역 불투수 면적의 증가는 도시지역 내수침수의 위험성을 가중시키고 있다. 이에 본 연구는 도시지역의 내수침수 위험도 분석을 위하여 부산시 대표 도시하천인 온천천을 대상유역으로 하여 SWMM 모형을 구축하고 각 소유역의 대표 우수관을 선정하여 강우에 의한 도시하천 내수침수 위험 취약성 분석을 실시하였다. 침수위험 취약성 분석을 위하여 SWMM모형 내 관거의 용량을 나타내는 지표인 Capacity를 이용하였으며 Capacity에 따라 내수침수 위험도를 1단계에서 4단계로 구분하였다. 내수침수 위험도 분석은 2009년 7월 7일 부산시 집중호우에 의한 실제침수 구역과 SWMM 모형의 모의에 의한 결과를 비교 분석하여 모형의 타당성을 입증하고 부산지점 빈도별(10, 20, 50, 100년) 지속시간별(6, 12, 18, 24hr) 확률강우량을 입력하여 내수침수 위험 취약성 분석을 실시하였다. 본 연구의 결과는 도시지역의 내수침수 예경보 및 내수침수 취약지구 선정에 활용가능할 것이다. The topographical depressions in urban areas, the lack in drainage capability, sewage backward flow, road drainage, etc. cause internal inundation, and the increase in rainfall resulting from recent climate change, the rapid urbanization accompanied by economic development and population growth, and the increase in an impervious area in urban areas deteriorate the risk of internal inundation in the urban areas. In this study, the vulnerability of internal inundation in urban areas is analyzed and SWMM model is applied into Oncheoncheon watershed, which represents urban river of Busan, as a target basin. Based on the results, the representative storm sewers in individual sub-catchments is selected and the risk of vulnerability to internal inundation due to rainfall in urban streams is analyzed. In order to analyze the risk and vulnerability of internal inundation, capacity is applied as an index indicating the volume of a storm sewer in the SWMM model, and the risk of internal inundation is into 4 steps. For the analysis on the risk of internal inundation, simulation results by using a SMMM model are compared with the actual inundation areas resulting from localized heavy rain on July 7, 2009 at Busan and comparison results are analyzed to prove the validity of the designed model. Accordingly, probabilistic rainfall at Busan was input to the model for each frequency (10, 20, 50, 100 years) and duration (6, 12, 18, 24hr) at Busan. In this study, it suggests that the findings can be used to preliminarily alarm the possibility of internal inundation and selecting the vulnerable zones in urban areas.
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신현석,김미은,김재문,장종경,Shin, Hyun Suk,Kim, Mi Eun,Kim, Jae Moon,Jang, Jong Kyung 한국수자원학회 2015 한국수자원학회논문집 Vol.48 No.9
지속적인 개발과 도시화로 인하여 하천으로 유입되는 비점오염원의 비율 역시 점차 증가하는 추세이며 비점오염원이 수질악화에 미치는 영향은 점점 더 커지고 있다. 하천의 수질오염을 발생시키는 비점오염원 해결방안을 모색하고 있지만 도시화에 따른 수문현상변동 및 자연현상과 관련된 문제라 연구에 어려움이 많다. 본 연구에서는 기존의 총량원단위법과 달리 유역의강우 및 도시화 특성과 처리장 운영자료를 활용하여 차별화된 비점오염원 산정 방법을 제시하였다. 하수처리장의 배수구역 내 관거시스템을 합류식으로 가정하여 강우 시 하수처리장의 배수구역별 비점 발생형태는 하수처리장 강우유 입량, 하수처리장 우회유량(bypass) 및 하천토구의 CSO의 3가지로 크게 구분하여 적용함으로써 오염부하량을 산정함으로써 오염총량 단위유역 및 하수처리구역의 관리를 위한 비교자료로 활용 가능할 것으로 판단된다. The inflow of nonpoint pollution sources due to sustainable development and urbanization is gradually increasing and causes a diversity of water pollution. There are lots of difficulties to find a solution as the problems related to variation of hydrological and natural phenomenon. A differentiated method to estimate the nonpoint pollution sources has been proposed using rainfall and characteristics of urbanization and observed data from sewage treatment districts in the study. The types of nonpoint pollution sources on an assumption of combined sewer system have been classified as three types which are inflow of rainfall, bypass of sewage treatments, and combined sewer overflows from a river. Three types for estimation of nonpoint pollution sources applied more accurately to generate a amount of nonpoint pollution loads. This study is expecting a wide application for effective water resource management on TMDL (total maximum delivery load) unit watershed and sewage treatment districts.
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하수처리구역 내 LID 적용에 대한 적정비율 및 효과분석 연구
신현석,김미은,김재문,장종경 한국수자원학회 2013 한국수자원학회논문집 Vol.46 No.12
지나친 도시개발은 불투수면적의 증가로 인한 유출 증가를 야기하며 이는 홍수 및 비점오염에 대한 문제 및 기저유출감소로 인한 지하수위 감소에 따라 하천을 건천화시키는 문제를 발생시킨다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로 저영향개발(LID, Low Impact Development) 기법이 제시되고 있다. 즉, LID 기법을 적용함으로써 개발 이전의 수문순환 상태를 모사하여 개발로 인한 영향을 최소화 하고 물 순환구조를 개선하고자 하는 연구가 진행되고 있다. 국내에서도 LID 개념의 도입이 지속적으로 증가함에 따라 소규모 배수 분구를 중심으로 연구가 진행되고 있다. 또한, 중규모 이상의 유역에 LID기법을 적용 시 유역 내 수문학적 유출 특성과 오염 발생 특성 변화에 대한 분석 방안이 요구되지만 하수처리분구 단위의 수문학적 영향을 분석 할 수 있는 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 하수처리 구역 내 LID 기법의 적용에 따른 물순환 개선효과와 비점오염 저감효과 분석 및 기존 관리기법과의 비교를 통해 유역관리 측면에서의 적정 LID 설치면적 추정 방안을 검토하였다. LID 적용효과 분석을 위하여 소규모 배수 분구인 부산시 동래천 유역과 하수처리구역인 온천천 유역을 대상유역으로 선정하였으며 동래천 유역을 대상으로 LID 요소기술의 적용가능 면적을 추출하고 비율로 환산한 후 온천천 유역으로 확대·적용하였다. LID 요소기술 중 우리나라의 토지이용 밀집도를 고려하여 적용이 용이한 Green Roof와 Porous Pavement 및 도로에 설치되는 Street Planter를 선정하였으며 유역별로 구축된 LID 기법 기반의 SWMM 모형을 이용하여 토양특성과 강우특성을 고려한 물순환 기능 개선효과 및 비점오염량 저감효과를 분석하였다. 또한 온천천 유역을 대상으로 기존 비점오염 관리방안인 오염원 및 방류량에 따른 처리효율과 LID 적용 시의 처리효율을 비교하였으며 비교자료를 토대로 유역관리와 비용적인 측면을 고려한 적정 LID 설치비율로서 기존 비점오염 관리방안의 처리효율을 만족하는 LID 설치비율을 선정하고 이에 대한 적용 가능성을 검토하였다. Increase of impervious area caused by overdevelopment has led to increase of runoff and then the problem of flooding and NPS were brought up. In addition, as decrease of base flow made groundwater level to decline, a stream that dries up is issued. low impact development (LID) method which is possible to mimic hydrological water cycle, minimize the effect of development, and improve water cycle structure is proposed as an alternative. As introduction of LID in domestic increases, the study on small watershed is in process mainly. Also, analysis of property of hydrological runoff and load on midsize watershed, like sewage treatment district, is required, the study on it is still insufficient. So, area applying LID practices from watershed of Dongrae stream is pinpointed and made the ratio and then expand it to watershed of Oncheon stream. Among low impact development practices, Green Roof, Porous Pavement, and Bio- retention are selected for the application considering domestic situations and simulated with SWMM-LID model of each watershed and improvement of water cycle and reduction of non-point pollution loads was analysed. Improvement of water cycle and reduction of non-point pollution loads were analyzed including the property of rainfall and soil over long term simulation. The model was executed according to scenario based on combination of LID as changing conductivity in accordance with soil type of the watershed. Also, this study evaluated area of LID application that meets the efficiency of conventional management as a criteria for area of LID practices applying to sewer treatment district by comparing the efficiency of LID application with that of conventional method.
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