상세지형스케일에 따른 도시유출모형의 관거월류 모의성능평가

탁용훈,김영도,강부식,박문현,Tak, Yong Hun,Kim, Young Do,Kang, Boosik,Park, Mun Hyun 한국수자원학회 2016 한국수자원학회논문집 Vol.49 No.6

최근 도시화 및 기후변화로 인한 집중호우가 빈번히 발생하고 있으며, 이로 인해 도시지역의 침수발생 위험도가 커지고 있다. 도시지역은 도로, 주택가, 지하시설 등 다양한 지형지물로 구성되어 있으며, 상세한 지형을 고려하지 못한 침수해석은 침수예상범위와 침수심을 제대로 표현하지 못한 결과를 도출할 수 있다. 특히, 인구와 자산이 밀집한 도심지에 대한 침수해석의 오류는 침수대책의 수립 및 재난대응에 큰 문제를 야기하여 인명과 재산피해로 이어질 수 있다. 도시지역 침수해석은 크게 관망흐름에 대한 해석과 지표면 범람해석 과정으로 구분되며, 각각의 해석과정상 정확도가 침수해석의 정확도에 영향을 미치게 된다. 이에 본 연구에서는 도시지역 침수해석 과정 중 지표면 표고자료의 정확도가 침수해석에 미치는 영향에 대한 평가를 위해 10m급 DEM, LiDAR 자료, 1:1,000 수치지도를 바탕으로 표고자료별 정량적인 침수예측결과를 검토하였다. 검토대상지역은 도림천 유역내 대림, 신림3, 신림4 배수분구로, 2010년 호우에 따른 침수모의를 XP-SWMM 모형으로 수행하였다. 모의결과, 10m DEM의 경우 표고자료의 오차로 인해 1m 이상 침수심이 발생되는 고위험지역에 대한 표현이 적절히 이뤄지지 못했으며, 특히 일부 월류가 발생하는 맨홀에 대해서는 지표면 침수가 발생하지 않는 것으로 나타났다. 따라서, 도시지역의 범람해석시 지형자료의 정확도는 중요한 요소가 되며, 10m DEM을 이용하는 경우는 신중을 기하여야 함을 알 수 있었다. Frequently torrential rain is occurred by climate change and urbanization. Urban is formed with road, residential and underground area. Without detailed topographic flooded analysis consideration can take a result which are wrong flooded depth and flooded area. Especially, flood analysis error of population and assets in dense downtown is causing a big problem for establishments and disaster response of flood measures. It can lead to casualties and property damage. Urban flood analysis is divided into sewer flow analysis and surface inundation analysis. Accuracy is very important point of these analysis. In this study, to confirm the effects of the elevation data precision in the process of flooded analysis were studied using 10m DEM, LiDAR data and 1:1,000 digital map. Study area is Dorim-stream basin in the Darim drainage basin, Sinrim 3 drainage basin, Sinrim 4 drainage basin. Flooding simulation through 2010's heavy rain by using XP-SWMM. Result, from 10m DEM, shows wrong flood depth which is more than 1m. In particular, some of the overflow manhole is not seen occurrence. Accordingly, detailed surface data is very important factor and it should be very careful when using the 10m DEM.

도시유출모형과 홍수범람모형을 연계한 내수침수 적용성 평가

탁용훈,김재동,김영도,강부식 대한토목학회 2016 대한토목학회논문집 Vol.36 No.3

Population and development are concentrated by urbanization. Consequently, the usage of underground area and the riverside area have been increased. By increasing impermeable layer, the urban basin drainage is depending on level of sewer. Flood damage is occurred by shortage of sewer capacity and poor interior drainage at river stage. Many of researches about flood stress the unavailability of connection at the river stage with the internal inundation organically. In this study, flood calculated considering rainfall and combined inland-river. Also, using urban runoff model analyze the overflow of sewer. By using results of SWMM model, using flood inundation analysis model analyzed internal drainage efficiency of drainage system. Applying SWMM model, which results to flood inundation analysis model, analyzes internal drainage efficiency of drainage system under localized heavy rain in a basin of the city. The results of SWMM model show the smoothness of internal drainage can be impossible to achieve because of the influence of the river level and sewer overflow appearing. The main manholes were selected as the manhole of a lot of overflow volume. Overflow reduction scenarios were selected for expansion of sewer conduit and instruction retention pond. Overflow volume reduces to 45% and 33~64% by retention pond instruction and sewer conduit expansion. In addition, the results of simulating of flood inundation analysis model show the flood occurrence by road runoff moving along the road slope. Flooded area reduces to 19.6%, 60.5% in sewer conduit expansion scenarios. 도시화로 인한 인구집중 및 개발 집중현상으로 하천변 저지대 및 지하공간 사용이 증가하였고, 불투수층이 증가하여 도시유역의 배수체계는 우수관거에 의존하고 있다. 이러한 변화로 인한 우수관거의 저류용량 부족 및 외수위의 영향으로 인한 도심지 역류 현상으로 인한 침수피해가 발생하고 있다. 하지만 기존의 홍수범람에 관한 연구는 대부분 외수범람과 내수침수를 유기적으로 연결하지 못하고 있다. 본 연구에서는 상습침수가발생하는 도시유역에 대하여 도시유역 유출특성을 고려한 홍수의 정확한 예측을 위해 강우분석 및 외수위를 고려하고, 도시유출모형인SWMM 모형을 이용하여 하수관거의 월류를 분석하였고, 이 결과를 홍수범람해석 모형과 연계하여 도시유역에서의 집중호우 발생시 침수해석을 실시하여 수방시설물의 홍수배제 효율을 분석하였다. SWMM 모형의 적용결과 외수위영향에 따른 원활한 내수배제가 불가능 한 것으로 나타났고, 관거 월류량이 많아진 것으로 나타났다. 월류된 우수가 지면을 따라 흐를 경우 저지대의 침수가 예상되고, 월류량이 많은 맨홀을 주요맨홀로 선정하였고, 월류수 저감을 위한 방안으로 주요 맨홀의 인근 지역에 저류지를 설치하는 방안과 각 맨홀들을 연결하는 관거를 확대하는 방안을 설정하였다. 월류 저감 시나리오 적용 결과 저류지 설치시 월류량의 45%, 관거 확대시 33∼64%의 저감효과를 보였다. SWMM 모형의 결과를 이용하여 홍수범람해석 모형을 모의한 결과 지표경사와 도로를 따라 맨홀 월류수가 모여 침수현상을 발생시키는 것으로 나타났으며, 관거확대 적용시 침수면적이 19.6%, 60.5% 줄어든 것으로 나타났다.

도시유출모형을 이용한 침수위험치역 예측에 관한 연구

탁용훈,김재동,김영도,강부식 한국방재학회 2014 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.-

도시화로 인한 인구집중 및 개발 집중현상으로 하천변 저지대 및 지하공간 사용이 증가하였고, 불투수층이 증가하여 도시유역의 배수체계는 우수관거에 의존하고 있다. 이러한 변화로 의해 우수관거의 저류용량 부족 및 외수와 내수의 충돌로 인한 도심지 역류 현상으로 인한 침수피해가 발생하고 있다. 기후변화로 인한 국지성 기습폭우에 의해 우리나라 침수면적은 줄어드는 추세지만 수해 밀도는 높아지고 있어 인구가 밀집되어 있는 도시지역에서의 피해는 급증하고 있다. 도시 침수피해 발생시 인명 및 재산뿐만 아니라 사회기반시설의 피해 등, 내수배제 불량에 의한 침수빈도는 더욱 빈번히 발생할 것으로 예상되며, 도시유역 유출특성을 고려한 홍수의 정확한 예측과 내수배제 효율증가가 필요하다. 본 연구에서는 상습침수가 발생하는 도시유역에 대하여 도시유역 유출특성을 고려한 홍수의 정확한 예측을 위해 강우분석 및 내외수를 고려한 홍수량을 산정하고, 도시유출모형인 SWMM 모형을 이용하여 하수관거의 월류를 분석하고, 이 결과를 홍수범람해석 모형과 연계하여 도시유역에서의 집중호우 발생시 범람해석을 실시하여 수방시설물의 홍수배제 효율을 분석하였다. SWMM 모형의 적용결과 외수위영향에 따른 원활한 내수배제가 불가능 한 것으로 나타났고, 관거 월류량이 많아진 것으로 나타났다. SWMM 모형의 결과를 이용하여 홍수범람해석 모형을 모의한 결과 지표경사와 도로를 따라 노면수가 모여 침수현상을 발생시키는 것으로 나타났다.

도시지역 침수피해액 산정을 위한 다차원법 적용

탁용훈,김영도,강부식,박문현 한국수자원학회 2017 한국수자원학회논문집 Vol.50 No.6

인구와 자산이 밀집된 도시에서 침수가 발생할 경우 농촌과 달리 관거월류에 의한 건축물 피해가 지배적이기 때문에 이를 고려한 피해액산정기 법의 적용이 필요하다. 본 연구는 도림천 유역의 도림1 배수분구를 대상으로 침수예측을 다차원 홍수피해산정방법을 통한 침수피해액 분석을 실 시하였다. 과거 침수가 발생한 강우사상을 활용하여 XP-SWMM 모형을 통한 도시유출해석 및 침수해석을 실시하였고, 침수구역의 행정구역별 기 초자료와 유출해석 결과를 활용하여 건물 피해액을 산정하였다. 침수범위를 예측하기 위한 XP-SWMM모형 구동 결과, 관거 월류에 의한 침수 발 생 4시간 후인 16시 30분에 침수면적이 가장 넓게 나타났고, 계산된 침수심 별 침수면적을 다차원법과 연계하여 건물 피해액을 산정하였다. 연구 결과, 최대 침수면적은 305,955 m2으로 나타났으며, 0~0.5 m의 경우 305,190 m2, 0.5 m 이상은 765 m2으로 나타났으며, 침수해석 결과를 활 용한 도림1 배수분구의 건물피해액은 약 155억 원, 건물 내용물 피해액은 약 70억 원으로 산정되었고, 0~0.5 m 이하의 건물 및 건물 내용물 피해 액은 약 224억 원, 0.5 m 이상 약 1억 원으로 산정되었다. 본 연구결과를 토대로 할 때, 도시지역의 침수피해액 산정을 위해 침수심 및 침수시간과 같은 다양한 피해양상에 따라 세분화된 피해액 산정기법이 필요할 것으로 판단된다. In case of inundation in a city where populations and properties are highly concentrated, unlike rural areas it is necessary to apply the method of calculating the damage amount considering the sewage overflow and the corresponding building damage. In this study, Dorim 1 drainage sector has been analyzed with Multi-Dimensional Flood Damage Assessment (MD-FDA) for flood forecast. It is analyzed with past flood history through the SWMM model and calculated the amount of damage with district base data and the result of flow analysis. The result of the SWMM model to predict a range of flood, it was shown that the wide area after 4 hours (at 16:30) by sewer overflow. The building damage was estimated using MD-FDA. As a result, the maximum flood area has shown as 205,955 m 2 (0~0.5 m: 205,190m 2 , over 0.5 m: 865 m 2 ) and estimated building damage of Dorim 1 drainage sector is approximately 15.5 billion KRW (Korean won) and other contents is 7 billion KRW (Korean won). Also from 0 to 0.5 m depth estimated damage is approximately 22.4 billion KRW (Korean won) and over 0.5 m is 100 million KRW (Korean won). Based on the results of this study, it would be necessary to estimate the amount of sub-divided flood damage in urban areas according to various damage patterns such as flood depth and flood time. Keywords: SWMM, Flood damage, Building damage, Multy-Dimensional Flood Damage Analysis

CE-QUAL-W2를 이용한 진양호 취수량 변화에 따른 수질영향 분석

탁용훈,김영도,정선아,정세웅,Tak, Yong Hun,Kim, Young Do,Chong, Sun-a,Chung, Se Woong 한국수자원학회 2015 한국수자원학회논문집 Vol.48 No.10

저수지의 효과적인 수질관리를 위해서는 신뢰도 높은 수리 및 수질모형이 필요하며, 이러한 모형의 성능은 다양한 수문사상에 대하여 적용함으로써 검증할 수 있다. CE-QUAL-W2 모형은 횡방향 평균 2차원 수리 및 수질 모형으로써 진양호와 같이 수체의 수심과 길이에 비해 폭이 좁은 저수지에 적합한 모형으로 앞선 연구자들에서 많이 사용되어 왔다. 본 연구에서는 용수수요가 증가할 것으로 예상되는 남강댐 유역에 대하여 풍수년인 2011년과 평수년인 2009년의 수문사상에 대하여 검보정을 실시하였고, 보정년도인 2011년의 수문사상과 수질 조건을 이용하여 취수량 증가에 대한 영향을 모의하였다. 모의 결과취수량을 변화시킴에 따라 T-N, T-P 및 Chlorophyll-${\alpha}$ 농도는 증가하는 것으로 나타났고, 특히 갈수기에 각각 최대 62.53%, 39.07%, 232.19% 증가하는 것으로 나타났으며, Chlorophyll-${\alpha}$ 농도의 변화는 T-P의 변화특성과 비슷한 추세를 보였다. Hydraulic and water quality models with high reliability are necessary for the efficient management of water quality in the reservoir. The model capacity can be demonstrated by the application for the various hydrological conditions. CE-QUAL-W2 model is laterally averaged two-dimensional hydraulic and water quality model. The W2 model, which is suitable for the narrow reservoir like the Jinyang reservoir as compared with the depth and length of waterbody, has been frequently used by many researchers. Namgang watershed is expected to increase the water demand. In this study, the W2 model is validated under two different hydrological conditions; wet year (2011) and normal year (2009). Using hydrological and water quality condition for calibration, 2011, the effect of water intake increase was simulated. The simulation results showed that the increase of water intake led to increase the concentrations in total nitrogen, total phosphorus and Chlorophyll-${\alpha}$ concentration. Especially the concentration increase was appeared during the dry season in each of up to 62.53% (Total nitrogen), 39.07% (Total phosphorus) and 232.19% (Chlorophyll-${\alpha}$). The changes of chlorophyll-${\alpha}$ is similar to those of total phosphorus concentration.

도시홍수 저감을 위한 최적의 내배수시설 설계 연구

탁용훈,김진겸,김영도,강부식 한국방재학회 2015 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.14 No.-

기후변화로 인한 극한 강우사상의 빈번한 발생과, 도시화로 인한 토지이용의 변화로 도시유역의 침수피해가 많이 발생하고 있다. 도시에서의 홍수배제는 우수관거에 의존하고 있으며, 대부분 집중호우의 발생이후 하수도 시스템의 용량부족으로 침수가 발생하고 있다. 이러한 도시유역의 침수방지를 위한 내수배제시설에는 배수문, 배수펌프, 유수지, 우수관거 등이 있다. 도시유역에서의 침수피해는 지역 물 순환을 고려한 내수배제를 위해 내수 및 외수를 함께 고려하여야 하고, 유역의 재산상 피해와 밀접한 관계가 있어, 원활한 홍수량 배제 및 침수피해의 감소를 위해 각각 시설별 정확한 평가가 필요하다. 본 연구에서는 상습침수가 발생하는 도시유역으로 서울시의 도림천 유역을 선정하였다. 도림천 유역은 최근 폭우발생시 침수 피해가 빈번히 발생한곳이다. 도림천 유역은 관악산에서 발원하여 관악구, 구로구, 동작구등 도심지를 관통하며 하천의 일부가 복개되어 도로로 사용되고 있다. 도림천 유역은 총 17개의 배수분구로 구분되어 있으며, 침수피해는 복개되지 않은 부분에서의 하천의 범람, 하수관거 및 펌프장의 내수배제 불량 등의 원인에 의해 발생하고 있다. 본 연구에서 연구대상지역으로 선정한 곳은 신림3, 4 배수분구이며, 이러한 도림천 유역에 대하여 내수배제시설의 효율을 알아보기 위해 적용 가능한 내수배제시설을 선정하고, 시설별 내수 침수 저감율을 산정하였다. 불투수율이 높은 도시유역 유출특성을 고려한 홍수의 정확한 예측을 위해 도시유출모형인 SWMM 모형을 이용하여 관거에서 우수의 흐름을 모의하였고, 이 결과 발생한 월류량을 홍수범람해석 모형인 FLUMEN의 입력자료로 사용하여 범람해석을 실시하였다.

CE-QUAL-W2를 이용한 진양호 취수량 변화에 따른 수질영향 분석

탁용훈,김영도,정선아,정세웅 한국수자원학회 2015 한국수자원학회논문집 Vol.48 No.10

저수지의 효과적인 수질관리를 위해서는 신뢰도 높은 수리 및 수질모형이 필요하며, 이러한 모형의 성능은 다양한 수문사 상에 대하여 적용함으로써 검증할 수 있다. CE-QUAL-W2 모형은 횡방향 평균 2차원 수리 및 수질 모형으로써 진양호와 같이 수체의 수심과 길이에 비해 폭이 좁은 저수지에 적합한 모형으로 앞선 연구자들에서 많이 사용되어 왔다. 본 연구에서 는 용수수요가 증가할 것으로 예상되는 남강댐 유역에 대하여 풍수년인 2011년과 평수년인 2009년의 수문사상에 대하여 검보정을 실시하였고, 보정년도인 2011년의 수문사상과 수질 조건을 이용하여 취수량 증가에 대한 영향을 모의하였다. 모의 결과 취수량을 변화시킴에 따라 T-N, T-P 및 Chlorophyll-α 농도는 증가하는 것으로 나타났고, 특히 갈수기에 각각 최대 62.53%, 39.07%, 232.19% 증가하는 것으로 나타났으며, Chlorophyll-α 농도의 변화는 T-P의 변화특성과 비슷한 추세를 보였다. Hydraulic and water quality models with high reliability are necessary for the efficient management of water quality in the reservoir. The model capacity can be demonstrated by the application for the various hydrological conditions. CE-QUAL-W2 model is laterally averaged two-dimensional hydraulic and water quality model. The W2 model, which is suitable for the narrow reservoir like the Jinyang reservoir as compared with the depth and length of waterbody, has been frequently used by many researchers. Namgang watershed is expected to increase the water demand. In this study, the W2 model is validated under two different hydrological conditions; wet year (2011) and normal year (2009). Using hydrological and water quality condition for calibration, 2011, the effect of water intake increase was simulated. The simulation results showed that the increase of water intake led to increase the concentrations in total nitrogen, total phosphorus and Chlorophyll-α concentration. Especially the concentration increase was appeared during the dry season in each of up to 62.53% (Total nitrogen), 39.07% (Total phosphorus) and 232.19% (Chlorophyll-α). The changes of chlorophyll-α is similar to those of total phosphorus concentration.

도시지역에서 지형자료의 정확도가 침수예상피해액에 미치는 영향

김영도,탁용훈,이재광,강부식,박문현 대한환경공학회 2017 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2017 No.11