도시유출모형과 GIS를 활용한 침수구역 시뮬레이션 연구

김형규 한국교통대학교 글로벌융합대학원 2019 국내석사

우리나라의 기후변화에 따른 영향으로 태풍 및 집중호우가 증가하고, 산업발달과 인구의 도시집중 현상이 심화됨에 따라 도시지역의 인명 및 재산피해가 증가되고 있는 시점이다. 최근 기상이변에 따라 특정지역에 단시간의 집중호우에 의한 홍수가 빈번히 발생하고 있으며, 이에 따른 위험과 손실이 증가하고 있다. 도시화로 인한 불투수면적의 증가는 자연유역에 비해 도달시간이 단축되고 첨두유량을 증가시키게 된다. 도시지역의 홍수피해는 주거지역으로 확장되어, 주택을 파손시키고 경우에 따라서는 인명손실을 일으키기도 하며, 특히, 도시지역에서는 인구와 각종 시설들이 집중되어 있기 때문에 일단 침수가 발생하게 되면 막대한 피해가 발생한다. 집중호우 발생시 단지설계 및 배수체계 부분에 관련하여 도출되는 가장 중요한 문제점 중의 하나는 배수시스템의 배수불량으로 인한 도시내수침수문제라 할 수 있다. 기존 지역 배수시스템은 대부분 첨두홍수량의 10~20년빈도로써 설계빈도가 낮다. 집중호우는 이를 상회하므로 국부적인 도시 내 배수시스템 불량은 피할 수 없는 현상이다. 이러한 특징을 갖는 지역에서는 도시유출모형을 이용한 침수예측과 이에 따른 효과적인 대책수립이 필요한 실정이다. 청주지역의 과거 침수지역인 청주시 상당구 영동지구를 대상지로 선정하여, 대상지에 대한 현장조사 및 침수원인을 파악하고, 도시유출모형을 이용하여 대상지에 대한 유출해석을 실시하였다. 본 연구는 도시유출모형에 GIS의 Thiessen Polygon을 활용하여 침수구역 시뮬레이션을 시각화하는 것이다. 이는 두 가지 측면에서 유용성이 있다. 첫째, GIS와 연계시 실제 침수가 예상되는 범위를 가시화함으로써 침수발생구역을 사전에 예측할 수 있다. 둘째, 홍수피해 정보를 제공하여, 침수예방 및 저감방안 제안을 위한 실질적 근거를 제시함으로써 홍수피해를 최소화 하는데 활용된다.

도심지 빗물받이 성능저하 영향을 고려한 내수침수 해석

김민호 강원대학교 대학원 2023 국내박사

국내 도시지역에서 급격한 도시화에 따른 불투수 면적의 증가로 집중호우 시 지표유출이 단시간에 하천으로 유입되어 하천재해 및 내수재해로 인한 피해가 빈번하게 발생하고 있다. 도시지역의 침수는 강우 규모가 배수시스템의 용량을 초과하거나, 하천수위 상승으로 관로 내에 역류가 발생함으로써 우수 배제를 제대로 수행하지 못할 경우에 발생하며, 이러한 도시지역의 침수는 비도시 지역에 비하여 공공 기반시설 및 개인재산에 막대한 피해를 일으키게 된다. 도시지역에 있어서 홍수피해 원인은 외수위 상승에 따른 통수능력 부족 시 범람에 의한 침수와 수리구조물의 배제능력 부족에 의한 침수피해로 구분할 수 있다. 최근 도시지역에 발생하는 홍수피해의 대부분이 국지성 집중호우 시 수리구조물의 배제능력 부족으로 인한 피해가 증가하는 추세이다. 도시 침수저감 대책은 크게 두 가지로, 구조적 대책과 비구조적 대책으로 구분된다. 먼저, 구조적 대책은 기존 설치되어 있던 도시배수시스템인 우수관거, 집수정(빗물받이 등), 지하저류조, 빗물펌프장 등을 변경 및 증설하거나, 새로운 요소 시설물을 추가적으로 설치하는 것을 의미한다. 비구조적 대책은 기존의 요소 시설물의 운영을 극대화하는 침수저감 대책이다. 도심지역에 대한 내수침수가 우려될 때 일반적으로 우수관거를 정비하거나 빗물펌프장을 건설 또는 증설하는 등의 대책이 재해방재대책 사업으로 수립되고 있으며 도시침수에 대한 해석을 주로 관거해석모형인 SWMM 모형이 활용되고 있다. XP-SWMM 모형은 표면유출 및 관거의 흐름해석과 2차원 침수해석이 가능하다. 한편, 도시 배수시스템 특히 우수를 우수배제 시스템으로 유입시키는 배수로입구인 빗물받이가 막혀 기능을 원활히 수행하지 못하거나 맨홀에서의 흐름변화에 따른 에너지손실 등의 성능저하를 고려하지 않고 해석을 수행하고 있어 도심지에서의 배수체계에 대한 기능을 과대추정할 수 있다. XP-SWMM 모형은 맨홀을 하나의 절점(node)으로 간주하여 침수모의 시 우수유입 위치에서의 유입장애에 따른 유입시간 지체 및 성능저하를 고려한 침수해석을 실시하여야 한다. 본 논문에서는 XP-SWMM 모형을 이용한 침수모의 시 배수시스템의 장애요소를 반영하여 성능저하 영향을 고려하고 기존 침수모의 대비 침수범위와 대책수립에 필요한 유출특성에 대해 비교분석하였다. Because of the increase in impervious area due to rapid urbanization, surface runoff flows into rivers during heavy rains in a short time, causing frequent damage from river disasters and urban inundation. Inundation in urban areas occurs when the rainfall exceeds the capacity of the drainage system or when a backflow occurs in the pipeline due to an increase in the river water level, so that rainwater cannot be excluded properly. It will cause huge damage to facilities and personal property. In urban areas, the causes of flood damage can be divided into flood damage caused by flooding when the water flow capacity is insufficient due to the rise of river water level, and flood damage caused by the lack of drainage capacity of hydraulic structures. Recently, most of the flood damage occurring in urban areas is on the rise due to the lack of ability to exclude hydraulic structures during localized torrential rains. Measures to reduce urban flooding are largely divided into two types: structural measures and non-structural measures. First, structural measures mean changing and extending existing urban drainage systems (rainwater pipes, grate inlets, underground storage tanks, rainwater pumping stations, etc.) or installing new elemental facilities. Non-structural measures are measures to reduce flooding that maximize the operation of existing elemental facilities. When there is concern about inundation in urban areas, measures such as maintenance of storm water pipes or construction or expansion of rainwater pumping stations are generally established as disaster prevention measures. The model is being used. The XP-SWMM model is capable of surface runoff and conduit flow analysis and two-dimensional flood analysis. On the other hand, the analysis is performed without considering the performance degradation such as energy loss due to flow change in the manhole or the function of the urban drainage system, especially because the entrance to the drainage channel (grate inlet) that introduces rainwater into the stormwater drainage system is blocked. The function of the drainage system may be overestimated. The XP-SWMM model considers the manhole as a node and performs flood analysis considering the inflow time delay and performance degradation due to inflow disturbances at the stormwater inflow location during flood simulation. In this study, in the case of flood simulation using the XP-SWMM model, obstacles in the drainage system were reflected to consider the impact of performance degradation, and the flooded range compared to the existing flood simulation and runoff characteristics required for countermeasures were compared and analyzed.

기후변화를 고려한 도시침수모형과 다차원 홍수피해 산정기법을 이용한 홍수피해 분석

한재욱 강원대학교 대학원 2025 국내석사

본 연구는 기후변화와 도시화로 인해 증가하는 도시침수 위험을 체계적으로 분석하고 효 과적인 방재대책을 마련하기 위해 수행되었다. 기후변화 시나리오의 SSP2-4.5 및 SSP5-8.5와 도시침수 모형(XP-SWMM), 개선된 다차원 홍수피해 산정법(MD-FDA)을 결합하여 도시침수 문제를 정량적으로 평가하고 경제적 피해를 통합적으로 분석하는 데 중 점을 두었다. 연구는 크게 세 가지로 구성되었다. 첫 번째로 기후변화 시나리오를 기반으로 SSP2-4.5(중간 수준의 배출 경로)와 SSP5-8.5(극단적 배출 경로)를 적용하여 미래 강우 패턴과 발생빈도를 예측하고 이를 XP-SWMM 모형에 반영하여 기후변화가 도시침수 위험 에 미치는 영향을 평가하였다. 두 번째는 XP-SWMM 모형을 이용하여 강우-유출 과정과 배수시스템의 동적 상호작용을 모의하고 도시침수의 침수심과 범위를 정량적으로 분석하였 다. 이를 통해 시나리오 및 빈도별 강우량에 따른 도시 내 침수심 및 면적의 분포를 구체적 으로 도출하였다. 세 번째에서는 다차원 홍수피해액 산정법을 이용하여 건물피해액, 인명피 해액, 공공시설물 피해액을 포함한 경제적 피해를 정량화하고 재현기간(30년, 50년)별 시 나리오에 따른 침수 위험성을 종합적으로 분석하였다. 연구 결과를 살펴보면, SSP5-8.5 시나리오에서는 강우량 증가로 인해 침수 심도와 면적이 SSP2-4.5 시나리오보다 크게 증 가하였으며 이에 따른 경제적 피해도 상승하는 것으로 나타났다. 이는 기후변화가 도시화된 환경에서 침수 위험을 심화시키는 주요 요인임을 알 수 있다. 또한 개선된 MD-FDA는 기 존의 단편적이고 계산 과정이 복잡한 피해 산정법에 비해 물리적, 경제적, 사회적 요소를 종합적으로 평가할 수 있으며, 계산 과정도 단순화시켜 더 신뢰성 있는 결과를 제공하였다. 본 연구에서는 기후변화와 도시화로 인해 증가하는 복합적인 침수 위험에 대한 체계적인 분 석을 통해 도시 방재 및 재난 관리 대책 마련에 중요한 기초자료를 제공하였다. 특히 기후 변화 시나리오와 다차원 홍수피해 산정법을 결합한 접근법은 향후 도시계획과 방재 정책 수 립에 있어 실질적인 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 1. 서명 : 기후변화를 고려한 도시침수모형과 다차원 홍수피해 산정기법을 이용한 홍수피해 분석 2. 연구분야 분류 대분류명 중분류명 소분류명 세분류명 공학 토목공학 수자원 공학 - 3. 핵심주제어 도시침수, 기후변화 시나리오, XP-SWMM, 다차원 홍수피해 산정법

도시화율과 강우 특성을 고려한 대심도 배수터널의 침수 저감 효과 분석

최선호 대진대학교 대학원 2026 국내박사

This study aims to quantitatively evaluate the flood mitigation efficiency of a deep underground drainage tunnel under the combined effects of rainfall duration and urbanization, in response to the growing frequency of extreme rainfall events driven by climate change and rapid urban expansion. The Dorimcheon basin, a representative urban catchment in Seoul with a history of recurrent flooding, was selected as the study area. A two-dimensional dual-drainage model was established using SWMM model to simulate hydraulic and hydrologic responses before and after the tunnel installation. Various rainfall scenarios were applied with durations of 60, 120, 180, and 200 minutes, while urbanization levels were adjusted by varying the impervious surface ratio within a range of ±20%. The analysis revealed that the tunnel’s efficiency changes nonlinearly according to both rainfall duration and degree of urbanization. Under short-duration rainfall (60 minutes), the tunnel demonstrated strong peak flow attenuation, reducing inundated areas by approximately 12–15%. For medium-duration rainfall (120 minutes), the tunnel achieved a balance between storage and discharge, resulting in the greatest reduction in 95 percentile and 90 percentile inundation depths (about 17–18%). In contrast, under long-duration rainfall (200 minutes), storage saturation occurred within the tunnel, and the efficiency declined to approximately 6%. Increased imperviousness led to higher initial efficiency but an earlier onset of storage saturation, whereas lower urbanization yielded lower but more sustainable efficiency over time. Simultaneous reductions in 95 percentile and 90 percentile inundation depths indicated that the tunnel effectively mitigates severe flooding in high-risk zones and suppresses the spatial expansion of inundation across the urban catchment. These results confirm that the tunnel functions as a fast-response infrastructure during short-term heavy rainfall, and as a buffering system that restrains inundation spread under long-duration storms. The findings highlight that the tunnel’s hydraulic performance is a nonlinear function of both temporal and spatial variables, necessitating differentiated installation strategies, duration-adaptive design concepts, and dynamic operation schemes based on rainfall persistence and urbanization level. Overall, this study demonstrates that deep drainage tunnels play a crucial role in stabilizing urban hydrologic systems and mitigating flood risk. Future studies should integrate real-time control modules, climate change scenarios (RCP/SSP), and economic feasibility assessments to establish a smart, adaptive, and integrated drainage management framework for resilient urban flood mitigation. 본 연구는 기후변화와 도시화의 가속화로 인해 빈발하는 집중호우에 대응하기 위한 대심도 배수터널의 홍수 저감 효율성을 정량적으로 평가하고, 강우 지속시간 및 도시화율 변화에 따른 수리적 반응특성을 규명하였다. 연구대상 지역은 반복적인 침수피해가 발생한 도림천 유역으로 선정하였으며, 미국 환경보호청(EPA)에서 개발한 SWMM 모형 기반의 수리·수문모형을 구축하여 배수터널 설치 전후의 침수면적 및 침수심 변화를 비교·분석하였다. 강우는 60분, 120분, 180분, 200분의 네 가지 지속시간으로 구분하였고, 도시화율은 불투수율 ±20% 범위 내에서 변화시켜 다양한 시나리오를 설정하였다. 분석 결과, 대심도 배수터널의 효율성은 강우 지속시간이 짧을수록 높고, 도시화율에 따른 불투수면적 증가 조건에서 높아 비선형적으로 변화하였다. 단기 강우인 60분 지속시간의 경우 첨두유출 저감 및 초기 배수효율 향상으로 침수면적이 약 12~15% 감소하였으며, 중기강우조건인 120분에서는 저류·배제의 균형효과로 95 퍼센타일 침수심 및 90 퍼센타일 침수심 저감효율이 각각 약 17~18% 저감되어 최대로 분석되었다. 반면 장기 강우인 200분에서는 터널의 저류공간이 포화되어 효율이 약 6% 수준으로 감소하였다. 도시화율이 높을수록 초기 효율은 향상되었으나 포화시점이 앞당겨졌으며, 도시화율이 낮을수록 효율은 낮지만 지속적으로 유지되는 상반된 경향을 보였다. 특히 상위 95 퍼센타일 침수심과 상위 90 퍼센타일 침수심의 동시 감소는 배수터널이 도시 내 고위험 침수구간의 수위를 완화하고, 침수피해의 공간적 확산을 억제하는 데 효과적임을 보여주었다. 이는 터널이 단기 집중호우에서는 신속한 첨두유출 완화 구조물로, 장기 강우에서는 침수확산 억제형 완충시설로 기능함을 의미한다. 이러한 결과는 대심도 배수터널의 효율이 강우특성과 도시화 수준의 복합적 함수임을 실증적으로 입증하였으며, 설계 및 운영단계에서 강우 지속시간별 대응전략과 도시화율 수준을 고려한 차등적 설치전략, 지속시간 적응형 설계의 필요성을 제시한다. 본 연구를 통하여 대심도 배수터널이 도시유역의 수문체계 안정화와 침수위험 저감에 기여하는 핵심 방재인프라임을 정량적으로 입증하였다. 또한 향후 기후변화 및 도시화가 심화되는 환경에서 실시간 제어 기반의 스마트 배수운영체계 구축과 시간·공간 복합요소를 반영한 통합적 설계·운영체계 필요성을 제안하였다.

공간지리가중회귀모델을 활용한 도시침수 피해의 영향 요인 및 공간적 특성에 관한 연구 : 서울시 도시침수 피해 지역을 중심으로

김홍석 서울시립대학교 일반대학원 2026 국내석사

Recent climate change has led to frequent localized torrential rains, resulting in increased urban flood damage. Although laws were amended to establish countermeasures at the urban planning level to mitigate such flooding damage, these measures have not been applied to areas where actual damage occurred, creating policy-neglected regions. Accordingly, this study aims to identify the impact of urban flooding damage factors on each area within Urban Flood Damage Areas in seoul, derive spatial characteristics by type based on this analysis, and propose tailored response policies for each region. The study proceeded in three stages. In the stage of identifying urban flood damage areas, Seoul's annual flood trace maps were overlaid to distinguish plots affected by flooding. Based on this, the study utilized the aggregation area as the unit of analysis to derive urban flood damage areas. Second, spatial geographic weighted regression analysis was applied to analyze the impact of direct and indirect factors on these urban flood damage areas. Finally, in the spatial characteristic derivation stage, K-means clustering analysis was performed to derive regional spatial characteristics based on the regression coefficients derived from the geographically weighted regression analysis results. To verify differences between types, Kruskal-Wallis and Dunn's post-hoc tests were conducted using the flood impact level, the dependent variable from the spatial-geographically weighted regression analysis. Accordingly, the analysis results were derived as follows. A total of 6,559 urban flood-prone areas were identified, primarily distributed in the areas south of the Han River in Seoul. Notably, Gwanak-gu, where actual flooding frequently occurs, had the highest number of identified areas at 524. Analysis of influencing factors by urban flood-prone area revealed differing impacts of damage factors across regions. Generally, among direct factors, elevation and slope (topographical factors) and distance to rivers showed negative (-) correlations, while distance to drainage facilities (drainage infrastructure factor) showed a positive (+) correlation. Among indirect factors, positive (+) directions were derived for social, economic, and environmental factors. For environmental factors, the impervious surface ratio showed mixed negative (-) and positive (+) effects on the dependent variable, as approximately 90% of urban flood damage areas consist of impervious surfaces. Next, in the stage of deriving spatial characteristics by type, it was confirmed that urban flood damage areas are classified according to regional regression coefficients. A total of four types were derived: ‘Severe urban flood damage Type: Low-lying Areas Adjacent to Rivers’, ‘Cautionary urban flood damage Type: High-Population Density/High-priced Areas’, ‘Severe urban flood damage Type: Areas Affected by Multiple Factors’, and ‘Stable urban flood damage Type’. Based on these research findings, it is suggested that urban flood damage requires systematic management targeting actual affected areas using flood trace maps. Since flooding occurs due to diverse factors in each region and its scale can increase, tailored response policies based on comprehensive analysis are necessary. This study holds academic significance in empirically analyzing the spatial heterogeneity of urban flood damage factors, which manifest differently across regions, and in deriving spatial characteristics by classifying them into distinct types. Furthermore, it is expected to be useful for policy purposes, as it specifically derived micro-level spatial characteristics through aggregation units, an aspect previously noted as a limitation in prior research. However, limitations in acquiring data significantly influencing urban flooding occurrence and the absence of specific criteria for damage severity prevented their consideration. Therefore, future research should enhance the model's explanatory power by incorporating practical influencing factors and continue developing models for predicting or evaluating urban flood damage. 최근 기후변화로 인해 국지성 호우가 빈번하게 발생하고, 이에 따라 도시침수 피해가 증가하고 있다. 이러한 도시침수 피해를 저감하고자 법을 개정하여 도시계획 차원의 대책 수단을 마련하였지만, 실제 피해가 발생한 지역에 적용되지 않아 정책 소외지역이 발생하고 있다. 이에 따라 본 연구는 서울시 내 도시침수 피해가 발생한 지역을 대상으로 도시침수 피해 요인이 지역마다 미치는 영향을 파악하고, 이를 바탕으로 유형별 공간 특성을 도출하여 지역별 맞춤형 대응 정책을 제안하고자 한다. 연구는 세 단계로 진행되었는데, 도시침수 피해 지역 도출 단계에서는 서울시 침수흔적도를 연도별로 중첩하여, 침수가 발생한 필지를 구분하고, 이를 기준으로 분석단위인 집계구를 활용하여 도시침수 피해 지역을 도출하였다. 둘째, 도시침수 피해 지역을 대상으로 피해 요인인 직접 요인과 간접 요인에 대 한 영향을 분석하기 위해 공간지리가중회귀분석을 통해 분석하였다. 마지막으로 유형별 공간 특성 도출 단계에서는 공간지리가중회귀분석 결과로 도출된 지역별 회귀계수를 기준으로, 지역별 공간 특성을 도출하기 위해 K-means 군집분석을 수행하였고, 유형 간 차이를 검증하기 위해 공간지리가중회귀분석의 종속변수인 침수영향정도를 활용하여 Kruskal-Wallis 및 Dunn's Test 사후검정을 수행하였다. 이에 따라 분석 결과는 다음과 같이 도출되었다. 도시침수 피해 지역은 총 6,559개의 지역이 도출되었고, 주로 서울시 한강 이남 지역에 분포해 있는 것이 확인되었다. 특히, 실제 침수가 빈번하게 발생하는 관악구에서 524개로 가장 많이 도출되었다. 도시침수 피해 지역에 따른 영향 요인 분석 결과, 지역마다 피해 요인이 미치는 영향이 다르게 도출되었다. 일반적으로 직접 요인 중 지형적 요인의 고도와 경사도, 하천까지거리의 값은 음(-)의 방향이 도출되었고, 배수시설 요인의 배수시설까지 거리는 양(+)의 방향이 도출되었다. 간접 요인으로는 사회적 및 경제적, 환경적 요인에서 양(+)의 방향이 도출되었는데, 환경적 요인의 불투수면적 비율은 도시침수 피해 지역 중 약 90%가 불투수면적이므로, 종속변수에 미치는 영향이 음(-)의 방향과 양(+)의 방향이 혼재되어 도출되었다. 다음으로, 유형별 공간 특성 도출 단계에서는 지역별 회귀계수에 따라 도시침수 피해 지역의 유형이 구분되는 것이 확인되었다. 총 4개의 유형으로, '도시침수 피해 극심 유형 : 하천 인접 저지대 지역'과 '도시침수 피해 주의 유형 : 인구 고밀·고지가 지역', '도시침수 피해 극심 유형 : 복합 요인 영향 지역', '도시침수 피해 안정 유형'이 도출되었다. 이러한 연구 결과를 바탕으로, 도시침수 피해는 침수흔적도를 활용하여 실제 피해가 발생한 지역으로 체계적인 관리가 이루어져야 하고, 지역마다 다양한 요인에 의해 발생하고, 그 규모가 커질 수 있으므로 복합적인 분석에 따른 맞춤형 대응 정책이 필요하다는 시사점을 제안한다. 이를 통해 도시침수 피해 요인의 영향이 지역마다 다르게 나타나는 공간적 이질성을 실증적으로 분석하였고, 이를 유형별로 구분하여 공간적 특성을 도출하였다는 것에 학술적 의의가 있다. 또한, 선행연구에서 한계로 언급된 미시적 수준의 공간적 특성을 집계구를 통해 구체적으로 도출하였다는 점에서 정책적으로 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 그러나 도시침수 발생에 주요한 영향을 미치는 데이터 구득의 한계와 피해 정도에 대한 구체적인 기준이 부재하여 고려하지 못하였다. 따라서 향후 실질적인 영향 요인을 활용하여 모형의 설명력을 높일 필요가 있고, 도시침수 피해 예측이나 평가 모델 구축에 관한 지속적인 연구가 필요하다.

확정론적 기법과 자료기반 모형을 연계한 도시지역의 침수해석

김범진 경북대학교 대학원 2017 국내석사

최근 지구온난화와 이상기후의 발생으로 인해서 집중 호우가 증가하고 있는 상황이며, 태풍의 영향으로 도심지의 침수피해가 발생하여 많은 인명 피해와 재산피해가 나타나 국민들의 불안감 또한 고조되고 있는 현실이다. 기후변화에 따른 국내 기상특성이 변화하고 있어, 홍수와 가뭄의 발생 빈도와 규모가 점점 커지고 있는 실정(기상청 산하 25개 관측소를 기준으로 볼 때 ’99~’08년 1일 100mm 이상 집중호우 발생 빈도는 385회로 ’70~’80년의 221회에 비해 1.7배 증가)이다. 도시침수의 원인으로는 일반적으로 외수범람 및 내수 배제 불량으로 인해 도시지역 저지대를 중심으로 발생한다. 배수펌프장 등 별도의 배수시설을 보강하지 않은 채 저지대에 생활공간을 조성하고, 도심지를 관통하는 하천에 철도 및 도로 교량으로 밀집되어 대규모의 침수가 발생된다. 또한, 도시지역의 급격한 도시화로 인해 불투수 면적이 증가되어 우수유출량이 급격히 증가하고, 전기 및 상하수도 시설 등의 도시기반시설의 복구가 지연될 경우 장기침수로 이어진다. 특히, 수도권지역과 서울지역에는 우리나라 인구의 절반이 밀집되어 있으며 이로 인해 불투수율이 90%이상인 것으로 나타났다. 이에 대한 대책으로는 구조적인 대책과 비구조적인 대책이 마련되어야 한다. 본 연구의 목적은 최근 도심지의 이상기후로 인해 빈번히 발생되는 집중호우에 대비하여 내수침수모형을 구축하고 침수범위와 침수심을 분석하고 비구조적인 대책을 수립하고자 한다. 이를 구현하기 위하여 연구대상 지역의 2010년도, 2011년도의 실제 호우사상 자료를 수집하고 구축된 1차원 내수침수모형을 통해 월류량을 산정하였다. 이 월류량 데이터를 활용하여 2차원 수치모형의 입력값으로 사용하여 침수범람 범위를 분석을 실시하였다. 모형결과의 검증을 위하여 실제 연구지역의 범람위치를 실측한 자료인 NDMS와 모의결과와의 적합도 분석을 실시하여 결과에 대하여 검증 하였다. 검증된 2차원 수치모형 토대로 빈도별 확률강우량 시나리오를 구상하고 확률강우량에 따른 도시침수 범람 예상도를 도출하였다. 빈도별 확률강우량에 따른 2차원 수치모형 결과에서 각 시나리오별 침수심을 산정하였다. 현재 범람범위 및 침수심 계산결과는 신속성이 떨어지는 것이 현실이다. 이를 보완하기 위하여 시나리오별 침수심 결과를 이용하여 자료기반해석 모델(SVM을 구축하고 Rapid Simulation을 통한 실시간 침수심을 예측하였다. 예측된 모형의 결과는 오차분석을 통하여 검증을 실시하였다. 본 연구를 통해서 침수범위와 침수심에 따른 주민 대피 시기 및 장소를 공지하여 많은 사람들의 생명 및 자산의 위험을 줄이기 위한 행동을 취할 수 있는 시간을 제공할 수 있다. 나아가 전국의 과거의 실제 호우사상을 바탕으로 실시간 내수침수예측 모형에 적용하여 실제 강우 시 잦은 침수지역을 예측할 수 있으며, 유역관리 방법 등 구조적인 대책과 비구조적인 대책마련의 판단 근거로 활용할 수 있다. Recently, a localized torrential rain has occurred frequently by global warming and unusual weather. Urban inundation caused by the effects of typhoons has resulted in the loss of lives and property. As the meteorological characteristics of South Korea has changed due to the climate change, the frequency and magnitude of floods and droughts have increased (according to the 25 weather stations of the Korea Meteorological Administration, the frequency of localized torrential rains with more than 100mm per day from 1999 to 2008 was 385, which was 1.7 times more than the frequency of 221 from 1970 to 1980. River flooding and trouble of urban drainage are the general causes of urban inundation, which consequently occurs in urban lowland areas. The creation of residential areas in lowlands without any additional reinforcement of drainage facilities including drainage pump stations, as well as many railway and roadway bridges in the rivers flowing across urban areas, may result in large-scale inundation. Moreover, long-term inundation may occur in the events that the storm water runoff rapidly increases due to the increased impermeable areas generated from rapid urbanization in urban areas, and that the restoration of infrastructures including electric installations and water supply and sewage facilities is delayed. In particular, more than a half of the Korean population reside in the urban area, and therefore, the impermeability of these areas is estimated to be over 90%. To resolve this problem, both structural and non-structural measures need to be prepared. The present study aims to establish an inland inundation model as a preparation for localized torrential rains, which frequently occur due to the recent abnormal weather of urban areas, to analyze the inundation range and depth, and to come up with non-structural measures. In this regard, the data on actual rainfall events of 2010 and 2011 in the seoul metropolitan areas were collected and the overflows amount were calculated using the established one-dimensional inland inundation model. The inundation and flooding range was analyzed using this overflow amount data as the input to a two-dimensional numerical model. In order to verify the results of the model, a test was performed for goodness-of-fit between observed data provided by NDMS(National Disaster Management System) of flooding locations in the research areas and simulation results. Based on the verified two-dimensional numerical model, probable precipitation scenarios by frequency were drawn, and an urban inundation and flooding prediction map was produced. The inundation depth of each scenario was estimated using the results of the two-dimensional numerical model based on the design precipitation conditions. The existing calculation methodology to get informations of inundation area and depth need a large computational time. To compensate this aspect, a data-driven model(SVM) was established using the results of the inundation depths of each scenario, and a real-time inundation depth was estimated through the rapid simulation. The verification of the estimated results of the model was performed through error analysis methods. The results of this study provide the preparation time to take actions to reduce the risk of lives and property by notifying residents on time and place of evacuation according to the inundation range and depth. Furthermore, the real-time inland inundation prediction model based on the previous rainfall events of the country may facilitate the prediction of frequent flooding sites in the event of an actual rainfall, and serve as the foundation for the determination as to the preparation of structural and non-structural measures, including the watershed flood mitigation strategies.

Analyzing the Effects of Urban Flood Damage Reduction through the Application of Low Impact Development (LID) Techniques based on InfoWorks ICM - Focused on the Urban Regeneration Areas of Seoul Imok Drainage Basin -

Jin, GeonHo 충북대학교 일반대학원 2024 국내석사

지속적인 도시화와 불투수면적의 증가, 그리고 기후변화로 인한 강우 빈도와 강도의 증가로 인해 도시지역에서 침수가 빈번히 발생하고 있다. 그러나 도시재생사업에서는 이러한 도시 침수 문제를 충분히 고려하지 못하고 있어 도시재생사업 계획 및 수행 시 특정 지역이 도시침수에 지속적으로 노출되지 않도록 대안을 마련할 필요가 있다. 따라서, 본 연구의 목적은 도시재생사업의 단계별 계획과정에 적용되는 구조적ㆍ비구조적 저영향개발(LID) 기법을 도출하고, 실제 강우 사상 및 하수관거 데이터를 활용하여 LID 기법 적용 시나리오를 개발한 후 시나리오별 도시 침수를 모의함으로써 도시재생사업에서 저영향개발(LID) 기법의 도시 침수 피해 저감 효과를 분석하는 것이다. 연구의 목적을 달성하기 위해, 본 연구는 도시재생사업 시 적용할 수 있는 비구조적 저영향개발(LID) 기법을 도출하였다. 그리고 도시침수 효과를 모델링하기 위해 Infoworks ICM을 이용하였다. 도시 침수 모델링의 절차는 다음과 같다. 먼저, 빗물정원, 식생수로, 침투트렌치, 옥상녹화, 투수성포장, 식생체류지 등의 구조적 저영향개발(LID) 기법을 모형화한다. 둘째, 이를 기반으로 유출 저감효과 및 도시 침수 저감효과 등을 검토한다. 저영향개발(LID) 기법 모형화를 위해 선행연구검토를 통한 표준매개변수를 적용하였다. 이와 함께 2022년 8월 8일의 강우사상과 실제 하수관망을 활용하여 서울특별시 사당4동 도시재생활성화지역에 도시침수 모델링을 수행하였다. 수행된 모델링의 결과를 검증하기 위해 Lee Sallee Shape Index를 활용하였다. 연구의 결과는 다음과 같다. 먼저, 수행된 모델링의 검증 결과, 적합한 것으로 판명되었다. 둘째, 대상지의 빗물관리 목표량을 도출하고 도시재생활성화사업과 연계된 구조적ㆍ비구조적 저영향개발(LID) 기법을 고려한 시나리오가 하수관로 정비사업 시나리오, 효율 중심의 구조적 저영향개발(LID) 기법을 고려한 시나리오, 토지이용특성과 분산형 빗물관리기법을 고려한 시나리오보다 총 유입량, 총 유출량, 침수심, 침수면적, 건물피해액 저감에 더 효과적인 것으로 나타났다. 이러한 연구 결과를 반영하여 향후 도시재생사업활성화계획을 수립하고 시행할 때 지역경제 활성화뿐만 아니라 도시침수 저감을 위한 LID 기법 적용과 같은 기후변화 적응 방안이 통합적으로 고려될 수 있도록 토지이용특성과 불투수면적 관리에 의한 우수의 하수관거 유입 전 빗물 관리 기법을 적용할 필요가 있다. Frequent flooding in urban areas has been occurring due to continuous urbanization, an increase in impervious surfaces, and the rising frequency and intensity of rainfall caused by climate change. However, urban regeneration projects often fail to adequately address these urban flooding issues, necessitating the development of alternatives to prevent specific areas from being continually exposed to urban flooding during the planning and execution of these projects. Therefore, the purpose of this study is to derive structural and non-structural Low Impact Development (LID) techniques applicable at various phases of urban regeneration project planning and to analyze the effects of these LID techniques on urban flood damage reduction by developing LID application scenarios using actual rainfall events and sewer network data, and simulating urban flooding for each scenario. To achieve the research objectives, non-structural LID techniques applicable to urban regeneration projects were identified. InfoWorks ICM was used to model the urban flood effects. The procedure for urban flood modeling is as follows: First, structural LID techniques such as rain garden, vegetative swale, infiltration trench, green roof, permeable pavement, and bio-retention cell were modeled. Second, based on these models, the effects on runoff reduction and urban flood mitigation were examined. Standard parameters derived from a review of previous studies were applied for LID technique modeling. Additionally, urban flood modeling was performed for the Sadang 4-dong urban regeneration activation area in Seoul using the rainfall event of August 8, 2022, and the actual sewer network. The Lee Sallee Shape Index was used to validate the modeling results, showing appropriate values. The study results are as follows: First, the validation of the performed modeling results was found to be appropriate. Second, scenarios incorporating structural and non-structural LID techniques linked to the urban regeneration activation project, which derived stormwater management target volumes for the study area, were found to be more effective in reducing total inflow, total outflow, flood depth, flooded area, and building damage costs compared to scenarios considering sewer system improvement projects, efficiency-centered structural LID techniques, or scenarios considering land use characteristics and decentralized stormwater management techniques. Reflecting these research results, when establishing and implementing future urban regeneration activation plans, it is necessary to apply pre-stormwater management techniques to manage land use characteristics and impervious surfaces, ensuring that climate change adaptation measures such as the application of LID techniques for urban flood mitigation are integrally considered along with regional economic revitalization.

도시침수의 비구조적 대응을 위한 최적 수위 모니터링 지점 선정에 관한 연구

김유진 서울시립대학교 일반대학원 2024 국내석사

Climate change and urbanization have led to an increase in extreme rainfall events. This increase often causes flooding due to insufficient drainage systems and sewer capacity, resulting in infrastructure failures, lack of public safety, and losses for emergency response and recovery. It is essential to prepare management strategies to minimize the loss of people and properties. The South Korean government is implementing structural management techniques such as increasing the design frequency of sewage pipes to address this issue. Despite the efforts made to prevent urban flooding caused by extreme rainfall events through structural management, such methods still have limitations. For instance, they are often resource-intensive and may not allow for rapid response. Non-structural management, on the other hand, is an effective approach that is often more cost-effective. It also allows for real-time monitoring, forewarning, and response. Therefore, it's crucial to consider non-structural methods in addition to structural methods when managing urban flooding caused by extreme climate change. This study proposes a methodology for selecting the optimal water level monitoring points for non-structural management of urban flooding and a process for urban flood response using monitoring. Initially, the probable rainfall of the study area was calculated through hydrological analysis using RFAHD. Since there is an absence of Automatic Weather Station(AWS) in the study area, the rainfall data was constructed for 28 years (1995~2022) by weighting the nearby AWS through a Thiessen polygon. To identify the rainfall characteristics of the study area, Inter-Event Time Definition(IETD) was calculated by autocorrelation analysis, average annual rainfall occurrence analysis, and coefficient of variation analysis. The coefficient of variation analysis method can determine the point where the mean and standard deviation are close to 1, so it was used to determine the IETD for rainfall event separation, which was found to be 18 hours. After separating the rainfall events, 603(32.52%) events with a duration of 1hour were calculated, followed by 368(19.85%) events lasting for 2hours, and 223(12.03%) events with a duration of 3hours. To determine the probable rainfall intensity formula, the probable rainfall was calculated using the rainfall data. In this study, the polynomial regression type was adopted, as the coefficient of determination was higher than 0.999 for all return periods. Next, to consider various characteristics of rainfall from normal to extreme events, this study evaluated the design frequency and regional features of the study area. Although sewage facilities in South Korea are presently proposed for a frequency of 10, 30, and 50 years, there is a need to consider the 100-year frequency as well due to the increasing frequency of extreme rainfall events. The study area has a higher frequency of short-duration rainfall events, and therefore 12 scenarios were set by combining four return periods(10, 30, 50, and 100 years) and three durations(1, 2, and 3 hours) to reflect the rainfall characteristics of the area. The temporal distribution of Huff's four quartiles, specifically the third quartile which is used for flood response, was then applied based on the scenarios. Third, a methodology for selecting optimal water level monitoring points for urban flood response was developed. To select the optimal water level monitoring points, we derived the points of overflow for each scenario and determined the principal points. Considering the results of all scenarios, a total of 67(3.43%) maintenance holes were expected to experience overflow out of a total of 1,956 maintenance holes, and the principal points were concentrated downstream. This is a reflection of the close hydrological relationship between upstream and downstream and the accumulation of rainfall downstream. To perform efficient monitoring of principal points, grouping was conducted by considering the maximum distance between maintenance holes and the connectivity of pipes. Since about 84.35% of the pipes in the study area are 600mm or less, 75m was considered as the maximum distance in consideration of the maintenance holes installation conditions provided in the sewage design standards. At this time, even if the distance between maintenance holes exceeds 75 meters, if they are connected by a single pipe, they were attributed to the same group because there is a straightforward interconnection. Therefore, a total of 17 groups ([Group 1]~[Group 17]) were derived, and the downstream group was [Group 15]. [Manhole 52] in [Group 15], which is the downstream group, was determined to be the optimal water level monitoring point that satisfied the maximum similarity of the water level pattern and the minimum distance of the flood traces in all scenarios. Based on this point, 12 points were derived by synthesizing the scenarios, taking into account the maximum similarity of the water level pattern and the minimum distance from the flood traces, as well as the non-redundancy of the groups and the number of monitoring points according to the budget. Based on this, four points were selected, prioritizing the points with no redundancy within a radius of 200 meters and the shortest minimum distance to the flood traces, considering the runoff time. Consequently, this study proposed a real-time monitoring-based non-structural response process utilizing the selected optimal water level monitoring points. This study utilized the ultra-short-term precipitation forecast data provided by the Korea Meteorological Administration(KMA) to propose a specific forecast method for related organizations when the rainfall is predicted to be above the threshold. Based on the predicted rainfall, the simulation results derived from the forecasted rainfall indicate the predicted point of occurrence of overflow. At the same time, the optimal evacuation route is proposed based on real-time location, which can be utilized to build an emergency response system. The process used the Dijkstra algorithm to find the shortest route to the evacuation shelter by setting the flood risk area as a constraint. The methodology suggested in this study can be used to enable efficient and flexible monitoring, even with limited resources. The proposed method of monitoring and response can adapt to the unique features of each region and is expected to be used for effective decision-making in preemptive response to urban flooding. 최근 기후 변화와 도시화가 가속화되고 있다. 또한, 극한 강우 사상의 발생 빈도가 증가함에 따라 하수도 용량 등의 부족으로 배수불량에 의해 지하 수위가 상승하여 내수침수가 발생한다. 이러한 이유로 인프라의 기능 상실이 발생하여 공공의 안전이 보장되지 않으며, 비상 대응 및 복구를 위해 손실이 발생한다. 인명 및 재산 손실 최소화를 위해 대응 방안 마련이 시급하여 우리나라에서는 하수관거 설계빈도를 상향 조정하는 등의 구조적인 대응 방안을 수행하고 있다. 그러나, 최근 구조적 대응 방안의 설계빈도를 상회하는 극한 강우의 발생 빈도가 증가함에 따라 도시침수가 지속하여 발생하고 있다. 구조적인 대응 방안의 경우, 경제적, 시간적 자원이 장기적으로 요구되므로, 신속한 대응에 어려움이 존재한다. 비구조적 대응 방안은 구조적 대응 방안에 비해 단기적이며 저비용으로 대응이 가능한 경우가 많고, 실시간 상황에 적합한 예·경보 또는 대응 방안을 마련할 수 있다. 따라서, 최근의 이상기후에 따른 도시침수 문제는 구조적 대응 방안과 동시에 조기 대응이 가능한 비구조적 대응 방안을 고려하여야 하는 시점이라고 판단된다. 본 연구에서는 도시침수의 비구조적 대응을 위한 최적 수위 모니터링 지점 선정 방법론을 개발하고 모니터링을 활용한 도시침수 대응 프로세스를 제안하였다. 첫 번째로, RFAHD를 활용한 수문분석을 통해 연구대상지역의 확률강우량을 산정하였다. 연구대상지역 내 AWS 관측소가 부재함에 따라 티센다각형 작도를 통해 인근 AWS 관측소에 대한 가중치를 부여하여, 28개년(1995~2022년)에 대하여 강우 데이터를 구축하였다. 연구대상지역의 강우 특성을 파악하기 위해 자기상관 분석, 연 강우 평균 발생 개수 분석, 변동계수 분석에 따라 무강우 지속시간을 산정하였다. 분석 결과, 변동계수 분석법이 평균 및 표준편차가 1에 근접하는 지점을 명확하게 판단할 수 있어 강우 사상 분리를 위한 무강우 지속시간 결정 방법으로 활용하였으며, 무강우 지속시간은 18시간으로 결정되었다. 강우 사상 분리를 수행한 결과, 지속시간이 1시간에 해당하는 강우 사상이 603개(32.52%)로 가장 많았고 지속시간 2시간의 강우 사상이 368개(19.85%), 지속시간 3시간의 강우 사상이 223개(12.03%)로 산정되었다. 또한, 구축된 강우 데이터를 활용하여 확률강우량을 산정하여 확률강우강도식을 결정하였으며, 본 연구에서는 모든 재현기간에 대해 결정계수가 0.999 이상으로 높게 나타난 전대수 다항식형을 채택하였다. 두 번째로, 연구대상지역에 대하여 일상적인 강우 상황부터 극한 강우 사상까지 다양한 특성을 종합적으로 고려하기 위해 설계빈도와 지역 특성을 고려하였다. 현재 국내에서는 하수도시설의 설계빈도로 10, 30, 50년을 제시하고 있으나, 극한 강우 사상의 발생 빈도가 증가함에 따라 이를 대비할 수 있는 100년 빈도까지 고려하였다. 또한, 앞서 강우 사상을 분리한 결과 연구대상지역은 지속시간이 짧은 강우 사상의 발생 빈도가 현저히 높다고 판단되며, 시나리오 설정 시 해당 지역의 강우 특성을 반영하여 4개의 재현기간(10, 30, 50, 100년)과 3개의 지속시간(1, 2, 3시간)을 종합하여 총 12개의 시나리오를 설정하였다. 이후, 설정한 시나리오를 기반으로 Huff의 4분위 중 홍수 대응에 활용할 수 있는 3분위를 적용한 시간 분포를 적용하였다. 세 번째로, 도시침수 대응을 위한 최적 수위 모니터링 지점 선정 방법론을 개발하였다. 최적 수위 모니터링 지점 선정을 위해 시나리오별 월류 지점을 도출하고, 해당 지점을 주요 지점으로 결정하였다. 모든 시나리오 결과를 종합하였을 때, 전체 1,956개 맨홀에서 월류 발생이 예상되는 맨홀은 총 67개(3.43%)로, 주요 지점은 하류부에 집중된 특성이 나타났다. 이는 상류와 하류가 수문학적으로 긴밀한 관계가 있고 강우 시 하류로 누적되는 현상이 반영된 것으로 판단된다. 주요 지점에 대하여 효율적인 모니터링 수행을 위해 맨홀 간 최대 거리와 관로의 연결성을 고려하여 그룹화를 수행하였다. 연구대상지역의 관로는 600mm 이하에 해당하는 관로가 약 84.35%에 해당하므로, 하수도 설계기준 상 제시된 맨홀 설치조건을 고려하여 75m를 최대 거리로 고려하였다. 이때, 맨홀 간 거리가 75m를 초과하더라도 하나의 관로로 연결되어 있다면 직접적인 상호연결성이 존재하므로 동일 그룹 내에 귀속시켰다. 따라서, 최종 그룹은 총 17개([그룹 1]~[그룹 17]), 최하류 그룹은 [그룹 15]로 도출되었다. 최하류부에 해당하는 [그룹 15]의 [52번 맨홀]은 모든 시나리오에서 수위 패턴의 최대 유사성과 침수흔적 최소 거리를 만족하는 최적 수위 모니터링 지점으로 결정하였다. 해당 지점을 기준으로 수위 패턴의 최대 유사성, 침수흔적과의 최소 거리 이외에도 그룹의 비중복, 예산에 따른 모니터링 지점의 개수를 고려하여 시나리오를 종합하여 12개 지점을 도출하였다. 이를 종합하여 유하시간을 고려하여 반경 200m 내에서 중복이 없고 침수흔적까지의 최소 거리가 가장 짧은 지점을 우선으로 4개 지점이 도출되었다. 마지막으로, 선정된 최적 수위 모니터링 지점을 활용한 실시간 모니터링 기반 비구조적 대응 프로세스를 제안하고자 하였다. 본 연구에서는 기상청에서 제공하는 초단기 강수 예측 데이터를 활용하여 한계강우량 이상이 될 것으로 예측되는 경우 유관기관에 구체적인 예보 방안을 제안하였다. 예측 강우량을 기반으로 한 시뮬레이션 결과 도출된 월류 발생 예상 지점을 도출한다. 이때, 비상 대응 체계 구축에 활용될 수 있는 실시간 위치에 기반한 최적 대피 경로를 제안하였다. 해당 프로세스는 침수 위험 지역을 제약조건으로 설정하여 Dijkstra 알고리즘을 활용한 대피소까지 가는 최단 경로를 탐색하였다. 본 연구에서 제안한 방법론을 활용하면 제한된 자원 내에서 효과적이고 유동적인 모니터링을 실현할 수 있을 것이다. 제안된 모니터링 방법과 대응 프로세스는 각 지역의 특성에 유연한 대응이 가능하며, 도시침수 선제 대응을 위한 효과적인 의사결정에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

홍수취약성과 도시침수특성의 정량적 관계

송영석 한서대학교 대학원 토목공학과 2012 국내석사

우리나라는 급격한 도시발전으로 불투수 면적이 증가하였으며 그로 인해 강수발생시 유출의 시간이 증가하고 빠른 이동속도로 갑작스런 침수를 유발하고 있다. 또한 근래에 발생하고 있는 침수는 외수범람이 아닌 내수침수가 주를 이루고 있으며 이것은 도시의 지역적 특성과 배수시스템 그리고 토지이용현황이 복합적으로 조합되어 침수를 유발한다. 도시지역의 침수피해를 저감하기 위한 대책으로는 구조적 대책과 비구조적 대책으로 나눌 수 있으며 도시계획 등을 통한 저감대책의 관심이 높아지고 있으나, 그 효과성에 대한 실증적인 분석은 크게 부족한 실정이다. 본 연구에서는 홍수취약성 인자와 도시침수특성의 정량적 관계를 분석하여 도시지역에서 침수피해가 취약한 지역의 평가를 목적으로 한다. 연구대상지역은 서울시 관내 중랑천 수계유역이며 유역의 특성을 고려한 배수분구를 평가단위로 분석하였다. 도시지역의 침수특성을 고려한 홍수취약성 인자로는 홍수위이하지역, 통수능력 부족관거, 불투수 지역, 유출계수, 유출곡선지수를 선정하였다. 홍수취약성 인자의 정량적 분석 방법으로는 서열척도와 비율척도를 사용하였으며 개별취약성 인자와 복합취약성 인자의 분석에 대하여 적용하였다. 복합취약성 인자로는 홍수위이하지역과 통수능력 부족관거를 공통적으로 포함하고 토지이용특성을 고려한 불투수 지역, 유출계수, 유출곡선지수의 조합에 대한 세가지의 복합취약성 인자를 선정하여 분석하였다. 도시침수피해특성으로는 1984년 ~ 2011년 중에서 8개년동안 발생한 실제 침수피해를 분석하여 침수면적, 배수분구에 대한 침수면적 비율과 침수횟수를 비교하였다. 실제침수피해 취약성평가는 침수규모 순위와 침수횟수 순위에 대하여 평가를 하였으며 평가등급은 고위험군, 중위험군, 저위험군으로 나누어 배수분구를 평가하였다. 도시홍수 취약성평가의 선정된 인자는 침수규모에서 홍수위이하 지역, 통수능력 부족관거, 유출곡선지수에 대한 프로메테 결과순위와 침수빈도에서는 홍수위이하 지역면적과 배수분구 면적의 비율 순위와 같다. 도시홍수 취약성평가는 실제침수피해 취약성 평가와 비교하였을 경우 고위험군에서 83.2%의 일치율이 분석되었다. 따라서 본 연구에서 제안한 도시홍수 취약성 평가방법은 도시지역에서 발생한 침수피해 자료가 존재하지 않아도 침수피해가 취약한 지역의 기초적인 데이터만으로도 평가에 활용할 수 있을 것으로 판단된다. Due to the rapid urbanization increased rapidly impervious area in Korea, the circumstances of flooding increase in the outflow time is a sudden flood. In addition, The recent flood occurred that Rivers Flood is not the Inland Flood, Flood about regional characteristics, drainage system and land use will occur. Flood of urban areas reduce measure that conventional sewer and pumping stations on structural measures and nonstructural measures through urban planning interested in reduction measures but the empirical analysis of the effectiveness is greatly lacking. In this study, Quantitative relationship between the flood vulnerability factors and urban inundation characteristics analyze that flood in urban areas purpose evaluating vulnerable high-risk. Critical area is Jung-rang stream watershed in Seoul process assessment from considering the characteristics of the watershed area. Flood vulnerability factors considered urban inundation characteristics that selected area below the flood water surface level, non-adequate sewage pipe length for design capacity, impervious area, runoff coefficient and curve Number. Flood vulnerability factors of quantitative relationship take ratio scale and ordinal scale applied individual vulnerability factors and composite vulnerabilities factors. Composite vulnerabilities factors applied method to evaluate inundation risk of PROMETHEE, factor analysis of area below the flood water surface level, nonadequate sewage pipe length for design capacity and using land characteristics of impervious area, cunoff coefficient and curve Number were divided according to three types. Urban inundation characteristics analyze actual flooding for eight years during 1984 to 2011, compared inundated area, watershed area of inundated ratio and number of flooding. Actual flood vulnerability assessment evaluated inundated scale and inundated count, watershed area evaluates rating for high-risk, middle-risk and low-risk. Urban flood vulnerability assessment of selected factors are same as Inundated scale of the PROMETHEE result ranking about Area below the flood water surface level, nonadequate sewage pipe length for design capacity, curve Number and inundated frequency of the ratio ranking about Area below the flood water surface level. Comparing urban flood vulnerability assessment with actual flooding vulnerability assessment analyzed concordance 83.2% in the High-risk. Therefore, the proposed urban flood vulnerability assessment method judges that flood damage on vulnerability areas can evaluate using base urban data without occurred flood data in urban area.

설계강우의 변화에 따른 도시침수 방어 방안 연구

이존환 서남대학교 대학원 2012 국내석사

최근에 기후변화의 영향으로 태풍 및 집중호우로 인한 하천범람 등 홍수재해에 의한 인명과 재산의 피해가 급증하고 있으며, 특히 도시유역에서의 홍수피해는 더욱 심각한 인명과 재산피해를 야기하고 있다. 도시유역에서의 침수는 설계빈도를 초과한 강우가 짧은 지속기간에 집중되었을 때 우수관로의 통수능력 부족이 주된 원인이 되고 있으며, 이러한 도시지역의 내배수 침수재해와 관련하여 기존의 치수계획은 빗물펌프장 등 일부 구조물에만 한정되어 해당 홍수방어시설에 과도한 부담을 주고 있어 유역내 저류지, 빗물탱크, 침투시설 등의 다양한 내배수 홍수분담시설의 설치 및 그에 따른 효과를 종합적으로 고려한 침수방어계획의 수립이 필요하다. 본 연구에서는 도시침수에 대한 효율적인 방어방안을 제시하고자 먼저 강우-유출모형의 입력자료가 되는 설계강우의 변동에 의한 유출량 변화를 검토하였으며, 적정 설계강우주상도의 작성 및 도시유출모형인 SWMM에 의한 도시침수 모의 및 침수방어 방안을 분석하였다. 본 연구의 대상유역은 과거 상습적으로 침수피해가 발생하였던 목포시 상동지구이며, 이 지역에 대한 Gumbel 분포형의 15년 빈도 확률강우량과 Huff 시간분포모형에 의해 설계강우주상도를 유도하여 기존 관거에 대한 침수해석을 실시하고 관거 확장 및 저류지 설치 등에 대한 침수방어 방안을 분석하였다. 본 연구 결과 하류부 지역에 대한 관거 확장과 중상류부 지역의 저류지 설치로 목포시 상동지구의 침수를 효과적으로 해소할 수 있었으며, 향후 이러한 지역적 침수특성을 고려한 침수방어 방법은 내배수체계의 개선을 가능하게 함으로서 도시 침수피해를 최소화하는데 많은 도움을 줄 것으로 기대된다. Due to the impact of recent climate change, losses of both life and property caused by flood disaster, typhoon and flooding including overflow in river is increasing rapidly and particularly, flooding in the urban watershed is causing a more serious damage to life and property. The major cause of flooding in urban watersheds is that the lack of discharge of capacity when exceed the design frequency rainfall is concentrated in the short of duration of the best ducts, and related to drainage floods disaster in urban areas, the existing plan for flood management are limited only to some structures such as pump station, give an undue burden on flood prevention facility. So, the installation of various flood share facility such as water retention in water basin, rainwater tank, and based on the consequent effect and a comprehensive assessment the flood prevention plan is required. In this study, to present an effective prevention plan, investigate changes of outflow influnced by design rainfall which is an input data of rainfall-runoff model and draw a moderate design rainfall hyetograph and simulate urban inundation with SWMM which is city-runoff models and analysis an option of inundation protection. Object watershed of this study is Sandong Mokpo-si where is the flood prone areas in the past, pump design rainfall hyetogrph with frequency of probable precipitation during fifteen years which is Gumbel distribution type in this area and the model of time distribution, Huff and conduct inundation analysis to the existing sewer and analysis the inundation protection plans to the extend of the sewer and an install of detention facility. As a result of this study, the extension of sewer to the upper stream and the install of detention facility relieve flooding effectively in the area of SangDong, Mokpo-Si and these inundation protection methods considering these regional inundation character possible an improvement of drainage system and expected to give much help to minimize urban flooding.