水 工 學
大 韓 土 木 學 會 論 文 集第26卷 第5B 號·2006年 9月 pp. 511 ~ 517
비정형격자기반 도시침수해석모형 개발
Development of Urban Flood Analysis Model Adopting the Unstructured Computational Grid
이창희*·한건연**·김지성***
Lee, Chang Hee · Han, Kun Yeun · Kim, Ji Sung
···
Abstract
Flood damage is one of the most important and influential natural disaster which has an effect on human beings. Local con- centrated heavy rainfall in urban area yields flood damage increase due to insufficient capacity of drainage system. When the excessive flood occurs in urban area, it yields huge property losses of public facilities involving roadway inundation to par- alyze industrial and transportation system of the city. To prevent such flood damages in urban area, it is necessary to develop adequate inundation analysis model which can consider complicated geometry of urban area and artificial drainage system simultaneously. In this study, an urban flood analysis model adopting the unstructured computational grid was developed to simulate the urban flood characteristics such as inundation area, depth and integrated with subsurface drainage network sys- tems. By the result, we can make use of these presented method to find a flood hazard area and to make a flodd evacuation map. The model can also establish flood-mitigation measures as a part of the decision support system for flood control author- ity.
Keywords :
urban flood analysis, unstructured computational grid, urban storm, drainage system···
요 지
홍수 피해는 인간에게 영향을 미치는 가장 중요하고 영향력 있는 자연재해 가운데 하나이다. 도시지역에서 국지적인 호우 가 배수시스템의 용량을 초과할 경우 홍수피해가 발생된다. 도시지역에서 발생한 홍수는 도시산업과 교통 시스템을 마비시키 며, 공공시설물에 막대한 피해를 야기시키다. 도시지역에서 이러한 피해를 줄이기 위해서는 도시지역의 복잡한 지형과 인위 적인 배수시스템을 동시에 고려하기에 적합한 모형이 필요하다. 본 연구에서는 도시홍수의 침수범위, 침수심과 같은 홍수특 성을 모의하기 위한 비정형격자기반 도시침수해석모형을 개발하였고, 이를 배수 시스템과 연계하였다. 본 연구를 통해 홍수 위험지역을 계산하고, 홍수대비지도를 만드는데 활용될 수 있다. 또한, 홍수담당기관의 의사지원시스템의 한 부분으로 활용되 어 침수경감대책수립에 이용될 수 있다.
핵심용어 : 도시침수해석, 비정형격자, 도시홍수, 배수시스템
···
1. 서 론
도시 지역의 경우 비도시지역과는 달리 유출해석을 위한 방법이 토지이용도와 우수배수시스템과 같은 인위적인 요소 에 의해 복잡하다 . 도시지역 유출량은 거주지 , 상가 등에 분 포한 건물과 포장도로와 같은 불투수지역의 증가로 증대되 며 , 유출량이 유하하는 경로는 배수체계 , 도로 , 그리고 건물
과 같은 인위적인 시설물의 영향을 받는다 .
도시지역에서는 호우로 인한 유출량이 배수시스템의 용량 을 초과하는 경우와 배수시스템의 최종 합류지점에서 유수지 및 하천 수위가 상승하여 관로 내에 역류가 발생되는 경우 우수 배제를 제대로 수행하지 못하여 내수침수가 발생된다 .
집중호우로 인한 도시 내수배제 능력의 부족으로 월류가 발생하는 경우 , 재해 예방차원에서 가장 근본적인 것은 침수 의 양상을 파악할 수 있어야 한다 . 즉 , 어느지역까지 침수지
역이 확장될 것인가 , 얼마나 빠르게 범람된 흐름이 흘러갈 것인가 , 그리고 언제 홍수위가 감소할 것인가를 파악하는 것 이 매우 중요하다 . 그러므로 국내 도시지역 지형특성에 적합 한 침수해석 모형의 개발이 필요하며 , 이를 이용하여 다양한
범람 조건을 좀 더 편리하게 모의할 수 있게 된다 .
ILLUDAS(Illinoise Urban Drainage Area Simulator) 모 형 (Terstriep, 1974) 과 SWMM(Storm Water Management Model) 모형 (Huber 등 , 1988) 은 배수시스템과 연계한 도시 지역의 강우 - 유출해석을 수행하도록 개발되었다 . 그러나 , 이 *
정회원·교신저자·서울시정개발연구원디지털도시부부연구위원(E-mail : [email protected])
**
정회원·경북대학교공과대학토목공학과교수(E-mail : [email protected])
***
정회원·경북대학교공과대학토목공학과박사과정(E-mail : [email protected])
들 모형은 과부하된 배수시스템에서의 월류하는 홍수유량곡 선은 제공하나 , 월류유량으로 인한 지표침수상황을 모의할 수 없다 . 그밖의 MOUSE, PCSWMM 등과 같은 GUI(Graphic
User Interface) 기반의 상용 소프트웨어 역시 배수시스템으로
배수되지 못하는 잉여유량만을 제공하며 , 지표면 침수 지역 과 수심에 대한 상세한 정보를 제공하지 못한다 .
배수시스템과 침수해석모형과의 연계해석을 위해 Hsu 등
(2000) 은 SWMM 과 정형 격자를 이용하여 2 차원 확산파 지
표류 해석을 연계한 도시 침수모의를 수행하였고 , Mark 등
(2004) 은 배수시스템과 연계하여 침수해석을 1 차원적으로 수
행 한 바 있다 . 국내에서는 배수시스템에서의 월류량을 이용
하여 Level-Pool 침수해석을 통해 도시유역에서의 침수지점
을 분석 ( 한건연 등 , 2003) 하였고 , ILLUDAS 모형과 DEM
기반 침수해석 모형을 연계한 침수해석을 수행하여 Level-
Pool 침수해석결과와 비교분석 ( 한건연 등 , 2005) 을 수행한
바 있다 . DEM 기반 침수해석은 범람예상구역의 물리적인 특
성을 반영할 수 있는 수리학적 방정식을 이용하여 해석을 수행 ( 이창희 등 , 2006) 한다 .
그러나 , DEM 기반 침수해석모형의 경우 다음과 같은 제약
성을 지니게 된다 . 우선 , 지형적인 영향을 고려하기 위해서 격자의 구조가 사각형 , 삼각형 혹은 기울어진 격자를 이용해 야 할 경우가 발생한다 . 즉 , 침수유량에 대한 2 차원 해석시 격자배열이 규칙적이며 격자크기가 일정한 DEM 기반 침수해 석 모형인 경우 도로를 따라 흐르는 범람흐름을 표현할 때 도로와 도로 이외의 지점이 하나의 격자내에 모두 대표될 수 있다 . 도로와 도로 이외의 지점이 하나의 격자로 특성이 평균 화 되어 표현됨으로써 지형의 특성의 차이가 구분되지 않을 수 있게 된다 . 또한 , 토지이용 및 지형 기복의 변화가 거의 없는 지점에서의 침수모의 시 균일한 간격의 격자를 이용하 는 DEM 기반 침수해석 모형은 침수해석 과정에서 시간이 많 이 소요된다 . 그러므로 , 지형적인 영향을 반영하며 , 계산시간
을 절약할 수 있는 새로운 침수해석 모형의 개발이 필요하다 .
이를 위해 본 연구에서는 내수침수 해석을 위해 비정형격 자기반의 침수해석모형을 개발하였다 . 또한 , 비정형격자기반 침수해석모형을 SWMM 모형과 연계하여 배수시스템에서 과
부하로 인하여 발생된 월류유량에 대해서 시간별 침수위 및 침수범위 등을 계산하였다 . 계산결과는 Level-Pool 침수해석 모형과 DEM 기반 침수해석 모형을 이용한 해석결과와 비교 하였고 , 각 모형의 특징을 정리하였다 .
본 모형을 이용하여 월류기간동안 지표면에 유입되는 범람 홍수량을 분석하고 , 지표면에 대한 범람수심을 주요 시간대별 로 계산하여 도시함으로써 침수지역 예측 및 홍수위험지점을 판단할 수 있다 . 또한 , 최고침수위와 최대침수범위등을 효율 적으로 계산함으로써 홍수피해를 예측하고 , 국가 중요 시설물 의 입지 선정 , 주민의 보호 및 이동 등을 포함한 침수피해방 지대책 계획 수립에 이용할 수 있을 것으로 판단된다 .
2. 도시수문수리해석배수시스템에서의 과부하로 인한 월류량은 도시침수해석모 형 (Level-Pool 침수해석 , DEM 기반 침수해석 , 비정형격자기 반 침수해석 ) 의 입력자료로 이용되었다 . 월류량산정을 위해
SWMM 모형의 RUNOFF 블록과 EXTRAN 블록을 이용하였고
각 모형의 기본 이론은 다음과 같다 .
RUNOFF 블록 (Huber 등 , 1988; James 등 , 1999a) 에서 이 용하는 지표면 유출량에 대한 소유역에서의 연속방정식은 다 음과 같다 .
(1)
유출량은 Manning 공식을 사용한다 .
(2)
여기서 , V는 소유역에서의 물의 체적 = A
o×d , d는 수심 , t는 시간 , A
o는 소유역 면적 , i * 는 초과 강우량 , Q
o는 유출량 ,
W는 소유역 폭 , n는 Manning 의 조도계수 , d
p는 지면저류깊 이 , S는 소유역경사이다 .
EXTRAN 블록 (Roesner 등 , 1988; James 등 , 1999b) 에서 관로 흐름에 대한 기본 미분 방정식은 단면적과 유량을 종 속변수로 가지는 연속방정식과 운동방정식은 식 (3), (4) 와 같다 .
(3) (4)
여기서 , A는 단면적 , Q는 관로 유량 , x는 관로 / 수로 방향의 거리 , t는 시간 , g는 중력가속도 , H는 동수경사선고 ( z+h ), z 는 최심 표고 , h는 수심 , S
f는 에너지 경사이다
3. 도시침수해석
관로 및 맨홀로 구성된 배수 시스템에서 수용 능력을 초 과할 경우 월류량으로 인한 지표면 유출은 도시지역에서의 홍수 피해 정도를 증대시키고 있다 . 또한 , 도시 하천의 범람
및 도시하천의 수위 상승으로 인한 요소와 결합되어 하천변 의 많은 주택과 시설물들의 피해가 매우 크게 발생한다 .
SWMM 모형은 과부하된 맨홀에서의 월류하는 홍수유량 곡
선만을 제공할 수 있으며 , 월류된 홍수유량으로 인한 침수모
의를 하지 못한다 . 지표면으로 월류된 유량으로 인한 침수예 상구역의 물리적인 특성을 반영하기 위해서는 도시지역침수 해석 모형이 필요하다 . 본 도시지역 침수지역을 산정하기 위 한 해석기법들은 다음과 같다 .
3.1 Level-Pool 침수해석
Level-Pool 침수해석은 월류체적을 산정하여 침수범위를 산
정하는 방법이다 . Level-Pool 침수해석을 위해서 대상유역의
지형고도자료를 바탕으로 그림 1 과 같은 방법으로 임의의 침수위에 각각 대응하는 전체 대상유역의 침수체적을 산정 하여 침수위당 침수체적곡선을 작성한다 . 도시유출모형을 통 해 월류체적을 계산하고 침수위당 침수체적곡선에 의해 이 에 대응되는 침수위를 산정하여 침수범위를 나타낸다 . 그림
2 는 Level-Pool 침수해석에 대한 흐름도이다 .
3.2 DEM기반 침수해석
침수해석 지점의 적정범위를 지형도 등을 이용해서 설정하 dV dt
--- A
odd
--- A dt
o⋅ i∗ Q –
o= =
Q
o= W 1 ⋅ n --- d d ( –
n)
5 3⁄S
1 2⁄∂A ∂t --- ∂Q
∂X --- + = 0
∂Q ∂t
--- ∂ Q (
2⁄ A ) --- gA∂H ∂X
--- gAS ∂X
f+ + + = 0
고, 격자망을 구성하여 연속방정식과 운동량 방정식에 의해 흐름을 해석할 수 있다. 천수방정식을 x, y방향 성분으로 기 술하면 연속방정식과 운동방정식은 식 (5)~(7)과 같다.
(5)
(6)
(7)
여기서,d = 지표면 수심
q
x, q
y= x, y 방향에 대한 단위폭당 유량 u, v = x, y 방향의 평균 속도
S
ox, S
oy= x, y 방향의 바닥경사 S
fx, S
fy= x, y 방향의 마찰경사 t = 시간
g = 중력에 의한 가속
e = 단위면적당 생성항 혹은 소멸항
배수 시스템에서의 과부하로 인한 월류량이 지표면에 전파 되는 경우에는 관성력의 항이 압력, 마찰력, 중력의 항과 비 교하여 그 중요도가 작게 나타나게 되는 물리적인 특성을 고려하여 2차원 천수방정식을 기본식으로 하여 이를 확산형 방정식으로 근사화시킨 수치해석 기법이 적용할 수 있다.
3.3 비정형격자기반 침수해석
비정형격자에서의 침수해석을 위해 Link와 Node로 구성된
개개의 요소가 해당지점을 대표하도록 구성된다. Node는 폐합 된 도형으로 이루어진 개개의 격자가 이에 해당 되며, Node와 관련된 변수는 유량, 수위, 그리고 표면적이다. Link는 각 격 자의 경계면, 혹은 Node의 중심간의 길이에 해당되며, 유량을 전송하는 통로와 같다. 각 격자에서의 수위와 격자간에 이동되 는 유량은 연속방정식과 운동방정식에 의해 구한다.
특정 격자에서의 연속 방정식은 다음과 같다(Yang 등, 2000).
(8)
여기서,
A
si= 격자 i의 표면적 Q
in= 외부유입량
Q
i,k= 특정 격자 i와 이웃 격자 k사이의 이송 유량 식에서 Q
i,k가 양수이면 유량이 격자 k에서 격자 i로 이동 되는 것을 의미하고, 음수이면 격자 i에서 격자 k로 흐른다 는 것을 의미한다. 식 (8)에서 유량 Q
i,k는 그림 3과 같이 두 가지 흐름으로 구분되는데. 하나는 두 개의 인접한 격자 가 도로부분에 해당되어 침수발생시 수로와 같은 흐름을 나 타내는 경우이고, 다른 하나는 도로 이외의 지점으로 물이 확산되는 경우이다. 전자인 경우 격자들간의 수리학적 관계 가 수로형이고, 후자인 경우 격자들의 수리학적 관계를 위어 형이 된다.
인접한 두 격자인 i와 k의 수위를 각각 H
i와 H
k라로 명명 하고, H
i<H
k인 경우 두 인접한 격자간의 이동되는 유량은 수로형인 경우 다음과 같이 계산한다(Yang 등, 2000).
(9) 여기서,
α
= 가중인자
두 인접한 격자간의 이동되는 유량이 위어형인 경우에는 자유월류위어와 수중위어로 구분하여 다음과 같은 식을 이
∂d ∂t --- ∂q
x--- ∂x ∂q
y--- ∂y + + = e
∂u ∂t
--- u∂u + ∂x --- v∂u + ∂y --- g S
ox– S
fx∂d
∂x ---
⎝ – ⎠
⎛ ⎞
=
∂v ∂t --- u∂v
∂x --- v∂v
∂y ---
+ + g S
oy– S
fy∂d --- ∂y
⎝ – ⎠
⎛ ⎞
=
A
sidH
i--- Q dt
inQ
i k,( H
i, H
k)
∑
k+
=
Q
i k,= ( H
k– H
i)Φ H (
i k,) ⁄ ( H
k– H
i)
Φ A H ( )R H ( )
2 3⁄n x ∆ ---
=
H
i k,=
αH
k+ ( 1 –
α)H
i그림 1. Level-Pool 침수해석시 침수체적 계산의 개념도
그림 2. Level-Pool 침수해석의 흐름도
그림 3. 비정형격자 침수모형의 개념도
용한다 (Yang 등 , 2000).
인 경우 :
자유월류위어 (free overflow weir)
(10)
인 경우 : 수중위어 (submerged weir) (11)
여기서 ,
L
w= 경계면 유효폭
H
w= 경계면 최고표고
µ1= 유량계수 (0.36~0.57)
µ2
= 유량계수 (2.598
µ1)
4. 적용 및 비교검토본 연구에서는 각 침수해석 기법의 적용 및 비교분석을 실 시하기 위하여 과거 침수 기록이 있는 지역으로서 유수지의 수위 상승 및 관거용량 부족에 의한 침수가 발생한 도림배수 구역을 선정하였다 . 도림 1 배수구역은 유역면적이 189.5ha 이 고 , 산지가 거의 없는 평탄한 지형이며 , 불투수면적의 비율이
91% 정도로 포장율이 높고 충분히 도시화된 유역이다 . 모형
적용을 위한 유역의 배수 계통도는 그림 4 와 같다 .
SWMM 모형의 EXTRAN 블록을 이용하여 유수지 유무에
따른 수문 - 수리 해석을 실시하여 각 소유역 지점에 대해 유 출량을 산정하고 배수시스템에서의 월류량을 계산하였다 . 산
정된 월류량을 이용하여 각 침수해석기법별로 도시침수해석 을 실시하였다 . 강우자료는 구로 관측소에서 기록된 자료를 사용하였고 , 침수해석에 사용된 강우사상은 도림배수구역에 많은 침수피해를 발생시킨 그림 5 와 같은 2001 년 7 월 14 일
15 시에서 2001 년 7 월 15 일 13 시까지 22 시간 동안의 강우사
상을 사용하였다 . 그림 6 은 이 기간 동안 발생된 침수흔적 도 (2003, 서울특별시 ) 이다 .
4.1 월류량 산정
유수지의 수위에 대한 영향을 받지 않는 상황과 유수지의
수위에 대한 영향을 받는 경우에 대하여 SWMM 모형을
수행하여 월류량을 산정하였다 . 유수지 수위를 고려하지 않 는 경우 그림 7 과 같이 동그라미로 표시한 맨홀번호 102,
201, 400, 500 지점에서 월류량이 발생하였고 , 유수지 수위
를 고려한 경우 맨홀번호 102, 201, 400, 500, 105 지점에 서 월류량이 발생하였다 .
4.2 도시침수해석기법의 적용결과
4.2.1 Level-Pool 침수해석
Level-Pool 침수해석을 위해서 우선 그림 8 과 같이
H
i– H
w( ) 2 < 3 --- H (
k– H
w)
Q
i k,=
µ1L
w2g H (
k– H
w)
3 2⁄H
i– H
2( ) 2 ≥ 3 --- = ( H
k– H
w)
Q
i k,= µ
2L
w2g H (
k– H
w) H (
k– H
i)
1 2⁄그림 4. 배수계통도
그림 5. 우량주상도
그림 6. 침수흔적도
그림 7. 월류량 발생지점
TIN(Triangular Irregular Newtwork) 을 이용하여 각 침수위 당 침수체적을 이용한 그래프를 작성하였다 . 침수위당 침수체
적을 구하기 위해서 ESRI 사의 ArcView 프로그램을 이용하였
다 . SWMM 모형 수행 결과 유수지 수위를 고려하지 않는
경우 38,771 m
3의 월류체적이 발생하였고 , 유수지 수위를 고
려한 경우 배수시스템에서 역류가 발생되어 472,437 m
3의 월 류체적이 발생하였다 . 계산된 월류체적과 그림 8 을 이용하여 추정된 침수위는 9.27 m 와 11.63 m 이다 . 계산된 침수위 자료
와 TIN 을 이용하여 Level-Pool 침수해석 기법에 의한 침수지
점은 그림 9 와 같다 . 그림 9 에서 Level-Pool 침수해석은 월류
량이 많이 발생한 경웅는 그림 9(b) 와 같이 월류량 발생지점
에서 침수결과를 나타낼 수 있으나 , 월류체적이 크지 않는 그
림 9(a) 의 경우와 같이 월류량이 발생하지 않는 전혀 다른 지
점에서 침수지점이 나타내어지게 되는 것을 확인할 수 있다 .
4.2.2 DEM 기반 침수해석
1:1,000 수치지도를 이용하여 대상유역의 DEM 을 생성하
였다 . 도시 배수 유역의 범람 양상을 모의하기 위한 격자의
크기는 20 m × 20 m 로서 전체 6,775 개의 격자가 도시배수유
역의 형상을 대표하였다 . SWMM 모형 수행결과 발생한 월유 량을 이용하여 DEM 기반 침수해석기법에 대한 적용 결과는
그림 10~11 과 같다 . 그림 10 은 유수지의 수위로 인한 영향
을 받지 않을 때의 상황을 나타내고 , 그림 11 은 유수지에서 의 수위상승으로 인하여 배수영향을 받는 경우를 나타낸다 .
DEM 기반해석 기법인 경우 Level-Pool 침수해석 기법에서
모의하지 못하는 월류 지점으로부터의 시간별 침수유량의 전 파과정을 모의할 수 있었다 .
그림 8. 침수위-침수체적 관계곡선
그림 9. Level-Pool 침수해석기법에 대한 적용 결과
그림 10. DEM기반 침수해석기법에 대한 적용 결과(유수지 불고려)
그림 11. DEM기반 침수해석기법에 대한 적용 결과(유수지 고려)
4.2.3 비정형격자기반 침수해석
DEM기반 침수해석기법과 같은 방법으로 SWMM 모형을 이용하여 배수시스템에서 월류되는 유량을 산정하고 월류유 량이 전파되어 가는 과정을 비정형격자기반 침수해석 모형 에 의해 적용하였다. 비정형격자지반 침수해석 모형의 적용 결과는 그림 12~13과 같다. DEM기반 침수해석 기법과 마 찬가지로 Level-Pool 침수해석 기법에서 모의하지 못하는 월 류 지점으로부터의 시간별 침수유량의 전파과정을 잘 모의 할 수 있었다.
4.3 비교검토 및 고찰
Level-Pool 침수해석은 최대 침수범위만을 알고자 하는 경 우는 간단하게 이용될 수 있는 방법이지만, 침수위별 침수체 적만을 이용한 Level-Pool 침수해석 결과 유수지 수위를 고 려하지 않는 경우와 같이 월류량이 작게 발생했을 경우 침 수지역이 그림 6에서 표시된 월류가 발생하는 지점이 아닌
그림 9와 같이 전혀 다른 지점에서 침수가 발생하였다. 이 는 Level-Pool 침수해석이 맨홀 월류량의 시간에 따른 유달 거리를 반영할 수 없기 때문이며, 일반적으로 도시지역은 도 시정비, 도로건설 등에 따라 지반고가 평탄한 지형이 많이 존재하므로 단순히 잉여 월류수를 수치지도상에서 표출하기 위한 수위-수표면적-수체적 관계 설정이 곤란하고, 도시지역 의 복잡한 지형지물의 영향을 해석을 할 수 없어 실제 범람 양상과 큰 차이가 발생하였다.
DEM기반 침수해석 기법과 비정형격자 침수해석 기법의 경우 Level-Pool 침수해석 기법에서 모의하지 못하는 월류지 점으로부터의 침수유량의 시간별 전파과정을 모의할 수 있 었다. 격자생성과정에서 DEM기반 침수해석을 이용할 경우 수치고도자료를 이용하여 격자를 자동으로 만들 수 있는 반 면에 비정형격자기반 침수해석을 이용할 경우에 토지이용도 상황에 따라 경계를 생성하여야 하므로 격자생성시 많은 수 작업이 요구되어 시간이 많이 필요하였다. DEM기반 침수해 석기법을 이용한 결과와 비교하여 비정형격자기반 침수해석 그림 12. 비정형격자기반 침수해석기법에 대한 적용 결과(유수지 불고려)
그림 13. 비정형격자기반 침수해석기법에 대한 적용 결과(유수지 고려)
표 1. 도시침수해석 기법의 장단점
구 분 장 점 단 점
Level-Pool
침수해석
●최대 침수범위를 알고자 할 경우 간단하게 이용 가능
●침수지점이 월류 발생 지점이 아닌 전혀 다른 지점 으로 나타내어질 수 있음
DEM기반 침수해석
●
입력자료 구축의 자동화 가능
●
수리학적 방정식을 기본식으로 하여 해석
●격자 크기에 따라 세밀한 지형 묘사의 차이가 나타남 비정형격자기반
침수해석
●
계산 시간이 비교적 적게 소요
●
DEM기반 침수해석과 계산결과가 유사함.
●
수리학적 방정식을 기본식으로 하여 해석
●
격자생성과정에서 수작업이 요구되어 격자생성과정이 복잡
●
격자 형태에 따라 계산값이 차이날 수 있음.
기법은 대상유역에 대한 격자를 성성할 때 격자의 점유면적 에 따라 일부구간에서는 침수범위가 다르게 발생하였다. 그 리고, 침수위 계산에 있어서도 격자의 수위가 격자내에서 평 균화된 상태로 계산되므로 두 모형간의 침수위 차이가 발생 하였다. 하지만, 비정형격자기반 침수해석 기법의 경우 토지 이용구역별로 격자를 구성할 수 있으므로 도로면상의 흐름 을 잘 반영하였다. 또한, 격자 크기를 지형에 따라 유연하게 구성할 수 있기 때문에 격자수가 줄어들어 계산시간이 3시 간여 소요되는 DEM기반 침수해석모형에 비해 격자수가 크 게 감소되어 5분여 가 소요되는 등 계산시간에 있어서 큰 개선효과를 보았다.
본 연구에서 제시된 침수해석 기법의 장단점을 요약하면, 표 1과 같다. 도시지역침수해석을 위한 모형개발 및 적용 시 각 기법별 계산시간, 격자구성, 그리고 정확성 별로 적용 상황과 목적에 맞게 침수해석모형을 선택 하여야 하겠다.
5. 결 론
본 연구를 통해 지형적인 영향을 반영하며, 계산시간을 절 약할 수 있는 비정형격자기반 침수해석 모형을 개발하였다.
그리고, 도시지역의 홍수피해 원인이 강우규모가 배수시설의 용량을 초과하거나, 하천의 수위상승으로 우수배제를 제대로 수행하지 못함으로써 맨홀이 월류하는 경우와 연관 있음을 감안하여 배수시스템과 연계하였다.
모형의 연계를 위해 배수시스템에서의 월류량을 산정에 사 용된 모형은 최종 유출지점에서의 유수지 수위를 고려할 수 있는 SWMM모형을 이용하였다. 월류유량으로 인한 지표침 수해석 결과는 본 연구에서 개발된 모형을 이용하여 지표면 에 대한 범람수심을 주요 시간대별로 계산하여 도시하였고, Level-Pool 침수해석기법, DEM기반 침수해석기법과 비교하 였다.
본 연구에서 개발된 비정형격자침수해석모형은 Level-Pool 침수해석에서 나타는 물리적인 오류를 보완할 수 있으며, DEM기반 침수해석에 비해 계산속도에 있어서의 단축효과를 얻을 수 있었다. 반면, 격자생성 과정이 복잡하고, 생성된 격자크기 및 모양에 따라 계산이 차이가 나타나는 단점도 있음을 확인할 수 있었다.
본문에서 언급했듯이 도시지역침수해석을 위한 모형개발 및 적용 시 각 기법별 계산시간, 격자구성, 그리고 정확성 별로 적용 상황과 목적에 맞게 침수해석모형을 선택 하여야 하겠다.
Level-Pool 침수해석모형과, DEM기반 침수해석모형과 같
은 기존 침수해석모형과 함께 본 연구에서 개발된 비정형침 수해석모형을 이용하여 최고침수위와 최대침수범위등을 효율 적으로 계산함으로써 홍수피해를 예측하고, 국가 중요 시설 물의 입지 선정, 주민의 보호 및 이동 등을 포함한 침수피 해방지대책 계획 수립에 이용될 수 있을 것으로 판단된다.
감사의 글
본 연구는 건설교통부가 출연하고 한국건설교통기술평가원 에서 위탁시행 한 2003년도 건설핵심기술연구개발사업(03산 학연C01-01)에 의한 도시홍수재해관리기술연구사업단의 연 구성과입니다.
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