Issue
1. 들어가기에 앞서
기후변화에 따른 수환경의 변화로 도시홍수로 인 한 인명 및 재산피해가 증가하여 도시홍수에 대한 중요성이 급격히 부각되는 상황이다. 도시홍수 상습
피해지역의 피해원인을 조사한 기존의 연구결과(심 우배, 2008)를 살펴보면, 도시유역에서의 침수피해 는 배수능력부족, 하수관거 용량부족 등 구조적인 문제가 주원인으로 나타나고 있다. 이와 같은 문제 를 해결하기 위해서는 내배수시설의 성능 개선이 선 행되어야 할 필요가 있다. 내배수시설의 성능개선을 위하여 배수유역의 특성에 따른 유역 침수 위험성을 판단하여 최적의 도시 내수 침수 방어를 위한 시설 계획규모를 결정할 필요성이 있다.
내배수시설의 계획규모를 결정하기 위해서는 외 수인 하천의 수위와 내수배제시설인 우수관망, 빗물 펌프장, 배수통문 및 통관 등의 수리학적 특성을 동
2세부 : 내외수 연계 내배수시설의 성능개선 02
및 설계 선진화 기술 개발
이 동 섭 ●●●
(2세부 주관기관, 2-2세부)
한국건설기술연구원 하천해안연구실 수석연구 원
김 영 도 ●●●
(2-1세부)
인제대학교 환경공학과 부교수 [email protected]
윤 세 의 ●●●
(2-3세부)
경기대학교 토목공학과 교수 [email protected]
윤 병 만 ●●●
(2세부 위탁)
명지대학교 토목환경공학과 교수 [email protected]
그림1. 도시홍수 피해원인(심우배, 2008)
시에 고려하여 종합적인 수리분석이 수행되어야 한 다. 그러나 기존에 수행되었던 도시홍수 방지 관련 연구는 복합적인 수리분석을 통한 성능개선 연구가 미흡한 상황이다. 내외수를 연계한 시설물 성능개 선 연구를 수행하기 위하여 실무자들을 대상으로 현 재 국내 설계기준의 문제점에 대한 설문조사를 실시 하였다. 국내 하천시설물의 설계기준인 하천설계기 준·해설을 내수배제시설 설계에 적용함에 있어서 는, 설계강우 설정 기준 미흡과 정량적 또는 상세한 설계기준이 명확히 규정되지 못하고 있음을 알 수 있다(그림 2(a) 참조). 내배수 시설 중에서 우수관망 의 설계는 변화하는 기후조건을 고려하여 설계빈도 조건이 상향조정됨에 따른 시설물의 설계기준 개정
이 필요하며, 유역단위의 배수시스템을 연계한 해석 을 기반으로 설계가 수행되어야 한다는 의견이 많았 다(그림 2(b) 참조). 우수저류시설에 대한 현재 설계 기준의 문제점으로는 관련 설계기준의 부재와 도시 침수저감을 위하여 우수관거와 연계운영을 고려한 설계가 부족에 대하여 많은 의견이 나왔다(그림 2(c) 참조). 제내지 저지대 및 내수침수 위험지역의 우수 를 하천으로 강제배제시킴으로써 침수위험도를 저 감시키는 빗물펌프장의 설계에 관해서는 부정류 특 성을 갖는 내외수위 변화를 고려하지 않는 저류지 용량의 설계, 기후변화로 인한 이상홍수에 대비한 다양한 부속시설물의 설계기법 등이 주요하게 개선 되어야 하는 점으로 지목되었다(그림 2(d) 참조).
(a) 하천설계기준·해설의 문제점
(c) 우수저류지 설계의 문제점
(b) 우수관망 설계의 문제점
(d) 빗물펌프장 설계의 문제점 그림 2. 내수배제시설 설계기법 개선사항 설문 결과
내수배제시설 설계기준에 대한 설문조사 결과와 같이, 도시침수 저감을 위해서는 내외수를 고려한 설계기법을 개발하여 시설성능을 개선할 필요가 있 다. 이와 같은 문제점에 대한 개선기법을 개발하기 위하여 “내외수 연계 도시 침수저감 능력향상 기술 연구”의 2세부 과제인 “내외수 연계 내배수시설의 성능개선 및 설계 선진화 기술 개발” 연구에서는 내 수배제시설 설계기법의 개선점을 연구하여 내수배 제성능을 개선함으로써 도시침수를 저감시키는 것 을 연구목적으로 하고 있다.
2. 연구소개
2세부 연구는 내수배제시설의 성능강화를 통하 여 침수위험을 저감시키기 위하여 내수배제시설 계 획수립 기준, 내수배제시설의 성능개선을 위한 정량 적 설계지침 개발, 배수시스템의 개선 기법 개발 연 구목적으로 한다. 내수배제시설의 계획수립 기준 개 발을 위하여 설계침수위험지역 특성에 따른 내배수
시설 도입 기준과 내배수시설 설치에 따른 수리학적 침수위험 저감 효과 분석기법 및 내배수시설 최적 조합을 통한 내수배제능력 평가기법을 개발한다. 내 수배제시설의 성능개선을 위해서는 외수위 변화를 고려한 내배수시설 시스템 설계 기법과 외수위 조 건 및 본류 흐름을 고려한 내배수시설 배수능력 평 가기법을 개발하고, 빗물펌프장 성능 평가 기법과 유입·유출부 및 흡수조 개선 기술, 유출부 주변 제 방 및 부속시설 안정성 향상 기술 개발을 주요 연구 내용으로 설정하였다. 마지막으로, 배수시스템의 개 선 기법 개발을 위해서는 도시하천 설계빈도 상향에 따른 우수관거 구조개선 기술을 개발하고, 우수관거 시스템 저류능력 평가 기술 및 우수관거 연계 저류 시스템 설계 기술개발을 수행하고 있다.
이와 같은 연구를 수행하기 위하여 “내외수연계 내배수 시설의 성능개선 및 설계 선진화 기술”을 위 하여, 한국건설기술연구원(2-2세부)를 주관기관으 로 하여, 인제대학교(2-1세부)와 경기대학교(2-3세 부) 및 명지대학교(2-2세부 위탁)의 연구진이 연구 를 수행하고 있다.
그림 3. 2세부 연구 구성
3. 연구 내용
인제대학교에서 수행하고 있는 2-1세부 과제에서 는 침수위험지역의 내배수시설 홍수방어능력을 평 가 프로그램과 최적 조합의 내배수시설 홍수방어능 력 평가 프로그램을 개발하여 유역단위의 홍수방어 능력을 평가하는 소프트웨어와 매뉴얼을 제시하여 내수배제시설 설계 계획 기법을 개선하려 한다. 한 국건설기술연구원에서 수행하고 있는 2-2세부 과 제는 내배수 시설인 빗물펌프장의 고효율·소형화 기술 개발과 외수위를 고려한 배수능력 평가 및 통 합 설계기법을 개발하여 설계 및 가이드라인화 하기
위하여 위탁기관인 명지대학교와 연구를 진행하고 있다. 2-3세부를 수행하고 있는 경기대학교에서는 우수관거의 성능개선 기법을 개발하여 설계가이드 라인을 제작하고 우수관거와 연계된 간선저류지를 개발하여 우수를 저류시키는 연구를 수행하고 있다.
가. 2-1세부 (인제대학교) : 침수위험지역 내수배 제계획 수립 기법 개발
2-1세부과제를 수행하고 있는 인제대학교에서 는 침수위험지역 내수배제 계획 수립 절차 개선방안 을 통해 도시 내수침수 위험을 최소화 하는 것을 목 그림 4. 2세부 연구진 구성
그림 5. 2세부 연구내용 및 연구흐름도
표로 하고 있다. 침수위험지역의 특성에 맞는 내수 배제시설의 설계 수문량 추정 기법을 개발하고, 지 역의 특성에 맞는 내수배제시설 도입 기준을 마련하 고자 한다. 또한 시설별 최적 조합을 통한 내수배제 시설 홍수방어능력 평가 프로그램을 이용하여 내외 수 연계 수리학적 침수위험 저감효과 분석기술을 개 발한다. 1단계 1차년도에는 국내 내수침수 발생현황 을 분석하고, 기존 내수배제시설 설계기법 조사 및 분석을 통해 문제점 및 개선점을 도출, 침수발생구 간 내외수 연계 홍수량을 산정하였다. 현재 2단계 2 차년도에서는 침수위험지역의 특성을 분석하고, 비 구조적 측면을 고려하여 내수배제시설 조합운영에 따른 홍수위 산정 연구를 수행하고 있으며, 이 결과
는 3차년도 내수배제시설 조합운영에 따른 홍수저 감 효과 연구에 활용될 계획이다. 또한 침수위험지 역 내 침수심 및 침수면적 DB화, 홍수방어능력 평가 프로그램 및 최적조합에 따른 내수침수 위험 최소화 핵심요소 기술 개발을 위한 연구를 수행하고 있다.
연구가 완료되는 5차년도에는 침수위험지역 내수 배제 계획 수립 기술보고서 보급을 통한 국가 내수 침수 방지 및 내수배제 설계 능력 향상과 최적 시설 조합을 통한 내수 침수 위험을 최소화하고, 내외수 연계 수리학적 침수위험 저감효과 분석 프로그램을 개발하여 침수위험지역 내수배제 계획수립 매뉴얼 을 제작하는 것을 최종 목표로 하고 있다.
그림 6. 2-1세부과제 연구내용 소개도
나. 2-2세부(한국건설기술연구원) : 내외수 연계 내배수 시설 배수효율 향상 기술 개발
2-2세부과제를 수행하고 있는 한국건설기술연구 원에서는 국내 내수배제시설의 특성을 조사하고 문 제점을 도출하여 관련 시설의 성능개선 기술을 개발
하여 설계기준화하기 위하여 연구를 수행하고 있다.
내외수 연계 내배수 시설 배수효율 향상 기술을 개 발하기 위하여, 빗물펌프장 성능 평가 및 고효율 소 형화 설계 가이드라인을 제시하여, 빗물펌프장, 배 수통문(배수문, 배수통관), 고지배수로 등의 내배수 시설에 대하여 외수위 변화를 고려한 배수능력 평가
및 통합 설계 가이드라인을 제안 등이 2-2세부과제 의 주요 연구내용이다.
1단계 1차년도는 국내·외 펌프 유입부와 흡입부 의 설계기준을 조사하여 문제점을 분석하고 국내 펌 프장의 유입부와 흡입부의 현황을 조사한 결과 빗물 펌프장의 설계 및 운영에 대한 성능 평가 방법이 부 제하다는 문제점을 도출하였다. 국내 내수배제시설 의 자료를 취합하여 정리하고 D/B를 구축하여 관련 연구에 활용할 수 있는 자료를 구축하였다. 현재 2
단계 2차년도는 수치모의와 수리실험을 통하여 내 수배제시설의 배수능력 평가기법 개발을 위한 연구 를 수행하고 있다.
연구가 완료되는 5차년도에는 수치모의 및 수리 실험 결과를 바탕으로 내수배제시설의 배수능력을 정량적으로 평가할 수 있는 기법과 도심지 내수배 제시설의 성능개선을 위한 고효율·소형화 기술을 개발하여 설계기준화 하기 위하여 연구를 수행하고 있다.
그림 7. 2-2세부과제 연구내용 소개도
다. 2-3세부(경기대학교) : 우수관거 연계 저류 시스템 설계 및 저류능력 평가 기술 개발
2-3세부과제 경기대에서는 수리실험 및 수치해 석을 통하여 도시지역 내배수시설의 설계 빈도 상향 에 따른 기 설계 요소기술의 개선과 기존 관거 시설 의 구조 개선 방안 및 배수능력의 향상 방안을 제시 하고 우수 관거의 저류 효율 및 저류 능력을 향상할 수 있는 간선저류 시설의 설계 및 저류능력 평가 기 술의 개발을 통하여 우수관거의 치수 능력을 확보할
수 있는 설계 기준을 제시하는 것이다. 최종 연구 성 과는 우수관거 설계 가이드라인(보완)과 우수관거 연계 간선저류지 설계 가이드라인을 제시하여 우수 관거의 치수 능력을 향상시켜 도심지의 내수침수피 해를 경감하는 것이다.
1단계 1차년도는 현장조사 및 시설조사를 통하여 시범유역에 설치된 관거시설의 현황 및 특성을 분석 하고, 국내 및 국외의 관거시설과 저류시설의 설계 기준을 조사하고 분석하여 관거시설의 설계 개선사 항 및 보완사항을 도출하였다. 현재 2단계 2차년도
는 수리실험을 통하여 쇠살대 빗물받이 유입부의 차 집유량 및 차집유량 산정식을 도출하여 빗물받이 유 입부의 설계기준 및 설계기법을 개선하고 있으며, 시범유역의 기존 우수관거의 통수능력 및 저류용량 을 검토하여 간선저류지의 적용성과 규모 및 위치 등에 대한 설계기술개발을 수행하고 있다.
5차년도 연구완료단계에서는 우수관거 연계 저 류시스템 설계 및 저류능력 평가 기술 개발하여, 도 심지의 치수능력 향상과 예산 절감을 시킬 수 있게 우수관거를 연계한 저류시스템 설계 가이드라인 및 우수관거 저류능력 평가 가이드라인을 제시하고자 한다.
그림 8. 2-3세부과제 연구내용 소개도
4. 맺음말
2세부 연구는 내외수 조건을 고려한 정량적 기법 을 개발하여 내수배제시스템의 설계기법을 개선하 여 도시침수에 대한 구조적인 대응기법의 성능을 강화하는 성과를 도출하는 것을 목표로 하고 있다.
시설물 계획단계에서 고려하여야하는 문제들을 연 구내용에 반영하여 내수배제시설 설계실무에 실용 적으로 적용할 수 있는 성과를 도출하기 위하여 노 력하고 있다. 현장의 의견을 연구내용에 반영하고
실무에 적용 가능한 시설물 성능 강화기법을 개발 하여 국내 설계기술 향상을 위해 최선을 다하도록 하겠다.
감사의 글
본 연구는 국토교통부 물관리연구사업의 연구비 지원(13AWMP-B066744-01)에 의해 수행되었습 니다.
