치수능력 증대기술 연구성과 - 제2세부과제-
1. 2세부 연구과제 소개
최근 기후변화가 국제적 아젠더로 대두되면서 국내에서도 이와 관련된 수자원분야의 기수 개발 과 정책 수립 등 정부 차원의 대책 마련에 대한 요 구가 증대되고 있다. 이를 위해 차세대홍수방어기 술개발연구단은 홍수 발생 시 피해를 최소화할 수 있도록 체계적인 홍수 방어 계획 및 기술 개발을 목적으로 2008년 12월부터 2013년 12월(종료예 정)까지 약 5년 동안 연구를 진행 중에 있다. 그 중 에서 2세부과제“치수능력 증대기술”연구는 <그
림 1>과 같이 총 6개의 공동연구기관과 5개의 위 탁연구기관을 포함하여 총 11개의 대학교의 연구 진들이 모여 치수 계획, 설계기술 및 법 제도 선진 화를 위한 연구를 수행하였다.
본 과제의 연구 추진 전략은 이상홍수를 대비한 유역통합 치수방어대책으로 홍수대응 구조물의 설 계 및 성능향상 기술 그리고 극한 강우량 산정 기 법에 대한 연구를 수행하였고, 통합홍수관리를 위 한 치수관련 법·제도적 대책을 개선하고자 치수 경제성 평가 및 법제도 개선방안 수립과 하천 제방 과 통문의 인증 표준화 기술을 개발하였다. 그리고 윤 병 만▶▶▶
명지대학교 토목환경공학과 교수 [email protected]
이 상 호▶▶▶
부경대학교 토목공학과 교수 [email protected]
윤 세 의▶▶▶
경기대학교 토목공학과 교수 [email protected]
허 준 행▶▶▶
연세대학교 토목환경공학과 교수 [email protected]
최 흥 식▶▶▶
상지대학교 건설시스템공학과 교수 [email protected]
이 재 준▶▶▶
금오공과대학교 토목공학과 교수 [email protected]
최근 들어 피해가 급증하고 있는 도시 홍수피해를 줄이고자 도시유출특성 변화를 고려한 도시 내수 침수 대책을 마련하기 위하여 도시 배수시설 설계 기술의 선진화와 배수시스템 통수능력 평가 및 증 대 방안에 대한 연구를 수행하였다.
2. 공동과제별 연구내용 및 기대효과
2.1 홍수대응 구조물의 설계 및 성능향상 기술 (2-1 공동과제)
(1) 강변저류지 치수능력 평가 및 설계 기술 최근 유역단위 홍수방어대책 중에 하나로 평수 시에는 다양한 목적으로 활용 가능하고, 홍수 시에 는 홍수량의 일부를 저류하여 치수능력을 증대시 킬 수 있는 강변저류지에 대한 관심이 높아지고 있 다. 하지만 강변저류지 설계 기술과 홍수조절효과 분석 기술에 대한 기준이 마련되어 있지 않아 강변 저류지 설계에 어려움이 있었다.
이에 본 연구에서는 강변저류지의 홍수조절효과 산정 방법을 제시하고 불확실한 설계 인자들을 결 정하기 위한 방법을 제시하여 강변저류지 설계 시 홍수조절효과를 안전측으로 제시할 수 있는 설계 인자 결정 기술을 제시하였다. 우선 강변저류지의 홍수조절효과를 정량적으로 평가하기 위한 방법으
로 부정류 수리실험 장치를 개발하였으며 이를 이 용하여 실무에서 가장 많이 사용하고 있는 1차원 부정류 수치모형인 HEC-RAS를 검증한 후 HEC-RAS 모형을 이용하여 강변저류지를 설계할 때 결정해야하는 설계인자(유입수문곡선, 월류부 유량계수, 월뷰부 높이 및 월류부 길이) 등을 결정 하기 위한 방법을 제안하였다. 구체적으로 강변저 류지 설계를 위한 다양한 시나리오의 유입수문곡 선을 쉽게 산정할 수 기술과 국내·외 설치된 강변 저류지의 설치사례와 전문가 대상 설문조사를 통 하여 강변저류지의 활용방안을 고려한 월류부 높 이 결정 기술을 제시하였고, 수리모형실험을 이용 하여 월류부의 다양한 흐름형태를 고려한 월류부 유량계수 결정 방법과 하천 조도계수의 불확실성 을 고려한 월류부 길이 결정 기법 등을 제안하였 다. 이와 같은 연구 결과를 정리하여 최종적으로
‘강변저류지 설계 가이드라인’을 제시하였으며, 이는 실무자들에게 강변저류지 설계에 대한 이해 를 높이고, 정량적인 강변저류지 홍수조절효과 산 정 및 설계절차에 도움을 줄 수 있을 것이라 기대 한다.
(2) 강변저류지 설계를 위한 대표수문곡선 산정 기법 개발
강변저류지는 유입수문곡선에 대하여 홍수조절 효과가 영향을 많이 받기 때문에 발생 가능한 다양 그림 1. 2세부 연구 조직도
한 시나리오에 적용 가능한 여러 수문곡선이 필요 하다. 현재 실무에서는 특정빈도의 단일 설계홍수 수문곡선을 이용해 강변저류지 치수효과를 산정하 고 설계에 반영하고 있으나, 수문사상의 불확실성 이 증가하고 극치홍수량의 빈도와 규모 역시 증가 함에 따라 치수계획에서도 증가된 홍수량에 대비 할 수 있는 다양한 대안들이 모색되고 있어 단순히 설계빈도 기준을 상향조정하는 방식은 구조적, 비 구조적 한계가 있으므로 다양한 조건과 시나리오 를 검토하는 설계기준과 절차가 요구되고 있다. 따 라서 본 연구에서는 강변저류지 설계 및 치수능력 평가를 위한 다양한 수문곡선을 간편하게 유도할 수 있는 프로그램(SiDeBa, Side-weir Detention Basin)을 개발하였다.
SiDeBa는 다양한 형태의 수문곡선의 산정뿐만 아니라, 기존의 설계 홍수수문곡선의 유도 과정을 프로그램화하여, 설계자가 강변저류지를 설치하고 자 하는 유역의 대표단위도 및 다양한 시나리오의 수문곡선을 쉽게 산정할 수 있도록 개발하였다.
SiDeBa는 총 4개의 모듈로 구성되어 있으며, Nash 모형 기반의 단위도를 산정하는 SiDeBa- Nash, 단위도와 강우주상도를 통해 수문곡선을 산정하고 등가첨두 수문곡선을 산정할 수 있는 SiDeBa-EPH(Equivalent Peak Hydrograph), 강우분석을 통해 FARD2006의 기초자료를 구축 하는 SiDeBa-IDF가 있으며, 위의 3가지 프로그 램을 구동할 수 있는 SiDeBa-DFH(Design Flood Hydrograph)를 개발하였다.
(3) 저수지의 홍수대응능력 증대기술
농업용수의 안정적 공급을 주목적으로 건설된 농업용 저수지는 홍수기(6월 21일-9월 20일)에 제 한수위가 설정되어 있어 저수지의 빈 공간에 의한 홍수조절 기능이 생길 것으로 추정되나, 이에 대한 평가는 전반적으로 이루어지지 않은 실정이다.
이에 본 연구에서는 농업용 저수지를 치수목적 으로 활용하기 위한 기초 연구로 현재 설치되어 있
는 농업용 저수지를 대상으로 홍수조절효과를 분 석하는 연구를 수행하였다. 저수용량 100만m3이 상의 농업용 저수지 459개를 대상으로 홍수조절용 량을 평가하고 구조적 개선방안을 제시하여 농업 용 저수지의 치수능력을 증대시키고자 하였다. 대 상 저수지의 저수용량은 총 18.3억m3으로 이 중 홍수조절용량은 총 6.7억m3으로 나타났고, 치수 능력을 증대시키는 안정 홍수조절용량은 총 4.9억 m3으로 나타났다. 홍수조절용량은 수문이 없는 경 우 3.4억m3, 수문이 있는 경우 3.3억m3으로 비슷 하게 나타났으나, 안정 홍수조절용량은 수문이 없 는 경우 1.6억m3, 수문이 있는 경우 3.3억m3으로 수문이 있는 경우가 2배 이상 크게 나타났다. 수문 을 설치하여 안정 홍수조절용량을 증가시킨다면 농업용 저수지의 치수능력을 증대시킬 수 있을 것 이라고 생각한다. 또한 홍수기 우리나라 대부분의 농업용 저수지는 Auto ROM에 의해 운영되고 있 어, 저수지 하류부의 계획홍수량을 초과하는 상황 이 종종 발생하여 저수지 하류부 주민들이 홍수피 해에 취약한 것이 현실이다.
본 연구에서 제안된 수문이 있는 경우의 저수지 에 적용할 수 있는 Auto ROM 이외에 5개의 ROM 을 추가하여 농업용 저수지 홍수기 운영 시스템 (Agricultural Reservoir Flood Operation System, ARFOS)을 개발하였다. ARFOS는 저수 지의 홍수기 운영과 더불어 저수지 하류지역의 홍 수량까지 분석할 수 있도록 개발되어 저수지 하류 지점의 홍수량 저감을 위해 사용될 수 있을 것이다.
2.2 비정상성 및 극한강우량 산정 표준화 기술 (2-2 공동과제)
최근 이상강우 발생빈도 및 강우강도 등이 증가 하면서 보다 치수에 대한 보다 다양한 기준이 필요 하게 되었다. 그러나 현재 우리나라에는 이러한 노 력을 뒷받침할 수 있는 이·치수 수립의 기준이 획 일화되어 있어 유연한 대응이 어려운 상황이다. 따
라서 이러한 점을 보완하고, 설계기준의 다양화를 꾀할 수 있도록 비정상성 강우 빈도해석 기술과 극 한 강우량 산정 기술을 개발하고 표준화하였다.
비정상성 강우 빈도해석 기술은 현재 활발히 연구 되고 있는 분야로 본 과제에서는 연최대강우량에 대 해 비정상성 빈도해석(nonstationary frequency analysis)을 수행할 수 있도록 시간항을 포함하는 비정상성 Gumbel 및 GEV 모형을 개발하였다.
또한 다양한 조건에 대한 모형의 적용성과 특징을 분석하기 위해 수행한 모의실험 결과를 바탕으로 비정상성 강우 빈도해석 적용 가이드라인을 작성 하였다. 본 가이드라인은 비정상성 강우 빈도해석 을 적용하기 위해 필요한 자료 형태, 자료기간 등 을 정의하고 비정상성 빈도해석 적용 절차, 적용 예제에 대해 설명하고 있다. 본 가이드라인을 이용 하는 경우 비정상성 강우 현상에 대한 빈도해석을 수행할 수 있을 것이라고 예상된다.
극한 강우량 산정 기술은 재현기간 200년 이상 부터 가능최대강수량(Probable Maximum Precipitation, PMP)이하의 확률강우량을 극한 강우량으로 정의하고 이를 산정하기 위해 개발된 기술이다. 영국에서 개발된 FORGEX(FOcused Rainfall Growth Estimation eXtension)기법 을 우리나라 강우 특성을 고려하여 개선하였고, 이 를 기반으로 극한 강우량 산정 프로그램(EXtreme Rainfall Estimatioin Model, EXREM)을 개발 하였다. EXREM은 강우지점의 위치정보와 강우 자료를 입력하여 DB처럼
활용할 수 있으며, 사용자 가 원하는 분석을 위해서는 프로젝트를 생성하여 극한 강우량을 산정하는 구조로 이루어져 있다. 프로그램을 이용하여 기존의 지점빈도 해석에서 구하기 어려운 재 현기간 200년 이상의 확률 강우량을 산정하는 것이 가
능하며 이렇게 산정된 확률강우량은 이상기후 등 에 따른 강우강도의 증가 현상 등에 적극 대응할 수 있는 치수능력 증대에 활용할 수 있을 것으로 예상된다.
2.3 하천 제방과 통문의 인증 표준화 기술 개발 (2-3 공동과제)
하천제방과 통문의 인증 표준화 기술개발과제의 최종 성과물은 하천 제방과 통문의 인증(평가)제도 수립을 위한 기술보고서와 하천 제방 및 통문의 상 세점검 매뉴얼, 하천 보수원을 위한 하천 제방 및 통문의 일상점검 매뉴얼이다. 하천 제방과 통문의 인증(평가)제도 수립을 위한 기술보고서에서는 인 증(평가)제의 구성요소 및 법, 제도적 기초를 제시 하고 인증(평가)제 시행을 위한 단계적 실행 방안 을 정립하였다. 하천 제방과 통문의 상세점검 매뉴 얼에서는 국내·외의 안전도 평가 기술을 검토하 고 인증(평가)를 위한 기술적 평가 기준을 정립하 였다. 하천 제방과 통문의 일상점검 매뉴얼에서는 국·내외의 유지 관리 기술 동향을 검토하였고 우 리나라의 기존 유지관리 기술에 대한 보완 사항을 제시하였다.
<그림 2>는 연구과제 성과 중 일부로, 제방과 통 문의 인증제에 관한 모식도이다. 인증대상은 제방 과 통문이며 인증 목표는 안전성이다. 인증제를 정 의할 법령은 하천법 시행규칙이 될 수 있다. 인증
그림 2. 제방과 통문의 인증제 모식도
기관은 공적기관이 될 수 있으며 제방과 통문의 관 리주체 자신일 수도 있다. 인증신청기관은 제방을 실제 관리하는 지방국토관리청 또는 지방자체단체 가 되며, 인증 기준으로서 단기적으로 과업의 수리 적 안전도 평가 기준과 한국시설안전공단의 구조 적 안전도 평가기준을 함께 적용할 수 있다. 장기 적으로는 시범사업을 거쳐 안전도평가 기준을 보 완하고 하천설계기준도 일관성 있게 개정할 필요 가 있다. 인증에 따른 책임 부담이 우려되는 경우 인증 대신 평가의 용어를 사용할 수 있다.
2.4 치수 경제성 평가 및 법제도 개선방안 수립 (2-4 공동과제)
(1) 유역대응 다변화 치수경제 분석 평가 기술 본 연구에서는 기존 홍수피해산정법의 문제점을 고찰하여 개선이 필요한 부분을 검토하고, 홍수피 해액 추정 및 경제성분석 시 실무에서의 지원을 위 한 치수경제성분석 프로그램(EAF, Economic Analysis of Flood control projects)을 구축하 였다. 그리고 유역종합치수계획을 비롯한 유역단 위 치수계획에서 가능한 모든 대안을 수립 및 평가
하고, 의사결정모형(decision making model) 체 계 하에서 최적 투자대안 결정을 위한 체계적인 절 차를 제시하였다. 연구결과를 정리하면 <그림 3>
과 같이 ① 기존 홍수피해산정법 개선, ② 유역치 수계획 최적 투자대안 결정방안, ③ MD-FDA 기 반 치수경제성분석 프로그램(EAF) 개발, 이렇게 세 가지 결과로 요약할 수 있다.
본 연구에서 가시적인 성과물인 EAF(Economic Analysis of Flood control projects)는 통일된 분석체계를 바탕으로 자동화 실용 목적의 MD- FDA 기반 치수경제성분석 프로그램으로서 홍수 조절사업 시행에 따른 경제적 효과를 금전적인 화 폐가치로 계량화한 편익(benefit)과 사업시행 및 운영에 따른 비용(cost)을 고려하여 사업의 경제성 을 평가하는 데 활용될 수 있다. 특히, EAF 프로 그램은 실무에서의 치수계획에서 최적대안을 선정 하거나, 투자우선순위를 결정하는 의사결정 문제 에 많은 도움을 줄 것으로 기대한다.
(2) 치수관련 법·제도 개선방안 개발
최근 하천유역의 피해는 과거의 유형과는 다르 게 이상기후와 집중호우에 따른 설계빈도를 넘나
그림 3. 유역대응 다변화 치수경제 분석 평가기술 요약
드는 강우의 발생으로 예측하기 힘든 호우피해가 일어나고 있는 상황이다. 그에 따른 대책으로 국내 에서는 4대강 살리기 사업과 더불어 대대적인 하 천정비 사업을 통해 하천의 효율적 이용과 홍수피 해 저감을 위한 구조물적 홍수방어 대책이 마련되 었으며, 하천환경에 많은 변화가 일어났다. 그러나 홍수피해의 예방 및 저감을 위해서는 구조물적 대 책과 더불어 비구조물적 대책이 함께 수반되어야 하며, 그에 따른 일환으로 현행 하천법 및 치수관 련 정책의 개선이 필요한 실정이다.
현행 하천법은 하천의 이용 및 재해예방을 위한 하천의 일반적 사항만을 규정하고 있으며, 하천법 에서의 홍수관리는 목표지향적인 단순한 하천관리 에 초점이 맞추어져 최근 현상에 맞는 하천유역의 홍수재해 피해저감 및 예방을 도모하기는 다소 어 려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 최근 하천환경 변화에 따라 새로이 도입된 하천 구조물의 정의 및 운영방안, 하천유역의 정의, 홍수관리구역 및 홍수 위험지도의 효율적 이용, 기타 치수관련 법령 간 연계 운영을 위한 내용 수정 등 하천법의 개선을 위한 하천법 수정(안)을 제시하였으며, 추후 하천 법 개정을 위한 검토 자료로 사용될 수 있도록 법 제처에 제안하였다.
아울러 법·제도적 차원의 연구는 사회의 다원 화와 이해관계의 복잡화에 따라 우수한 기술이라 하더라도 기존의 제도적 기반과 조화되지 못할 경 우 그 효용을 다하지 못 할 수 있다. 특히 법·제도 는 일시에 변개하지 못하는 특성이 있어 미래지향 적인 관점에서 선구적 정책연구가 반드시 필요하 다. 따라서 본 연구에서는 하천유역기반 통합홍수 관리 정책의 도입방안과 선진화된 홍수예·경보 정책가이드라인 및 주민대피가이드라인을 제시하 였다. 국외의 선진화된 홍수관리 정책을 비교·분 석하였으며, 국내 홍수관리 정책의 문제점 도출을 통하여 효율적인 홍수방어를 위한 유역홍수관리 정책의 필요성과 효율적 운영방안을 제시하였으 며, 유역치수계획과 특정도시하천유역 침수피해방
지대책을 통합한 통합홍수관리 법(안)의 도입과 더 불어 하천법과 기타 치수관련 법령과의 연계 운영 을 위한 도입방안 및 홍수예·경보와 주민대피 정 책의 효율적 운영방안을 제시하였다.
본 연구의 결과에 따른 유역기반의 통합홍수관 리의 도입을 위한 개선은 현행 치수관련 법과 제도 의 문제점 보완이 가능할 것으로 판단되며, 국가 정책 개선 시 선행연구로의 활용이 가능할 것으로 판단된다. 또한 하천유역 기반의 치수정책의 도입 을 통한 유역 내 홍수방어능력의 확보가 가능할 것 으로 판단되며, 유역 내 홍수예·경보 및 주민대피 정책을 통한 인명과 재산피해의 감소와 함께 주민 들의 홍수관리 의식의 제고를 가져 올 수 있기를 기대한다.
(3) 치수 갈등 조정을 위한 공영시각모형(SVM) 개발
DC-SVM(Dam Conflict-Shared Vision Model)의 개요는 <그림 4>와 같다. DC-SVM은 댐건설과 같은 치수대책 수립시 이루어지는 인 문·사회적인 갈등 조정의 한계를 극복하기 위해 수문학적으로 접근하여 이해당사자의 참여를 유도 하고 이해관계자들의 상이한 이견을 좁혀 원만한 합의점 도출에 기여할 수 있도록 개발된 갈등 조정 모형이다.
이해당사자의 참여는 WEB 설문 시스템을 구축 하여 갈등원인 파악과 유역 치수안전도 가중치 산 정, 다기준의사결정에 필요한 평가항목별 가중치 산정 부분에 참여가 가능하도록 하였다. 또한, DC-SVM에서는 대상지역의 치수적인 문제점을 분석하고 이해당사자에 의해 형성된 대안을 적용 하여 대안별 수위저감효과, 침수면적 및 피해액, 하천 및 유역 치수안전도, 개략적 공사비용 등의 차이를 비교가 가능하도록 하였다. 따라서 모형의 결과를 활용하여 다기준의사결정에 의해 대안의 우선순위를 제시할 수 있도록 하였으며, 사용자의 편의성을 최대한 배려한 GUI를 갖추고 있다.
2.5 도시배수시설 설계 선진화 기술(2-5 공동 과제)
(1) 도시환경 변화에 따른 배수시스템의 홍수대 응 기술
급속한 도시화의 영향으로 도시지역의 불투수 면적의 증가는 첨두유량의 증가, 첨두 유량의 도달 시간의 감소 등으로 도시 지역의 침수면적과 침수 피해를 증가시키는 요인이 되고 있다. 2000년대 이후 서울시의 국지성 침수피해 사례에서 알 수 있 듯이 인구와 재산이 집중된 도심지의 배수시설은 매우 중요하다. 도시지역에서 강우의 유출은 상당 부분 도로 및 우수관거 시스템에 의하여 배수되므 로 우수관거 시스템과 도로 배수시설의 배수능력 증가는 도시의 침수를 방지하기 위한 필수적인 요 소라 할 수 있다. 그러므로 도시지역의 우수 배제 능력을 증가시킬 수 있는 합리적이고 경제적인 배 수 구조물의 적정 설계 기준이 필요하다. 이에 본 연구진에서는 차세대홍수방어기술연구단의 세세 부 연구를 5차년도 진행하여‘도시 배수시설의 설
계 가이드라인’과‘비탈면 도수로 및 집수정 설계 가이드라인’을 제시하였다. 도시 배수시설의 설계 가이드라인은 우수관거의 배수와 우수관거 유지관 리 기술의 설계기준을 조사하여 정리하고 도시 배 수시설의 배수효율을 증대하기 위하여 과부하 맨 홀에서의 손실계수 산정, 맨홀 내 유사 흐름 특성 분석 및 유사 퇴적 저감 방안과 내수침수 해석 시 과부하 관거에서의 손실계수 적용방안 등을 수리 실험 및 수치모의를 통하여 이론 및 실험적 근거를 확보하였으며, 연구결과를 활용하여 기존 도시 우 수관거 시설의 개선된 설계 기준을 도출하여 도시 배수시설에서 맨홀을 중심으로 한 합리적인 설계 기준을 제시하였다. 또한 비탈면 도수로 및 집수정 설계 가이드라인은 급경사 비탈면의 주요 배수시 설로 설치되는 도수로에서의 유수 거동 분석과 도 수로 및 소단에서의 흐름해석 및 도수로와 집수정 의 연결부의 흐름해석에 관한 수리실험 연구통한 이론 및 실험적 근거를 확보하였으며, 연구결과를 활용하여 기존 비탈면 배수시설의 개선된 합리적 인 설계 기준을 제시하였다.
그림 4. DC-SVM 소프트웨어 개요
(2) 도시 홍수재해 저감을 위한 우수관망시스템 최적설계 기술
본 연구에서 개발한 우수관망 최적설계 프로그 램의 주안점은 최적화 과정을 통해 우수관거 설계 시 근본적 목적인 내수배제를 최대화 하고자 하는 것이며, 이것은 관망 구성에 따른 시스템 내 유입 수문곡선들 간의 중첩효과를 제어함으로써 가능함 을 나타내었다. 즉, 관망 구성을 변화시킴으로써 시스템 내부에서 흐름의 중첩효과를 감소시킬 수 있다면 그 결과로서 유출구에서의 첨두 유출량은 감소될 것이며, 또한 이것은 우수관거 시스템 내부 에서 전반적으로 흐름을 분산시킨 결과이므로 관 내 부하량 및 월류의 위험도를 저감시키는 효과를 발휘할 것이다.
<그림 5>의 우수관망 최적설계 프로그램은 마이 크로소프트 Visual Studio.NET 기반의 응용프로 그램을 기반으로 하수관거 수리계산을 담당하는 SWMM.dll과 하수관거 정보를 생성하는 지리정보 (GIS, Geographic Information System) 엔진 으로 구성되어 있다. 본 프로그램은 도시유역 우수 관거 시스템의 근본적인 목적인 내수침수 방재 효 과를 최대화하기 위하여 우수관망 내 첨두 유출량 최소화를 목적으로 하며, 이를 통해 유수지 및 빗 물펌프장에 대한 부하량 저감, 집중호우에 따른 월 류량 감소 등 우수관거 시스템의 전반적인 안전성 을 증대시킬 수 있을 것으로 기대된다.
2.6 도시배수시스템 통수능력평가 및 증대방안 (2-6 공동과제)
국내에서 사용되고 있는 유출해석 모형은 모의 방식과 해석결과에 따라 다양하게 구분되며, 도시 유역과 자연유역 등 유역의 특성에 따라서도 분류 되는 등 유역의 조건에 따라 각기 다른 모형을 이 용해야 하는 번거로움이 있으므로, 도시유역을 구 성하고 있는 복합유역(투수지역과 불투수지역이 혼재되어 있는 유역)의 특성을 고려할 수 있는 강 우-유출해석 모형이 필요하다. 따라서, 본 과제에 서는 도시유역의 구성 특징을 반영할 수 있으며 기 존의 유효강우 분리에 의한 직접유출량 산정에서 탈피하여 토양의 특성이 반영된 연속적인 침투해 석과 지표 및 지표하 흐름에 대한 Coupling 방식 을 적용하여 강우로 인해 유역에서 발생하는 유출 량을 물리적인 기반을 토대로 정량적으로 해석할 수 있는 복합유역 유출해석 모형(COBRA)를 개발 하였다.
복합유역 유출해석 모형은 COBRA(Composite Basin Runoff Analysis)의 의미와 같이 복합유 역 유출해석을 주된 기능으로 한 모형으로 ArcGIS 기반의 인터페이스 구성과 기능을 내장하 고 있다. 도시유역을 구성하고 있는 투수 지역과 불투수 지역을 수치지도 기반의 DEM으로 구성하 고 ArcGIS Tool을 이용하여 유역을 추출한 후 투 수 지역 및 불투수 지역 하부의 표토층에 토양정보 도(정밀토양도 및 토지피복도의 정보를 통합한 형 태) DB를 적용하여 Grid Index 별로 정보를 부여 하는 Preprocessing 방식을 채택하고 있다.
복합유역 유출해석 모형의 특징은 다음과 같다.
(1) ArcGIS를 이용한 지리정보체계를 구축함으로 써, 유역의 지형학적인 특성을 반영할 수 있으며 내장된 ArcGIS의 기능으로 모형 구동의 전처리를 수행한다. (2) 유효우량 분리법을 이용한 강우의 초기 손실량을 산정하지 않고 지표면의 투수, 불투 수 특성을 고려한 침투해석을 실시한다. (3) 투수 그림 5. 우수관망 최적설계 프로그램 내부화면
성 토양층의 포화상태를 고려하여 포화 침투해석 및 불포화 침투해석을 실시한다. (4) 지표 유출과 지표하 유출의 경계층의 상호작용에 대한 Coupling 해석을 실시한다. (5) 맨홀을 통한 유입 및 유출을 지표면 유출과 연계하며, 관거 흐름해석 은 SWMM 모형의 기법을 활용하여 수행한다.
3. 연구성과 및 활용
본 2세부과제는 5년에 걸친 연구기간 동안 연구 진의 끊임없는 노력으로 표 1과 같이 다양한 형태 의 연구 성과를 도출하였다. 기초 및 응용연구를 충실히 수행하여 총 41편의 논문을 게재하였으며, 국·내외 학술회의에서 175회 논문을 발표하여 연
구를 대외적으로 홍보하였다. 또한 다양한 기술을 개발하여 특허 출원 및 등록하였고, 본 과제의 연 구결과를 실무에서 쉽게 활용할 수 있도록 다양한 소프트웨어와 매뉴얼을 개발하였고 개발한 기술에 대한 가이드라인을 작성하였다. 이는 관련 정부기 관과 설계 및 시공사 등 다양한 분야에서 치수사업 의 계획부터 설계 및 유지관리 등에 기술적 및 법·제도적으로 도움을 줄 것으로 기대한다.
4. 맺음말
지난 5년간 치수능력 증대기술 향상을 위해 연 구를 수행해 온 연구진들은 홍수 방어를 위한 국내 치수능력 증대를 위해 많은 노력을 기울여왔다. 이
표 1. 제2세부과제의 정량적 연구 성과
성과물 명칭 실적 실적명 및 예시
학술지 게재 논문건수 41편 SCI(E) 논문 : 7편 KCI 논문 : 34편
학술회의 발표 논문건수 175편 국내외 학술대회 참가/발표
부정류 수리실험 장치 및 이를 활용한 수문곡선 재현방법과 HEC-RAS 수치모형의 검증방법(출원번호: 10-2011-012277) 특허 출원 7건 제방의 침투조절을 위한 제내 비탈 끝제체 속의 유공관 및 설치방법
(등록번호:10-2013-005105)
산 비탈면 및 절토면의 배수로에 적용되는 집수정 구조 (등록번호:10-2012-0072101)외 4건
특허 등록 1건 도로의 형태에 따라 최적의 차집효율을 분석하고 그에 맞는 배수구를 제공하도록 하는 도로의 수리실험장치(등록번호:2010-0133496) SiDeBa-IDF
극한강우량 산정 프로그램(EXREM) 프로그램 및
18건 MD-FDA 기반 홍수피해액 산정 시스템 소프트웨어 등록 DC-SVM Ver.3
우수관거 최적설계 프로그램
복합유역 유출해석모형외 12건(예정 포함) 법·제도 반영 2건 하천유역기반 통합홍수관리 정책 보고서
하천법 및 기타 치수관련 법 수정(안) 제안 강변저류지 설계 가이드라인
저수지 홍수조절용량 제시 및 증대를 위한 구조적 개선방안 지침서 매뉴얼 및 지침 작성 16건 비정상성 강우 빈도해석 기법 적용 가이드라인
하천 제방과 배수통문의 안전진단 기법 및 기기조사 매뉴얼 비탈면 배수설계 기준외 11건
기 타 연구홍보 및 국제협약, 인력양성 등 연구 성과 다수
러한 노력이 헛되지 않도록 본 연구내용에 적합한 형태의 연구 성과물들을 배포하고 홍보할 예정이 다. 이를 위해 개발된 기술들은 가이드라인 및 지 침서 등으로 제작하여 우선적으로 관련 기관에 배 포할 계획이다. 또한 연구 성과를 누구나 쉽게 사 용할 수 있도록 홍보 세미나와 실무자 교육 등을 개최할 예정이다. 마지막으로 본 과제의 연구진들 은 연구 성과들이 수자원 및 방재분야에 적극적으 로 반영되어 홍수에 안전한 대한민국을 만들어 가 는데 조금이나마 기여할 수 있기를 기대한다.
감사의 글
본 연구는 국토해양부가 출연하고 한국건설교통 기술평가원에서 위탁 시행한 건설기술혁신사업 (08기술혁신F01)에 의한 차세대홍수방어기술개발 연구단의 연구비 지원에 의해 수행되었습니다.
