PURPOSES: In this study, flood mitigation effect of drainage asphalt concrete pavement were analyzed by a SWMM 5.0 program in order to evaluate the low impact development (LID) based on the drainage asphalt concrete pavements. METHODS: In order to determine the porosity parameters of drainage asphalt concretes, the specimen mixtures were manufactured using the conditions presented in the previous study. The numerical simulation was conducted using the SWMM 5.0 program considering the flood mitigation effect of drainage asphalt concrete pavements. The effect of flood reduction can be observed when drainage asphalt concrete pavements were applied to Mokgamcheon watershed. The flood mitigation effect analysis of Mokgamcheon watershed as well as continuous simulation of subwatershed runoff were performed through this study. RESULTS : The analysis of drainage asphalt concrete pavements was carried out for evaluating the effect on runoff, resulting in: the peak flow decreases up to 1.26~9.53% after drainage asphalt concrete pavements applied in the SWMM 5.0 program furthermore, the discharge decreases up to 0.55~4.11%. CONCLUSIONS: As a result, the reduced peak flow and discharge were found through the SWMM 5.0 program. It can be concluded that the flood is effectively reduced when the drainage asphalt concrete pavements are used.

도시지역의 모든 하수관망을 사용하여 구축된 강우-유출모형은 그 규모가 방대하고 복잡하여 실시간 도시홍수예보에 적합하지 않다. 따라서 본 연구에서는 상대적으로 도시화가 많이 진행된 서울시의 상습침수지역인 도림천 대림배수분구의 하수관망도를 이용하여 강우-유출모형을 구축하고 이를 단순화하였다. 하수관망 단순화는 노드의 누가유역면적을 단순화의 범위 산정을 위한 기준으로 설정하고 총 5단계의 과정으로 나누었으며 단순화 과정에서 SWMM의 모든 매개변수들을 면적가중치를 적용하여 계산하였다. 또한 하수관망의 적정 단순화 범위를 산정하기 위하여 유출모형에 5가지 단순화 범위를 설정하고 유출분석과 침수분석을 실시하였다. 그 결과, 유출모형의 노드와 관망의 개수 그리고 모의시간 모두 단순화 범위에 따라 50~90%까지 일정하게 감소하였으며 단순화 이전과 동일한 유출량 결과를 나타내었다. 2차원 침수분석의 경우, 누가유역면적별로 단순화의 범위가 커질수록 월류지점의 개수가 크게 감소하고 위치가 바뀌었으나 비슷한 침수양상을 나타내었다. 다만 누가유역면적을 기준으로 6 ha 이상에서는 상류부터 삭제되는 노드에 의해 나타내지 못하는 침수지역이 발생하였다. 2차원 침수면적, 주요침수구간, 침수심 등을 비교 ․ 분석한 결과, 누가유역면적을 기준으로 1 ha의 단순화 범위가 단순화 이전의 분석결과와 가장 유사함을 나타내었다. 본 연구는 SWMM 매개변수를 모두 고려한 하수관망 단순화를 실시함으로써 실시간 도시홍수예보를 위한 신속하고 정확한 유출자료 생성에 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

급격히 발전하는 도시지역 및 산업단지의 경우 불투수지역이 대부분이며, 이로 인해 유출이 증가함에 따라 내수침수가 발생할 확률이 높아지고 있다. 도시지역의 유출해석은 대부분 SWMM모형을 이용하여 강우-유출해석을 수행하고 있으나 이러한 모형은 실제 자연 현상을 해석하는데 한계가 있으며, 모형 자체도 불확실성을 가지고 있어 정확한 유출해석을 하는데 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 모형의 매개변수를 조사하고 불확실성을 가지는 매개변수를 선정한 후 매개변 수의 불확실성 정도를 불확실성 정량화 지수를 이용하여 정량화하였다. 수행 결과 관조도계수의 불확실성이 가장 크며, 유출량에 미치는 영향도 가장 컸다. 그러므로 우수관거 설계 시 관조도계수 추정을 보다 정확히 산정하여야 하며, 불확실성 정도를 예측하여 유출해석에 반영하고, 각 매개변수가 가지는 특성을 파악한다면 내수 침수를 예방하는데 큰 기여를 할 것으로 판단된다.

최근 기후변화로 인하여 도심지역내 돌발홍수가 빈번하게 발생하여 많은 인명 및 재산피해가 발생하고 있다. 특히, 급격한 도시화로 인한 불투수면적의 증가와 녹지면적의 감소 등이 도심지역내 우수 저류 및 지연능력 감소와 첨두 유량의 증가를 발생시켜 도시 돌발홍수의 발생과 피해를 증가시키고 있다. 도심지역내 우수유출에 의해 발생하는 피해를 저감시키기 위한 방법으로 미국 PGDER(Prince George’s County, Maryland Department of Environmental Resources)에 의하여 시행된 LID 기법에 대한 연구 및 시행이 활발히 이루어지고 있다. 본 연구의 대상지는 경남 양산시 내에 위치한 실증단지이며, 실증단지 내 LID 적용시설은 건축물형 LID시설, 도로형 LID시설, 주차장형 LID시설, 산업체형 LID시설, 생태저류형 LID시설로 이루어져 있다. 본 연구는 유역 구분 및 지형자료 분석을 통하여 실증단지에 적합한 매개변수를 산정하여 SWMM 모형을 구축하였으며, 구축된 모형에 LID 기법을 적용한 유출량을 산정하고 분석하여 최종적인 실증단지 통합모형을 구축하였다. 모형은 크게 LID 기술을 적용하지 않은 대조군 유역과 LID 기술을 적용한 실증단지 유역으로 구분하였다. 본 연구는 실증단지와 대조군부지의 비교를 통하여 LID요소기술별 성능을 평가ㆍ분석하고, 설계 강우 기준을 제시하고자한다.

최근 이상기후 및 급속한 도시화로 이한 불투수 면적비율이 증가되면서 내수침수 피해가 급증하고 있다. 내수침수는 주로 내수배제의 불량으로 발생하며, 막대한 인명 및 재산피해를 야기하고 있다. 이러한 피해를 막고 효율적인 도시홍수방어시스템을 설계하기 위해서는 정확한 강우-유출 모형의 해석이 필요하지만 실제 자연 현상을 해석하는데 많은 불확실성이 존재한다. 본 연구에서는 모형의 매개변수들이 가지는 불확실성 분석을 수행하고, 불확실성 정량화 지수를 제안하였다. 도시유역의 유출해석에 사용되는 SWMM 모형의 매개변수 중 6개(유역폭, 불투수면적비율(%), 투수 및 불투수유역 조도계수, CN, 관조도계수)를 대상으로 불확실성 분석을 수행하였으며, 베타분포를 적용하여 Monte Carlo Sampling 기법으로 총 100개의 시나리오로 계산하였다. 계산결과 투수 및 불투수유역의 조도계수와 관조도계수의 총불확실성이 다른 매개변수들에 비해 크게 계산되어 조도계수값의 결정이 어려운 것을 알 수 있었으며, 불확실성 정량화 지수를 계산한 결과 관조도계수가 가장 크고 CN값이 가장 작은 것으로 계산되었다. 유역폭, 불투수면적비율, CN값은 매개변수값이 증가할수록 총유출량도 증가하였으며, 이 중 CN값의 변화에 따른 총유출량 증가량은 매개변수 증가량을 알면 거의 정확히 결정이 가능한 것으로 불확실성 정량화 지수가 계산되어 불확실성이 매우 낮은 것으로 나타났다. 관조도계수의 변화에 따라 총유출량의 변화를 결정하는 것이 가장 불확실한 것으로 계산되었으며, 총불확실성도 관조도게수가 가장 컸으므로, 도시유역의 유출 계산에 가장 큰 불확실성을 야기하는 매개변수는 관조도계수인 것으로 나타났다.

과거 SWMM 모형은 수십 개소 주요하수관거의 매개변수를 추정하고, 유량측정자료를 활용한 검보정을 통하여 구축된다. 현재 하수관로 관련 수치지도의 양적, 질적 자료 향상으로 분포형 모형과 같은 수준의 SWMM 모형의 초기값 추정이 쉽지만, 매개변수 검보정 시간은 단축되지 않는다. 최적화된 매개변수와 유사한 매개변수의 초기값을 산정하면, 매개변수의 검보정 시간단축으로 분포형 모형과 같은 수준의 SWMM 모형 구축이 쉽다. 본 연구에서는 GIS 툴을 이용하여 SWMM 모형의 소유역의 매개변수를 산정하며, 동일한 산정방법을 적용하여 하수관거 정보를 단순화시킨 관로정보 개소수의 변화와 유역분할 방법에 따른 유출특성의 변화를 비교분석한다. 모의시간과 예측정밀도를 요구하는 홍수예경보시스템의 도시유출모형 구축을 위하여 기존 연구 결과에서 SWMM 모형의 매개변수 민감도 분석결과에서 검토하지 못했던 소유역 분할방법과 모의시간단축과 관계가 깊은 하수관거 정보 개소수 변화에 따른 유출특성의 변화를 도출하는 민감도 분석을 실시한다. 본 연구의 결과는 홍수예경보시스템 구축을 위하여 정밀하고 모의시간이 짧은 최적의 SWMM 모형 구축을 위한 자료로 이용될 것이다.

SWMM(Storm Water Management Model)은 모형 내 다양한 매개변수를 이용하여 지표 투수율 및 하수관거 영향 등 도시 유역의 유출 특성을 비교적 정확하게 모의하지만, 모형의 입력자료 부족과 매개변수의 불확실성으로 인한 신뢰성 문제가 대두되고 있다. 이러한 문제점을 해소하기 위해 본 연구에서는 SWMM 모형에 Bayesian 기법을 연계한 최적화 기법을 개발하고, 이를 활용하여 매개변수의 불확실성을 정량적으로 해석하고자 한다. 이를 위해 먼저 유출 특성에 민감한 매개변수를 민감도 분석을 통해 선정하고, SCE-UA(Shuffled Complex Evolution-University of Arizona), MCMC(Markov Chain Monte Carlo), DDS(Dynamically Dimensioned Search) 등 매개변수 최적화 기법을 적용하여 매개변수의 초기값을 설정한다. 매개변수의 다양한 물리적 범위를 고려하기 위한 방법으로 절단 정규분호(truncated Gaussian distribution)을 사전분포(prior)로 선정하여 매개변수의 사후분포(posterior)를 추정하게 된다. 최종적으로 각 매개변수간 사후분포를 이용하여 모의된 유출량의 불확실성을 정량적으로 분석하였다.

도시화로 인한 불투수층의 증가로 침수 및 범람의 피해가 매년 증가 하고 있는 실정이며, 서울시에서는 그 대안으로 새롭게 시공되는 도로의 경우 투수성 포장을 시공하도록 시행하였다. 이러한 투수성 포장재는 많은 연구로 다양하게 개발되어 왔지만 그 효율에 대한 정량적인 효율성 검증 및 평가 방법이 미비하다. 그리하여 본 연구는 강우모의 장치를 이용하여 투수성 블록의 강우 유출수 저감 효율을 일반 보도블록과 비교하여 평가 하였으며, 관측된 data를 이용하여 Holton의 침투모형에 의해 투수성 블록 시설의 침투모형을 산정하였다. 또한 SWMM모형의 LID Tool을 이용하여 관측값과 SWMM모형 계산 값을 시행착오법으로 보정 하여 투수성 블록의 매개변수를 산정하였다. 산정된 매개변수는 소규모 공업지역에 적용하여 문헌에서 제시한 자료와 비교하였다. 향후 LID 요소별 검증실험을 통한 매개변수를 산정한다면 모형을 통하여 간단하게 대상유역에 대하여 LID 요소기술 적용을 통한 강우유출수의 저감 효율을 산정할 수 있을 것으로 기대된다

The MFFn(Mass First Flush) was analyzed for various rainy events(monitoring data from 2008 to 2009) in Transportation area(Highway, National road, Trunk road). Estimated MFFn using SWMM was evaluated by comparison with observed MFFn. MFFn was estimated by varying n-value from 10% to 90% on the rainy events. The n-value increases, MFFn is closed to '1'. As time passed, the rainfall runoff was getting similar to ratio of pollutants accumulation. The result of a measure of the strength of the linear relationship between observed data and expected data under model was good (R2=0.89). Pollutants runoff loads by volume showed Highway 26.6%, National road 44.8%, Trunk road 35.0% at the MFF20(20% by total runoff). A case of MFF30, pollutants runoff loads by volume showed Highway 40.2%, National road 54.3%, Trunk road 46.8%. According to the results, Initial precipitation basis were Highway MFF30, National road MFF20, Trunk road MFF30 when the Non-Point source control facilities set up.

도시유역의 강우-유출모형으로 많이 사용되는 SWMM 모형의 입력변수들은 관측의 한계, 모형상의 오류 등 오차를 가지고 있다. 이러한 오차들은 모의 결과에도 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 SWMM 모형 입력자료들이 가지는 불확실성 정도를 정량화하여 유출량 산정결과에 반영도록 하였다. 이를 위하여 민감도 분석과 Monte Carlo Simulation이 수행되었다. 민감도 분석결과 유역면적, 불투수면적비, 조도계수, 유역폭, 경사, CN값의 순으로 유출의 첨두값에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 매개변수별 1만회의 Monte Carlo Simulation 결과 첨두유출량의 분포가 입력인자의 분포와 동일한 정규분포를 따르는 것으로 나타났다. 모의된 결과는 SWMM 모의시 입력변수들의 불확실성에 따른 유출 결과의 정확도에 대한 판단기준을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.

도시화에 따른 불투수 면적의 증가는 개발이전에 비해 더 많은 강우 유출 및 수질악화를 초래하여 적절한 관리방안에 대한 관심이 높아지고 있다. 이에 대한 대안으로써 대두되어진 최적화관리기법(Best Management Practices, BMP)은 이러한 비점오염물질과 강우유출수를 저감하기 위한 방안으로 국내·외에서 많은 연구가 진행되고 있다. BMP 적용을 통한 목표 저감효과를 달성하기 위해서는 BMP별 성능을 비교분석하고 대상유역에 적합한 BMP를 선정하여 설계해야 한다. 현재 이와 관련한 모니터링 연구가 활발히 진행 중에 있으나 유역별로 기후와 지형조건이 상이하고, 미계측 유역의 경우 BMP 성능 예측에 한계가 있다. 이를 극복하기 위해서는 모니터링 연구와 더불어 대상유역의 기상조건과 지형 조건을 고려한 BMP 모형화 기법을 이용한 BMP 별 성능을 분석하는 방법이 필요하다. 본 연구에서는 국내·외에서 강우유출수의 모의에 많이 이용되고 있는 SWMM(Storm Water Management Model) 모형을 이용하여 충청남도 대천항 주차장을 대상으로 BMP 성능 모의를 실시하였다. 모형의 적용성 평가를 위해 국제 우수 BMP Database에 수록되어 있는 사례의 결과와 식생저류지(bioretention) 및 투수성 포장(porous pavement)의 가상설치 시 예측되는 수문 및 수질 저감효과를 비교하였으며, 유출 및 수질 항목별 평균저감율 편차 범위가 -5.8∼+9.6%로 높은 적용성을 보였다. 향후 BMP 설계 및 저감효과 산정에 본 연구에서 제시한 BMP 모의 방법론의 활용이 가능할 것으로 판단된다.

최근에 홍수재해와 관련된 자연재해가 급격히 증가하고 있다. 특히, 사회기반시설의 집중 및 인구증가로 도시지역에서의 침수는 인명과 재산에 큰 피해를 야기한다. 본 연구의 목적은 배수시스템에서의 과부하로 인한 도시지역에서의 침수심을 계산하기 위해서 우수배수시스템모형과 2차원 지표류모형을 연계한 새로운 모형을 개발하는 것이다. 대상유역에서의 침수유량의 거동은 두 가지 요소로 고려되는데 하나는 배수시스템에서의 흐름이고 다른 하나는 월류유량으로 발생한 범람 흐름

도시유역의 유출분석을 위하여 국내에서 많이 사용하고 있는 모형들로는 ILLVDAS, SWMM이 대표적이라고 할 수 있다. 그러나 국내의 대부분의 도시하천의 경우 합류식의 배수계통을 가지고 있어, 홍수시에 하수관거용량을 초과하는 우수량은 하천을 통해 배수가 되고 있다. 이러한 배수계통을 갖는 하천에 대하여 대상유역의 배수관망 자료 부족과 Modeling의 어려움으로 인해 도시유출모형이 아닌 HEC-HMS 모형과 같은 유역추적법을 통해 유출분석이 이루어지고

이 연구에서는 다양한 강우조건에 따른 도시유출모형, SWMM의 매개변수들이 계산 결과치에 주는 민감도를 분석하였으며 이를 위해 3개 배수구역에 대하여 모형을 적용하였다. 첨두 유출량에 대한 민감도는 (=1.0-(첨두유출량의 최소값()/첨두유출량의 최대값()))로 나타내었으며 강우 조건으로서는 강우규모, 강우지속시간, 강우분포 등의 3가지를 채택하였다. 강우조건의 변화에 따라 전반적으로는 불투수면적비, 관로경사, 초기침투능 등이 계산 결과치에 주는 민감

유역규모의 장기 유출모형인 SWAT은 다양한 토지이용을 고려할 수 있는 장점이 있는 반면, 도시지역에 대한 배수특성을 충분히 고려할 수 없는 단점을 가지고 있다. 반면, 세계적으로 도시지역의 유출현상 규명에 널리 이용되는 SWMM 모형은 도시지역의 지표면 특성과 배수특성을 모두 고려할 수 있는 장점이 있는 반면 유역 내 도시지역 이외의 토지이용에 대한 고려가 힘들다는 단절이 있다. 본 연구에서는 두 모형의 장점을 살리고, 단점을 보완한 SWAT-SWMM

장기적 유출 측면에서 유역의 도시화는 불투수면적의 확대로 인한 토지이용변화, 인위적 구조물의 설치여부, 하천 환경의 변화를 유발하며 따라서 도시화되기 이전과 매우 다른 형태의 유출거동 특성을 가진다. 따라서 자연적인 유출 성분변화 특성은 물론 도시화 유역 특성변화요소를 적절히 반영함으로써 지표수, 하천수, 지하수 등의 수문순환 요소를 장기적인 측면에서 정량적으로 평가할 수 있는 유출모의모형이 필요하다. 본 연구에서는 준 분포형 장기 유출모형인 SWAT모