우리나라에서는 매년 호우, 태풍, 대설 등 자연재해로 인하여 많은 피해가 발생하고 있으며, 2013년도에서는 총 1,721억 원의 재산피해가 발생하였다. 또한 재해로 인한 피해액과 그에 따른 복구액이 점점 증가하고 있는 추세를 보이고 있으며, 특히나 2011년 서울시 우면산 산사태, 2014년 부산·경남 지방에서 폭우 등으로 인하여 많은 재산 피해와 인명 피해가 발생하였다. 우면산 산사태의 경우 인구밀도가 높은 도시지역에 발생하여 치명적인 피해를 야기시켰으며, 이에 사회적으로 많은 관심을 불러일으키게 되었다. 토사재해와 같은 자연재해가 도시지역에 발생하게 되면 인구가 밀집되어 있기 때문에 그 피해가 자연스럽게 커지게 되며, 이를 극복하기 위해서는 적절한 대응책 마련이 반드시 필요하다. 이를 위해서는 토사재해 발생지역에서의 피해정도를 다양한 관점에서 정량적으로 평가할 수 있어야 한다. 본 연구는 사회경제적 관점에서의 토사재해 취약성평가를 위하여 서울특별시, 부산광역시 집계구를 시범지구로 설정하여 토사재해로 발생하는 사회경제적 피해를 지표기반모델을 이용하여 정량화 하고자 하였다. 모델구조가 결정되면 모델의 세부지표 및 대리변수를 선정하고 각각의 가중치를 산정하는 연구가 수행되어져야 한다. 대리변수 선정 및 가중치 산정을 위한 방법은 1) 참고문헌의 인용, 2) 델파이 방법, 3) 엔트로피 방법, 4) 계층분석법 등이 있다. 본 연구에서는 Thomas L. satty가 개발한 계층분석법(Analytic Hierarchy Process, AHP)을 적용하여 취약성 평가 모델의 세부지표, 대리변수의 선정 및 가중치를 산정 하고자 하였다. AHP는 복잡한 문제를 계층화하고, 계층구조를 구성하고 있는 요소간의 쌍대비교를 통해 중요도를 도출하는 특징을 가진다. 또한 상대적 중요도를 정량화 할 수 있는 장점을 가지기 때문에 사회경제적 관점에서 토사재해 취약성 평가를 위한 세부지표, 대리변수 선정 및 가중치 산정에 적합하다고 판단하였다. AHP의 계층구조는 크게 3 계층로 구분 지었으며, 제 1계층은 사회경제적 토사재해 취약성 지수, 제 2계층은 세부지표, 제 3계층은 대리변수로 구성하였다. 취약성 지수(제 1계층)는 세부지표(제 2계층)로 구성되며 다시 세부지표는 대리변수(제 3계층)로 구성되는 구조를 가지게 된다. 가중치를 산정하기 위해서는 대리변수 또는 세부지표 별 쌍대비교를 실시하게 된다. 여러 개의 대리변수를 짝을 이루어 세부지표에 대한 중요도 또는 선호도에 대해서 상대평가를 실시하고 이를 비교행렬로 작성한다. 구해진 비교행렬로부터 세부지표에 대한 대리변수별 가중치를 산정할 수 있다. 세부지표 역시 마찬가지로 쌍대비교를 통하여 사회경제적 토사재해 취약성 지수에 대한 상대적 가중치를 산정할 수 있다. 대리변수 및 세부지표 별로 가중치가 결정되면, 대리변수의 정량화를 통해 최종적으로 사회경제적 관점에서의 토사재해 취약성 지수를 산정할 수 있다. 이를 통해 도심지에 토사재해가 발생하였을 경우 해당지역의 사회경제적 피해를 정량화 할 수 있으며, 또한 토사재해 취약성 개선을 위한 사업 추진 시 사업운선순위를 선정하는데 있어 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

최근 도시 확장에 따른 무분별한 산지 개발과 기후 변화 등의 다양한 원인으로 인해 산사태, 토석류와 같은 토사재해에 의한 인명과 재산피해가 증가하고 있다. 그 규모도 대형화됨에 따라 토사재해에 대한 잠재적인 위험성은 계속적으로 증가하는 추세이다. 토사재해의 여러 유형중 토석류는 많은 토사를 발생시키며, 유동화된 토사가 이동함으로써 피해를 더 가중시킨다. 토석류 위험에 노출되는 구조물로는 고속도로, 철도, 교량 등과 같은 토목 구조물이 있다. 뿐만 아니라 산지와 인접된 도심지 주거지역의 건물이 포함된다. 이러한 이유로 토석류 재해 유발인자와 구조물의 손상관계에 대한 정량적 분석은 필수적이다. 정량적 평가는 위험 요소, 크기, 구조물의 취약점과 예상되는 손실을 포함해야 한다. 따라서 본 연구에서는 2011년에 발생한 토석류 재해 지역에 대한 사례를 분석하여 각 재해지역의 토석류 재해 유발인자를 분석하였다. 이를 위해 현장 조사보고서, 수치지도, 위성사진을 이용하여 토석류 발생 지역에 대한 분석을 수행하였다. 또한 각 재해지역에서 피해를 입은 건물에 대한 손상 특성을 분석하였다. 이를 위해 현장조사보고서, 피해건물 현장사진, 문헌 등을 종합적으로 분석하여 건물의 손상정도를 파악하였다. 건물 손상정도는 완전 파괴, 심각한 손상, 보통 손상, 경미한 손상과 같이 4가지로 구분하였다. 이를 통해 토석류로 인한 건물 손상정도를 토석류의 높이, 속도 및 충격압력과 같은 토석류 재해 유발인자를 이용하여 건물의 물리적 취약특성을 분석하였다. 이러한 토사재해에 따른 구조물 취약성에 대한 연구는 토사재해 취약지역 관리뿐만 아니라 국가 방재정책의 우선순위를 수립함과 동시에 향후 도시 계획에 대한 유용한 정보를 제공할 수 있음을 것으로 기대된다.

최근 기후변화 및 극한강우사상의 증가로 인해 토사재해로 인한 피해는 증가하는 추세이며 도심지 기후변화 취약성평가에 있어 토사재해 위험도는 중요한 요인으로 평가받고 있다. 도심지에서의 재해 취약성은 행정구역별로 취약성 평가가 이루어지고 있으며, 토사재해에 대한 평가는 과거 발생했던 지역을 면적개념으로 설정하여 평가하는 수준으로 토사재해 종류 및 단계별, 관리기준별, 목적별 상이한 기준 및 적용 방법으로 정밀평가에 한계가 있다. 본 연구는 서초구 일원의 산사태 발생위험지역을 분석하고, 토사재해 위험범위를 FLO-2D모형을 이용하여 정량적으로 분석하였으며, 토사재해 영향을 받는 건물단위까지 평가가 가능한 정밀위험도 평가방안을 제시하였다.

지반의 열확산 특성은 지반을 구성하는 토립자와 공극을 이루고 있는 기체, 액체의 성질이 함께 반영되어 결정된다. 본 연구에서는 지표면에 일정한 열원이 가해지는 경우 지반의 구성 성분에 따라 해당 지반에 나타나는 열확산 현상의 차이가 발생하고 이로 인해 지표면의 온도 변화에도 차이가 나타나는 점을 이용하여 지반의 구성성분 및 지층구조를 파악하는 방법에 대해 제안하고 있다. 암반위에 쌓인 건조 모래 지층의 두께에 따라 달라지는 지표면의 온도 변화를 적외선 화상과 온도계를 통해 측정하였고, 이를 수치해석 방법으로 검증하였다. 연구 결과 건조 모래층의 경우 깊이 10cm까지는 일정 열원에 의한 지표의 온도변화를 통해 지층의 깊이를 추정하는 것이 가능한 것으로 나타났다.

최근 설계빈도 이상의 집중호우 발생시 배수로에 퇴적된 토사 및 유송잡물은 배수로의 통수능력을 감소시켜며 배수로 월류로 인한 토양의 습윤량 증가는 산사태의 발생가능성을 향상시킨다. 2011년 우면산과 2014년 부산의 산사태 발생은 토사 및 유송잡물등에 의한 주거지역 및 주요시설물 지역등에 직접적인 피해를 발생시켰으며 비슷한 토사재해의 사례가 반복적으로 발생하고 있다. 그러나, 현재 배수로 설계기준에서는 토사 및 유송잡물 퇴적으로 인한 배수로 통수단면적 감소의 저감기준이나 저감대책등은 전무한 실정이며 배수로 막힘방지를 위한 저감시설이나 침사지등의 시설은 계획되지 않았다. 배수로 설계시 배수로의 단면여유를 20%정도만을 고려하였을 뿐 명확한 토사퇴적에 대한 대비체계는 검토되지 않았다. 산사태 발생시 토사 및 유송잡물에 의한 피해가 급증하고 배수 및 통수불능에 의한 2차적 피해가 크므로 이에 대한 저감대책 수립이 필요하며 토사 및 유송잡물등의 퇴적을 고려한 배수로 설계가 진행되어야 한다. 본 연구에서는 배수로 막힘방지를 위한 토사 및 유송잡물의 거름시설의 설치를 통해 배수로로 유입하는 토사 및 유송잡물을 포착하고 배수로의 통수능력을 확보하여 재해예방을 통한 인명피해 및 재산피해를 저감하고자 한다.

본 연구는 도심지 지역에서 위험지역 선정 - 사회경제적 취약성 평가 - 고위험구역 정밀평가로 이어지는 토사재해 통합 취약성 평가 가이드라인을 작성하는 것을 목적으로 하며, 그 첫 단계로 국내·외 취약성 평가 관련 제도 및 법률을 분석하였다. 국내 토사재해 관련 법률은 관리 주체와 관리 대상에 따라 다양하게 구분되어 있는 것으로 나타났다. 토사재해는 국토해양부, 안전행정부, 소방방재청, 산림청 등 4개 행정부처가 관할하며 관련 법률도 14개가 있는 것으로 분석되었다. 국토의 개발과 관리 및 그에 따른 개발제한, 주택건설과 관련해서는 국토교통부가 관할하고 있으며, 재난, 재해 및 안전관리, 재해 피해저감을 위한 이주 등은 안전행정부와 소방방재청, 산림의 보호, 관리 및 사방사업은 산림청이 관할하고 있다. 2012년부터는‘국토의 계획 및 이용에 관한 법률’을 비롯하여 도시 개발을 위한 장기계획인 ‘광역 도시계획 수립지침’, ‘도시군 기본계획 수립지침’과 ‘도시군 관리계획 수립지침’에 매 5년마다 재해 취약성 분석을 수행하고, 계획 수립시 반영토록 하여, 피해를 사전에 방지하는 예방형 토지이용체계로의 변화가 있었다. 미국, 캐나다, 스위스, 아일랜드, 스웨덴 등에서도 토사재해를 저감하기 위한 토지이용의 제한 및 대책수립을 법으로 강제하고 있는 것으로 나타났다. 토사재해 통합 취약성 평가 가이드라인의 원활한 활용을 위해서는 관련 법에 취약성 분석 수행여부를 명시하고 관련 고시(또는 예규)에 토사재해 통합 취약성 평가 가이드라인을 포함하는 방안이 고려되고 있다. 그러나 토사재해 관리체계가 국토해양부, 산림청, 소방방재청 등 3개 부서로 나누어진 상황에서 전 부처에서 통합적으로 사용하기 위해서는 각 부처와의 사전 의견 조율 및 협의가 매우 중요할 것으로 판단된다.

최근 이상기후로 인한 산사태 및 토석류 발생으로 도심지 피해가 급증하고 있어 재해 발생시 이에 대한 대책이 요구되는 실정이다. 따라서 도심지 형성시 발생되는 공원, 유수지, 유보지, 나대지 및 주차장 등의 비활용 공간을 활용하여 토사재해 피해를 감소시키고 토석류 및 유송잡물을 인위적으로 집적시켜 즉시복구를 가능하게 하여 추가적인 피해를 줄일 수 있는 유도기술 개발이 필요하다. 또한 유도기술 중 토석류 충격력에 의한 직접적인 영향을 받는 유도벽에 대한 검토가 필요하며, 이에 대한 검토를 본 연구에서 실시하였다. 현재 산사태 및 토석류를 유도제어하는 시설물 및 기술은 없으며, 일본에서 용암류로 인한 피해 저감 방법으로 용암류 흐름의 진로를 바꾸는 도류제를 설치하여 시행중이나, 국내에서는 계획적으로 시행된 시설은 없는 상태이다. 그러나 산사태 및 토석류는 매해 그 규모 및 횟수가 증가되고 있는 실정이므로 산지부에 인접하여 도심지가 형성될 경우 향후 발생할 수 있는 산사태 및 토석류에 의한 피해를 줄이기 위한 유도제어기술개발이 필요하다.

집약적인 상·공업의 발달로 도시화는 기존 생활권을 벗어나 산지 인근으로까지 심화되었다. 산지 인근의 개발사업에 따른 공사 진동의 영향으로 흙입자의 결속이 느슨해지고 지지력이 약해진 산지는 최근 발생이 잦은 국지성 집중호우 등에 의해 쉽게 붕괴되어 산사태 및 토석류 등과 같은 토사재해를 야기하였다. 본 연구는 이와 같은 도심지 내 토사재해 발생 저감을 위한 토사 제어-관리기술을 선정하고, 도심지 토지이용용도별 토사 제어-관리기술별 적용성 평가 및 제어-관리기술별 토사유출제어 능력을 평가하여 도심지 토사제어기술의 적용 우선순위를 도출하였다. 본 연구를 통해 얻어진 결과물은 토사재해 뿐만 아니라 기타 호우재해도 예방할 수 있으며, 이를 통해 도심지 주거환경에 대한 재해피해를 최소화할 수 있을 것으로 판단된다.

집중호우에 의해 발생된 토석류는 매우 빠른 속도로 유역을 따라 흐르고, 하류로 가면서 유역바닥과 양 측면에 있는 토사를 연행하면서 규모와 세기가 점진적으로 커진다. 막대한 재산 및 인명 피해 등의 사회적, 경제적 피해를 발생시킬 수 있는 토석류 재해를 적극적으로 방어하기 위해 토석류 발생 예측 유역에 사방댐의 건설이 최근 급격히 증가하고 있다. 다양한 사방댐의 형태 중, 슬릿트형 사방댐은 기존의 폐쇄형 사방댐에 비해 환경훼손을 최소화하는 투과형 사방댐으로 유하되는 토석류의 속도를 줄이거나 토사를 가둠으로써 하류부에서 발생되는 피해를 최소화하는 기능을 한다. 국내외에 슬릿트형 사방댐이 많이 설치되고 있지만, 사방댐의 설치위치, 슬릿트 사이의 간격, 각도 등 배치형태가 토석류 흐름에 미치는 영향에 대한 충분한 이해가 부족한 상황이다. 본 연구에서는 GIS기반의 산사태 발생 예측 프로그램인 TRIGRS와 DAN3D를 이용하여 사방댐의 설치 위치에 의한 토석류 흐름에 대한 영향을 분석하였다. 또한, 실내 모형실험과 수치해석을 통해 슬릿트 배치형태에 따른 토석류 속도 감소율을 분석하여 슬리트형 사방댐의 최적배치를 도출하였다. 연구를 통해 도출된 결과는 현장적용을 위한 근본적인 자료로 사용될 것이다.

관거로 유입되는 토사유출은 도시 내배수시스템의 원활한 우수배제 능력을 악화시키는 대표 원인 중 하나로 지목되고 있으며, 기후변화 및 도시화로 인한 그 문제가 나날이 증가하고 있다. 기존 자연지역을 포함한 인근지대 및 개발지역의 경우 발생하는 토사유출에 대한 거동 및 처리를 예측한 실험적인 연구들은 활발히 진행되었으나, 이와 달리 관거 통수능 부족을 유발하는 퇴적과 이를 고려한 하수관거 적정 설계기법 연구는 아직 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 이러한 관거 내 토사적체에 따른 설계방안의 시발점으로써 가상의 관망을 구성하고 각 관거의 경사 조정에 따른 관내 토사 적체양상의 변화를 분석하고자 하였다. 이때, 구성한 가상의 관망의 경우 도심지 소유역이라 가정하고 경사조정에 따른 관내 토사 적체량 저감을 위한 개선된 우수관망을 구성하고자 하였다. 이때 각 가상관망의 경우 맨홀절점으로 유입되는 토사입경을 단순화하여 적용하였으며, 실제 맨홀을 통해 관거로 유입되는 토사의 직경을 최대 50mm로 가정하고 모의함으로써 유입토사의 입경별 관거내 토사 적체 양상을 비교·검토하였다. 관내 토사량 모의시 고려해야하는 관내 축적 및 쓸림의 형태는 일반적으로 강우에 따라 그 패턴이 반영되는 Power-Linear식을 반영함으로써 관거별 유속 및 유량 변화에 따른 소류 및 부유의 형태가 반영되도록 모의하였다. 다만, 실제 관망의 설계에 있어서는 이상의 분석 결과들을 고려하여 전체 관로에 대한 주요 구간별 관로 구배의 효과적인 조정 및 노선 구성이 이루어져야 할 것이며, 이를 효과적으로 설계하기 위해서는 최적화 기법의 적용이 필요할 것으로 판단된다.

최근 자연재해에 따른 도시내 피해규모가 증가하고 있는 상황에서, 기후변화 및 자연재해 등에 대응하는 회복탄력성 있는 마을(resilient community)에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 관점에서 본 연구는 회복탄력성 개념과 기존의 마을만들기와 관련된 이론과 실질적 노력을 관련문헌과 마을만들기 사례 등을 통해 살펴보았다. 이를 통해 본 연구에서는 미래의 회복탄력성 있는 마을 만들기 위해 회복탄력성 있는 커뮤니티 계획개념(Resilient Community Planning Framework 또는 RCPF)을 제안하였다. RCPF는 복잡성과 다양성 그리고 미래의 불확실성을 마을만들기계획에 고려해야 한다는 것을 보여주고 있다. 이것은 경제적, 사회적, 환경적, 물리적 요소 그리고 계획과정에서의 다양한 주체의 참여에 영향을 받는다는 것으로 나타났다. 회복탄력성있는 마을만들기를 위해서는 RCPF를 구성하고 있는 주요소에 대한 종합적인 이해와 더불어 이러한 요소들이 상호연결되어 있음을 인지하고 마을만들기를 해야 한다는 것을 보여주고 있다.

본 연구에서는 도심지 토사재해로부터 안전한 삶과 방재환경 확보 차원에서 토사재해 발생시 인명피해를 최소화하고 도시기능을 신속하게 복구할 수 있는 통합관리시스템 및 개발될 방어기술의 성능검증 및 적용성 평가를 위한 실증단지 구축 방안에 대하여 검토하였다. 추가적으로 여러 가지 토사재해 방어기술 중 산지에서 인근 도심지의 주요건물로 유입되는 토석류를 막기 위해 토석류의 강도와 피해에 적합하게 대응할 수 있는 가변형 토석류차단벽을 설계하였다. 최근 기후변화와 관련하여 집중호우로 인한 산사태 발생 빈도가 증가하고 있으며, 도심지에서의 토사재해는 막대한 재산피해 및 사망, 실종, 부상 등 인명피해가 속출하고 있다. 피해를 방지하기 위하여 여러 방어시설물과 관련 시스템이 개발되고 있으나 연구 성과물에 대한 검증 및 관리가 부실하여 실용화가 매우 저조한 실정이다. 이로 인해 연구 결과에 대한 객관적인 성능검증과 적용성 평가의 필요성이 부각되고 있다. 본 연구는 요소기술의 적용성을 평가하기 위한 실증단지를 구축함으로 개발된 기술들의 연계-통합에 의한 통합관리시스템 개발과 실용화에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

최근 이상기상현상과 기후변화로 인하여 도시유역의 내수 침수 피해가 날로 증가하고 있는 실정이며, 이로 인한 대책의 일환으로 내·외수를 고려한 홍수 예보 시스템 구축이 고려되고 있다. 본 연구에서는 도시유역의 관측자료 기반 강우의 초단기(1~2hr) 예측을 위하여 위성영상자료와 레이더 자료를 사용하였으며, 시뮬레이션 기반 강우의 단기(1~2day) 예측을 위하여 기후역학모형을 사용하였다. 향후 도시유역의 최적 강우예측 시스템구축을 통한 내·외수를 고려한 실시간 홍수 예·경보시스템의 강우예측 입력으로 활용될 예정이다. 현재, 초단기 강우예측을 위한 레이더 자료 전처리 및 CAPPI(Constant Altitude Plan Position Indicator) 산정프로그램을 개발하였으며, 천리안 위성(Communication, Ocean and Meteorological Satellite, COMS)과 TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission) 위성을 이용한 극치 강우 추정 알고리즘을 개발하였다. 또한 레이더 자료와 위성영상자료를 이용하여 집중호우와 태풍 사상을 대상으로 강우의 최적 이동양상 분석(Quantitative Precipitation Forecasting, QPF)을 실시하였다. 레이더와 천리안 위성, TRMM자료의 초단기 강우예측 정확성 검증을 위하여 지상기상자동관측시스템(Automatic Weather System, AWS)의 분단위 강우측정 결과를 비교·분석 하였으며, 그 적용가능성을 검증하였다. 다음으로 강우의 단기예측을 위하여 GRIMs(Global Regional Integrated Model System)와 WRF(Weather Research and Forecasting) 연계 모형을 사용하였으며, 한반도(Big Domain)와 서울(Small Domain) 지역을 포함하는 시뮬레이션 영역을 대상으로 집중호우의 모의 성능 평가를 실시하였고 기후역학 모형의 단기 강우예측 능력을 검증하였다. 도시유역 초단기 및 단기 강우예측 분석 결과 관측자료와의 오차가 발생하나, 추후 여러 통계적 후처리 과정을 통하여 그 성능이 개선될 것으로 보인다. 이러한 오차 발생의 원인은 여러 가지 외부적인 요인이 있는 것으로 판단되며, 보다 정확한 극치강우량 예측을 위해서는 지속적인 알고리즘 개선 및 모형의 검·보정이 필요할 것으로 사료된다.

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.

본 연구에서는 내외수의 영향을 받는 지역의 폐합형 배수관망에 시간에 따른 유량과 수위의 변화를 계산할 수 있는 부정류 모델을 개발하는 것이다. 본 계산모형은 절점, 수로 및 계산점으로 구성된다. 1차원 Saint-Venant의 연속방정식과 운동량 방정식을 Preissmann의 4점 음해법으로 선형 연립방정식을 구성하고 절점과 수로를 Looped Network 알고리즘을 통해, 최상류단과 절점의 유입 유량을 고려하여 시간과 공간에 따른 유량과 수위의 변화를 모의하였다. 폐합형 배수관망에서 조도계수는 변화량에 중요한 물리적 요소 중 하나로 분석되었으며 본 모형은 고정된 상수값을 적용하였다. 모의된 각 계산점의 수위와 유량에 대해 기존 선진국 모형인 PC-SWMM Model과 RMS 오차를 비교하여 신뢰할만한 결과를 얻을 수 있었다. 본 모형은 추후 홍수 예경보 및 침수 범람 모의를 위한 기본모형에 반영할 경우 홍수추적과 같은 부정류해석을 위한 실무에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대한다.

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.

이상기후와 집중호우로 인한 도심지 내의 홍수피해 위험성이 점차 증가하고 있는 상황에서 우수처리시설의 성능향상을 통한 치수안전도를 향상시키려는 다양한 노력이 시도되고 있다. 도심지에 우수를 처리하는 배수통문, 통관 및 빗물펌프장에 대한 치수능력 증대사업이 진행되고 있지만, 도심지역의 특성상 추가시설을 위한 부지확보 방안에 어려움을 겪고 있는 상황이다. 빗물펌프장의 경우에는 토출량의 증대를 위하여 빗물펌프의 용량을 증대하고나 추가 펌프 설치를 고려하여 시설물 증대사업을 추진하고 있다. 펌프수의 증가를 통한 토출량 증대방안은 추가적인 부지확보가 필요하므로, 기존 펌프토출량 증대를 통한 치수안전도 향상을 설계단계에서 많이 고려하고 있다. 펌프용량 증설 설계단계에서는 흡수정 내에서 발생하는 흐름특성을 분석하고 vortex 발생을 억제하여 기계설비에 미치는 영향을 최소화하고, 흡입효율이 저하되지 않도록 하여야 한다. 기존 연구를 살펴보면, 흡수정 조건에 따라 vortex 발생여부를 판단하고 vortex를 저감할 수 있는 방안을 적용하는 연구가 수행되었다. 이와 같은 vortex 형성 여부는 정상상태의 흐름조건에서 vortex의 발생여부를 판단하는 것으로서, 홍수시 변화하는 내외수 조건에 의한 흐름특성을 구현하기에는 부족한 점이 있다. 이에 본 연구에서는 흡수정으로 유입되는 유입량과 토출량 변화에 따른 흡수정 내의 흐름특성 변화를 모의하고 기존 정상 상태 연구와의 차이점을 비교하였다.

기후변화로 인한 극한 강우사상의 빈번한 발생과, 도시화로 인한 토지이용의 변화로 도시유역의 침수피해가 많이 발생하고 있다. 도시에서의 홍수배제는 우수관거에 의존하고 있으며, 대부분 집중호우의 발생이후 하수도 시스템의 용량부족으로 침수가 발생하고 있다. 이러한 도시유역의 침수방지를 위한 내수배제시설에는 배수문, 배수펌프, 유수지, 우수관거 등이 있다. 도시유역에서의 침수피해는 지역 물 순환을 고려한 내수배제를 위해 내수 및 외수를 함께 고려하여야 하고, 유역의 재산상 피해와 밀접한 관계가 있어, 원활한 홍수량 배제 및 침수피해의 감소를 위해 각각 시설별 정확한 평가가 필요하다. 본 연구에서는 상습침수가 발생하는 도시유역으로 서울시의 도림천 유역을 선정하였다. 도림천 유역은 최근 폭우발생시 침수 피해가 빈번히 발생한곳이다. 도림천 유역은 관악산에서 발원하여 관악구, 구로구, 동작구등 도심지를 관통하며 하천의 일부가 복개되어 도로로 사용되고 있다. 도림천 유역은 총 17개의 배수분구로 구분되어 있으며, 침수피해는 복개되지 않은 부분에서의 하천의 범람, 하수관거 및 펌프장의 내수배제 불량 등의 원인에 의해 발생하고 있다. 본 연구에서 연구대상지역으로 선정한 곳은 신림3, 4 배수분구이며, 이러한 도림천 유역에 대하여 내수배제시설의 효율을 알아보기 위해 적용 가능한 내수배제시설을 선정하고, 시설별 내수 침수 저감율을 산정하였다. 불투수율이 높은 도시유역 유출특성을 고려한 홍수의 정확한 예측을 위해 도시유출모형인 SWMM 모형을 이용하여 관거에서 우수의 흐름을 모의하였고, 이 결과 발생한 월류량을 홍수범람해석 모형인 FLUMEN의 입력자료로 사용하여 범람해석을 실시하였다.

최근 도시화에 따른 불투수층의 증가는 배수유역의 도달 시간의 감소 및 첨두유출량의 증가와 기상이변으로 인한 국지성 집중호우로 도심지에서의 내수 침수피해를 발생시키고 있다. 특히, 내수 침수피해는 유출량이 집중되는 저지대 지역과 하수관거불량 지역에서 빈번하게 발생하고 있으며, 이는 도로변에 설치되는 빗물받이 유입구의 차집량 부족 및 막힘에 따른 도로 노면수 정체가 침수피해를 가중시키는 요인이 되고 있다. 이에 본 연구에서는 빗물받이 유입부의 적정 설계방안의 기초자료를 제시하기 위하여, 도로조건 및 설계빈도 변화에 따른 차집량을 위한 실험을 실시하였다. 도로 종경사는 도심지 내 간선도로 및 고속도로의 최대 종경사를 반영하여 2~10%의 조건을 선정하였고, 측구 횡경사는 도로 횡경사 및 L형측구의 측구 경사를 반영하여 2~10%의 조건을 선정하였다. 도로 차선 조건은 중앙차선과 보도를 경계로 편도 2, 3, 4 차선을 선정하였으며, 실험유량은 설계빈도 상향을 고려하여 5년, 10년, 20년 및 30년의 설계 빈도의 우수유출량 8.4ℓ/s~21.5ℓ/s의 유량으로 결정하였다. 빗물받이 유입구의 크기는 실제 도로에 설치되는 40×100cm의 유입구를 사용하였으며, Froude 상사법칙을 이용하여 수리실험 모형을 1/2축소 제작하여 실험을 실시하였다. 수리실험 결과, 쇠살대 빗물받이 유입구(40×100cm)의 차집율은 측구 횡경사의 증가에 따라 증가하는 경향을 보였다. 이는 측구 횡경사의 증가로 도로 노면수가 측구로 집중되어 유입구의 전면부를 통한 차집량이 증가하고, 전면부를 통과한 유량은 유입구 측면부를 통해 횡유입되어 차집량이 증가한 결과로 분석되었다. 산정된 실험조건별 차집량은 회귀분석을 통하여 산정식을 제시하였으며, 이는 설계빈도 상향에 따른 국내 빗물받이 유입부의 설계 기준 제시에 기초자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

최근 기후변화에 따른 집중호우로 도시홍수의 피해가 급격히 증가하고 있다. 이러한 도시홍수를 효과적으로 방어하기 위해서는 내배수시설의 성능 개선이 선행되어야 한다. 이러한 내배수 시설의 성능 개선을 위해서 현재 기 설치되어 있는 빗물펌프장의 설계 및 운영에 대한 성능평가가 필요하다. 성능평가가 이루어져야 유입부 및 흡입부의 설계를 개선하거나 펌프의 용량을 증대하는 대안을 제시할 수 있을 것이다. 하지만 현재 설계기준에는 빗물펌프장의 설계 및 운영에 대한 성능 평가 방법이 부재한 실정이다. 따라서 빗물펌프장 내 흐름특성을 분석하여 설계 및 운영에 대한 성능 평가방법을 제시할 필요가 있다. 배수능력 평가 기준을 마련하기 위한 빗물펌프장 내 흐름특성 분석은 수리모형실험을 통하여 분석하는 것이 가장 이상적이나 현실적인 문제로 인하여 수치모의를 통해 분석하는 것이 적당할 것으로 판단된다. 수치모의를 사용하기 위해서는 수치모의의 검증이 필히 선행되어야 하므로 본 연구에서는 국내 빗물펌프장 흡입부의 설게기준과 기설치된 빗물펌프장의 형상을 고려하여 수치모의의 검증에 필요한 수리실험을 수행하였다. PIV(Particle Image Velocimety)를 이용하여 빗물펌프장 흡입부 주변의 유속장에 대한 자료를 확보하였다. 확보한 유속장 자료와 ANSYS CFX 모의 결과와 비교하여 3차원 수치모형의 검증을 수행하였다.