소방방재청에서는 2011년 5월부터 5개년 계획에 걸쳐 “중소하천 홍수예·경보 체계 구축” 연구사업의 진행을 통해 위에서 언급한 중소하천에서의 홍수예경보와 관련된 연구 및 예경보 시스템 구축을 진행하고 있으며, 이에 일환으로 본 연구에서는 서울시 동대문구 내 위치한 정릉천 유역을 대상으로 도시유역 중소하천 홍수예경보 발령 기준을 제시하였다. 이때 예경보 발령기준을 선정하기 위한 수위상승에 따른 복잡한 발령기준 산정 방안의 경우 Song. et al., (2014)이 제시한 “상·하류 관측수위 기반 도시 중소하천 홍수예경보 기준 강우량 산정기법”의 시나리오를 적용하여 분석을 실시하였다. 연구진행시 강우-유출 관계의 경우 HEC-HMS 모형을 적용하였으며, 유량-수위의 관계를 통한 분석은 HEC-RAS를 바탕으로 정릉천 유역을 구축함으로써 배수위 조건에 따른 경보발령 기준강우량을 산정하였다. 산정된 결과는 최종적으로 정릉천 내 실시간 수위 관측기록과 비교함으로써 도시유역 중소하천 홍수예경보 발령기준의 타당성을 고려하였다. 본 연구에서 제안한 도시 중소하천 홍수예경보 발령기준은 다양한 배수위 조건별 시나리오 기반에 의해 산정된 지속기간별 강우량을 통해 적정 예경보 발령 및 관련 대책 수립에 도움이 될 것으로 기대된다. 즉, 실시간으로 변하는 본류수위의 영향을 다양한 배수위 조건별로 고려함으로써 주요 지점에서의 예경보를 발령할 수 있는 방법론을 제시하였으며, 이는 실제 방재관련 담당자의 의사결정에 도움이 될 수 있을 것으로 판단된다.

도시화에 따른 불투수면적의 증가는 지표유출의 증가 및 도달시간의 감소를 야기함으로써 기후변화와 맞물려 도심지 내에서의 홍수피해를 가중시키고 있다. 실제 이러한 홍수피해의 대부분은 우수관거를 통한 내수침수 현상으로 이어지고 있으며, 실제 도심지에서 발생하고 있는 자연재해의 대부분을 차지하고 있다. 이러한 피해를 저감시키기 위해서는 침수에 의한 피해지역 정보를 사전에 분석하고 주요 문제점을 고려한 우수관거시스템의 설계분석이 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 도시유출 해석모형인 SWMM(Storm Water Management Model)을 바탕으로 서울시 내 송파구 일부 유역을 적용하여 실제 우수관거시스템의 설계안에 따른 적정 통수능 분석을 실시하였다. 적용된 유역의 면적은 약 16.97ha, 32개 소유역으로 각 설계안 도출에 따른 적정 통수능의 비교를 위해 20년 빈도의 150분 임계지속시간의 설계강우를 대표 적용함으로써 비교･분석을 실시하였다. 본 연구에서는 합리적인 유로를 선정하기 위한 주요 착안점으로 관망의 설계시 지표의 경사가 역 경사를 갖지 않도록 하였으며, 관거의 연결방향을 고려함으로써 해당 유역면적이 적절히 분배되도록 설계하였다. 또한 관의 최소 동결깊이를 유지하며, 허용유속을 고려한 시스템의 적정 통수능을 만족시키도록 설계하였다. 최종적으로 적정 규모의 유수지 및 빗물펌프장 배치를 통해 단위유역의 우수관거시스템 설계에 있어 상대적인 침수위험성을 저감시키는 방안에 대해 분석하였다. 다만, 본 연구에서 고려한 방법들 이외에도 침수유발에 기인하는 주요 문제점들에 대한 면밀한 검토가 필요하나 해당 연구결과에 따른 다양한 대안을 통해 기초 대책수립에 도움이 될 것으로 기대된다.

본 연구에서는 도시유역 내 위치한 빗물펌프장들을 포함하는 중소하천에 대하여 수리･수문 분석을 통하여 강우량-유출량-수위변동 관계를 도표화함으로써 단기간 내 예측된 강우량이 미리 설정된 기준 강우량에 해당 할 시 펌프를 조기가동하여 유수지의 여유용량 확보 및 상류 도시유역에서의 내수침수 위험성을 저감시키고자 한다. 따라서 본 연구에서는 빗물펌프장에서의 펌프 조기가동 운영을 위한 기준강우량 산정과 관련된 일련의 분석 체계를 수립하였으며, 이를 바탕으로 상·하류의 관측수위 기반 수위변동 예측 기술 및 본류수위에서의 영향 분석에 따른 적정 조기가동기준을 제시하였다. 상·하류 관측수위 기반의 빗물펌프장 조기가동에 관한 연구는 타당성 검토 및 기반 기술의 초기 개발 단계에 해당하며 현재 하나의 빗물펌프장 중심으로 펌프 조기가동 운영 기법을 제안한 상태이다. 향후 상·하류 관측수위 기반 수위변동 예측 및 상하류 빗물펌프장 운영에 따른 본류수위 영향 분석 기술의 연계분석 과정을 통해 정확성을 향상시킬 필요가 있다고 판단되며, 향후 이에 따른 수위 변동 영향을 고려한다면 기존의 펌프장 가동을 더욱 효과적으로 운영함으로써 도시유역에서의 치수안전성을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.

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 기상이변으로 빈번히 발생하는 국지성 집중호우는 하나의 기상현상으로 자리를 잡아가면서 많은 피해를 야기하고 있다. 특히, 도시지역을 포함하는 중·소하천에서의 피해가 늘어나고 있는 상황에서 도시유역의 특성을 고려한 중·소하천 홍수예경보 모형의 구축이 필요하다고 판단된다. 따라서 본 연구에서는 도시유역에서의 중·소하천을 대상으로 자체 대상유역을 구분하는 기준을 마련하였으며, 이를 바탕으로 강우-유출 및 유량-수위 관계를 바탕으로 실제 배수위 영향을 고려한 도시유역 중·소하천 홍수예경보 모형을 개발하였다. 먼저 대상유역으로는 한강 및 낙동강 유역을 선정하였으며, 자체 구분기준에 따른 전체 55개 도심지 대상유역을 선정하였으며, 이들 중 한강수계 정릉천유역을 대표적으로 적용하여 홍수예경보 발령 기준을 선정하였다. 본 연구에서 개발된 도시유역 중·소하천 홍수예경보 모형은 강우량에 따른 의사결정지원 체계를 제안함으로써 방재관련 대책 수립 및 정비사업 계획 수립 등에 도움이 될 것으로 기대된다.

하천범람에 의한 홍수피해를 저감하기 위하여 중소하천에 적용하기 위한 홍수예경보 모형이 개발되고 있으나, 유역의 특성을 고려하지 않고 일관된 기준을 적용하여 홍수예경보 모형이 구축되고 있다. 본 연구에서는 강우-유출 관계와 유량-수위 관계에서 특수한 상황인 유역을 대상으로 홍수예경보 모형을 개발하였다. 강우-유출관계 특수성은 도시유역 등 인위적인 우수유출이 있는 경우를 나타내며, 유량-수위 관계 특수성은 배수위에 의한 영향을 받는 경우를 나타낸다. 낙동강 유역에서 홍수위험지수를 고려하여 10개소의 특수상황 소유역을 선정하였으며, 그 중 4개 유역에 개발된 모형을 적용하여 경보강수량을 산정하였다. 본 연구에서 개발된 특수상황을 고려한 홍수예경보 모형은 중소하천 홍수예경보 모형의 정확도를 향상시키고, 홍수피해를 저감하는데 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.

본 논문에서는 가중치 산정방법의 하나인 엔트로피(Entropy)기법을 통해 평가항목별 가중치를 산정하고 다기준 의사결정 방법의 하나인 프로메티(Preference Ranking Organization METHod for Enrichment Evaluations, PROMETHEE)를 적용하여 도시유역의 위험도 평가기법을 제안하였다. 도시유역내 소유역의 위험도와 관련된 항목들로는 자연적 요인과 사회적 요인에 따른 항목으로 구분하였다. 엔트로피 기법과 프로메티를 이용한 도시유역 위험도 평가기법은 그 적용성을 검증하고자 서울시 대표적 저지대 지역인 성내배수분구에 적용하였으며, 전체 26개 소유역에 대한 각각의 가중치와 위험도가 산정되었다. 또한 26개의 소유역은 위험도 평가구분에 따라 고·중·저 위험유역으로 분류되었으며, 이중 높은 위험도에 해당하는 소유역이 과거 집중호우에 따른 침수이력이 있는 것으로 확인되었다.

본 논문에서는 최적화 기법의 하나인 유전자 알고리즘(Genetic Algorithm)을 도시유출해석모형인 SWMM(Storm Water Management Model) 5.0 DLL과 연계하여 최근에 활발히 진행 중인 도심지하저류지 조성사업과 관련한 최적의 위치와 규모를 선정하였다. 이에 따라 도시유역에서 지하저류지 사업의 진행시 중요하게 고려해야 할 설치 위치와 규모의 선정을 위해 가상유역에 적용하였으며, 각 위치와 규모의 결정에 따른 최적의 조합을 제안하였다. 또한 가장 큰 피해를 불러일으키는 집중호우의 경우를 고려하여 50년, 80년 및 100년 빈도의, 60분, 120분 및 180분의 지속기간을 갖는 다양한 초과강우사상을 적용하여 지하저류지의 위치에 규모의 최적 조합에 따른 월류량의 감소를 비교·확인하였다(표 1참조). 분석결과 적용된 가상 유역 내에서 월류량을 최소화하는 저류지의 최적위치와 규모를 선정해 본 결과, 1개의 저류지를 설치 할 경우 A8번 지점에 저류지를 설치하였을 때 월류량 감소효과가 가장 크게 나타났다. 또한 2개, 3개를 설치하였을 때 각각 A5, A8번과 A5, A7, A8번이 선정되었다. 선정된 위치를 보았을 때 공통적으로 A8번이 포함되어 있는 것으로 보아 주요 관리대상 지점임을 파악할 수 있다. 본 논문에서 제안한 최적화 알고리즘을 이용한 도심지하저류지의 최적위치와 규모 선정은 투수면적의 감소, 도달시간의 단축 등으로 인한 도시화 지역의 피해 감소 및 추후 정비 사업 계획 추진에 있어 위치와 규모의 결정으로써 활용될 수 있을 것이다.