This study was conducted to identify the distribution characteristics of the impervious area in urban watersheds and to reduce the deviation of the impervious area ratio that occurs depending on the degree of construction of land surface condition data. The average impervious area ratio by land use that can be applied to the calculation of the urban impervious area ratio was derived by statistically analyzing the distribution characteristics of the impervious area ratio by land use according to the urban watershed conditions. In urban watersheds, the change in impervious area ratio over the past 20 years has continuously increased in watersheds with an impervious area ratio of less than 60%, and decreased in watersheds with a high impervious area ratio of 60% or more. The average impervious area ratio by land use applicable to the land use technique is “Residential area” 84.0%, “Residential and commercial mix” 93.6%, “Commercial and business facilities” 89.8%, “Industrial land” 84.8%, “Public land” 47.3%, “Transportation facility” 93.3%, “Urban revitalization facility” 61.1%, “Bare land” 17.6%, “Special area” 11.4%, “Forest and open space” 3.5%, “Rivers and lakes” 9.2%. As a result of examining the adequacy of the average impervious area ratio by land use, the difference between the calculated value of the impervious area ratio using land use techniques and the actual impervious area ratio of the biotope map ranged from -3.0%p to 2.6%p at the significance level of 95%. In addition, when the watershed condition is applied, the difference ranged from -2.3%p to 1.7%p. By applying the average impervious area ratio by land use derived in this study, it was found that the impervious area ratio of the target urban watershed could be calculated within a deviation of ±3%p.

In this study, dual drainage system based runoff model was established for W-drainage area in G-si, and considering the various rainfall characteristics determined using Huff and Mononobe methods, the degree of flooding in the target area was analyzed and the risk was compared and analyzed through the risk matrix method. As a result, the Monobe method compared to the Huff method was analyzed to be suitable analysis for flooding of recent heavy rain, and the validity of the dynamic risk assessment considering the weight of the occurrence probability as the return period was verified through the risk matrix-based analysis. However, since the definition and estimating criteria of the flood risk matrix proposed in this study are based on the return period for extreme rainfall and the depth of flooding according to the results of applying the dual drainage model, there is a limitation in that it is difficult to consider the main factors which are direct impact on inland flooding such as city maintenance and life protection functions. In the future, if various factors affecting inland flood damage are reflected in addition to the amount of flood damage, the flood risk matrix concept proposed in this study can be used as basic information for preparation and prevention of inland flooding, as well as it is judged that it can be considered as a major evaluation item in the selection of the priority management area for sewage maintenance for countermeasures against inland flooding.

In this study, dual drainage system based runoff model was established for W-drainage area in G-si, and considering the various rainfall characteristics determined using Huff and Mononobe methods, the degree of flooding in the target area was analyzed and the risk was compared and analyzed through the risk matrix method. As a result, the Monobe method compared to the Huff method was analyzed to be suitable analysis for flooding of recent heavy rain, and the validity of the dynamic risk assessment considering the weight of the occurrence probability as the return period was verified through the risk matrix-based analysis. However, since the definition and estimating criteria of the flood risk matrix proposed in this study are based on the return period for extreme rainfall and the depth of flooding according to the results of applying the dual drainage model, there is a limitation in that it is difficult to consider the main factors which are direct impact on inland flooding such as city maintenance and life protection functions. In the future, if various factors affecting inland flood damage are reflected in addition to the amount of flood damage, the flood risk matrix concept proposed in this study can be used as basic information for preparation and prevention of inland flooding, as well as it is judged that it can be considered as a major evaluation item in the selection of the priority management area for sewage maintenance for countermeasures against inland flooding.

The changes of rainfall pattern and impervious covers have increased disaster risks in urbanized areas. Impervious covers such as roads and building roofs have been dramatically increased. So, it is falling the ability safety of flood defense equipments to exist. Runoff coefficient means ratio of runoff by whole rainfall which is able to directly contribute at surface runoff during rainfall event. The application of accurate runoff coefficients is very important in sewer pipelines design.This study has been performed to estimate runoff characteristics change which are applicable to the process of sewer pipelines design or various public facilities design. It has used the SHER model, a long-term runoff model, to analyze the impact of a rising impervious covers on runoff coefficient change. It thus analyzed the long-term runoff to analyze rainfall basins extraction. Consequently, it was found that impervious surfaces could be a important factor for urban flood control. We could suggest the application of accurate runoff coefficients in accordance to the land Impervious covers. The average increase rates of runoff coefficients increased 0.011 for 1% increase of impervious covers. By having the application of the results, we could improve plans for facilities design.

본 연구에서는 대전 관평천의 도시유역에서 2017~2018년에 발생한 강우 20건의 유출수를 연속적으로 채취하여 As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb 및 Zn 의 중금속 및 총고형물질(TSS) 농도와 유량을 분석하고, 강우특성과 수질 변화의 강우사상별 및 시간별 상관관계를 조사하였다. 일정 강우강도에서 오염물질의 최대농도는 강우 초기에 발생하는 경향을 나타냈으나, 강우량 및 강우강도가 작은 경우에는 일정 시간 경과 후 발생하는 것이 관찰 되었다. 강우지속시간은 중금속 농도 및 부하량과 큰 상관성을 보이지 않았다. Cu와 Zn을 제외한 중금속 질량은 강우강도(0.60~0.88) 및 총강우 유출량(0.74~0.89)과 상대적으로 높은 상관관계를 나타냈다. 강우 시 유량가중평균농도와 선행무강우일수 또한 양의 상관성(0.54~0.73)을 보 이는 반면, 30분 강우강도로 표현된 시간별 유출량과 TSS 및 중금속 농도는 전혀 상관성을 나타내지 않았다. 무강우 기간 동안 지표면에 축적된 오 염물질이 최소한의 강우 에너지에도 세척효과가 발생하여 강우특성과는 무관하기 때문인 것으로 추정된다. 중금속과 TSS 농도의 시간에 따른 변화특성은 상관계수가 0.68~0.87로 양호한 수준을 나타냈다. 이는 고형물질의 이동과 중금속 물질의 이동이 함께 발생한다는 것을 시사하며 동시에 중금속이 고형물질에 흡착되어 이동한다는 것을 의미한다. 따라서 비강우 시에 유역 표면의 고형물질을 청소 등으로 사전에 제거할 경우 하천으로 유입되는 중금속오염물질의 양을 현격하게 저감할 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구에서는 미계측 도시유역의 수공구조물 설계기준의 불확실성을 검토하기 위해 과거관측자료(S0)를 기준으로 상세화 기법(downscaling) 및 편의보정(bias correlation)을 통해 생산된 RCP 4.5 기후시나리오 HadGEM3-RA (RCM)모델을 이용하여 S1 (2017~2046년), S2 (2047~2076년), S3 (2077~2100년) 기간의 확률강우량의 변화를 평가하고, 도시유출모형을 이용하여 최대첨두홍수량을 산정하고 기후변화 기간별 영향을 분석하였다. 이때 확률분포형은 Gumbel, 매개변수 추정은 최우도법(ML)을 사용하였다. 평가 결과 대부분의 도시배수시설물 설계빈도인 10년 빈도의 경우 3사분위값을 기준으로 50년 미래를 가정할 경우에는 약 10%, 70년 이상의 미래를 가정할 경우에는 약 20%의 확률 홍수량 증가가 예상되었다. 이러한 결과는 현재를 기준으로 설정된 설계홍수량으로 설치된 도시배수시설물이 미래에는 설계기준에 미달하는 시설물이 될 수 있다는 것을 의미하며, 기후변화에 대응 위해서 설계기준에 시설물의 내구연한을 고려한 미래 기후상태를 반영해야할 것으로 판단된다.

본 연구의 목적은 안성천 상류 공도유역(366.5km²)을 대상으로 SWAT 모형을 이용하여 미래 기후변화 평가에 있어, 미래의 토지이용변화를 동시에 고려하면 수문학적 거동에 얼마나 영향을 주는지를 분석하고자 하였다. 미래기후변화 시나리오는 HadGEM3-RA의 RCP 4.5와 8.5 시나리오를 이용하여 2030s (2020-2039)과 2050s (2040-2059) 기간으로 나누어 적용하였으며, 토지이용변화는 도시성장 시나리오에 따른 회귀모형 기반의 CLUE-s 모델을 이용하였다. 기준년(1976-2005) 대비 미래 강수량은 RCP 4.5에서 2030s에 최대 5.7%의 감소, 2050s에는 최대 18.5% 증가하였고, 미래 기온은 2030s RCP 4.5에서 최대 1.8°C, 2050s RCP 8.5에서 최대 2.6°C 증가하였다. 미래 토지이용은 2050년 도시지역이 58.6% (29.0 km²에서 46.0 km²) 증가하는 것으로 예측되었다. SWAT 수문 검보정은 14년(2002-2015) 동안의 공도관측소 일유량 자료를 이용하였으며, 저유량 모델효율의 향상을 위하여 2014-2015년 연속 가뭄년을 대상으로 보정을 실시한 결과, 하천유량(Q)과 1/Q을 대상으로Nash-Sutcliffe 모델효율은 각각 0.86과 0.76이었다. 미래 기후변화 시나리오만을 적용한 결과, 하천유출량이 2030s RCP 4.5에서 최대 24.2% 감소하다가 2050s RCP 4.5에서 최대 10.9% 증가하는 변화를 보여주었다. 한편, 기후변화와 더불어 미래의 토지이용변화를 함께 고려한 경우는 하천유출량이 2030s RCP 4.5에서 최대 14.9% 감소, 2050s RCP 4.5에서 최대 19.5% 증가하는 변화를 보여주어, 미래 기후변화에 따른 유역의 수문평가 시, 도시성장이 기대되는 유역 등 미래의 토지이용변화가 클 가능성이 있는 유역에 대해서는 토지이용변화 요소를 고려할 필요가 있다고 생각된다.

최근 집중호우로 서울 강남구(’12), 부산(’13), 울산(’16), 인천, 부산(’17) 등 대도시 지역의 침수 피해가 증가하고 있다. 도시침수는 하천유역의 홍수 피해와는 달리 매우 짧은 시간에 피해가 발생하며, 시설물의 파괴보다는 주택, 차량, 상가 침수로 인한 재산 피해가 높은 비율을 차지하고 있다. 현재 우리나라의 호우에 대한 예 ․ 경보는 기상청에서 발표하는 호우 주의보 및 경보에 의존하고 있지만, 기상청의 호우 주의보 및 경보는 전국공통 지표를 사용함으로써 지역적 특성을 반영하지 못하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 서울과 울산지역을 대상으로 지역별로 피해이력 기반의 한계강우량을 추정하였으며, 피해이력이 없어 한계강우량 추정이 불가능한 지역에 대해서는 유역특성이 반영된 Neuro-Fuzzy 모형을 통해 한계강우량을 예측하였다. 추정된 한계강우량을 통해 도시침수 위험기준을 설정하고 실제 침수사상에 적용한 결과 추정된 한계강우량은 실제 한계강우량과 1.8~20.4%의 오차를 보이고 있으며, 최소 28분에서 최대 70분의 대피시간을 확보 할 수 있는 것으로 나타났다. 따라서 도시침수 예 ․ 경보를 위한 위험기준으로 활용가능 할 것으로 판단된다.

본 연구에서는 도시하천 유역의 신뢰성 높은 수문해석을 위해 지역적 성향을 고려한 도달시간 및 저류상수 공식을 개발하였다. 이를 위해 국내 대표 도시하천 유역인 중랑천, 탄천, 안양천, 홍제천 내 13개 유역을 대상으로 지역적 성향이 없는 유역특성인자와 지역적 성향이 있는 도시 및 강우특성인자를 분석하였으며, 단계적 다중회귀분석을 통하여 공식을 개발하였다. 개발된 공식은 국내외 경험식들과 함께 도시하천 유역에 대해 정확도를 비교 평가하였다. 분석결과 본 연구에서 개발한 공식의 계산값이 다른 경험식들에 비해 더욱 정확하게 모의하였으며 오차합, 평균오차, 평균제곱근오차 또한 가장 낮은 것으로 나타났다. 본 연구는 도시하천 유역이라는 지역적 성향을 고려하여 공식을 개발함으로써 기존 국내외 경험식들보다 더 나은 결과를 제시하였다는 측면에서 가치가 있다고 판단된다.

최근 들어 온난화 현상 및 기후변화 등으로 전세계적으로 가뭄, 홍수, 한파 등 기상이변 현상이 빈번히 발생하고 있으며, 이러한 기상이변 현상은 과거의 기상현상과는 달리 국지성호우 발생과 강우량의 증가 등으로도 나타나고 있다. 계획 홍수량을 초과하는 극치강우가 빈번하게 발생하면서 기존 홍수 방어, 치수 안전 시설물 등 기존 방재 시설물들의 치수 안전도를 저하시키고 있다. 또한 급격한 개발로 인한 도시화, 산업화 등으로 토지이용이 꾸준히 확대 되었고, 이로 인해 도심지역의 도로구역, 주거구역, 상업구역, 공업구역등의 인위적인 포장으로 인해 녹지는 감소하고 불투수지역이 증가하게 되었다. 도시유역에서의 피해는 개발정도와 인구집중 등에 따라 자연유역이나 소도시유역과는 달리 엄청난 경제적 피해와 피해규모가 상대적으로 크게 나타나고 있는 실정이다. 따라서 침수 취약지구로 선정되어진 도림천 유역에 대해 재현빈도 및 토지이용 변화에 대한 수문분석 및 우수관거 통수능력 분석을 위해 XP-SWMM(Stormwater & Wastewater Management Model)모형을 이용하여 우수관거의 규모, 형상 변화에 따른 저류용량을 검토하였다.

최근 전 지구적인 온난화로 인한 이상기후에 따라 강수량이 증가하고, 특정지역에만 국한되어 집중적으로 비가 내리는 국지성 집중호우의 발생 빈도가 증가하여 이로 인한 극한 홍수나 강우로 인한 산사태 등의 재해가 반복적으로 발생하고 있다. 홍수는 재산 및 인명에 이르기까지 막대한 피해를 야기한다는 점에서 이를 대비하기 위한 방안이 필수적이다. 따라서, 국가적인 차원에서 홍수피해를 경감시키기 위한 여러 가지 구조적 또는 비구조적 대책들을 제시하고 있지만, 정확한 기상 변화의 예측이 어렵고 다양한 유발 원인들로부터 비롯된 홍수에 모두 대응할 수 있는 통합 대책 마련이 어려운 실정이다. 즉, 사전예방보다는 피해 복구에만 중점을 두고 있기 때문에 홍수 발생 유역의 지역적인 홍수피해 특성을 반영하지 못할 뿐만 아니라 어느 지역이 상대적으로 홍수피해의 위험성이 높은 지역인지도 파악하기 어렵다. 이러한 관점에서 본 연구에서는 관련문헌들로부터 도시홍수피해 및 취약성과 저감성에 영향을 미치는 대표적인 인자들을 도출하고 Arc-GIS와 도시유출모형인 XPSWMM을 활용하여, 서울시 상습침수구역인 도림천 유역에서의 피해규모와 치수부족지역 등이 고려된 잠재적 도시홍수피해의 위험성 정도를 제시함으로써 치수대책의 우선순위를 결정하고자 하였다. 또한, 본 연구의 결과를 토대로 향후 도시홍수피해의 잠재적 위험성이 높을 것으로 판단되는 유역에 대해서 활용방안을 제시하여 유역의 특성 및 중요도에 따른 치수사업의 우선순위를 결정하고 도시홍수로 인한 인명 및 재산의 피해를 최소화 하는 것에 목적이 있다.

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.

최근의 기후변화로 인한 국지성 호우의 증가로 도시유역의 내수침수피해가 증가하고 있다. 도시 내수침수에 큰 영향을 미치는 시간당 강우량이 증가하였으며, 도시화 및 산업화로 인한 불투수 지역의 증가로 인해 하천으로 유입되는 첨두유량의 증가, 도달시간의 감소 등의 수문학적 특성이 나타나게 되었다. 이로 인해 도시지역의 홍수에 대한 방어능력이 취약하게 되었으며 매년 호우로 인한 도시내수 침수 피해가 발생하고 있는 실정이다. 최근 침수피해가 발생한 광화문, 강남역, 사당역 일대 등은 불투수 지역의 비율이 80% 이상이므로 강우 발생시 빗물이 지하로 침투되지 못하며, 우수관거의 노후화로 인한 용량부족으로 인한 침수가 발생되는 것으로 판단된다. 대도시의 경우 대부분의 우수관거가 오래전에 매설되어 최근 발생하는 강우에 대한 대처능력이 떨어지므로 앞으로도 침수피해가 또다시 발생할 수 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 도시유역의 내수침수예측을 위해 현재 실무에서 가장 많이 사용되는 도시유출모형인 XP-SWMM을 이용하여 서울시 강남역, 목동 빗불펌프장 배수분구를 대상지역으로 선정하여 방재성능목표강우량을 입력강우로 적용하여 강우-유출분석을 실시하였으며, 침수피해가 발생하는 지역의 우수관거 용량 검토를 실시하였다.

최근 도시유역에서 발생하는 홍수피해는 내수의 배제불량으로 인한 침수가 상당부분을 차지하고 있다. 내수침수 발생시 인명 및 재산피해를 최소화하기 위해서는 내수침수의 예측 및 경보가 필요하다. 그러나 도시지역의 내수침수예상 구역은 자연유역과는 현저하게 다른 강우-유출 반응을 보이며, 기존의 하천에 기존에 하천을 대상으로 개발된 예경보 모형의 적용이 불가능하여, 내수침수 예경보 시스템을 위한 별도의 모형을 구축하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 도시유역에 적용할 수 있는 내수침수 경보 모형을 개발하였다. 사전 시뮬레이션을 통하여 강우-유출 모의에 소요되는 시간을 줄이고, 실시간 강우를 활용하여도 도시유역에서는 침수 예경보를 통하여 확보되는 시간이 매우 제한적이다. 따라서 본 연구에서는 예보와 경보를 구분하였다. 예측 강우자료를 활용하여 선행시간의 확보는 용이하지만, 정확도는 낮은 모형을 예보로, 실시간 강우를 사용하여 선행시간은 짧지만 정확도를 높일 수 있는 모형을 경보로 정의하였다. 내수 침수 경보모형은 사전 시뮬레이션을 통하여 해당 내배수 시스템에서의 지속기간별 최소 월류가능 강수량을 결정한 후, 실시간 관측강수량이 사전 모의한 월류 가능 강수량을 넘어설 때 경보를 발령하도록 구성하였다. 경보 대상강수는 10분∼90분까지 10분 간격으로 EPA SWMM 모형을 사용하여 모의하였으며, 강우의 시간분포는 고려하지 않았다. 개발된 모형을 부산의 거제지구, 서울 송파구 신천 빗물펌프장 유역, 서울 관악구의 신림 빗물펌프장 유역에 적용하여 지속기간별 월류발생지점 및 경보발령 강수량을 산정하였다.본 연구에서 개발된 내수침수 경보 모형은 향후 도시침수로 인한 인명 및 재산피해를 저감하는데 도움이 될 것으로 기대된다.

전 세계적으로 기후변화로 인한 이상기후에 대한 관심이 높아지고 있다. 가속화되고 있는 지구온난화가 미래기후를 어떻게 변화시키고 이러한 변화로부터 받게 될 영향에 대한 우려가 증가되고 있으며, 실제로 현재기후에서도 전 세계 곳곳에서 이상기후로 인한 피해가 확인되고 있다. 우리나라도 지구온난화에 따른 기후변화로 연평균 강수량이 1910년대 1,155.6mm에서 2000년대 1,375.4mm로 약 19% 증가했으며 A1B 기후변화 시나리오에 따르면 21세기말(2071~2100년)에는 20세기말(1971~2000년)에 비해 약 17%가 증가할 것으로 전망하고 있다. 특히, 최근 10년간(1999~2008년) 1일 100mm/day 이상 집중호우의 발생빈도는 총 385회로, 70~80년대 222회에 비해 1.7배나 증가했다. 2002년도 태풍 루사 때는 강릉에 870.5mm의 일 최대강수량을 기록하며 많은 피해를 발생시켰다. 2011년 7월초부터 8월 중순까지 지속적인 장마와 집중호우로 인해 1285.3mm의 누적강수량이 발생하였으며. 특히, 올해 7월 서울 및 수도권 지역에 발생한 100년 빈도 설계강우를 초과하는 집중호우로 인하여 비교적 수해에 안전하다고 여겨졌던 서울 중심부가 침수되어 많은 재산 및 인명피해를 발생시켰다. 기후변화는 과거에는 발생하지 않았던 기간에 강수가 발생하고 집중되거나 지속시간이 길어지는 기상이변 현상 즉, 비정상적 기후로 설명되는 극한 기상 사상을 유발하기도 한다. Nicholls 등(1996)은 현재까지 세계 여러 지역에서 지구의 평균온도가 꾸준히 상승하고 있으며 이에 따라 강수량이 점차 증가하는 경향을 보인다고 하였다. 이는 온도의 변화에 따른 증기압 즉, 수증기의 변화를 측정하는 방법인 Clausius-Clapeyron 물리식 개념으로 설명할 수 있다. 이 물리식에 따르면 온도가 상승함에 따라 증기압이 증가하고, 이는 곧 홍수를 유발할 수 있는 잠재성적 가능성이 커지게 됨을 의미한다(Sonntag 등, 2005). 기후변화는 극한강수의 발생빈도와 강도를 변화시키고 있으며(Frei et al. 1998; Cubasch et al. 2001; IPCC, 2007). 특히, Trenberth (1999)은 기후변화로 인해 극한강수의 발생빈도가 증가할 가능성이 높다고 하였다. 이처럼 기후변화는 수공 관련 시설물을 설계하는 데 있어 가장 중요한 변수인 극한강우사상을 변화시키기 때문에 배수관련 기반시설물을 계획하고 설계하는 수공기술자들에게 있어 기후변화를 고려해야 한다는 것은 이제 현실이 되고 있다. 배수시스템 설계의 주목적은 특정 설계강우량에 대한 도시지역의 설계홍수량을 통과할 수 있도록 배수시스템의 규모를 결정하는 것으로 지금까지 설계에 이용되고 있는 보편적인 방법은 기후는 변화하지 않는다는 가정 하에 과거 기후자료만으로도 미래의 상황을 충분히 반영할 수 있다고 간주하고 있다. 즉, 기후자료는 시간에 따라 평균과 분산이 변하지 않는다는 정상성을 전제로 설계되고 있다. 그러나 불행히도 기후변화로 인해 극한강수의 빈도와 규모가 변화하고 있고 이로 인해 홍수의 규모가 증가되고 있다. 따라서 기존의 정상성을 가정한 설계방법은 많은 배수시설물 파괴의 원인과 설계범위를 벗어나는 원인이라고 할 수 있다. 본 논문에서는 기후변화로 인한 도시지역에서 발생하는 홍수발생의 특성을 간략히 살펴보고 기후변화로 인한 설계빈도(치수안전도)의 저하를 확인하고자 한다. 또한, 마지막으로 기후변화를 고려한 목표연도 설계강우량의 도입 및 도시배수설계기준 강화의 필요성과 외국의 대응사례와 방법론 등을 살펴보았다.

본 연구는 유역의 침수특성치를 기준으로 하여 치수계획규모를 설정하는 방법을 연구한 것이다. 본 연구에서는 2010년 9월 21일 광화문일대에 발생한 침수피해를 이용하여 XP-SWMM 2010 모형을 검증한 후 침수예상도를 산정하였다. 확률강우량은 Huff의 4분위법으로 분포시켰으며, 기존의 유역출구점을 기준으로 한 임계지속시간의 문제점을 제시하였으며 침수특성치(관로첨두유출량, 평균침수심, 특정지점의 최대침수심, 침수면적, 침수총량, 침수지속시간)를 기준으로 유역치수계획규모를 설정하는 방법을 제시하였다. 현재 유역의 치수계획규모 설정시 사용되고 있는 관로첨두유출량은 도시유역의 침수특성을 합리적으로 반영하지 못하는 것으로 판단되었으며 도시유역에서 발생하는 침수의 결과치인 침수특성이 치수계획규모 설정에 합리적인 것으로 나타났다. 유역의 치수계획규모는 각 유역의 지리·물리·사회·경제적 특성에 기반한 침수특성치를 선택하여 그 유역이 감당할 수 있는 침수특성치를 제외한 나머지의 침수특성치를 극복할 수 있도록 설정해야할 것이다.

지구환경의 변화로 홍수빈도 및 강우강도가 증가하고 있다. 이에 따라 도시유역 내 홍수범람으로 인한 인명 및 재산 피해가 빈번히 발생하고 있다. 발생되는 피해에 대하여 과학적이고 기술적인 대응 방안이 필요하며 이를 위한 기술의 개발과 홍수예경보시스템의 연계에 관한 적정 방안을 필요로 하고 있다. 본 연구에서는 효율적인 통합중소하천의 예경보 시범유역을 선정하고 이를 위하여 부산시 소재 내 온천천 유역을 시범유역으로 선정하여 홍수예경보를 위한 10분 간격의 실시간 모니터링을 구축하였다. 이는 현장에 설치된 강우계, 수위계, 유량계를 설치하여 이를 원격 시스템으로 데이터를 전송하고 관리할 수 있는 웹사이트를 구축하였다(http://pnuhydro.pusan.ac.kr). 이를 통하여 구축된 DB를 활용하여 도시 유역 내 단기 수문예측모형을 개발하였다. 수문예측모형은 온천천 유역 내 설치되어 있는 실시간 유역 모니터링 시스템의 수집된 자료 중 홍수시 강우사상별로 수문예측모형의 입력자료로 사용하였다. 역전파알고리즘 기반의 인공신경망을 이용하여 2006-2012년의 기간 중 10분 간격의 수위 및 강우 자료를 이용하여 홍수기 시 강우사상별로 자료를 정리 한 후 4가지 강우사상에 대하여 training과 testing 기간으로 나누어 10분부터 60분까지의 수위 예측을 실시하였다. 그 결과 10분 간격의 수위예측에서 10분 간격으로 최대 60분까지 예측한 경우 예측 기간이 길어질수록 예측 정도가 단기 예측에 비하여 RMSE와 CC(상관계수) 값 중 RMSE 커지긴 하지만 상관분석의 결과 및 RMSE 모형 분석 결과는 대체적으로 60분까지 예측 성능이 우수한 편이었다. 이는 실시간 모니터링 시스템에 의하여 DB화한 수문관측자료를 이용하여 역전파알고리즘 기반의 수위예측모형은 도시 유역 내 돌발홍수 및 범람에 대비할 수 있는 대안책으로 추후 효율적인 모니터링 시스템의 운영과 관리에 의한 DB의 축적과 이를 통한 다양한 강우사상에 대한 수문예측모형의 적용으로 그 적용성 평가가 필요할 것으로 사료된다.

본 연구 (II)에서는 앞선 연구 (I)에서 개발된 지표 및 지표하 유출해석 모듈의 적용성과 수치해석적인 안정성에 대한 분석하였다. 개발 모듈의 유출해석에서 기존 강우-유출해석 모형에 비해 특징적인 침투해석에 관한 모의를 위해 침투해석 방식이 서로 다른 FFC2Q모형과 VfloTM을 비교대상으로 선정하여 동일한 투수층 유역에 적용하여 모의 결과를 비교분석해 보았으며, 강우의 크기와 토양의 유효토심 및 강우발생시점부터 강우종료 후 경과시간에 대한 모의조건을 설정하여 개발모듈의 적용성과 해석결과의 안정성을 검토해 보았다. 이상의 테스트에서 본 연구의 개발 모듈은 침투과정을 물리적으로 나타내는 전형적인 형태를 잘 나타내었으며, 토양조건 별 포화시점도 상이하였고, 수두가 증가되는 기울기도 다르게 구현함으로써 토양별 특성치를 비교적 잘 보여주었다. 또한, 강우강도가 유출에 미치는 영향과 시간분포에 대한 모의결과도 잘 반영하였으며, 마지막으로 타 모형과의 비교결과에서도 강우-유출해석에 대한 정확도가 높게 평가될 만한 결과를 도출하였다.

유역내에서 발생하는 유출은 지표 유출과 지표하 유출이 있으며, 서로 상호작용 상태를 유지하게 된다. 일반적으로 지표와 지표하 둘 중 한 가지 알고리즘으로 해석이 힘든 유역에 대해 지표와 지표하 사이의 동적인 관계를 상세하게 모의해야 하는 경우 상호작용에 관한 요소를 고려하여야 한다. 동적인 상호작용 시스템의 구동에서는 시·공간적인 매개변수가 중요하며, 적절한 모의를 위해 시·공간적인 매개변수는 시스템 상에서 지표와 지표하 항에 대한 복합적인 메카니즘으로 구성되어야 한다. 본 연구에서는 이러한 지표 및 지표하 유출의 상호작용에 관한 알고리즘을 위해 2차원 확산파 방정식을 이용하여 지표 유출을 해석하고, Darcy의 법칙과 Dupuit-Forchheimer의 가정을 이용한 Boussinesq 방정식을 적용하여 포화상태의 지표하 유출의 알고리즘을 구성하였다. 커플링 방정식으로 공간에 대해서는 유한체적법을 사용하고, 시간에 대해서는 Crank-Nicolson 방법을 이용하였으며, 지표와 지표하 흐름의 상호작용에 대해서는 질량보존의 법칙에 기반하여 구성하였다. 이상의 과정을 통하여 지표 유출해석, 지표하 유출해석, 상호작용, 수치해석 부분의 4가지 주요 모듈을 만들었으며, 4가지 주요 모듈을 통합하여 복합유역의 지표 및 지표하 유출해석 모듈을 개발하였다.