본 연구에서는 도시침수 저감을 위한 비구조적인 대책 중 빗물저류조 최적운영에 관해 연구하였다. 기존의 빗물저류조는 크게 온라인 빗물저류조와 오프라인 빗물저류조로 구분할 수 있다. 온라인 빗물저류조는 일반적으로 대규모로 설치되어 자연유하에 의한 방류를 하며 오프라인 빗물저류조는 중소규모로 경제적이나 월류턱 높이 결정의 운영관리가 어렵고 펌프 압송에 의해 방류한다. 우수관망 내 설치된 오프라인 빗물저류조의 경우 도심지에서 부지확보가 곤란하기 때문에 규모에 한계성이 있고 일반적으로 강우 종료 후 방류를 시작하므로 연속강우에 대한 대처가 취약하다. 오프라인 빗물저류조의 경우 구조적 대책만으로는 연속 강우에 대해 완벽하게 대응하기는 곤란하며 방재성능을 향상시킬 수 있는 비구조적 대책이 필요하다. 오프라인 빗물저류조의 효율을 극대화하여 도시침수를 저감시키기 위해서는 빗물저류조 최적운영은 필수적이다.

도시지역에서 강우가 내리면 우수관거, 빗물저류지 및 빗물펌프장 등을 통하여 우수가 배제된다. 따라서 도시유역은 이들 내배수시설물의 홍수방재능력의 한계를 초과하는 호우사상이 발생하면 유역의 저지대를 중심으로 침수가 일어나게 된다. 침수저감을 위해서는 관거의 확장, 빗물저류지의 신·증설 및 빗물펌프장의 신설 또는 확장 등 홍수방재시설물의 능력 확장을 통하여 가능하다. 이러한 구조적인 대책은 도시지역 및 계획강우량 등의 한계가 있으므로 우선적으로 기존 방재시설물의 운영 최적화를 통하여 방재능력의 극대화가 이루어져야 한다. 비구조적인 대책인 최적운영은 주로 제어가 가능한 빗물펌프장에서 가능하므로 최적홍수제어는 빗물펌프장의 최적제어라고 할 수 있다. 이 또한 관거의 통수능 부족 등에 의한 중상류 저지대침수 등 빗물펌프장에서의 운영최적화에도 한계가 있게 된다. 본 연구에서는 빗물펌프장에서의 최적운영으로 기대할 수 있는 최대 침수저감량을 추정하기 위한 절차를 제시하고 적용을 시도하였다. 이를 위하여 시범유역을 선정하고 빗물펌프장의 설계 및 실운영자료 등을 조사하고 최대의 운영조건으로 가능한 침수저감능력을 분석하였다.

도시화로 인하여 불투수지역이 넓어짐에 따라 유역이 가지고 있던 자연적인 저류 및 침투능력의 감소로 인하여 하천에서의 첨두유출량 및 총유출량이 증가하고 있으며, 홍수도달시간도 짧아지고 있다. 최근의 기후변화로 인하여 기존의 계획빈도를 초과하는 강우발생으로 홍수량이 급증하고 있다. 이에 기존에는 하도정비나 펌프장 및 유수지 설치, 관거정비 등을 위주로 한 치수방재대책을 수립하였으나 이는 이미 한계를 도달한 실정이다. 따라서 유역 내 저류기능을 향상하고 지체시간을 늘리고 우수유출 저감효과 및 강우시 침수저감 효과를 극대화 하는 대안으로 저영향개발기법(Low Impact Development, LID) 중 하나인 우수저류시설을 설치가 늘어나고 있는 추세이다. 본 연구에서는 SWMM을 이용하여 부산시 온천천 유역의 부산대학교 대운동장 내에 설치되어 있는 우수저류시설에 대해 설치전·후 도시지역 홍수량 저감 효과와 침수저감 효과를 분석하였다. 온천천(부산대학교일원)에 대한 SWMM모형 침수영향 분석결과, 지속시간 160분의 경우 부산대학교를 통과하여 온천천으로 유입하는 간선에서 2,280톤의 침수량이 발생하였으나, 우수저류시설 설치로 인하여 침수량이 100%로 해소되는 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 향후 도시지역 우수유출 저감 및 수해예방을 위해 유역 내 분산식 우수관리를 위한 저영향개발 기법에 대한 연구가 활발하게 진행되어야 할 것이다.

최근 빈번하게 발생하고 국지성 집중호우와 같이 갑작스럽게 발생한 높은 강도의 강우에 의한 유출량에 적절하게 대처하기 위하여 실시간 배수펌프장 운영기법의 개발 및 내수침수 예측이 가능한 시스템 개발이 요구된다. 본 연구의 목적은 최근 빈번하게 발생하고 있는 도시지역에서의 집중호우로 인한 내수침수에 대비하기 위하여, 내배수 시설의 실시간 운영 알고리즘을 개발하고 이러한 도시홍수 대책의 효과를 분석 및 향후 내수침수 예측을 위하여 내수침수 해석 모형을 개발하고자 한다. 개발한 모형의 적용성을 검증하기 위하여 마포배수구역에 발생한 2010년 9월 호우사상에 대하여 적용하였다. 뉴로-퍼지 모형은 불필요한 입력자료의 수는 모형의 규칙수를 증가시키고 오차를 유발하므로 최소한의 입력자료를 구성하기 위하여 크게 시간적 매개변수와 공간적 매개변수로 나누어 모형을 개발하였으며 가장 작은 오차과 큰 결정계수를 가지는 모형을 최종적으로 선택하였다. 이전 시간의 입력자료로부터 현재 시간의 수위를 예측하고 예측된 현재 시간의 수위를 바탕으로 작동 펌프의 수를 산정해야 한다. 이 과정에서 최적의 작동 펌프의 수를 계산하기 위하여 최적화 기법으로 수정된 유전자 알고리즘을 적용하였으며 여러 제약조건과 목적함수를 만족시키는 작동 펌프의 수를 도출하였다. 계산된 작동 펌프의 수는 뉴로-퍼지모형의 입력자료가 되어 다음 시간의 수위 예측이 가능하도록 한다. 마포배수구역에 적용결과 모든 배수펌프장에서 최고수위와 최저수위를 만족하는 결과를 얻을 수 있었으며, 잦은 펌프의 작동과 정지상태를 피하여 운영비 측면에서도 효과적인 결과를 얻을 수 있을 것으로 예상된다. 또한 뉴로-퍼지를 이용한 실시간 배수펌프장 내수위 예측 값을 경계조건으로 하여 개발한 2차원 통합침수해석 모형의 적용성을 검증하였다. 모의결과의 검증을 위해 침수실적도와 2차원 통합침수해석모형에 의해 계산된 침수면적간의 적합도 비교 결과 70~80% 범위를 보였다. 뉴로-퍼지 모형을 직접 가동 배수펌프의 수 혹은 토출량을 결정하도록 알고리즘을 구성하지 않음으로서 데이터 기반모형이 가지는 한계점을 극복하고자 우선 배수펌프장의 내수위를 예측하였고 예측된 수위로부터 운전자의 판단이 반영될 수 있으며 배수펌프장의 재난 비상상황시 재해정보지도를 구축함으로서 주민들에게 정보를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

우수관망의 최적 설계에 관한 기존의 연구 모형들은 설계강우에 대하여 관거의 연결, 관경 및 관 경사 등을 최소의 비용을 목적으로 최적화하여 왔다. 그런데 우수관망에서의 관거 내의 흐름은 관경, 관 경사와 특히 관망의 구성 형태에 따라서크게달라진다. 기존의최적우수관망설계모형들은설계유량을만족시키는것에국한되었으며, 설계기준을초과하는 강우에 따른 침수의 발생은 관망의 설계에 어떠한 고려도 되지 않았다. 본 연구에서는 우수관망을 구성함에 있어서 관거 내 흐름을