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.

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 들어 빈번히 발생하는 국지성 집중호우로 인해 내수배제 불량에 따른 도시지역의 내수침수 피해가 빈번하게 발생하고 있으며, 도시지역의 노후화된 우수관거 교체 및 설치 계획이 이루어지고 있다. 그러나 국내 대도시의 경우 우수관거 교체를 위한 예산확보가 부족한 실정이고 우수관거 특성상 시공 후 개선이 어려우므로 도시지역에서의 홍수피해를 저감하기 위한 우수관거의 합리적이고 효율적인 설계 기준이 필요한 상황이다. 또한 도시에서의 강우유출은 상당부분 우수관거시설에 의해서 이루어지고 있어 도심지 우수관거시설기준의 중요성은 더욱 부각된다. 이에 따라 도시지역에서의 홍수피해 저감을 목적으로 우수 관거 시설의 합리적이고 효율적인 설계 기준을 위해 국내·외 우수관거 시설기준을 분석하였다. 본 연구에서는 문헌조사를 중심으로 국내·외 우수관거 시설기준에 대하여 분석을 실시하였다. 국내 문헌으로는 도로배수시설 설계 및 유지관리 지침(2003), 하수도 관거의 계획과 설계계산(2003), 하수도공사 시공관리요령(2006), 하수관거공사 표준시방서(2010), 하수도시설기준(2011), 도시부 도로배수시설 설계 잠정 지침(2012)을 중심으로 시설기준을 분석하였으며 국외 문헌으로는 Drainage and Construction of Urban Stormwater Management Systems(1992), Urban Storm Drainage Criteria Manual(2001), Stormwater Collection Systems Design Handbook(2001), Urban Drainage Design Manual(2005)을 활용한 분석을 실시하였다. 우수관거 설계를 위한 계획우수량의 경우 국내의 설계기준에서는 최대계획우수유출량의 산정을 합리식에 의하는 것을 원칙으로 하되, 필요에 의해서 다양한 우수유출산정 방법들이 사용 가능하다 제시하였으며 국외의 경우 지속강우강도, 우량분포도 및 강우자료의 합성 중 설계자 판단에 따라 사용가능하도록 제시하였다. 빗물받이의 경우, 국내 설계기준은 빗물받이 간격을 도로폭 및 경사별 설치기준을 제시하여 노면배수를 유도하였고, 국외의 경우 속도별, sag별 최소 설계 빈도와 확산정도를 제시하여 수막현상을 방지하며 보행자 및 자전거의 안전에 대하여 유입구 모양을 제시하였다. 국내의 맨홀 설계기준은 관경별 최대간격을 제시하고 접합관경에 따라 합류맨홀의 선정을 가능하게 하였다. 국외의 경우도 마찬가지로 관경별 맨홀 간격을 제시하였지만 맨홀의 각도별 손실계수 또한 제시하여 흐름계산시 흐름의 저하를 고려하도록 지침하고 있다. 이에 따라 국내의 설계기준에도 빗물받이의 설계빈도 상향과 수막현상 방지를 위한 유입구 모양 및 간격의 제시가 요구되며 맨홀에서도 흐름저하를 고려한 다방향 합류맨홀의 설계기준 및 손실계수 산정을 통해 도시유역의 원활한 내수배제가 필요하다 판단된다.

도시화로 인한 인구집중 및 개발 집중현상으로 하천변 저지대 및 지하공간 사용이 증가하였고, 불투수층이 증가하여 도시유역의 배수체계는 우수관거에 의존하고 있다. 이러한 변화로 의해 우수관거의 저류용량 부족 및 외수와 내수의 충돌로 인한 도심지 역류 현상으로 인한 침수피해가 발생하고 있다. 기후변화로 인한 국지성 기습폭우에 의해 우리나라 침수면적은 줄어드는 추세지만 수해 밀도는 높아지고 있어 인구가 밀집되어 있는 도시지역에서의 피해는 급증하고 있다. 도시 침수피해 발생시 인명 및 재산뿐만 아니라 사회기반시설의 피해 등, 내수배제 불량에 의한 침수빈도는 더욱 빈번히 발생할 것으로 예상되며, 도시유역 유출특성을 고려한 홍수의 정확한 예측과 내수배제 효율증가가 필요하다. 본 연구에서는 상습침수가 발생하는 도시유역에 대하여 도시유역 유출특성을 고려한 홍수의 정확한 예측을 위해 강우분석 및 내외수를 고려한 홍수량을 산정하고, 도시유출모형인 SWMM 모형을 이용하여 하수관거의 월류를 분석하고, 이 결과를 홍수범람해석 모형과 연계하여 도시유역에서의 집중호우 발생시 범람해석을 실시하여 수방시설물의 홍수배제 효율을 분석하였다. SWMM 모형의 적용결과 외수위영향에 따른 원활한 내수배제가 불가능 한 것으로 나타났고, 관거 월류량이 많아진 것으로 나타났다. SWMM 모형의 결과를 이용하여 홍수범람해석 모형을 모의한 결과 지표경사와 도로를 따라 노면수가 모여 침수현상을 발생시키는 것으로 나타났다.