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.

빗물펌프장에 설치된 펌프는 운영되는 동안 홍수시 변화하는 하도의 수위조건에 영향을 받는다. 이러한 하도수위변화는 펌프운영효율을 저하시키는 캐비테이션, 수격 및 서징 등의 현상을 발생시키는 원인이 될 수 있다. 펌프운영효율이 저하하게 된다며, 빗물펌프장으로 유입되는 홍수를 원활하게 배제시키지 못함으로써, 도시내수침수에 의한 홍수를 발생시킬 수 있다. 펌프의 효율을 떨어뜨리는 캐비테이션의 발생원인은 다양하지만, 흡수정 내에서는 흡입관 주위에서 vortex가 발생하여 물과 함께 공기가 유입되어 캐비테이션이 발생하게 된다. 이러한 vortex는 다양한 흐름조건에 의하여 형성되므로, 흡수정 내의 수위조건을 반영한 수치모의를 주로 수행하였다. 본 연구에서는 하천에서 발생한 홍수시 변화하는 수위를 수치모의에 반영하고 흡수정 내의 수위 조건에 따라서 발생하는 흡수정 내의 흐름특성을 분석하였다. 연구에서 적용된 빗물펌프장의 경상남도 김해시의 OO 빗물펌프장이다. 펌프가 단일 운영되는 조건과 다중 운영되는 조건에 대하여 수위변화를 적용하여 FLOW-3D 모형을 이용한 3차원 수치모의를 수행하였다.