PURPOSES: This study aims to evaluate the runoff reduction with permeable pavements using the SWMM analysis. METHODS: In this study, simulations were carried out using two different models, simple and complex, to evaluate the runoff reduction when an impermeable pavement is replaced with a permeable pavement. In the simple model, the target area for the analysis was grouped into four areas by the land use characteristics, using the statistical database. In the complex model, simulation was performed based on the data on the sewer and road network configuration of Yongsan-Gu Bogwang-Dong in Seoul, using the ArcGIS software. A scenario was created to investigate the hydro-performance of the permeable pavement based on the return period, runoff coefficient, and the area of permeable pavement that could be laid within one hour after rainfall. RESULTS : The simple modeling analysis results showed that, when an impervious pavement is replaced with a permeable pavement, the peak discharge reduced from 16.7 m3/s to 10.4 m3/s. This represents a reduction of approximately 37.6%. The peak discharge from the whole basin showed a reduction of approximately 11.0%, and the quantity decreased from 52.9 m3/s to 47.2 m3/s. The total flowoff reduced from 43,261 m3 to 38,551 m3, i.e., by approximately 10.9%. In the complex model, performed using the ArcGIS interpretation with fewer permeable pavements applicable, the return period and the runoff coefficient increased, and the total flowoff and peak discharge also increased. When the return period was set to 20 years, and a runoff coefficient of 0.05 was applied to all the roads, the total outflow reduced by 5195.7 m3, and the ratio reduced to 11.7%. When the return period was increased from 20 years to 30 and 100 years, the total outflow reduction decreased from 11.7% to 8.0% and 5.1%, respectively. When a runoff coefficient of 0.5 was applied to all the roads under the return period of 20 years, the total outflow reduction was 10.8%; when the return period was increased to 30 and 100 years, the total outflow reduction decreased to 6.5% and 2.9%, respectively. However, unlike in the simple model, for all the cases in the complex model, the peak discharge reductions were less than 1%. CONCLUSIONS : Being one of the techniques for water circulation and runoff reduction, a high reduction for the small return period rainfall event of penetration was obtained by applying permeable pavements instead of impermeable pavement. With the SWMM analysis results, it was proved that changing to permeable pavement is one of the ways to effectively provide water circulation to various green infrastructure projects, and for stormwater management in urban watersheds.

PURPOSES: In this study, flood mitigation effect of drainage asphalt concrete pavement were analyzed by a SWMM 5.0 program in order to evaluate the low impact development (LID) based on the drainage asphalt concrete pavements. METHODS: In order to determine the porosity parameters of drainage asphalt concretes, the specimen mixtures were manufactured using the conditions presented in the previous study. The numerical simulation was conducted using the SWMM 5.0 program considering the flood mitigation effect of drainage asphalt concrete pavements. The effect of flood reduction can be observed when drainage asphalt concrete pavements were applied to Mokgamcheon watershed. The flood mitigation effect analysis of Mokgamcheon watershed as well as continuous simulation of subwatershed runoff were performed through this study. RESULTS : The analysis of drainage asphalt concrete pavements was carried out for evaluating the effect on runoff, resulting in: the peak flow decreases up to 1.26~9.53% after drainage asphalt concrete pavements applied in the SWMM 5.0 program furthermore, the discharge decreases up to 0.55~4.11%. CONCLUSIONS: As a result, the reduced peak flow and discharge were found through the SWMM 5.0 program. It can be concluded that the flood is effectively reduced when the drainage asphalt concrete pavements are used.

도시 지역의 불투수층에 내린 강우는 지표면을 따라 흐르다가 대부분 우수관으로 유입되어 유역에서 배출된다. 그러므로 도시 우수관의 설계빈도를 결정하고 설계홍수량을 결정하는 일은 도시 홍수 저감을 위한 구조적인 대책 중 가장 우선적으로 고려되어야 하고, 또 가장 중요한 대책이기도 하다. 그러나 최근 들어 기후변화 등으로 인해 짧은 시간에 큰 강우강도의 호우가 발생하는 일이 잦아지고 있다. 이런 형태의 호우는 불투수면이 많은 도시 지역에서 갑작스럽게 유출량을 증가시켜 증가된 유출량이 일시에 우수관으로 유입되지 못하고 일시적이고 국부적인 홍수를 야기하기도 한다. 그러므로 도심지의 홍수 저감을 위해 우수관망의 적절한 설계가 매우 중요하다. 그러나 무한정 큰 관경의 우수관을 건설하는 것은 경제적으로 타당한 방법이 될 수 없으므로, 적절한 크기의 우수관을 설계하고 유출해석의 신뢰도를 높이기 위한 노력이 필요하다. 그러므로 본 연구에서는 과거 홍수피해가 빈번히 발생했던 도시유역들 중 유역면적과 우수관망의 구조가 다른 4개의 도시를 서울과 부산지역에 선정하여 다양한 강우에 따른 유출해석을 실시하였다. 서울과 부산 기상관측소의 과거 호우 자료에 대한 EPA-SWMM 모형에서의 유출해석 결과, 첨두강우량의 변화에 따른 첨두유출량의 변화를 선형회귀모형으로 분석하였다. 회귀모형의 결정계수와 95% 신뢰구간 및 변동계수를 비교하고, 수계밀도 개념을 적용하여 첨두유출량의 변화를 해석한 결과, 우수관망이 조밀하게 건설되어 수계밀도가 높을수록 증가된 첨두강우량에 따라 함께 증가하는 첨두유출량의 예측이 상대적으로 정확하게 가능함을 확인하였다. 이는 수계밀도가 높을수록 유출응답이 빨라지고 국부적인 우수관의 통수능 부족으로 발생하는 침수의 발생 가능성이 낮아지기 때문인 것으로 보이며, 갑작스러운 강우에 대한 대응이 수월함을 의미한다. 이러한 우수관의 구조적인 특성에 따른 유출 응답 속도를 고려하여 우수관을 설계한다면, 보다 효율적인 우수관 설계가 가능할 것으로 판단된다.

우리나라에서는 도시 개발사업을 위한 환경영향평가를 실시하는데 있어 개발 전․중․ 후의 강우유출량을 분석하도록 규정하고 있다. 도시개발에 따른 수문학적 변화를 분석하고 대책을 수립하기 위해 수문모델이 사용되고 있으나 대부분의 경우 현장의 자료가 충분하지 않은 관계로 그 산정결 과의 신뢰도가 문제될 수 있다. 본 연구에서는 대전의 관평천 일부유역에서 2015년 7월 부터 2016년 7월 까지 자동 모니터링 장치을 이용하고 또 한 및 현장 측정을 통해 확보된 강우량 및 유출유량의 연속자료를 활용하여 SWMM을 이용하는 경우 강우 유출량 예측의 정확도를 제고하고자 하 였다. 토양침투량 산정을 위해 대표적으로 사용되는 Curve Number 방법, Horton 방법 및 Green-Ampt 방법들을 사용한 경우에 대해서 투수지 역과 불투수 지역에 대해 각각 최적의 Manning 조도계수와 지표면 저류깊이를 산정하여 제시하였다. 본 연구의 결과는 우리나라의 도시 유역에 서 실측자료를 이용하여 강우 유출 모델을 보정하였다는 면에서 의미가 있다고 판단되며 추후 유역의 개발등의 상황에 대해는 강우 시 유출량 및 수질현상을 더욱 정확하게 예측하고 나아가서 향후의 유역 내 수문조건 변화 요인에 대한 영향을 분석하는 데 정확도를 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.

급격히 발전하는 도시지역 및 산업단지의 경우 불투수지역이 대부분이며, 이로 인해 유출이 증가함에 따라 내수침수가 발생할 확률이 높아지고 있다. 도시지역의 유출해석은 대부분 SWMM모형을 이용하여 강우-유출해석을 수행하고 있으나 이러한 모형은 실제 자연 현상을 해석하는데 한계가 있으며, 모형 자체도 불확실성을 가지고 있어 정확한 유출해석을 하는데 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 모형의 매개변수를 조사하고 불확실성을 가지는 매개변수를 선정한 후 매개변 수의 불확실성 정도를 불확실성 정량화 지수를 이용하여 정량화하였다. 수행 결과 관조도계수의 불확실성이 가장 크며, 유출량에 미치는 영향도 가장 컸다. 그러므로 우수관거 설계 시 관조도계수 추정을 보다 정확히 산정하여야 하며, 불확실성 정도를 예측하여 유출해석에 반영하고, 각 매개변수가 가지는 특성을 파악한다면 내수 침수를 예방하는데 큰 기여를 할 것으로 판단된다.

최근 기후변화로 인하여 도심지역내 돌발홍수가 빈번하게 발생하여 많은 인명 및 재산피해가 발생하고 있다. 특히, 급격한 도시화로 인한 불투수면적의 증가와 녹지면적의 감소 등이 도심지역내 우수 저류 및 지연능력 감소와 첨두 유량의 증가를 발생시켜 도시 돌발홍수의 발생과 피해를 증가시키고 있다. 도심지역내 우수유출에 의해 발생하는 피해를 저감시키기 위한 방법으로 미국 PGDER(Prince George’s County, Maryland Department of Environmental Resources)에 의하여 시행된 LID 기법에 대한 연구 및 시행이 활발히 이루어지고 있다. 본 연구의 대상지는 경남 양산시 내에 위치한 실증단지이며, 실증단지 내 LID 적용시설은 건축물형 LID시설, 도로형 LID시설, 주차장형 LID시설, 산업체형 LID시설, 생태저류형 LID시설로 이루어져 있다. 본 연구는 유역 구분 및 지형자료 분석을 통하여 실증단지에 적합한 매개변수를 산정하여 SWMM 모형을 구축하였으며, 구축된 모형에 LID 기법을 적용한 유출량을 산정하고 분석하여 최종적인 실증단지 통합모형을 구축하였다. 모형은 크게 LID 기술을 적용하지 않은 대조군 유역과 LID 기술을 적용한 실증단지 유역으로 구분하였다. 본 연구는 실증단지와 대조군부지의 비교를 통하여 LID요소기술별 성능을 평가ㆍ분석하고, 설계 강우 기준을 제시하고자한다.

최근 이상기후 및 급속한 도시화로 이한 불투수 면적비율이 증가되면서 내수침수 피해가 급증하고 있다. 내수침수는 주로 내수배제의 불량으로 발생하며, 막대한 인명 및 재산피해를 야기하고 있다. 이러한 피해를 막고 효율적인 도시홍수방어시스템을 설계하기 위해서는 정확한 강우-유출 모형의 해석이 필요하지만 실제 자연 현상을 해석하는데 많은 불확실성이 존재한다. 본 연구에서는 모형의 매개변수들이 가지는 불확실성 분석을 수행하고, 불확실성 정량화 지수를 제안하였다. 도시유역의 유출해석에 사용되는 SWMM 모형의 매개변수 중 6개(유역폭, 불투수면적비율(%), 투수 및 불투수유역 조도계수, CN, 관조도계수)를 대상으로 불확실성 분석을 수행하였으며, 베타분포를 적용하여 Monte Carlo Sampling 기법으로 총 100개의 시나리오로 계산하였다. 계산결과 투수 및 불투수유역의 조도계수와 관조도계수의 총불확실성이 다른 매개변수들에 비해 크게 계산되어 조도계수값의 결정이 어려운 것을 알 수 있었으며, 불확실성 정량화 지수를 계산한 결과 관조도계수가 가장 크고 CN값이 가장 작은 것으로 계산되었다. 유역폭, 불투수면적비율, CN값은 매개변수값이 증가할수록 총유출량도 증가하였으며, 이 중 CN값의 변화에 따른 총유출량 증가량은 매개변수 증가량을 알면 거의 정확히 결정이 가능한 것으로 불확실성 정량화 지수가 계산되어 불확실성이 매우 낮은 것으로 나타났다. 관조도계수의 변화에 따라 총유출량의 변화를 결정하는 것이 가장 불확실한 것으로 계산되었으며, 총불확실성도 관조도게수가 가장 컸으므로, 도시유역의 유출 계산에 가장 큰 불확실성을 야기하는 매개변수는 관조도계수인 것으로 나타났다.

SWMM(Storm Water Management Model)은 모형 내 다양한 매개변수를 이용하여 지표 투수율 및 하수관거 영향 등 도시 유역의 유출 특성을 비교적 정확하게 모의하지만, 모형의 입력자료 부족과 매개변수의 불확실성으로 인한 신뢰성 문제가 대두되고 있다. 이러한 문제점을 해소하기 위해 본 연구에서는 SWMM 모형에 Bayesian 기법을 연계한 최적화 기법을 개발하고, 이를 활용하여 매개변수의 불확실성을 정량적으로 해석하고자 한다. 이를 위해 먼저 유출 특성에 민감한 매개변수를 민감도 분석을 통해 선정하고, SCE-UA(Shuffled Complex Evolution-University of Arizona), MCMC(Markov Chain Monte Carlo), DDS(Dynamically Dimensioned Search) 등 매개변수 최적화 기법을 적용하여 매개변수의 초기값을 설정한다. 매개변수의 다양한 물리적 범위를 고려하기 위한 방법으로 절단 정규분호(truncated Gaussian distribution)을 사전분포(prior)로 선정하여 매개변수의 사후분포(posterior)를 추정하게 된다. 최종적으로 각 매개변수간 사후분포를 이용하여 모의된 유출량의 불확실성을 정량적으로 분석하였다.

도시화로 인한 불투수층의 증가로 침수 및 범람의 피해가 매년 증가 하고 있는 실정이며, 서울시에서는 그 대안으로 새롭게 시공되는 도로의 경우 투수성 포장을 시공하도록 시행하였다. 이러한 투수성 포장재는 많은 연구로 다양하게 개발되어 왔지만 그 효율에 대한 정량적인 효율성 검증 및 평가 방법이 미비하다. 그리하여 본 연구는 강우모의 장치를 이용하여 투수성 블록의 강우 유출수 저감 효율을 일반 보도블록과 비교하여 평가 하였으며, 관측된 data를 이용하여 Holton의 침투모형에 의해 투수성 블록 시설의 침투모형을 산정하였다. 또한 SWMM모형의 LID Tool을 이용하여 관측값과 SWMM모형 계산 값을 시행착오법으로 보정 하여 투수성 블록의 매개변수를 산정하였다. 산정된 매개변수는 소규모 공업지역에 적용하여 문헌에서 제시한 자료와 비교하였다. 향후 LID 요소별 검증실험을 통한 매개변수를 산정한다면 모형을 통하여 간단하게 대상유역에 대하여 LID 요소기술 적용을 통한 강우유출수의 저감 효율을 산정할 수 있을 것으로 기대된다

최근에 홍수재해와 관련된 자연재해가 급격히 증가하고 있다. 특히, 사회기반시설의 집중 및 인구증가로 도시지역에서의 침수는 인명과 재산에 큰 피해를 야기한다. 본 연구의 목적은 배수시스템에서의 과부하로 인한 도시지역에서의 침수심을 계산하기 위해서 우수배수시스템모형과 2차원 지표류모형을 연계한 새로운 모형을 개발하는 것이다. 대상유역에서의 침수유량의 거동은 두 가지 요소로 고려되는데 하나는 배수시스템에서의 흐름이고 다른 하나는 월류유량으로 발생한 범람 흐름

The runoff characteristics of non-point source pollutions in the municipal area of Jeonju were investigated and analyzed by using the SWMM (Storm Water Management Model). The flow rates and water qualities of runoff from two types of drainage conduits were measured respectively. One was a conventional combined sewer system and the other was a separated sewer system constructed recently. From August to November in 2004, investigations on two rainfall events were performed and flow rate, pH, BOD, COD, SS, T-N and T-P were measured. These data were also used for model calibration. On the basis of the measured data and the simulation results by SWMM, it is reported that 80-90% of pollution load is discharged in the early-stage storm runoff. Therefore, initial 10-30 mm of rainfall should be controlled effectively for the optimal treatment of non-point source pollution in urban area. Also, it was shown that the SWMM model was suitable for the management of non-point source pollution in the urban area and for the analysis of runoff characteristics of pollutant loads.

도시유역의 유출분석을 위하여 국내에서 많이 사용하고 있는 모형들로는 ILLVDAS, SWMM이 대표적이라고 할 수 있다. 그러나 국내의 대부분의 도시하천의 경우 합류식의 배수계통을 가지고 있어, 홍수시에 하수관거용량을 초과하는 우수량은 하천을 통해 배수가 되고 있다. 이러한 배수계통을 갖는 하천에 대하여 대상유역의 배수관망 자료 부족과 Modeling의 어려움으로 인해 도시유출모형이 아닌 HEC-HMS 모형과 같은 유역추적법을 통해 유출분석이 이루어지고

이 연구에서는 다양한 강우조건에 따른 도시유출모형, SWMM의 매개변수들이 계산 결과치에 주는 민감도를 분석하였으며 이를 위해 3개 배수구역에 대하여 모형을 적용하였다. 첨두 유출량에 대한 민감도는 (=1.0-(첨두유출량의 최소값()/첨두유출량의 최대값()))로 나타내었으며 강우 조건으로서는 강우규모, 강우지속시간, 강우분포 등의 3가지를 채택하였다. 강우조건의 변화에 따라 전반적으로는 불투수면적비, 관로경사, 초기침투능 등이 계산 결과치에 주는 민감

유역규모의 장기 유출모형인 SWAT은 다양한 토지이용을 고려할 수 있는 장점이 있는 반면, 도시지역에 대한 배수특성을 충분히 고려할 수 없는 단점을 가지고 있다. 반면, 세계적으로 도시지역의 유출현상 규명에 널리 이용되는 SWMM 모형은 도시지역의 지표면 특성과 배수특성을 모두 고려할 수 있는 장점이 있는 반면 유역 내 도시지역 이외의 토지이용에 대한 고려가 힘들다는 단절이 있다. 본 연구에서는 두 모형의 장점을 살리고, 단점을 보완한 SWAT-SWMM

장기적 유출 측면에서 유역의 도시화는 불투수면적의 확대로 인한 토지이용변화, 인위적 구조물의 설치여부, 하천 환경의 변화를 유발하며 따라서 도시화되기 이전과 매우 다른 형태의 유출거동 특성을 가진다. 따라서 자연적인 유출 성분변화 특성은 물론 도시화 유역 특성변화요소를 적절히 반영함으로써 지표수, 하천수, 지하수 등의 수문순환 요소를 장기적인 측면에서 정량적으로 평가할 수 있는 유출모의모형이 필요하다. 본 연구에서는 준 분포형 장기 유출모형인 SWAT모