도시지역 오프라인 빗물저류조 운영방법 개발
Development of Operation in Urban Offline Detention Reservoirs
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Abstract
최근 도시지역 불투수면적비가 올라가고 도시침수를 발생시키는 강우의 횟수는 점점 증가하고 있다. 이로 인하여 침수 발생 횟수가 증가하고 있으며 이에 대한 해결책은 다양하다. 침수 문제를 해결하기 위한 방법으로는 구조적 대책과 비구조적 대책이 있다. 본 연구에서는 비구조적 대책 중에서 내배수시설의 운영에 초점을 맞추었다. 내배수시설 중 도시유역에 설치되는 오프라인 빗물저류조를 대상으로 하여 연구를 실시하였다. 우수관거의 상황을 고려한 저류 및 방류를 실시하여 빗물저류조 내에서의 추가적인 저류공간을 확보하는 운영을 제안하였다. 확률강우를 이용하여 최초월류발생지점을 고려한 모니터링 지점을 선택하고 모니터링 지점의 수위에 따라 빗물저류조의 운영이 결정되었다. 새로운 운영방법의 효과를 검증하기 위하여 기존에 침수가 발생했던 2010년, 2011년 강우를 강우-유출 모델에 적용하였다. 새로운 운영을 적용한 결과 기존 빗물저류조 운영에 비해 2010년의 경우 최대 28.52%, 2011년의 경우 최대 16.81%의 침수저감효과를 보였다.
Trans Abstract
Recently, the ratio of impervious area, the number of extreme rainfall and runoff in urban areas are dramatically increasing. Because of this reasons, the number of flood disasters are also increasing and there are several measures such as structural measures and nonstructural measures. In this research, operation of drainage facilities among non-structural measures is focused. Operation in urban offline detention reservoirs among drainage facilities was studied. Operation obtaining additional capacity in detention reservoir by storage and discharge considering the status of sewer network was suggested. First flooded node in sewer network was selected as a monitoring point using probability rainfall data and operation of offline detention reservoir was determined according to the level of monitoring point. For verifying effects of new operation, rainfall data in 2010 and 2011 were applied to. In the case of 2010, maximum flood reducing effect of new operation was 28.52% and in the case of 2011, maximum flood reducing effect of new operation was 16.81%.
1. 서론
기존의 도시침수 저감 대책들은 유하시설의 용량 증설 및 통수능 확보를 초점으로 하는 구조적인 대책에 머물러 있으며, 유하시설 위주의 대책은 하류에서의 더 큰 홍수를 발생시킬 위험이 있다. 기존 내배수시설의 전체적인 확장은 막대한 예산과 시간을 필요로 할 뿐만 아니라 지구 온난화로 인한 이상기후 및 국지성 집중호우에 완벽하게 대응하기 곤란하므로 구조적인 대책과 더불어 집중호우에 대비할 수 있도록 각 시설물의 기능 및 경제성을 최대로 하며 방재성능을 향상시킬 수 있는 비구조적인 대책이 동시에 수립되어야 한다.
최근 국내외에서 침수 저감을 위한 많은 연구가 실시되었다. 도시유출모형을 이용한 연구로 Kwon et al.(2008)은 Bayesian Markov Chain Monte Carlo 기법을 이용한 NWS-PC 강우-유출 모형 매개변수의 최적화 및 불확실성 분석하였으나 강우-유출분석에 국한되어 내배수시설의 운영에 따른 영향은 고려하지 못한 문제가 있다. Ryu et al.(2010)은 격자기반의 도시유역 분포형 유출모형, Park et al.(2011)은 ILLUDAS모형을 이용한 도시유역의 유출해석을 실시하였으나 내배수시설의 운영에 따른 영향을 고려하지 못한 한계를 가지고 있다. 도시유출모형을 이용한 연구들은 유출분석, 매개변수 최적화 등에 국한되어 있어 내배수시설의 운영에 따른 분석은 추가적으로 필요하다.
우수관거 및 도시유역 침수에 대한 많은 연구들이 진행되었다. Kim et al.(2009)은 우수관거의 흐름 제어를 위한 관망 설계를 연구하였으나 구조적 대책일 뿐만 아니라 시공에 있어서 가능한지에 대한 판단 여부가 불분명하다. Lee et al.(2011)은 첨두유출량 저감을 위한 도시유역 경계 및 우수관망 최적설계 및 도시유역 특성별 우수관망 최적화에 따른 유출 변화를 분석하였으나 구조적 대책의 단점인 많은 비용과 시간이 소요되는 점을 피할 수 없다. Lee et al.(2010)은 도시하천의 범람해석을 통해 도시하천의 침수를 모의하였으나 도시하천으로 유입되는 빗물펌프장을 포함한 내배수시설의 운영은 배제되었다. 침수위험에 관한 많은 연구들은 우수관거 및 도시하천에 집중되었는데 빗물저류조의 운영을 개선하여 침수분석을 실시한 연구는 부족하다.
2005년 이후 국내에서 내배수시설 중 빗물펌프장 및 저류지에 관한 많은 연구가 실시되었다. 빗물펌프장에 관한 연구를 살펴보면, Lee et al.(2007)은 내배수시스템 실시간 운영모형을 이용한 빗물펌프장 운영기법을 개발하였고 Joo et al.(2010)은 빗물펌프장 운영시스템 개선 및 적용과 경제효과를 분석하였으나 배수분구 하류에 설치되는 빗물펌프장의 운영으로는 상류 우수관거에서 발생하는 침수를 저감하기 힘들다. 저류지의 경우, Park and Han(2006)은 도시침수방지를 위한 저류지 모형을 개발하였으나 저류지 모형의 개발은 구조적 대책이며 효과를 극대화시키기 위해서는 운영을 포함한 비구조적 대책이 필요하다. 빗물펌프장의 운영에 관한 연구는 발표되었으나 빗물저류조의 경우 모형을 개발한 연구는 있었으나 운영에 관한 연구는 미흡하다.
전반적인 도시유역 배수시스템에 대한 연구도 진행되었는데 Lee et al.(2008)은 도시유역 내배수시설 유지관리 시스템에 대한 연구를 하였고 Park(2010)은 도시침수피해 저감을 위한 내배수시설 동적운영시스템에 대한 연구를 하였으나 앞의 연구들에서 언급하고 있는 시스템은 도시지역 전체의 내배수시설의 운영을 언급하고 있으나 내배수시설의 운영에 대한구체적인 운영방안의 제시가 미흡하다. 또한, Park et al.(2010)은 도시침수에 의한 피해방지를 위한 도시 내배수 통합관리시스템의 필요성을 언급하였으나 이에 대한 분석 등의 추가적인 연구가 이루어지지 않았다. 내배수시설의 실시간 운영을 위한 새로운 운영방법의 제시가 필요하다.
위와 같이 도시유역의 모의, 침수저감 및 배수시스템 등에 대한 다양한 연구가 진행되었으나 빗물저류조의 운영에 대한연구는 거의 없다. 빗물저류조들은 우수의 저류를 목적으로 설계되었다. 운영에 대해서는 배제시간만을 정하여 펌프용량을 설계하고 방류수위를 정하여 운영하고 있다.
빗물저류조의 경우, 온라인 빗물저류조와 오프라인 빗물저류조로 분류할 수 있다. 온라인 빗물저류조는 오프라인 빗물저류조보다 크고 연속강우에도 강하다. 또한, 큰 규모로 인하여 자연방류를 실시하거나 자연방류와 펌프를 병행하여 방류를 실시하는 경우가 많다. 오프라인 빗물저류조는 도시 우수관망 내에 설치되며 저류용량이 작고 연속강우에 약하며 대부분 펌프를 통한 방류를 실시한다.
본 연구에서는 도시지역 우수관망 내에 설치되는 오프라인 빗물저류조를 대상으로 하여 연구를 진행하였다. 빗물저류조 운영은 유입과 유출 부분으로 구분되는데 유입의 경우 오프라인 빗물저류조로 들어오는 월류턱의 높이에 대한 설계가 직접적으로 영향을 미치게 된다. 고정된 월류턱을 넘는 유입량은 전량 빗물저류조로 유입되므로 유입량 조절을 통한 운영이 어렵다. 유출의 경우 빗물저류조의 방류펌프에 의해 운영이 가능하다. 우수관거의 수위를 고려한 방류를 통해 빗물저류조 내의 추가적인 저류공간을 확보하는 운영을 제시하고 이를 대상유역에 침수가 발생했던 2010년, 2011년 강우에 적용하여 효과를 검증하였다.
2. 대상유역의 선정
본 연구에서 대상유역으로 선정한 도림천 유역은 Fig. 1과 같이 총 10개의 빗물펌프장, 2개의 빗물저류조, 2개의 지류로 구성되어 있다. 2개의 빗물저류조 중 관악산 저류조의 경우, 도림천 상류에 연결된 빗물저류조로 공대폭포 저류조, 버들골 저류조, 정문앞 저류조 등 총 3개의 저류조로 구성되어 있으며 용량이 크고 현재 공사가 진행 중이므로 연구대상에서 제외하였다.
Drainage systems of Dorim stream.
연구에 적용할 대상으로 선택한 대림어린이공원 빗물저류조의 경우, 대림3 빗물펌프장 유역의 우수관망 내에 설치되어있으며 2009년 설치 후 2010년, 2011년에 연속하여 침수가 발생했다. Fig. 2에서는 2010년 9월 21일에 발생한 강우에 의해 침수된 지역을 보여주고 있으며 검은 색으로 표시된 곳은 대림어린이공원 빗물저류조의 위치이다. 대상유역의 총 면적 및 대림어린이공원 빗물저류조 설치위치는 다음 Table 1과 같다.
Flooded area in 2010 (http://safecity.seoul.go.kr:8070/).
Information of target area
대림어린이공원 빗물저류조는 서울시 영등포구 대림로 106에 위치한 대림어린이공원 지하에 설치되었다. 대상유역에서의 강우는 전량 하류단에 위치한 영등포구에 위치한 대림3 빗물펌프장의 유수지로 유입된다. 아래의 Table 2는 대림어린이공원 빗물저류조의 설계 및 형식 등을 보여준다. 대림어린이공원 빗물저류조는 20년 빈도의 강우를 대상으로 하여 5년 빈도를 상회하는 유량을 전량 빗물저류조로 유입할 수 있도록 설계되었다.
Design of Daerim reservoir
대림어린이공원 빗물저류조의 자세한 제원을 살펴보면 유입부는 월류턱 형식으로 설계되었으며 저류조 내의 여유고는 1 m로 설계되었다. 저류조의 방류는 자연방류가 아닌 펌프로 강제배제시키는 방식이며 대림어린이공원 빗물저류조 Table 3에서 보이는 제원과 마찬가지로 0.4 m 높이의 월류턱을 통해 우수관거의 유입량을 받는다. Table 4에 나타난 방류펌프의 제원은 0.3 m3/s의 규모로 설치되었다.
Data of detention reservoir
Data of discharge pump
3. 적용 및 분석
3.1 적용모형 구성 및 적용방법
강우-유출 모의를 위해 사용한 모델은 EPA-SWMM(Storm Water Management Model) 5.0 버전을 사용하였다. 도시유역에서 강우-유출 해석모델 중 SWMM 모델은 도시유역 내에서 강우사상으로 인해 발생되는 유출량과 오염물질에 대한지표면 및 하수관거의 유출, 배수관망에서의 유출량 추적, 저류량 산정 등을 모의할 수 있는 종합적인 모델이다. 서울시에 구축된 GIS 자료를 바탕으로 하여 대림3 빗물펌프장, 대림어린이공원 빗물저류조가 포함된 우수관망을 구성하고 모의를 실시하였다. 대상유역의 관망도는 다음의 Fig. 3과 같다. Fig. 3에서 확대한 그림은 대상유역 우수관망 내의 대림어린이공원 빗물저류조의 위치이다.
Sewer network in target area.
연속강우에 취약한 오프라인 빗물저류조의 단점을 보완하기 위한 운영에 대한 연구를 실시하였다. 기존의 빗물저류조 운영의 경우 강우 종료시까지 저류하고 설계시 정해진 배제시간 내로 방류를 시작하거나 빗물저류조 내수위가 제한수위까지 찰 경우 방류를 실시한다. 하지만 이러한 운영에서의 단점은 우수관망 내의 상황을 고려하지 않고 저류 및 방류를 실시하게 되어 침수에 취약하다는 점이다.
Fig. 4의 경우 현재 운영과 새로운 운영에 대한 비교이다.본 연구에서 제안된 운영은 우수관거 내의 상황을 고려하여 연속강우 중에 방류를 실시하여 계속 이어지는 유입량을 받기 위한 빗물저류조 내의 저류공간을 확보하는 것이다.
Concept of operating pumps in detention reservoirs.
Huff 분포를 이용한 확률강우를 적용하여 최초 월류 발생지점 및 간선관거 내에서의 최초 월류 발생지점을 검토하였다. 또한 빗물저류조 내의 방류펌프의 가동에 따른 각 절점에서의 수위차를 검토하여 빗물저류조에서의 방류가 하류에 영향을 미치는지를 검토하였다. 최초 월류 발생지점을 모니터링지점으로 선정하고 모니터링지점의 수위에 따른 방류모의를 실시하여 새로운 운영의 효과를 검증하였다. 새로운 운영에 대한 모의 과정은 다음의 step 1부터 step 7과 같다.
Step 1: 대상유역 선정 및 적용할 Huff 분포 결정 (본 연구에서는 3분위 사용)
Step 2: Huff 분포에 따라 지속시간별로 강우총량을 증가시켜 최초월류발생지점 검토
Step 3: Huff 분포에 따라 지속시간별로 강우총량을 증가시켜 간선 관거 내 최초월류발생지점 검토
Step 4: 빗물저류조의 방류량이 각 월류 발생지점들에 영향을 미치는지 확인
Step 5: 유역도달시간을 고려하여 월류 발생지점들 중 하나의 지점을 모니터링 지점으로 선정
Step 6: 모니터링 지점에서의 펌프정지수위에 대한 시나리오 구성
Step 7: 침수가 발생한 기왕강우를 적용하여 펌프정지수위에 따른 침수량 및 침수저감량 산정
아래의 Fig. 5에서는 기존의 빗물저류조 운영과 새로운 빗물저류조 운영을 설명하기 위한 모식도이다. 새로운 빗물저류조 운영은 우수관거의 상황을 고려하기 위한 모니터링 지점을 선정하고 선정지점에서의 수위를 고려한 운영이다. Table 5에서는 Fig. 5에서 설명한 내용을 바탕으로 하여 현재 빗물저류조 운영과 새롭게 제시된 빗물저류조의 운영을 비교하였다.
Comparison of operations.
Comparison between present operation and new operation
Table 5에서 비교한 내용 중 가장 중요한 차이점은 강우시 운영방법이다. 기존 운영방법은 강우시 빗물저류조에 저류를 하고 빗물저류조의 내수위가 제한수위를 넘거나 강우가 종료되는 경우에 방류를 시작한다. 하지만 본 연구에서 제안하는 새로운 빗물저류조 운영방법은 강우시에도 우수관거의 수위를 바탕으로 빗물저류조의 방류를 결정한다. 기존 빗물저류조 운영은 저류조 내수위만을 고려하여 방류를 시작하기 때문에 우수관거의 상황을 전혀 고려하지 못한다. 또한 강우시 방류없이 저류를 하기 때문에 추가적인 유입량을 받을 저류공간이 부족하다.
3.2 빗물저류조 방류에 따른 상, 하류 영향 검토
대림어린이공원 빗물저류조 운영을 위한 모니터링 지점을 선정하기 전에 빗물저류조에서의 방류에 따라 상, 하류에 미치는 영향을 검토하였다. 먼저 하류에 위치한 대림3 빗물펌프장으로 연결된 간선관거 중 3개의 지점을 선택하여 방류에 따른 영향을 살펴보았다. 강우자료의 경우 “확률강우량도 개선 및 보완연구 (국토해양부, 2011)”를 참조하였고 Table 6과 같이 재현기간 10년, 지속시간 60분, Huff 3분위의 확률강우를 사용하여 모의를 실시하였다. Fig. 6에는 대림어린이공원 빗물저류조 내에 검토 지점들을 나타낸 그림이다.
Information of probability rainfall for checking the level change in nodes
Checking Points for change of level and discharge.
대림어린이공원 빗물저류조에서 방류된 유량은 554 지점, 560 지점을 거쳐 575 지점으로 이어진다. 최종적으로 방류된유량은 최하류단에 위치한 대림3 빗물펌프장의 유수지로 유입된다. 도시지역 우수관거에 설치되는 대부분의 빗물저류조는 오프라인 형태이며 설계시 결정된 배제시간에 따라 방류펌프의 용량을 결정한다. 대림어린이공원 빗물저류조도 배제시간 2시간에 따라 방류펌프의 용량이 설계되었으며 앞서 언급한 방식으로 운영되고 있다. Fig. 7에는 설치된 방류펌프를 전량 가동하였을 때와 가동하지 않았을 때 각 지점의 수위와 빗물저류조 내수위 차이를 보여준다.
Depth in detention reservoir and nodes.
모의 결과를 살펴보면 빗물저류조 내수위는 방류를 한 경우와 하지 않은 경우 차이를 보이고 있으며 이는 방류를 통해 일정 저류공간이 확보되었음을 의미한다. 각 절점에서의 결과를 살펴보면 상류지점인 554 지점, 중하류지점인 560 지점, 575 지점에서 첨두수위차가 없다. 이 결과는 빗물저류조의 방류로 인해 하류에 걸리는 부하가 거의 없음을 의미한다. 즉, 대림어린이공원 빗물저류조에서의 방류로 인해 추가적인 유입량을 위한 저류공간을 확보할 수 있지만 빗물저류조의 방류가 우수관거에 부담되는 수위차이는 없다.
Fig. 9에서의 유량차이를 살펴보면 상류지점인 554 지점, 중하류지점인 560 지점, 575 지점에서 첨두유량차가 없다. 이결과는 수위와 같은 양상이며 빗물저류조의 방류가 하류에 미치는 첨두유량의 차이는 없다. Fig. 8에서의 수위검토 결과와 Fig. 9에서의 유량검토 결과를 종합적으로 살펴보았다. 두 검토를 바탕으로 내린 결과는 빗물저류조에서의 방류가 하류우수관거에 미치는 영향은 거의 없다. 다만 미세한 차이가 누적되면 하류 빗물펌프장에서의 배수펌프의 가동이 앞당겨질 수 있다. 이는 빗물펌프장의 운영으로 충분히 감당할 수 있으며 상류부에서의 홍수부담을 하류부에서 덜어주는 효과이다.
Depth in first flooded nodes and reservoir of Daerim3 pump station.
Discharge in detention reservoir and nodes.
3.3 빗물저류조 운영을 위한 모니터링 지점 선정
Huff 3분위 분포를 바탕으로 강우총량을 최초 월류가 발생할 때까지 순차적으로 증가시켜 모의를 실시하였다. 최초 월류 발생지점은 1775, 2257, 1844 지점 등이었으나 전후 우수관거의 형태가 지선이므로 우수관망의 상태를 대표하지 못한다. 이 지점들의 첨두수위 및 첨두유량이 빗물저류조의 방류에 따라 변하지 않으므로 간선관거 내의 지점에서 월류가 발생할 때까지 모의를 실시하였다. 간선관거 내의 절점 중에 최초 월류가 발생한 지점은 지속시간 30분, 60분일 때의 560 지점과 지속시간 90분일 때의 575 지점이다.
간선관거 내의 월류발생 절점의 위치 및 강우총량은 Table 7에 나타내었다. 빗물저류조 운영을 위한 모니터링 지점 결정을 위해 빗물저류조에서의 방류에 따라 최초 월류 발생지점들의 수위차이를 살펴보았다. 최초 월류 발생지점인 1775, 2257, 1844 지점 등의 경우, 빗물저류조 방류에 따른 첨두수위차이가 없었기 때문에 모니터링 지점으로 선정하기 어렵다.
First flooded node in sewer network
간선관거 내 지속시간 90분에서의 최초 월류 발생 지점인 575 지점은 마찬가지로 차이가 없고 지속시간이 대상유역의 도달시간인 25분을 크게 상회하기 때문에 모니터링 지점으로 고려하기 힘들다. 하지만 지속시간 30분, 60분에서 최초 월류발생지점으로 나타난 560 지점의 경우, 다른 지점과 마찬가지로 차이가 없으나 유역 도달시간을 고려할 때 빗물저류조 방류에 따른 영향을 반영하기 용이하므로 560 지점을 모니터링지점으로 선택하였다. 앞서 살펴본 간선관거 내의 최초 월류발생 지점별 수위를 제외한 최초 월류 발생지점 1775, 2257, 1844 지점 등의 수위와 빗물펌프장 유수지 수위를 Fig. 9에 나타내었다.
수위차의 결과를 살펴보면 하류지점의 지선에 있는 1844지점에서 마지막에 수위차가 발생함을 볼 수 있다 다만 이는 빗물저류조에서의 방류량이 조금씩 누적되어 빗물펌프장으로 유입되어 그 차이에 따라 빗물펌프장 유수지 수위가 마지막에 누적되어 변하게 된다. 이에 따라 유수지에서의 수위에 따라 빗물펌프장 배수펌프가 조금 일찍 가동하게 되므로 이러한 영향이 지선관거에서 시간에 따른 수위차로 나타난 것으로 보인다.
3.4 실제 침수 사례 선정
우선 재해연보를 바탕으로 2008년부터 2013년까지의 기간 동안 서울시에 가장 큰 피해(경제적 피해, 인명 피해 등)가 발생했던 기간을 조사하였다. 조사 결과를 바탕으로 하여 기상청으로부터 대상유역에 포함된 영등포 지점(510)의 2008년부터 2013년까지의 년도별 1분 단위 강우자료를 요청하여 획득하였다. 획득한 자료의 연도별 기간은 다음의 Table 8과 같다.
Rainfall data obtained from Korea Meteorological Administration
조사된 기간 중 대상유역에 침수피해가 발생했던 연도는 2010년, 2011년이었다. 대림어린이공원 빗물저류조의 경우 2009년 설치되었고 침수피해는 그 이후에 발생하였으므로 2010년, 2011년 강우자료를 적용하여 운영을 검토하였다. 현재 대림어린이공원 빗물저류조의 경우, 방류펌프는 빗물저류조의 내수위가 2.33 m 이상일 때 작동하거나 강우종료 후 2시간 이내에 저류량을 전량 방류하는 방식으로 운영되고 있다.
3.5 강우-유출 모의
강우-유출 모의에 2010년, 2011년의 강우자료를 입력자료로 선택하고 모니터링 지점에서의 수위를 바탕으로 시나리오를 만들었다. 만들어진 시나리오 중 일부의 결과는 Fig. 10과 같다. 빗물저류조로 유입이 시작되고 모니터링 지점에서의 수위가 일정값 이하가 된다면 방류펌프를 가동하게 된다. 이러한 시나리오에 따라 각각 2010년, 2011년 강우를 모의하고 각 시나리오별 침수량 및 기존 운영에 따른 침수량을 통해 최종적인 침수저감량을 계산하였다.
Rainfall-depth-level in 2010 and 2011.
3.6 시나리오별 모의 결과
앞서 언급한 바와 같이 시나리오를 만들고 각 시나리오별 운영으로 2010년 강우를 입력하여 모의한 결과는 Table 9에 나타내었다. 결과를 살펴보면 기존의 운영대로 모의하여 나온 침수량은 5,336 m3이고 가장 적은 침수량이 나오는 시나리오는 모니터링 지점에서의 수위가 1.1 m부터 1.5 m이하일 때 펌프를 가동하는 것이다. 이 때의 침수량은 3,814 m3이고 침수저감량은 1,522 m3이다. 2010년 강우에 대한 침수저감률은 최대 28.52%이다.
Pump operating scenarios in 2010
2011년 강우를 입력하여 모의한 결과는 Table 10에 나타내었다. 결과를 살펴보면 기존의 운영대로 모의하여 나온 침수량은 678 m3이고 가장 적은 침수량이 나오는 시나리오는 모니터링 지점에서의 수위가 1.0 m 이하일 때 펌프를 가동하는 것이다. 이 때의 침수량은 564 m3이고 침수저감량은 114 m3이며 2011년 강우에 대한 침수저감률은 최대 16.81%이다.
Pump operating scenarios in 2011
4. 결론
본 연구에서 대림3 빗물펌프장 우수관거에 설치된 대림어린이공원 빗물저류조의 운영을 대상으로 하여 기존 빗물저류조 운영과 다른 새로운 빗물저류조의 운영을 제시하였다. 먼저 최초 월류 발생지점을 고려하여 여러 모니터링 후보지점들을 검토하고 이 지점들의 방류량에 따른 영향 및 유역 도달시간을 고려하여 최종 모니터링 지점을 선정하였다. 모니터링지점에서의 수위를 바탕으로 하여 펌프정지 수위를 설정하였다. 기상청으로부터 획득한 1분단위의 강우자료 중 침수이력이 있는 2010년 강우와 2011년 강우를 적용하여 펌프정지 수위에 따른 시나리오를 구성하였다.
각 시나리오별로 모의를 실시하고 펌프정지 수위에 따른 침수량과 침수저감량을 산출하였다. 침수저감효과는 2010년 최대 28.52%, 2011년은 최대 16.81%의 효율을 보였다. 이 결과는 실제 강우를 적용하여 본 연구에서 제시한 새로운 빗물저류조 운영방안이 효과적임을 나타낸다. 연속강우 중 우수관거의 상태를 고려하여 빗물저류조의 방류를 실시하는 것은 추가적인 저류공간을 확보하여 침수저감에 효과가 있음을 확인하였다.
추후 빗물저류조의 운영을 결정할 수 있는 정확한 펌프정지수위의 제안에 대한 연구가 이루어진다면 본 연구에서 제안한 빗물저류조 운영에 대한 연구에 대한 실무적용이 용이할 것이다. 만약 다른 유역에서 설치된 빗물저류조 방류펌프의 용량이 크다면 상, 하류로 미치는 영향이 커질 수 있다. 이 경우 면밀한 검토를 통해 상하류에 미치는 범위를 검토해야만 한다. 또한, 방류가 관거에 미치는 영향에 따라 펌프정지 수위의 재설정 및 모니터링 지점의 재검토가 필요하다.
현재 빗물저류조의 펌프는 배제시간을 고려한 펌프용량의 설계이다. 이러한 용량의 펌프를 바탕으로 한 빗물저류조의운영은 한계가 있다. 원하는 시간에 방류하고 저류하기 위해서는 유입부와 유출부에 대한 재검토가 필요하다. 빗물저류조의 설계에 따라 유입량은 달라지게 되고 이에 따라 배수펌프의 용량 또한 달라져야 한다. 빗물저류조의 펌프가 유입량을 고려하여 설계된다면 이에 따라 충분히 운영효과를 거둘 수 있을 것으로 예상된다.
뿐만 아니라 유입부에 설치된 월류턱은 유입량을 제어할 수 없으며 유동적인 빗물저류조의 운영을 막는다. 현재 설치된 월류턱 대신 수문을 설치한다면 우수관거의 상황에 따라 빗물저류조로의 유입량을 결정할 수 있다. 또한 빗물저류조의여유공간 확보를 위해 계속적으로 가동되던 펌프의 가동시간 또한 줄일 수 있어 침수저감과 운영비 절감을 동시에 노릴 수 있다.
감사의 글
본 연구는 국토교통부 물관리연구사업의 연구비지원(13AWMP-B066744-01)에 의해 수행되었습니다.
