도시침수 저감을 위한 최적 우수관망 설계 모형

Abstract

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 분산시키고 제어함을 목적으로 한다. 이것은 관망 구성에 따른 관거 내 흐름의 중첩효과를 제어함으로써 가능하며, 이러한 흐름의 제어를 통하여 설계기준을 초과하는 강우에 대해서 우수관망에서의 내수침수 발생은 저감될 수 있다. 본 연구에의 최적 우수관망 설계 모형(Optimal Sewer Layout Model, OSLM)은 내수침수 발생을 저감시키기 위해 흐름의 중첩효과를 고려하여 관거 내 흐름을 분산시키고 제어하기 위하여 개발되었다. 이 모형은 최적화를 위하여 유전자알고리즘(Genetic Algorithm, GA)를 이용하였으며, 수리학적 분석을 위하여 SWMM(Storm Water Management Model)을 연계하였다. 모형의 적용은 유역면적 44 ha의 서울시 하계 배수분구에 이루어졌으며, 현재의 우수관망 구성에 대하여 도출된 최적 우수관망에서는 지속기간 30분의 설계강우에 대하여 7.1%의 유출구 첨두유출량 감소와 20년 빈도의 지속기간 1시간 초과강우에 대하여 24.2%의 침수 발생량 저감 효과를 나타내었다. In the previous researches for storm sewer design, the flow path, pipe diameter and pipe slope were determined to minimize the construction cost. But in the sewer networks, the flows can be changed according to flow path. The current optimal sewer layout models have been focussed on satisfying the design inflow for sewer designs, whereas the models did not consider the occurrences of urban inundation from excessive rainfall events. However, in this research, the sewer networks are determined considering the superposition effect to reduce the inundation risk by controlling and distributing the inflows in sewer pipes. Then, urban inundation can be reduced for excessive rainfall events. An Optimal Sewer Layout Model (OSLM) was developed to control and distribute the inflows in sewer networks and reduce urban inundation. The OSLM uses GA (Genetic Algorithm) to solve the optimal problem for sewer network design and SWMM (Storm Water Management Model) to hydraulic analysis. This model was applied to Hagye basin with 44 ha. As the applied results, in the optimal sewer network, the peak outflow at outlet was reduced to 7.1% for the design rainfall event with 30 minutes rainfall duration versus that of current sewer network, and the inundation occurrence was reduced to 24.2% for the rainfall event with 20 years frequency and 1 hour duration.