강우의 불균일성과 저류지의 연결상태에 따른 집중형 저류지와 분산형 저류지의 홍수저감 효과 비교

Abstract

분산형 저류시설이란 내수침수와 외수침수 피해를 모두 예방하는 유역의 종합적인 활용을 통한 차세대 도시홍수 방어대책을 의미한다. 이는 유역 출구의 단일목적의 집중형 저류지를 설치하는 것이 아니라 유역 내에 학교, 공원 등의 공공시설 등에 유역의 강우를 일시적으로 저류시킬 수 있는 저류지를 설치하는 것이다. 그러나 분산형 저류지가 가진 많은 장점에도 불구하고 분산형 저류지에 홍수조절 특성에 관한 많은 연구는 이제 시작하는 단계이기에 분산형 저류지의 실질적인 적용을 위하여 분산형 저류지의 홍수저감 효과에 관한 증명이 단계적으로 진행되어야 한다. 따라서 분산형 저류지와 집중형 저류지 설치에 따른 홍수저감 효과의 차이를 분석하고, 분산형 저류지의 수와 홍수저감 효과에 관한 정량적인 연구 결과를 비교 제시할 수 있는 연구가 진행될 필요가 있다. 따라서, 본 연구는 저류지를 분산하여 설치한 경우와 집중형으로 설치한 경우의 홍수조절 효과를 비교하였다. 홍수저감 효과를 분석하기 위하여 저류지의 종류를 지체저류지와 보유저류지로 구분하였으며 각각에 대하여 분산형 저류지와 집중형 저류지의 홍수저감 효과를 비교 분석하였다. 분산형으로 설치된 지체저류지의 홍수조절 특징은 여러 개의 지체저류지가 구성하는 연결상태에 따라 홍수조절 효과가 크게 변동하는 것이다. 본 연구에서는 지체저류지의 연결상태를 직렬연결 상태와 병렬연결 상태로 나누고 분산형으로 설치된 저류지의 수가 증가함에 따른 홍수저감 효과의 변화를 모의하였다. 지체저류지의 홍수조절 효과를 모의하기 위하여 계획모형과 저류함수가 사용되었으며, 무차원 수문곡선을 사용하여 다양한 유역형상과 강우의 변동성을 고려하였다. 그 결과 홍수저감 측면에서 집중형 지체저류지를 하도외 방식으로 설치할 경우 효율이 가장 좋은 것으로 나타났다. 보유저류지는 지체저류지와 달리 강우가 발생하면 그 유역에서 발생한 모든 유출량을 침투를 통하여 처리하게 된다. 보유저류지의 홍수조절 능력은 저류지가 설치된 유역에서 발생하는 총 유출량과 높은 상관관계를 가지고 있다. 따라서 강우의 공간적 분포는 보유저류지의 홍수조절 효과를 결정하는 주요소이다. 본 연구에서는 강우의 공간적 불균일을 고려하여 분산형 보유저류지와 집중형 보유저류지의 홍수저감 효과를 비교하였다. 연구에서 공간의존성과 공간이질성 지표를 사용하여 몬테카를로 시뮬레이션과 촐레스키 분해를 통해 공간적 불균일을 가지는 강우시나리오를 생성하였다. 강우가 공간적으로 균일할 경우에는 보유저류지를 분산형으로 설치하여도 집중형 보유저류지와 비교하여 홍수저감 효과의 차이가 없었지만, 강우가 공간적으로 불균일할 경우에는 집중형 보유저류지와 비교하여 분산형 보유저류지의 홍수저감 효과가 감소하였다. 또한, 강우가 공간적으로 뷸군일할수록 보유저류지의 홍수저감 효과는 감소하였으며, 불균일의 정도가 같더라도 보유저류지의 수가 늘어날수록 홍수저감 효과가 감소하였다. 본 연구방법은 아직까지 국내에 혼동되어 사용되고 있었던 보유저류지와 지체저류지의 개념을 구분하여 연구를 진행하였다. 또한 본 연구에서는 각각의 저류지의 특징에 따라 홍수저감 효과에 영향을 미치는 핵심요소를 분석하고 이를 적용하여 연구분석을 수행하였다는 점에서 의의를 찾을 수 있다. 본 연구는 추후 보유저류지의 홍수조절 효과를 평가하거나 저류지를 활용한 수자원관리와 계획수립에 적용할 수 있을 것이다.