지표 및 지하 배수시설에 대한 GIS 기반의 시공간적 지표수 모델링

Abstract

강우에 의해 발생하는 지표수는 강우량?지형?수리?현장상황 등에 따라 다양한 유형의 피해를 유발할 수 있다. 이러한 피해를 방지하기 위하여 도심지, 노천광산, 광미댐 등 다양한 현장에는 지상 배수로, 지하 수로터널 등과 같이 다양한 형태의 지표수 처리를 위한 배수시설이 설치되어 있으므로 처리과정 중에도 지표수의 복합적인 거동이 발생하기 때문에 최종 유출량만을 계산하는 것은 배수시설의 설계 시 큰 효과를 내지 못하는 한계가 있다. 배수시설 설계 시 지표수의 거동을 분석하기 위하여 적용할 수 있는 여러 가지 방법 중 지리정보시스템(geographic information systems, GIS)을 이용한 분석은 다양한 지역의 배수설계를 위한 지표수 모델링에 적합한 방법이라고 할 수 있다. GIS 기반의 지표수 모델링을 위한 알고리즘과 방법론이 개발되어 오면서 자연적인 지형구배와 지표 및 지하 배수시설물의 거동을 고려한 모델링을 수행할 수 있게 되었지만, 기존의 연구는 집중강우와 같이 시간에 따른 변동성이 큰 상황에서는 현장이 일시적으로 침수되었다가 복구되는 상황을 고려하지 못하고, 지표수가 지형에 따라 범람하거나 침수지역이 생성되는 현상을 구현하지 못하며, 배수시설의 시간당 용량을 구현하지 못하는 한계가 있었다. 이는 강우조건에 따라서 분석의 정확도를 감소시키는 원인이 될 수 있기에 본 연구에서는 이를 해결하기위하여 지표 및 지하 배수시설의 거동을 고려한 시계열 수문분석 알고리즘 통합 모듈을 설계하였다. 본 연구에서 제안하는 알고리즘은 다음과 같은 특징이 있다. : (1) 강우에 의해 발생한 지표수의 시간적?공간적 변동을 모사한다. (2) 노천광산과 같은 오목지형에서 지표수의 수위가 상승하고 지형에 따라 범람하는 현상을 구현한다. (3) 지표 및 지하에 설치된 배수시설물의 시간에 따른 거동을 고려한다. 이를 위한 알고리즘의 세부 설계를 서술하였으며, 견본 자료를 이용하여 개발된 알고리즘의 거동을 확인하였다. 또한, 이를 강원도 영월의 상동광산 신 광미댐 지역의 현장자료에 적용하여 시뮬레이션 결과를 분석하였으며 기존 연구 및 상용 GIS 소프트웨어와 결과 비교를 수행하였다. 제안된 알고리즘은 배수시설 추가 설계 시 효율적 측면과 경제적 측면을 고려하여 유입구와 유출구의 최적위치, 직경 등을 제시하는 의사결정에 이용할 수 있으며 다양한 상황에서의 지표수 모델링에 범용적으로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.