Journal of Korea Water Resources Association ISSN:2799-8746(Print) 2799-8754(Online) 한국수자원학회 논문집

본 연구에서는 부식깊이 산정식에 따른 상수도관망의 노후도를 분석하였다. 부식깊이 산정식의 경우 매설환경과 부식특성을 고려하여 선정하였으며 국내 상수도관망 상황에 더 중요하다고 판단된 내면 부식깊이를 고려한 연구를 진행하였다. 우선, 하나의 상수도관을 추적하여 매설경과년도에 따른 부식깊이를 측정한 Romanoff의 실측데이터와 국내 상수도설계기준을 사용하여 상수도관의 사용한계 기준을 임의의 수치인 0.2로 결정하였다. 이후 MCS (Monte Carlo Simulation)를 통해 부식깊이 산정식에 따라 결정된 노후지수를 모수로 사용하여 랜덤하게 난수를 발생시켜 상수도관의 매설 경과년도에 따른 누적피해도를 분석하였고, 전체 상수도관망의 노후도를 산정하여 비교 분석하였다. 분석결과, 상수도관망의 노후도는 부식깊이 산정식에 따라 큰 차이가 발생하는 것으로 확인되었고, 초기 부식깊이 보다 장기적인 부식깊이가 노후도에 더 중요한 영향을 미친다는 것을 확인할 수 있었다.

본 연구는 강우 패턴의 변화가 도심지 침수 및 배수 시스템 성능에 미치는 영향을 분석하고, 설계 강우의 지속기간과 패턴 변화에 따른 적합한 도심지 침수해석 방법을 제시하는 것을 목적으로 한다. 광주천 북부 도심지 영역을 대상으로 1차원 및 2차원 SWMM 모형을 결합하여 침수 모형을 구축하였으며, Huff 4분위 방법을 적용하여 분위별 지속기간 1~24시간, 재현 기간 5~500년의 설계 강우를 생성하였다. 침수해석 결과, 지속기간 3시간 이하의 단기 강우에서는 첨두 강우의 발생 지연에 따라 총 침수 면적이 증가하였고, 6시간 이상의 장기 강우에서는 1분위 강우에서 가장 큰 침수 면적이 발생하였다. 또한, 배수 시스템의 성능 분석결과, Number of Surcharged Pipes (NSP)와 Length of Surcharged Pipes (LSP)는 첨두 강우의 발생 시점에 따라 시간적 변화를 보였으나, 총 침수 면적과는 낮은 상관관계를 보였다. Hazard Rating (HR)을 기반으로 위험 면적을 분석한 결과, 단기 강우에서는 첨두 강우의 발생 지연에 따라 침수 위험 면적이 증가하는 경향이 나타났으며, Low와 Significant 단계의 위험 면적은 단기 강우에서 높게 나타났다. 본 연구에서는 도심지 침수해석 시 강우 패턴의 영향을 확인하였고, 분석 목적에 따라 적합한 설계 강우의 지속기간 및 패턴을 제안하였다.

본 연구에서는 영산강·섬진강 수계 수변식생의 2018~2030년 온실가스 흡수 잠재량과 온실가스 감축비용을 추정하였다. 수변구역 경계를 임상도에 중첩한 결과, 수변구역 내 임목지는 30~50년생 수목으로 구성되었으며, 수종 및 임령별 면적에 따른 2018년 온실가스 흡수량은 약 155,180 tCO₂/yr로 산정되었다. 그러나, 현재 식재된 수목의 임령이 증가함에 따라 2030년에는 흡수량이 12.8% 감소할 것으로 예측되었다. 다양한 식재 시나리오를 기반으로 수변생태벨트조성사업의 온실가스 흡수량과 감축비용을 평가한 결과, 현재와 같은 혼효림 식재 방식은 6,643 tCO₂의 온실가스가 산정 기간 동안 흡수 가능한 것으로 나타난 반면, 10년생 상수리나무를 식재하는 경우 흡수량은 8,359 tCO₂로 기존 대비 25.8% 증가하였다. 40년생 상수리나무를 식재하는 경우, 온실가스 흡수량은 22,087 tCO₂로 증가하여 현재 수변구역 내 수목의 임령 증가에 따른 미래 흡수량 감소치를 상쇄할 수 있었다. 비용 측면에서 40년생 상수리나무 식재는 사업비가 약 2배 이상 증가했으나, 모든 식재 시나리오 중 가장 높은 비용 대비 흡수 효율을 보이며 13.4백만 원/tCO₂의 온실가스 감축비용이 산정되었다. 이는 태양광, 풍력 등 다른 감축수단과 비교했을 때 최소 약 2배 높은 수준이나, 수변식생이 비점오염원 저감, 토양 침식 방지, 홍수 조절, 생물다양성 확보 등 다양한 공편익을 제공함을 고려할 때 감축비용은 감소할 것으로 판단된다.

팔당호는 남한강, 북한강, 경안천의 유입으로 형성된 인공호로, 담수화 이후 사행하천 형상을 유지하면서 홍수기와 갈수기에 따라 하천형 및 호소형 흐름 특성을 나타낸다. 본 연구는 소내섬 인근 만곡부에서의 흐름 특성을 중심으로, 홍수기와 평수기 유황 조건에서의 유속 분포 및 이차류 순환구조를 분석하였다. 이를 위해 ADCP와 DGPS를 결합한 이동식 횡단 측정을 실시하였으며, VMS와 ArcGIS Pro를 활용해 유속 및 이차류 데이터를 시각화하고 공간보간을 수행하였다. 분석 결과, 홍수기에는 남한강에서 기원한 강한 유속이 만곡부를 따라 단일 순환형(Main Cell)의 대규모 이차류를 형성하며, 이는 하상 침식을 유발하는 원인으로 작용하였다. 반면, 평수기에는 저유속 환경에서 소규모 다중 순환 구조가 발현되며, 사수역이 발생하여 퇴적이 우세한 양상을 보였다. 이러한 결과는 만곡부 유속장 및 이차류 구조가 홍수기와 평수기 유황 조건에 따라 크게 달라짐을 시사하며, 팔당호 유역 내 수리‧지형적 특성 변화를 제시한다.

설계강우량의 시간분포는 수공구조물 설계의 핵심 요소로, 기존 6차 다항 회귀식은 강우 역전현상과 시간 100%에서 무차원 강우량 미달 등 실무적 한계를 드러내고 있다. 이를 해결하기 위해 본 연구에서는 무차원 누가지속기간 100% 이후에 강우량이 0 mm인 100%를 초과하는 지속기간을 추가하는 새로운 방법을 적용한 단조 다항 회귀분석과 수정 성장형 로지스틱 회귀분석 및 3차 스플라인 기법을 활용하여 Huff 누가강우백분율의 회귀식을 산정하고 이를 우량 주상도로 시각화했다. 각 회귀분석 방법별로 산정한 회귀식을 이용하여 설계강우량을 시간분포한 결과 총 강우량이 모두 100% 만족하는 것으로 나타났다. 통계량은 단조 다항식의 경우 결정계수 평균 99.87%와 MAPE 평균 9.69%로 우수한 통계적 성능과 높은 실무 적합성을 보였으며, 수정 성장형 로지스틱은 결정계수 평균과 MAPE 평균이 99.72%와 13.93%로 분석되면서 간결한 회귀식과 이상적인 주상도를 제공했다. 3차 스플라인은 결정계수 100.0%, MAPE 0.00%로 통계적으로 완벽했으나, 구간별 개별 회귀식 필요로 인해 실무 적용에서 복잡성이 높게 평가됐다. 본 연구는 기존 다항 회귀분석의 한계를 극복할 대안으로 세 가지 회귀 기법의 유효성을 입증했으며, 강우 시간분포 산정의 정확성과 실무 활용성을 높이는 새로운 대안을 제시했다.

설계홍수량은 일반적으로 수위-유량 관측소에서 기록된 자료를 활용하여 직접 홍수빈도해석을 수행하는 것이 가장 정확하다. 그러나 국내에서는 물리적, 재정적 여건상 주요 지점에서만 수위-유량 관측소가 운영되고 있어, 미계측 유역에서는 강우-유출 모형을 통해 간접적으로 설계홍수량을 추정하는 방법이 사용된다. 하지만 이러한 간접 추정 방식은 홍수빈도해석을 통해 얻어진 설계홍수량과 차이가 발생하는 단점이 있다. 이는 설계강우량의 빈도와 설계홍수량의 빈도가 동일하다는 가정과 함께 평활화된 강우 시간분포 등에서 비롯된 것으로, 이로 인해 설계 강우 빈도와 설계 홍수 빈도 간의 불일치가 발생한다. 이에 본 연구에서는 우리나라에서 일반적으로 사용되는 Huff 분포 산정 결과가 과소 추정되는 문제를 지적하고, 이를 보완할 수 있는 설계강우량 우량주상도의 산정 방법을 제시하였다. 제시된 방법은 기존 Blocking 방법과 유사하지만, 통계적 기법을 활용해 설계강우량의 빈도를 보장하면서 다양한 강우 패턴에 적용 가능한 우량주상도를 산정할 수 있는 개선된 Blocking 모형을 제시하였다. 그 결과 Huff 분포에서 제기된 단점이 보완 가능하였으며, 직접빈도해석과 유사한 결과 도출할 수 있는 가능성을 확인하여 실무에 활용이 가능할 것으로 판단된다.