SWMM과 HYDRUS-1D 모형의 옥상녹화 유출수 모의 성능 비교 = Comparison of SWMM and HYDRUS-1D models for green roof runoff simulation

국문 초록 (Abstract)

도시화로 인한 빗물 유출수의 저감을 위한 방법으로 개발 이전의 물 순환 상태를 최대한 유지할 수 있도록 해주는 저영향개발(Low Impact Development; LID) 기법이 제시 되었다. 저영향개발 기법 중 하나인 옥상녹화는 도심부에 녹지공간을 조성함으로써 직접유출량 및 첨두유량의 감소 효과를 얻을 수 있다. 이러한 이점으로 국내외적으로 옥상녹화 적용에 관심이 증대되고 있으며 설치에 따른 수문·수질 변화 모니터링 연구와 유출 저감 효율을 예측·평가하기 위한 모델링 연구 역시 많이 수행되어져 왔다. 옥상녹화 모델링은 설치에 따른 수문 거동을 미리 파악하여 효율적인 설계를 가능하게 할 수 있다. 옥상녹화 유출수 모의에 많이 사용되는 모형으로 SWMM과 HYDRUS-1D 모형이 있는데, 지금까지 개별 모형에 대한 모의 성능 평가는 보고된 바 있으나 두 모형의 상대적인 모의성능을 실제 강우이벤트에 대해 비교 분석한 사례는 전무하다. 본 연구에서는 SWMM과 HYDRUS-1D 모형을 이용하여 옥상녹화 시설의 유출 수량 예측 및 비교를 통해 상대적인 모의 적용성 평가를 수행하고자 하였다. 이를 위해 먼저 International Stormwater BMP Database 자료를 검토하여 모의 대상 지점을 선정하고 기초 자료를 수집하였다. 수집된 자료를 토대로 SWMM과 HYDRUS-1D 모형을 이용해 옥상녹화 모델을 구축하고 유출용적 모의에 있어 최적의 목적함수 값(모의성능치)을 나타내는 매개변수 값들을 구하기 위해 검보정을 수행하였다. 본 연구에서는 최적화기법 중 하나인 Harmony Search Algorithm을 이용하였으며 이의 구현을 위해 MATLAB 프로그램을 활용하였다. 적용성 평가의 목적함수는 수문과 수질모형의 평가지표로써 널리 사용되고 있는 Nash-Sutcliffe model Efficiency coefficient(NSE) 값을 이용하였다. SWMM 모형의 유출용적 검정 모의 결과 계산된 NSE 값은 0.93으로 평가 기준상 “Very Good”의 통계치를 나타내었고, 검증 결과는 NSE 값이 0.71로 평가 기준상 “Good”의 통계치를 나타냈다. 한편 HYDRUS-1D 모형의 유출용적 검정 모의 결과 계산된 NSE 값은 0.86로 평가 기준상 “Very Good”의 통계치를 나타내었고, 검증 결과는 NSE 값이 0.59으로 평가 기준상 “Satisfactory”의 통계치를 나타냈다. 유출용적 검보정 결과에 있어 SWMM 모형이 HYDRUS-1D 모형보다 더 나은 모의결과를 나타내었지만, 전반적으로 두 모형의 옥상녹화 유출용적 모의가 모두 적절히 이루어졌음을 알 수 있었다.