SWMM과 HEC-RAS 모형을 이용한 해안 도시 홍수예경보 시스템 구축 = The Study on the Development of Urban Flood Prediction and Warning system at Coastal Area Based on SWMM and HEC-RAS Models

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 해안 도시 하천의 범람으로 인한 홍수 재해 발생시 예상될 수 있는 피해에 대해 적절한 홍수예경보 및 피난대책을 수립하고자 대표적인 해안 도시 하천의 특성을 가지는 부산시 온천천 유역을 대상으로 수치지도에서 각종 지형자료를 추출하였고 수문 GIS 자료를 구축하였다. 모형 구축시 유역 분할은 강우시 월류수(Combined Sewer Overflow, CSO)의 모니터링 및 저감대책 수립을 위해 수영하수처리장 처리구역내 처리분구를 이용하여 5개의 소유역으로 분할하였다. 강우 분석은 강우의 공간적 특성을 대상 유역인 온천천에 티센망을 이용하여 고려하였으며 강우의 시간적 분포는 Huff의 2분위, 6차 회귀다항식을 이용하여 분석하였다. 홍수예경보 발령 기준을 설정하기 위하여 선정지점 세 곳을 선택하여 한계 수심을 선정하였다. 그리고, 하천 수리 분석을 위한 한계유출량 산정을 위해 HEC-RAS 모형을 이용 조위의 영향을 고려하여 홍수위 및 한계유출량을 산정하였고 도시 돌발 홍수 기준 우량 산정을 위해 PCSWMM 2002를 이용하여 수문 분석을 실시하였다. SWMM 모형의 강우 모듈(RAIN block)과 기상 모듈(TEMPERATURE block)에 입력될 강우 자료는 지속 시간별로 Huff 분포된 강우값을 이용하였으며, 증발자료는 1971~2000년까지의 월평년값을 사용하여 모형화를 수행하였다. 그 결과 온천천 유역의 홍수예경보 시스템과 이에 따른 홍수예경보 발령흐름도, 운영체계가 결정되었고 홍수예경보 발령 기준이 설정되었다. 본 연구를 통해 SWMM, HEC-RAS, ArcView GIS 모형을 연계하여 대상유역과 하도에 적용 통합적인 모의 기법을 제시하였으며 해안 도시 하천에서의 홍수 재해 발생시 이에 대한 대비책을 마련하게 되었다. 해안 도시의 홍수 관리는 도시 우수 시스템, 하천, 해안 특성이 복합된 문제이다. 현재 해안 도시 지역의 홍수예경보 시스템 구축 실적이 전무한 실정임을 볼 때 현실적으로 실용화 할 수 있는 시스템 개발을 해내는 것이 무엇보다도 시급하고 중요한 문제이다. 앞으로 더욱 심도있게 연구하여 주요 하천에 대한 홍수예경보 시스템 구축이 절실히 요구된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, coastal urban flood prediction and warning system using HEC-RAS and SWMM were investigated to evaluate the watershed of which On-Cheon river in Busan has the characteristics of coastal area caused by flooding of coastal urban areas. The basis of this study is the selection of various geological data from the numerical map that is the watershed of On-Cheon river and computation of hydrologic GIS data. For modeling, there are 5 sub-watersheds where are treatment sections in the area of Suyoung waste water treatment plant to monitor of combined sewer overflow (CSO) and estimate the plan of reducing it. Thiessen method was used for analyzing of rainfall on the On-Cheon river and 6th regression equation, which is Huff's Type Ⅱ was time-distribution of rainfall. To evaluate the deployment of flood prediction and warning system, critical depth was used on the 3 selected areas. To find the critical flow for hydraulic analysis of river, HEC-RAS was used and flood depth and critical flow was considered with the effect of tidal water level. Rainfall data that are used for rain block and temperature block of SWMM model were used of conservative time variables distributed rainfall by Huff equation and the average monthly evaporation data were selected on the duration between 1971 and 2000 for modeling. Consequently, not only were the criteria of coastal urban flood prediction and warning system decided on the watershed of On-Cheon river, but also the deployment flow charts of flood prediction and warning system and operation system was evaluated. This study indicates the criteria of flood prediction and warning system on the coastal areas and modeling methods with application of ArcView GIS, HEC-RAS and SWMM on the basin. The management of the coastal areas is considered with the urban rainfall system, river and coastal characteristics. Recently, there are few of the application of coastal urban flood prediction and warning system; it is very important to evaluate the system for using to coastal areas. For the future, flood prediction and warning system should be considered and developed to various basin cases to reduce natural flood disasters in coastal urban area.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• 제 1 장 서론 = 1
• 1.1 연구배경 = 1
• 1.2 연구목적 = 2
• 1.3 연구동향 = 2
• 제 2 장 홍수예경보 시스템 = 4
• 2.1 국내 홍수예경보 = 6
• 2.1.1 홍수예경보 역사 = 6
• 2.1.2 홍수예경보 시스템 조사 = 7
• 2.2 국외 홍수예경보 = 11
• 2.2.1 미국 홍수예경보 = 11
• 2.2.2 일본 홍수예경보 = 16
• 2.2.3 중국의 淮江(Huaihe) 유역 홍수예경보 = 20
• 2.2.4 홍콩의 Shek Kong 유역 홍수예경보 = 21
• 2.2.5 모로코의 Ouergha 유역 홍수예경보 = 21
• 2.3 해안 도시 홍수예경보 시스템의 구성 = 22
• 2.3.1 강우감지 장치 및 예측모형 = 23
• 2.3.2 유무선 통신수단 = 23
• 2.3.3 예경보 기준 및 주민의 대응 기준 = 24
• 제 3 장 홍수예경보 기법 조사 = 25
• 3.1 홍수예경보 개요 = 25
• 3.2 홍수예보 방법 = 26
• 3.2.1 기상법 = 26
• 3.2.2 수위법 = 27
• 3.2.3 강우-유출법 = 28
• 3.3 강우-유출 모형 조사 = 29
• 3.3.1 확정론적 모형(Deterministic model) = 30
• 3.3.2 추계학적 모형(Stochastic model) = 32
• 3.3.3 신경망 모형(Neural networks model) = 32
• 3.3.4 개략 모형(lumped model) = 34
• 3.3.5 분포형 모형(Distributed model) = 37
• 3.3.6 도시 홍수예측 모형 = 40
• 제 4 장 대상 유역에 대한 적용 = 44
• 4.1 대상 유역의 선정 = 44
• 4.2 온천천 = 44
• 4.2.1 유역의 일반현황 = 44
• 4.2.2 기상 및 수문현황 = 46
• 4.3 수문 GIS 구축 = 50
• 4.3.1 고도 및 경사도 분석 = 50
• 4.3.2 하천망도 구축 = 54
• 4.3.3 유역도 구축 = 56
• 4.3.4 토양도 구축 = 57
• 4.3.5 토지이용도 제작 = 61
• 4.4 유역 분할 = 63
• 4.5 유역 수리 모형 시스템 구축 = 65
• 4.5.1 이론적 배경 = 65
• 4.5.2 HEC-RAS 모형 구축 절차 = 70
• 4.6 유역 수문 모형 시스템 구축 = 71
• 4.6.1 이론적 배경 = 71
• 4.6.2 SWMM 모형 구축 절차 = 83
• 제 5 장 홍수량 산정 및 경보 발령 우량 산정 = 85
• 5.1 적용 방법 = 85
• 5.2 강우 분석 = 85
• 5.3 유출 분석 = 86
• 5.4 도시 돌발 홍수예경보 방안 구축 절차 = 87
• 5.4.1 도달시간 결정 = 88
• 5.4.2 한계 수심(H_(c)) 선정 = 90
• 5.4.3 한계 유출량(Q_(c)) 산정 = 91
• 5.4.4 도시 돌발 홍수 기준 우량 산정 = 94
• 5.4.5 경보 발령 기준 설정 = 102
• 제 6 장 예경보 시스템 적용 = 104
• 6.1 모니터링 시스템 설계 = 104
• 6.2 온천천 홍수예경보 시스템 = 105
• 6.3 예보 방법의 선정 = 105
• 6.4 홍수예경보 운영체계 = 106
• 6.5 홍수예보 및 경보 발령 기준 = 107
• 6.5.1 홍수예경보 발령 흐름도 = 107
• 6.5.2 홍수예경보 발령 기준 = 107
• 제 7 장 결론 = 109
• ◎ 참고문헌 ◎ = 111
• ABSTRACT = 113