국내 최초 대심도 지하저류배수터널 모니터링을 위한
도시유출모형 구축 및 운영 매뉴얼 개선(안) 제시
서울시, 상습적이고 피해 수준 높은 저지대 침수취약지역의 집중관리를 위한 대규모 터널형 빗물저류배수시설 도입
• 서울시는 국내 최초로 도시침수를 예방하기 위해 신월 빗물 저류배수시설(저류용량 32만톤 규모)을 구축하였으며, 기후변화에 따른 폭우발생 및 홍수피해 위험이 증가하는 상황에서 상습침수구역인 강서‧양천구 일대 침수해소가 가능할 것으로 기대
• 국내에서는 아직 지하대심도 터널과 관련된 설치․운영사례가 없으므로 안정적인 시설운영을 위해서는 해외 사례 등을 참고로 하여 시사점을 도출하였고, 지속적인 모니터링을 통한 안정적인 시설 운영방안을 구축해 나갈 필요가 있음
• 미국, 유럽, 일본 등을 중심으로 대심도 저류배수 터널 구축․운영 사례를 조사한 결과 상습침수구역 해소 및 수질개선 등을 목적으로 지하공간을 활용한 저류공동 또는 대심도 저류터널 설치가 활발히 이루어지고 있었으며, 도심지의 침수피해 저감 목적과 더불어 다양한 기능들이 수행되고 있음을 확인함
• 특히, 일본의 경우 국내 도심지 여건과 유사한 조건에서 대심도 저류배수터널이 설치․운영되고 있으며, 시설물 관리를 위하여 관측기반의 모니터링 정보와 모델 기반의 시뮬레이션 정보를 이용하여 침수피해 저감 및 의사결정 자료로 활용하고 있음
수직구별 유입 수문량 예측 및 터널 저류용량 모의를 위한 XP-SWMM 기반 도시유출모형 구축
• 신월 빗물저류시설의 안정적인 운영을 위하여 실시설계 당시 개발된 도시유츨모형을 개선하여 XP-SWMM기반 하수관로(지선관로 11,514개, 간선관거 1,853개), 빗물펌프장, 치수시설물과 유역정보(토지이용, 토양도) 등을 최신화하였고, 최근 강우 패턴 적용에 따른 관로수위, 터널 유입량 및 저류량의 검증을 완료하였음
• 도시유출모형 검증에 대해서는 실측수위를 목적함수로 소유역 침투인자, 우수관로 조도계수 등의 조정을 수행하였음. 모형결과의 검증을 위해 상관계수, RMSE, MAE, NSE으로 통계분석을 실시한 결과, 2020년 8월 호우사상에서 상관계수 0.79~0.98, RMSE는 0.20~0.24로 나타나 높은 상관성을 보이는 것으로 확인됨
• 2020년 8월 3일, 8월 11일 집중 호후사상에 대하여 저류배수시설 운영(3차례) 사례를 바탕으로 터널 저류용량 모의를 실시한 결과, 관측 저류량과의 오차범위가 10%이내로 나타나 정확도를 확보한 것으로 분석되나, 향후 보다 다양한 호우사상에 따른 시설운영 자료 수집 및 수직구별 수위-유량계측 자료 확보를 통한 지속적인 성능개선 필요
• 본 연구에서는 개선된 도시유출모형 구축 및 검증으로 연구결과를 제시하였으나 다양한 강우패턴에 따라 달라지는 물리적 모형의 한계를 극복할 필요가 있음. 따라서 향후 홍수기 지속적 시설운영 및 모니터링자료를 기반으로 모형의 정확도를 높이며, 지속적 검증 및 개선 연구가 수행되어야 함
터널 수직구별 고정확도의 유입량 계측장치를 설치하고, 유도수문 및 횡월류 수문의 자동제어 장치 오류시 대처방안도 마련되어야...
• 강우시 하수관로 수위의 여유 정도를 감안하여 한계수위 등의 선정 및 수문작동시간을 고려하는 기준수위의 선정 및 운영안 마련도 지속적으로 검토되어야함. 시설의 운영시에는 치수안전성이 최우선으로 고려되어야 하며, 시설의 운영은 유출모형과 실제 강우발생에 따른 각종 자료의 수집 및 모니터링을 통해서 지속적인 개선이 이루어져야함. 또한, 지속적인 관측자료의 수집․분석 및 모니터링 결과를 토대로 기준수위의 보정 및 저류용량 검토, 펌프가동수위 등에 대한 운영안의 재정립이 필요함
• 효과적이고 효율적인 운영 매뉴얼 작성을 위해서는 수리실험과 모형해석 결과와 더불어 시범운영에서 획득된 관측자료를 통한 검증이 필수적임. 현재 신월 빗물저류 배수시설에 설치된 수위계를 포함하여 유입 수직구별 고정확도의 유입량 계측을 위한 수리량 계측기의 추가적인 설치가 필요함
• 신월 빗물 저류 배수시설은 하수관로내의 우수를 터널내로 유도하기 횡월류수문과 유도수문을 조작해야 함. 전자식 구동방식을 채택하여 수문을 조작할 수 있어 효율적이고 탄력적인 운영이 가능하나 조작 오류 및 조작 불능시 대처방안이 수립되어 있지 않은 것으로 파악됨. 따라서 향후 수문 조작 오류에 따른 비상상황 발생시 대처방안에 대한 기준마련이 필요함
신월 빗물저류배수시설의 안정적인 운영을 위한 운영 매뉴얼 개선(안) 도출
• 신월 빗물저류배수시설이 위치한 상류 유역은 산지부 급경사의 지형적 영향과 높은 불투수율 특성을 보이기 때문에 강우발생에 따른 수위증가가 예상됨. 따라서, 돌발성 강우에 의한 홍수량과 하수관로 수위증가 현상을 사전에 대비하기 위해서는 강우예측자료의 활용 및 도시유출 모형을 연계한 홍수 예측 등 선제적 대응방안 마련에 대한 노력이 필요함
• 신월 빗물저류배수시설로의 우수유입은 수직구별 하수관로 유도수문 폐쇄와, 횡월류수문 개방을 통하여 이루어지게 되며, 현행 기준에서 저지수직구1은 하수관로 수위 50%, 저지수직구2와 고지수직구는 하수관로 수위 50~70% 기준에서 시설이 운영되나, 수문작동시간(유도수문을 차단하고 횡월류 수문을 개방하는데 걸리는 시간)이 약 3~5분 소요되어 이를 고려한 시설 운영계획 수립이 필요함
• 본 연구에서는 효율적인 시설운영과 침수피해 예방을 위한 선제적 대응을 위하여 운영매뉴얼을 개선(현행 기준수위 10% 하향)하였고, 하수관로 수위구간 단계별(관심, 주의, 경계, 심각) 행동요령을 제시하였음
• 기후변화에 따른 국지성 강우 발생 등 기상예보의 불확실성을 고려하는 경우 하수관로 수위만을 반영한 운영안 마련의 타당성에 대한 검토가 필요함. 또한, 갑작스러운 국지성 집중 호우가 발생하는 경우, 현 상태의 매뉴얼 단계보다 단순화된 운영조건 마련을 통해서 유역 차원의 치수안전성 확보 마련이 필요함
터널 내 잔류수 배제 시 서남 물재생센터와 연계한 계획수립 및 법률에 근거한 빗물 저류수 처리방안 마련되어야...
• 터널 내부는 지하유출수가 상시 유입되는 구조임. 따라서 우기시(5.15~10.15, 5개월)와 비우기시(10.16~5.14, 7개월)로 기간을 구분하여 지하수배제, 잔류수(빗물유입) 배제, CSOs 배제(터널내 비저류), 지하수 재활용에 관한 계획을 수립하였음
• 그러나, 터널내 유입되는 유출지하수는 「지하수법」제9조의2제1항에 따라 지하수 유출 감소대책과 유출지하수 이용계획 수립 대상 유무를 파악하여 처리가 필요하며, 잔류수를 서남물재생센터로 배제시킬 경우 하수도 요금이 발생하는 등 장기적으로 시설 운영에 부담이 되는 사항임
• 앞서 조사된 일본 사례의 경우 하천수 저류와 하수관로내 우수의 저류 모두 일시 저장 후 강우가 종료하면 하천으로 배수시킬 수 있도록 운영계획을 수립하였으며, 이는 초기 우수 저류나 CSOs저류 계획이 반영되지 않음으로 인해 저류수를 하천으로 직접방류하여 처리가 상대적으로 간단함. 따라서, 저류수의 수처리에 따른 이득과, 처리시간, 처리비용, 연계운영의 복잡성을 종합적으로 고려한 운영계획 수립이 필요함
• 신월 빗물 저류 배수시설의 경우 초기우수 저류, CSOs 저류, 지하수 저류, 빗물 저류 등 다양한 기능을 수행할 수 있도록 설계되어 터널 내 저류된 저류수의 법적 성격이 모호함. 따라서 터널 내 잔류수 배제 및 수처리를 위한 법률적 근거 마련이 시급함
• 잔류수(빗물) 배제시 서남물재생센터의 용량을 고려한 협업체계 마련 필요하며, 터널에서의 이송용량과 서남물재생센터의 처리 여유용량을 감안하여 유기적인 잔류수 배제계획 수립이 필요함. 또한, 안양천으로 직접 방류시 서울시 유출지하수 활용수질 권고기준에 부합되어야 하며, 유출지하수 이용계획 수립 등 장기적인 대책 마련이 시급함
서울형 대심도 저류배수터널 인프라 구축 및 도시침수 해소를 통한 시민 만족도 제고
• 신월 빗물 저류 배수시설은 도시침수 예방 기능뿐만 아니라 초기 우수 저류를 통한 수질개선과 탄력적 운영을 통한 운영이 효율화를 도모할 수 있도록 운영방식이 결정되었으나 검토 결과 다소 복잡한 운영방식으로 인해 유도수문, 횡월류수문 및 배수펌프의 조작 실패가 발생할 경우에 대비할 필요가 있음
• 시설 구축시 기본설계에서 실시설계 단계에 이르기까지 다양한 수리․수문 검토 및 수리모형실험 등을 거쳐 방재성능목표 강우(30년 빈도, 100㎜/1hr)에 대응 가능함을 확인하였으나, 아직 관련 시설물에 대한 국내운영사례가 없고, 수리모형실험결과 터널 내 잔류량에 따라 복잡한 수리 현상이 발견됨에 따라, 이를 고려한 안정적인 운영계획 수립이 필요한 실정임
• 수직구별 상세운영계획은 수치 해석모형(XP-SWMM)을 기반으로 설정한 것으로 실제 강우발생 시 시설운영을 정밀하게 재현하는 데는 한계가 있음. 따라서, 추후 저류배수시설의 지속적인 운영모니터링을 통해 치수안전성과 유지관리성이 최적화된 운영계획 마련이 필요
• 또한 시설물 설치 후에 기후변화에 따른 태풍과 집중호우 등 다양한 강우 이벤트가 발생할 가능성이 크며, 이에 따른 여러 가지 운영변수들이 존재할 수 있으므로 지속적인 모니터링과 운영 효율성 증대를 위한 노력은 필수적이며, 이를 전담할 수 있는 기관 및 연구조직을 바탕으로 시설운영의 신뢰도를 높여 나갈 것을 제안함
• 향후 서울시가 이러한 구조물적 침수방어 대책을 상습침수지역 및 수재해 위험지역에 확대해 나간다면, 침수피해로부터 보다 안전한 도시를 구축하는데 도움이 될 것임