"조삼토이조"의 두 판 사이의 차이

2018년 12월 5일 (수) 03:41 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 중랑천 하천범람방지 시스템 구축_저류조와 저류공원의 활용..

영문 : Construction of a River Flood Control System in Jungnangcheon _ Utilization of Low-Flowers and Low-Flow Parks..

과제 팀명

조삼토사

지도교수

문영일 교수님

개발기간

2018년 3월 ~ 2018년 6월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 조경학과 2012875016 양정모(팀장)

서울시립대학교 조경학과 2013875002 김동환

서울시립대학교 조경학과 2013875007 김주성

서울시립대학교 토목공학과 2015860046 문현민

서울시립대학교 토목공학과 2014860005 강한주

서울시립대학교 토목공학과 2015860046 왕연흠

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

내용

개발 과제의 배경

� 가. 중랑천의 하천범람으로 인한 피해

서울시의 하천은 고밀도 토지개발로 인해 우수지하침투 불가와 배수유역 확장으로 인한 하천으로의 우수방류가 늘어나면서 범람의 문제가 심각해지고 있다. 그 중에서도 중랑천은 가장 최근(2018.08.28. 월릉교 인근 중랑천 범람)에까지 하천범람이 일어났고, 매년 범람으로 인한 문제가 대두되고 있다. 이로 인해 동부간선도로가 폐쇄되고 인명피해가 발생하는 등의 피해가 발생했고, 이를 막기 위한 정확한 홍수위 파악 및 피해최소화 시설과 기술이 시급한 상황이다.

개발 과제의 목표 및 내용

나. 중랑천 하천범람을 막기 위한 목표 설정 및 설계방안

중랑천의 하천범람 방지를 위해 우선적으로 정확한 홍수위의 파악이 필요하다. 하천범람 시기를 예측하고 홍수위 때의 중랑천의 유량을 산정하여 범람을 방지해야 한다. 또한, 범람이 일어나지 않는 일상시의 활용도 고려하여 방지대책을 마련해야 한다. 이를 위해 2가지의 목표를 설정한다.

1. 평상시에는 사람들이 이용하는 오픈스페이스가 되고 홍수 시엔 유수지가 되는 저류공원 설계 2. 이 공원의 유수지와 연결되어 하천의 범람을 지연, 방지시켜주는 저류조 설치

이 목표를 수행하기 위한 설계방안을 아래와 같이 설정한다.

1. 하천을 따라서 띠 형태의 저류조를 설치하여 급격한 수위상승을 방지한다. 2. 하천 근처의 녹지를 습지로 만들어 일상 시에는 산책로 및 습지 관찰지로 이용한다. 3. 하천과 경부고속도로 사이의 녹지대에는 저류공원과 유수지를 만들어 하천 근처의 1차 방어막으로 홍수를 방지할 수 없을 때 2차 방어막 역할을 하도록 한다. 4. 부가적인 방지 대책으로 옥상녹화 등을 이용하여 하천으로 유입되는 우수방류량을 줄인다.

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

현제 중랑천 및 한강에서 범람을 위한 기술을 요약하면 다음 표와 같다. 각각의 방법에 따라 장점, 및 단점들이 있지만, 매년 피해사례들이 발생하고 있으며, 새로운 구조적, 비구조적 방법의 설립이 필요해 보인다.

가. 홍수방어 및 조절대책

구분 기술명 내용 구조적 대책 하천정비 및 하도 개수 하도증대, 굴착 저수지 홍수조절지, 유수지, 내수처리시설 제방 홍수벽, 슈퍼제방, 수제 홍수 조절용 댐 다목적댐 홍수로 정비 방수로, 첩수로, 신수로 비구조적 대책 댐, 저수지의 운영체제 개선 홍수예경보 : 홍수 예경보체제 설립 홍수터 관리 : 지역구분, 홍수위험도, 건축볍규 홍수보험 : 정부보상, 공사보험 홍수방지 : 내수시설 및 건축, 강우지역 변경 유역관리 및 토지이용 조정 : 개발조정, 투수지역확보, 유역침식방지 등

나. 관련기술들 장점 및 단점 1) 구조적 대책 (1) 댐, 홍수 조절지 - 장점 : 설치지점 하류 홍수량, 홍수위 저감 효과 확실, 홍수 방어량 조절가능 ,용수활용, 관광 자원화 - 단점 : 상류지역 침수위험 증가, 수몰지역 이주 및 보상, 유사퇴적, 수질 악화, 생태계 파괴

(2) 방수로 건설 -장점 : 확실한 홍수조절 효과를 기대할 수 있음. 지하방수로는 도심지 등에서 활용가치 있 음, 다목적 이용. -단점 : 방수로 위치 지역의 홍수위험 증가, 토지 보상 등 지역주민 반대, 생태계 영향 (3) 천변 저류지 계획 - 장점 : 홍수취역지점의 조절효과 큼, 구하도 복원, 농경지 습지 등의 다양한 활용가능 - 단점 : 저류수심과 저류랑을 늘리는데 한계가 있음

(4) 하천정비 및 개수 (제방정비) - 장점 : 인명피해, 위험 최소화, 비용저렴, 다른 대안과 연계 용이 - 단점 : 충분한 대응시간을 가진 유역에만 적용이 가능하며, 정확도가 떨어질 경우 주민

        신뢰 상실로 실효성 저하

1) 비구조적 대책 (1) 최적 저수지 운영 - 저수지 운영방안 : 해석 기법의 개선으로 홍수조절 효과 증대 - 단일 저수지 운영 또는 연계 운영 : 여러 댐이 하나의 시스템으로 구성된 북한강과 같은 수계는 개별 댐의 모의운영 기법 보다는 최적화 기법의 도입 필요

(2) 홍수 예·경보 시스템(→홍수경보 기준 별도 정리) -장점 : 인명피해, 위험 최소화, 비용저렴, 다른 대안과 연계가 용이 -단점 : 충분한 대응시간을 가진 유역에만 적용이 가능하며, 정확도 떨어질 경우 주민 신뢰 상실로 실효성 저하

(3) 도시홍수 대응 대책 - 홍수적응 : 홍수시 침수가 잦은 지대의 지역 주민이 사전이 인지하고 홍수 대비 - 택지의 이전 : 침수위험이 적고 안전성이 높은 장소로 택지(주거지)를 이전 - 건축물의 내수성 강화 : 택지의 승고나 주택의 필로티화, 수방판의 설치 등

(4) 재해정보 지도(홍수위험지도)의 제작

  - 과거의 기록 등을 이용하여 침수흔적도, 침수예상도 등을 작성하고 종합적인 대응계획까지 포함한 재해정보지도를 제작하여 지역 주민에게 공지

(5) 홍수보험 - 홍수 발생 시 피해 보상을 위한 재정적 대책 - 기존 재해보상 제도(성금 또는 국가의 보상) → 홍수 보험(홍수위험을 가진 정부,기업,개인)

(7) 유역관리 - 토지이용 규제 : 유역의 보수, 유수, 저수 기능을 증대, 홍수 및 토사유출 저감 - 논의 보전, 산림 육성, 지표 피복(식생), 도심의 경우 저영향 개발(LID, Low Impact Development)을 적극 도입하여 침투량을 증대시키고, 직접 유출량은 감소시키려는 노력 필요

개발과제의 기대효과

가. 저류공원 조성 시 기대효과 �

◇ 침수로 인한 인근주민들의 재산피해 예방 ◇ 범람 가능성 저하로 인한 하천주변 활용폭 증가 ◇ 저류공원 조성으로 인한 친환경적인 친수공간 조성, 생활체육 공간 마련 ◇ 식생대 조성을 통한 비점오염원 관리 및 미기후 조절 가능 ◇ 생태수로 조성을 통한 지하수위 조절 및 지하수원 보호

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

가. 일정

� 단계별 세부 설계(개발)내용 개발기간 (월단위) 비고

9 10 11 12 정보수집(피해구역 설정) v v

수리분석(GIS활용)

v

범람 최소화 방안 자료수집

v v

친환경적 하천주변 공간 방안 토론

v

최종선정 및 실현가능성 검토

v v

새로운 model 제시

v

구성원 및 추진체계

나. 구성원 및 추진체계

◇ 전국 여러 하천의 자료 수집을 지역별로 파트를 나누어 개개인에게 분업화 하여

  조사하며, 해외의 사례를 한명이 전담하여 조사한다.

◇ 조사된 자료를 통해 설계할 주요 하천 선정 및 문제점을 분석하고 토의를 걸쳐

  선정한 하천에 맞는 시스템 및 시설을 개개인이 조사한다.

◇ 토의를 통해 서로 조사한 내용 중 선정한 하천에 가장 적합한 구조물 결정 및 친환경화 방안 도출

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

번호 요 구 사 항 D or W 비고 1

현제 하천범람 방지 시스템과 다른 방법 제시

D

2

효율적으로 범람방지 가능한 복합 구조물

D

3

기존 기술들을 최대로 활용할 수 있는 연계 가능성 실현

D

4

국내 기존 기술들을 고려한 최적의 설계 규격 제시

D

개념설계안

번호 요 구 사 항 D or W 비고 1

현제 하천범람 방지 시스템과 다른 방법 제시

D

2

효율적으로 범람방지 가능한 복합 구조물

D

3

기존 기술들을 최대로 활용할 수 있는 연계 가능성 실현

D

4

국내 기존 기술들을 고려한 최적의 설계 규격 제시

D

이론적 계산 및 시뮬레이션

가. 대상지 소개 : 중랑천 월릉교 인근 수림대공원

나. 대상지 분석 : 중랑천 월릉교 인근 수림대공원

�

  대상지인 수림대공원 주변 500m 
 내로 많은 주거지가 있음을 확인할 
 수 있다. 또한 옆으로 동부간선도로
 가 지나고 있다. 월릉교는 노원구, 
 성북구, 중랑구 세 구가 만나는 지
 점으로 교통량이 매우 많다. 따라서
 동부간선도로가 침수되면 북부간선
 도로나 마들로는 물론, 평행하게 달
 리는 동일로도 동부간선도로의 교통
 량을 모두 흡수하면서 교통정체가 
 발생한다.

다. 개발 과제의 목적 � � . 홍수위 산정 과정 �

6.개념설계 - 대안책

가. 저류지 공원
Slow – Spread – Soak 세 단계로 빗물 유출량 저감시키고 폭우로 인한 하천수위 상승 시 저 류조 또는 유수지로 물을 유입하여 본류의 수량을 감소시킨다. 이는 저류지 공원의 호수가 되고 빗물정원이 되고 물길이 되어 흐른다. 비가 그치면 본류 수위가 낮아지고 유수지에 모인 물이 여 과기를 거쳐 정화되어 본류로 방출된다.

�

빗물 유출량 저감 대책 3단계 1단계 Slow : 빗물이 외부로 단시간에 유출되지 않고, 식생수로, 식생여과대 등을 활용하여 장시 간 빗물이 머무르도록 한다.

2단계 Spread : 저류조나 유수지를 조성하고 빗물정원, 옥상녹화 등을 통해 빗물을 저류한다. 3단계 Soak : 투수성 포장, 자연지반으로의 침수량 증가 등을 통해 우수유출량을 감소시킨다. � 나. 띠형 저류조 !"

중랑천 하천범람의 가장 큰 위협요소는 급격한 수위상승이다.

2018년 8월에 일어난 하천범람도 5~10분 사이에 급격히 불어난 하천떄문에 미처 대피하지 못한 시민 1명이 사망한 것도 이 때문이다

대상지로 결정한 ‘중랑천 월릉교 인근 수림대공원’ 은 폭이 좁고 길이가 긴 지형을 가지고 있다. 또한 단시간 내에 급격한 폭우가 내려 인근도로 및 주택가가 침수되는 피해가 매년 발생한다. 따라서 우리는 띠형 저류조를 설치하여 급격한 수위상승을 방지한다.

$ 해당 저류조의 효과는 하천의 수위가 올라가면 자동으로 저류조의 내부로 강물을 집수하여 하천 수위를 조절하고, 하천의 수위가 낮아지면 저류조에 저장된 강물을 자동으로 배출할 수 있도록 하여 사람이 인위적으로 관리하지 않아도 하천의 범람을 방지할 수 있어 관리가 필요치 않다는 점에 있다. 또한 두 번째 목적으로 폭우나 우수 시 하천의 범람을 방지하기 위해 저류조를 통해 강물을 저장하였다가, 폭우가 끝나면 저장된 강물을 하천으로 방류하거나, 점검구 또는 급수배관(미도시)을 통해 강물을 외부로 반출시켜 공업용수 및 상업용수로 강물을 재사용할 수 있다는 효과가 있다.

다. 기타 하천범람 방지시스템 (1) 태양광 펌프

&

위의 그림은 가장 기본적인 저류지의 단면도이다.

저류지에는 펌프가 설치되어야 하며 저류지의 규모가 커질수록 필요한 전력량이 많아진다. 그에 반에 ‘태양광 펌프식 저류지’는 천연에너지원인 태양광을 이용함으로 어떠한 연계전력 설비 없이 자체적으로 모든 동력을 공급한다. 그렇기 때문에 우리조의 하천 주변 친환경성 강화라는 주제와 어울리는 ‘태양광 펌프식 저류지’ 를 채택하였다. '

태양광 관수 펌프는 태양광을 동력원으로 하여 전력을 저장(배터리필요)하였다가 필요시에만 가동함으로써 전기료의 사용이 필요 없는 친환경적인 시스템이다. 또한 동력공급을 위한 시설이 필요가 없기 때문에 단독으로 원하는 장소에 설치 가능하다. 
Sunrenforce (www.sunrenforce.com)에 의하면 900Wp-1HP 지면형 태양광펌프는 하루에 75톤 가량을 끌어올리며, 1800Wp-2HP는 140톤을 끌어 올릴 수 있다고 한다.
이 기술은 기존에 펌프기술 보다 유지가 간편하고, 유지비 또한 적게드는 장점이 있다.

(2) 집수, 여과시설

+

<초기 빗물 배제 여과기> <초기 빗물 배제 여과기 규격 - 출처 : (주)이엘에코>

대상지인 수림대공원 인근은 매년 범람으로 인한 피해가 발생하는 지역이다. 여과기의 규격은 다 양하나, 대상이 하천이라는 점과, 매년 범람이 발생하는 지역이라는 점을 고려하여 ERF-10000 여과기를 채택 하였다. 해당 여과기는 원심력 여과기로서, 80~90% 여과가 가능하며, 별도의 밸 브 설치가 필요 없어서 공비가 절약되며 유지 관리가 용의하다. 또한, 띠모양 저류조를 설계하는 것이기 때문에 설계 유량에 맞춰서 여러 대 설치하는 것이 가능 하다. 여과기의 간단한 원리는, 우수가 유입되면 필터를 통해 여과된 빗물과 이물질로 걸러지게 되며, 여과된 빗물은 저류조로, 이물질은 배수지로 처리 한다

(3) 정화 처리 시설 , 빗물 사용목적에 따른 처리방법-(빗물이용 시설 설치, 관리 가이드북-환경부)

저류공원에 사용될 수원은 생활용수로만 쓰기 때문에 염소소독을 시행한다. 염소주입 지점은 혼화, 접촉이 충분히 이루어지고 또한 전염소처리 등에 지장을 일으키지 않도록 선정하며, 접촉시간은 적어도 20분 이상을 확보해야 한다. 염소 주입량은 0.3~0.5 ㎎/L 이여야 하며, 잔류염소량은 0.2~0.5 ㎎/L 이여야 한다.

(3) 옥상녹화를 통한 우수방출량 감소 .

/ 옥상녹화를 통해 인공지반 녹지의 우수 일시저장 및 도시 홍수예방 효과를 얻을 수 있다. 또한 도시 열섬화 현상 완화와 도시 부의 냉난방 에너지 소모 감소 및 습도조절 효과 등 많은 경제적 효과를 얻을 수 있다.

가. 설계과정 F중랑천의 50년 주기 홍수량은 1508460t이다. 이 양을 수림대공원 한 곳에서 막기는 불가능하다. (규모를 산정한 결과 17m*17m에 약 1406m 길이의 띠형 저류조가 필요했다.)

따라서 우리는 월릉교와 수림대공원 인근에 띠형 저류조 (17m*5m*1406m)를 설치하여 급격한 수위상승을 지연시키고 저류공원과 함께 범람을 방지한다.

또한 이곳에서 저류할 수 없는 유출량은 중랑천 상류에서 추가적으로 저류조와 저류공원을 설치하여 범람을 방지할 계획이다.

G

식생여과지와 띠형 저류조는 1차 방어막으로서 평상시 호우에 의한 범람 방지 역할을 한다. 또한 식생여과지는 하천의 침전물을 정화시켜준다. 저류조로 모든 유량을 저류할 수 없는 홍수 시에 식생여과지는 그 자체로 저류지가 되고 저류공원 안의 유수지들이 2차

방어막이 된다. 또한 대상지 주변에 옥상정원 설치사업을 통해 우수방출량을 줄인다. 식생여과지와 저류공원, 옥상정원은 평상 시 에는 오픈스페이스로서 시민들에게 녹음을 제공한다.

나. 저류량 산정

(1) 저류공원 I

◇추가적으로 자연 투수층으로서 하천으로의 우수방출량 을 감소시키는 역할을 한다.

◇특히 하류에 설치하는 집중 식 관리방식이 아닌 강우지점에서 관리(발생원 관리)가 가능한 분산식시스템.

◇단순 방재기능 뿐만 아니라 생태, 여과 공간 등 다양한 기능을 복합적으로 발휘하여 도시녹색 공간 기능도 갖춘 다기능 시스템.

(2) 띠형 저류조 J ◇대상 설계지의 지형에 맞는 형태로 설계 하여 급격한 강우에 대비

◇초기우수배제 설계방법을 참고하여

 하천에 맞는 방법으로 정화시스템 설계

총 저류량은 120362K 로서 대부분의 수량을 띠형 저류조가 저류 하도록 설계하였다.

하지만 저류공원은 자연 투수층으로 빗물의 유입을 지연시킴으로서 시민들이 안전하게 대피할 시간을 확보할 수 있다.

또한 기존의 단순 국지성 호우에 대비해 지하 저류시설의 용량을 늘리는 단편적 대응방법에 더불어 분산식 빗물관리를 통한 복합적인 대책을 수립하였으며, 재해 발생에 대한 대비책 마련과 함께 도시 녹색공간의 경관 개선 및 활용성 증진에 기여되도록 설계하였다.

다. 상세설계도

(1)평면도

M

N

(2) 띠형 저류조 3D P

(3) 띠형 저류조 상세 설계 Q

※파이프 대수 결정 R S T

상세설계 내용

가. SWMM을 통한 설계 효과분석 1) W

홍수경보인 계획홍수량의 70% 초과 시부터 저류   조로 유량유입을 한다. 따라서 계획홍수량인      1785cms의 70%인 1225cms일 때 의 수위인     4.28m 이상인 점에 유입구를 설치한다.

2) X

하도 특성상 유입 cms는 6cms를 넘기지 않으   므로 최대 유입량은 6cms로 설정한다.

3) Y

수림대공원 저류지 설계에 따른 효과.
최대 CMS가 1814.63이다.

4) Z

수림대공원 부근 보다 상류 총 7개의 지점에     저류지를 설치 값에 따라서 중랑천의 하천범람   방지가 가능하다.

나. Hec-ras를 통한 시물레이션 \

Hec-ras를 통한 시뮬레이션으로 방지대책이 없을 때와 수림대공원만 있을 경우, 그리고 7개 지점을 추가로 설치했을 때 하천범람을 방지할 수 있는지 알아보았다. 수림대공원만 저류조와 저류공원을 설치했을 경우 방지대책이 없을 때에 비해 홍수위에 저감이 있지만 범람을 막을 수는 없었다.
따라서 7개 지점을 추가 설치해보았고 그로인해 범람이 방지됨을 확인할 수 있었다. 이 값은 50년 주기 홍수위로 산정한 것으로 실제 방지대책에는 7개 지점보다 더 적은 지점에 저류조를 설치해도 될 것으로 보인다.

^

8. 완료 작품의 소개

모형 크기 : _ 지형구조물 : 우드락, 인조잔디 구조물 : `a

bc

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용