피해방지해조

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 도시하천 예·경보 시스템을 활용한 친수공간 안전도 향상방안 - 도림천을 중심으로

영문 : Safety improvement plan of the waterfront space using urban flood forecasting and warning system focused on the Dorim stream

과제 팀명

피해방지해조

지도교수

문*일 교수님

개발기간

2021년 3월 ~ 2021년 6월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 토목공학과 20188600** 이*현(팀장)

서울시립대학교 토목공학과 20188600** 김*아

서울시립대학교 토목공학과 20188600** 김*애

서울시립대학교 토목공학과 20188600** 신*을

서울시립대학교 토목공학과 20168600** 이*호

서울시립대학교 토목공학과 20188600** 한*은

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

◇ 강우시 도림천의 친수공간 이용 안전도 향상을 위한 예·경보 시스템과 대피시설 설치 ◇ 기존의 기술 조사 및 기대효과 고찰 ◇ 대피시설 설계 및 작동기준 설정

개발 과제의 배경

◇ 지난 29년간 세계 평균 기온은 약 0.9도 상승했지만, 한반도는 약 1.4도 상승해 평균 상승률이 2배 가까이 이르고 있는 것을 보면 한반도의 평균 온도는 지구 평균보다 빠르게 상승하고 있다. 우리나라의 여름철 평균 강수량은 1980년대 700mm 이하였으나, 지난해 여름 역대 최장기 장마로 인해 전국 평균 780mm 이상이 내리는 이상 기후를 겪었다. 또한, 시간당 30mm 이상의 집중호우의 발생빈도는 1980년대에 비해 2000년대에 약 30% 이상 증가했다. 이로 인해 작년 한 해 전국에서 약 1조2천585억 원의 피해가 발생하였다. 따라서, 서울시의 침수취약지역 중 하나인 도림천 역시 안전도 향상의 필요성이 대두되고 있다. 그래서 서울시에서는 집중호우로 인한 피해가 계속됨에 따라 수십 년간 빗물 저류조와 빗물펌프장, 하수관거 등을 개보수하였다. 하지만 상류 구간(관악산 지역)제외 대부분 경사가 완만한 평탄지를 이루는 전형적인 도심지인 도림천은 더딘 배수와 저지대의 특수함으로 인해 침수피해 극복이 어렵다. 그래서 과거부터 현재까지 계속된 도림천 관련 수해로 인해 2018년부터 관악구가 도림천 중심 멀티 재난 예·경보 시스템 사업을 진행하고, 뉴스, 라디오 등 여러 매체를 통하여 대피 안내방송이 시민들에게 송출되고 있지만, 경각심의 부재로 인해 최근 2020년까지 집중호우로 인한 지속적인 인명피해가 발생함에 따라 더 효과적인 대책 마련이 필요하다고 생각해 연구 과제로 선정하였다.

그림(1) 최근 29년 동안 평균 기온 특징

그림(2) 풍수해 인명피해 현황

개발 과제의 목표 및 내용

-목표

◇ 기존의 도림천에 있는 예·경보 시스템과 대피시설에 레이저, 접이식 대피 사다리, 간이 승강기를 추가로 설치함으로써보다 홍수시 더 확실하고 안전한 대피가 가능하게 하고, 그에 따른 인명피해 및 수해 감축이 목표이다.

-내용

1) 레이저

① 수문해석 모델(XP-SWMM, HEC-RAS)을 활용해 도림천 하천 특성을 분석하여 데이터 베이스 구축한다.
② 데이터 베이스를 활용하여 강우시 도림천 수위를 예측한다.
③ 도림천에 있는 기둥에 예측한 수위를 레이저로 쏘아 서울시 기준에 따라 서로 다른 색을 비춰 강우에 대해 예보 및 경보를 실시한다.
④ 색이 변하는 기준은 기존에 정해져 있는 서울시 홍수통제기준을 사용한다.
⑤ 기둥에 쏘는 레이저뿐만 아니라, 대피로 정보 및 강우 정보를 제공하는 레이저를 바닥에 쏜다.

2) 접이식 사다리

① 기존 도림천 홍수 시 사람이 고립되었던 장소나 인명피해가 발생했던 장소를 위주로, 대피로가 없는 반복개 끝에 하향개방 접이식 비상계단을 설치한다.
② 기존의 다락방 사다리와 대피시설의 결합으로 최대한 많은 구간에 대피시설을 마련한다.
③ 접이식이기 때문에, 홍수 전 평상시에는 작은 부피로 산책로의 공간을 침해하지 않고 하천의 미관을 해치지 않는다.
④ 접이식 대피 사다리 옆에 자동으로 사용할 수 있는 스위치를 배치하므로 여닫이에 편리성을 더한다.
⑤ 현재 설치된 비상계단과 달리 하천 밖으로 대피하는 것이 주목적이라기보다는, 잠시 머무를 수 있도록 따로 상판이 설계되어 사람이 비상계단 위에서 구조인력이 도착하기 전 임시로 대피하도록 한다.

3) 간이 승강기

① 기존 도림천의 대피로는 신체적 약자가 신속하게 대피하기 어렵다.
② 아파트 재난 상황 시 사용하는 대피 방법인 ‘살리고 승강기’와 유압식 리프트를 활용한 간이식 승강기이다.
③ 강우 시 승강기가 작동하기 위해 물에 잠기는 부분은 방수로 제작하여 여러 상황에 작동이 용이하게 한다. 간이 승강기에는 1인이 탑승하여 기존의 비상 대피로 상부로 대피한다.
④ 개발한 간이 승강기를 도림천의 범람 위험 구간마다 설치한다.
⑤ 노인과 어린아이 등 빠른 대피가 어려운 신체적 약자들이 직접 사다리나 계단을 오르지 않고도 자동으로 대피공간까지 빠르게 이동할 수 있게 돕는다.

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

• 전 세계적인 기술현황

1) 국내 사례

◇ 하천 위기상황 시스템 : 강우량, 하천 수위, 비상경보 상황, CCTV 등의 정보를 이용하여 문자전광판, 비상경보시설, 경광 등을 통해 하천 이용 시민에게 위기상황 전파 시스템

◇ 수위모니터링 시스템 : 수위 실시간 감시 및 수위모니터링 재난안전대책본부 수위자료 표출, 수위 상황에 맞는 대응조치 메시지를 발송 (수위 60%, 80%, 90% 도달 시)

◇ 내외수 연계 내수침수예측시스템 : 대규모 하천에 비해 도달시간이 상대적으로 짧은 도림천 같은 중소 규모 도시하천의 도시홍수 예보를 위해 초단기 강우 예측 기술과 우수관망 단순화 기술, 매개 변수 추정 기술 및 모니터링 기술, 내수침수 해석 기술 등의 핵심 기술을 이용하여 선행적인 예측을 통한 신속성과 도시홍수예보에 대한 정확성을 확보한 시스템.

2) 해외 사례

◇ 미국

그림(3) 미국의 예경보시스템

⓵ 선진수문예측 시스템(Advanced Hydrologic Prediction Service ; AHPS) : 미국 전역에 약 4000여 개 지점의 수위예측 지점자료를 바탕으로 홍수예보 관측자료를 제공하고, 13개의 하천 예보센터들과 정보를 공유해 하천 예보를 수행하고 있다. 기상청(NWS)에서 돌발홍수능지표(Flash Flood Guidance : FFG)를 적용하여 도시유역의 돌발홍수 예측 정보를 제공하고 있다.

⓶ 텍사스 FAS2 시스템(Bedient, 2003) : 레이더 강우 자료 기반의 시스템으로 레이더 강우 자료를 활용하여 계측한 강우량을 수문모형에 입력하여 유역 내 첨도 홍수량을 예측하고, 이 홍수량이 임계치를 초과하면 대피 경보를 발령하는 구조이다. 텍사스 휴스턴 의료지구에 대해 구축하여 환자들의 긴급대피에 활용되고 있다.

◇ 유럽

그림(4) 유럽의 예경보 시스템

⓵ 유럽 홍수 조기 경보시스템(European Flood Awareness System : EFAS) : 초국가적인 대유역 및 유럽 전역에서 홍수를 감시하고 예측하는 최초의 유럽 운영시스템으로 해당 국가 및 지역에 확률적 홍수예보, 중기홍수예보, 돌발홍수 지표 또는 영향 예측에 대한 정보를 제공하며 비상대응 합동센터(ERCC)에 유럽 전역 걸쳐 발생 중인 홍수 상황에 대한 정보를 제공한다. 개별적으로 영국 환경청에서는 지역별 실시간 홍수 발생 가능성 예측지도(Live Flood Warning Map)를 제공하는 시스템을 구축하고, 홍수 발생 가능성을 4단계로 구분하여 홍수에 사전 대비할 수 있도록 하고 있다.
⓶ 프랑스 ESPADA 시스템(Raymond, 2006) : 약 15만 명의 인구가 거주하며 가을에 상습적인 홍수를 겪는 프랑스의 Nemes 지역에 대하여 구축되었다. 레이더 강우 자료와 10개의 지상 강우 자료를 입력 자료로 하는 실시간 수문모형을 활용하여 유량을 예측하고, 이를 기반으로 44개의 미리 정해놓은 침수 시나리오 중 하나를 택하여 홍수경보를 발령한다.
⓷ 스페인(바르셀로나) HIDROMET(2014) : 스페인 바르셀로나 지역에 대하여 구축된 실시간 내수침수경보 시스템으로 9.61 ㎢의 지역에 대하여 6분-1 ㎢의 레이더 강우 자료와 5분-9개의 지상관측 자료를 사용하여 향후 2시간 후의 강우를 예측한 후, 이를 MOUSE 내수침수 모형(Elliot et al., 2007)의 입력 자료로 활용하여 침수면적을 얻고 경보를 발령한다.
⓸ 덴마크 Hvidovre 시스템(Jensen, 2013) : 덴마크의 22개 도시유역에 대하여 구축되었으며, 5분 단위의 레이더 강우 자료를 실시간으로 얻고, 이를 시뮬레이션 기반의 강우-침수면적 관계의 입력 자료로 활용하여 침수면적을 얻는다.

3) 레이저 관련기술

◇ 바닥 광고

그림(5) 로고라이트 기능

바닥에 레이저를 쏘아 광고를 하는 로고 라이트라는 기술이 존재하다. 로고라이트를 통해 어두운 공간에서 일반적인 표지판의 식별 상의 문제점이나 기존의 LED Sign물 등의 가격적인 부담을 해소할 수 있다. 로고 라이트는 사람들에게 각종 정보를 손쉽게 전달할 수 있는 기능을 구비하고 있다.

4) 접이식 사다리 관련기술

다락방의 사다리에서 이용하는 접이식 사다리 기술이 존재한다. 다음과 같은 사다리의 형식을 아코디언 형식이라고 한다.

그림(6) 접이식 사다리

5) 간이 승강기 관련 기술

화재시 아파트 같은 구조물에서 사용하는 ‘살리고’승강기 기술이 존재한다. 하지만 ‘살리고’승강기는 하향식이므로 도림천에 적용시키기 위해 상향으로 바꾸는 기술이 추가적으로 필요하다.

그림(7) 살리고 승강기

• 특허조사 및 특허 전략 분석

내용

• 기술 로드맵

내용

시장상황에 대한 분석

• 경쟁제품 조사 비교

내용

• 마케팅 전략 제시

내용

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

내용

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

내용

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

관련사업비 내역서

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용