01분반 3조

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 도심 지하 주차장 침수 대비 자동 배수 시스템

영문 : Automatic drainage system to prevent flooding in city centre underground car parks

과제 팀명

水호해조

지도교수

서명원 교수님

개발기간

2024년 9월 ~ 2024년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부 20218900** 안*연(팀장)

서울시립대학교 환경공학부 20218900** 김*연

서울시립대학교 환경공학부 20218900** 양*은

서울시립대학교 환경공학부 20218900** 이*원

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

본 과제는 극한 강우 시 지하 주차장의 침수 피해를 방지하기 위한 시스템으로, 차수 모니터링 시스템'과 '급속 배수 시스템'으로 이루어져 있다.
강우 시 초음파 수위 센서를 통해 지하 주차장 내 수위가 침수 레벨에 도달한 것이 확인되면 관리자에게 알림을 전송하여 차수막을 가동하는 '차수 모니터링 시스템'을 통해 지하 주차장 내 빗물 유입을 차단한다.
SWMM의 강우-유출 모의 기능을 이용하여 집수정의 용량을 극한 강우에 대응 가능하도록 설계한다. 또한 python을 이용한 펌프 가동 시뮬레이션을 통해 극한 강우에 적합한 펌프의 사양을 결정한다. 해당 '급속 배수 시스템'은 지하 주차장 내로 유입된 우수가 신속하게 배수되도록 한다.
기존 침수 대응책과의 차별점은 다음과 같다. 자동차 타이어 규격에 따른 침수 레벨을 설정하여 침수에 대한 객관적인 기준을 제시한다. 집수정의 경우 크기를 50배로 확대하여, 주거 단지 내 우수 집수정으로 기능할 뿐 아니라 지역 빗물펌프장의 부하를 막기 위한 1차 저류지로 활용한다. 추가로 빠른 배수를 위해 펌프를 증설하여 기존보다 강한 배수 능력을 발휘한다.
본 과제를 통해 극한 강우로 인한 인명과 재산 피해를 최소화하고, 지하공간 침수 방지 시설과 관련한 법률의 개정 방향 및 기술 가이드라인을 제시함으로써 도시의 침수 대응력을 강화하는 것을 목표로 한다.

개발 과제의 배경

기후변화로 인한 태풍, 극한 호우의 발생이 빈번해지면서 저지대, 지하구조물의 침수 위험도가 높아지고 있다. 2022년 8월 저지대인 동작구, 서초구, 강남구 일대에 시간당 141 mm의 폭우가 쏟아지면서 강남역 일대 및 2호선과 신분당선 역이 전부 침수되었고, 서초구 내 빌딩 지하 주차장에서 3명이 실종되었다. 이러한 사례는 지하 시설물 침수 문제의 심각성을 보여준다. 
행정안전부의 '지하공간 침수 방지를 위한 수방 기준'에 따르면 지하 공간의 침수를 막기 위한 설비는 행정안전부 장관이 침수 피해가 우려된다고 인정한 지역으로만 한정되어 있다. 안양시 동안구의 경우 2022년 시간당 100 mm가 넘는 폭우가 발생해 지하 주차장 내 차량 수백 대가 침수되었으나, 행정안전부가 지정한 재해위험지구에 해당하지 않아, 수방 기준에 따른 침수 방지 시설이 없어 큰 피해가 발생했다. 
특히 불투수면 비율이 높은 도심에서는 극한 호우 시 빗물이 빠르게 저지대 및 지하 주차장으로 유입되며, 차수판이 유입량을 견디지 못해 내부로 물이 휩쓸리는 경우가 빈번하다. 환경부는 이러한 문제를 해결하기 위해 '도시하천 유역 침수 피해 방지 대책법'을 2024년 3월부터 시행하고, 서울 도림천, 포항시, 창원시 등 일부 지역에 침수 예보 시스템을 도입했다. 하지만 여전히 침수 발생 이후의 체계적인 대책은 미흡한 상황이다.

개발 과제의 목표 및 내용

개발 과제의 목표

1) 도심 지하 주차장 침수 예방 및 대응을 위한 효율적인 자동 배수 시스템을 구축한다. 
2) 침수 피해로 인한 주민 안전 문제와 재산 손실을 최소화한다. 
3)「자연재해대책법」제17조제1항의 '지하공간 침수 방지를 위한 수방기준' 보완을 위한 지하 주차장 침수 대비 시설 가이드라인을 제시한다.

개발 과제의 내용

극한 호우로 인한 도심 내 저지대 중 지하 주차장의 침수 위험에 대응하기 위한 시스템을 설계하고자 한다.
지하 주차장에 초음파 수위 센서를 설치하여 실시간으로 수위를 모니터링한다. 강우 시 초음파 수위 센서를 통해 지하 주차장 내 수위가 차량 타이어 높이를 기준으로 설정한 침수 레벨에 도달한 것이 확인되면 관리자에게 알림을 전송한다. 경고 알림을 받은 관리자는 실시간 감시 카메라를 통해 침수 상황임을 확인하고, 차수막을 가동하는 ‘차수 모니터링 시스템’을 통해 지하 주차장 내 빗물 유입을 차단한다.
SWMM(Storm Water Management Model)을 활용하여 강우 유입량을 모의 분석하고, 이를 기반으로 우수 집수시설의 적정 용량을 설정한다. 기존 시설이 감당할 수 없는 최대 강우강도를 고려하여 더 큰 용량의 집수정을 설계하며, 이를 1차 저류시설로 활용함으로써 초기 우수 유입량을 효과적으로 관리한다.
또한 집수정 수위에 따라 배수펌프를 단계적으로 작동시켜 유입된 우수를 신속히 배출한다. 이를 통해 침수 높이를 일정 기준 이하로 유지하여 자동차 및 전기 시설과 같은 지하 구조물의 피해를 방지한다. 또한 펌프의 안정적 가동을 위해 자동 운전 및 정지 시스템을 도입하여 운영 효율성을 확보한다.
위의 내용을 통해 침수 예방 및 피해 최소화를 위한 통합적인 시스템을 개발하고자 한다.