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범람에 대한 고속도로 배수 리스크 모델의 방법론 개발
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등록일2016-01-20
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| 리포트구분 | 기술리포트 | 콘텐츠구분 | 도로교통 |
|---|---|---|---|
| 출처 | Transport Research Laboratory | ||
| 원문제목 | Development of a methodology for a highway drainage risk model for pluvial flooding 원문보기 | ||
| 언어 | 영어 | 국가 | 영국 |
| 등록일 | 2016-01-20 | 발행일 | 2013-01-07 |
| 첨부파일 | 등록된 첨부파일이 없습니다. | ||
□ 소개
기후 변화가 고속도로 네트워크에 미치는 가장 파괴적인 영향 중 하나는 범람(flooding)임. 범람은 고속도로 인프라에 손상을 입히고, 파괴된 부분이 유실되도록 만듦. 고속도로 기술자들은 항상 네트워크의 범람을 해결해야 했으나, 기후 변화는 범람의 빈도와 강도를 증가시키고 있음. 게다가, 2010년의 범람 및 물 관리에 관한 법(Flood and Water Management Act) 하에서 지역 정부들은 그들 지역에서 범람의 위험을 관리하기 위한 전략을 세울 의무를 가지고 있음. 지역 정부의 상당수는 그들의 고속도로 네트워크에 대한 범람의 위험을 더 잘 이해하고 관리하기 위해 연구하고 있음.
고속도로에 영향을 미치는 범람에는 여러 타입이 있음:
- 해안: 해안 근처의 고속도로, 특히 저지대에 위치한 고속도로는 바다의 범람과 폭풍 해일에 영향을 받을 수 있음.
- 하천: 대량의 강우나 눈 녹음은 수로의 용량을 넘어설 수 있고, 그 결과로 강이나 시내는 홍수 유역에 위치한 근처의 고속도로로 흘러넘침.
- 지하수: 대수층(aquifers) 위의 저지대에 위치한 고속도로는 지하수 수위가 지표까지 상승하게 되면 범람할 수 있음.
- 강우(pluvial): 대량의 강우 유출수가 고속도로의 범람을 야기할 수 있음. 특히 지표가 불투수성인 도시 지역에서 그러함.
추가로, 상수 시설의 파괴, 하수의 역류, 저수지의 붕괴와 같이 인간에 의한 범람도 고속도로에 영향을 미칠 수 있음.
영국 환경청(Environment Agency)은 해안 및 하천의 범람을 예측하기 위한 모델을 개발해 왔고, 잉글랜드(England)와 웨일즈(Wales) 지역에 범람의 위험을 알리는 지도를 만들었음. 지하수 범람은 특정 지형을 가진 지역에 국한되고, 수위의 위험은 보통 천천히 이루어짐. 그러나, 강우 범람은 예측하기가 어렵고 매우 국지화되어 있으며 빠르게 진전이 됨. 날씨 상태에 더하여, 범람의 발생은 지형, 고도, 배수 설계 및 인접 지역의 토지 사용과 같은 여러 인자들에 달려있어서, 범람이 어디에서 발생할지를 파악하는 것을 어렵게 만듦. 또한, 지역의 배수 시스템에 대한 데이타도 부족함. 이는 고속도로 유관기관들로 하여금 강우 범람을 예측하고 대비하는 것을 어렵게 만듦. 이 때문에 이 프로젝트는 강우 범람과 이 범람이 고속도로에 미치는 영향에 대한 지식을 늘리는 것에 중점을 둠.
⊙ 프로젝트의 범위
교통 연구재단(Transport Research Foundation, TRF)의 2011/2012 연구 프로그램 하에서 수행된 이 프로젝트의 목적은 지역의 유관기관들이 그들의 도로 네트워크에서 강우 범람의 위험이 가장 높은 지역을 파악할 수 있도록 하여 배수 개선의 우선순위를 설정할 수 있도록 하는 모델에 대한 방법론을 개발하는 것이었음. 하천 범람과 같은 다른 타입의 범람은 고려되지 않았음.
이 프로젝트는 고속도로의 범람을 모델링하는데 있어 두 가지 측면을 탐색하였음: 도로 네트워크의 범람과 관련된 이동 지체의 경제적 비용과, 강우 범람에 대한 고속도로 구간의 취약성에 기여하는 여러 다른 인자들. 최종 모델의 개발은 이 프로젝트의 범위를 벗어나지만, 이 모델에 포함될 필요가 있는 다양한 인자들이 파악되었고, 이러한 인자들을 포함하는 잠재적 방법이 연구되었음. 방법론의 여러 측면들이 보다 심도 깊게 연구되었음:
- 도로 사용자의 지체 비용을 포함
- 기후 예측의 활용
- 고속도로 네트워크에서 저지대를 파악하기 위한 스캐너(SCANNER) 경사 데이타의 사용
- 위험 인자로써 배수구 간격과 덮개 타입의 기여
⊙ 보고서의 구성
이 보고서는 배수 위험 모델이 어떻게 개발될 수 있는지, 내려진 결론, 완전한 배수 위험 모델을 개발하기 위해 필요한 추가적인 연구를 서술함. 제 2장에서 모델의 구성에 대한 검토가 이루어지고, 다양한 모델 요소에 대한 보다 상세한 내용은 제 3장(범람 가능성 평가)과 4장(고속도로 범람의 결과 평가)에서 제공됨. 제 5장은 위험 평가가 이러한 요소들로부터 어떻게 이루어질 수 있는지를 서술하고, 제 6장은 이 도구의 GIS 맵핑 요소를 서술하며, 제 7장은 사용자가 이 모델을 어떻게 사용하는지를 알려주고, 제 8장은 이 프로젝트에서 내려진 결론을 제공함.
□ 모델에 대한 검토
⊙ 접근방법
제안된 모델은 일반적이며 모든 간선 및 지역 고속도로 시스템에 적용될 수 있음. 이 모델은 엑셀(EXCEL) 기반의 도구로 만들어졌고, GIS 분석 결과가 엑셀에 입력될 것임. 이 도구의 사용자는 이 도구를 그들의 도로 네트워크에 맞추기 위해 자산 정보를 제공해야 할 것임. 그러나 일부 기본 정보는 제공될 것임.
상세한 배수 데이타와 고속도로 배수에 대한 투자에 대한 가용성이 제한적이기 때문에, 실제적 고려사항이 많이 포함되었음:
- 배수 위험 모델은 일반적으로 지역 정부에 의해 보유된 데이타를 사용할 필요가 있을 것임. 이는 값비싼 배수 측량조사와 데이타 수집에 대한 요구사항을 줄일 것임.
- 이 모델은 유출수와 흐름 경로에 대한 복잡한 수리학적 모델링을 포함하지 않아야 함. 그 대신에 이 모델은 강우 범람에 취약하게 만드는 고속도로 및 주변 지역의 특징에 중점을 둠.
- 이 모델은 정확히 범람이 어디에서 발생할지, 얼마나 자주 발생할지를 지적하지 못할 것임. 그 대신에 이 모델은 상대적인 위험에 대해 알려줄 것임. 이 모델은 다른 정보와 함께 더 많은 연구를 필요로 하는 지역을 파악하여 제한적인 자원으로 우선순위를 설정하는데 도움이 되는 도구로써 사용될 수 있음.
이 프로젝트는 도로에 대한 위험에 중점을 두지만, 똑같은 원리가 도로 네트워크에 영향을 미치는 관련 자산(예를 들어, 유지관리 시설, 배수장 등)에도 적용될 수 있을 것임.
⊙ 위험 모델링
위험(risk)은 일반적으로 두 가지 요소의 함수로 고려됨: 사건의 발생 가능성과 사건이 발생했을 때 결과의 크기.
- 위험(risk) = 가능성(likelihood) x 결과의 크기(magnitude of consequence)
따라서, 배수 위험 모델(Drainage Risk Model, DRM)은 이 두 가지 위험 요소를 다룸.
- 모델의 첫 번째 부분은 범람의 발생 가능성에 대한 평가 점수를 만들어낼 것임. 이 평가 점수는 여러 위험 인자들(예를 들어, 배수 설계, 지형 및 고도 등)과 결합될 것임.
- 모델의 두 번째 부분은 범람 결과의 크기에 대한 평가 점수를 만들어낼 것임. 이는 사용자 지체 비용에 근거하여 도출될 것이지만, 전략적 가중치 인자도 포함할 것임. 인프라의 손상과 다른 사회적 비용도 중요하긴 하지만 이 프로젝트의 범위를 벗어남.
가능성과 결과를 계산하는 데에는 불확실성이 존재함.
⊙ 범람의 가능성
강우 범람의 발생 가능성은 자산의 취약성에 달려있는데, 이는 다음의 내용에 달려있음:
- 자산이 노출된 기후
- 집중 강우에 대한 고속도로의 민감도
- 고속도로 기관의 대응 능력
⊙ 범람의 결과
범람의 가장 큰 영향 중 하나는 이동성의 제한(travel disruption)임. 사용자 지체와 관련된 비용은, 고속도로의 유지관리를 계획할 때 주기적으로 고속도로 유관기관들에 의해 계산됨. QUADRO(QUeues And Delays at ROadworks: 도로 작업에서의 지체와 정체)는 교통연구소(Transport Research Laboratory, TRL)에 의해 개발되고 유지관리되는 교통부(Department for Transport, DfT)의 도구로써, 사용자의 지체와 사고 비용의 맥락에서 도로작업의 영향을 추정함.
여러 번의 QUADRO 모델의 실행에서 얻은 결과에 근거하여, 여러 다른 타입의 시나리오에 대한 지체 비용을 제공하는 참조표(look-up tables)가 만들어졌음. 이 참조표는 범람 결과의 심각성에 대한 평가 점수를 만들기 위해 위험 모델에 포함될 수 있음.
□ 결론과 다음 단계
⊙ 결론
이 프로젝트는 강우 범람이 고속도로에 미치는 위험을 모델링하기 위해 필요한 측면들을 연구하였고, 모델에서 이들을 포함하기 위한 잠재적 방법을 파악하였음. 고속도로에 대한 강우 범람 위험 모델의 개발은 매우 어려운데, 왜냐하면 포함해야 할 인자들이 아주 많고 이러한 인자들의 상당수가 완전하게 이해되지 못하고 있기 때문임. 그러나, 이 연구가 제안하는 바에 의하면, 추가적인 개발이 있다면 모델이 실현가능하고, 관련 어려움을 더 잘 이해하고 일부 잠재적 해결책을 파악하는데 있어 진전이 있을 것임. 전반적으로 이 프로젝트는:
- 범람으로 인한 사용자의 지체 비용을 계산하기 위해 QUADRO의 사용 가능성을 증명하였고, 필요한 가정사항을 파악하였음;
- 위험 모델에 포함될 수 있는 여러 범람 시나리오에 대한 사용자 지체 비용에 관한 참조표를 만들었음;
- 고속도로와 유출에 영향을 미치는 집수장치의 특징을 평가함으로써 도로 구간의 범람 가능성을 결정하는데 관련있는 주요 인자들을 파악하였음;
- 집중 강우를 이 모델에 포함하기 위해 이에 대한 데이타를 제공하는데 있어 UKCP09의 사용을 연구하였음. 그 결과, 날씨 생성기(Weather Generator) 데이터의 사용은 적합하지 않았고, 가장 습한 날에서의 퍼센티지 변화를 현재의 2분 폭풍 데이타(two minute storm data)에 적용하는 것이 더 나은 접근방법이었음:
- SCANNER로부터의 경사 데이타를 사용하여 도로 네트워크에서 저지대를 파악하기 위한 방법론을 개발하고, 런던 교통청(Transport for London, TfL)으로부터의 데이타를 사용하여 이 방법론을 검증하였음;
- DMRB 배수 설계 기준에 근거하여 배수 효율성을 계산하기 위한 방법을 개발하고, TfL 데이타를 사용하여 이를 검증하였음;
- 경사 데이타, 배수구 위치 및 UKCP09로부터의 기후 데이타를 중첩하기 위해 GIS 맵핑 기법을 사용하였음.
⊙ 다음 단계
파악된 모든 인자들을 포함하고 전반적인 위험 지수(risk index)를 만들기 위해 이들을 결합하는 완전한 모델을 개발하기 위해, 실현가능성을 평가하는 추가적인 연구가 필요함. 이 모델은 또한 역사적인 범람 사건과 고속도로 기관의 데이타에 근거하여 사례 연구로 검증될 필요가 있음. TfL은 그들의 도로 네트워크 상에서 강우 범람에 취약한 지역을 파악하였고, 이들을 모델의 결과와 비교해 보는 것이 유용할 것임.
단기적으로:
- 파악된 모든 인자들이 모델링되고 전반적인 위험 지수를 만들기 위해 결합될 필요가 있음.
- 개발된 모델과 방법론은 과거의 범람 데이타와 고속도로 기관의 실제 데이타를 사용하여 검증될 필요가 있음.
장기적으로:
- 이 모델에 인프라 손상 및 다른 비용을 포함하여, 범람과 관련된 전체 비용을 포함하고 비즈니스에 대한 조치를 지원할 것.
- 사용자 인터페이스를 만들 것.
- 다른 타입의 범람(해안, 하천 및 지하수 범람)을 포함할 것.
- 고속도로에 대한 다른 기후 영향(예를 들어, 폭염 등)의 위험을 모델링하는 추가적인 모듈을 만들 것.
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초록(Abstract)
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