| 연구개발개요 |
○ 초고층 건물이 존재하는 도시유역은 3차원 구조를 가지기 때문에 기존 일반 도시유역과 다른 방법으로 수문순환과정을 해석할 필요가 있다. 초고층 도시유역의 경우 2차원적인 유역의 지면뿐만 아니라 초고층 건물의 벽면 또한 수문순환이 일어나는 중요한 공간이라 할 수 있다. 이곳에서 일어나는 차단, 유출이 도시유역의 수문순환 과정에 큰 영향을 미친다. ○ 기존 식생에 의해 이루어졌던 차단 현상은 이제 건물의 벽면을 통해 주로 이루어진다. 증발 또한 유역의 지면에서 발생하는 양에 건물 벽면에서 발생하는 양까지 추가로 고려해주어야 한다. ○ 특히, 유출 해석 시 강우가 건물 지붕에 도달하는 경우, 건물 벽면에 도달하는 경우, 지면에 도달하는 경우가 각각 다르게 해석되어야 한다. 이는 각각의 경로차이로 인해 도달시간(concentration time)과 저류효과(storage effect)가 다르기 때문이다. 현재 적용되고 있는 도시 유출 해석 방법에는 이러한 초고층 건물의 영향을 고려해주는 과정이 없기 때문에 유출 해석 결과에 불확실성이 매우 클 수밖에 없다.○ 초고층 건물을 고려한 도시 수문 해석 방법은 도시홍수재해 방지 차원에서 대단히 중요하다. 도시지역은 구조적으로 홍수에 취약하기 때문에 대다수의 홍수재해가 도시에서 집중적으로 발생하고 있다. 이에 도시지역에는 홍수재해를 방지하기 위한 침투시설, 저류시설 등의 수공구조물이 설치된다. 초고층 건물을 고려한 도시 수문 해석 방법은 이러한 수공구조물을 최적으로 설계하기 위해 중요하다. ○ 이를 위해 본 연구에서는 초고층 건물이 도시유역의 강우 차단 특성과 유출 경로 특성을 어떻게 바꾸는지 이론적으로 검토하고, 실험을 통해 검증하고자 한다. 다음으로는, 초고층 건물을 고려하는 경우 유출해석 결과과 기존에 비해 어느 정도 왜곡되는지를 정량적으로 파악하고자 한다. 마지막으로, 초고층 건물로 인해 수재해에 대한 취약성이 어느 정도 증가하는지 평가할 것이다.
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| 연구내용 및 범위 |
○ 초고층 도시유역의 확대- 전 세계적으로 도시 인구의 비율이 증가하고 있다. 유엔인구보고서에 따르면 1950년대 29%에 불과했던 도시 거주 인구는 2014년 54%로 증가하였고, 2030년에는 60%, 2050년에는 70%까지 상승할 것으로 예측되고 있다(UNFPA, 2014). - 우리나라에서도 매년 도시 인구 비율이 증가하고 있으며, 2014년을 기준으로 전체 인구의 92%가 도시 지역에 거주하고 있다. 이는 도시 지역의 면적이 전 국토의 17% 정도인 점을 고려하면, 인구의 도시집중이 얼마나 심각한지를 잘 보여준다(국토교통부, 2014).- 인구가 도시에 집중되면서 초고층 건물이 급속히 증가하고 있다. 전 세계적으로 높이 300 m 이상의 건물은 1930년에 단 1개뿐이었지만, 1990년에 13개, 2000년에는 26개로 증가했으며, 2012년에는 86개로 급증했다(KISTEP, 2014).○ 초고층 건물로 인한 강우-유출 과정 왜곡- 초고층 도시유역에서는 유출에 직접적인 영향일 미치는 지역으로 건물의 지붕과 벽면을 추가로 고려해야 한다. 즉, 유역의 2차원 적인 지면에 내리는 강우뿐만 아니라 3차원적으로 벽면을 타고 흘러내리는 강우 또한 유출에 영향을 미친다. - 기존 도시 강우-유출 해석 과정에 사용되는 시간-면적관계곡선 또한 초고층 도시유역에서는 다른 방식으로 작성되어야 한다. 이는 초고층 건물의 영향으로 같은 거리에 떨어진 유역이 다른 도달시간을 가질 수 있기 때문이다. 다시 말해, 건물의 높이에 따라 기존 도달시간이 동일한 지점들의 도달시간이 달라질 수 있다. - 결론적으로 초고층 도시유역의 정밀한 유출 해석을 위해서는 건물 벽면을 고려한 새로운 방법으로 시간-면적 관계곡선을 작성해야 한다. 이를 위해 본 연구에서는 지면에 내리는 강우, 건물의 지붕과 벽면에 내리는 강우를 각각 독립적으로 고려하여 유역의 시간-면적곡선을 재작성하는 방법을 제안해보고자 한다. - 이 과정에서 지면에 내리는 강우는 모두 배출구로 이동하므로 기존의 시간-면적 관계곡선의 작성방법을 그대로 적용할 것이다. 건물 벽면에 내리는 강우의 경우에는 강우가 벽면을 타고 지면에 도달한다. 따라서 이 경우에는 건물의 높이와 건물 벽면의 조도를 고려하여 강우가 지면까지 도달하는 시간을 계산할 것이다. 마지막으로 강우가 지붕에 내리면 강우는 관거를 통해 지면에 도달한다. 이러한 경우에는 우수관거의 특성과 길이를 고려하여 강우의 도달시간을 산정할 것이다.- 초고층 도시유역의 손실우량은 건물 벽면과 지붕에 의한 차단, 건물 벽면에서의 증발 등 다양한 현상으로 구성된다. 자연유역에서 식물에 의해 나타났던 차단 현상이 초고층 도시유역에서는 건물의 벽면과 지붕에서 나타난다. 따라서 먼저 도시유역 내에 초고층 건물이 얼마나 조밀하게 분포하여 있는지 공간적인 분포를 파악하는 작업이 필요하다. 이에 본 연구에서는 초고층 도시유역의 건물 분포를 정량화하는 방법을 제안할 것이다. 이에 따라 건물의 공간분포는 건물의 밀도, 건물 높이 분포 등을 종합적으로 고려한 인자로 계산되어 표현될 것이다.- 초고층 건물의 차단 현상을 정량적으로 판단하기 위해서는 바람의 영향을 고려하여 강우를 해석해야 한다. 이 때 적용할 수 있는 것이 이변량 빈도해석이다. 바람의 방향과 강우강도를 동시에 고려하여 빈도해석을 수행하면 정량적으로 건물 벽면에 의해 차단되는 강우의 양을 추정할 수 있게 된다. ○ 초고층 도시유역의 수문순환 해석과 수재해 취약성 증가 평가- 초고층 건물을 고려한 도시 수문해석 방법은 도시홍수재해 방지 차원에서 대단히 중요하다. 도시지역은 구조적으로 홍수에 취약하기 때문에 대다수의 홍수재해가 도시에서 집중적으로 발생하고 있다.- 초고층 건물을 고려한 도시 수문해석 방법은 홍수재해 방지를 위한 다양한 수공구조물(저류시설, 침투시설 등)을 최적으로 설계하기 위해 필요하다. 초고층 도시유역의 특성을 반영한 수문해석 방법, 또는 이를 가능하게 하는 모형의 개발을 통해 도시유역에서 유출 해석 결과의 정도 향상 및 효과적인 도시홍수재해 방지 사업을 수행할 수 있다.- 초고층 도시유역은 일반 도시유역과 확연히 구분되는 특성이 있으므로 일반 도시유역에 적용되었던 수재해 취약성 평가 또한 다르게 평가되어야 한다. 예를 들어, 수재해 취약성을 평가할 때에 초고층 건물의 개수와 규모를 고려하는 작업이 필수적으로 수반되어야 한다.
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