한국건설기술연구원(원장 이태식, 이하 KICT)은 재난추적형 SPR(Source Pathway Receptor) 기반 수재해 분석을 위한 홍수범람해석 모형인 SIMOD(Simplified Inundation MODel)를 개발했다고 밝혔다.
최근 이상기후로 인한 전 지구적인 물 재난이 증가하고 있으며 특히 댐, 제방 등 재해예방 시설물 설계빈도 이상의 대규모 홍수 및 그에 따른 제방월류, 파제 등으로 인한 제내지(堤內地)의 침수피해 사례가 늘고 있다.
홍수가 발생했을 때 침수결과를 빠르게 예측해야 신속한 대피계획 수립이 가능하다. |
이에 따라 홍수 사례를 수치적으로 해석해 피해를 줄이고자 SWMM, MIKE FLOOD, FLO-2D 등 다양한 홍수 해석모형이 개발되고 있다.
참고로 SWMM은 강우사상에 대한 배수유역에서의 유출과 오염부하량을 수학적으로 시뮬레이션하는 모델로, 유출해석을 위해 연속방정식과 Manning식을 이용해 노드(맨홀)에서의 침수량을 계산, 표출하는 방식을 말한다.
또한 MIKE FLOOD는 1차원 및 2차원적 홍수 시뮬레이션 엔진을 통해 예측하는 방식으로 강, 범람원, 도시홍수, 배수망, 해안지역, 댐 등 홍수예방 구조물들과 이들의 다양한 조합에 의한 모델링이 가능한 수준이다.
아울러FLO-2D는 유입홍수량의 체적을 보존시키면서 홍수의 추적을 재현해내는 모형으로, 지표면 홍수의 시뮬레이션뿐만 아니라 도시지역 건물, 교량, 제방 등 유동 장애물에 의한 홍수 경로의 정밀한 시뮬레이션이 가능하지만 시간이 많이 걸린다는 것이 단점이다.
KICT 김진만 박사 연구팀과 강원대학교 김병식 교수 연구팀이 공동으로 개발한 SIMOD는 간단한 자료입력을 통해 도심 침수 및 확산 경로까지 빠르게 시뮬레이션할 수 있는 분포형 홍수범람 모형으로, 홍수가 발생했을 때 실제 지형도 위에 유입홍수량 등 데이터를 입력, 구동함으로써 침수결과를 빠르게 산정할 수 있다는 것이 장점이다.
홍수해석 모형은 정확성만큼 빠른 분석결과 도출이 생명이며 이는 해석결과를 이용해 주요시설의 침수시간을 파악함으로써 적절한 대피계획을 수립할 수 있기 때문이다.
또한 SIMOD는 기존의 홍수 수위 데이터로 피해면적만을 산정하던 Input-Output식 모델에 비해 홍수 경로(Pathway)까지 추적할 수 있기 때문에, 침수심 정보를 각 시설의 인벤토리 정보와 결합해 시설의 피해액을 좀 더 구체적으로 예측할 수 있다는 점 또한 장점으로 꼽힌다.
SIMOD의 흐름경로(Pathway) 추적 개념도 <자료제공=한국건설기술연구원> |
실제로 대구 성서산업단지를 대상으로 기존 상용 해석모델(FLO-2D)과 SIMOD 간 홍수 시뮬레이션을 비교 실행한 결과, SIMOD는 기존에 비해 월등히 향상된 속도로 불과 8분 만에 시뮬레이션을 완료할 수 있는 것으로 나타났다.
비교 실험에는 기존 모형 중 SIMOD와 가장 비슷한 조건의 상용모형인 FLO-2D를 이용했다. SIMOD의 경우는 기존 모형과 비슷한 입력조건이지만 지형 데이터를 반영하여 주변의 표고에 홍수량 데이터를 분배하여 실제와 같은 홍수 시뮬레이션을 빠르게 계산해낼 수 있다는 것이 차이점이다.
분석 대상지역은 대구광역시 금호강 하류부에 위치한 성서산업단지로, 500년 만에 한 번 꼴로 발생할 수 있는 대규모 홍수에서 제방이 높이 7m, 넓이 5m 규모로 무너졌을 때 성서산업단지가 최대로 침수될 수 있는 시간인 64시간을 기준 조건으로, 이를 바탕으로 한 제내지 유입 홍수량을 시뮬레이션 했다.
두 해석모델의 모형구동시간은 1920분 침수를 상정했을 때 SIMOD는 8분, FLO-2D는 25분 만에 분석할 수 있는 것으로 나타났으며, 시간대별 침수면적 차이 또한 기존의 느리고 정밀한 모델의 9~12% 수준으로 정밀도 또한 비교적 양호해 기존 모델보다 월등히 빠르면서도 정확도 또한 수준급인 것으로 나타났다.
이태식 원장은 “SIMOD 모델 개발은 KICT가 재난재해 대응 및 국민의 안전한 삶을 위하여 노력한 결과의 도출”이라며 ”향후 SIMOD 모델이 보다 고도화되고 적정한 검증 절차를 통해 국내 도시 침수 해석모형의 표준 모델로 자리 잡기를 기대한다”고 밝혔다.
press@hkbs.co.kr
이정은
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