출처 : SONOW
기상레이더부터 배수펌프까지 통합 유역 모델 구축
전국 주요 하천과 도시 지역에 구축된 수자원 홍수 디지털 트윈이 침수 피해 예방의 새로운 패러다임을 제시하고 있다. 이 시스템은 기상청 레이더, 수위관측소, 우량계, 배수펌프장, 저류시설을 하나의 통합 유역 모델로 연결하여 강수부터 유출까지 전체 물순환을 실시간으로 시뮬레이션한다.
서울시 한강 유역 디지털 트윈은 북한강, 남한강부터 서울 시내 25개 자치구의 하수관거까지 총 연장 2,400km의 수계를 3D 모델로 구현했다. 180개 수위관측소, 350개 우량계, 85개 펌프장의 실시간 데이터가 초단위로 업데이트되어 강수량 변화에 따른 수위 상승과 침수 위험을 정밀하게 예측한다.
부산시 온천천 유역에서는 도심 하천의 특성상 급격한 수위 변화에 대응하기 위해 1분 간격으로 데이터를 갱신한다. 상류 댐 방류량, 지천 합류점 수위, 하구 조위까지 모든 변수를 고려하여 홍수 도달 시간을 정확히 예측한다. 특히 태풍이나 집중호우 시 30분 전부터 침수 위험 지역을 구체적으로 제시하여 선제적 대응이 가능하다.
침수 시나리오 3시간 전 예측으로 대피시간 300% 확보
수자원 디지털 트윈의 핵심 기능은 침수 시나리오의 정확한 예측이다. 기상청 수치예보 모델과 연계하여 6시간 후까지의 강수량을 예측하고, 이에 따른 하천 수위와 도시 침수 범위를 3D 지도에 시각화한다.
대구시 신천 유역에서는 시간당 30mm 이상의 집중호우가 예보되면 3시간 전부터 침수 예상 지역을 단계별로 제시한다. 1단계는 지하차도와 저지대 주차장, 2단계는 아파트 지하층과 상가 밀집지역, 3단계는 주거지역 순으로 침수 진행 과정을 시뮬레이션한다. 주민 대피에 필요한 시간을 기존 30분에서 90분으로 300% 확보하는 효과를 거두고 있다.
광주시 광주천에서는 상류 댐 방류와 하류 배수 능력을 동시에 고려한 통합 운영을 수행한다. 극한 강우 시 담양댐과 광주댐의 방류량을 조절하고, 시내 11개 펌프장의 가동 시점을 최적화하여 하천 수위를 안전 범위 내로 유지한다. 2022년 8월 폭우 시에도 침수 피해를 완전히 예방했다.
인천시 굴포천 유역에서는 조수 간만의 차이까지 고려한 정밀 예측을 수행한다. 만조 시간과 집중호우가 겹치면 배수 효율이 크게 떨어지기 때문에 이를 사전에 계산하여 펌프장 가동 계획을 수립한다.
펌프장 자동 제어로 배수 효율 45% 향상
디지털 트윈은 단순한 예측을 넘어 실제 배수시설의 자동 제어까지 수행한다. 각 펌프장의 용량과 효율, 전력 요금, 하류 하천 수위를 종합 고려하여 최적의 펌프 운전 계획을 수립하고 자동으로 실행한다.
창원시 남천 배수펌프장에서는 AI 알고리즘이 상류 유입량과 하류 수위를 실시간으로 분석하여 펌프 가동 대수와 운전 시점을 자동으로 결정한다. 6대의 펌프를 개별 제어하여 에너지 효율을 극대화하면서도 배수 능력은 45% 향상시켰다. 특히 야간이나 주말 등 전력 요금이 저렴한 시간대를 활용한 선제적 배수로 운영비를 30% 절감했다.
수원시 황구지천 펌프장에서는 상류 저류지와 연계한 통합 운영을 수행한다. 강우 초기에는 저류지에 물을 가둬두었다가 하천 수위가 안정되면 단계적으로 방류하여 펌프장 부하를 분산한다. 이를 통해 펌프 설비의 수명을 연장하고 정비비용을 25% 절감했다.
울산시 태화강 하구 펌프장에서는 조위 변화와 연계한 최적 운영을 구현했다. 간조 시간을 활용한 자연 배수를 최대한 활용하고, 만조 시에만 펌프를 가동하여 에너지 소비를 최소화한다. 연간 전력 사용량을 40% 줄이면서도 배수 성능은 유지하고 있다.
고해상도 지형 데이터 갱신이 정확도 향상의 핵심
수자원 디지털 트윈의 정확도를 좌우하는 가장 중요한 요소는 지형 데이터의 정밀도와 최신성이다. 도시 개발과 지형 변화에 따라 유출 특성이 달라지기 때문에 정기적인 데이터 갱신이 필수적이다.
국토교통부는 전국 주요 하천과 도시 지역을 대상으로 연 2회 항공 LiDAR 측량을 실시하여 1m 해상도의 정밀 지형도를 구축하고 있다. 새로운 건축물, 도로 신설, 하천 정비 현황을 실시간으로 반영하여 침수 예측 정확도를 95% 이상 유지한다.
경기도 안양천 유역에서는 드론을 활용한 월간 지형 변화 모니터링을 수행한다. 하천 준설, 제방 보강, 교량 공사 등으로 인한 지형 변화를 즉시 디지털 모델에 반영하여 예측 오차를 최소화한다. 특히 여름철 장마 전에는 주간 단위로 측량 주기를 단축하여 정확도를 높인다.
지하시설물 정보도 중요한 변수다. 서울시에서는 지하철, 지하상가, 지하주차장 등 지하공간 현황을 3D로 구축하여 침수 시 대피 경로와 배수 계획에 반영한다. 지하공간 침수는 인명피해로 직결되기 때문에 특별한 주의가 필요하다.
향후 이 시스템은 기후변화로 인한 극한 강우 증가에 대응하기 위해 더욱 정교해질 예정이다. 위성 데이터와 IoT 센서를 결합한 실시간 모니터링과 AI 기반 예측 모델 고도화를 통해 물 재해로부터 안전한 도시 구현에 기여할 것으로 기대된다.