• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.343-343
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• 2022

강우의 유출은 하늘에서 발생한 강우가 다양한 유역을 거쳐 하천 및 해안 등으로 방류되는 일련의 과정을 의미한다. 강우의 유출과정에서 좀 더 효율적인 유량처리를 위하여 대부분의 도시 유역에는 우수관망이 설치되어 있다. 우수관망은 일정 빈도 이하의 강우량 방재를 목적으로 설계하며, 해당 강우량을 초과하는 경우 침수피해가 발생한다. 우수관망의 목표 강우를 초과하는 경우를 위하여 우수 저류지, 펌프장 및 LID(Low Impact Development) 시설물 설치 등 다양한 노력이 지속되어 왔으며, 이를 더욱 효율적으로 관리하기 위한 연구가 지속되고 있다. 본 연구에서는 강우 발생유역을 격자로 분할하여 우수의 흐름을 파악하여 효율적인 저류지 및 LID 시설물의 설치 위치를 지정하고자 한다. 분석지역은 경상남도 창원시 마산합포구 인근이며, ArcGIS 10.8을 이용하여 해당 지역의 지형을 3D로 구현하였으며 EPA-SWMM 5.1을 이용하여 침수분석을 진행하였다. 또한, 구성된 TIN(Triangulated Irregular Network)를 10m × 10m 크기의 격자로 분할하여 지표고에 따른 유량의 흐름 및 중첩을 판단하였다. 분할된 격자들 중 유량의 중첩 정도가 가장 높으며 침수피해 정도가 높은 지역을 대상으로 종류 및 크기를 고려한 최적의 비용과 효율을 갖는 저류지 및 LID 시설물 설치 위치를 결정하였다. 우수관망 시스템, LID 시설물, 우수 저류지 각각의 시선에서 접근한 기존의 연구와 달리 다양하고 포괄적인 방재시설물 설치를 통해 더욱 효율적이고 경제적인 우수 방재 시스템 구현에 도움이 될 것으로 기대된다. 우수관망 시스템, LID 시설물, 우수 저류지 각각의 시선에서 접근한 기존의 연구와 달리 다양하고 포괄적인 방재시설물 설치를 통해 더욱 효율적이고 경제적인 우수 방재 시스템 구현에 도움이 될 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.339-339
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• 2021

XP-SWMM은 유역의 강우-유출과 1차원 관망 해석 및 2차원 지표면 흐름 해석이 가능하여 도시지역의 침수 모의에 활용도가 높다. 하지만 대부분의 수학적 모형이 그러하듯 XP-SWMM은 많은 입력 변수를 포함하고 있어 사용자의 숙련도에 따라 모의 결과가 달라질 수 있다. 본 연구의 목적은 XP-SWMM을 이용한 침수 모의의 정확도를 향상시키기 위해 침수 모의에 영향을 줄 수 있는 인자를 검토하고, 민감도 분석을 통해 인자별 적정 범위를 제안하는 것이다. 다만, 유역의 강우-유출과 1차원 관망 해석에 사용되는 매개변수는 과거 많은 연구자들이 적정 범위를 제시하였으므로 본 연구에서는 2차원 지표면 흐름 해석에 관한 입력 변수만을 대상으로 하였다. 이를 위해 2차원 계산의 지배방정식인 천수방정식의 매개변수 중 XP-SWMM에서 제어할 수 있는 인자와 XP-SWMM의 사용자 편의환경(graphical user interface; GUI)에서 제어 가능한 인자를 고려하였다. 선정된 인자는 지표면 조도계수, 2차원 계산 시간 간격, 2D 집수유량 계수, Smagorinsky 계수, Wet/dry 깊이이다. 제시된 인자들을 대상으로 침수흔적도의 침수 면적을 기준으로 민감도 분석을 수행하였고, 인자의 변화율을 침수 면적의 변화율로 변화시키는 조건수(condition number)를 활용하여 인자별 민감 여부를 분석하였다. 또한, 영향 인자 변화에 따른 침수 면적과 침수흔적도의 상대오차를 분석하여 영향 인자의 적정 범위를 제안하였다. 그 결과, 지표면 조도계수의 적정범위는 0.02~0.05, 2차원 계산 시간 간격은 0.1-3.5초, Smagorinsky 계수는 0.06~1.0, Wet/dry 깊이는 0.001~0.02 m인 것으로 나타났다. 본 연구는 XP-SWMM을 이용한 2차원 침수 모의에 활용될 수 있는 영향 인자와 적정 범위를 제안한 연구로서, 향후 XP-SWMM을 이용한 많은 침수분석에 참고자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.412-412
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• 2015

최근 기후변화 및 이상기후의 발생으로 짧은 시간에 많은 양의 강우가 발생하는 국지적인 기습강우가 빈번히 발생하고 있으며, 급격히 발전하는 도시지역은 토지이용에 따라 불투수지역이 대부분이며, 유출량이 증가하고 도달시간이 줄어들어 내수침수가 빈번히 발생하고 있다. 도시유역의 배수능력은 우수관거 말단부와 연결된 외수에 영향을 받기 쉽고, 복잡하고 긴 형태를 가진 도시유역의 관망분포에 따라 통수능 부족 및 외수에 의한 내수배제의 불량으로 인한 침수피해가 발생하고 있다. 도시유역에서 우수의 유출현상은 대부분 표면 흐름이나 우수관거를 통하여 흐르게 된다. 불투수층이 대부분인 도시유역의 강우에 의한 내수배제는 우수관거에 의존도가 높으며, 도시유역의 침수현상은 인간의 생활 및 사회기반시설 등에 직접적으로 피해를 입혀 막대한 재산피해와 인명 피해를 야기할 수 있다. 실제로, 우리나라의 경우 큰 하천주변으로 많은 도시들이 위치하고 있어 내수배제 불량에 의한 침수피해가 빈번히 발생하고 있으며, 이를 대비하기 위해 강우-유출 해석을 통하여 침수위험지역을 예측하고 홍수 저감을 위한 계획 수립은 매우 중요하다. 이러한 도시유역의 침수를 분석하기 위해서는 관거의 통수능과 월류수 및 지표수의 흐름을 고려한 2차원 해석이 함께 필요하다. 본 연구에서는 과거 침수가 발생하였던 신촌지역에 대하여 침수해석을 위해 범람해석 모형을 적용하였다. 현재 도시유출모의에 많이 사용되고 있는 SWMM 모형을 이용하여 우수관거의 관망해석을 실시하고 관거의 용량을 초과하여 범람한 유량은 범람해석 모형인 FLUMEN 모형을 이용하여 침수 분석을 통해 노면수의 흐름을 분석하여 도시유역의 침수모의 적용성을 검토하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.228-228
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• 2023

국지적 지역에 내리는 강한 강도의 강우는 많은 인명 및 재산 피해를 발생시킨다. 이러한 피해를 예방하기 위해 도시 침수 예측에 관한 연구가 오랜 기간 수행되어 왔으며, 최근에는 다양한 신경망(neural network) 모델이 활발히 이용되고 있다. 강우 지속 기간이나 강도는 일정하지 않고, 공간적 특징 또한 도시마다 다르므로 안정적인 침수 예측을 위한 신경망 모델은 강건성(robustness)을 지녀야 한다. 강건한 신경망 모델이란 적대적 공격(adversarial attack)을 방어할 수 있는 능력을 갖춘 모델을 일컫는다. 따라서 본 연구에서는, 도시 침수 예측을 위한 시공간 신경망(spatio-temporal neural network) 모델의 강건성 제고를 위한 방법론을 제안한다. 먼저 적대적 공격의 유형과 방어 방법을 분류하고, 시공간 신경망 모델의 학습 데이터 특성 및 모델 구조구성 조건 등을 활용하여 최적의 강건성 제고 방안을 도출하였다. 해당 모델은 집중호우로 인해 나타날 다양한 관망에서의 침수 피해를 각각 예측하고 피해를 예방하기 위해 활용될 수 있다.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.26 no.6
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• pp.388-396
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• 2014

In this study, numerical simulations are conducted for the inundations due to storm surge and rainfall at Masan City of Korea where severe damages occurred by the typhoon Maemi. A coupled numerical model which can deal with various flow patterns such as storm surge, rainfall and sewer flows is employed. The numerical results show that the inundation area and depth increase significantly when the combined effects of storm surge and rainfall are considered in comparison with those obtained without a rainfall effect. Further numerical simulations are conducted to evaluate the performance of the sea wall being constructed for the coastal defence. The results show that the maximum inundation depths decrease when the sea wall is constructed. However, the duration of inundation becomes longer, because the rainwater on the ground cannot be discharged easily to the sea due to the presence of the sea wall.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.50 no.4
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• pp.263-275
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• 2017

Integrated numerical approaches with physically-based conceptualization are required for accurate urban inundation simulation. In this study, we described, applied and analyzed an integrated 1-dimensional (1D) sewerage system and 2-dimensional (2D) surface flow model, which was suggested by Lee et al. (2015). This model was developed based on dual-drainage concept, and uses storm drains as an discharge exchange spot rather than manholes so that interaction phenomena between surface flow and sewer pipe flow are physically reproduced. In addition, the building block concept which prevents inflows from outside structures is applied in order to consider building effects. The capability of the model is demonstrated via reproducing the past flooding event at the Sadang-cheon River catchment, Seoul, South Korea. The results show the plausible causes of the inundation could be analysed in detail by integrated 1D-2D modeling.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.689-693
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• 2010

본 연구는 최근 기상이변에 따른 집중호우에 의해 도시지역에서 빈번히 발생하고 있는 침수피해를 XP-SWMM모형을 이용하여 침수해석을 수행한 것으로서, 이를 위해 대상유역의 강우분석을 선수행하고 하천 외수위 상승에 따른 배수구역의 10년, 20년, 30년, 50년 설계빈도별 침수해석을 실시하였다. 이에 본 연구에서는 과거 하천 외수위 변화에 따른 내수배제 불량으로 인한 침수피해가 일어난 지역을 산정하고, 도시유역의 강우-유출해석과 하수관거 해석을 실시한다. 이를위해 XP-SWMM 모형을 이용하여 하수관망 시스템과 하천 외수를 연계 해석하여 장래 하천의 빈도별 홍수량에 대한 침수가능 여부를 분석하였다. 본 연구의 대상유역 면적은 62.35ha, 총 관로연장 12,741m, 소유역 60개, 하수관로 175개로 모형을 구성 하였고, 유출해석결과 설계빈도 50년의 임계지속시간은 90분, 총 침수량은 $15,362m^3$, 침수면적은 $65,384m^2$였으며, 최대 침수심은 0.81m인것으로 산정되었다. 침수피해 경감효과로는 245세대, 585명의 피해경감 효과가 있을 것으로 분석 되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.422-422
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• 2017

기후변화로 인한 게릴라성 호우 및 국지성 호우의 증가, 급격한 도시화로 인한 불투수면적의 감소 등은 다양한 홍수피해와 물 순환 왜곡문제 등을 유발하고 있다. 서울시의 경우 2010년 9월 21일 시간 최대 75.5mm의 폭우로 광화문광장 및 백운동천 주변상가에서 약 15.7ha의 침수가 발생하였다. 이러한 침수발생에 대응하기 위한 대안으로 서울시에서는 저영향개발(LID, Low Impact Devleopment)기법을 도입하고 있다. 본 연구에서는 효자배수분구(광화문지역)의 LID 시설 도입을 위한 빗물관리 목표량 설정에 따른 홍수방어 개선효과를 분석하였다. 빗물관리량 산정을 위한 유출해석모형은 도시유출모형인 SWMM을 이용하다. SWMM의 입력자료인 우수관망도 자료는 서울시 우수관망 UIS 자료를 이용하여 구성하였으며 소유역분할은 유역의 경사 및 건물 등을 고려하여 정교하게 소유역을 구분하였다. 구분된 소유역은 293개이며 개별 소유역에 대한 토지이용도, 정밀토양도를 검토하여 소유역별 유출곡선지수 산정하여 모형 입력자료를 구축하였다. 효자배수분구(광화문지역) 전체유역 중 전원지역을 제외한 나머지 지역에 대하여 소배수구역별로 유출곡선지수(CN)값을 10-90%까지 감소시키면서 LID시설의 계획에 의한 빗물관리량(mm)에 따른 침수발생량($m^3$)의 변화를 분석하였다. 여기서, LID 시설의 빗물관리량은 유역의 현상태 직접 유출고에서 CN값 변화에 따라 계산된 직접유출고를 차감한 양이다. 연구결과, 효자배수분구의 경우 도시유역 전체에서 20mm의 우수를 관리하면 전체 침수발생량의 약 50%를 30mm의 우수를 관리하면 유역침수 침수발생량의 약 75%를 저감할 수 있는 것으로 분석되었다. 본 연구결과는 향후 개발된 도시지역에 대한 지구단위계획 수립시 LID 시설목표에 따른 홍수저감 효과를 비교적 효율적인 방법으로 검토하는 방안으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.19-19
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• 2023

최근 기후변화에 의해 단기간에 많은 양의 집중호우가 발생하여 도시지역의 침수 피해가 증가하고 있다. 이에 도시지역의 홍수 피해 해결을 위해 도심지 홍수 발생 시 홍수정도 및 상황을 파악할 수 있는 장비가 개발되었으나, 실용화 단계까지는 진행이 미흡한 상황이다. 또한 기존 도시지역 홍수 현상 및 원인을 분석하기 위해 수치모형을 활용하고 있으나, 우수관망의 노후화 및 초기 강우패턴 적용에 대한 정확한 해석결과의 어려워 활용성이 낮다. 또한 홍수정도와 발생상황 인지를 위한 계측 장비의 개발 연구는 지속적으로 진행되고 있으나, 계측 장비의 높은 가격으로 전국적으로 설치 할 수 없는 상황으로 이를 대응하기 위한 별도의 방안 마련이 필요한 실정이다. 이를 위해 본 과제에서는 고성능·저비용 계측센서를 개발하여 실용화 가능성을 높이고, 전국에 산재되어있는 CCTV(교통상황, 방법용 등)의 영상을 활용한 침수상황 인지 기술 개발, 계측 데이터와 모니터링 데이터의 활용을 위한 빅데이터 개방 플랫폼을 구축하여, 상습 침수지역에 대해 실시간 감시가 가능한 계측 시스템의 정형 데이터와 CCTV 및 영상 등 모니터링 장비의 비정형 데이터의 분석 기술을 결합한 새로운 도심지 홍수 감시 기술의 개발을 목표로 한다. 이를 위해 본 연구 1차년도에 지표면 침수심 계측센서와 우수관망 월류심 계측센서를 개발하였으며, 2차년도에는개발된 계측센서의 현장실증을 통해 데이터를 수집한다. 수집된 계측센서 데이터와 비정형(CCTV 영상) 데이터의 AI학습을 통해 분석된 침수심, 침수범위, 침수면적 데이터는 도심지 홍수 정보 프로그램을 통해 표출되며, 최종적으로는 현장 상황을 쉽게 파악 가능한 3D 레이어의 형식으로 표출하고자 한다. 추후 도심지 홍수 정보 프로그램을 통해 표출되는 3D 레이어는 환경부가 추진하는 DT(Digital Twin) 연계 인공지능(AI) 홍수예보 사업과의 연계 시 도심지 홍수 지도 구축을 위한 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.603-607
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• 2008

최근 이상기후현상으로 인한 가뭄과 홍수의 빈번한 발생으로 인해 인명 및 재산피해가 증대되고 있다. 특히 도시지역에서의 홍수 피해가 심각한 상황이다. 도시지역에서는 불투수 면적의 증가로 우수 유출량의 대부분을 배수관망에 의존하고 있다. 그럼에도 불구하고 현재 배수관거에 대한 관리는 미흡한 실정으로 노후되거나 부실한 배수관을 통해 토양으로 누수되거나, 관로 내에 누적된 퇴적물로 인한 관경의 축소 등으로 인해 우수가 원활하게 배제되지 못하고 지체되면서 인근지역의 침수피해를 증가시키고 있다. 이러한 피해를 경감시키기 위해서 지속적이고 신뢰성 있는 배수관 내 유황자료의 획득이 시급한 상황이다. 그러나 현재 수집되고 있는 도시지역의 배수 자료는 하천유황자료에 편중되어있으며, 배수관망 자료는 배수관망 내 유황자료의 획득이 어렵고, 배수관망 내에서 흐름의 경로 파악이 불가능 하다는 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서는 도시 배수관망에 대한 지리정보시스템의 자료와 ubiquitous floater로부터 획득한 유황자료를 결합하여 도시 배수 관리 시스템을 구축하는 것에 목적을 두었다. 도시 배수 관리 시스템에서는 bluetooth 무선통신 기술을 이용한 ubiquitous floater를 사용하여 배수관망 내의 유속과 흐름 경로를 측정하고, 측정된 실시간 수문자료는 CDMA 무선통신모듈을 이용하여 server 컴퓨터에 전송된다. 수집된 자료는 대상유역의 지리정보시스템의 자료와 결합하여 도시 배수 관리 시스템으로 구축된다. 도시 배수 관리 시스템은 관리자가 배수관의 특성을 파악하고 문제발생시 신속하게 조치할 수 있게 도움을 줄 수 있으며, 전문적인 지식이 없는 누구나(whoever), 언제(whenever), 어디서(wherever)든 PC 앞에서 원거리에 위치한 도시 배수관망 내의 흐름 경로를 파악하고 관망 내 흐름의 현황을 파악할 수 있다.