• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.112-112
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• 2017

하천은 크게 하도와 홍수터 그리고 제방으로 나눌 수 있으며, 최근 대하천 및 중 소규모 하천의 홍수터 공간을 활용하여 인공습지, 체육시설 및 공원 등과 같은 다양한 친수시설들을 조성하여 활용하고 있다. 이러한 홍수터는 여름철 태풍이나 집중호우로 인해 침수되다가, 강우 사상이 종료된 이후에는 유사가 퇴적되어 복구비용이 반복적으로 발생하고 있다. 홍수시 홍수터에서의 수리적 안정성을 평가하기 위해서는 홍수터를 포함한 복단면에서의 흐름해석이 선행되어야 하며, 계산된 수리적 인자들을 이용하여 홍수터에서의 수리적 안정성을 평가할 수 있다. 국외에서는 국내와 다르게 하천 홍수터 공간을 거의 활용하지 않기 때문에 홍수터에서의 수리적 안정성 평가에 대한 연구사례는 드문 실정이며, 도시침수로 인한 제내지 홍수위험도 평가에 대한 연구가 주를 이루고 있다. 하지만 기존에 사용되고 있는 제내지 홍수위험도 지수를 국내 홍수터에 도입하여 수리적 안정성을 평가하기에는 침식 및 퇴적을 올바르게 고려할 수 없는 한계점이 있기 때문에 본 연구에서는 홍수시 홍수터 내에서 침식과 퇴적을 고려할 수 있는 홍수터 수리적 안정성 지수를 산정하고 과거 연구된 실내 수리실험 자료와 비교하여 적용성을 분석하고자 한다. 또한 자연하천에서의 실제 태풍 사상에 의한 침식 및 퇴적의 상대적 공간분포를 산정하여 홍수터에서의 수리적 안정성을 평가하고자 하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제43권6호
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• pp.721-733
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• 2023

기후변화로 인하여 도시에서 발생하는 집중호우가 증가함에 따라 정부와 지자제는 기후변화 적응대책을 통해 홍수로 인한 피해를 저감시키고자 노력하고 있다. 도시 유역 침수 피해의 감소를 위해 우수관거 용량 증대와 물순환 개선을 통한 지속가능한 치수 정책인 저영향 개발 기법 등 다양한 홍수 대응 정책들이 제시되고 있다. 이러한 정책들을 이행하는데 있어 지역별 특성을 고려한 대책 수립이 필요하며, 이를 위해선 홍수 저감 효과를 비용-편익 측면에서 분석하여 국가 예산을 효율적으로 사용하여야 한다. 본 연구에서는 침수 피해 위험이 있는 도시 소유역에 적용할 수 있는 대응 정책으로 우수관거의 용량 증대와 저영향개발 기법 중 옥상녹화와 투수성 포장 기법을 선정하고 서울대학교 관악캠퍼스 유역의 홍수 저감 효과를 도시유출해석모형인 SWMM 모형으로 분석하였다. 또한, 정책별 공사 및 운영 비용을 계산하고 월류량 감소를 편익으로 고려한 비용-편익 분석을 수행하였다. 분석 결과, 투수성 포장과 우수관거 용량 확대 정책을 100% 반영하는 정책 시나리오가 유출 저감 측면에서 비용 대비 효과가 가장 우수한 시나리오로 분석되었다. 본 연구를 통해 제안된 방법론은 지역별 맞춤형 치수 계획 수립 단계에서 의사 결정을 위한 자료로 높은 활용성을 보일 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제51권2호
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• pp.121-129
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• 2018

도시 지역의 불투수층에 내린 강우는 지표면을 따라 흐르다가 대부분 우수관으로 유입되어 유역에서 배출된다. 그러므로 도시 우수관의 설계빈도를 결정하고 설계홍수량을 결정하는 일은 도시 홍수 저감을 위한 구조적인 대책 중 가장 우선적으로 고려되어야 하고, 또 가장 중요한 대책이기도 하다. 그러나 최근 들어 기후변화 등으로 인해 짧은 시간에 큰 강우강도의 호우가 발생하는 일이 잦아지고 있다. 이런 형태의 호우는 불투수면이 많은 도시 지역에서 갑작스럽게 유출량을 증가시켜 증가된 유출량이 일시에 우수관으로 유입되지 못하고 일시적이고 국부적인 홍수를 야기하기도 한다. 그러므로 도심지의 홍수 저감을 위해 우수관망의 적절한 설계가 매우 중요하다. 그러나 무한정 큰 관경의 우수관을 건설하는 것은 경제적으로 타당한 방법이 될 수 없으므로, 적절한 크기의 우수관을 설계하고 유출해석의 신뢰도를 높이기 위한 노력이 필요하다. 그러므로 본 연구에서는 과거 홍수피해가 빈번히 발생했던 도시유역들 중 유역면적과 우수관망의 구조가 다른 4개의 도시를 서울과 부산지역에 선정하여 다양한 강우에 따른 유출해석을 실시하였다. 서울과 부산 기상관측소의 과거 호우 자료에 대한 EPA-SWMM 모형에서의 유출해석 결과, 첨두강우량의 변화에 따른 첨두유출량의 변화를 선형회귀모형으로 분석하였다. 회귀모형의 결정계수와 95% 신뢰구간 및 변동계수를 비교하고, 수계밀도 개념을 적용하여 첨두유출량의 변화를 해석한 결과, 우수관망이 조밀하게 건설되어 수계밀도가 높을수록 증가된 첨두강우량에 따라 함께 증가하는 첨두유출량의 예측이 상대적으로 정확하게 가능함을 확인하였다. 이는 수계밀도가 높을수록 유출응답이 빨라지고 국부적인 우수관의 통수능 부족으로 발생하는 침수의 발생 가능성이 낮아지기 때문인 것으로 보이며, 갑작스러운 강우에 대한 대응이 수월함을 의미한다. 이러한 우수관의 구조적인 특성에 따른 유출 응답 속도를 고려하여 우수관을 설계한다면, 보다 효율적인 우수관 설계가 가능할 것으로 판단된다.

• 한국습지학회지
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• 제22권3호
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• pp.187-193
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• 2020

최근 찾아지는 이상기후와 급격한 도시화에 따른 불투수 면적의 증가는 저류량 감소로 이어져 지표유출량의 증가를 가져오게 되었다. 증가한 지표유출량은 도시하천의 범람으로 인한 침식, 수중 생태계 파괴, 도심지 내 인적 및 재산상의 피해를 유발하는 원인이 되고 있다. 최근 국내에서는 국지성 호우, 태풍, 홍수로 인해 이러한 피해가 증가하고 있다. 이에 대한 대책으로 부산광역시는 2012년부터 2023년까지 미래지향적인 수변도시 조성을 목표로 부산 에코델타시티 친수구역 조성을 진행하게 되었다. 따라서 본 논문에서는 미환경보호국에서 개발한 SWMM(Storm Water Management Model)을 활용하여, 현 도시하천 상태와 강수량 자료를 분석수집하고 홍수 피해를 모의하기 위한 목표 유역을 선정하였다. 모의된 자료를 사용하여 다양한 경우에 대한 수해저감 대책을 제시하였다. 수해저감 대책 방안에 대한 시나리오를 구축하여 각 케이스 별로 재해방지방안을 구축하는 방법이다. 30년 빈도 80분의 강우사상으로 침수모의 해석을 실시하여 구조적 방안과 비구조적 방안을 고려하였을 때, 배수문 증설보다 배수펌프장의 증설 효과가 큰 것으로 판단되며 비구조적 재해방지방안인 사전배제 방법과 결합하여 8개의 시나리오와 그에 대응하는 대안을 계획하였다. 각 대안에 대한 평가를 실시한 결과, 6안의 펌프장 증설 100㎥/s와 사전배제 EL.(-)1.5m가 최적대안이라고 판단되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.176-176
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• 2017

배수시설 내 맨홀에서의 과부하 흐름은 관거시설의 배수 능력을 저하시켜 우수의 역류로 인한 도시 침수피해의 가중 요인이 된다. 특히, 도시 유역 중 하류부의 저지대에서 주로 설치되는 합류 맨홀은 저지대 침수에 많은 영향을 미치므로 합류맨홀에서의 흐름특성 분석 및 유입유량 변화에 따른 손실계수의 변화에 관한 연구가 필요한 실정이다. 현재까지 중간맨홀, $90^{\circ}$ 접합맨홀 및 3방향(T형) 합류맨홀 등에 관한 연구는 지속적으로 수행되고 있으나 4방향 합류맨홀에 관한 연구는 기초적인 연구만 수행되고 있다. 4방향 합류맨홀은 세 개의 유입관과 한 개의 유출관으로 구성되어 있으므로 각 유입관의 유입유량 변화에 따라서 맨홀에서의 손실계수가 다양하게 변화된다. 이와 같은 유입유량 변화에 따른 맨홀 내 흐름특성 분석 및 손실계수 산정에 관한 연구는 국내에서는 전무한 실정이다. 그러므로 유입유량 변화에 따른 4방향 합류맨홀에서의 손실계수 변화특성의 분석이 필요하다. 본 연구에서는 4방향 사각형 합류맨홀에서 세방향에서 유입되는 각 유입유량의 유입비($Q_{in}/Q_{out}$)가 0.0~1.0으로 변화하는 조건에서 평균 손실계수를 산정하기 위하여 하수도시설기준(환경부, 2011)의 표준 1호 맨홀 및 연결관경을 1/5로 축소하여 수리실험 장치를 제작하였다. 유출유량은 $3{\ell}/sec$이고 각 유입관(주유입관 및 좌 우측면유입관)의 유입유량을 $0{\sim}3{\ell}/sec$까지 유입유량의 비율을 각각 10%씩 변화시키면서 수리실험을 실시하였다. 실험결과 주관거의 유입유량이 줄어들고 측면관거의 유입유량이 늘어나면서 손실계수가 상승하는 것으로 나타났으며, 한쪽 측면 관거에서만 유입유량이 들어오는 $90^{\circ}$ 접합맨홀의 형태에서 손실계수가 가장 크게 나타났으며, 유입유량 변화에 따른 4방향 합류맨홀에서의 손실계수의 범위는 0.5~1.7으로 산정되었다. 이는 과부하 4방향 사각형 합류맨홀에서는 측면 유입관에서의 유입유량의 증가에 따라 평균 손실계수 값이 크게 증가되는 것으로 판단된다. 이는 김정수(2010) 등이 산정한 $90^{\circ}$ 접합맨홀의 손실계수 및 중간맨홀의 손실계수와 유사하게 나타났으므로 전체적인 손실계수의 범위는 타당하다고 판단된다. 또한, Wang(1988) 등의 유사연구와의 유입유량 변화에 따른 손실계수의 변화 경향도 유사하였다. 따라서 본 연구에서 산정된 유입유량 변화 조건이 고려된 4방향 합류맨홀에서의 손실계수는 XP-SWMM 등의 부정류 흐름이 고려된 도시지역의 침수해석이나 관거 배수능력 평가에 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.862-866
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• 2005

도시유역의 유출분석을 위하여 국내에서 많이 사용하고 있는 모형들로는 ILLUDAS, SWMM이 대표적이라고 할 수 있다. 그러나 국내의 대부분의 도시하천의 경우 합류식의 배수계통을 가지고 있어, 홍수시에 하수관거용량을 초과하는 우수량은 하천을 통해 배수가 되고 있다. 이러한 배수계통을 갖는 하천에 대하여 대상유역의 배수관망 자료 부족과 Modeling의 어려움으로 인해 도시유출모형이 아닌 HEC-HMS모형과 같은 유역추적법을 통해 유출분석이 이루어지고 있다. 또한 기존 논문에서 제시한 도시유출모형에 하도추적을 결합한 강우-유출 모의는 정확성 결여 및 번거로운 단점이 있다. 따라서 본 논문에서는 보다 안정적인 해석 모형인 MIKE SWMM 모형을 사용하여 과거 침수자료와 DEM 자료 및 수치 배수관망 자료를 통한 유역 및 배수관망 자료를 구축하고 유역에 대해서는 Runoff Block을 사용하고, 하수관거와 본류에 대해서는 Dynamic 방정식을 이용한 Extran Block을 적용하여 유출분석을 실시하고 그 결과를 기존의 방법들과 비교하여 각각의 장단점 및 적용성을 밝히고 개선방향등을 제시하고자 하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제38권11호
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• pp.907-916
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• 2005

도시유역의 유출분석을 위하여 국내에서 많이 사용하고 있는 모형들로는 ILLVDAS, SWMM이 대표적이라고 할 수 있다. 그러나 국내의 대부분의 도시하천의 경우 합류식의 배수계통을 가지고 있어, 홍수시에 하수관거용량을 초과하는 우수량은 하천을 통해 배수가 되고 있다. 이러한 배수계통을 갖는 하천에 대하여 대상유역의 배수관망 자료 부족과 Modeling의 어려움으로 인해 도시유출모형이 아닌 HEC-HMS 모형과 같은 유역추적법을 통해 유출분석이 이루어지고 있다. 또한 기존 논문에서 제시한 도시유출모형에 하도추적을 결합한 강우-유출 모의는 정확성 결여 및 번거로운 단점이 있다. 따라서 본 논문에서는 보다 안정적인 해석 모형인 MIKE SWMM 모형을 사용하여 과거 침수자료와 DEM 자료 및 수치 배수관망 자료를 통한 유역 및 배수관망 자료를 구축하고 유역에 대해서는 Runoff Block을 사용하고, 하수관거와 본류에 대해서는 Dynamic 방정식을 이용한 Extran Block을 적용하여 유출분석을 실시하고 그 결과를 기존의 방법들과 비교하여 각각의 장단점 및 적용성을 밝히고 개선방향등을 제시하고자 하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.498-498
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• 2023

정부와 지자체는 기후변화로 인한 홍수 피해를 저감하고자 내수배제 용량 증대, 건전한 물환경 조성 등 다양한 방향의 정책들을 제시하고 있다. 각 지자체 별로 다양한 홍수 대응 정책들을 반영하고 있지만, 2022년 집중호우에 의한 도심지역 침수 피해 사례와 같이 기후변화로 인하여 증가된 홍수량에 대한 적절한 대비를 못하고 있다. 따라서 지자체는 현재의 홍수 대응 정책들과 더불어 추가적인 홍수 대응 정책을 시행하여야 하며, 지속가능한 개발을 고려한 유역의 건전한 물순환을 유지해야 한다. 본 연구에서는 토지피복 등 유역의 특성을 고려하여 실행 가능한 홍수 정책들의 대응 효과를 분석하고, 기후변화 시나리오를 반영한 미래 빈도분석 결과를 반영하여 최적의 홍수 대응 정책 대안을 제시하고자 한다. 연구에서 선정한 홍수 대응 정책은 우수관거 용량을 증대시키는 관거 교체 정책, 지속가능한 저영향개발 기법을 적용한 투수성 포장과 옥상녹화 정책을 선정하였다. 미래 강우 시나리오는 3개의 CMIP6 GCM모형(ACCESS-CM2, CanESM5, GFDL-ESM4)과 2개의 SSP-RCP 시나리오(SSP1-26, SSP5-85)를 사용하였다. 홍수 저감 효과는 도시유출해석모형인 SWMM 모형으로 분석하였다. 또한, 정책 이행에 발생하는 공사와 운영 비용을 산정하여 경제적 편익 분석을 실시하였다. 분석 결과, 투수성 포장과 우수관거 용량 확대 정책을 반영하는 정책 시나리오가 가장 경제적인 홍수 저감 효과를 가져오는 것으로 분석되었다. 본 연구의 정책별 경제적 비용과 홍수 저감 효과 분석은 기후변화에 대비한 도시유역의 홍수 대응 정책을 평가하고 우선순위를 선정하는데 있어 기여 할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제51권10호
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• pp.887-893
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• 2018

본 연구에서는 신뢰성해석기법을 이용하여 우수관에 대한 최적설계기법을 제시하였다. 최근 빈번히 일어나고 있는 국지성호우에 대해 기존의 결정론적 설계기법으로는 우수관의 용량을 초과하여 도시침수가 일어나기 쉽다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 우수관의 설계변수들을 확률변수로 인식하는 추계학적 기법이 필요하다. 이를 위해서 본 연구에서는 FORM (First Order Reliability Method)을 사용하여 우수관의 신뢰성해석모형을 개발하였다. 개발된 신뢰성해석기법은 5개 지역의 실제 구축된 우수관에 적용하여 안전도를 분석하고 공사비증가에 따른 안전도의 변화를 분석하였다. 다섯 개 지역의 빈도별 강우강도를 분석하고 신뢰성해석을 통해 우수관의 용량초과확률을 정량적으로 산정할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.43-43
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• 2015

천수방정식을 사용하는 초기 수치모형은 프로드수($F_4$)가 변화하는 흐름 즉, 상류방향과 하류방향으로 전파하는 홍수파를 동시에 해석하기 위해 중앙 차분기법이 필요한 상류(sub-critical flow)와 흐름방향에 따른 상류이송(upwinding)기법이 필요한 사류(super-critical flow)가 나타나는 흐름해석에서 어려움이 있었다. 하지만, 근사 Riemann 해법의 등장으로 흐름방향에 관계없이 특성선을 따라 정확한 상향가중기법의 적용이 가능하게 되어, 천수방정식을 지배방정식으로 하는 수치모형이 더욱 실용적으로 적용될 수 있도록 하였다. 따라서, 현재 근사 Riemann 해법은 Godunov 형 유한체적 기법, 불연속 Galerkin 혹은 Petrov-Galerkin 유한요소기법 그리고 Boussinesq 기법에도 적용되고 있으며, 특히 Godunov 형 유한체적기법과 결합한 근사 Riemann 해법은 댐 붕괴, 하천 범람 그리고 도시 및 해안지역 침수에 이르기까지 여러 가지 문제에 폭넓게 적용되고 있다. 지금까지 홍수 모델링에 적용된 Godunov형 유한체적모형은 정형 사각격자나 비정형 삼각격자 중에서 한가지의 격자 종류만을 적용한 연구가 주로 수행되었으며, 유한요소모형과 같이 이 두 가지 격자를 동시에 적용한 연구는 거의 이루어지지 않고 있다. 일반적으로, 삼각격자는 사각격자와 는 달리 연구유역의 경계나 지형이 복잡한 경우에도 큰 노력없이 격자의 생성이 가능하나, 격자와 노드의 수가 사각격자보다 많아 계산시간이 많이 소요되는 단점이 있다. 반면, 사각격자는 하천과 같이 선형으로 변하는 지형에 대해서는 표현하기가 용이하며 계산시간의 효율성도 뛰어나다. 본 연구에서는 하천, 도시 그리고 해안지역에서의 효율적이고 정확한 홍수 모델링을 위해 삼각 및 사각격자 그리고 이 두 격자를 동시에 고려한 하이브리드 격자의 적용이 가능한 Godunov형 2차원 유한체적 모형을 개발하였다. 그리고 개발모형을 정확해가 있는 댐 붕괴 문제, 실측치가 존재하는 실험하도 및 실제하도에 삼각, 사각 그리고 혼합격자를 생성하여 모의를 수행하고, 각 적용 격자에 따른 정확성과 효율성 및 장점과 단점을 연구하였다.