• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.2184-2188
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• 2008

최근 도시의 발달은 하상공간에 대한 이용도를 높이는 방향으로 개발이 진행되어가는 추세이며, 하상도로 및 하상주차장의 이용은 이제 도시 내에서 이용 가능한 마지막 여유 공간으로 인식될 정도로 그 의존도가 높아져가고 있다. 그러나 하상공간의 활용도가 높아져갈 수록 도시홍수의 발생으로 인한 대피문제가 발생하게 되고 돌발홍수로 인하여 하상도로의 차단 혹은 하상 주차장에 주차된 차량의 소거가 늦어지는 경우 고스란히 피해를 보게 되는 등 그 부작용도 계속 증가되고 있다. 도시홍수의 특성을 살펴보면 국지성 돌발 강우에 의한 유량의 급격한 증가와 짧은 유하시간, 작은 유역면적 등에 의하여 주요 예보지점까지의 도달시간이 매우 짧아 수문학적 홍수예측 모형을 이용하여 홍수예측 업무를 수행하는데 선행시간을 충분히 확보할 수 없다는 단점을 지니고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 기존의 하천시스템에 대한 모의모형을 통하여 홍수 예경보를 발령하기에는 선행시간의 확보(대피시간의 확보)라는 측면에서 상당한 어려움을 지닐 수 있으므로 시시각각으로 측정되는 실시간 수위측정 자료 및 실시간 강우자료를 이용하여 모형의 수행과정을 생략하고, 하천의 수위변동을 직접 예측하여 대피할 수 있는 통계학적 모형 (회귀분석 기법) 기반의 수문모형을 개발하였다. 이를 위하여 각 관측 자료로부터 대상 지점(홍수 예보지점)의 수위를 간단한 입력 자료만으로도 직접 구할 수 있는 통계학적 기법을 활용하여 홍수예보 업무를 실시할 수 있도록 하였다. 이에 따라 강우강도 등의 강우정보, 하천 수위정보 등을 이용하여 간단한 홍수예보가 가능한 규칙을 제시하였고, 홍수예보 업무에 신속하게 대응할 수 있는 시스템을 구축하기 위하여 Visual Basic 6.0을 사용한 GUI 기반의 홍수예측 수문모형을 구성하였으며, 제어변수(control variable)로는 강우 관측자료, 수위 등 유출관측 자료로 구분하여 수문모형을 구성함으로써 실무자들이 쉽게 활용할 수 있는 홍수 예경보 시스템의 기본모형을 제시하였다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.45 no.2
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• pp.203-215
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• 2012

The objective of this study is to develop a catchment hydrologic cycle assessment model which can assess the impact of urban development and designing water cycle improvement facilities. Developed model might contribute to minimize the damage caused by urban development and to establish sustainableurban environments. The existing conceptual lumped models have a potential limitation in their capacity to simulate the hydrologic impacts of land use changes and assess diverse urban design. The distributed physics-based models under active study are data demanding; and much time is required to gather and check input data; and the cost of setting up a simulation and computational demand are required. The Catchment Hydrologic Cycle Assessment Tool (hereinafter the CAT) is a water cycle analysis model based on physical parameters and it has a link-node model structure. The CAT model can assess the characteristics of the short/long-term changes in water cycles before and after urbanization in the catchment. It supports the effective design of water cycle improvement facilities by supplementing the strengths and weaknesses of existing conceptual parameter-based lumped hydrologic models and physical parameter-based distributed hydrologic models. the model was applied to Seolma-cheon catchment, also calibrated and validated using 6 years (2002~2007) hourly streamflow data in Jeonjeokbigyo station, and the Nash-Sutcliffe model efficiencies were 0.75 (2002~2004) and 0.89 (2005~2007).

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.336-336
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• 2021

기후변화와 도시화로 인한 집중 호우와 불투수층 증가로 도시 홍수의 발생 빈도와 규모가 증가하고 있다. 인적, 물적 자원이 집중되어 있는 도시유역의 특성상 침수가 발생하면 이로 인한 직접적 피해 뿐만 아니라 사회경제적 2차 피해를 발생한다. 도시 홍수로 인한 피해를 줄이고 도시의 재해에 대한 회복력을 키우기 위해서는 관측과 더불어 정확한 모의 기술이 중요하다. 한편, 격자 기반 도시 홍수 모의는 집중 호우에 따른 침수의 시공간적 발생 양상을 물리적으로 해석하는 방법으로, 지표수-우수관거 이중배제 통합 모의, 수치기법, 병렬컴퓨팅, 수질 연계 모의 등의 측면에서 지금까지 많은 발전이 이루어져 왔다. 최근들어 원격탐사 기술의 발달로 공간해상도 1미터 수준 혹은 그 이상의 초고해상도 지형자료가 많은 지역에서 대해 가용해지고 있으며, 도시 홍수 해석에 이와 같은 초고해상도 자료를 적용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 초고해상도 지형 및 토지 피복 자료의 공간해상도가 침수해석에 미치는 영향을 분석한다. 도시침수의 두가지 주요 요인인 내수침수와 외수범람 중에서 극한 강우에 의한 내수침수해석 사례만을 주요 연구 범위로 한다. 초고해상도 입력자료의 격자기반 도수 해석 모형으로는 운동파 기반의 2차원 지표 흐름 해석 모형을 적용하고, 초고해상도 모의의 효율적 계산을 위해 하이브리드 병렬 컴퓨팅 기술을 이용한다. 초고해상도 입력자료 적용 사례 대비, 공간해상도 저하에 따라 침수 면적이나 깊이 등에서 어떤 변화가 있는지 정량적으로 검토한다. 또한, 강우의 강도 및 공간분포가 초고해상도 도시 홍수 해석에 미치는 영향에 대해서 분석한다. 모의 결과로부터 도시 홍수 해석시 거리 단위(street-level) 정확도의 재현을 위해 적정한 공간해상도를 분석하고, 초고해상도 도시 홍수 모의를 이용한 기후변화에 따른 극한 홍수의 도시지역 영향 분석 및 회복력 개선 관련 연구의 가능성에 대해 논의한다.

• Journal of Korean Society of Transportation
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• v.16 no.4
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• pp.99-112
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• 1998

국가경제의 기반시설인 지역간 고속도로와는 달리 도시고속도로는 도시내 교통을 담당하는 교통시설로서 대부분의 도시에서 건설중이거나 운용 중에 있다. 연속류 도로라는 시설측면을 지역간 고속도로와 비슷하나 이용주체, 차량구성비, 정시성, 제한속도 등 그 성격에는 다소 차이가 있을 것으로 판단된다. 이런 이유에서 현재 도시고속도로의 계획이나 운영에 대한 지침이 지역간 고속도로의 계획 및 운영에 대한 지침과 동일시 되고 있다는 점은 불합리한 것으로 판단된다. 그러므로, 본 연구에서는 도시고속도로의 계획과 운영에 대한 지침을 마련하기 위해 현재 운영중인 대구신천대로를 대상으로 교통류특성 등 기초적 연구를 수행하였다. 연구결과를 간략하게 나타내면 다음과 같다. . 교통류 모형분석에서 기존의 Greenshield 모형이 설명력 90%이상을 나타냈다. . 승용차환산계수 분석에서 중형차량이 1.16, 대형차량이 1.47로 분석되었다. . 용량분석에서 최대관측교통량은 4,684pcphpl, 차두시간분석은 2,432pcphpl, 교통류 모형에서는 2,422pcphpl로 분석되어, 대구신천대로의 서비스용량은 2,300pcphpl에 가까운 것으로 판단되며, 차로폭, 측방여유폭에 따른 보정으로 이상적 조건에서의 용량은 약 2,400pcphpl로 분석되었다. 이 결과는 도시고속도로가 지역간 고속도로의 기본교통용량 2,200pcphpl보다 약 200대 정도 높을 것으로 추정된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.40 no.1 s.174
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• pp.25-38
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• 2007

A grid-based urban surface runoff model for simulating the temporal variation and spatial distribution of overland flow in a drainage area was developed. The process of routing of overland flow is modeled by the nonlinear storage equation which is composed of the continuity equation and the Manning's equation. For model operation, the drainage area is divided into grid areas, and spatially distributed topographical and hydrological information for model inputs is provided. Then overland flow is routed for each of the discretized cells of the area. In order to test the applicability of this model, temporal variations and spatial distributions of flow depth and overland flow was simulated in a fictitious and a real urbanized Kunja drainage area. Results indicate that the model can simulate reasonably well the urban runoff hydrograph.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.51 no.1
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• pp.19-33
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• 2018

This study proposed a rainfall-runoff model for the purpose of real-time flood warning in urban basins. The proposed model was based on the shot noise process, which is expressed as a sum of shot noises determined independently with the peak value, decay parameter and time delay of each sub-basin. The proposed model was different from other rainfall-runoff models from the point that the runoff from each sub-basin reaches the basin outlet independently. The model parameters can be easily determined by the empirical formulas for the concentration time and storage coefficient of a basin and those of the pipe flow. The proposed model was applied to the total of three rainfall events observed at the Jungdong, Guro 1 and Daerim 2 pumping stations to evaluate its applicability. Summarizing the results is as follows. (1) The unit response function of the proposed model, different from other rainfall-runoff models, has the same shape regardless of the rainfall duration. (2) The proposed model shows a convergent shape as the calculation time interval becomes smaller. As the proposed model was proposed to be applied to urban basins, one-minute of calculation time interval would be most appropriate. (3) Application of the one-minute unit response function to the observed rainfall events showed that the simulated runoff hydrographs were very similar to those observed. This result indicates that the proposed model has a good application potential for the rainfall-runoff analysis in urban basins.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.1630-1634
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• 2007

도시유역에서의 장기간에 대한 물순환 해석 기술은 도시하천의 복원 및 건천화 방지 사업의 점증적인 요구에 따라 필수적으로 확보하여야 하는 기술이지만, 관련 연구와 실무에서의 이해도는 미진하다. 따라서, 사업의 계획과 실무 설계를 위하여 도시유역의 물순환에 대한 이해와 기술을 지원할 수 있는 체계적인 지침이 필요하다. 외국의 사례를 살펴보면 일본의 경우 1995년 건설성의 주요 정책으로 "도시에서 적정한 물순환계 재생에의 노력"을 추진하였으며, "도시의 물순환 재생 구상 책정 매뉴얼"을 작성하여 사례 연구로 6개 유역을 대상으로 검토하였고, 2000년에는 "도시유역 물순환계의 정량화 방안"을 우수저류침투기술협회에서 주관하여 물순환계 재생구상 또는 물순환계 마스터플랜을 수립함에 있어서 필요로 하는 물순환계의 해석적인 평가방법의 해설서를 발간하였다. 호주의 경우는 1999년부터 WSUD(Water Sensitive Urban Design)란 개념을 도입하여, 정부 및 각 지방별로 프로그램을 진행하고 있으며, 지침서와 기술지도서를 작성하여 교육을 하고 실무에 활용하고 있고, 사례 연구와 학술회의를 통하여 기술 교류를 활발히 하고 있다. 자연적인 요소와 인공적인 요소가 복잡하게 조합되어있는 도시지역의 물순환의 상태를 파악하기 위해서는 유역의 자연특성과 사회특성 등에 관한 기초 자료의 수집이 선행되어야 하며, 다양한 관측결과를 기초로 물 순환계의 구조, 인과관계를 알기 위해, 또 물순환계 구성요소의 일부가 변화한 경우 다른 부분에 미치는 영향을 정량적으로 평가하기 위해서는 모델링이 필요하다. 또한 이 같은 해석 모형을 이용하여 여러 가지 물순환 개선 정책의 효과를 평가하고 그 결과를 시각적으로 나타내는 것이 가능하다면 정책의 입안에 관계하는 사람들에 있어 공통의 의사결정 지원 도구가 될 것이다. 따라서, 본 연구에서는 도시유역의 물순환 해석을 위한 일련의 과정, 즉 자료의 조사 및 취득에서부터 물순환 해석 모형을 이용한 정량적 현황파악, 물순환 개선 기법 및 평가를 수행함에 있어 주요 착안점 및 실무에서의 기술적 가이드를 제공하고자 하였으며, 보다 세밀한 도시유역의 물순환 해석을 위하여 우리나라와 일본에서 적용이 활발한 물리적 기반의 분포형 모형(WEP, SHER, SWMM)의 적용사례를 통하여 국내 도시하천의 물순환 해석에 활용함에 있어서의 실질적인 적용절차 등을 제시하고자 하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.168-168
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• 2016

도시화는 수문학적으로 산림이나 농경지와 같은 투수지역을 건물, 도로 등의 불투수 지역으로 변화시키는 것이며, 이로 인하여 홍수파의 도달시간이 줄어들고 첨두유량이 증가하는 등의 수문변화를 수반하게 된다. 도로나 건물 등이 대부분을 차지하고 있는 도시지역에서는 지표면이나 식생으로부터 대기 중으로 방출되는 증발산량이 농촌이나 산림지역보다 상대적으로 적으며, 강우시 토양중의 침투량과 지표면의 저류량도 도시지역에서는 매우 적게 나타난다. 도시화 전 후의 물순환특성을 평가하기 위해서는 도시 개발 전 후의 장단기 수문 관측 결과를 기초로 물순환계를 구성하는 인자간의 관계를 정량적으로 분석하고 물순환계 구성요소의 일부 변화가 다른 부분에 미치는 영향을 평가할 필요가 있다. 즉, 도시화가 물순환 구조 변동에 미치는 영향을 정량적으로 평가함으로써 유역 전체의 건전한 물순환 체계를 유지할 수 있는 대책 수립이 가능하다. 본 연구에서는 판교신도시 개발에 따른 유역에서의 홍수 및 유출특성 변화의 정량적 규명을 목적으로 두고 집중형 모형인 HEC-HMS모형과 물리적 기반의 준분포형 모형인 CAT을 이용하여 판교신도시 개발전의 정량적 물순환 특성을 평가하였다. 대상유역은 지방 2급 하천 탄천의 지류인 운중천, 금토천이 포함된 판교유역이며, 유역면적은 약 $25km^2$이다. 이 중 유역면적의 38 %에 해당하는 지역이 개발되었으며 개발된 지역은 하류부근에 위치한다. 강우자료는 지상 강우관측소인 수원 관측소의 지점강우 자료를 이용하였다. 도시 개발 전 단계에 해당하는 2006년, 2007년 호우사상 중 누적강우량 50 mm 이상인 호우사상을 추출하여 모의를 수행하였다. 유출 특성 분석을 위해 12개의 소유역과 5개의 하도로 구성하였으며 HEC-HMS의 손실량 산정방법으로는 SCS Curve Number법을 사용하였고, 단위도는 Clark 단위 도법을 적용하였다. CAT모형에서 침투는 Rainfall Excess방법, 하도추적은 Muskingum 방법을 적용하였다. 관측치와 모의치의 적합도 검증을 위해 RMSE (Root Mean Square Error), NSE (Nash Sutcliffe Efficiency), $R^2$값을 산정하여 비교 분석하였다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.57 no.3
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• pp.165-179
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• 2024

It is crucial to have a comprehensive understanding of inundation and water cycle in urban areas for mitigating flood risks and sustainable water resources management. In this study, we developed a Cellular Automata-based integrated Water cycle model (CAW). A comparative analysis with physics-based and conventional cellular automata-based models was performed in an urban watershed in Portland, USA, to evaluate the adequacy of spatiotemporal inundation simulation in the context of a high-resolution setup. A high similarity was found in the maximum inundation maps by CAW and Weighted Cellular Automata 2 Dimension (WCA2D) model presumably due to the same diffuse wave assumption, showing an average Root-Mean-Square-Error (RMSE) value of 1.3 cm and high scores of binary pattern indices (HR 0.91, FAR 0.02, CSI 0.90). Furthermore, through multiple simulation experiments estimating the effects of land cover and soil conditions on inundation and infiltration, as the impermeability rate increased by 41%, the infiltration decreased by 54% (4.16 mm/m²) while the maximum inundation depth increased by 10% (2.19 mm/m²). It was expected that high-resolution integrated inundation and water cycle analysis considering various land cover and soil conditions in urban areas would be feasible using CAW.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.1360-1364
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• 2010

도시유역 물순환 해석 모형(Catchment hydrologic cycle Analysis Tool, CAT)은 기존의 개념적 매개변수 기반의 집중형 수문모형과 물리적 매개변수 기반의 분포형 수문모형의 장점을 최대한 집약하여, 도시유역 개발 전/후의 장/단기적 물순환 변화특성을 정량적으로 평가하고 물순환 개선시설의 효과적인 설계를 지원하기 위한 물순환 해석 모형이다. 이 모형은 수문학적으로 균일하게 판단되는 범위를 소유역으로 분할하여 지형학적 요인에 의한 유출 특성을 객관적으로 반영할 수 있으며, 개발 공간 단위별로 침투, 증발, 지하수 흐름 등의 모의가 가능하도록 하는 링크-노드 방식으로 개발되었다. 모형의 UI(User Interface)는 사용자가 손쉽게 모형을 적용/관리하고, 여러 시나리오를 동시에 효과적으로 모의하여 분석할 수 있도록 설계되었다. 또한, 모든 입/출력 자료를 엑셀이나 텍스트 형식과 연동되도록 하여 프로젝트별 매개변수 관리가 용이하도록 개발하였다. 특히 본 모형에서는 사용자의 목적에 맞는 다양한 물순환 개선시설(침투시설, 저류지, 습지, 빗물저장시설, 리사이클 및 외부급수 등)의 구현 및 모의가 가능하도록 개발하였다. 여기서, 물순환 개선시설이란 빗물을 흡수하고 저류할 수 있는 도시녹지시설 혹은 구조물로서 도심 내의 불투수면을 저감시키고 유출수를 줄이면서 동시에 녹지를 확보하여 효과적인 물순환 기능에 영향을 미치는 시설들이다. 이러한 물순환 개선시설은 신도시 및 지역 혁신도시 개발 등의 대규모 토지이용변화가 예상되는 개발지역에 대한 평가 및 개선 기술을 제공하여 물순환 건전화를 위한 설계에 직접적으로 활용될 수 있는 큰 장점을 지니고 있다. 먼저 침투 시설은 계획침투량을 반영하며 토양으로의 침투량과 지하수로의 이동을 모의한다. 저류시설은 하도 내에 위치한 online 저류지와 하도 외에 위치한 offline 저류지로 구분하고 저류지 수면의 증발량과 취수량을 고려하며, 방류구를 통한 방류량을 반영하였다. offline 저류지의 경우는 하도 내의 흐름의 규모에 따라서 일정량을 넘는 경우만 offline 저류지로 유입될 수 있는 양을 산정하도록 하였으며 하류 하천으로의 방류를 반영하여 홍수 후에 저류지가 비워지도록 하였다. 유역 내의 습지는 식생과 수면에서의 증발산을 반영하였다. 습지의 저류능력을 넘는 양은 월류되어 하류로 유출되며, 방류구를 통한 방류량을 반영하였다. 빗물저장시설의 경우는 초기우수와 같은 일정량 이하의 유입량과 시설용량을 초과하는 양은 방류하도록 하였고, 물 사용량을 반영하였다. 또한, 본 모형에서는 하천 내에서 취수하여 유역으로 공급할 수 있도록 리사이클 처리노드를 계획하였다. 리사이클은 용수 이용 목적에 따라 필요지역으로 공급되는 것으로 하였으며, 하천유지용수의 목적으로 취수되어 상류 혹은 하류의 임의 지역으로 공급되는 것을 포함하였다. 또한, 유역외부에 광역으로 급수되는 공급량도 반영하도록 하였다.