• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.353-353
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• 2017

주요 도시 지역에서 발생한 집중호우로 인하여 도시지역의 홍수 피해가 증가하고 있다. 2010, 2011년에 발생한 서울지역의 홍수로 인하여 인명과 재산피해가 발생하였으며, 2014년도에는 부산 경남지역에 발생한 집중호우로 도심지역에 홍수피해가 발생하였다. 이와 같이 증가하고 있는 도시 지역의 홍수피해 저감을 위하여 다양한 치수사업 및 홍수대책 연구가 진행되고 있지만, 일부지역에서는 여전히 침수 위험성이 상존하고 있다. 기후변화로 인하여 강우량이 증가하고 있는 상황에서 도시지역 내수 배제 능력이 변화하는 환경을 적절히 대응하지 못하여 새로운 기술 개발에 대한 필요성 증가하고 있다. 본 연구에서는 도심홍수 피해를 저감시키기 위하여 도심지 홍수의 복합적 원인을 고려한 공간해석에 필요한 실험 및 수치모의를 수행하였다. 도시 지역의 침수현상을 재현 검토하기 위해서 인공강우를 구현할 수 있는 강우 시뮬레이터를 이용하여 2010년, 2011년 도심홍수 피해가 발생한 지역의 도심지 모형을 제작하고 침수현상을 재현하였다. 인공강우 모형실험을 통하여 주요 도로망의 침수심 및 흐름전파 경향을 분석하였다. 다음으로는 도심 공간의 건물과 도로망 형태에 따라서 우수의 거동을 계측한 실험결과를 이용하여 지표수 모의 수치모형의 적용성을 검토하였다. 인공강우 실험결과와 수치모의결과를 정량적으로 비교하였으며, 각 실험결과에 의한 차이점을 분석하였다. 본 연구결과에 의하면 인공강우 시뮬레이터와 수치모의를 병행하여 도심지역 침수를 재현함으로써 도심홍수에 의한 피해를 저감 시킬 수 있는 대응기술을 발전시킬 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.35-35
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• 2020

기후변화로 인한 집중호우, 태풍에 따른 제방 붕괴로 인한 하천 범람 등 많은 재해가 발생하고 있다. 특히 도심지의 내수침수, 도시하천의 범람은 피해 지역의 사회 경제적인 피해액을 동반한다. 이에 도심지에서 발생되는 홍수피해액을 산정하기 위하여 다차원법을 이용한 피해액 추정 연구가 활발하게 진행되고 있으며 기후변화를 고려한 홍수피해에 관련한 연구도 활발히 진행되고 있다. 그러나 많은 선행 연구에서는 다차원법에서 제시하고 있는 침수편입률 산정에 있어 건물군 인벤토리를 고려하지 않고 토지이용에 따른 면적비율만을 적용하여 산정하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 기후변화시나리오와 건물군 인벤토리를 이용하여 미래 잠재홍수피해에 따른 홍수피해액을 산정하여 기후변화가 홍수피해에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. 대상지역으로 2020년부터 국가하천으로 승격되며 하천의 좌안과 우안에 도심지가 형성되어있는 원주천 유역을 대상으로 선정하였다. 기후변화 시나리오는 기상청에서 제공하고 있는 13종 국가표준시나리오를 사용하였으며 SDQDM 기법을 적용하여 상세화 자료를 생산하였다. 생산된 자료를 이용하여 원주천 하천정비계획(80년 빈도) 보다 높은 80년, 100년, 200년 빈도의 확률강우량을 산정하였고 확률강우에 따른 유출량을 산정하여 홍수범람모형에 적용하였다. 산정된 홍수피해면적과 원주시 건물군 인벤토리를 활용하여 침수편입률을 산정하였으며 미래 잠재홍수피해에 따른 빈도별 홍수피해액 산정을 통해 원주천 유역의 기후변화가 따른 홍수피해에 미치는 영향을 평가하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.241-241
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• 2016

최근 기후변화로 인한 극한강우현상의 강도가 증가함에 따라 유출량과 첨두유량이 급격하게 증가하고 도달시간이 짧아지고 있어 홍수에 대한 피해가 증가하고 있다. 이와 더불어 도심지에서는 불투수면적 비율이 늘어나 수문순환에 큰 영향을 보이고 있다. 특히, 우리나라는 도시지역에 인구의 91.58%가 거주하고 있음에 따라 도시집중현상이 나타나고 있어 도심지의 홍수피해는 더욱 심각한 상황이다. 이에 본 연구에서는 서울의 청계천 유역을 대상으로 도시홍수 위험도 분석을 실시한다. SWMM을 이용하여 청계천 유역을 구성하고 소유역으로 나누어 재현기간에 따른 유출량에 대한 분석을 실시하고, 홍수 피해에 영향을 줄 수 있는 인문, 사회적인 자료를 수집한다. 소유역별로 수집된 자료를 바탕으로 TOPSIS(Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution)을 통해 도시홍수에 대한 위험도 분석을 실시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.356-360
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• 2007

최근 급속한 도시화로 인한 유역내 불투수 면적의 증가는 자연유역에 비해 짧은 도달시간과 높은 첨두홍수량을 유발하여 도시홍수 피해의 원인이 되고 있다. 이러한 도시지역 하천에서의 홍수량산정은 강우-유출관계를 근간으로 하는 HEC-HMS 모형 등을 주로 활용하고 있으며, 산정된 홍수량을 토대로 각종 치수대책을 수립하여 왔다. 그러나 도시지역내의 배수체계는 하천과 연결된 우수관로를 통해 이루어지도록 구성되어 있음에도 불구하고, 우수관로 시스템의 능력평가를 하천의 홍수량과는 별개로 평가하고 있다. 즉, 하천이 외수위에 대한 영향을 고려하지 않고 배수체계의 통수능력을 평가하여 배수능이 부족한 관거를 찾는 것으로 매우 근사적이고 비합리적인 대안을 제시하고 있는 실정이다. 따라서, 본연구에서는 도시하천의 홍수량 산정에 있어 우수관로를 통한 배수체계를 고려한 도심지의 홍수량을 산정하기위하여 도시하천의 비시가지역의 홍수량은 HEC-HMS모형으로 산정하여 XP-SWMM모형의 상류경계조건으로 두고 도심지의 모든 우수관로를 하천에 연결하여 홍수량을 산정하는 방법을 제시하였으며, 대상유역은 대전광역시를 관류하는 갑천에 대하여 적용하였으며, 갑천하구에 위치한 회덕수위표의 실측유량과의 비교를 통해 그 신뢰성을 평가하였다. 본 연구의 결과는 도시홍수예방과 침수범람도 작성 등의 도시침수해석 및 치수대책수립에 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.399-399
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• 2018

지구온난화에 따른 기후변화로 인하여 설계빈도를 상회하는 집중호우가 증가하는 추세이며, 불규칙한 강우패턴 및 강우강도의 변화, 그리고 급격한 도시화는 도시지역의 침수피해를 가져오고 있다. 본 연구에서는 극한호우사상에 따른 도심지역 침수분석을 실시하기 위해 서울시 상습침수지역인 강남역 일대를 연구대상유역으로 선정하여 도시유출모형을 구축하였으며, 극한호우사상에 따른 강우시나리오 선정을 위해 기왕최대강우, PMP, 확률강우량을 분석하였다. 또한, 극한호우사상에 따른 도심지역 홍수피해액 산정을 위해 국내외 산정방법에 대해 조사하고, 방법에 따른 피해액 산정결과를 제시하였다.

• 물과 미래
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• 제44권4호
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• pp.80-85
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• 2011

• 대한토목학회논문집
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• 제38권2호
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• pp.261-268
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• 2018

본 연구에서는 홍수총량을 시간에 따라 분포시키는 단순홍수범람해석 모형인 SIMOD(Simplified Inundation MODel)를 이용하여 도심지 침수분석을 실시하고자 하였다. 기존의 침수분석 모형들은 입력자료 구축이 어렵고, 분석시간이 오래 걸리는 등의 단점을 가지고 있다. SIMOD는 다중흐름방향법(Multi Direction Method, MDM)과 평수가정법(Flat-Water Assumption, FWA)의 두 흐름 방정식으로 홍수흐름을 단순화시킨 모형으로, 대상지역의 지형자료와 유입 홍수량 등 간단한 수문자료만을 이용하여 홍수범람에 의한 침수경로 분석이 가능하여 신속한 모델링으로 빠른 의사결정을 할 수 있다는 장점이 있다. 따라서 SIMOD 모형을 이용하여 도심지 침수분석을 실행한 뒤, 기존의 침수분석 모형인 FLO-2D 모형분석결과와 비교를 시행하여 모형의 적용성을 분석하였다. 대상지역은 도심지 지역의 제방 월류-파제 시나리오를 적용하기 위해 하천이 인접해 있고, 충분한 높이의 제방이 있는 금호강 하류에 위치한 성서제를 대상지역으로 선정하였으며, 지형자료는 기존의 침수분석에 사용하는 DEM지형자료와 도심지 건물군, 도로 분포 등을 표출할 수 있는 DSM지형자료를 이용하였다. 입력 홍수량은 200년 빈도계획홍수위를 기준으로 제방파제시나리오를 적용 사각웨어식을 적용하여 산정하였으며, 1~24시간의 모의시간과 침수면적을 비교 분석하였다. SIMOD의 경우 24시간 모의시간이 7분 안으로 나타났으며 면적차이는 FLO-2D와 비교했을 때 20% 내외로 나타났다. 또한 DSM을 이용하여 분석한 결과 도로나 건물의 영향이 반영되어 앞으로 도심지에서 DSM을 이용한 지형자료의 필요성을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.605-605
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• 2015

최근 지구온난화로 인해 전 세계적으로 기상이변이 발생하여 강우량과 집중호우 발생빈도가 증가하는 추세이다. 특히 동북아시아 지역은 인구밀도가 높아 강우량 및 집중호우 발생빈도 증가에 따른 도시홍수 발생확률이 높으며 홍수피해가 가중될 수 있다. 또한 도심지에 위치한 하천의 외수위 상승 및 배수시설 설계빈도 이상의 강우의 발생빈도가 증가하여, 기존 홍수방어대책으로는 제어하기 어려운 실정이다. "수자원장기종합계획(2011~2020), 2011, 국토해양부"에 따르면 기상청의 한반도 장기 미래 전망을 21세기말(2071년~2100년)에 대해 한국 평년 기온은 $4^{\circ}C$정도 상승하고, 강우량도 증가할 것으로 전망하고 있다. 따라서 도심지에 위치한 하천의 외수위 상승 및 배수실 설계빈도 이상의 강우가 빈번히 발생하여 기존 홍수방어대책으로는 제어하기 어려운 실정이다. 본 연구에서는 연구 대상지역인 서울, 북경, 도쿄 지역의 과거 도시홍수 사례의 비교분석을 통하여 집중호우 빈발, 기존 방재시설물의 기후변화 대응능력 부족, 저지대지역 지형적 영향, 무분별한 도시개발로 인한 도시지역 불투수면적의 증가, 고령화와 재해취약계층 등 여러 가지 도시홍수 재해 영향인자들을 제시하였다. 앞으로 도시홍수 발생의 근본 원인 파악 및 홍수관리 효과를 최대화 시킬 수 있는 대책 설립에 대한 연구가 필수적이다. 본 연구에서는 동북아시아 지역 도시홍수로 인한 인명 재산 피해를 최소화하기 위해 기존 한국, 중국, 일본 삼국의 주요 도시별 홍수에 대한 구조적 비구조적 방어대책을 종합하고 비교분석을 실시하였다. 향후, 국내외 도시홍수 저감대책 수립을 위한 참고자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.293-293
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• 2019

최근 도심지 침수예방을 위해 구조적 비구조적인 대책 등이 수행되어 왔으나, 도심지의 국지성 호우의 발생빈도가 증가함에 따라 단시간의 도심지 침수예측의 중요성이 다시 대두되고 있다. 이에 도심지 침수 예측을 위해서는 수치모의 프로그램을 사용한 연구가 진행되어 왔으나, 국지성 호우에 의한 침수를 막을 만킁의 실시간 위험예측은 아직까지 힘든 실정이다. 한편 해양재난의 침수를 예방하기 위해서 국립재난안전연구원(2017)에서는 과학적 보간법을 적용한 침수예측 모형인 SIND(Scientific Interpolation for Natural Disaster) Model을 개발한 바 있다. 따라서 본 연구에서는 SIND Model을 도심지 침수예측에 적용하여 집중호우와 같은 단기간의 침수를 예방하고자 한다. SIND Model은 기 구축된 침수예상도를 활용하여 모든 시나리오에 대한 침수 위험도 등급을 실시간으로 평가하는 모형이다. 국토부에서 제공하는 국가홍수위험지도와 내수침수지도를 활용하였고, SIND Model은 Comsol Multyphisic를 활용하여 침수예측지도를 생성하였다. 기존에 해양재난 예측을 위해 사용하였던 Risk Grade 방정식에 시간 항(time term)과 도심지의 최초 침수 발생위치에 생성 항(source term)을 추가하여 도심지 침수특성을 반영하였다. 결과를 평가하기 위하여 CRITIC(CRiteria Importance Through Intercriteria Correlation) 방법을 활용한 형상유사도를 산출하였다. 그 결과, 기 구축된 홍수위험지도와 형상유사도는 전체 구역 중 80%의 구역이 0.8 이상의 값을 나타내었다. 20%의 구역에서는 복잡한 도심지의 건물, 구조물 등의 침수특성을 반영하지 못하여 형상유사도가 낮게 평가된 것으로 판단되며, 향후 위험도 예측을 위해 배수시스템 등의 영향인자를 고려한다면 위험도 등급 예측의 정확도를 높일 수 있을 것이라 기대된다.