• 융합정보논문지
• /
• 제10권10호
• /
• pp.115-122
• /
• 2020

기후변화에 의해 전례없는 폭우가 빈번하게 내려 도심지에서는 인명 및 재산 손실 등의 침수피해를 반복적으로 겪고 있다. 도심지 침수의 두가지 주요 인자는 하천범람과 내수침수이다. 그러나, 기존 대부분의 연구에서는 침수의 두가지 주요 인자에 의한 복합적인 기작을 무시하고 각 결과를 단순 선형합으로 침수 영향을 산정하여 부정확한 결과를 도출하였다. 본 연구에서는 내수침수와 하천범람을 동시에 모의하여 분석하였다. 하천범람 해석을 위해 Petrov 안정화 기법을 적용하여 충격파의 전달을 정확하게 포착할 수 있도록 하였으며, Flux-blocking 알고리즘을 탑재하여 마름/젖음을 안정적으로 모의하였다. 또한 EGR 기법에 의한 생성/소멸항을 천수방정식에 추가하여 내수침수 해석 모듈을 반영하였다. 내수침수와 하천범람을 동시에 모의하는 경우 침수와 범람에 의한 흐름의 상쇄효과와 중첩효과를 보다 정밀하게 반영할 수 있으므로, 개별합으로 산정한 결과에 비해 정확한 결과를 도출할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
• /
• pp.300-300
• /
• 2020

최근 전체 산업재해율은 계속적으로 감소 추세를 보이는 반면, 건설업의 재해율은 증가하는 추세를 내타내고 있다. 이러한 건설업 공종별 재해유형은 임시구조물과 관련된 가설공, 굴착공, 철근콘크리트공의 재해율이 타 공종에 비해 높게 나타난다. 이는 공종 진행에 따라 변화되는 건설현장의 위험요소를 사전에 인지하여 제어·관리할 수 있는 사고예측 기술 및 대응 기술의 부재로 안전사고가 높게 발생한 것으로 판단된다. 이러한 상황 속에서 건설현장에서 빈번하게 발생하는 다양한 재해 상황에 대하여 공사별, 규모별, 공정별 대응 체계를 마련하고, 굴착공사 중 침수 발생 시 피해를 최소화할 수 있는 실용적인 긴급대응 방안을 확보함으로써 경제적인 손실뿐만 아니라 인명피해를 최소화하는 방안 마련이 필요하다. 공사 현장 재해 상황 중 침수는 태풍 또는 집중호우 시 공사구간이 침수되어 근로자 수몰 등의 피해가 발생하고, 절토면이 붕괴되는 등 2차적인 피해로 이어진다. 이러한 침수의 원인은 공사 현장의 저지대 위치, 집중호우 시 최대 강우량에 대한 대비 소홀, 양수기 부족 및 고장, 인접 배수로 배수기능 불량 등의 복합적인 원인들로 인하여 발생한다. 또한 굴착공사 현장의 침수는 공사기간 동안 개별 공종에 따라 침수발생 양상이 달라질 수 있다. 따라서 각 공종별 발생 가능한 침수 양상에 대한 예방/대응 기술이 필요하다. 본 연구에서 사용되는 HDM-2D 수리 동역학 모델은 2차원 흐름해석 프로그램으로 복잡한 하천지형이나 공사현장과 같은 불연속면에서 유속 및 수심 등을 계산한다. 또한 마름/젖음 현상 등 복잡한 수리현상에 대한 정교한 모의 기능 및 침수해석 등 어떠한 계산영역이나 흐름조건에서도 정확하고 안정적인 모의를 할 수 있다. 본 연구에서는 공사현장과 같은 불연속면에서 각 공종에 따라 발생할 수 있는 침수양상에 대한 모의를 진행하고 각 공종별 침수양상을 비교분석 하였다. 이를 통해서 굴착공사 현장 침수피해 예측 모델을 개발하여 개발된 기술을 사용하여 기후변화에 따른 강우량 증가와 이에 따른 수재해로 인한 건설현장 침수 발생 및 인명, 재산피해를 최소화하고자 한다.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제52권4호
• /
• pp.301-312
• /
• 2019

기후 변화로 인한 국지성 호우의 증가로 도시의 내수침수피해가 증가함에 따라 이중배수체계 모형의 중요성이 증가하였다. 이중배수체계 모형은 지표면의 흐름과 관거의 흐름의 현상을 보다 정확히 표현하기 위하여 표면유출과 관거 유출을 각각의 관련 방정식과 매개변수들을 통해 해석하며, 이를 시각별로 연동하여 동시에 시뮬레이션하는 모형으로 이중배수체계 모형의 침수해석 결과는 도시계획 및 침수예방을 위한 계획 수립시 중요한 자료로 사용되고 있다. 본 연구에서는 자연유역과 도시유역이 혼재되어 있는 복합유역에 이중배수체계를 접목하여 해석이 가능한 COBRA 모형을 실제 유역에 적용하여 그 적용성을 파악해 보고 다른 이중배수체계 모형인 XP-SWMM, UFAM과 비교하여 결과의 적합성을 판단해 보았다. 동일한 대상유역에 대해 3가지 형태의 이중배수체계 모형의 침수해석 결과 및 침수양상을 분석한 결과를 종합해볼 때 우수관망의 용량 부족으로 발생하는 내수침수 특징은 XP-SWMM이 비교적 잘 모의하는 것으로 보였으며, UFAM은 도로의 빗물받이를 고려하는 특징에 따라 타 모형에 비해 가장 낮은 침수해석 결과를 나타내었다. 마지막으로 COBRA는 침수면적과 침수면적의 비율, 최대침수심이 강우량 증가에 비례하는 일반적인 결과와 토양조건에 따라 유효우량을 세밀하게 분류하여 모의하는 모형 특성 및 지표 저류에 의한 침수양상이 나타나는 현실성을 고려할 때 모형의 안정성 측면에서 양호하다고 판단되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
• /
• pp.233-233
• /
• 2022

최근 기후변화로 인해 집중호우 및 돌발홍수의 증가로 침수피해가 빈번하게 발생하고 있다. 마찬가지로 해안지역의 피해 또한 증가하고 있으나, 해안지역의 특성을 고려한 연구가 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에서 해안지역의 특성을 고려해 폭풍해일로 인한 월파뿐만 아니라 강우도 고려하여 해안지역의 범람 양상을 확인하고자 하였다. 본 연구에서는 국내 해안지역에 대한 빈도별 폭풍해일과 강우로인한 범람 모의를 진행하였다. 우선, 수치해석 모형의 경계조건을 산정하기 위해 EurOtop(2018)의 경험식을 이용하여 월파량을 산정하였다. EurOtop의 월파량 산정 시 암석 옹벽이 아닌 콘크리트 옹벽으로된 경사식 단면으로 고려하여 계산하였고 산책로와 벽까지 고려하여 계산하였다. 경험식 계산을 위해 매개변수(유의파고, 여유고, 구조물의 조도계수, 구조물의 기울기 및 경사 등)를 조정하여 계산하였다. 이 중, 계산에 사용된 유의파고는 시나리오별 강우에 대해 SWAN(Simulating WAves Nearshore)으로 계산된 값을 활용하였고, 해안선을 두 부분으로 나누어 해안지역 각 지점별 파고값의 평균을 사용해 월파량 계산을 진행했다. 이때, 파고의 종류로 5% 확률의 파고, 평균 파고, 중앙값 파고, 95% 확률의 파고로 분류해 월파량 계산을 진행했고, 그 중, 평균 파고를 이용해 계산한 월파량을 수치해석 모델의 입력자료로 활용하였다. 시나리오별로 계산된 월파량만을 이용해 2차원 침수모형인 FLO-2D의 경계조건 입력값으로 사용하여 침수 양상을 표출하기 위해 Mapper와 ArcGIS를 이용하여 침수와 범람 양상을 확인하였다. 또, 다른 조건으로 시나리오별 계산된 월파량, 연구유역 해안 반대편에 위치한 산으로부터 유입되는 물의 양 그리고 해안지역 전체에 내리는 강우를 입력자료로 사용해 모의를 진행한 후 Mapper와 ArcGIS로 표출하여 침수 및 범람 양상을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
• /
• pp.289-289
• /
• 2019

연안지역의 침수예상도 작성은 풍수해저감종합계획 수립 시 진행되었으며. 풍수해저감종합계획을 통해 상습적으로 침수가 발생하는 구역에 대한 조사 결과 및 침수피해 이력 등을 알 수 있다. 본 연구에서는 침수 발생 원인을 하천, 강 등의 범람에 의한 외수침수, 유역 내 관로의 문제에 의해 발생하는 내수침수, 조위 상승, 해수의 역류 등에 의한 해수침수로 구분하였다. 대상 지역인 여수시 여수시청 인근 지역은 남해와 인접하고 있어 조위에 의한 영향을 받기 때문에, 유역 내 관로와 함께 해수 내수 복합원인에 의한 침수피해가 발생한다. 침수가 발생했을 때의 피해 발생 범위를 가시적으로 나타내기 위해 침수예상도를 작성하며, 이는 XP-SWMM을 통해 작성할 수 있다. XP-SWMM에 입력하는 자료는 강우재현기간에 따른 조위(해일고), 강우지속기간에 따른 강우분포 자료 등을 입력한다. 강우자료는 실강우 자료를 사용하는 경우 많은 시나리오를 반영하는데 한계가 있기 때문에 Huff 3분위 분포시킨 자료를 사용하였다. 또한, 침수가 발생하는 지역의 강우지속시간 및 강우량에 의한 침수위를 산정하여 재해상황 대응 기준표를 작성하였다. 본 연구에서는 강우재현기간 100년에 따른 재해상황 대응 기준표 작성과 강우재현기간 10년-강우지속기간 60분-50mm, 110mm을 기준으로 침수예상도를 작성하였다. 본 연구를 통해 여수시청 인근(학동지구 및 도원지구)에 대한 침수예상도를 얻어낼 수 있으며, 침수예상도를 응용한 기대효과가 있을 것으로 판단된다. 침수예상도를 통해 침수 발생 범위를 예측하여 이를 고려한 침수 시 대피경로 작성, 침수 피해를 저감하기 위한 구조적 대책 수립 방안마련 등에 응용이 가능하며, 여수지역을 제외한 연안도시 지역에도 적용하여 연안도시 침수특성분석 연구에 기여할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 침수모의 조건을 한정하여 1개의 시나리오만을 고려했지만, 강우재현기간 및 강우지속시간 등을 보정하여 다양한 시나리오에 대한 분석이 가능하므로, 연안도시 재해 발생 시 대응 및 기준표 작성에 실질적인 기여가 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
• /
• pp.334-334
• /
• 2023

도시침수는 사회 기반시설에 파괴적인 영향을 끼치고, 재산 및 인명 피해의 원인이 되므로, 고해상도 고정확도 예측 정보를 활용한 선제적 대응이 중요하다. 하지만, 기후변화로 인한 강수 강도의 증가, 도시의 확장 및 고밀화 등 토지피복 변화, 홍수방어시설의 노후화 등 여러 요인들의 복합적인 영향으로 인해 도시침수의 정확한 재현 및 예측은 여전히 난제로 남아 있다. 천수 방정식(Shallow Water Equations)을 기반으로 하는 물리과정 모형은 신뢰도 높은 예측 결과를 제공할 수 있지만, Courant-Friedrichs-Lewy 조건 등의 제약으로 인해 대규모 도시 지역의 고해상도 실시간 예측에는 적합하지 않은 한계가 있다. 본 연구에서는 상대적으로 간단한 연산 규칙의 중첩을 통해 복잡계 물리 시스템을 모의하는 셀룰러 오토마타(Cellular Automata; CA) 기술에 기반한 도시침수 해석 모형인 CA-Urban을 개발하고, 미국 Oregon 주 북서쪽에 위치한 Portland시의 도심지역에 대해 침수해석의 적용성을 평가한다. 세부적으로는, 기존 셀룰러 오토마타 기반 침수해석알고리즘의 수치 진동(Oscillation) 문제에 대한 원인을 분석하고, 안정성 향상 방법인 셀 간 최대유량 제한, 가중치 적용 기법, 모형의 계산 효율성 향상을 위한 최적 적응 시간 단계 기법(Adaptive time step)의 적용 결과를 소개한다. 또한, 침투 및 증발산 등 물순환 요소 해석 모듈의 개발 성과 및 방향에 대해서 토의한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
• /
• pp.292-292
• /
• 2018

2016년 태풍 "차바"로 인한 부산과 울산지역의 침수 및 2003년 발생한 태풍 "매미"로 인한 마산창원지역의 침수사례는 우리나라 해안도시유역이 해수면 상승에 의한 피해에 노출되어 있음을 간접적으로 입증하는 대표적 사례라 할 수 있다. IPCC 4차 평가보고서에 따르면 전 지구적 차원에서 지난 100년 동안 해수면은 약 1.7 m 상승하였으며, 1961~2003년 사이 해수면 상승률은 연평균 3.1 mm에 이르고 있다. 특히 우리나라 남해안은 연평균 3.4 mm씩 상승하고 있어 전 세계 해수면 평균 상승속도를 상회하고 있다. 또한 1990년대 이전보다 이후 기간에 우리나라에 영향을 준 태풍의 수가 많으며 평균적으로 태풍의 강도 및 해일고가 증가하고 있다. 따라서 전 지구적 해수면 상승과 태풍해일고 증가에 따른 복합적인 해수면 상승으로 인한 해안유역의 침수피해가 증가할 것으로 예상되며 특히 미래 발생 가능한 수퍼태풍에 의한 급격한 해일고의 상승은 해안유역에 침수피해를 더욱 가중시킬 것이라 예상된다. 특히 해수면 상승으로 인한 침수피해 특성은 홍수유출에 의한 내륙 침수피해와는 다른 특성을 보이고 있어 이에 대한 대응기법 개발이 절실한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 해수면 상승에 따른 해안도시지역 대한 침수피해 예방 및 저감을 위한 침수모의기법을 개발하고 효율적 대응방안을 선정하는 기법을 제안하였다. 부정류 특성을 지닌 해수면 상승 경계조건 및 건물 간 도로를 통해 흐름이 발생하는 특성을 고려하여 해안지역의 시공적 침수규모 및 유속 등을 예측할 수 있는 2차원 수치모형을 개발하였다. 2003년 발생한 태풍 "매미" 발생 기간 동안 관측된 실제 해일고를 적용하여 창원 등 해안도시유역에 범람모의를 수행하였으며 실제 침수흔적과 비교함으로써 모형을 검증하였다. 또한 해안 경계선을 따라 월파방지벽을 설치하는 경계조건을 도입하여 월파방지벽 높이에 따른 해안도시유역 침수규모를 산정하여 월파방지벽 높이에 따른 시공적 침수규모를 분석함으로써 월파방지벽의 효과를 확인하였다. 본 연구결과는 해안지역 지점별 침수규모 및 최대 침수심 발생시간을 제공함으로써 침수에 따른 중장기적 구조적 대응방안 수립은 물론 초단기적 예상 해수면 상승에 다른 대피경로 제공 등 비구조적 수재해 대응 기법을 제시하는 기초자료를 제공에 활용 할 수 있을 것으로 기대된다.

• 융합정보논문지
• /
• 제11권8호
• /
• pp.84-91
• /
• 2021

21세기에 들어 급변하는 기후변화로 인한 풍수해 재해가 증가하여 건설현장에서의 침수사고가 증가하고 있다. 하지만 침수사고에 안전관리가 제대로 작동하지 않아 구체적인 저감 대책은 제시되고 있지 않다. 따라서, 본 연구에서는 굴착공사현장에서의 침수사고에 대한 침수양상을 해석하고 침수위험도 정량화 기법을 활용하여 위험등급을 구분하였다. 마지막으로 어골도를 활용하여 복합적인 침수원인을 도출하였다. 소규모 굴착공사 현장과 터파기 현장의 침수양상을 모의한 결과 굴착면을 타고 흘러 들어오는 유체에 의해 굴착면 내 침수심이 3 m를 초과하였다. 또한 굴착지점에 따라서 일시적으로 고유속이 발생하다 저류효과에 의해 감소하거나 10 m/s 이상의 고유속이 지속되기도 하였다. 이와 같은 침수 양상은 대부분의 작업자 혹은 모든 작업자에게 위험을 초래할 수 있는 수치이기 때문에 관리대책 미흡과 동시에 곱의 사상으로 발생한다면 치명적인 인명·재산 피해를 초래할 수 있었다. 이러한 재해 원인 고찰은 인명피해를 유발하는 침수사고에 대한 원인을 파악하여 사고 저감 대책을 제시할 때 도움을 줄 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
• /
• pp.565-569
• /
• 2009

제방붕괴에 의한 홍수범람파에 의한 제내지의 위험은 수치모의 및 수리모형에 의해 관측되는 수심과 유속에 의해서만 정의되기 어렵다. 현재, 국내의 비구조물적인 대책으로 수치모의에 의해 계산되는 최대침수심 만을 홍수위험도로 산정하여 도시화하고, 홍수위험도를 제작하고 있다. 미국과 일본의 연구 및 비구조물적인 대책도 수치모의에 의한 최대침수심 산정결과만을 홍수위험도에 반영하고 있으므로, 유수에 의한 위험도를 다양하게 반영하지 못하고 있는 상황이다. 유럽의 연구결과를 살펴보면, 제방붕괴에 의한 위험은 빠른 유속과 수심의 복합적인 결과로 나타남을 알 수 있다. 그러므로, 본 연구에서는 유럽의 연구결과를 참고하여 수심과 유속의 복합적인 결과인 범람강도를 산정하여 제방붕괴 발생 후, 구조물 주변의 위험도를 산정하였다. 구조물의 배열 및 월류수심을 다양하게 변화시키며 구조물 주변의 수심, 유속 및 범람강도의 증가비율을 산정하여 비교하였다. 흐름특성변화율을 산정하여 비교한 결과, 수심과 유속을 각각 산정하여 도시하여 고찰할 수 없었던 구조물 사이 및 구조물 주변의 위험도를 산정할 수 있었다.

• 융합정보논문지
• /
• 제9권11호
• /
• pp.125-133
• /
• 2019

본 연구에서는 홍수시나리오에 의해 발생한 제방붕괴에서 불확실성을 포함한 확률홍수위험지도를 산정하였다. 불확실성을 포함한 극치수문시나리오와 그에 따른 홍수위가 산정된 선행연구자료를 활용하였고 이에 따라 제방붕괴 예측지점을 산정하였다. 단순한 조건에 따른 일률적인 파제폭을 제시하는 경험식과 지반공학적 복합요소들에 대한 불확실성을 고려한 물리적 기반의 수치모의 방식을 결합하여 파제폭을 산정하였다. 이에 따라 확률론적 파제유입량을 결정하였고, 신뢰도를 기반으로 100회 모의수행을 통한 2차원 제내지 침수해석을 실시하여 확률침수심도를 작성하였다. 이를 통해 홍수위험지도 작성기법을 기반으로 확률침수심도와 결합하여 확률홍수위험지도를 작성하였다. 본 연구결과는 제내지의 비상대처계획(EAP)의 정량적 근거자료로 보다 경제적, 안정적인 설계지표 제시하는데 효과적일 것으로 기대된다.