• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.223-223
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• 2021

호안은 유수로부터 제방과 하안을 보호하는 구조물로 태풍 또는 집중호우로 인한 홍수로부터의 안정성이 확보되어야 한다. 적정한 호안공법 또는 제품의 선정을 위해서는 유속, 소류력 등이 반영된 수리 안정성 검토가 필요하나 현재 국내에는 이와 관련한 객관적인 평가나 시험 기준이 제시되어있지 않기 때문에 국내에서는 실제 수리실험을 통한 호안제품 및 공법의 수리학적 안정성을 제공하는 경우는 찾아보기 어려운 것이 현실이다. 본 연구는 호안공법 중 친환경적 재료를 사용하여 개발된 스톤매트리스 호안공법의 수리적 안정성을 검토하기 위해 수행되었다. 스톤매트리스 공법은 상부망과 하부망의 체결을 통해 돌을 군체로 일체화 시킴으로써 치수 안정성이 매우 뛰어나며, 충분한 식생공간을 확보한 공법으로 재료의 2차 변형 방지가 가능하며 안전한 군체 유지가 가능한 공법이다. 이러한 공법에 대한 안정성 검토를 위한 실규모 실험은 안동 하천연구센터에서 수행하였다. 실험에 사용된 수로는 8°의 경사를 갖는 급경사수로에서 수행되었다. 수로의 제원은 폭 3m, 길이 30m 의 직사각형 형태의 직선수로로 이루어져 있다. 시험체는 실규모로 제작되며 2m × 10m 의 제원을 갖는 별도의 트레이에 시공되어 실험시 크레인을 이용하여 실험수로에 안착시킨다. 수리 안정성 실험은 실험대상유량을 단계별로 나누어 점차적으로 증가시키며, 시험체의 이탈, 파괴 등의 큰 변화가 발생하였을 경우 실험을 종료한다. 수리량 측정은 유속측정, 수위관측 등으로 이루어지며, 재료의 변형은 3D스캐너를 이용하여 변위를 검토하였다. 총 3회에 걸친 실험결과 실험수로에서 발생가능한 최대유량인 4.34cms 조건에서 실험체 바닥에서의 소류력은 약 300N/m² 의 소류력이 발생하는 것으로 확인되었다. 또한 재료의 수직변위는 최대 1.8mm로 계측기 오차범위에 근접한 수치를 보이는 것으로 실험체의 이동이나 석재의 파손은 발생하지 않은 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.203-203
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• 2022

일반적으로 지진해일은 지진, 화산에 의한 융기 또는 침강에 따른 급작스러운 해저지각 운동에 의해 발생하며, 이에 따른 수위변동과 유체운동을 일컫는다. 그 밖에 해안/해저 산사태, 운석 낙하, 빙하 붕괴와 같이 암석, 토사, 얼음, 운석이 바다, 호수의 수면과 충돌하여 해일이 발생하기도 한다. 이 산사태 해일의 피해사례는 많지 않지만, 대부분 인명피해를 동반한다. 이에 과거부터 수리모형실험을 통해 산사태로 생성된 해일의 전파과정을 조사하는 연구들이 수행되었다. 최근에는 컴퓨터 성능향상과 다양한 수치모델이 개발됨에 따라 수치해석이 많이 수행되고 있다. 그러나 산사태 해일의 생성을 직접 모의하기 위해서는 유체-구조 상호작용(FSI; fluid-structure interaction)을 고려할 수 있는 전산유체역학(CFD; computational fluid dynamics)해석이 요구되는 관계로 활발한 연구가 진행되지 않고 있다. 본 연구에서는 FSI에 기초하여 충돌모의에 특화된 LS-DYNA를 이용하여 산사태 해일의 생성, 전파 그리고 직립벽(댐)에서의 처오름 및 파압 등을 검토한다. 그리고 낙하물의 형상, 낙하 높이에 따라 생성된 해일이 댐에 미치는 영향을 분석한다. 또한, 이용하는 LS-DYNA 해석의 타당성 및 유효성을 확인하기 위하여 기존 수리모형실험에서 생성된 산사태 지진해일과 비교·검증한다. 수치해석 결과, 동일한 체적의 낙하물에서는 폭이 좁을수록 최대파고가 낙하물에 근접해 생성되었고, 폭이 넓을수록 파장이 길어지는 것을 확인할 수 있었다. 낙하물의 낙하높이가 높을수록 산사태 지진해일의 파고가 크게 생성되었다. 낙하물로부터 600m 지점에서 설치한 댐에서의 산사태 지진해일의 처오름은 파고 및 파장이 클수록 증가하였다. 산사태 지진해일의 파압 역시 처오름에 상응하게 나타났다. 그러므로 호소에서 산사태 해일이 발생한다면, 댐 및 제방의 안정성에 영향을 미칠 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.250-250
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• 2022

호안은 유수로부터 제방과 하안을 보호하는 구조물로 태풍 또는 집중호우로 인한 홍수로부터의 안정성이 확보되어야 한다. 일반적으로 호안공법은 강성호안과 연성호안으로 구분되는데 호안재료로써의 기준과 설치 및 유지상태 기준에 따라 다르게 해석되고 있는 것이 현실이다. 최근에는 호안공법의 재료의 연결성에 따라 강성호안과 연성호안을 구분짓는다고 언급되기도 한다. 본 연구에서는 친환경 석재를 사용하고 재료와 기반재의 체결을 통해 연결성을 확보하고 굴요성을 갖게 하는 연성호안공법에 대해 실규모 실험을 계획하였다. 수리 안정성 검토를 위한 실규모 실험은 안동 하천실험센터에서 수행하였다. 실험에 사용된 수로는 8°의 경사를 갖는 급경사수로에서 수행하였으며, 수로의 제원은 폭 3m, 길이 30m 의 직사각형 형태의 직선수로로 이루어져 있다. 시험체는 실규모로 제작되며 실험수로 내 2m × 10m 의 제원을 갖는 공간에 제작된 호안공을 크레인을 이용하여 실험수로에 설치하였다. 수리 안정성 실험은 실험대상유량을 단계별로 나누어 점차적으로 증가시키고, 시험체의 이탈, 파괴 등의 큰 변화가 발생(미국 재료시험학회 연결형 콘크리트 블록 시험방법, ASTM D 7277)하였을 경우 실험을 종료하도록 계획하였다. 수리량 측정항목은 유속, 수위 등이 있으며, 호안공 의 물리적 변화는 3D스캐너를 이용하여 설치 전·후 변위를 검토하였다. 총 3회에 걸쳐 실험을 수행하였으며 실험조건에 따라 일부 시험체에서 돌출 또는 침하현상이 발생하기도 하였으나 호안의 손상이나 이탈, 연성기반재의 찢어짐 등 안정정을 저해하는 호안공 시험체의 변화는 발생하지 않는 것으로 확인되었다. 실험결과 실험수로에서 발생가능한 최대유량인 4.6cms 조건에서 본 호안공법은 약 337.7N/m² 의 소류력을 확보하는 것으로 확인되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.6-6
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• 2022

최근 수재해에 대응하기 위한 물관리 환경은 기후변화에 따른 홍수 피해 심화와 댐과 하천 시설의 노후화 점증, 하천관리일원화 등 정책적 변화, 그리고 포스트코로나 디지털 혁신 등 복합적 대전환 시대 진입에 따라 복잡다단한 양상을 보이고 있다. 디지털 트윈은 디지털 대전환(digital transformation) 시대 다양한 산업 영역에서 지능화와 생산성 향상을 목적으로 도입되고 있다. 본 국가 시범사업에서는 170 km에 달하는 섬진강 유역 전체를 대상으로 홍수에 대응하기 위한 디지털 트윈 플랫폼(K-Twin SJ)을 구축하고 있다. 본 플랫폼은 국가 인프라 지능정보화 사업의 일환으로 시작되었으며, 공간정보와 시설물 모델링, 홍수 분석 등 수재해에 대응하기 위한 수자원 분야의 다학제적인 강소기업들과 K-water에서 컨소시엄을 구성하여 추진하고 있다. 본 사업의 내용은 섬진강 댐-하천 유역에 대하여 고정밀도 3D 공간정보화, 실시간 물관리 데이터 연계, 홍수 분석 시뮬레이션, AI 댐 운영 최적화, AI 사면 정보 생성, 하천 제방 안전성 평가, AI 지능형 CCTV 영상분석, 간이 침수피해 예측, 드론 제약사항 조사 체계 개발을 포함하고 있다. 물관리 데이터와 하천 시설정보를 트윈 플랫폼 상에서 위치기반으로 시각화 표출하기 위해서는 유역의 공간정보를 3차원으로 구축하는 과정이 필수적이다. 따라서 GIS 기반의 섬진강 하천 중심 공간정보 구축을 위해 유역의 국가 정사영상과 5m 수치표고모형(DEM)은 최신성과를 협조 받아 적용하였으며, 홍수 분석을 위한 하천 중심 공간정보는 신규 헬기에 LiDAR 매핑을 수행하여 0.5m 급 DEM을 신규 구축하였다. 또한 하천 시설물 중 섬진강댐과 79개 주요 하천 횡단 교량과 3개 보 시설을 지상기준점 측량과 드론 매핑, 패턴 방식의 경량화 작업을 통해 트윈에 탑재할 수 있는 시설물 3D 객체 모델을 제작하였다. 홍수 분석을 위해서는 섬진강 유역에 대해 K-Drum, K-River, K-Flood 모델을 구축하였으며, AI 하천 수위 예측 학습 모델을 개발하였다. 섬진강 디지털 트윈 유역 물관리 플랫폼을 통해 데이터 기반의 똑똑한 물관리를 구현하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.287-287
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• 2022

홍수빈도분석의 실용적 측면의 목적은 특정 재현기간에 대하여 발생 가능한 홍수량을 설계홍수량(design flood)으로 설정함으로써 댐, 제방, 배수시설, 하수관거 등의 치수기능을 가진 치수시설물이 설계홍수량 내에서 홍수로 인한 피해를 발생시키지 않도록 그 규모와 기능을 설계함에 있다. 특히 우리나라의 경우 유량자료의 부족으로 강우빈도분석을 수행하여 재현기간별 확률강우량을 먼저 산정하고 이를 강우-유출모형을 통해 확률홍수량으로 전환한 뒤 하천등급에 따른 재현기간 기준에 따라 설계홍수량을 산정하고 있다. 그러나 이와 같이 결정된 설계홍수량이 특정유역에서 발생될 수 있는 피해규모에 대해 얼마나 적정한 지의 여부를 과학적으로 판단하기 위한 연구는 국내·외에서 찾아보기 어려우며, 이러한 문제를 개선하기 위한 기초 이론을 제공하는 것이 본 연구의 가장 중요한 목표이다. 홍수빈도분석을 통해 산정된 설계홍수량의 적정성 여부를 과학적으로 판단하기 위해 최근에 진행된 해외의 몇몇 연구에서는 총 기대비용함수(total expected cost function)의 개발에 근거한 최적설계홍수량을 활용할 수 있음을 제안한 바 있다. 이 개념은 계획된 설계홍수량 이상에서 발생될 수 있는 피해함수(damage function) 및 기대피해함수(expected damage function)와 비용함수(cost function)가 결정되면, 이로부터 총 비용을 나타내는 총 기대비용함수(total expected cost function)을 도출하고 총 기대비용함수가 최소가 되는 최적설계홍수량(optimal design flood)을 산정하여 이를 계획된 설계홍수량(tentative design flood) 비교함으로써 계획된 설계홍수량의 적정성을 판단하는 과정을 기초이론으로 활용한다. 본 연구에서는 불확실성으로 발생되는 범위를 고려한 최적설계홍수량을 산정하기 위하여 Metropolis-Hastings 알고리즘을 사용하였으며, 자료의 종류에 따른 홍수량의 변화를 분석하기 위하여 년최대계열 및 부분시계열 자료를 각각 적용하였다. 한강유역에서 가평대성, 여주 및 한강대교 수위표 지점에서 측정된 자동관측유량장치에 의한 홍수량 자료를 활용하였으며, 최적설계홍수량이 기존 설계홍수량에 비해 크게 산정됨을 알 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.238-238
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• 2022

합천댐의 건설 이후, 댐직하류 구간에서는 10년 동안의 방류량 감소와 기후변화로 인한 강우패턴의 변화로 하도식생의 활착이 발생하여 식생이 증식하고 밀도가 점차 증가하고 있다. 식생밀도의 증가는 흐름에 대한 항력을 증가시켜 유속을 감소시키고 수심을 증가시킨다. 이는 통수능 저하를 초래하며, 홍수 시 수위증가에 따른 홍수범람의 위험성 증가시킨다. 따라서 식생영향에 대한 심화적인 이해를 제고하여 적절한 식생관리대책을 구축할 필요가 있다. 본 연구에서는 이러한 필요성에 맞추어 식생대 영향에 따른 흐름의 변화를 예측모의하여 흐름과 식생대의 상호작용에 대한 분석을 수행하였다. 이를 위해 2차원 흐름모형인 Nays2D를 이용하여 합천댐 직하류 구간을 대상으로 식생밀도의 변화에 따른 흐름의 변화를 부등류를 기반으로 모의하였다. 상류단의 경계조건은 162.99 m³/s(실운영 방류량), 995 m³/s(2년빈도 댐 조절 방류량), 2670 m³/s(100년빈도 댐 조절 방류량)로 3개의 유량으로 구분하여 모의하였다. 식생의 특성은 현장조사를 통해 밀도를 산정하여 수치모의에 적용하였다. 식생밀도는 4가지로 구분하여 모의시나리오를 구축하였으며 현장조사를 통해 산정된 2021년도 식생밀도를 기준으로 식생밀도를 증감하여 수치모의를 수행하였다. 수치모의 조건은 2021년 식생현황, 식생개선, 식생존치, 전벌채로서 식생개선의 경우, 2021년 식생밀도의 0.5배로, 식생존치의 경우, 식생밀도를 2배로 적용하였다. 전벌채는 식생이 없는 것으로 가정하였다. 수치모의 결과, 식생개선이 2021년 식생현황과 식생존치보다 상대적으로 수심이 낮게 나타났다. 식생을 전벌채한 경우, 식생이 존재하는 조건보다 수심이 낮고 유속이 빠르게 나타났으며 특히, 만곡부의 외측에서는 2차류의 발달로 흐름이 집중되었다. 이를 통해 식생개선의 경우, 식생현황과 식생존치보다 홍수범람의 가능성이 적을 것으로 판단되며 전벌채의 경우, 만곡부 외측에서 2차류 발달에 의한 세굴을 야기하여 제방의 안정성에 영향을 줄 것으로 예측된다. 본 연구는 댐 직하류에 식생대 밀도변화가 흐름변화에 미치는 영향을 분석한 수치모의 사례로서 이는 추후 식생을 고려하는 하천관리방안을 수립 시, 식생관리방법에 대한 근거자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국환경복원기술학회지
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• 제1권1호
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• pp.3-17
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• 1998

본 연구에서는 우리 나라 강우 특성상 잘 발달된 도시 주변 일정 구간의 둔치를 녹지 공간으로 활용하기 위해 둔치의 수목 식재 가능성을 알아보았다. 대전에 위치한 갑천 유역의 수문 자료 및 기상 자료등을 기초로 하여 기존 제방의 홍수 유통 안정성 및 갑천과 유등천 합류 지점을 중심으로 반경 3km 내 세 단면를 표준 단면으로 정하여 둔치에서의 식재 여유고를 산출하였다. 홍수 유통 안정성을 검토한 결과 현 단면에서 기존 설계 홍수량은 세 단면 모두 과다 설계되어 있기 때문에 기존 제방의 홍수 유통 안정성은 충분한 것으로 판단된다. 세 단면 중 두 단면은 수목을 식재할 수 있는 여유고는 충분한 것으로 나타났으며, 나머지 한 단면은 식재할 수 있는 여유고는 거의 없지만 현재 인위적으로 높인 둔치의 단면을 절토하여 통수 단면적을 확보한 후에는 수목의 식재가 가능할 것으로 판단된다. 또한, 기존 하천 폭을 그대로 유지하면서 넓은 둔치를 활용하여 최소한으로나마 자연의 역학관계에 적합하게 갑천의 저수로를 사행화 시킬 수 있으며, 조밀한 수목을 식재할 경우에 줄어드는 통수 단면적은 둔치를 낮추어 습지화할 때 확보되는 통수 면적으로 보충할 수 있다. 둔치에 수목을 식재하여 자연에 가깝게 공원화하여도 홍수량은 안정적으로 소통된다는 것을 이론적으로 증명하였다.

• 한국습지학회지
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• 제17권3호
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• pp.237-244
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• 2015

본 연구에서는 홍수량과 홍수위 산정 및 치수경제성 분석을 함에 있어 본질적으로 내재되어 있는 불확실성에 대한 고려를 분석에 포함하여 피해발생확률을 추정하고자 하였다. 이를 위하여 섬강유역을 대상유역으로 선정하였고 각 홍수량 산정지점에서의 빈도별로 임계지속시간 개념을 사용하여 빈도별 확률강우량을 산정하였다. 유역내 8개구간을 대상으로 연 피해 기대치, 연 초과확률, 장기간 위험도, 조건부 비초과확률 등을 계산하기 위해 HEC-FDA를 이용하여 유량-빈도, 수위-유량, 침수심-피해액 함수를 구축 하였으며 불확실성이 고려된 함수들로부터 500,000번 이상의 모의발생을 통하여 표본 추출한 자료를 바탕으로 연 피해 기대치를 구하였다. 여러 가지 설계빈도의 제방을 계획하여 이에 대한 평가를 수행하여 적정 빈도나 투자우선순위에 대한 결과를 산정하였다. 분석결과 불확실성을 고려할 경우 B/C값이 12%정도 증가됨을 알 수 있었으며, 적정 빈도나 투자우선순위 등도 바뀔 가능성이 있었다. 실제 홍수피해 저감계획시 경제적인 분석이외에 정치적, 사회적인 분석을 함께 수행한다면 보다 합리적인 결정에 도움을 줄 수 있을것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제45권5호
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• pp.445-454
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• 2012

본 연구는 상류역에 댐이 존재하지 않는 충적하천에서 과거 이치수 위주의 하천정비사업이 하도지형의 장기적인 변화에 미치는 영향과 그원인을 유사계의 관점에서 파악하는 것을 목적으로 하였다. 영산강 유역의 지석천 중하류역을 대상으로 하도선형, 사주형태와 식생활착율 등의 하도의 평면형상 변화를 분석하고, 하상재료 및 하상변동 조사를 실시하였다. 자연적인 충적하천 당시(1966년)와 제방과 저수로, 취수보 건설 등의 하천정비사업으로 변모된 최근(2002년)의 항공사진의 비교분석결과, 유로형태의 변화(단일사행에서 다지형화), 하도선형의 만곡도 감소(9.2%), 지천사주의 확장, 그리고 사주의 식생활착(97%) 현상이 발견되었다. 이와 같은 하도의 주수로 고정화와 사주내 식생이입은 댐하류 조절하천에서 나타나는 대표적인 평면 하도특성으로, 대상구간에서도 댐하류역과 유사한 유황의 변화 또는 유사량 감소가 영향을 미치고 있음을 추정할 수 있다. 유황변동 조사결과, 비록 댐하류 하천에서 나타나는 연간 수위변동의 균일성은 보이지 않았지만, 과거에 비해 홍수빈도와 규모가 감소하였다. 하상재료의 입경은 4~5배정도 조립화 되었고, 하상변동 조사결과 전체적으로 하상저하가 발생하였으나 지천합류부에서 국부적인 하상상승을 보였다. 이러한 결과들은 비록 댐으로 조절되지 않는 충적하천에서도, 하도내의 하천정비사업으로 인하여 유사 공급량의 감소, 지천과 본류간의 유사이동능력의 불균형, 그리고 하도내 지형형성 과정의 저하 등과 같은 유사계의 인위적인 교란이, 장기적으로 댐하류 조절하천과 유사한 하도의 평면하도 형상의 변화를 유발하고 있음을 의미한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권2호
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• pp.632-638
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• 2018

최근 태풍이나 홍수 등과 같은 자연재해, 구조물 설계 오류 및 부실공사 등으로 인해 수변구조물(교량, 옹벽 등) 등에 피해가 늘어가고 있다. 이러한 수변 구조물들은 피해(균열, 파손, 붕괴)가 발생할 경우 수변 구조물뿐만 아니라 그에 따른 추가 피해들이 크게 발생한다. 구조물 손상에 따른 추가 피해로는 시설물의 사용 중단 및 제한, 인명피해, 경제적 손실 등이 있다. 이러한 피해(인명피해, 사용 중단 및 제한 등)를 사전에 방지하기 위해 손상이 발생할 경우 현장여건(온도, 강우, 수위 등)에 적합한 복구공법을 적용해야한다. 신속한 보수 보강을 시행하여 발생할 수 있는 물적 피해, 인적 피해 등과 같은 손실을 최소할 수 있다. 손상 및 재해(태풍, 홍수)에 의해 피해가 발생했을 경우 경과 시간에 따라 피해(인적, 물적)가 더욱 확산되므로 긴급복구가 더욱 중요하다. 긴급복구를 위해서는 손상에 따른 적절한 보수 보강이 중요하다. 본 논문에서는 현장 복구사례(교량, 제방, 옹벽, 사면, 댐, 보)를 긴급복구공법 도출 시나리오에 적용하였으며 실제 사용된 복구공법과 비교하여 긴급복구공법 도출 시나리오의 적용성을 검증했다. 적용성 검증을 통해 실제 피해현장에서 보다 적절한 복구공법을 제시할 수 있어 실무 활용에 도움이 될 것으로 기대한다.