• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.255-255
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• 2021

내수 침수는 강물과 같은 외수보다는 제내지에서 하수 또는 우수의 배제가 불량하여 발생되는 범람이다. 내수 침수 상황에서 침수심의 정확한 관측과 예보된 강수로부터 침수심을 예측할 수 있는 시스템 즉, 스마트 목자판이 개발되고 있다. 시스템 운용에 사용될 소프트웨어 가운데 하나로서 침수 해석을 위한 수치 모형이 필요하다. 내수에 의한 침수와 그것의 배제를 무리 없이 모의하려면, 물이 차고 빠지는 물리 현상을 타당하게 해석하는 것이 관건일 것이다. 그에 따라 2차원 천수 방정식을 유한 체적법으로 해석할 때 흐름률(flux) 계산에 근사 Riemann 해법을 적용하는 모형을 도입하였다. 단순하면서도 내수 침수의 재현에서 드러날 수 있는 취약점들을 포괄할 수 있도록 경사면과 계단으로 가상 지형을 구성하였으며, 강수로 인한 지형의 침수에 대해 개발된 모형을 시험하였다. 근사 Riemann 해법은 흐름률의 정확한 평가로 잠김과 드러남 모의가 자연스런 장점이 있으나, 해석 방법이 복잡하여 계산 시간이 비교적 오래 걸리므로 그에 대한 대책이 요구된다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2007.02a
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• pp.203-206
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• 2007

In urban flood model, the features like roads, buildings, and river's banks have great effect on flow dynamics and flood propagation and it must be accounted for model set-up. Two-dimensional hydraulic models in high-density building areas are at the forefront of current research into flood inundation mechanisms, but they are however constrained by inadequate parameters of topography and friction due to insufficient and inaccurate data. This paper describes the development of urban flooding with the extraction of building areas and estimates the its influence on flood inundation extent, and present initial results of flood simulation varying grid size.

• Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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• v.12 no.3
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• pp.88-100
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• 2009

An inundation analysis was performed on Hwapocheon, one of the tributaries of Nakdong River, which was inundated by heavy rain in August, 2002 with overtopping and levee break. The results of the developed model, 2D diffusion wave inundation analysis model, was compared with inundation trace map as well as inundation depth in terms of time and maximum inundated area calculated from FLUMEN model for the assessment of model applicability. The results from the developed model showed high fitness of 88.61% in comparison with observed data. Also maximum inundated area and spatial distribution of inundation zone were also found to be consistent with the results of FLUMEN model. Therefore, inundation zone and maximum inundation area calculated over a period of time by adopting 2D diffusion wave inundation analysis model can be used as a database for identifying high risk areas of inundation and establishing flood damage reduction measures.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.2-2
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• 2022

연안지역은 강우, 조위, 월파 등 다양한 재해 요소에 의해 침수될 수 있다. 또한, 이러한 재해 요소는 동시에 발생하여 큰 침수 피해를 유발하기도 한다. 하지만 각각의 재해 요소를 대상으로 하는 기술 분야가 상이하기 때문에 물리 모형 기반의 과학적 방법으로 복합적인 재해 요소를 고려한 침수 분석에 관한 연구는 제약되었다. 이 연구는 강우-유출 및 2차원 지표면 흐름 해석의 수공학적 분석 기술과 조석, 파랑, 월파 등의 해양공학적 기술을 연계하여 연안지역에 대한 복합 외력을 고려한 침수 분석 기술을 제시하는데 목적이 있다. 우선, 먼 바다로부터 예상되는 파랑, 조위 분석에는 ADCIRC와 UnSWAN 모형을 연계한 ADCSWAN이 사용되었다. 연안 주변의 복잡한 흐름 해석과 해안 구조물을 범람하여 발생하는 월파량 산정에는 FLOW-3D 모형을 이용하였다. 그리고 강우-유출 분석과 바다의 조위 및 월파량을 고려할 수 있을 뿐만 아니라 2차원 지표면 침수 해석이 가능한 XP-SWMM을 이용하여 연안지역의 침수 모의를 수행하였다. 모형 간 연계에 의한침수 해석의 적절성을 검토하기 위해 2016년 10월의 태풍 차바 시 대대적인 침수가 발생한 부산 마린시티 지역에 대하여 적용하였다. 침수 모의 결과는 당시의 현장 사진, 침수흔적도와 비교하여 검토되었고, 실제 침수 현상과 유사한 결과가 도출되었다. 이 연구는 연안지역의 복합적인 재해요인에 대한 침수 해석에 수문 분야와 해양공학 분야의 기술 연계를 통해 실제 현상의 재현성을 높인 것에 의의가 있다. 또한, 이 연구에서 제시한 해석 방법은 다양한 연안지역의 침수 원인 분석과 적절한 재해 방지 대책 수립에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.604-604
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• 2015

급속한 도시화와 산업화로 보수 및 유수기능이 감소하였고, 세계적인 기후변화로 국지성호우가 빈번히 발생하여 기존 우수관망시스템의 문제점이 야기되고 있다. 최근 발생하는 도시유역의 홍수 피해는 대부분이 내수에 의한 침수 피해로 이러한 피해를 감소시키기 위해서는 도시하천에 적합한 강우-유출모형을 이용하여 침수 위험 유역을 정확히 예측하여 사전 보강 및 예 경보를 수행하는 것이 중요하다. 따라서 본 연구에서는 최근들어 잦은 침수피해가 발생한 도림천 유역을 대상으로 강우-유출모형인 XP-SWMM을 이용하여 민감도 및 미래 유출 특성변화 분석을 수행하였다. 첫 번째로, 지형자료 및 관거 자료, 2014년에 완공된 저류지 및 펌프시설 자료를 모두 적용하여 유역의 특성을 최대한 반영한 모형을 설계하고 실측유량과 모형유량을 비교하여 최적화된 모형임을 확인하였다. 두 번째로, 최적화된 모형의 매개변수를 기준으로 인자별 민감도 분석을 수행하여 현재 도림천의 유출특성을 살펴보았다. 마지막으로 미래 경향을 예측할 수 있는 인자인 강우량과 불투수율의 경향성을 반영하여 도림천 유역의 미래 유출특성(첨두유출량, 침수심, 침수면적, 홍수위)의 변화를 검토하였다. 민감도 분석결과 강우량을 20% 감소시켰음에도 최대 침수심과 침수면적이 3.772m, 침수면적이 $5.027km^2$로 여전한 내수침수가 발생하고 있어 도림천 유역이 치수로 부터 취약한 지역임을 확인하였다. 비정상성 빈도해석으로 강우를 산정하고 log형 회귀식으로 불투수율을 산정하여 도림천 유역의 미래 유출특성을 모의한 결과 2020년과 2030년의 최대침수심이 각각 4.9352m, 4.9954m로 현재의 최대 침수심(4.8093m)보다 평균 0.156m 증가하였다. 마지막으로 현재와 미래의 홍수위와 여유고를 이용하여 제방안전성 평가를 수행한 결과, 현재에도 전체구간이 안전구간으로 이루어져 있지 않으며 2030년으로 갈수록 안정단면은 평균 8.5% 감소하고 위험단면은 평균 17% 증가함을 확인하였다. 향후 본 연구의 결과를 이용하여 추후 침수피해 저감을 위한 대응방안 및 효과적인 대피소, 대피경로 수립 등에 활용 가능할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.232-232
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• 2022

1차원 관망해석모형과 2차원 지표면범람 해석모형을 이용한 도시지역의 실시간 홍수예·경보시스템 구축은 모형의 모의에 많은 시간이 소요되므로 한계가 있다. 또한, 연구유역에서 시나리오 강우에 대해 침수를 유발시키는 한계강우량을 1-2차원 모형의 시행착오법을 적용한 반복적인 수행을 통해 산정하는 것은 비효율적인 방법이다. 따라서, 본 연구에서는 이에 대한 해결책으로 로지스틱 회귀를 이용하여 배수분구별 침수 발생기준 강우량을 산정하고자 한다. 침수 발생 한계강우량 산정을 배수분구 단위로 제시하기 위하여 로지스틱 회귀분석을 이용하였다. 풍수해저감종합계획(2015)과 침수흔적도를 이용하여 배수분구 별 침수이력에 대한 데이터베이스를 구축하고, 이를 1-2차원 수리해석을 통한 침수심과 함께 로지스틱 회귀모형에 학습하였다. 지속시간 1시간, 10mm 강우부터 500년 빈도의 Huff 3분위 시나리오 17개를 사용하여 확률강우량을 산정하였고, 이를 1-2차원 수리해석을 위한 입력자료로 사용하였다. EPA-SWMM을 통한 1차원 도시유출해석과 FLO-2D를 통한 2차원 침수해석에서 20cm 이상의 침수심이 발생하거나 지상관측자료, 침수흔적도 및 풍수해저감종합계획에서 실제 침수가 발생했을 경우를 1, 그렇지 않은 경우를 0으로 하여 데이터베이스를 구축하여 로지스틱 회귀모형에 학습시켜 침수 발생 한계강우량을 산정하였다. 로지스틱 회귀분석을 통해 서울시 지역의 배수분구별 한계강우량을 산정할 수 있으며, 지속적으로 관측되는 강우 및 침수 발생 유무 자료를 추가함으로써 산정된 침수 한계강우량을 상회하는 강우 사상이 나타났을 시에 침수 발생 유무를 확인하여 본 연구에서 제안한 방법에 대해 검증이 가능할 것으로 보인다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.97-97
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• 2022

AI 모형을 적용한 도시지역 침수예측에 대한 연구는 꾸준히 수행되어 왔다. AI 모형을 이용해 도시침수예측을 하기 위해서는 모형에 강우자료를 학습시키게 되는데, 시계열 강우분포 자료를AI 모형의 학습자료로 사용하기에 자료의 양이 너무 많기 때문에 총 강우량만을 이용하여 도시침수예측을 수행한 바 있다(Kim et al., 2021). 하지만 총 강우량만을 AI 모형에 학습시킬 경우, 지속기간 동안 강우가 고르게 분포하는지 불규칙적으로 분포하는지에 대한 정보가 포함되지 않았기 때문에 침수예측력이 떨어질 수 있다. 따라서 본 연구에서는 시계열 강우자료의 통계치를 산정하여 AI 모형에 학습시킴으로써 강우분포특성을 고려한 침수예측을 통해 예측력을 높이고자 한다. 총 강우량만을 학습시킬 경우, 같은 지속시간에 같은 양의 강우가 내리더라도 고른 분포를 가진 강우에 의해서는 실제 침수는 작게 일어나므로 과대예측을, 전체 지속시간 중 특정 시간대에 편향된 분포를 가진 강우에 의해서는 실제 침수가 크게 일어나므로 과소예측을 하는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 표준편차를 평균 강우량으로 나눈 값인 변동계수, 강우분포의 뾰족한 정도를 나타내는 첨도, 평균값에 대해 어느 방향으로 비대칭인지를 나타내는 왜도 값을 추가로 학습시킴으로써 시계열 강우자료 전체를 학습시키지 않고도 강우분포를 학습시키지 않았을 때 발생하는 과소·과대예측 문제를 해결할 수 있다. 또한 변동계수 대신 표준편차를 학습시키는 모형, 변동계수와 표준편차를 모두 학습시키지 않는 모형, 변동계수와 표준편차를 모두 학습시키는 모형과의 침수예측 결과 비교를 통해 표준편차와 변동계수 중 어떤 통계치를 학습시키는 것이 적합한지와 비슷한 통계치 자료를 모두 학습시켰을 때의 과적합 문제 등에 대한 결론를 얻을 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.1206-1210
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• 2006

본 연구에서는 천수방정식을 지배방정식으로 하고, 유한 체적법에 기반을 둔 FLUMEN 수치모형을 이용하여 홍수범람 모의를 수행하였다. 본 연구의 대상유역은 평택시 내에 있는 상수침수지역인 안성천과 통복천의 합류지점을 선정하였다. 대상유역에서 외수침수의 조건으로 범람이 되었을때와 도시유출(urban runoff)경계조건을 가미하여 내수침수로 인해 도시내 침수가 발생했을 시에 모의된 침수결과를 비교.검토하였다. 또한 도시유출로 인한 내수침수시에 도시내 배수펌프의 원활한 작동유무의 영향을 모의하였다. 모의된 결과를 살펴보면, 외수침수만을 고려하여 모의된 결과와 내수침수 조건을 가미한 모형의 결과는 도시내 침수면적과 침수심에서 확연한 차이가 나타남을 알 수 있었다. 또한 배수펌프의 유무에 따라 도시내의 침수심 부분에 있어서 많은 차이를 보임을 알 수 있었다. 본 모형의 결과는 향후 실제 지형에서의 홍수 피해를 예측하는 경우 하천 범람과 더불어 근래의 급격한 도시화에 따른 도시유출을 동시에 감안하여 그 피해를 최소화 할 수 있는 기초자료로 이용되어 질 수 있을 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.317-321
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• 2017

본 연구는 황구지천 인접 지역의 홍수지도를 작성하기 위하여 황구지천 제방 파제시 홍수범람 모의를 실행하였다. 홍수범람모의에 적용한 수치모형은 FLUMEN이며 황구지천 세마교부터 수직교 구간 인접지역의 홍수범람을 모의하였다. 수치지형도에 의한 지형자료와 함께 조도계수 및 홍수수문곡선운 황구지천 관련 계획보고서의 자료를 인용하였다. 월류에 의한 범람 양상을 파악하기 위하여 확률홍수시 현 제방고를 적용한 초기 침수 빈도를 적용하였다. 범람시나리오를 작성하기 위하여 2개의 파제위치를 선정한 후 범람 모의를 수행하였다. FLUMEN은 미리 제방을 파제한 후 처오름 해석으로 모의하는 방법과 하도에 물이 가득 찬 후 제방을 파괴하는 방법이 있으며 본 연구에서는 전자의 방법을 적용하였다. 제방의 범람에 따른 침수시간, 유속분포의 변화, 침수심, 침수면적 등을 산정하고 제방의 파제에 따른 침수시 파제폭에 관한 변화를 주어 범람면적의 변화 및 시간의 변화 수문곡선상 문제점을 검토하여 해당지점의 적정한 파제폭, 침수심, 침수시간 등을 제시하여 홍수지도 작성시 필요한 자료를 제시하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.305-305
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• 2021

XP-SWMM은 EAP-SWMM의 Runoff 기능을 보완하고 2D 해석 기능을 새롭게 추가하여 만든 외산(XP Solutions) 프로그램으로 도시유역 유출량 산정, 우수관거 추적 등과 같은 모의가 가능한 종합 모형이다. 그 중 2차원 분석 기능(2D XP-SWMM)은 연산 결과를 Tu-Flow 모형에 대입한 도시침수 해석모형으로 실무에서 주로 사용되고 있다. 그러나 XP-SWMM은 수량 부분 외에도 수질 부분의 다양한 모형이 통합되어 있어 라이센스 가격이 상당히 높고, 국내 환경에 적합한 모형 수정 등 기술지원을 받기 어렵다는 단점을 갖고 있다. 또한, 실무 활용성이 높은 2차원 분석기능의 경우 모의에 소요되는 시간이 크다는 한계점을 갖고 있다. 2D XP-SWMM 연산의 소요시간이 큰 주요 원인은 계산 시간간격마다 큰 셀수의 행렬 계산을 반복하기 때문이며, 격자를 촘촘하게 설정할수록(행렬의 수가 증가할수록) 수치해석에 소요되는 시간은 기하급수적으로 늘어나게 된다. 2D XP-SWMM 연산은 편미분방정식을 계산하는 모형으로 반복법을 채택하고 있기 때문에 짧은 시간내에 침수해석을 진행해야하는 웹기반 초단기 홍수예경보 시스템 등에 활용하기에는 적합하지 않다. 본 연구에서는 2D XP-SWMM 보다 연산속도를 향상시킨 2차원 도시침수 모형을 개발하였다. 기존 XP-SWMM 중심의 실무 적용성을 유지하고자 XP-SWMM과 동일하게 EPA-SWMM 엔진을 활용하였고 DEM 기반의 지표수 흐름방향 결정 알고리즘을 결합하였다. 본 연구에서 개발한 도시침수 모형 결과를 울산광역시, 청주시 등 도심지에서 발생한 과거 침수피해의 양상과 비교하여 그 타당성을 검증하였다.