• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.263-267
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• 2010

최근 지구온난화, 엘니뇨 및 라니냐 등 지구환경 변화에 따른 기후변화의 영향으로 지구상의 많은 지역에서 집중호우가 발생하고 있으며 우리나라도 예외 없이 매년 되풀이되고 있다. 이로 인해 발생하는 홍수피해를 경감하기 위해서 홍수조절용 다목적 댐 건설과 같은 구조적 대책과 홍수를 사전에 예측할 수 있는 홍수예경보 시스템 구축과 같은 비구조적 대책의 마련이 필요하다. 일반적인 홍수예경보 시스템은 강우 관측치를 강우-유출 모형 및 수리해석 모형의 입력 자료로 하여 홍수량 및 홍수위를 계산하고 그 결과를 이용하여 운영된다. 그러나 집중호우와 같은 악기상 조건에서는 관측강우자료를 이용한 유출해석 결과로 홍수예경보 시스템을 운영 할 경우 예방 대응시간의 부족으로 인해 방재 효율성이 떨어지게 된다. 따라서 미래에 발생할 강우를 사전에 예측하고, 이를 효율적으로 유출 모형과 연계하여 홍수발생 이전에 홍수발생 가능성을 예측할 수 있는 홍수 모의시스템을 구축하는 것이 필요하다. 이를 위해 본 연구에서는 중규모 수치예보모형인 WRF 모형(Weather Research and Forecasting model)으로 모의된 2007년 태풍 '나리' 사상의 예측강우를 이용하여 유역평균강우를 산정하였으며, 산정된 예측강우를 도시유역유출모형인 SWMM과 2차원 침수모의가 가능하도록 개선한 CASC2D 모형에 활용하여 침수현상을 모의하였다. 실제 침수흔적과 모의된 결과의 비교를 통해 예측강우를 이용한 침수예측 및 홍수예보의 가능성을 평가한 결과, 과소추정된 예측강우의 영향으로 인해 모의된 침수심이 실제보다 작게 발생하였으나 침수발생 위치는 대체적으로 정확하게 모의하는 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.269-269
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• 2023

기후 변화로 인한 강우 패턴의 변화는 도심지 방재성능 목표를 상회하는 홍수로 이어져 침수피해를 가중시키고 있다. 이로 인한 도시침수 피해를 저감하기 위하여 도시침수 예측모형 개발이 활발히 이루어지고 있으나, 대규모 관망으로 이루어진 복잡한 도심지 우수관망을 모의하기 때문에 분석속도가 느려 실시간 예측 적용에 한계점이 있다. 도시침수 분석에 가장 많이 활용되는 대표적인 모형인 SWMM(Storm Water Management Model)은 복잡한 관망을 비교적 빠르고 정확히 해석할 수 있어 유용하지만, 이 또한 대도심의 우수관망 모의 시 많은 시간이 소요되며, 관망 정밀도 기준이 정의되어 있지 않아 분석에 어려움이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 연구에서는 관망 간소화 기법(유역면적의 밀도, 관거 직경, 관로의 길이 등)을 적용하고, 이에 따른 주요 지선과 간선의 수위 변화와 침수흔적도를 비교하여 분석결과의 정확성을 담보하는 관망 간소화 수준을 파악하고 도시침수 분석 시 적정 간소화 기준과 자동 간소화 방안을 제시하고자 한다. 도시침수 분석 시 우수관망 자동 간소화를 위하여 Python을 활용한 코드를 작성하였으며, SWMM의 .inp 파일을 읽어들여 Dataframe형태로 저장한 후 분석을 위한 데이터 가공, 간소화 기준에 따른 분류, 간소화 대상 수리·수문인자 연산, 인접 간선에 연결, 간소화된 .inp파일 저장의 총 6단계로 구성하였다. 연구 대상지역은 도림천 유역으로 설정하였으며, 초기자료는 맨홀 30,469, 관거 32,443, 소유역 30,586개로 이루어져 있으며, 모의 시간은 약 2시간 30분이 소요되었다. 유역면적 100x100 미만을 대상으로 수행 시 맨홀 9,965, 관거 10,464, 소유역 9,240개로 관거의 복잡도가 약 1/3 감소하였으며, 모의 시간은 약 43분으로 기존대비 약 72% 단축되는 것으로 나타났다. 실제 침수가 발생한 주요지점들을 비교한 결과 R² 0.85 ~ 0.92로 예측모형의 정확도에 큰 영향을 끼치지 않는 것으로 나타났다. 도시침수모형 최적 간소화를 통해 모형의 복잡성을 줄이고, 계산량을 줄여 모형의 수행시간을 단축시킬 수 있으며, 불필요한 우수관망을 제거하거나 병합함으로써, 모형의 예측력 향상과 분석과 해석에 효율적으로 사용될 수 있을 것으로 기대한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.190-190
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• 2019

호우로 인해 도시지역에 발생하는 홍수의 대표적인 특성은 도로와 저지대의 내수침수라고 할 수 있다. 이러한 침수현상을 모의하고 예측하기 위해서는 일반적으로 도시유출해석 모형과 연계된 2차원 침수해석 모형을 활용한다. 다만, 이러한 물리적, 수치해석 도구들은 공간적인 해상도가 높고, 대상영역이 넓을수록 많은 연산시간이 소요되므로 집중호우와 같이 단시간에 많은 비가 발생하는 경우 홍수예보에 활용하는데 한계가 있다. 따라서 시나리오 기반의 침수위험 정보를 사전에 정의하나, 위험기준을 정의하는 방법에 따라 위험지역과 위험도가 달라질 수 있다. 이에 본 연구에서는 시공간적으로 상세한 침수 예상 정보를 빠르고, 정확하게 제공하기 위해서 침수시나리오 기반의 침수위험 예보 기준 지도를 작성하고, 기준 지도 작성 시 위험기준 요소의 정의를 다양하게 적용하여 서울시의 침수위험 지역과 위험도의 변화를 분석하고자 한다. 여기서 침수시나리오는 76개 강우 시나리오와 SWMM모형, 2차원 침수해석모형(GIAM)을 활용하여 생산한 결과를 활용하였다. 생산된 침수시나리오는 6m 시공간 해상도를 갖지만, 예측강우를 활용한 돌발홍수예보 프로토타입의 기준 격자망을 고려하여 500m 해상도로 변환하여 분석에 활용한다. 본 연구에서는 침수위험의 유무, 위험 정도를 분류하는 위험기준을 영역 내 최대침수심, 평균침수심, 침수면적 비율 등으로 다양화하고, 각 위험기준 요소별 침수위험 예보 기준 지도를 작성한다. 또한, 실제 침수발생 사례에 작성한 침수위험 예보 기준 지도를 적용하여, 침수위험 지역과 위험도를 가장 적합하게 구현한 위험기준을 찾고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.367-367
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• 2019

최근 기후변화로 인해 국지성 호우 및 태풍의 빈도가 빈발하고 및 규모가 커지고 있으며 그로 인한 홍수피해규모는 증가하고 있다. 본 논문에서는 도시 지역의 호우로 인한 침수유발 강우량을 산정하는 기법의 정확도를 산정하는데 목적이 있으며 이를 위해 ROC(Receiver Operation Characteristic Curve) 분석을 이용하였다. 본 논문에서는 분포형 홍수해석 모형인 S-RAT 모형과 2차원 침수해석 모형 FLO-2D을 커플링하여 호우로 인한 침수해석을 실시하였으며 강우시나리오는 설계 강우 200mm의 강우를 10% 간격으로 증가시켜 강우량 대비 침수심 자료를 모의하였다. 모의한 침수심 자료를 이용하여 유역 격자를 $1km{\times}1km$ 별 강우량-침수심 관계곡선식을 제시하였으며 개발된 곡선식을 이용하여 특정 침수심(20cm)을 유발시키는 강우량(한계강우량)을 산정하였다. 정확도 산정은 ROC(Receiver Operation Characteristic Curve) 분석 방법을 이용하여 침수 유무의 적중률에 따른 민감도와 특이도를 이용하여 AUC(Area Under the Curve)의 점수로 정확도를 판단하였다. 본 논문에서는 본 논문에서 제시한 한계강우량의 정확도를 판단하기 위하여 2011년 7월의 사당역 일대 침수사례를 이용하였다. 실제 침수정보가 없어 실제 호우사상과 실제 하수관망을 고려할 수 있는 SWMM 모형을 이용하여 침수분석을 실시하였다. 분석 결과 평균 ROC는 약 0.7로 나타났으며 5 단계의 구분에서 Fair 단계로 적정 수준의 정확도를 확보한 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.288-288
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• 2017

최근 우리나라뿐만 아니라 세계에서는 기후가 변화함에 따라 다양한 문제들이 발생하고 있으며 복합적인 위험의 증가도 함께 나타났다. 이러한 기후의 변화로 인해 집중 호우가 발생하는 빈도가 많아지면서 여러 요인들의 의한 침수가 반복적으로 나타나고 있다. 침수의 요인으로는 크게 내수침수, 외수범람, 해수범람이 존재하게 된다. 내수침수의 경우는 펌프나 우수관 등의 문제로 제내지 배수 불량이 발생하여 물이 하천으로 배수 되지 못했을 때 발생하게 되고, 외수범람의 경우는 홍수나 폭우에 의해 하천의 수위가 높아져 제방을 월류할 때 발생, 해수범람은 해수위가 상승하여 발생하게 된다. 본 연구에서는 내수침수와 외수범람을 동시에 복합적으로 모의할 수 있는 2차원 동수역학모형인 HDM-2D(Song. 2011)를 확장하여 해수-외수-내수 연계 모듈을 개발하였다. 해수 유동 모의 결과를 별도의 입력 파일로 불러들여 ERG (Exponentially Growth Rate) 기법에 의한 내수침수 해석 모형과 Petrov 안정화 기법 기반 충격파의 해석이 가능한 외부 범람모형의 초기 및 경계조건으로 부여하여 동수역학적 연계 모듈을 구성하였다. 해수의 영향을 고려한 해수-외수-내수 연계 모의를 통해 시간에 따른 연안 도시 침수 발생 양상을 분석할 수 있었다. 본 연구는 기후변화에 따라 복합적인 침수가 많이 발생하는 연안도시 지역에서 침수의 복합원인을 찾아내고 침수 예상도를 작성하여 연안도시에 가해지는 피해를 분석하는데 도움이 될 것으로 판단된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.52 no.4
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• pp.301-312
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• 2019

The importance of the dual drainage system model has increased as the urban flood damage has increased due to the increase of local storm due to climate change. The dual drainage model is a model for more accurately expressing the phenomena of surface flow and conduit flow. Surface runoff and pipe runoff are analyzed through the respective equations and parameters. And the results are expressed visually in various ways. Therefore, inundation analysis results of dual drainage model are used as important data for urban flood prevention plan. In this study, the applicability of the COBRA model, which can be interpreted by combining the dual drainage system with the natural watershed and the urban watershed, was investigated. And the results were compared with other dual drainage models (XP-SWMM, UFAM) to determine suitability of the results. For the same watershed, the XP-SWMM simulates the flooding characteristics of 3 types of dual drainage system model and the internal flooding characteristics due to the lack of capacity of the conduit. UFAM showed the lowest inundation analysis results compared with the other models according to characteristics of consideration of street inlet. COBRA showed the general result that the flooded area and the maximum flooding depth are proportional to the increase in rainfall. It is considered that the COBRA model is good in terms of the stability of the model considering the characteristics of the model to simulate the effective rainfall according to the soil conditions and the realistic appearance of the flooding due to the surface reservoir.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.135-135
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• 2011

지구온난화와 이상기후에 따라 최근 우리나라를 둘러싼 기후패턴의 변화가 가속화되고 있으며 한반도는 장마기간이 소강상태를 보이는 반면, 장마 후 국지성 집중호우가 증가하고 태풍이 내습하는 현상이 빈번해짐으로써 홍수에 대한 위험과 피해규모도 증가하고 있다. 특히 도시지역에서는 강우규모가 배수시스템의 용량을 초과하거나, 하천수위 상승으로 관로 내에 역류가 발생하는 등 우수 배제 기능을 제대로 수행하지 못할 경우 발생하는 지표침수로 인해 심각한 인명 및 재산피해가 발생하고 있다. 실제로 현재 홍수해석 및 홍수위험지도 작성시 내수시스템을 반영하지 않아 침수면적 및 범위의 오차가 존재하며 홍수위험지도 작성시 내수범람과 외수범람을 따로 고려하는 문제점이 있다. 따라서 도시 침수 해석시 내수시스템을 반영한 정확한 침수심 및 침수면적계산뿐만 아니라 이상기후에 대비한 복합적 요인으로 인한 침수해석이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 하천해석을 위해 1차원 하천 해석 모형인 FLDWAV모형을 적용하고 가상의 제방 파제 시나리오를 통하여 외수범람 영향을 구하였으며, 배수시스템의 SWMM모형과 제내지에서 내수와 외수범람의 영향을 고려한 DEM기반의 2차원 범람해석을 연계한 Dual-Drainage모형에 대하여 외수범람 영향에 따른 흐름의 양상, 침수심, 침수위 등을 분석하였다. 개발한 모형에 대한 적용성을 검토하기 위하여 대구 신암5동 유역을 선정하였고 대상유역의 수치지도를 활용하여 정형 격자 20m 크기로 지형자료를 구성하였으며, 건물의 영향도 고려하기 위해 DEM에 건물자료를 합성하였다. 침수해석 결과 내수시스템의 영향을 고려하지 않을 때가 고려하였을 때 보다 Node(맨홀)에서의 재유입의 영향으로 인하여 최대 침수심이 더 높게 나왔으며 침수면적도 넓게 나타나는 것을 확인하였고, 기존의 홍수위험지도 작성시 외수침수와 내수침수를 구분하여 해석하였던 것을 본 연구에서 통합하여 외수범람의 영향을 고려한 통합침수해석을 실시하여 내수에서 발생할 수 있는 유출량과 내수시스템의 월류량 등에 대한 고려가 없는 외수침수만 해석시 보다 최대침수심이 더 높게 나타났으며 침수면적 또한 넓게 나타남을 알 수 있었다. 본 연구를 통해서 도시홍수, 돌발홍수 등의 발생시 정확한 도시 침수 해석이 가능하며 도시침수구역에 대한 적절한 예 경보 및 피난대책 수립에 활용될 수 있을 것으로 사료된다. 또한 국내의 홍수위험지도나 도시 침수해석과 연계하여 선행시간을 확보한 정확도 높은 홍수정보시스템 구축에 크게 기여할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.345-345
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• 2017

급격한 도시화 현상으로 많은 인구가 밀집되고 토지를 집약적으로 이용을 하며 시멘트 콘크리트, 블록 등 도로포장으로 인해 불투수층이 증가하여, 폭우와 홍수로 인한 인명과 재산 및 교통체증 등과 같은 다양한 피해를 야기할 수 있다. 침수피해를 발생시키는 인자들은 지표면의 침수심, 침수면적 및 지속시간 등이 있으며, 이러한 인자들을 이용하여 침수에 관한 다양한 연구들이 이루어지고 있다. 본 연구에서 연구할 지역은 도림천 지역 대림 1동, 대림 2동, 대림 3동, 신대방동의 일부분 지역을 대상으로, 침수가 발생한 2010년 강우를 활용하여 도림천 지역의 도시침수를 분석을 하였다. 침수가 일어난 원인으로는 관의 허용용량 초과로 인해 침수가 되었던 것으로 보이고 각 지선관거가 간선관거로 합류하는 과정에서 과부하로 인해 주요 간선관거에서 월류가 발생한것으로 판단된다. 이와 같이 내수배제시설 용량의 초과로 인한 침수가 발생하였을 경우 막대한 피해가 발생하게 되고 이를 저감하기 위해서는 침수심 및 침수면적 등 피해정도를 미리 예측하여 관리 할 수 있는 방안에 대한 연구가 필요하다. 본 연구는 도림천의 우수관망을 이용하여 침수해석모형인 SWMM을 활용하여 문제점들을 파악하였으며, 침수방어능력을 향상 시킬 수 있는 방안을 연구하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1717-1721
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• 2008

집중호우로 인한 도시 내수배제 능력의 부족으로 월류가 발생하거나 하천의 제방붕괴, 통수능의 부족 등으로 인하여 범람이 발생하는 경우, 재해 예방차원에서 가장 근본적인 것은 침수의 양상을 파악할 수 있어야 한다. 즉, 어느 지역까지 침수지역이 확장될 것인가, 얼마나 빠르게 범람된 흐름이 흘러갈 것인가, 그리고 언제 홍수위가 감소할 것인가를 파악하는 것이 매우 중요하다. 그러므로 국내 도시지역 지형특성에 적합한 침수예측 모형의 개발이 필요하며, 이를 이용하여 다양한 범람 조건을 좀 더 합리적으로 모의할 수 있게 된다. 또한 물리적인 모형과의 비교를 통해 매우 복잡한 지형을 가진 도시침수계산 등이 이루어질 수 있으며, 침수구역에 대한 적절한 예 경보 및 피난대책의 수립이 가능하게 된다. 본 연구에서는 기존의 DEM 기반 침수해석 모형에서 계산시간이 오래 걸린다는 단점을 보완하기 위해 Sub-Grid를 적용한 침수해석 모형을 개발하였다. 하나의 격자는 $e_1$, $e_2$, $e_3$, $e_4$의 표고를 가지는 4개의 보조격자로 구성하였다. $25m{\times}25m$의 Sub-Grid를 갖는 $50m{\times}50m$의 격자에 대한 침수해석 결과와 Sub-Grid가 없이 $25m{\times}25m$ 및 $50m{\times}50m$ 격자로 구성된 대상유역에 대한 침수해석 결과를 비교하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.38-38
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• 2016

기후변화로 인한 기온과 강수량의 변화는 국지적이고 집중적인 강우를 유발하게 되었고 이로 인하여 외수범람에 의한 제내지 침수로 인한 피해가 증가하고 있다. 따라서 제내지의 침수로 인한 피해를 예측하기위한 기술이 필요하다. 본 연구에서는 하천제방의 파쇄로 인한 홍수량이 제내지에서 어떤 경로로 침수-확산되는지를 파악하기 위하여 홍수의 침수경로를 모의할 수 있는 분포형홍수범람모형인 SIMOD(Simplified Inundation MODel) 모형을 개발하였다. 침수경로를 모의하기 위하여 홍수가 발생된 시점에서 그리드화된 주변셀로의 홍수전의를 위하여 주변셀과의 경사를 이용하여 차등 분배하는 다중흐름방향법(Multi Direction Method, MDM)과, 하나의 낮은 고도의 셀에서 수위가 높아져 인접셀보다 수위가 증가하면 그 수위는 인접 셀들과 균등해 진다는 가정인 평수가정법(Flat-Water Assumption, FWA)을 적용하였다. 모형의 평가를 위하여 가상시나리오를 설정하여 대상지역에서 시간에 따른 침수범위를 산정하였다. SIMOD 모형은 지형도(DEM)와 유입 홍수량의 간단한 입력자료를 이용하기 때문에 모의시간을 현저하게 단축시킬 수 있다. 강우-유출 모형 또는 제방붕괴 모형 등을 통해서 유입되는 홍수량만 파악을 할 수 있다면 수 분 내에 결과를 예측할 수 있다. 따라서 EAP(Emergency Action Plan)과 같은 도심지에서 침수로 인한 대피 계획을 수립하는데 활용될 수 있을 것이다.