• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.93-93
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• 2016

최근 증가하고 있는 기후변화에 의해 설계빈도를 상회하는 강우의 발생빈도가 증가하고 있으며, 이로 인한 도시유역의 내수범람 피해가 증가하고 있다. 도시유역에서 발생하는 침수 피해의 경우 인적 물적 자원이 집중되어 있는 도시의 특성으로 인해 침수로 인한 직접적 피해 규모가 상당할 뿐만 아니라 침수 발생 후 세균 및 박테리아에 의해 발생하는 수인성 전염병의 유행 등과 같은 2차적 피해 또한 심각한 사회적 비용을 초래할 수 있어 도시유역의 침수 피해를 저감시키기 위한 대책이 절실히 요구되어지고 있다. 도시유역의 침수를 예방하기 위한 대책은 구조적 비구조적 대책으로 구분되어 질 수 있으며 구조적 대책의 경우 침수 피해 예방에 직접적인 효과를 낼 수 있다는 장점이 있으나 대규모 사업예산 및 사업 기간으로 인해 직접적 효과를 보기까지 상대적으로 긴 시간이 필요할 뿐만 아니라 사업 진행 중 대상지역 거주민들의 민원으로 인한 갈등 조정 등으로 인해 사업실행에 어려움을 겪고 있다. 이러한 측면에서 비구조적 대책의 일환인 수치해석을 통한 침수피해 재현 및 침수원인 파악을 통한 구조개선 제안은 구조적 대책의 단점을 보완할 수있는 좋은 대안이 될 수 있다. 도시유역의 경우 비도시유역과 대조적인 차이점으로는 높은 비율의 불투수층, 복잡한 지형, 다수의 인공 구조물 및 배수관망 시스템 등을 들 수 있으며, 침수해석 모형의 정확도를 높이기 위해서는 복잡한 지형의 효율적인 처리가 무엇보다 중요하다. 일반적으로 이용되는 2차원 침수해석 모형들은 직교구조 격자 또는 비구조 격자를 이용하여 지형을 묘사하고 있으며 DEM 자료를 직접 사용하는 직교구조 격자의 경우 지형 데이터 생성이 상대적으로 쉽다는 장점이 있으나 복잡한 지형을 표현하기 위해서는 불필요한 지역까지 높은 해상도를 이용해야 하며 이로 인하여 모의시간이 지나치게 길어지는 문제점이 발생한다. 비구조 격자의 경우 상대적으로 복잡한 도시 유역을 잘 묘사할 수 있다는 장점이 있으나 격자망 생성에 필요한 데이터가 많고 격자망 생성에 지나치게 많은 시간과 노력이 소요된다는 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 위에서 언급한 두 가지 방법의 장점만을 취할 수 있도록 메쉬 세분화 기법을 이용한 2차원 침수해석 모형을 개발 하여 복잡한 지형은 고해상도 메쉬를 이용하여 보다 자세히 묘사하고 상대적으로 복잡하지 않은 지형은 저해상도 메쉬를 이용하여 계산시간을 단축시킬 수 있도록 하였다. 수치해석 기법으로는 엇갈림 격자를 이용하는 Leap-Frog 기법과 유한차분 (Finite difference Method)기법을 이용하였다.

• 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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• 2016.05a
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• pp.343-343
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• 2016

기후변화에 따라 우리나라는 연안에 근접한 도시들에서 반복적으로 침수에 의한 재산 및 인명 피해가 나타나고 있다. 이러한 침수에는 크게 3가지 요인이 존재한다. 첫 번째는, 높은 강도의 폭우가 발생하고 증가와 펌프, 우수관 등의 불량으로 인하여 물이 하천으로 배수되지 못하는 내수침수이다. 두 번째는, 설계빈도를 넘는 수위가 발생하여 제방의 부실 등으로 하천이 월류하게 되는 외수범람이 있다. 마지막으로는 해수위가 상승하여 발생하는 해수침수이다. 본 연구에서는 내수침수와 외수범람에 의한 복합적인 침수해석을 하고자 한다. 기존의 연구에서는 각각의 범람요인들에 대해 독립적인 해석으로 개별적인 침수예상도가 산출되었다. 이렇게 개별 선정한 결과를 선형합으로 중첩하는 방법론의 오류 및 부적합성을 검토하고자 한다. HDM-2D(Song. 2011) 모델을 이용하여 내수침수와 외수범람을 복합적으로 모의하고 그 영향을 고려하고자 한다. ERG (Exponentially Growth Rate) 기법에 의한 생성/소멸 기작은 내수침수 해석 모듈에 적용되고 ERG항의 생성도를 범위를 변화시켜서 침수에 대한 민감도를 분석한다. 이를 통해 도시에서의 표고와 수위를 비교하여 침수지역과 비침수지역을 구분하여 침수구역 산정의 정확성을 향상시킨다. 차후에는 내수침수와 외수범람의 개별적인 모의를 통하여 개별 산정한 침수해석값과 복합요인에 의한 침수해석값을 비교하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.372-372
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• 2019

본 논문에서는 격자 기반의 2차원 침수해석 모형인 G2D(Grid based 2-Dimensional land surface flood model)의 GUI 개발에 대해서 기술하였다. G2D 모형은 ASCII 래스터 포맷의 DEM을 이용하여 정형 사각격자로 구성되는 침수모의 도메인을 설정하고, 수위, 수심, 유량 등의 경계조건과 강우와 유량을 연속방정식의 생성항으로 사용하여 2차원 침수모의를 한다. 주요한 침수모의 결과는 ASCII 래스터 포맷을 가지는 수심과 수위 등이다. 이와 같이 G2D 모형은 ASCII 래스터 파일을 주로 이용하고 있다. 본 연구에서는 우선 래스터 파일의 전후처리와 침수모의 결과의 가시화에 대한 편의성을 높이기 위해서 GIS 소프트웨어를 이용하여 GUI를 개발하고자 하였다. 이와 더불어 사용자들이 소프트웨어 구매 비용에 대한 부담을 없애고, 편리하게 사용할 수 있는 오픈소스 소프트웨어를 이용하고자 하였으며, 이 두 가지 조건을 만족할 수 있는 QGIS를 이용해서 G2D 모형의 GUI인 QGIS-G2D를 개발하였다. QGIS-G2D는 QGIS의 plug-in으로 실행된다. QGIS-G2D는 G2D 모형의 실행에 필요한 프로젝트 파일(.g2p)을 GUI를 이용해서 만들 수 있으며, 모의결과를 애니매이션 등으로 가시화 할 수 있는 후처리 기능을 포함하고 있다. 또한 QGIS-G2D는 DEM 수정 기능과 같이 G2D 모형의 입력자료 전처리를 위해서 QGIS plug-in으로 제공되는 여러 가지 기능을 함께 이용할 수 있다. 또한 물리적 분포형 강우-유출 모형인 GRM(Grid based Rainfall-runoff Model)의 QGIS plug-in인 QGIS-GRM과 연계하여, 유역 유출모의와 침수모의를 QGIS 환경에서 함께 수행할 수도 있다. 개발된 소프트웨어는 오픈소스 플랫폼인 GitHub(https://github.com/floodmodel/)를 통해서 제공된다. 본 연구를 통해서 홍수해석에 필요한 강우-유출 모의와 침수모의를 위한 모형을 제공하고, 이를 편리하게 활용할 수 있는 오픈소스 소프트웨어를 제공할 수 있었다. 이러한 연구들은 홍수 분야의 전문가들에 의해서 다양한 분야의 홍수해석에 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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• 2015.05a
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• pp.45-45
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• 2015

고전전인 천수방정식을 적용한 도시침수 해석모형에서 건물의 영향을 고려한 정확한 해석을 수행하기 위해서는 고해상도 격자가 요구되며 이는 계산시간의 증가가 야기된다. 고전 천수방정식을 적용한 도시침수해석 모형의 이러한 문제점을 극복하기 위해서 본 연구에서는 도시지역에 존재하는 건물 체적에 레이놀즈 이송이론을 적용한 수정 천수방정식을 제안하고, 제안 천수방정식을 이용한 효율적인 2차원 도시침수해석 모형을 개발하였다. 도시지역의 침수 모델링을 위해 고전 천수방정식은 건물을 고려하기 위해 고해상도 격자를 사용하는 것과 달리 수정 천수방정식은 건물의 영향을 매개변수화함으로서 저해상도 격자의 사용에도 고전 천수방정식과 유사한 정확도를 얻을수 있다. 건물의 영향을 매개변수화하기 위해서는 건물로 인한 저류와 흐름방향의 변화를 지배방정식이 고려할 수 있도록 수정하였다. 즉. 수정 천수 방정식은 고전 천수방정식을 기본으로 하여 건물의 저류영향을 고려하기 위해 각 계산격자에 적용되는 체적 매개변수와 건물의 흐름방향을 고려하기 위해 흐름방향과 직각방향에 위치한 선분(격자를 구성하고 있는 경계선)에 적용되는 면적 매개변수가 추가된다. 수정 천수방정식을 검증하기 위해 개발모형을 건물이 균일하게 위치한 실험하도와 비균일하게 위치한 실험하도에 적용하고 그 결과를 고전 천수방정식을 사용한 계산결과 및 계산시간과 비교함으로서 개발모형의 정확성과 효율성을 검증하였다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.47 no.11
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• pp.1051-1060
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• 2014

This study is attempted to realize an improved computation performance by combining the MPI (Message Passing Interface) Technique, a standard model of the parallel programming in the distributed memory environment, with the DHM(Diffusion Hydrodynamic Model), a inundation analysis model. With parallelizing inundation model, it compared with the existing calculation method about the results of applications to complicate and required long computing time problems. In addition, it attempted to prove the capability to estimate inundation extent, depth and speed-up computing time due to the flooding in protected lowlands and to validate the applicability of the parallel model to the actual flooding analysis by simulating based on various inundation scenarios. To verify the model developed in this study, it was applied to a hypothetical two-dimensional protected land and a real flooding case, and then actually verified the applicability of this model. As a result of this application, this model shows that the improvement effectiveness of calculation time is better up to the maximum of about 41% to 48% in using multi cores than a single core based on the same accuracy. The flood analysis model using the parallel technique in this study can be used for calculating flooding water depth, flooding areas, propagation speed of flooding waves, etc. with a shorter runtime with applying multi cores, and is expected to be actually used for promptly predicting real time flood forecasting and for drawing flood risk maps etc.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.332-332
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• 2021

도시화가 상당히 이뤄지고 기습적인 폭우의 발생이 불확실하게 나타나는 시점에서 재산 및 인명피해를 야기할 수 있는 내수침수에 대한 위험도가 증가하고 있다. 내수침수에 대한 예측을 위하여 실측강우 또는 확률강우량 시나리오를 참조하고 연구대상 지역에 대한 1차원 그리고 2차원 수리학적 해석을 실시하는 연구가 오랫동안 진행되어 왔으나, 수치해석 모형의 경우 다양한 수문-지형학적 자료 및 계측 자료를 요구하고 집약적인 계산과정을 통한 단기간 예측에 어려움이 있음이 언급되어 왔다. 본 연구에서는 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 단일 도시 배수분구를 대상으로 관측 강우 자료, 1, 2차원 수치해석 모형, 기계학습 및 딥러닝 기법을 적용한 실시간 홍수위험지도 예측 모형을 개발하였다. 강우자료에 대하여 실시간으로 홍수량을 예측할 수 있도록 LSTM(Long-Short Term Memory) 기법을 적용하였으며, 전국단위 강우에 대한 다양한 1차원 도시유출해석 결과를 학습시킴으로써 예측을 수행하였다. 침수심의 공간적 분포의 경우 로지스틱 회귀를 이용하여, 기준 침수심에 대한 예측을 각각 수행하였다. 홍수위험 등급의 경우 침수심, 유속 그리고 잔해인자를 고려한 홍수위험등급 공식을 적용하여 산정하였으며, 이 결과를 랜덤포레스트(Random Forest)에 학습함으로써 실시간 예측을 수행할 수 있도록 개발하였다. 침수범위 및 홍수위험등급에 대한 예측은 격자 단위로 이뤄졌으며, 검증 자료의 부족으로 침수 흔적도를 통하여 검증된 2차원 침수해석 결과와 비교함으로써 예측력을 평가하였다. 본 기법은 특정 관측강우 또는 예측강우 자료가 입력되었을 때에, 도시 유역 단위로 접근이 불가하여 통제해야 할 구간을 실시간으로 예측하여 관리할 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.163-167
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• 2005

하천변 저지대를 HEC-RAS의 저류지(Storage) 기능을 사용하여 모형화 하고 자연배수시설과 배수펌프장을 모의할 수 있는 기능에 의해 하도와 연결한 후 1차원 부정류해석을 수행하였다. 그 결과 유역에서 저지대로 유입한 홍수량과 저지대에서 하천으로 배제되는 홍수량의 차이를 산정하여 내수침수를 유발하는 저류량과 침수위을 결정할 수 있었으며, 이렇게 결정된 저류지의 시간대별 침수위를 저지대의 표고와 비교함으로써 침수지역을 식별하고 침수심별로 상이한 형태의 시각정보로 변환하여 시간대별 침수심별 예상침수지도를 작성하였다. 본 모형을 삽교천 유역에 적용한 결과 실제 발생한 홍수사상의 특성을 잘 재현하여 상기한 정보들이 충분한 활용가치가 있는 것으로 평가되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.280-284
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• 2011

본 연구에서는 한강의 제1지류인 홍제천 수계에 포함된 불광천 유역을 대상으로 도시지역 침수모의를 수행하였다. 1차원 모형인 HEC-GeoRAS를 이용하여 외수침수에 대한 모의를 수행하였고, 2차원 모형인 CCHE2D를 이용하여 외수침수와 내 외수침수에 대해 모의를 수행하여 비교하였다. SWMM을 이용하여 확률 홍수량과 유출량을 산정한 후, HEC-GeoRAS를 이용하여 50년, 100년, 200년 빈도의 홍수량에 대한 침수지역 및 침수심을 구하였다. 외수침수와 내 외수침수를 각각 수행하여 빈도별 홍수량에 따른 침수지역 및 침수심을 구하였다. 두 모형을 이용한 1차원 및 2차원 해석결과를 바탕으로 기법별 침수면적 및 침수심을 비교한 결과 HEC-GeoRAS가 CCHE2D보다 과다 산정되는 것을 확인할 수 있었다. CCHE2D 모형을 이용한 외수침수모의와 내 외수침수모의를 비교했을 때 침수면적은 높은 빈도에서 최소 1.03배로 큰 차이가 없었으나 낮은 빈도에서 6.85배로 큰 차이가 발생하며, 침수심은 최소 1.01배, 최대 1.28배로 큰 차이가 없었다. 이는 내수침수가 침수면적 산정에 큰 영향을 미치며, 침수지역을 결정하는데 높은 빈도에서는 제방을 월류한 유량이 크게 영향을 미치고, 낮은 빈도에서는 맨홀을 월류한 유량이 크게 영향을 미치는 것으로 판단된다.