• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.336-336
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• 2021

기후변화와 도시화로 인한 집중 호우와 불투수층 증가로 도시 홍수의 발생 빈도와 규모가 증가하고 있다. 인적, 물적 자원이 집중되어 있는 도시유역의 특성상 침수가 발생하면 이로 인한 직접적 피해 뿐만 아니라 사회경제적 2차 피해를 발생한다. 도시 홍수로 인한 피해를 줄이고 도시의 재해에 대한 회복력을 키우기 위해서는 관측과 더불어 정확한 모의 기술이 중요하다. 한편, 격자 기반 도시 홍수 모의는 집중 호우에 따른 침수의 시공간적 발생 양상을 물리적으로 해석하는 방법으로, 지표수-우수관거 이중배제 통합 모의, 수치기법, 병렬컴퓨팅, 수질 연계 모의 등의 측면에서 지금까지 많은 발전이 이루어져 왔다. 최근들어 원격탐사 기술의 발달로 공간해상도 1미터 수준 혹은 그 이상의 초고해상도 지형자료가 많은 지역에서 대해 가용해지고 있으며, 도시 홍수 해석에 이와 같은 초고해상도 자료를 적용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 초고해상도 지형 및 토지 피복 자료의 공간해상도가 침수해석에 미치는 영향을 분석한다. 도시침수의 두가지 주요 요인인 내수침수와 외수범람 중에서 극한 강우에 의한 내수침수해석 사례만을 주요 연구 범위로 한다. 초고해상도 입력자료의 격자기반 도수 해석 모형으로는 운동파 기반의 2차원 지표 흐름 해석 모형을 적용하고, 초고해상도 모의의 효율적 계산을 위해 하이브리드 병렬 컴퓨팅 기술을 이용한다. 초고해상도 입력자료 적용 사례 대비, 공간해상도 저하에 따라 침수 면적이나 깊이 등에서 어떤 변화가 있는지 정량적으로 검토한다. 또한, 강우의 강도 및 공간분포가 초고해상도 도시 홍수 해석에 미치는 영향에 대해서 분석한다. 모의 결과로부터 도시 홍수 해석시 거리 단위(street-level) 정확도의 재현을 위해 적정한 공간해상도를 분석하고, 초고해상도 도시 홍수 모의를 이용한 기후변화에 따른 극한 홍수의 도시지역 영향 분석 및 회복력 개선 관련 연구의 가능성에 대해 논의한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.477-477
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• 2021

지구온난화로 인한 집중호우 및 태풍의 발생 횟수와 강도가 증가함에 따라 홍수피해가 증가하고 있으며, 특히 도로침수는 피해 측면에서 '복구-보상' 중심의 사후처리 체계에서 벗어나 '예방-대응-관리'를 통한 사전 재난대응 체계로 정책 전환이 요구되고 있다. 이에, 도로침수관련 재난정책의 기반기술이 될 수 있는 '도로침수 실시간 예측·감시 및 운영 기술'을 경상남도 진주시를 대상으로 침수피해 관련 지역현안을 해결하고자 하며, 강우예측자료를 활용한 침수해석, CCTV영상을 이용한 AI기반 실시간 침수감시, 공간 빅데이터 기반 침수정보제공, e-SOP 등 다양한 기술이 융합된 실증 연구로 이루어진다. 본 연구결과물이 실용화되어 도로침수통합관리시스템으로 운영된다면 지역 수재해 대응력 향상에 기여할 것으로 판단된다.

• Spatial Information Research
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• 제11권2호
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• pp.155-170
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• 2003

GIS를 이용한 홍수침수 분석시스템이 공항배수유역의 침수현상을 모의하기 위해 개발되었다. 본 연구에서 개발된 모형은 사용자 인터페이스인 GUI 시스템을 통한 Database 구축 및 입력자료 작성을 위한 전처리 과정과 주처리 해석모형을 통해 계산된 결과를 그래픽으로 처리하는 후처리 과정을 GIS(ArcView/Avenue)와 연계하여 통합적으로 구축·제시되었다. 주처리 해석모형은 노면수의 거동분석 모형과 하수배수체계의 분석모형을 통합하여 상호 연계 현상을 모의함으로써 유역에서의 유출량과 배수시스템과의 실제적인 거동을 해석하여 배수관로의 배수효과 및 압력류에 의한 침수현상을 모의함으로써 배수관로 유입에 따른 실제적인 현상을 모의하였다. 본 연구에서 개발된 홍수침수분석시스템은 향후 공항에서의 침수피해에 대한 시설전반에 대해 합리적인 대책관리방안 및 시설개선방안 수립을 위한 체계적인 의사결정에 크게 기여할 것으로 사료된다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제7권4호
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• pp.75-83
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• 2007

도시화된 유역은 복잡한 지형으로 인해 많은 유출경로를 갖게되며, 대부분 불투수 면적이 차지하고 있어 강우시 배수관거를 통해 우수가 배제되는데, 용량을 초과한 관거에서는 범람이 발생하여 다시 지표수를 형성하게 된다. 이처럼 도시유역에서 배수관망과 지표면 유출은 서로 연계되어 있으므로 침수해석 시 이를 고려해야 한다. 본 논문에서는 전형적인 도시지역의 특징을 보이는 인천교 부근의 매립된 유역을 대상으로 1차원-2차원 통합모델인 MIKE FLOOD 모델을 이용하여 수치해석하고, 그 해석결과를 기존의 1차원 모델인 MOUSE의 배수관망 해석결과와 비교 분석하였다. 분석 결과 1차원-2차원 통합모델은 1차원 배수관망에 2차원 지형도를 적용시킴으로서 지표면 저류현상 및 지체현상 등 지형적 특성을 반영한 유출해석결과를 나타내었으며, 기존의 1차원 해석시 파악 불가능한 유량상승 및 수위상승 등의 현실적인 모의가 가능함을 알 수 있었다.

• 융합정보논문지
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• 제11권12호
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• pp.115-126
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• 2021

본 연구에서는 내외수 범람을 동시에 고려하여 침수해석을 수행하는 시뮬레이션 모형을 개발하였다. 외수 침수해석을 위해 제방 월류 및 파제에 의한 하천범람 유입량을 고려할 수 있도록 하였고, 내수 침수해석을 위해서 이중배수체계 개념을 반영하도록 구성하였다. 지표면 침수해석과 관련하여 하천의 유동해석과 제내지의 유동해석을 통합적으로 수행하기 위해 유한요소법(FEM)을 적용하여 침수확산 해석을 수행할 수 있도록 하였다. 모형의 검증을 위해 우선 개념모델에 대해서 적용하였고, 이어서 실제 유역에 대해서 적용하였다. 본 연구를 통해 홍수로 인한 피해를 줄이고 홍수 피해를 저감하기 위한 효과적인 대책을 마련하기 위해 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국항해항만학회:학술대회논문집
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• 한국항해항만학회 2016년도 춘계학술대회
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• pp.50-54
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• 2016

해양사고 원인규명 통합 분석 시뮬레이션 시스템은 해양사고가 발생하는 과정(선회)을 포함하여 충돌, 좌초, 접촉, 전복, 침수 및 침몰 등의 해양사고를 유체-구조 연성 해석기법의 고도 정밀 M&S 시스템을 사용하여 과학적으로 해양사고의 원인을 분석하고 사고의 손상과정을 체계적으로 재현할 수 있는 시스템이다. 해양사고는 육상과 공중에서 발생하는 자동차와 비행기 등의 충돌이나 추락사고와는 달리 공기의 밀도보다 천배의 물에서 발생하므로 물에서 부양되고, 운동하고, 선내에 물이 침수되고, 운항 중일 때 파도도 생성시키고, 두 물체가 근접할 경우에는 압력이 압착되고, 두 물체가 스쳐 지나거나 안벽이나 해저를 근접하여 운항할 경우에는 압력이 저하되는 등 물에서의 연성효과(interface effect)를 충분히 고려하여 재현할 수 있어야 정확하게 해양사고의 원인을 규명 및 분석할 수 있을 것이다. 또한 황천에서 발생하는 해양사고일 경우에는 강한 조루, 강풍 및 해일성 파도 등을 불규칙 스펙트럼을 사용하여 정확히 구현하여야 황천에서 발생하는 해양사고의 원인을 충분히 분석할 수 있을 것이다. 이러한 해양사고 통합 분석 시뮬레이션 시스템을 이용하여 과학적이고 정확한 해양사고의 원인규명 및 분석으로 심판의 획기적인 신뢰 구축과 심판 지연에 따른 사회적 비용을 최소화하고, 해양사고의 원인과 과실 책임, 나아가서 사고 재발방지 대책수립 등에도 활용하는데도 크게 기여할 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.50-50
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• 2017

도시홍수의 잠재적 위험은 홍수경감계획이 발전됨에 따라 감소하지만, 침수피해 가능성은 도시화와 도시 확장에 따라 증가한다. 침수피해 가능성에 대한 사전 파악 및 위험도 분석은 대규모 침수재해 발생 시의 위기관리에도 도움을 준다. 또한, 경제적 피해에 대한 예측은 재해발생 후 복구 및 복원 작업에 필요한 자원 할당에 매우 유용하며, 잠재적 홍수 피해에 대한 예측은 장기적인 홍수경감계획과 재해관리에 필요하다. 본 연구에서는 다차원 침수해석 모형의 결과로 산정 가능한 침수심, 유속 등의 지표들을 복합적으로 고려하여 침수위험도를 산정하고, 침수 발생 위험이 있는 지역의 인문 사회 경제적 지표를 통해 피해 저감 및 복구성을 반영하기 위한 재해 취약인자를 선정하여 해당 지역에 대한 취약도를 산정하였다. 또한, 분석된 위험도와 취약도의 연산으로 통합리스크 분석을 실시하여 침수 발생 시 해당지역에 대한 피해 예상과 지역별 상대평가가 가능하도록 하였다. 위험도와 취약도 및 리스크 분석은 다양한 인자를 동시에 고려하기 위해 여러 개의 기준에 대한 선호도를 결정하거나 최적 대안을 선택하는 다기준의사결정(MCDM)기법을 적용하였으며, MCDM기법 중 보편적으로 많이 이용되는 TOPSIS기법을 적용하였다. 이러한 리스크 분석은 우리나라 전체, 특정 시도, 시군구, 읍면동 간의 침수피해와 관련한 상대적 비교 평가가 가능하며, 대응 및 대비의 관점에서 저감 대책 수립의 우선 지역을 도출하는 데 활용될 수 있을 것이며, 침수피해 발생 후, 리스크가 큰 지역에 대해 우선적으로 복구 조치가 이뤄질 수 있을 것이다. 또한, 한정된 지자체 예산 안에서 도시홍수 피해 경감 대책 수립을 위한 의사결정에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.62-62
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• 2019

본 연구에서는 기상청에서 제공하는 인공위성 관측자료와 레이더 자료를 합성하여 예측된 선행시간 2시간의 강수량 예측자료를 이용하여 도시유역의 침수 발생 여부를 확인할 수 있는 시스템을 개발하였다. 대상유역은 부산광역시에 위치하고 있는 유역면적 $54km^2$의 온천천유역으로, $10m{\times}10m$의 해상도로 지표면의 침수예측을 수행한다. 침수예측에 이용되는 모델은 지표면과 하수관망 사이의 상호작용을 효과적으로 고려할 수 있도록 지표면 2차원, 하수관망 1차원 모델을 연계하였으며, 침수예측에 소요되는 시간을 최소화하기 위하여 OpenMP기반의 병렬해석 기법을 적용하였다. 또한 초기조건에 의한 오차를 줄이기 위하여 하천수위 관측소에 관측된 수위자료를 예측모델의 초기조건으로 입력할 수 있도록 시스템을 구성하였으며 유역 하류단에서 경계조건으로 활용되는 예측수위자료는 시계열자료의 예측에 뛰어난 성능을 보여주는 것으로 알려진 LongShort-term Memory(LSTM) 기법을 적용하여 이용하였다. 본 연구에서 개발된 실시간 도시침수 예측 시스템은 집중호우 발생시 침수 발생 위치를 사전에 빠르게 예측하여 도시유역의 인적 물적 자원의 피해를 저감하는데 적극적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 방재저널
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• 제18권4호
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• pp.16-27
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• 2016