• 한국수자원학회논문집
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• 제43권7호
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• pp.635-643
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• 2010

작은 규모 유역의 홍수 유출량을 산출하기 위해서 유역을 대표하는 하나의 단위유량도를 많이 적용해 왔다. 이 때 단위유량도의 첨두유량과 첨두 발생시간은 단위유량도를 결정하는 특성치로 취급된다. 본 연구에서는 국내에서 $8.5\;km^2$ 정도의 소규모 유역에서도 강우 사상별로 단위유량도의 첨두유량과 발생시간은 상당히 변동되는 것을 보이고 분석하였다. 그리고 동일 소유역에서 단위유량도 변동의 주요인으로 강우 사상별 평균 강우강도라고 보고 강우 사상별 강우강도와 단위유량도의 첨두유량 및 발생시간의 관계를 각각 지수함수식으로 제시하였다. 결과적으로 사용 자료상의 제약 등으로 단위유량도 첨두치에상당한 분산을 동반하는 한계는있지만 연구된 대로 단위유량도의첨두유량 및 첨두 발생시간과 강우의 평균적인 회귀 관계는 단위유량도 이론의 보완적 측면에서 수문학적 가치를 갖는다.

• 한국산림과학회지
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• 제102권3호
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• pp.463-466
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• 2013

이 연구에서는 1963년부터 2012년까지 과거 50여 년간 우리나라 전역에서 발생한 478건의 산사태를 대상으로 시간단위 강우자료와 분위회귀분석을 토대로 산사태 유발강우의 강도(I, mm/hr)-지속시간(D, hrs) 관계를 해석하였다. 그 결과, I-D 한계식 "$I=9.64D^{-0.27}$, $4{\leq}D{\leq}76$" 이 도출되었고, 발생확률별 강우강도-지속시간 관계식을 제시할 수 있게 되었다. 따라서 이 연구의 결과는 광역적 산사태 예 경보 시스템의 개선 및 실효성 향상에 필요한 기초자료를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.117-117
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• 2019

최근 전 지구적으로 기후변화에 따른 국지성 집중호우와 도시화로 인해 내수침수피해가 증가하고 있다. 이를 예방하기 위해 각 도시에서는 하수도 정비기본계획을 수립하고 하수도시설물을 운용하고 있다. 그러나 하수도정비기본계획에 활용되는 설계강우가 실제강우의 특징을 모두 반영하는 데에는 한계가 있다. 따라서 하수도 시설 설계 시에는 설계강우의 특징을 파악하고 실제강우와 비교하여 차이를 이해할 필요가 있다. 본 연구에서는 실제강우와 설계강우의 총 강우량을 비교하여 하수도시설물 설계강우의 적절성을 평가하고자 한다. 대상지역은 국내 대표도시 7곳을 대상으로 선정하였으며, 실제강우는 과거 침수피해 기간에 대한 기상청 관측 강우자료를 활용하였다. 비교평가를 위해 실제강우 기반의 설계강우를 산정하였으며, 국내 하수도 정비기본계획에서 제시한 설계강우 산정기법을 활용하였다. 적절성 평가는 총 강우량 산정에 영향을 미치는 우량주상도와 총 강우량에 대하여 수행하였다. 우량주상도 비교 결과 설계강우에 비해 실제강우는 단기간에 강우량이 집중되는 형태를 보였으며 강우 지속기간이 길어질수록 첨두 강우강도에 근접한 강한 강우가 연속되는 경향을 보였다. 총 강우량 비교 결과 설계강우의 총 강우량이 실제강우의 총 강우량 보다 높은 경우에도 침수피해가 발생한 사례가 있었으며, 대부분 지속시간이 6시간 이하의 단기 집중호우 기간에 속하였다. 본 연구결과는 각 도시별 하수도정비기본계획 수립 시 설계강우 산정 방법을 개선하기 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.94-94
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• 2023

유역에서의 홍수를 예측하기 위한 다양한 강우-유출 모형들이 개발되어 사용되고 있다. 개념적 강우-유출 모형들은 신뢰성과 적용성이 높아 실무에서 널리 활용되어왔으나, 강우-유출 과정을 단순화하여 고려하므로 유출예측의 정확도에 한계가 있다. 또한 모형의 매개변수에 여러 불확실성이 존재하므로 충분한 양의 관측자료를 사용한 보정 작업이 필요하다. 물리적 강우-유출 모형들은 유출예측 결과가 비교적 물리적으로 정확하다는 장점이 있지만, 높은 계산 비용 및 수치적 불안정성으로 인하여 실무에의 적용이 힘들다. 본 연구에서는 홍수 예측의 정확도와 효율성을 모두 확보할 수 있는 하이브리드 기법을 개발하였다. 본 연구에서 개발한 기법은 물리적 모형인 동역학파 모형과 개념적 모형인 순간단위도 모형, 그리고 딥러닝 모형을 결합하여 사용하는 기법이다. 유역의 조도계수 및 지형을 활용한 동역학파 시뮬레이션을 수행하였으며, 동역학파 시뮬레이션 결과 및 멱함수로 나타내어지는 비선형적 강우-유출 관계를 이용하여 유역의 순간단위도를 유도였다. 또한, 딥러닝 모형인 LSTM 모형을 활용하여 강우손실 매개변수를 추정하였으며, 이를 이용하여 강우손실을 계산한 후 유효강우주상도를 산정하였다. 그리고 유역 출구에서의 홍수수문곡선은 유효강우주상도와 순간단위도를 활용한 회선적분을 통해 예측되었다. 본 연구에서 개발한 기법을 시험유역 및 자연유역에서의 홍수 예측에 적용해보았으며, 예측 결과는 NSE=0.55-0.90, R²=0.67-0.95의 높은 정확도를 보였다. 본 연구에서 유도하는 순간단위도는 한 유역에서 유일하지 않으며, 유효 강우강도의 함수이므로 홍수 예측에 비선형적 강우-유출 관계를 고려할 수 있으며, 수많은 유효 강우강도에 대한 순간단위도들은 멱함수를 이용하여 순간적으로 유도될 수 있다. 또한, 유역의 강우 특성이나 지표면의 토양수분, 식생과 같은 특성을 딥러닝 모형을 통해 고려함으로써 강우 손실 산정의 불확실성을 줄일 수 있다. 또한, 순간단위도 유도를 위한 기초작업인 동역학파 시뮬레이션은 유역의 지형과 조도계수만을 필요로 하므로 미계측 유역에의 적용이 유리하다.

• 지질공학
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• 제29권1호
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• pp.13-21
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• 2019

준설퇴적물 관리시스템이 설치된 사방댐(강원도 인제군)을 대상으로 강우강도-강우지속시간 한계곡선(I-D curve)을 이용하여 사방댐 배면의 퇴적물에 대한 준설시기를 선정하였다. 강원지역에서 약 30년 동안 6-9월 사이의 집중호우로 발생된 산사태 자료를 이용하여 I-D curve를 제안하였다. 준설관리시스템의 운영기간 동안 연구지역에서는 산사태가 발생되지 않았으며, 모든 강우사상은 I-D curve 아래에 위치하고 있다. 준설퇴적물 관리시스템에 대한 모니터링 결과 준설퇴적물 관리시스템에서 측정된 준설퇴적물 하중은 증가 양상을 보였으나 증가량은 적은 것으로 나타났다. 따라서 준설퇴적물의 증가는 산사태에 의한 것이 아니라 집중호우시 산지표층부에서 발생된 일부 토사유실에 의한 것임을 알 수 있다. 준설퇴적물 관리시스템에 설치된 강우자료를 활용하여 사방댐 배면 준설퇴적물의 양을 실시간으로 확인할 수 있으며, 강우 한계곡선(I-D curve)을 함께 활용할 경우 사방댐 배면의 퇴적물에 대한 최적의 준설시기 선정이 가능하게 된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.229-229
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• 2021

최근 이상기상으로 국지성 집중호우가 빈번하게 발생함에 따라 토사유출에 의해 피해가 증가하고 있다. 급경사 사면을 갖는 교란산지와 개발지의 경사면은 토양침식 위험에 노출되어 있다. 특히 지표유출수의 집중흐름에 의한 세류발달은 세류간침식에 비해 많은 토양침식과 토사유출을 발생시킨다. 이러한 급경사 사면에서의 세류발달에 대한 수리학적 메터니즘과 한계조건을 파악하고자 강우와 유입수 모의를 통한 토양침식 실험을 수행하였다. 강우와 유입수의 상호작용에 의한 세류발달의 특성과 토사유출량 증가를 파악하고자, 강우량의 증가와 유입수 유무에 따른 실험이 이루어졌다. 강우강도의 범위는 100~140mm/hr이고, 유입수는 170ml/s 이였다. 유입수량은 합리식으로 계산하였으며, 토양상자 상단에서 균등분사식으로 유입되었다. 세류발달의 수리학적 특성치를 취득하기 파악하기 위해, 염료주입 지표수 거동에 대한 동영상을 판독하였다. 세류발달은 유입수가 없는 경우 3분 이내 그리고 유입수가 있는 경우 30초 이내에 발생하였다. 토양상자내의 평균 유속범위는 7.83~29.27 cm/s 이였다. 실험에서 발달된 세류는 15분경과 후부터 평형상태를 유지하였다. 경사실험조건별로 세류 차수분석을 위해 각 세류의 최대길이, 폭, 넓이를 측정한 결과 세류의 차수는 강우만 있는 경우 1~2차로 발달하였으며, 유입수가 있을 때는 2~3차로 발달하였다. 지표유출이 증가하면서 세류발달의 개수는 줄었지만 규모는 더 크게 나타났다. 세류가 발달하는 시점의 한계유속은 10~20cm/s 범위인 것으로 파악되었다. 지표유출이 증가하면서 세류의 발달도 더 심화되지만, 동일한 강우에 일정시간동안 노출되면서 세류는 평형상태가 되어 더 이상 침식이 활발하게 진행되지는 않았다. 유입수가 있는 조건에서 수량은 약 2배가 증가하였지만, 토사유출량은 세류확장에 의해 약 4배가 증가하는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.361-361
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• 2019

기존의 Markov Chain 모형으로 일강우량 모의시에 강우의 발생여부를 모의하고 강우일의 강우량은 Monte Carlo 시뮬레이션을 통해 일강우 분포 특성에 맞는 분포형에서 랜덤으로 강우량을 추정하는 것이 일반적이다. 이때 강우 지속기간에 따른 강도 및 강우의 시간별 분포 등의 강우 사상의 특성을 반영할 수 없다는 한계가 있다. 본 연구에서는 이를 개선하기 위해 강우 사상을 지속기간에 따라 강우량을 추정하였다. 즉 강우 사상의 강우 지속일별로 총강우량의 분포형을 비매개변수 추정이 가능한 핵밀도추정(Kernel Density Estimation, KDE)를 적용하여 각각 추정하고, 강우가 지속될 경우에 지속일별로 해당하는 분포형에서 강우량을 구하였다. 각 강우사상에 대해 추정된 총 강우량은 k-최근접 이웃 알고리즘(k-Nearest Neighbor algorithm, KNN)을 통해 관측 강우자료에서 가장 유사한 강우량을 가지는 강우사상의 강우량 일분포 형태에 따라 각 일강우량으로 분배하였다. 본 연구는 기존의 강우량 추정 방법의 한계점을 개선하고자 하였으며, 연구 결과는 미래 강우에 대한 예측에도 활용될 수 있으며 수자원 설계에 있어서 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.8-8
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• 2015

기후변화에 따른 집중호우 및 태풍 발생의 증가로 강우레이더를 이용한 홍수예경보시스템의 필요성이 증대되고 있다. 그러나 현재 국내에서 주로 활용되고 있는 단일편파 레이더는 정확도의 한계로 인해 홍수예보 활용에 어려움을 야기해왔다. 최근에는 수직반사도, 차등반사도, 비차등반사도 등 다양한 변수 취득을 통해 강우입자의 형태를 더욱 정확하게 추정할 수 있는 이중편파 레이더의 활용이 높아지고 있다. 본 연구에서는 홍수예보 활용을 위해 이중편파 레이더 실황강우 및 예측강우의 정확도를 평가하고자 한다. 평가를 위해 비슬산 레이더 자료를 활용하였으며, 2012~2014년의 강우사상을 선정하였다. 단일 및 이중편파 레이더 강우를 각각 추정하고, 강우예측을 위해 추정된 레이더 강우를 이류모델(Translation model)에 연계하여 선행 6시간까지의 예측강우를 생산하였다. 강우의 탐지능력 평가를 위해 Hit rate를 이용하였으며, 레이더 관측반경 증가 및 강우강도의 증가에 따른 정확도 분석을 수행하였다. 강수추정 정확도 평가를 위해 상관계수와 평균제곱근 오차를 이용하였으며, 비슬산 강우레이더 100 km 반경 내에 속한 국토교통부 관할의 지상관측강우와비교하였다. 그 결과, 이중편파 레이더 실황강우가 단일편파 레이더에 비해 지상관측강우의 거동과 더욱 유사하게 나타났으며, 양적인 오차도 더 적은 것으로 확인되었다. 또한, 레이더 예측강우는 선행시간이 증가함에 따라 정확도가 감소하였으나, 선행시간 1시간까지는 활용이 가능하다고 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.327-327
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• 2018

돌발홍수, 집중호우 등 강우가 발생 원인되는 자연재해에 효과적으로 대응하기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있으나 강우의 시공간 변동성과 발생과정의 복잡한 물리과정으로 인해 강우 추정에 한계를 가진다. 일반적으로 강우 추정은 물리적, 추계학적 모형을 이용하며 추계학적 모형의 점과정(point process)을 이용하여 강우를 생산한다. 추계학적 강우 모형은 관측 강우의 시간 스케일, 강우발생 빈도, 강우 강도 등 강우 구조의 특성을 반영 할 수 있다는 장점을 가지고 있으나 생산되는 강우의 구조가 추정되는 매개변수에 크게 의존한다는 점에서 실제 강우에 적합한 매개변수 추정이 중요하다. 본 연구에서는 낙동강 유역내에 있는 20개의 강우관측 지점을 대상으로 1973년-2017년까지의 강우 관측자료를 수집하였으며 추계학적 강우생성 모형으로 점과정을 이용하는 추계학적 강우생성 모형인 NSRPM(Neymann-Scott rectangular pulse model)을 선정하였다. NSRPM모형의 매개변수를 추정하기위한 최적기법으로 DFP(Davidon-Fletcher-Powell), GA(genetic algorithm), Nelder-Mead, DE(differential evolution)를 이용하여 추정된 매개변수의 적합성을 분석하고 지역특성을 고려한 매개변수 추정 기법을 제시하였다. 추정된 모형의 매개변수를 분석한 결과 DE와 Nelder-Mead 기법이 높은 적합성을 보였으며 DFP, GA기법이 상대적으로 낮은 적합도를 보였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제35권12호
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• pp.45-58
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• 2019

본 연구에서는 강우의 침투에 따른 토사사면의 파괴에 대한 강우강도-지속시간의 강우기준을 평가하기 위하여 수치해석에 의한 파괴시간의 확률론적 해석 절차를 제안하였다. 취약도 곡선은 시간에 따른 강우의 침투해석 결과를 반영하며 지반의 역학적 특성의 불확실성을 고려한 MCS에 의한 확률론적 사면 안정해석의 결과로부터 강우강도-지속기간의 함수로 생성하였다. 확률론적 해석에서 한계상태함수를 계산하기 위하여 강우의 침투해석과 연동된 사면 안정해석을 수행하였다. 생성된 사면의 취약도 곡선들을 기반으로 확률론적 사면 파괴분포 분석을 수행하여 지반의 불확실성을 고려한 사면 파괴 유발 강우기준을 평가하였다. 제안된 사면 파괴분포 분석법은 강우의 침투로 인한 사면 파괴의 과정을 분석하고 사면 파괴가 발생할 수 있는 시간을 예측하는데 유용하게 사용될 수 있다.