• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.100-100
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• 2022

일반적으로 유체와 구조물간 상호작용의 수리동역학적 모의에서는 벽경계조건을 통하여 유동에 대한 구조물의 영향이 반영된다. 하지만 도심지에서 발생한 홍수를 예측하려는 경우 이러한 방법으로는 밀집한 구조물들 사이에 형성된 좁은 길들로 인하여 세밀한 격자망을 요하여 큰 계산량을 유발하고 빠른 예측 속도를 기대할 수 없게 한다. 최근 이러한 문제를 극복하기 위해 성긴 격자망에서도 구조물의 유체에 대한 영향을 반영할 수 있도록 하는 방법들이 큰 관심을 받고 있다. 그 중에서도 다공성 천수방정식은 벽경계조건 대신 다공도(posority)의 개념을 이용한 모형으로 도시범람모의에 있어 계산량과 정확도를 가장 적절하게 타협한 모형으로 보고되고 있다. 이러한 흐름에 맞추어 본 연구는 다공도 천수방정식을 해석하는 수치 기법을 개발하였고, 여기에 최근 쌍곡선계 방정식의 수치적 연구들에서 소개된 주요 특징들이 반영되도록 설계하였다. 우선, WENO 기법과 Runge-Kutaa 기법을 통하여 공간과 시간에 대한 고차 정확도를 만족시켰다. 이 때, 재구성 변수와 알고리즘를 새롭게 제시하여 정상흐름조건에 대한 플럭스항과 생성·소멸항간 절단오차에 의한 비물리적인 흐름생성을 억제하였다. 또한, 수치모의 중 음수심의 발생으로 인하여 수치모형이 불안정해지는 현상을 막기 위해, 양-보존성 제한자를 구축하였다. 마지막으로 도심지에서 즐비한 인위적인 구조물에 의해 나타나는 지형적인 불연속의 효과를 적절하게 반영할수 있도록 정상파 재구축의 단계를 구축하여 수치 기법에 반영하였다. 이렇게 구성된 수치기법은 리만문제의 해석해에 기반하여 기존의 주요 연구들의 결과와 비교되었고, 그 결과 본 연구의 방법이 정확성, 수렴성, 안전성의 측면에서 가장 우수함을 수치적으로 증명하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.413-413
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• 2018

최근 도시지역에 태풍과 집중호우로 인한 홍수발생 빈도와 그 규모가 커지고 있다. 이에 따른 재산 및 인명피해 양상도 매우 심각한 상황이다. 태풍 차바 처럼 강력한 10월 태풍의 출현은 지구 온난화의 전조로 받아들여지고 있다. 또한 10월 태풍임에도 초속 56.5m의 순간 최대풍속과 시간당 최대 116.7mm(제주 서귀포), 139mm(매곡) 등의 강수량은 지역 최대 강수량을 기록함으로써 이제 언제나 태풍 및 홍수에 대한 대비가 필요하게 되었다. 현재 재해에 대비하기 위해 다양한 대책들은 꾸준히 마련되어지고 있으며, 설계 기준 또한 강화되었다. 그러나 저류조 및 배수펌프장 등의 시설물 설치에는 막대한 예산이 필요한데다 장기간의 시간이 필요하며, 비구조적 대책도 마련되어 있으나 태풍 차바의 사례에서 경험한 것처럼 재해 발생 시 대책과 구체적인 방안의 마련이 더욱 시급해 보인다. 이에 본 연구에서는 태풍 차바 시의 호우에 대하여 UNET모형에 의한 부정류모의를 수행하였다. 부정류모의의 경계조건으로써 상류단 경계조건과 측방유입량 조건은 HEC-HMS를 이용하여 유출해석을 실시한 다음 입력 자료로 이용하였으며, 하류단 경계조건으로는 국토부 관할 수위지점의 수위를 이용하여 UNET 모형에 의한 수리학적 하도추적을 수행하였으며, 저지대 침수분석은 지형정보시스템 응용프로그램 중 하나인 ArcGIS를 활용하여 대상유역의 벡터자료를 구축하고 인접도엽의 접합 및 보정을 실시하여 수치고도자료를 생성하여 2차원 홍수범람해석을 위한 HEC-RAS 5.0을 적용하여 침수분석을 수행하였다. 본 연구의 결과를 수재해 피해저감 대책을 수립하는데 기초자료로 활용될 수 있을거라 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.374-374
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• 2019

지구온난화의 영향으로 기상이변으로 인한 피해가 증가하여 이를 예방하기 위해 풍수해 피해 예측의 필요성이 증가하였다. 이에 따라 관련 기관 및 지자체별로 각자 다른 필요성과 목적에 ?라 다양한 형태의 풍수해 관련 피해예상도가 작성되어 왔다. 풍수해 피해예상도 작성을 위해서는 시간적, 경제적 비용이 많이 소모되며, 일반적으로 정해진 빈도에 의해서만 작성되기 때문에 다양한 빈도의 작성은 불가능하다. 본 연구에서는 빈도별 홍수량과 빈도별 피해예상도를 활용하여 피해예상도를 작성하기 위해 보간기법을 마련하여 적용하고자 한다. 풍수해 피해예상도는 과거의 침수흔적과 홍수범람해석을 통하여 침수가 예상되는 지역을 미리예측한 지도로 방재대책 수립 및 재해정보지도 작성을 위한 기본 자료로 활용하는데 목적이 있다. 데이터의 보간은 불연속적으로 주어진 데이터 점들을 이용하여 그 점들 사이의 값을 추정하는 방법의 한 종류로 활용하는 데이터에 따라 보간기법이 달라진다. 보간법은 선형보간, 라그랑제 다항식 보간, 네빌레의 반복 보간, 뉴튼 다항식에 의한 보간법 등이 존재한다. 각 보간법의 내용과 특성, 활용법을 분석 비교하여 피해예상도 보간기법 모듈에 적용할 수 있는 방법을 제시하였다. 빈도별 홍수량과 빈도별 피해예상도를 활용하여 보간 기법을 적용하기 매우 제한적이며 여러 보법 중 특성을 파악했을 때 선형보간법이 가장 적합한 방법이라 판단된다. 또한, 선형보간을 위한 변수로 확률빈도보다는 홍수량 자료를 사용하는 것이 정확도를 더 향상시킬 수 있으며 침수흔적도와 DEM을 사용하여 침수용량을 파악하고 피해예상도를 선형보간하여 작성한다. 침수용량을 파악하여 선형보간하여 침수용량에 대한 임의의 홍수량을 산정하고 이를 바탕으로 피해예상도를 홍수량과 침수용량에 대한 관계를 정리하였으며 피해예상도를 선형보간하여 작성할 수 있다. 선형보간하여 작성된 피해예상도는 빈도별 강우와 실시간 지속 강우를 기반으로 해당 지역에 대한 침수 피해 예상에 활용 할 수 있다.

• 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.

• 한국수자원학회논문집
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• 제49권7호
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• pp.579-588
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• 2016

기후변화로 인한 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 논문에서는 하천제방의 파쇄로 인한 홍수량이 제내지에서 어떤 경로로 침수-확산되는지를 파악하기 위하여 홍수의 침수경로를 모의할 수 있는 분포형홍수범람모형인 SIMOD(Simplified Inundation MODel)를 개발하였다. 침수경로를 모의하기 위하여 홍수가 발생된 시점에서 그리드화 된 주변 격자로의 홍수전의를 위하여 주변 격자와의 경사를 이용하여 차등 분배하는 다중흐름방향법(Multi Direction Method, MDM)과, 하나의 낮은 고도의 격자에서 수위가 높아져 인접한 격자보다 수위가 증가하면 그 수위는 인접 격자들과 균등해 진다는 가정인 평수가정법(Flat-Water Assumption, FWA)을 적용하였다. 모형의 평가를 위하여 가상시나리오를 설정하여 대상지역에서 시간에 따른 침수범위를 산정하였다. SIMOD는 지형도와 유입홍수량의 간단한 입력자료를 이용하기 때문에 모의시간을 현저하게 단축시킬 수 있으며 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 침수로 인한 대피계획을 수립하는데 활용될 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.322-322
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• 2018

우리나라의 기후는 대부분 지역의 강수량이 약 1,350mm 이상의 습윤지역이다. 하계 집중형 강수형태로, 우리나라는 연강수량의 50%이상이 여름철(6월~9월)에 집중된다. 또한 제방이 제 기능을 발휘할 수 있는 시기도 6~9월이 되기 때문에 이전에 제방의 적절한 점검과 보강이 이루어져야 홍수와 태풍과 같은 자연재해를 막을 수 있다(Cha et al, 2010). 제방이 제 기능을 발휘하기 위해서는 홍수나 범람 등에 얼마나 견딜 수 있는지를 알아야 한다. 그러기 위해서는 무엇보다도 제방이 자연재해로부터 손상을 입게 되는 원인과 과정, 하천수의 침투로 인한 제체내부의 역학적 거동 등에 대한 충분한 이해와 지식을 함양해야 한다. 본 연구에서는 하천 제방에 대한 홍수취약성을 평가하는 새로운 기법을 기후변화에 따라 달라지는 하천의 수위변화를 고려하여 제방의 취약성 변화 정도를 파악해보고자 한다. 이를 위해 미래 기후변화 시나리오를 기반으로 대상유역의 홍수량을 산정하여 홍수위를 구하고 제방의 2차원 지하수침투 모형인 SEEP/W를 이용하여 침투거동을 분석함으로써 침투안정성을 평가하였다. 대상지역은 한강 본류 서울 구간으로 선정하여 대표 제방을 선정한 후, 대표 제방의 현재 계획홍수위와 기후변화를 고려한 홍수위를 고려하여 제방의 안전율을 분석하였다. 제방의 취약성 분석에 필요한 인자를 도출하고 이를 활용하여 기후변화 시나리오에 따른 제방의 수위변화를 고려한 제방의 취약성 분석을 실시하였으며 분석결과를 본 연구자가 기 개발한 제방홍수취약성지수(Levee Flood Vulnerability Index, LFVI) 값을 이용하여 제방의 취약성에 미치는 영향을 분석하였다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제10권2호
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• pp.40-49
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• 2023

기후변화로 인한 극한홍수의 피해를 저감하면서 동시에 자연친화적 수변구역의 홍수완충공간을 조성하기 위해 제방이 건설되기 이전의 홍수범람 범위와 하천구역을 참조하여 홍수터 복원을 수행할 필요가 있다. 이에 본 연구에서는 금강 대상구간에 대해 고지도를 활용하여 홍수터 복원가능 공간의 입지 선정 방법을 제안하고 홍수터를 홍수완충공간으로 활용할 경우 홍수위 저감 효과를 부정류 수치모의를 통해 분석하였다. 고지도를 활용하여 하천구역 변화를 분석한 결과, 1919년에 비해 2020년 하천구역 면적이 단계적으로 총 27.8% 감소 (1,059,380 m²)한 것으로 추정되었으며, 과거 홍수범람 구역이었던 제내지를 offline 저류지로 복원할 경우 2,200,868 m³의 유효 저류용량을 가지는 것으로 나타났다. HEC-RAS 부정류 모의를 통해 분석한 홍수위와 홍수량 조절 효과는 대상구간의 하류 단면에서 16 cm와 219.01 m³/s인 것으로 나타났다. 본 논문의 수치모의에는 홍수완충공간이 offline 저류지 형식으로 적용되었으며, 제방 후퇴/이설을 통한 홍수터의 확대가 적용될 경우 홍수위 저감 효과는 다르게 나타날 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.243-243
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• 2022

댐은 일반적으로 하천관리에 있어서 인간에게 용수를 공급하고 홍수를 조절하는 등의 발전을 목적으로 건설되어 운영되고 있다. 그러나 하류하천은 댐 건설에 의해 흐름에 대한 연속성이 차단되어 첨두 홍수량과 유사량이 현저하게 감소한다. 첨두 홍수량의 감소로 퇴적된 유사는 이동하지 못해 고착화가 진행되고 식생이 침입하여 번성하게 된다. 하천에 식생이 발달하게 되면, 안정성이 증가하고 생태계 서식처를 형성하며 하천경관을 개선시키는 이점이 있다. 그러나 조도의 증가와 통수능의 감소로 인한 유속감소와 수위상승을 발생시켜 홍수범람을 야기할 수 있다. 따라서 이러한 상황에 대응하기 위해서는 식생대의 밀도에 따른 흐름을 분석하여 바람직한 하천관리방안 연구가 필요할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 2차원 흐름모형을 활용하여 황강 합천조정지댐 직하류 구간의 수목군을 고려한 부정류 계산을 통해 하도의 수위 및 유속을 예측모의하는 방법론을 제시하고 모의결과를 분석하였다. 상류단 경계조건은 과거 집중호우로 인하여 대홍수가 발생하였던 2020년 합천조정지댐 방류량 중 첨두발생 기간의 유량을 입력하였으며, 하도의 식생밀도를 산정하고 입력하기 위해 현장조사를 수행하였다. 수치모의 시 식생밀도는 총 4가지 Case(식생현황, 전체벌채, 식생개선, 식생존치)로 나누어 모의를 수행하였다. 모의결과, 직하류 만곡부 유입구간에서 외측으로 흐름이 집중되어 수심과 유속이 증가하였으며, 만곡부 외측의 식생대로 인해 식생대에서는 유속이 감소하고 수심이 증가하며, 식생대 주변 하류의 내측으로 흐름이 집중되어 수심과 유속이 증가하는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 합천조정지댐의 실운영방류량과 황강의 실제식생밀도를 반영하여 수치모의를 하였기 때문에 흐름과 식생관리에 따른 실무적 대책방안 마련에 도움이 될 것으로 판단된다. 또한, 본 연구에서 활용한 분석방법과 결과들은 합리적인 하천관리방안을 구축하기 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.845-849
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• 2005

도시지역 공간의 한정성으로 인해 하천연변의 저지대에 까지 토지이용도가 극대화되고 있다. 이러한 상황은 치수방재의 측면에서 과거와 같은 외수의 범람에 의한 홍수피해가 아닌 내수의 배수불량으로 의한 침수피해의 증가를 가져 왔다. 서울특별시의 경우 유수지 및 빗물펌프장의 보강을 통해 치수안전을 확보하고 있다 빗물펌프장 운영에서 가장 중요한 요소는 펌프의 가동과 배수문의 개폐을 통한 외수의 차단과 내수의 방류에 있다. 특히 배수문의 개폐시기가 적절치 않은 경우, 외수가 유수지로 들어와 펌프장의 기능을 저해 할 수 있다. 그러나 배수문의 개폐는 현재 자동화 되지 못하고 운영자에 의하여 경험적으로 운영되고 있다. 본 연구에서는 수리학적 홍수추적(Hydraulic Flood Routing)방법 중 FLDWAV모형을 사용하여 한강변에 위치한 빗물펌프장의 외수위를 모의 하였다. 모형의 모의 결과와 한강흐름의 실측치를 비교 검토하고, 이를 기초로 각 빗물펌프장의 배수문을 가동해야 하는 팔당댐 방류량과 도달시간을 구하고, 하류에 위치한 빗물펌프장의 황해의 조위 영향등을 분석, 운영자가 배수문 개폐시기를 예측하여 빗물펌프장의 운영 자료로 이용과 유수지$\cdot$펌프장 운영체계의 자동화에 기여하고자 한다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제3권4호
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• pp.294-301
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• 2016

금강의 지류인 치성천의 홍수범람이 빈번하게 발생하는 구간을 대상으로 하단배출형 가동보를 다단으로 배치하여 가동보 관리수위별 홍수조절 및 저류 효과를 기존 고정보의 설치 경우와 비교 분석하였다. 하단배출형 가동보 설치 지점에서의 첨두유량이 최대 97%가 감소하였고, 하류단 홍수위가 최대 82%가 감소하였다. 또한 하단배출형 가동보의 다단 배치로 구조물 상류구간에 저류와 분배 기능으로 저류량이 최대 463%가 증가하였다. 이러한 저류량과 하류단 첨두 홍수위, 유량의 관계를 통해 대상구간의 목표 저류량과 홍수 저감 수위를 위한 각 가동보의 관리수위 제안이 가능하다.