• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.590-590
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• 2015

본 연구는 집중호우에 의한 홍수예측 및 소유역의 유출거동에 대한 수문학적 민감성(susceptibility) 규명을 목적으로 강우강도, 지속기간 및 토양포화도 변화에 따른 홍수유출특성을 분석하여 유역의 유출거동 민감성을 표출할 수 있는 노모그래프를 개발하였다. 개별 홍수사상에 대한 유출거동 특성 분석을 위하여 한국건설기술연구원의 대표 시험유역인 설마천 유역의 과거 17년간(1996 ~ 2012)의 10분 간격의 강우량 및 유출량 자료를 수집하여 홍수유출해석을 수행하였다. 설마천 시험유역의 일누가강우량 100mm 이상, 50개 홍수사상에 대한 홍수유출해석은 유역 물순환 해석모형인 CAT(Catchment hydrological cycle Assessment Tool)을 이용하였으며 모의결과를 바탕으로 홍수사상별 지체시간, 강우강도, 지속기간 및 토양포화도 변화에 따른 홍수유출특성을 상세히 분석하였다. 이 중에서도 지체시간은 유역반응을 나타내는 시간변수로서 수문모델링 및 홍수량예측에 매우 중요한 요소이다. 특히, 강우량에 대한 홍수량의 반응이 빠른 소유역의 경우에 홍수량예측에 큰 영향을 미친다. 따라서 강우강도, 지속기간, 토양포화도의 변화량에 대한 지체시간의 거동을 R 프로그래밍 언어 및 3D Surfer를 이용하여 분석한 후 최종적으로 소유역의 홍수유출 특성을 나타내는 3차원 홍수 유출특성 노모그래프를 개발하였다. 분석에 사용된 R 프로그래밍 언어는 통계 계산과 그래픽을 위한 프로그래밍 언어이자 소프트웨어 환경으로 데이터의 조작 및 수치연산, 시각화를 수행할 수 있는 기능을 여러 패키지를 통해 구현할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 R을 이용하여 10분 단위의 강우 및 유출량 자료를 1시간 및 1일 자료로 구축하고 17년간의 과거 홍수사상을 분리하여 추출하는 R 홍수유출해석 시스템을 개발하였으며 추출된 홍수사상을 관측 유출량 및 관측 토양수분을 포함하여 시각화함으로써 강우 및 토양수분 변화에 따른 소유역의 유출거동 민감성을 확인할 수 있었다. 분석 결과, 지체시간은 강우지속기간 및 토양포화도에 민감한 거동특성을 나타냈으며 토양포화도는 첨두홍수량의 변화에 민감한 영향을 주는 것으로 확인되었다. 개발된 3차원 홍수유출특성 노모그래프는 유역의 규모 및 지형물리학적 특성에 따라 다양하게 나타날 것으로 판단되며 여러 계측유역에 적용함으로써 유역별 홍수유출 반응특성을 정량화할 필요가 있다. 즉, 강우강도, 지속기간, 지체시간, 포화도 등의 변화에 따른 유역의 홍수유출 반응특성을 규명함으로써 미계측 유역의 홍수량예측 실무에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제41권6호
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• pp.605-617
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• 2008

본 연구에서는 우리나라 홍수유출의 특성을 종합적으로 표현할 수 있는 홍수지수를 개발하였다. 홍수유출특성을 종합적으로 지수에 반영하기 위하여 유출곡선으로 표현되는 홍수유출의 특성을 홍수수문곡선의 상승률, 첨두유량, 홍수 응답시간, 첨두발생 전 홍수용적 등 4가지의 특성인자로 표현하였다. 이러한 유출특성인자를 객관적인 상대심도로 표현하기 위하여 본 연구에서는 특성인자의 분포함수를 표준정규분포함수로 변환하여 특성지수를 산정하였다. 본 연구에서 산정한 종합홍수지수(Comprehensive Flood Index, CFI)는 기존의 돌발홍수지수(Flash Flood Index, FFI)의 문제점을 보완한 것으로 홍수의 심도를 유역별로 상대평가할 수 있는 특징이 있다. 본 연구에서는 한강과 설마천 유역에 대하여 CFI를 산정하고, 상관분석과 회귀분석을 통해 FFI와 비교 평가하였다. CFI는 산정과정에서 특정 홍수유출 특성에 지배받지 않아 종합적으로 홍수유출특성을 표현할 수 있고, FFI에 비해 강우-유출관계를 효과적으로 설명할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.430-430
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• 2011

최근 지구온난화, 엘리뇨 및 라니냐 등 지구환경 변화에 따른 기후변화의 영향으로 짧은 시간에 매우 높은 강도를 가진 이상호우에 의해 많은 인명과 재산피해가 발생하고 있다. 우리나라의 경우에도 1990년대 후반부터 과거와 달리 국지적 집중호우가 빈번히 발생하고 있으며 집중호우에 의한 홍수는 우리나라의 가장 빈번한 자연재해 중 하나가 되었다. 이러한 성격의 홍수는 소유역 규모의 좁은 지역과 급경사지역에서 짧은 지속시간과 집중적인 강우강도에 의해 발생하고, 빠른 유속과 토사를 동반하는 빠른 수문반응으로 홍수에 대비할 시간이 부족한 것이 특징이기 때문에 기존의 홍수예보모형을 이용하여 발생홍수의 특성을 예측하기에는 많은 어려움이 있다. 유출수문곡선의 특성을 분석하여 홍수의 특성을 분석하는 연구는 Kyiamah (1996)가 유출수문곡선의 기초적인 상승곡선, 지체시간, 첨두홍수량을 이용하여 돌발홍수사상에 대한 크기를 산정하였으며, 이를 바탕으로 Bhaskar 등 (2000)은 유출수문곡선의 상승부 기울기, 첨두 홍수량비, 홍수 반응시간을 이용하여 돌발홍수지수(Flash Flood Index)를 산정하고 이 지수에 의해 돌발홍수를 설명하고자 하였다. 국내에서는 정재철 (2000)이 보청천을 대상으로 단 몇 개의 사상만을 대상으로 Bhaskar 등 (2000)이 제시한 돌발홍수지수를 적용한 바가 있다. 그러나, 이들 연구에서는 소수의 수문사상만을 이용하였기 때문에 상대심도를 산정하는데 있어 문제가 있으며 상대심도를 산정하는데 있어 각 심도계수들의 임의적인 도수분포를 이용하였기 때문에 매우 주관적이라고 할 수 있다. 김병식 등 (2008)은 한강유역의 과거 101개의 홍수사상에 대해 돌발홍수의 상대심도를 파악하기 위하여 돌발홍수지수를 산정하고 2006년 7월의 집중호우에 의해 발행한 홍수사상의 돌발홍수 심도를 시간 및 공간적으로 정량화하였다. 이러한 기존의 연구는 홍수심도 산정시에 필요한 유출수문곡선을 실측된 자료를 이용하여 산정하였으나 국내의 소유역의 경우 실측된 유출수문곡선 자료가 그다지 많지 않은 관계로 인해 홍수심도를 산정하는데 많은 어려움을 내포하고 있다. 따라서 본 연구에서는 미계측 소유역중 시범유역을 선정하고 30년 이상 장기간 실측 강우의 기왕최대 시강우량 자료에 대하여 강우-유출모형을 통한 홍수유출수문곡선을 모의한 후, 빈도별 확률강우량에 대한 수문곡선 특성인자들의 비를 무차원 지수화하여 극한홍수사상에 대한 설계강우의 취약성을 평가하기 위한 홍수위험지수 (Flood Hazard Index) 산정방법을 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1543-1547
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• 2007

지금까지 돌발홍수는 주로 강우의 시공간적인 특성들을 고려한 기후학적 측면에서 관심을 가지고 연구가 진행되어 왔을 뿐 유출의 시각에서 돌발홍수를 평가하기 위한 노력은 매우 미흡하였다고 할 수 있다. 본 연구의 목적은 Bhaskar 등(2000)의 연구를 우리나라에 적용하여 유출수문곡선에 의해 돌발홍수를 설명하고, 다른 홍수사상과 돌발홍수 사상을 구별하고자 하는데 있다. 즉, 유출수문곡선의 특성을 이용해 홍수사상에 대한 돌발홍수지수(flash flood index)를 산정함으로써 돌발홍수의 심각성 정도를 정량화하고자 하였다. 이를 위해 본 논문에서는 한강유역의 과거 101개의 홍수사상에 대해 돌발홍수의 상대심도(relative severity)를 파악하기 위하여 돌발홍수지수를 산정하였으며 또한, 2006년 7월의 집중호우에 의해 발생한 홍수사상의 돌발홍수 심도를 시공간적으로 정량화하였다. 분석 결과, 한강유역의 다른 지역에 비해 강원도 지역의 홍수 유출수문곡선들이 돌발홍수 심도를 크게 나타내었으며 중랑천 등과 같은 도시유역에서도 돌발심도가 크게 나타남을 확인 할 수 있었다. 2006년 7월 집중호우에 의한 한강유역의 돌발홍수지수를 7월 전반기, 중반기 그리고 하반기로 나누어 시공간적 공간분포를 분석한 결과, 7월 전반기의 경우 서울 주변지역의 돌발심도가 크게 나타났으며 7월 중반기의 경우 강원도 지역의 돌발홍수 심도가 크게 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.151-151
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• 2016

하천 유역의 수자원관리에 있어서 홍수 및 가뭄 기간에 유출의 규모와 빈도와 같은 유출특성을 신뢰할 수 있도록 예측하는 것은 매우 중요하다. 수문모형은 이러한 유역의 신뢰성 있는 유출량 예측을 위해 이용되며, 수문모형의 결과물은 수문순환 과정의 공간적 표출이나 매개변수 추정방법 등 다양한 요인에 매우 민감하게 반영된다. 대부분의 수문모형 매개변수들은 해당 유역의 특성이나, 홍수 및 가뭄과 같은 극단적 유출상황에 따라 설정되어 있지 못한 실정이며, 이는 모형의 신뢰성 있는 보정 및 유출량 모의를 보다 정밀하게 수행하지 못하는 원인으로 작용하게 된다. 본 연구의 목적은 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형을 이용하여 유역의 하천 유출량을 모의함에 있어서 홍수 및 가뭄년, 평년의 유출특성이 모형의 매개변수 추정에 미치는 영향을 분석하고자 하는 것이다. 이를 위해, 안성천 유역($1,658.7km^2$)을 대상으로 유역 내 3지점의 기상관측소(이천, 수원, 천안)를 대상으로 40년(1976~2015)동안의 일 기상자료를 수집하여 SWAT 모형을 구축하였다. 홍수년 및 가뭄년, 평년을 포함하는 선별된 기간에 대하여 다양한 목적함수($R^2$, NSE, RMSE, PBIAS)를 활용하여 각각의 조합된 기간의 극단적 유출특성에 초점을 맞추어 검보정을 수행하였다. 이후 홍수년 및 가뭄년, 평년을 포함하는 선별된 기간에서의 유출량의 규모와 빈도에 영향을 미치는 매개변수를 도출하고 민감도를 평가하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.27-31
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• 2009

홍수피해를 예방할 수 있는 대책에는 여러 가지 방법이 있으나 비구조물적인 방법 중에서 대표적인 것이 홍수예경보이다. 이에 합리적인 설계홍수량 산정을 위해 하천유역에서 강우-유출과정의 정확한 해석과 유출예측은 수자원의 효율적인 활용과 하천의 이수, 치수를 위한 수문학적 해석에 있어서 매우 중요하며, 이를 위해서는 강우로부터 정도 높은 유출량 예측이 요구된다. 뿐만 아니라 하천범람 등의 재해로부터 인명과 재산을 보호하기 위한 홍수예경보 시스템의 구축이 필요하다. 홍수예경보 시스템의 효율적인 관리를 위해서는 실시간 홍수예측(Real-time Flood Prediction)기법의 개발이 필요하다. 홍수유출모형에 있어 공간적 변화특성과 평균 강우량의 공간분포를 반영할 수 있는 분포형 매개변수 모형(Distributed-Parameter Model)인 분포형 모델을 대상으로 앙상블 칼만필터(Ensemble Kalman Filter, EnKF) 이론을 적용하여 비선형시스템에서 오차를 포함한 반응을 실시간으로 처리하여 불확실성을 정량적으로 감소시켜 홍수유출을 예측하는데 그 목적이 있다. 하천유역특성을 이용한 홍수유출예측을 위하여 비선형시스템에서의 앙상블 칼만필터 기법을 적용한 분포형 모형을 이용하여 더욱 정밀한 홍수유출을 예측하게 되고 향후 홍수예경보모형으로서 적정 유역분할 규모를 결정해주는 근거를 제시할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.247-247
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• 2016

최근 한국은 지구환경 변화에 따른 기후변화 영향으로 집중호우로 인한 도시홍수가 급증하고 있다. 기상변화에 의한 집중호우와 급증된 도시화로 인해 불투수면적이 증가하고, 이는 홍수시 유출량을 증가시켜 기존 하도 또는 내배수 시스템의 적정 소통량을 초과하여 홍수를 발생시킨다. 그리하여 홍수피해를 저감하기 위해 구조적 및 비구조적 홍수방어대책들이 마련되어 시행하고 있다. 하지만 내수배제시설의 경우, 기존의 치수계획이 빗물펌프장 등 일부 구조물에 한정되어 있기에 해당 홍수방어시설에 과도한 부담이 있는 실정이다. 따라서 유역 내에 투수면적을 최대한 확보하여 토양의 수문학적 특성을 유지 보전시켜 첨두유량, 도달시간, 직접유출량을 도시 개발 이전상태와 최대한 유사하도록 하는 홍수유출저감시설을 설치하여 빗물펌프장과 같은 홍수방어시설에 대한 과부하를 덜어준다. 이러한 홍수유출저감시설은 크게 저류시설과 침투시설로 구분된다. 홍수유출저감시설들은 해당 지역의 입지특성, 재해저감효과 및 제약조건에 따라 설치 위치 및 규모가 결정된다. 또한 저감효과는 CN 값의 변화로 정량화하여 시설의 적합성을 판단할 수 있다. 본 연구에서는 SWMM 모형을 이용하여 김천시의 평화배수분구지역을 대상으로 CN 저감을 기반으로 한홍수유출저감시설을 평가하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.92-92
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• 2016

최근 도시유역의 홍수들이 빈번히 발생하고 있다. 2010년 2011년에는 서울 지역에서 연이은 도시 홍수피해가 발생하였고, 2015년 미국 South Carolina, 프랑스, 중국 지역에서 많은 홍수 피해가 발생 했다. 도시유역에서 홍수피해가 증가하고 있는 주요 원인은 기후변화로 인한 극한 홍수의 증가, 도시화로 인한 불투수면적의 증가, 배수관망의 통수능 부족 등이라 할 수 있다. 본 연구는 앞서 제시한 세가지 원인들 중 불투수면적의 증가 및 배수관망의 통수능 부족 부분에 대하여 기존 연구와는 다른 시각으로 접근하여 도시유역의 홍수유출 저감방안에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 서울의 신월 배수분구를 대상으로 첫 번째 불투수지역들 중 강우발생시 홍수유출에 직접적인 영향 미치는DCIA(Directly Connected Impervious Area)지역과 IIA(Isolated Impervious Area)를 분리하여 홍수유출 특성을 분석하였고, 두 번째는 배수 관망의 통수능 부족 문제를 해결하기 위해서 관망의 통수능을 증가시키는 방법이 아닌 홍수 유출을 저감할 수 있는 적정 배수관망 레이아웃을 산정한 후 이를 SWMM 모형에 적용하여 기존 배수관망 시스템과 적정 배수관망 시스템의 홍수저감량을 비교하였다. 마지막으로는 첫번째 방법과 두 번째 방법을 동시에 적용하였을 때의 홍수저감량을 검토하여 최적의 도시유역의 홍수유출 저감방법을 제시하고자 한다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.212-212
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• 2011

댐 저수지와 같은 대형 저수지는 댐에 의해 만들어진 공간에 홍수를 저류하여 지체 방류함으로서 홍수저감효과를 얻는다. 이러한 홍수저감효과는 저류용량(storage capacity)에 의존적이며, 궁극적으로 저수지의 저류량-유출량 곡선으로 정량화 된다. 저수지의 저류량-유출량 관계곡선은 저수지 홍수추적에 사용되며, 이 곡선의 특성이 저수지 하류 유역에 대한 홍수추적 결과에 큰 영향을 미치게 된다. 일반적으로 저수지 홍수추적의 경우에는 선형저수지 이론이 적용되지 않는다. 일반적인 댐 저수지의 특성은 수심()의 증가에 따른 저류량()의 증가가 유출량()의 증가보다 훨씬 크게 나타난다. 따라서 저류량과 유출량간의 관계를 비선형 함수의 형태로 가정할 수 있다. 비선형저수지 모형의 경우에도 선형저수지 모형에서와 동일한 개념을 적용하여 저수지 홍수추적의 지체 및 저류특성을 유도할 수 있다. 결과적으로 지수함수 형태를 고려한 비선형 함수의 변곡점은 원점으로 나타나 선형저수지 모형에서와 동일하게 지체효과는 없는 것으로 파악되었다. 또한 저류효과는 수치적인 방법을 이용하여 해석하였으며, 변곡점의 위치를 확인하고 아울러 저류상수를 계산하였다. 결과적으로 변곡점의 위치는 고려한 모든 경우에 대해 원점으로 나타났고, 저류상수는 비선형저수지 모형의 매개변수에 관계없이 일정한 값으로 수렴함을 확인할 수 있었다. 즉, 저류상수는 비선형 함수의 매개변수인 와 비교하여 약 72% 증가된 값으로 수렴하는 형태임을 의미한다. 결과적으로, 본 연구에서는 비선형 저수지 모형을 제안하고, 이를 이용하여 저수지의 저류특성을 이론적으로 검토하였다. 먼저, 저수지의 저류량-유출량 관계를 지수함수 형태인 비선형 저수지 모형을 도입하여 정량화하였다. 또한 저수지의 저류특성은 저류상수로 정량화할 수 있으며, 저류상수는 비선형 저수지 모형의 매개변수를 이용하여 쉽게 결정할 수 있음을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.216-216
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• 2017

제주지역의 하천은 일정강우 이상 발생 시 하천 표층이 포화된 후 갑작스러운 유출이 발생되며, 강우에 의해 점진적으로 하천유량이 증가하는 내륙지역 하천과는 다른 유출특성을 보인다. 그러나 제주지역 하천특성에 관한 연구는 최근부터 진행되어 현재까지도 내륙지역의 하천계획의 방법을 적용되고 있다. 이 연구에서는 제주도 한천유역을 대상으로 국내에서 적용되는 설계홍수량 산정방법을 적용하여 문제점을 도출하고, 지형 및 지역특성을 분석하여 설계홍수량 산정 시 매개변수의 적용방안을 개선하였다. 홍수량 검증을 위해 보유하고 있는 현장관측 자료 중 가장 큰 첨두유량이 발생한 3개의 사상을 선정하여 비교하였다. 기존 홍수량 산정방법을 이용하여 한천유역의 유출량을 산정한 결과 78.7 ~ 317.8 cms, 14.3 ~ 37.5%의 오차율로 관측자료 대비 큰 오차를 범하는 것으로 검토되었다. 한천유역의 상류지역은 45%로 매우 급한 경사형태를 보이고, CN산정 시 경사보정을 통해 홍수량을 산정한 결과 기존의 유출특성 대비 1.47 ~ 6.45% 개선되었다. 관측자료 기반 강우-유출의 최적화 기법을 통해 산정된 도달시간을 적용하여 홍수량을 산정한 결과 4.39 ~ 16.67% 개선되었으며, 한천유역을 소유역으로 구분하여 홍수량을 산정한 결과 9.92 ~32.96% 개선된 결과가 도출되었다. 이러한 결과는 지역별 함양특성과 급한 경사 특성, 토지이용에 따른 유역특성이 적용되고, 지역별 초기손실이 반영되어 홍수유출곡선이 실제 관측자료와 유사하게 나타나는 것으로 기존방법의 경우 전체 유역에 평균값이 일괄적으로 적용되기 때문에 실제관측자료와 큰 오차를 나타내는 것으로 분석되었다.