• 대한토목학회논문집
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• 제29권5B호
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• pp.429-439
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• 2009

댐 붕괴로 인한 극한홍수가 발생하였을 경우, 홍수경보에 대한 대응시간은 일반적인 홍수의 경우보다 훨씬 짧다. 수치모형은 홍수파의 전파양상을 예측하고, 범람지역, 홍수파 도달시간 그리고 침수심 등에 관한 정보를 제공하는데 있어 강력한 도구가 될 수 있다. 그러나 댐 붕괴로 인한 홍수파의 전파는 불연속 흐름이나 마른하도의 전파를 포함하고 있으므로, 수학적으로 표현하기 어려운 경우가 많다. 그럼에도 불구하고 최근에 유한체적기법을 이용하여 댐 붕괴로 인한 홍수범람을 모의하기 위한 수치모형의 개발이 많이 이루어졌다. 유한체적기법은 적분보존형 방정식을 기본으로 하고 있으므로, 불연속 흐름이나 충격파의 해석에 용이하다. 따라서, 본 연구에서는 2차원 보존형 천수방정식의 해석을 위해 유한체적기법과 Riemann 근사해법을 이용한 수치모형을 개발하였다. 그리고 예측단계와 수정단계에서 연속방정식과 운동량 방정식의 보존변수 재구성을 위해 수면경사법과 연계한 MUSCL 기법을 적용하여 시간과 공간에서 2차정확도를 얻었다. 개발한 유한체적모형을 2차원 부분적 댐 붕괴 해석 및 삼각형 융기를 가진 하도에 대한 댐 붕괴 해석에 적용하고, 적용결과를 실험자료 및 기존 연구자의 계산결과와 비교하여 개발모형을 검증하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.607-607
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• 2012

국내에서는 최근 지구온난화에 따른 전 지구적 이상홍수의 발생으로 댐 붕괴 우려가 증대되고 있고, 이에 따른 주민들의 불안감도 고조되고 있는 상황이다. 특히 최근 집중호우의 증가와 태풍의 영향으로 대규모 수공 구조물의 설계빈도를 초월하는 폭우를 동반하고 있다. 실례로 20세기 들어 전 세계적으로 약 200건 이상의 댐 붕괴 사고가 발생하여 댐 하류 지역에 막대한 인명 및 재산피해가 발생하였다. 국내의 경우 "연천댐", "장현, 동막저수지" 붕괴 등과 외국의 경우 이탈리아의 Vaiont 댐과 미국의 Teton 댐 등의 사례가 있다. 이처럼 댐은 설계홍수량 이하의 경우에는 비교적 안전하게 홍수를 예방할 수 있으나 이보다 큰 규모의 홍수가 발생할 경우 그 피해 또한 엄청나다. 따라서 댐 붕괴 등의 비상상황이 발생하였을 때 하류 지역의 생명과 재산 손실을 최소화하고 댐의 물리적, 지형적, 구조적 특성에 따른 비상상황을 예상하고 이에 효율적으로 대처하기 위해 비상대처계획(Emergency Action Plan, EAP)과 같은 대책을 수립하게 되었다. 이에 본 연구는 댐의 비상대처계획 수립시 중요한 사항 중 하나인 홍수류 해석을 실시하였다. 현재 국내에서 댐 붕괴 홍수류 해석은 주로 그 안전성과 정확성이 검증된 Fread(1984)의 1차원 모형인 DAMBRK 모형을 이용하여 댐 붕괴 홍수류 해석을 실시하고 있다. 이 DAMBRK 모형을 이용하여 실제 붕괴 사례인 1982년 미국 콜로라도에서 발생한 Lawn Lake 댐의 붕괴 홍수류 해석을 실시하였다. Lawn Lake 댐은 콜로라도 록키 마운틴 국립공원에 위치한 약 8m 높이의 필댐으로 댐 붕괴로 인하여 830,000 의 물이 유출되었으며, 3명이 사망하고 3,100만달러의 손해를 일으켰다. 다음과 같은 실제 붕괴 사례를 댐의 제원과 홍수량을 이용하여 DAMBRK 모의를 실시하였으며 모의한 결과와 실측치와의 비교를 해보았다. 본 연구에서 모의한 결과는 댐 최대 붕괴 유출량은 잘 나타내었지만, 지점별 최대 유량 및 홍수파 도달시간에 관련해서는 다소 차이를 보였다. 이는 조도계수의 변화에 따라 지점별 최대 유량과 홍수파 도달시간, 그리고 홍수위가 달라지는 것임을 확인하였고 실제로 Lawn Lake 댐이 붕괴되어 흘러들어가는 Roaring 강의 댐 붕괴 잔해나 하상 변화를 모르기 때문에 조도계수의 실측치는 모의값 보다 훨씬 클 것으로 예상된다. 본 연구를 통해 비상대처계획 수립시 홍수류 해석을 할 때 조도계수의 변화에 따라 모의 결과 및 범람범위가 달라질 수 있으니 조도계수의 채택에 있어 신중하고 정확한 판단이 필요할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.452-452
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• 2018

최근에는 지구온난화의 영향으로 집중 호우, 가뭄 등 기상 이변이 빈번하게 발생하고 있어서 물 관리의 복잡성과 불확실성이 매우 높아지고 있다. 특히 중소하천은 하천의 경사가 급하고 하천길이가 짧아 홍수파의 이동시간이 짧기 때문에 홍수대비를 위한 시간이 매우 짧다. 국회예산정책처(2012)에 따르면 과거 5개년간(2007~11) 발생한 자연재해 피해 중 87%가 집중 호우 및 태풍에 의한 피해이며, 이 중 98.7%가 중 소규모 하천에서 발생하였다. 그러나, 중소하천 관리를 담당하는 지자체는 열악한 재정 여건으로 인해 예방보다 사후복구에 집중할 수밖에 없는 상황이다. 또한 최근 하천 고수부지에 주차장, 위락시설 등 공간적 활용이 증가함에 따라 홍수발생시 위험성도 증가하고 있어 예방 및 대응 중심의 홍수대응기준 수립이 시급하다. ICT 인프라를 이용하여 유관기관의 실시간 수문자료를 공유하고, 수집된 실시간 수문자료를 활용한 홍수분석 및 홍수대응 기준 대응기준 수립을 통한 예방적 재난대응 체계를 마련해야 한다. 이에 본 연구에서는 A지자체를 대상으로 홍수분석 모형을 구축하고, 구축된 모형의 계산결과를 활용하여 예상강우별 도달시간, 수위상승 등을 예측하고, 하천수위별 홍수대응기준을 수립하였다. 수위별 대응기준은 현장에서 계측되는 수위값을 기준으로 홍수예보기준, 하천기본계획의 제방고 및 주변 제약 사항을 고려하여 직접알람 기준으로 활용하였다. 특히 A지자체는 상류에 B댐이 위치하여 홍수시 B댐 수위 및 운영의 영향을 반영하는 홍수대응기준의 수립이 요구된다. 본 연구에서는 강우 시나리오별 모형분석을 통하여 예상되는 호우사항에 대한 홍수대응기준을 제시하였다. 향후 본 연구로 산정된 홍수대응기준의 지속적인 보완, 실시간 수문자료 공유체계 확대, 재해관련 책임기관과의 유기적인 기술교류 등을 통해 지자체 및 중소하천 홍수피해 저감을 위한 능동적인 홍수대응 체계 구축이 수행되어야 할 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.15-15
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• 2021

최근 기후변화에 따른 서울의 강수 특성이 변화하고 있으며, 장마철 국지성 집중호우에 의한 하천 내 고립사고 발생 등 그 피해가 가속화될 전망이다. 하천의 안전사고 예방을 위해서는 상류에서 빠르게 유입되는 유량의 계측을 통한 홍수 예·경보가 무엇보다 중요하며, 실시간 계측된 유속과 유량 정보는 하류 지역의 홍수 도달시간 확보로 한 발 빠른 대응을 가능하게 한다. 본 연구에서는 우이천 시범유역을 대상으로 총 6개 지점에 대하여 CCTV기반 자동유량계측 기술을 시범적용하였으며, 사용된 자동유량계측 지점은 기존 환경부의 월계2교, 중랑교 지점과 더불어 추가로 중랑천 월계1교지점, 우이천 본류(창번2교)와 소하천구간(인수천: 지성교, 백운천: 청담교) 지점이다. 우이천과 중랑천 합류 후에는 하도구간에 대하여 중랑교 지점에 설치된 환경부의 계측 정보를 활용하여 홍수파의 도달시간을 검증하였다. 분석결과, 유량계측 오차는 0.9~8.9%로 분석되었으며, 유속계측 오차 또한 현장 계측 결과와 10%이내의 오차범위를 보임으로서 안정된 수리량 계측이 가능함을 검증하였다. 또한, SWMM 모델링 결과와 결합하여 Flow Nomograpgh 작성을 실시하였으며, 상하류 연계 홍수 예·경보 가능성을 진단하였다. 이는 실시간 계측된 자료와 모형을 통한 시뮬레이션 정보를 활용한 유역 단위의 신뢰성 있는 유출응답(강우-유량-수위 관계) 규명을 가능하게 하였다. 향후 지방하천과 소하천의 경우, 국가하천 수준에 부합하는 표준화된 수리량 계측 체계를 마련할 필요성이 있으며, 소유역 규모의 수량-수질 수자원 기초조사자료 생산은 지방하천설계 및 관련 이·치수계획 수립에도 도움이 될 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제45권3호
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• pp.291-300
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• 2012

댐 붕괴 직후에 댐 붕괴 근역에서의 댐 붕괴파 및 댐 붕괴파로 인한 하상변동을 추적하기 위하여 RANS를 지배방정식으로 하는 FLOW-3D를 이용한 3차원 수치모의를 수행하였다. 특히 이동상에서의 하상변동과 그 하상변동으로 인한 홍수파의 변동을 고정상에서의 해석결과와 비교하였다. 그 해석 결과를 정리하면 다음과 같다. 첫째, L자형 실험수로에서의 홍수파 해석 및 이동상 실험수로에서의 홍수파와 하상변동 해석 결과는 해당 수리실험을 만족스럽게 재현하고 있다. 둘째, 부유사의 농도는 홍수파의 전면에서 가장 높은 값을 보이며, 하상침식은 흐름이 급변하는 댐 직하류 지점에서 가장 크게 발생한다. 수로의 상류에서 발생하는 부유사로 인해 하류에서는 침식과 퇴적이 번갈아서 발생한다. 홍수파가 도달하는 초기에는 L자형 만곡부의 내측에서 침식이 우세하게 발생하나, 시간이 지나며 침식은 점차 만곡부의 외측으로 이동하는 양상을 보인다. 셋째, L자형 이동상에서의 홍수파는 하상의 침식 및 퇴적으로 인해 고정상에서의 홍수파에 비해 그 전파가 지체되며 홍수위가 크게 상승한다.

• 대한토목학회논문집
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• 제12권2호
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• pp.87-99
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• 1992

댐 붕괴의 유형을 순간적 붕괴와 점진적 붕괴로 구분하였고 각 경우에 대하여 첨두유량의 산정식을 Metric 단위로 환산하여 유도하였다. 기존의 SMPDBK 모형에서 사용된 거리 매개변수의 개념을 도입하고 국내 댐 및 저수지의 자료를 기초로 한 새로운 무차원 홍수추적곡선을 유도하였다. 새로운 추적곡선은 기존의 모형에서 다루지 않은 사류(射流)상태의 경우도 포함하고 있으므로, 산지하천이 많은 국내유역에 적용시킬 수 있도록 하였다. 본 연구에서 유도된 무차원 홍수추적곡선은 Froude 수가 증가됨에 따라 유량감쇠비(流量減衰比)도 증가하고 있는 경향을 보여주었으며, 그 증가율은 Froude 수가 증가함에 따라 감소하고 있었다. 특히, 사류의 경우에서는 Froude 수가 커짐에 따라 그 증가율이 비교적 작게 나타나는 특성을 보이고 있었다. 효기(孝基) 댐 붕괴의 경우에 대하여 본 연구에서 유도한 무차원 홍수추적곡선을 적용한 결과를 실측치 및 동역학적 모형에 의한 계산결과치와 비교할 때, 댐 붕괴 지점에서의 첨두유량, 최고수위 및 홍수파의 도달시간 등에 있어 비교적 잘 일치되었다. 본 연구결과는 국내의 중소 댐에 경제적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 토지주택연구
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• 제1권1호
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• pp.75-82
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• 2010

도시개발은 불투수면적의 증가를 가져오는 요인이다. 영구저류지는 도시개발 유역의 우수유출을 저감시키는 시설이다. 본 연구에서는 사전재해영향성 제도에서 합리적인 홍수조절방안을 제시하고자 하였다. 먼저 홍수량 계산에서 도달시간 채택에 관한 문제점을 고찰하였다. 홍수유출 모의모형의 적합성 검토는 전원유역과 도시유역에 대하여 수행되었다. 홍수유출 모의모형은 2009년 7월 7일과 9일의 실제 호우 시 측정자료를 통하여 검증되었다. 그 결과, 전원유역과 도시유역에 적합한 모형은 각각 운동파 모형과 SWMM인 것으로 분석되었다. 본 연구에서 수행한 홍수량 산정모형과 합리적인 홍수설계 방안은 국내의 영구저류지 설계 시 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다. 수문학적 분석방법은 영구저류지의 합리적인 용량 및 규모산정에 활용될 것으로 사료된다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2006년도 총회 및 춘계학술발표회
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• pp.342-345
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• 2006

도시로의 인구 유입과 이로 인해 요구되는 도시 개발은 자연에 환경적 및 수리수문학적으로 부정적인 영향을 미치게 되며, 이러한 도시화는 산림이나 농경지와 같은 투수지역을 건물, 도로 등의 불투수지역으로 변화시켜 홍수파의 도달시간이 줄어들고 첨두 유량이 증가하여 수문변화를 유발하게 된다. 본 연구에서는 대전 소재 관평천 일대 도시화 진행 지역을 연구 대상으로 선정하여, 도시화 진행 초기부터 도시화 및 불투수층 증가가 인근 소하천 유출량과 시험 유역의 지하수위에 미치는 영향을 확인하고자 하였다. 이를 위하여 장기간에 걸친 모리터링 계획을 수립하고 관측을 시작하였다.

• 물과 미래
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• 제28권5호
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• pp.163-174
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• 1995

하천제방의 붕괴 및 월류에 따른 제내지에서의 범람 홍수파 해석을 위해서 DFLOW-2 모형을 개발하였다. 본 DFLOW-2 모형은 1990년 9월 한강 하류부의 일산제 제방붕괴의 경우에 대해서 적용하였다. 인도교에서 전류구간에 대한 1차원 부정류 해석을 실시하였고, 제방붕괴에 따른 월류량을 1차원 해석에서 내부 경계조건으로 처리하였다. 제방붕괴 후의 제내지에서의 2차원 범람 해석을 실시하었고, 이를 후처리모형을 이용하여 주요시간대별 홍수범람 수위와 유속분포도등을 작성하였다. 계산된 결과는 당시의 현지조사 결과 및 홍수흔적치등과 비교하여 범람수위, 홍수도달시간 및 범람범위등에서 비교적 잘 일치하고 있었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제34권5호
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• pp.1373-1382
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• 2014

본 연구에서는 하도의 수면곡선을 작성하고 통수능을 평가하기 위해서 하도구간 사이의 배수위 영향 및 유출을 고려할 수 있는 수리거동곡선 모형을 개발하고 이를 낙동강 하도구간에 적용하여 그 적용성을 검토하였다. 본 모형 적용 결과, 수리거동곡선에 의한 수위 모의 결과가 기존 수위관측소 자료와 비교하여 잘 부합하는 것을 알 수 있었으며 널리 이용되고 있는 범용 모형인 HEC-RAS의 모의 결과와도 유사하게 나타나는 것으로 드러났다. 대상구간 내 하나의 수위 관측소를 미계측 지점으로 가정하여 본 모형에 의한 수위예측치를 관측수위와 비교한 결과, 홍수기와 같이 시간에 따른 유량 변화가 크게 나타날 경우 상승기에는 과소 예측을 하고 하강기에는 과대 예측을 하는 것으로 나타났다. 개선책으로서 관측 지점과 예측 지점간의 홍수파 도달시간을 고려했을 경우, 수리거동곡선을 이용한 미계측 지점의 수위 예측 정확도가 크게 향상되는 것으로 나타났다.