• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.345-345
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• 2022

기후변화의 영향으로 도시하천의 홍수피해가 증가추세이며, 여름철 돌발호우 발생으로 하천내 고립사고 피해가 빈번히 발생하고 있다. 특히 중·소규모 도시하천은 홍수유출 도달시간이 매우 짧고 수위가 급격히 상승하여 돌발호우에 매우 취약하므로, 정확한 홍수발생 가능성 및 시점 예측을 통한 신속한 홍수 예·경보가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 강우강도, 강우시간분포, 강우지속시간 등에 따른 홍수발생여부 뿐만 아니라 홍수발생시간을 예측할 수 있는 Flooding Time Nomograph (FTN)를 개발하였다. 본 연구의 대상유역은 도림천 유역으로, FTN 개발을 위하여 도시하천의 강우-유출모의에 적합한 XP-SWMM 모형을 구축하여 활용하였다. 또한 Huff의 4분위 강우분포를 이용한 다양한 형태의 가상 강우시나리오를 설정하여 강우유출모의를 수행하였으며, 모의결과를 기반으로 강우강도와 홍수발생시간의 관계식을 산정하여 FTN을 생성하였다. 실제 호우 사상에 대한 관측 홍수발생시간과의 비교를 통해 FTN의 적용성을 평가한 결과, 상관계수 CC=0.8, NSE=0.6 이상으로 높은 정확도를 보이는 것으로 나타났으며, 강우발생 시 둔치수위 도달 홍수위 기준 최대 30분의 사전 대피시간 확보가 가능함을 확인하였다. 따라서 본 연구에서 개발한 FTN을 이용한 도시하천의 홍수 예·경보 시스템 구축의 경우, 강우정보에 따른 홍수발생여부 및 홍수발생시간을 합리적으로 판단할 수 있어, 둔치 수위 예·경보 등 보다 신속한 상황대응이 가능할 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.1460-1465
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• 2005

본 연구에서는 장수형 등(2005)이 제시한 실시간 저수지 유입량 예측모형과 통합하여 하나의 시스템을 구축한 후 하류 하도의 홍수통수능력과 현재 저수지 수위에서 방류 가능량을 고려하여 수문에서의 조절 방류 방안을 제시하였다. 또한, 현재시간 이후로 유입되는 홍수량을 감안하여 강우가 종료되어서도 이수용량이 확보되도록 하였다. 연구는 예당저수지에 적용하였으며, 방류량 계산시 최대 방류가능량은 저수위와 수문의 개도고에 따라 오리피스와 완전월류 흐름을 구분하여 계산하였으며 방류기준은 하류 하도의 통수능력, 강우종료 후 이수용량 확보 등을 감안하여 결정하였다. 연구의 적용결과, 본 연구에서 개발된 저수지 운영시스템을 적용한 결과 강우종료 후에도 이수용량 확보가 가능하였으며, 하류하도의 피해을 최대한 주지 않는 범위 내에서 저수지의 수문조작이 가능하여 예당지의 홍수조절능력을 극대화할 수 있는 방안을 제시하였다.

• 한국습지학회지
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• 제25권4호
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• pp.379-385
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• 2023

최근 기후변화의 영향으로 설계빈도보다 높은 강우가 발생하고, 하천설계 기준을 초과한 홍수 피해가 발생하고 있다. 따라서 자연기반해법(NbS, Nature-based Solutions)을 통해 지속가능한 하천관리와 환경 및 사회적 문제를 생태계의 서비스를 통해 해결하고자 하는 개념이 주목받고 있다. 이에 본 연구는 합천댐 하류의 황강을 대상으로 자연기반해법을 활용한 하천관리 방안의 홍수저감 효과를 정량적으로 분석하고자 하였다. 자연기반해법 기술에 포함되는 범람원 굴착(Floodplain excavation)과 제방후퇴(Dyke relocation)를 HEC-GeoRAS를 통해 황강의 홍수 위험 지역에 적용하였으며, HEC-RAS의 부정류 흐름(Unsteady flow) 해석을 통해 하천 홍수위를 도출하였다. 그 결과, 홍수 부담이 큰 황강하류에서 약 8cm의 홍수위 저감효과를 확인할 수 있었다. 본 연구의 결과를 통해 하천관리 사업의 진행 시 기존의 하천관리 방법이 아닌 자연기반해법을 통한 관리 방안으로 도입할 수 있는 근거로 충분히 활용이 가능할 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.19-19
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• 2021

최근 드론 및 ICT 융·복합기술은 산업 전반에 걸쳐 새로운 대안을 제시하고 있으며, 종전의 산업은 데이터 생성·가공·활용의 효율성, 경제성, 안전성 등의 장점을 들어 빠른 속도로 관련 ICT와 의 접목을 시도해 왔다. 이를 통해 과거의 기술과 방식에서는 찾아보기 힘들었던 다양한 형태의 결과물을 제시하는 등 데이터 기반의 4차산업혁명이 선도하는 변화가 곳곳에서 일어나고 있다. 국토교통부에서는 2018년부터 중앙·지자체·공공기관 소속직원을 대상으로 드론 조종인력 양성사업을 시작으로 2019년 국방·치안·환경·안전·측량 등 10개 분야에 드론 활용 임무특화교육을 진행해왔으며, 2020년도에는 시설물 점검, 불법행위 추적 감시, 수자원 관리 등으로 교육 분야 추가하는 등 활용범위를 확대해나가고 있다. 경기도 안전관리실(안전특별점검단)에서는 이러한 국가정책의 방향에 맞춰 새로운 기술과 융합을 시도하고자 2020년부터 '드론 등을 활용한 시설물 안전점검 고도화 연구'를 시작으로 절토사면 및 옹벽 등 시설물 안전점검과 하천 및 우수저류지의 유지관리에 ICT 융·복합 기술 및 분석용 S/W 등을 적용하고자 하였다. 본 연구에서는 드론 및 LiDAR 등을 활용하여 하천, 배수로, 우수저류지 등에 대해 공공관리주체가 실시할 수 있는 유지관리점검 및 현황분석 방법에 관한 것으로서 「하천법」, 「자연재해대책법」, 「시설물의 안전 및 유지관리 실시 세부지침」, 「우수유출저감시설의 종류·구조·설치 및 유지관리 기준」 등에서 정한 사항에 대해 적용하였다. 이를 통해 하천, 우수저류지 등 수공구조물의 홍수위 변동성 평가, 홍수조절부 용량검토 등 홍수방어 능력에 대한 유지관리 차원의 공공관리주체 역할을 강화하는 제도적 측면을 검토하고, 드론, LiDAR 등의 ICT 융·복합 기술 활용 확대를 통해 예산절감 및 공공안전 강화에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.220-224
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• 2009

제방을 설계하거나 기존제방의 안정성검토를 위해서는 제방의 침투해석이 필요하며, 외국에서와 같이 대규모하천이 대부분인 곳에서는 댐에서와 같이 정상침투해석을 하고 있으나 우리나라와 일본하천의 경우는 홍수지속시간이 짧아 설계홍수파형을 정상상태로 해석할 경우에는 과대한 외력을 주게되므로 시간에 따른 수위변화를 고려한 비정상 침투해석을 하여야한다. 이 경우 하천수위에 대한 홍수파형이 필요하나 국내에서는 명확한 기준이 없어 설계시 어려움이 많았다. 본 연구에서는 부정류 침투해석에 사용되는 설계홍수파형을 유도하기 위하여 수위자료가 양호한 낙동강 수계 진동 등 5개 수위관측지점의 과거 주요홍수에 대해 지속시간별 홍수위를 조사하여 무차원화시킨 후 통계적 확률적 처리를 통하여 설계홍수파형을 작성하였다. 작성된 홍수파형의 적정성은 과거 발생한 원홍수사상과 금회 유도한 설계홍수파형을 이용하여 침투해석을 시행하고 적정성을 분석하였다. 동수경사법과 한계유속법에서 오차는 각각 진동 0${\sim}$1.0%, 0.9${\sim}$1.1%, 현풍 1.6${\sim}$4.0%, 1.7${\sim}$4.1%, 왜관 0.6${\sim}$3.6%, 0.6${\sim}$3.7%, 낙동 2.0${\sim}$8.1%, 2.0${\sim}$8.1%, 정암 1.2${\sim}$9.8, 1.3${\sim}$9.9%로 나타났다. 상관성 ($R^2$)은 동수경사 0.983${\sim}$0.999, 한계유속 0.983${\sim}$0.999 정도로 매우 상관성이 높게 나타나 실무에 적용이 가능한 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.332-332
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• 2021

도시화가 상당히 이뤄지고 기습적인 폭우의 발생이 불확실하게 나타나는 시점에서 재산 및 인명피해를 야기할 수 있는 내수침수에 대한 위험도가 증가하고 있다. 내수침수에 대한 예측을 위하여 실측강우 또는 확률강우량 시나리오를 참조하고 연구대상 지역에 대한 1차원 그리고 2차원 수리학적 해석을 실시하는 연구가 오랫동안 진행되어 왔으나, 수치해석 모형의 경우 다양한 수문-지형학적 자료 및 계측 자료를 요구하고 집약적인 계산과정을 통한 단기간 예측에 어려움이 있음이 언급되어 왔다. 본 연구에서는 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 단일 도시 배수분구를 대상으로 관측 강우 자료, 1, 2차원 수치해석 모형, 기계학습 및 딥러닝 기법을 적용한 실시간 홍수위험지도 예측 모형을 개발하였다. 강우자료에 대하여 실시간으로 홍수량을 예측할 수 있도록 LSTM(Long-Short Term Memory) 기법을 적용하였으며, 전국단위 강우에 대한 다양한 1차원 도시유출해석 결과를 학습시킴으로써 예측을 수행하였다. 침수심의 공간적 분포의 경우 로지스틱 회귀를 이용하여, 기준 침수심에 대한 예측을 각각 수행하였다. 홍수위험 등급의 경우 침수심, 유속 그리고 잔해인자를 고려한 홍수위험등급 공식을 적용하여 산정하였으며, 이 결과를 랜덤포레스트(Random Forest)에 학습함으로써 실시간 예측을 수행할 수 있도록 개발하였다. 침수범위 및 홍수위험등급에 대한 예측은 격자 단위로 이뤄졌으며, 검증 자료의 부족으로 침수 흔적도를 통하여 검증된 2차원 침수해석 결과와 비교함으로써 예측력을 평가하였다. 본 기법은 특정 관측강우 또는 예측강우 자료가 입력되었을 때에, 도시 유역 단위로 접근이 불가하여 통제해야 할 구간을 실시간으로 예측하여 관리할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국습지학회지
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• 제25권1호
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• pp.14-25
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• 2023

저수지 홍수터는 댐 저수지에 자연스럽게 형성되는 계획홍수위와 상시만수위 사이의 토지를 의미한다. 광범위하게 분포된 홍수터는 경작을 포함한 다양한 형태로 훼손되어 왔다. 훼손된 홍수터를 일거에 복원하는 것은 현실적으로 어려우며, 이에 따라 복원 우선순위를 결정하는 방법이 제시되고 있다. 이 과정에는 다양한 인자가 고려되며, 그 중 홍수터의 수문특성으로 침수일수(또는 침수빈도)가 있다. 하천 홍수터의 경우는 동일한 하천에서도 홍수터마다 다른 침수 빈도를 보이지만, 댐 저수지의 홍수터는 모두 동일한 침수빈도를 가져 차별성을 확보하기 어려운 문제가 있다. 이에 본 연구에서는 누가침수면적곡선을 이용하여 댐 홍수터의 수문특성을 차별화하는 방법을 제시하였다. 누가침수면적 곡선은 댐 저수지 수위 상승에 따라 침수되는 누가면적을 나타낸 곡선이며, 본 연구에서는 특히 누가침수면적의 비율이 30%, 50%, 70%가 되는 수위를 기준으로 침수빈도를 평가하였다. 본 연구에서는 낙동강 수계 안동, 임하, 영주, 남강 등 4개 댐에서 기 결정된 각 5개의 복원후보 홍수터를 적용사례로 고려하였다. 분석 결과, 누가침수면적곡선은 홍수터의 전반적인 형태(급경사-완경사 혹은 완경사-급경사)를 잘 반영해 줌을 확인할 수 있었다. 또한, 누가침수면적의 비율이 30%, 50%, 70%에 해당하는 침수빈도는 홍수터의 수문특성을 정량화하여 파악하는데 효율적임을 판단 할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.68-68
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• 2020

국내 발전용댐은 건설 당시 발전목적으로 지어졌으나, 최근 기후 변화로 인해 홍수 및 가뭄의 빈도와 강도가 증가함에 따라 일부분 홍수조절, 환경개선 등의 목적으로 운영되고 있다. 다목적댐과 같이 홍수기에 제한수위를 두어 운영하거나 댐과 보 연계운영 규정에 의해 방류를 수행하기도 한다. 홍수기 제한수위로 인한 수위의 하강은 발전이 목적인 발전량에 손실을 가져오고, 수자원의 이용률 측면에서도 악영향을 끼친다. 현재의 운영 방식이 발전성능 측면에서 재평가 되어야 하며 이를 평가하기 위한 객관적 평가지표나 평가방법이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 객관적 평가 지표로 회복탄력성 개념을 도입하여 발전성능에 대한 발전용댐 운영을 평가하고자 한다. 댐의 발전 최적수위를 시스템의 평형상태로 보고 저수위 하강으로 인한 손실, 유입량 및 운영방식에 따른 댐의 수위 회복력을 발전용댐의 회복탄력성으로 정의하였다. 과거 유입량 자료를 활용하여 단일 발전용댐을 모의운영 하였고, 그 결과로 발전수량 시나리오에 따른 회복탄력성을 평가하였다. 회복탄력성과 발전수량, 발전량, 무효방류량, 재난위험일수 등으로 최적 발전방류량을 산정하였다. 향후 발전, 환경개선, 홍수조절에 대한 경제성 평가가 병행된다면 발전수량 운영 기준을 수립하는데 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제44권6호
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• pp.497-510
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• 2011

우리나라에서는 하천의 제방고를 계산된 계획홍수위에 확정론적인 여유고를 더하여 산정한다. 이에 반해 미국에서는 여유고와 불확실성을 고려한 확률론적인 방법을 조건에 따라 적용하여 경제적인 설계가 될 수 있도록 제방고를 결정한다. 미국에서 제방고 산정에 사용되는 구체적인 확률 개념은 조건부 비 초과 확률로서, 이는 특정한 빈도의 홍수가 발생할 때 목표 수위를 초과하지 않을 확률이다. 본 연구에서는 우리나라의 현행 제방고 산정 기준과 미국 기준을 비교하기 위해 5개 하천의 25개 지점에 대하여 제방고를 산정 후, 비교 검토하였다. 그결과, 계획홍수량의 규모가 증가할수록 우리 나라 기준에 의한 제방고가 미국의 기준에 의한 제방고보다 커지는 것으로 나타났다. 이는 계획홍수량이 증가함에 따라 상대적으로 여유고가 큰 폭으로 커지는 우리나라의 기준에 기인한 것이다. 반면에, 낮은 여유고가 고려되는 소규모 하천의 경우, 우리나라 기준에 의해 결정된 제방고가 미국 기준에 의한 제방고보다 다소 낮은 것으로 평가되었다. 즉, 우리나라의 제방고 산정 기준은 유량에 따라서 미국의 기준에 비해 다소 과소 또는 과대 설계가 될 가능성이 있는 것으로 분석되었다. 특히, 소규모 하천의 경우는 여유고를 증가시키도록 설계 기준을 개정할 필요가 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.246-246
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• 2022

여수로는 수리시설의 계획저수위보다 높아진 수위를 낮추기 위하여 물을 안전하고 신속하게 방류하는 시설로 조절형식과 비조절 형식으로 구분한다. 조절형식은 인위적으로 조절수문을 이용하여 수위를 조절하는 형식으로 수문식과 밸브식으로 분류하며, 이상홍수대비 비상방수문에 많이 사용되고 있다. 비조절형식은 자연적으로 수위를 조절하는 형식으로 개수로와 관수로로 분류한다. 개수로에는 측수로식, 슈트식, 자유낙하식, 월류식이 있으며, 관수로에는 터널식, 선굴식, 암거식, 사이펀식이 있다. 한국농어촌공사가 관리하는 저수지는 3400개소로 측수로식 2091개소, 월류식 1269개소, 사이펀식 5개소, 선굴식 3개소, 기타 56개소로 비조절형식 여수로가 약 98%를 차지하고 있다. 2003년도에 재해대비 수리시설 설계기준이 개정되어 유역면적 2,500ha, 총저수량 500만m³이상이고 하류지역의 재산 및 인명피해가 클 것으로 예상되는 저수지는 PMF를 설계홍수량으로 적용할 것을 규정하고 있다. 이러한 설계기준의 홍수빈도를 적용하기 위해 기존 저수지의 치수능력증대 사업이 추진되고 있다. 치수능력증대방안으로는 제당높이 증고, 보조여수로 설치, 기존여수로의 확장 등 다양한 방안들이 있으며, 구조물 안정성, 경제성, 현장 여건을 고려한 시공성 등을 종합적으로 고려하여 채택하고 있다. 그 중 가장 대표적인 방안이 기존의 설계빈도를 초과하는 PMF 홍수량에 대하여 추가로 보조여수로를 설치하여 방류하는 방안이다. 본 연구에서는 기존 사이펀 여수로가 설치되어 있는 저수지에 측수로식 여수로와 사이폰식 여수로를 신설하여 FLOW-3D로 수치해석을 수행하였다. PMF 유입에 대한 저수지의 안정성을 확보하고, 이상강우에 의한 재해를 사전에 예방하기 위하여 신설 여수로의 방류능력, 접근 유속, 허용최대유속 등 각종 수리특성을 분석하여 홍수량 배제 능력을 검토하였다.