• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.319-319
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• 2022

우리 삶에 있어 물은 필수적인 자원 요소이다. 우리나라의 경우 대부분의 강수량이 여름철에 집중되어 있어 원활한 용수공급 등의 문제를 해결하기 위해서는 댐 건설이 필요하다. 하지만 지구온난화에 따른 기후변화로 인해 국지성 호우 등 이상기후의 발생이 증가함에 따라 예상치 못한 자연현상으로 인해 댐이 붕괴될 가능성이 있으며, 붕괴시 댐에 저수되어있던 물은 하류 지역에 홍수를 일으키고 엄청난 피해를 발생시킬 수 있다. 본 연구에서는 김천부항댐을 대상으로 가상의 홍수발생에 의한 댐 붕괴 상황을 가정하였으며, 댐붕괴를 모의하기 위해서 요구되는 댐붕괴 매개변수 산정을 위한 경험공식인 Froehlich, Macdonal-Langridege-Monopolis 등 다양한 경험식을 적용하여 산정되는 댐붕괴에 따른 첨듀유출량의 변화 및 홍수파의 시공간적 변화과정을 분석하고자 한다. 댐붕괴 모의를 위한 기본모형은 HEC-HMS 모형을 적용하였으며, 댐붕괴에 따른 하류부 홍수범람 모의는 HEC-RAS 및 Geo-RAS의 범람도 작성기능을 활용하였다. 추가적으로 HEC-RAS에서 제공되는 2D 모델링을 통해 댐 붕괴로 인한 침수 지도를 생성한다면, 홍수 위험 위험 수준에 대한 통찰력을 제공하고 비상 조치 계획 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

• 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 2011년도 학술발표회
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• pp.169-173
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• 2011

본 연구에서는 RANS를 지배방정식으로 하는 3차원 수치모의를 통해 댐 붕괴로 인한 3차원적인 흐름 특징이 지배하는 댐 직하류에서 고립된 장애물로 인한 댐 붕괴파의 전파현상과 이동상 수로에서의 붕괴파의 전파현상, 특히 붕괴파의 비정상성과 불연속성, 붕괴파와 반사파의 영향, 상류 및 사류의 흐름의 혼재와 같은 복잡한 현상을 포함하는 붕괴파의 전파를 해석하였다. 장애물로 인한 댐 붕괴파의 전파 해석 결과, 댐의 순간적인 붕괴로 인해 붕괴파가 형성되고 붕괴파가 장애물에 부딪치면 반사파가 발생하며 이는 다시 수로에 부딪치며 반사되는 과정에서 사류와 상류 및 도수현상이 발생하는 복잡한 흐름 양상을 보인다. 이동상 수로에서의 댐붕괴파 해석 결과 붕괴파 전파는 고정상 수로에서의 붕괴파 전파에 비해 그 전파속도가 느리게 형성되었다. 기존 수리실험 결과와 비교 하였을 때 본 모의결과는 국부적인 수면진동의 모의에서 다소 오차가 발생하고 있으나 대체로 그 경향성은 잘 추적하고 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.135-140
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• 2008

최근 들어 이상기후로 인한 집중호우가 빈발하고 있으며, 이로인한 피해가 증가하고 있다. 실례로 2002년 발생한 태풍 루사의 경우, 가능최대강수량(PMP)에 근접한 강우강도를 보였으며, 최근 발생하고 있는 국지성 호우의 경우도 시간을 고려할 때 상당히 큰 강우강도를 보이고 있음을 알 수 있다. 이에 본 연구에서는 가능최대강수량과 댐과의 관계를 분석하기 위하여 태풍 루사의 강우 사상을 대상으로 소양강 댐의 붕괴를 고려한 시나리오와 붕괴되지 않은 시나리오로 구분하여 홍수량을 모의하였다. 강우사상의 경우, 건교부에서 2004년에 제시한 방법을 이용하여 공간분포를 시킨 후, 공간 분포된 강우를 대상으로 Huff 2분위를 적용하여 시간분포 시켰다. 또한 공간분포를 적용하지 않은 강우를 같은 방법으로 시간분포를 시킨 후, 각각의 결과를 비교분석하였다. 댐 붕괴해석을 위한 모형으로는 미육군공병단(USACE)에서 제공하는 HEC-HMS 3.1.0을 사용하였다. 분석결과 댐 붕괴를 하지 않았을 때 공간분포를 적용하는 경우가 공간분포를 적용하지 않는 경우에 비해서 지속시간이 1시간$\sim$18시간 까지는 가능최대강수량 및 첨두홍수량이 작게 모의되었으며, 18시간 이상의 지속시간을 가지는 경우에는 각각 더 크게 모의됨을 알 수 있었고 댐이 붕괴하는 경우에는 불규칙한 값을 갖게 되는 것을 볼 수 있다. 또한 태풍 루사시 소양강 댐이 붕괴되었다면, 첨두 홍수량은 2.5배가량 증가된 것으로 모의되었다.

• 한국환경과학회:학술대회논문집
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• 한국환경과학회 2005년도 봄 학술발표회지 제14권(제1호)
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• pp.131-135
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• 2005

댐 붕괴형상에 따른 시나리오를 설정하여 DAMBRK모형에 의해 댐 붕괴모의를 실시한 결과 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다. DAMBRK 모형에 의해 댐 붕괴모의를 실시한 결과 붕괴부의 평균 폭이 3 H $_d$ 이고 붕괴부 형성시간이 1시간인 경우(콘크리트 댐과 표면차수벽형 댐의 경우 0.1시간) 최대 첨두홍수량이 발생하는 것으로 나타났다. 밀양댐의 경우 안동댐의 경우에 버금가는 첨두유량을 나타내는 것으로 분석되었으며, 이는 붕괴 양상의 가정에서 평균 폭이 3 H $_d$ 인 경우를 선정한 결과로, 밀양댐의 경우 댐 높이가 89m 로 안동댐의 83m 보다 더 크기 때문에 붕괴부의 규모가 7개 댐 가운데 가장 커지게 되었기 때문이다. 그러나 밀양댐의 경우 저류용량이 작기 때문에 붕괴홍수의 지속시간은 가장 짧은 것으로 분석되었다. 본 연구에서 댐붕괴 수치모의를 한 결과 붕괴시 침두유량에 대하여 하류지역의 대처방안수립과 침수에 따른 피해방지대책 및 대피경로등을 수립할 수 있을 것으로 판단된다.

• 지질공학
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• 제23권4호
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• pp.381-387
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• 2013

홍수위험지도를 작성하기 위하여 수치모형을 이용한 잠재적 피해 대상 지역 파악이 선행되어야 한다. 댐 붕괴로 인하여 빚어지는 홍수위험지도 작성에서도 시나리오 별로 댐 붕괴를 모의하기 위한 댐 붕괴 수치 모의가 필요하다. 댐 붕괴 시 첨두 유량은 결정 인자인 댐 붕괴(breach)나 저수지의 수량과 댐 붕괴 형성 및 진행에 민감하므로 이런 요소를 포함하는 물리적 모형이 필요하다. 댐 붕괴 메커니즘과 수리학적 현상이 모든 댐 붕괴에 같다고 가정하고 하나의 물리적 댐 붕괴 수치 모형을 구축하였다. 댐 붕괴지점에서 수문곡선을 추정하는데 초점을 두어 댐 하류의 하도 추적 시 상류부의 경계조건 역할을 하도록 하는 것이며, 연구에서 하류부의 하도 추적은 다루지 않았다. 물리적 모형은 댐 붕괴 형성과정에 필요한 역할과 댐 붕괴를 통한 흐름의 수리학적 설명을 담고 있다. 2008년 중국의 장지산(Tangjishan) 댐 붕괴 시 관측된 현장 자료를 이용하여 모형의 수행능력을 검정하였다. 모의 결과는 만족할만한 수준의 정확도를 가지는 것으로 나타났으며 결정계수는 0.974, NSC는 0.94, RMSE는 $610m^3/sec$ 정도로 나타났다. 이로 미루어보아 연구에서 구축된 댐 붕괴 모형은 실제 댐 붕괴 관측 자료를 현실적으로 잘 재현해내는 것으로 확인되었으며, 댐 붕괴로 인한 홍수위험지도 구축 시 상류부 경계조건으로서 활용성이 높은 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.133-133
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• 2011

본 연구에서는 3차원 수치모형을 이용하여 댐붕괴파의 전파특성에 대한 모의를 수행하였다. 적용된 수치모형은 ANSYS CFX(v. 13) 모형으로 진보된 유동해석기법과 편리한 workbench 환경이 결합된 강력한 GUI 환경을 통해 작업하기 편리하며, 빠르고 정확한 해석결과를 제공하는 전산유체역학 도구로 국내외에서 이용되고 있다. 본 연구에서는 기존의 댐 붕괴파 특성 분석과 관련된 수리모형실험(Soares Frazao 등, 2004: Soares Frazao와 Zech, 2008) 자료를 이용하여 모의를 수행하였으며, 지점별 실측자료와 2차원 유한체적모형(정 등, 2009, 2010)에 의한 결과와의 비교를 통해 적용성 검증을 수행하였다. 또한 3차원 모형 적용 시 중요한 매개변수로 고려되는 수로바닥 및 벽면에서의 조도높이 따른 댐 붕괴파의 전파양상을 분석하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제41권3호
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• pp.219-227
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• 2021

불연속 지형을 지나는 천수 흐름을 해석할 수 있는 Hwang의 기법이 채택된 수치 모의를 댐 붕괴 흐름에 의한 직립 홍수터의 범람 실험과 비교하였다. 모의 결과는 저수지, 저수로, 홍수터로 이루어진 실험 수로에서 측정한 결과와 잘 일치하였다. 특히, 댐 붕괴 흐름이 직립 홍수터로 차고 빠지는 과정이 잘 모의되었다. 흐름 저항의 종류에 따른 모의 결과의 차이는 미미하였다. 이 연구를 바탕으로 도심 하천의 범람 예측에서 정확도를 높일 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1765-1769
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• 2008

'96년, '98년 임진강 유역과 경기북부 지역 집중호우를 시작으로 '02년 태풍 "루사", '03년 "매미", '04년 "메기" 등의 영향으로 대규모 수공 구조물의 설계빈도를 초과하는 폭우를 동반하여 전국적으로 사상 유례없는 막대한 홍수피해를 발생시켰다. 이러한 과정에서 "연천댐", "장현, 동막저수지" 붕괴 등 댐 붕괴로 인하여 댐 하류지역의 홍수피해가 크게 발생하여 이에 대한 대처계획 수립 필요성 및 이를 위한 댐 붕괴로 인한 홍수류 해석에 대한 연구가 절실히 필요하다. 본 연구에서는 비상대처계획(Emergency Action Plan, EAP)수립 대상 국가시설물 중 하나인 양양양수발전소 하부댐에 대한 댐 붕괴 해석을 실시하였다. DAMBRK를 통하여 댐 지점의 붕괴유출수문곡선을 산정하였으며, 댐 하류하천 수위분석은 1차원 DAMBRK와 HEC-RAS모형을 이용비교 분석하였고 이를 통하여 댐붕괴로 인한 하류하천 홍수류 해석시 HEC-RAS모형의 적용성을 검토하였다. 검토결과 HEC-RAS모형 계산치가 DAMBRK 모형에 의한 결과 보다 과대하게 산정 되었다. 향후 댐 붕괴로 인한 홍수류 해석을 위한 HEC-RAS모형 모의시 주변지형의 홍수터화 등의 기법을 첨가하여 홍수위 분석이 필요한 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.377-382
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• 2010

국내에는 약 14,000개의 중 소규모의 저수지들이 있다. 최근에 이상기후로 인한 많은 강우가 발생하여 저수지들의 월류나 파이핑으로 인한 붕괴가 지속적으로 일어나고 있어 많은 인명 및 재산피해가 발생하고 있다. 특히 설계홍수량을 초과하는 월류로 인한 댐 붕괴 발생 시 피해규모가 크기 때문에 전국적으로 본포되어 있는 저수지들의 설계홍수량을 시급히 파악하여 저수지의 수문학적 안전성을 판단하고 설계홍수량이 작은 저수지의 경우 별도로 관리 할 수 있어야 한다. 하지만 기존에 저수지의 안전여부를 판단 할 수 있는 댐 붕괴 모의의 경우 많은 시간과 노력이 요구 되어 저수지의 안전여부를 보다 쉽고 빠르게 판단 할 수 있는 기준 마련이 시급히 필요하다. 본 연구에서는 보다 쉽고 빠르게 소규모저수지의 수문학적 안전성 평가를 할 수 있는 간편법에 대하여 연구 하였다. 연구 방법은 HEC-HMS을 이용한 댐 붕괴와 본 연구에서 제시한 간편법을 통하여 홍수량의 비교 검토 및 저수지의 수문학적 안전성을 평가를 하였다. HEC-HMS의 첨두홍수량은 빈도별 지속시간별 확률강우량을 이용하여 산정하였으며, 가능최대홍수량(PMF)은 실제호우전이법으로 산정한 가능최대강수량(PMP)을 이용하였다. 간편법의 첨두홍수량은 합리식과 통합형 강우강도식을 이용하여 산정하였고, 가능최대홍수량(PMF)은 Creager공식을 이용하여 산1)정하였다. 댐 붕괴의 경우 HEC-HMS에서는 댐 붕괴 모듈을 실행하여 모의를 하였고, 간편법의 댐 붕괴는 여수로의 한계 유출을 파악할 수 있는 위어공식을 이용하여 댐 붕괴 모의를 하였다. 마지막으로 산정된 첨두홍수량과 가능최대홍수량(PMF)을 작성된 수문학적 안전성 평가표에 기입하여 비교 분석하였다. 연구결과 HEC-HMS로 산정한 빈도별 첨두홍수량 가능최대홍수량(PMF)과 간편법으로 구한 빈도별 첨두 홍수량 가능최대홍수량(PMF)의 차이는 약 편차가 50%정도로 간편법으로 구한 첨두홍수량 가능최대홍수량(PMF)이 더 크게 산정되었다. 편차의 발생 이유는 본 연구에서 제시한 간편법의 경우 안전율을 고려한 경험공식을 사용하였기 때문이라고 판단되며, 간편법을 통한 소규모저수지의 수문학적 안전성 평가를 다른 대상지역의 소규모저수지에도 적용하여 보고 수문학적 평가방법이 올바르게 적용 될 수 있는지 확인이 필요하다고 판단된다.