• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.478-478
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• 2011

중소규모 댐 계획시, 댐 하류 홍수피해 저감, 합리적 운영, 유지관리 및 경제성 측면올 고려한 댐 계획은 무엇보다 중요하다. 지금까지 국내에서 계획/건설된 대규모 뱀에서와는 달리, 비교적 작은 규모의 유역에 있어서 댐 계획은 댐 유역 및 저수지의 수리 수문학적 특성 즉, 빠른 시간에 홍수량의 저수지 유입으로 저수지 수위가 급상승하는 등, 일반적인 기존 댐들과는 다른 특정을 지닌 중소규모유역 댐의 여수로 계획을 소개하고자 한다. 여수로 계획을 한 댐 유역의 특성으로 유역면적 약 $33km^2$, 총저수용량 2,211 만 $m^3$, 홍수조절용량 349만 $m^3$의 소규모 저수지를 가진 댐이다. 지방하천 최상류에 위치하는 유역면적이 작은 댐에서의 일반적인 수문학적 특징은 홍수도달시간이 1 시간 내외로 빠르고, 저수지 수위상승 속도가 0.2~0.3m/분 정도로 빠르게 나타난다. 이러한 수리 수문학적 특징 때문에 댐 여수로 수문 조작시간이 충분치 않으므로, PMF 유입과 같은 긴급한 상황에서는 댐을 월류할 가능성을 배제할 수 없다. 따라서 일반적으로 대규모 댐의 여수로 수문을 이용, 단독으로 홍수조절을 수행하던 기존 댐들과는 달리 소규모 댐에 적합한 특성을 지닌 여수로 계획의 필요성이 대두된다. 검토대상 여수로 형식으로는 국내 다목적댐에서 대부분 채택하고 있는 조절형 여수로, 무문식 여수로를 도입한 조절형+비조절형 여수로, 방류관식 여수로, 복합형 여수로 등을 안전성, 유지관리성 및 시공성 측면 등을 다각적으로 검토하였으며, 그 결과로 소규모 댐의 여수로 형식으로는 조절형+비조절형 여수로가 가장 적합한 형식이라고 판단하였다. 그러나, 여수로 형식 이 조절형+비조절형과 같이 폭이 100m가 넘는 광폭의 여수로에서 등폭 도수로를 채택할 경우 감세공의 폭이 과다해지는 문제점은 등폭 도수로와 도수로 끝단부에 도류벽을 설치하여 유수 에너지를 도류벽에서 1 차 감세한 후 댐에서 보편적인 정수지형 감세공으로 유수를 소통시키는 형식으로 계획하였다. 이러한 측수로형 감세공을 도입하여 정수지형 감세공 규모를 줄이는 경제적인 효과도 얻을 수 있도록 계획하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.454-454
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• 2015

본 연구에서는 댐 유역의 설계홍수량을 산정할 시 발생할 수 있는 대표 매개변수의 불확실성에 대하여 분석하였다. 설계홍수량 산정 방법으로는 국내에서 가장 일반적으로 활용되고 있는 강우-유출모형 중 Clark 단위도를 활용하여 확률강우량을 동일 빈도의 홍수량으로 변환하는 방식을 적용하였다. 대상 유역으로는 수문학적 안전성평가가 수행된 국내 댐 유역 중 비교적 실측 호우사상 자료 수가 많은 3개 유역을 선정하였다. 또한 단위도 매개변수 결정 시 자료의 부족으로 최적화 매개변수에 대한 신뢰도 문제가 발생할 수 있으므로 가용 자료수가 증가함에 따른 불확실성의 영향을 분석하기 위해 대상 유역 간의 시간응답 특성을 분석하였다. 이를 통해 상사성이 있는 것으로 판단되는 유역의 호우사상 매개변수를 통합하여 무차원화된 저류상수 $K_x$를 구하였다. 이 $K_x$값을 표준정규분포로 변환하고 Monte Carlo Simulation을 통해 난수를 발생시켜 100개의 무차원 저류상수 $K_x$를 산정하였다. 이 값을 사용하여 설계홍수량을 산정하기 위한 대표 매개변수의 불확실성 분석을 실시하였다. 그 결과 상사성이 있는 것으로 판별된 유역의 호우사상을 통합하는 경우 양질의 호우사상을 다수 확보하고 있는 유역이 추가되면 홍수량 산정결과가 개선되는 것으로 나타났다.

• 대한토목학회논문집
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• 제34권6호
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• pp.1919-1924
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• 2014

최근 기후변화로 인해 극한강우사상의 빈도 및 강도가 증가함에 따라 과거 기준에 의해 설계 시공되어 현재 운영 중인 댐의 수문학적 안전성에 의문이 제기되고 있다. 이에 따라 댐을 증고하거나 여수로를 확장/신설하는 방안이 추진되고 있는데, 이러한 대안을 선정할 때 월류 가능성에 매몰된 나머지 하류 홍수피해를 간과하는 경향이 있다. 이에 본 연구는 회복탄력성의 개념을 도입해 종합적인 홍수조절기능의 관점에서 댐의 안전성 강화 대안을 평가할 수 있는 프레임워크를 제시하였다. 제시된 프레임워크를 활용해 기 수행된 사례에 적용한 결과 각 대안에 따른 홍수유출특성이 선정과정에서 중요한 요소로 평가되어야 함을 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1708-1712
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• 2008

본 연구에서는 낙동강 수계 안동댐과 임하댐의 홍수시 연계운영시스템을 구축하여 안동댐과 임하댐의 하류부인 안동시에서의 피해를 최소화하기 위해서 HEC-5모형을 이용한 모의기법을 통해 해석을 실시하였다. 모의운영을 실시하여 얻어진 결과를 FLDWAV모형에 적용하여 댐하류부의 홍수추적을 실시하였다. 홍수시 안동댐과 임하댐의 연계운영을 위해 안동댐과 임하댐에 대해서 각각 100년 빈도조건, 200년 빈도조건, PMF 조건, 200년 빈도와 PMF가 조합된 조건을 적용하여 분석을 실시하였다. 저류지 모의기법을 적용한 모의운영을 위해서 안동댐의 경우 안동댐 치수능력 증대사업 기본 계획보고서에서 제시된 일정률-일정량 방식의 댐 운영률을 이용하였고, 임하댐의 경우는 임하댐 치수능력 보고서에 제시된 일정률-일정량 방식을 적용하였다. 하류부 하천 제방의 여유고를 확보하기 위해 안동댐 운영의 대안으로서는 기존의 일정률을 조정하여 100년 및 200년 빈도하에서 기존 3,800m3/s를 3,490m3/s으로 최대 방류량을 변경한 100년 빈도조건, 200년 빈도조건, PMF 조건, 200년 빈도와 PMF가 조합된 조건을 적용 분석하여 댐의 방류량을 결정하였다. 댐 하류부의 홍수추적을 위해서 안동댐 및 임하댐 하류부로부터 지보수위표 지점까지의 53.9 km 구간에 대해서 FLDWAV 모형을 적용한 부정류 해석을 실시하였다. 댐 하류부에서의 시나리오별 홍수위를 산정하여 기존의 제방고와 비교함으로써 안동시 구간에서의 제방 안전성을 평가하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1604-1608
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• 2008

최근 기상이변 등에 따라 빈번히 발생하는 이상홍수에 대비하여 댐의 안정성 확보를 위한 댐설계기준이 강화되었고, 이에 따라 가능최대홍수량(PMF) 유입시 댐의 항구적인 안전성 확보를 위하여 치수능력 증대사업이 필요하게 되었다. 본 연구에서는 안동댐의 치수능력 증대사업의 일환으로 계획된 비상여수로에 대하여 2차원, 3차원 수치모형실험을 통해 비상여수로의 수리학적 안정성과 기능성을 검토하였다. 최적의 설계안을 결정하는데 필요한 자료를 제공하기 위하여 접근수로의 유황, 월류위어의 방류능력, 급경사수로 및 감세공의 유황을 검토하였다. 특히, 월류위어의 교각형상에 따른 수면형상, 조절부의 제원에 따른 방류량 검토, 조절부의 평면형상에 따른 유황, 급경사수로의 종단경사에 따른 유황, 저유량 방류시 플립버킷부에서의 사출궤적 등에 대한 검토 등을 수행하였다. 본 연구결과, 수치모형실험은 설계자에게 실용적인 해석도구로 사용될 수 있음을 보일 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2004년도 학술발표회
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• pp.282-286
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• 2004

본 연구에서는 수리, 수문학적 안전성을 평가한 댐들에 대하여 설계보고서, 정밀안전진단 등 준공 후 현재까지 시행된 용역결과들을 토대로 PMF 및 확률홍수량의 변화양상을 대상유역의 지역적 특수성, 대상 수문자료, 해석기법에 내하여 차이점을 각기 분석하고 이에 따른 결과를 비교${\cdot}$분석하였다. 대상댐의 설계홍수량 및 PMF에 대한 포락곡선을 도시하여 분석한 결과 Francou-Rodier 상수 K값 6.4를 4개댐의 PMF에서 초과하는 것으로 나타났다. 개선된 PMF 산정절차 기준에 따라 홍수량을 재산정하여 본 연구에서 분석한 내용과 비교 분석할 예정이며, 이러한 결과는 우리나라 기존 댐에 대한 수문학적 안전등급 설정에 중요한 정보를 제공할 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1846-1851
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• 2010

댐붕괴 모델링에 관한 연구가 활성화된 시기는 미국 Baldwin Hills 댐(1964)과 Lower Van Norman(San Fernando) 댐(1971) 붕괴 사고 이후이며 1970년대 발생한 Buffalo Creek 댐(서부 버지니아, 1972), Teton 댐(아이다호, 1976), Laurel Run 댐/Sandy Run 댐(펜실바니아, 1977), Kelly Barnes 댐(조지아, 1977) 붕괴 사고로 인해 미국 댐 안전 관리 프로그램의 포괄적 재검토의 필요성이 제기되었다. 국내에서도 연천댐 붕괴(1996년)와 장현저수지와 동막저수지의 붕괴(2002년)로 하류에 위치한 가옥 및 농경지 침수로 인해 재산피해가 발생한 바 있으며, 2005년 비상대처계획 수립을 의무화하는 제도가 도입되었다. 오늘날 댐 붕괴와 붕괴로 인한 유출 수문곡선을 분석하는데 이용 가능한 수많은 도구들이 존재하고 있다. 가장 잘 알려져 있으며 가장 널리 이용되는 모형은 NWS Dam-Break Flood Forecasting Model(DAMBRK; Fread, 1977)이며 국내 댐 저수지 비상대처계획 수립을 위해 많이 이용되고 있다. DAMBRK 모형의 입력자료는 붕괴지속시간, 결괴부측면경사, 최종결괴부바닥표고, 댐붕괴시작수위 등이 요구되며, 이 중 결괴형성과정에 관련된 매개변수의 선정을 위해서는 댐붕괴 사례연구 자료가 활용되고 있다. 모형으로부터 도출된 붕괴유출수문곡선에 대한 적정성 평가는 과거 경험, 공학적 판단, 첨두유량 예측식에 의해 수행되고 있으며 가장 객관적인 기준이라 판단되는 첨두유출량 예측식은 사례연구 자료의 부족으로 인해 높은 불확실성을 안고 있다. 본 연구는 최근까지 개발된 댐결괴 첨두유출량 예측식을 기반으로 국내 건설된 댐의 대다수를 차지하는 필댐에 대해 댐높이, 댐형식별로 예측식의 적정성을 평가하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.339-339
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• 2018

일반적으로 댐의 홍수분석을 할 경우에 댐의 운영초기수위는 댐의 만수위로 분석하고 있다. 댐 하류지역의 홍수에 대한 안전성을 확보하는 측면에서 댐의 극한 상황인 만수위 상태에서 홍수사상에 의한 댐 유입량이 유입될 때 하류지역의 방류량을 분석하여 결정함으로써 하류지역 하도의 피해를 저감하기 때문이다. 그러나 최근의 지속적인 가뭄으로 인해 태풍이나 장마와 같은 집중호우발생에도 댐의 수위는 만수위에 다다르지 못하고 전량 저류하거나 일부 방류를 통해 댐의 용수확보를 위한 저류용량의 증가효과를 가져오는 경우가 대부분이다. 이러한 이유로 인해 본 연구에서는 댐의 홍수기 운영에서 초기조건을 변화하여 실제 호우사상을 분석하여 방류량과 저류량의 변화를 분석하고 홍수조절 지표를 평가하여 댐 운영에 따른 홍수조절 효과와 댐의 용수확보를 통한 이수기능에 대한 평가를 실시하였다. 본 연구에서 대상 댐은 안동댐으로 안동댐에 발생한 5개의 호우사상에 대해 초시 수위를 만수위인 EL. 160m에서 0.5m씩 감소하여 EL.150m 까지 분석하여 홍수조절과 저류기능을 검토하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제35권4호
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• pp.5-14
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• 2019

국내 농업용 댐 17,5000여개의 안전점검 결과를 바탕으로 필댐에 나타나는 내부침식(internal erosion)과 관련된 대표적인 4가지 상태를 설정하였다. 이들 상태들을 정량화하기 위하여 댐 안전관리 전문가를 대상으로 설문조사를 실시하고 각 상태들에 대한 정량화된 점수를 제시하였다. 또한 4가지 대표 상태 이외의 다양한 댐 상태의 정량화를 도와주면서 댐 관리자들의 댐 상태 정량화 결정에 제한을 최소화 하고자 각 상태별 '부여가능한 점수의 범위(possible score range)'를 제시하였다. 각 상태별 '정량화된 점수'와 '부여가능한 점수의 범위'를 바탕으로 Case Study를 실시하여 본 방법이 댐의 위험 정도를 일관성 있게 반영하고 합리적인 수준의 파괴확률 값을 제공함을 알 수 있었다. 이는 기존의 댐 안전관리 방법이 가지는 가중평균에 의한 댐 상태등급 결정의 한계점을 극복할 수 있게 도와주어 실제로 위험한 댐을 위험한 댐으로 인지할 수 있게 도와줄 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.251-251
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• 2021

최근 기후변화로 인한 집중호우의 영향으로 홍수 시 댐으로의 유입량이 설계 당시보다 증가하여 댐의 안전성 확보가 필요하다(감사원, 2003). 이에 건설교통부(2003)는 기후변화와 댐 노후화에 대비하여 치수능력증대사업을 추진하여 댐의 홍수배제능력을 확보하였고, 환경부(2020)에서는 40년 이상 경과된 댐을 대상으로 스마트 안전관리체계 구축을 통한 선제적 보수보강, 성능개선 및 자산관리로 댐의 장수명화를 목적으로 댐의 국가안전대진단을 추진하고 있다. 이에 본 연구에서는 댐 시설(여수로)의 노후도 평가 시 활용 될 수 있는 여수로 표면손상 원인규명에 대하여 3차원 수치모형(FLOW-3D 및 COMSOL Multiphysics)을 통해 검토하고자 한다. 연구대상 댐은 𐩒𐩒댐으로 지형 및 여수로를 구축하였으며, 계획방류량(200년 빈도) 및 최대방류량(PMF) 조건에서 모의를 수행하였다. 수치모의 계산의 정확도 검토를 위하여 Baffle의 설치를 통하여 시간에 따른 유량의 변화를 설계 값과 비교하였고 오차가 1.0% 이내를 만족하는 것을 확인하였다. 여수로 표면손상의 다양한 원인 중 기존연구(USBR, 2019)를 통하여 공동침식(Cavitation Erosion) 및 수력잭킹(Hydraulic Jacking)에 초점을 두었으며 방류조건 별 공동지수(Cavitation Index)산정을 통하여 공동침식 위험 구간을 확인하였다. 이음부의 균열 및 공동으로 인한 표층부 콘크리트의 탈락현상을 가속화시키는 수력잭킹 검토를 위하여 국부모형을 구축하였고 음압력(Negative Pressure), 정체압력(Stagnation Pressure), 양압력(Uplift Pressure)의 분포를 확인하였다. 최종적으로 COMSOL Multiphysics를 통하여 압력분포에 따른 구조해석을 수행하여 폰 미세스(Von Mises) 등가응력 및 변위를 검토하여 콘크리트의 탈락가능성을 확인하였다. 본 연구는 여수로 공동부 및 균열부에서의 손상메커니즘을 확인할 수 있는 기초적인 연구이지만 향후에는 다양한 지형조건 및 흐름조건에서의 압력분포 분석 및 유체-구조물 상호작용(Fluid-Structure Interaction, FSI)모의를 수행한다면 구조물 노후도 및 잔존수명 평가에 필요한 손상한계함수 도출이 가능할 것으로 기대된다.