• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.240-244
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• 2009

다목적댐 하류하천은 댐 건설당시 정비가 필요한 지역으로 댐 방류의 영향을 받는 일정구간에 대해서는 댐설계방류량에 대응하도록 하천정비가 시행되어야 하나, 지금까지의 댐 하류하천은 댐과 별개로 하천정비가 시행되어 왔으며, 관리 또한 댐과 이원화되어 이루어져 왔다. 이로 인해 댐하류하천은 제방월류, 하천구역내 사유지 및 불법시설물 등의 댐운영 제약사항으로 댐 본래의 치수기능이 저하되어 한국수자원공사에서 관리중인 15개 다목적댐 여수로 방류가 설계방류량의 16%(15개 다목적댐 전체 여수로 설계방류량 $57,004m^3/s$ ${\rightarrow}$ 무피해방류량 $9,300m^3/s$)에 불과하고, 대규모 홍수 발생시 댐하류지역에서 막대한 피해와 민원을 발생시키고 있다. 이러한 댐운영 제약사항해소를 위해 한국수자원공사에서는 '07년부터 연차별로 소양강댐을 포함한 22개댐 하류하천의 정비를 시행하고 있다. 현재 시행중인 용담댐 하류하천정비를 시행사례를 통해 댐운영 제약사항해소와 이에 따른 댐의 치수기능 회복효과를 분석해보면 다음과 같다. 댐방류시 현장조사를 통해 확인된 댐운영 제약사항은 하천구역내 사유지를 포함해하여 총 8건이며, 구조적 대책인 제방 축조와 비구조적 대책인 사유지 보상 등을 통해 댐 무피해방류량을 현재 $700m^3/s$ (여수로 설계방류량 대비 22%)에서 $2,730m^3/s$(여수로 설계방류량 대비 85%)로 증가 방류 할 수있는 것으로 분석되었다. 그러나, 구조적 비구조적 대책으로 불가능한 하천구역내 불법 경작지 및 시설물 등이 일부 잔존하여 댐운영 제약사항으로 여전히 남아 있는 실정이다. 이러한 문제를 해소하기 위해서는 불법행위에 대한 관리감독 강화 등의 조치가 필요하나, 이원화된 현행 관리체계에서는 한계가 있으며, 이와 같은 문제를 해소하기 위해서는 댐 방류의 영향을 받는 하류하천 일정구간에 대해서는 댐관리자의 역할 강화가 필요하다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.491-491
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• 2021

댐·보 운영은 과거부터 많은 양의 데이터를 근간으로 분석 및 의사결정을 진행하였으나, 자연 현상의 복잡성 및 다양한 영향 관계로 인해 기술개발은 답보 상태에 머물러 있다. 또한 댐·보 운영의 기술개발은 개별적인 일부 요소기술에 국한되어 있는 실정으로 댐·보 운영의 전체 의사결정체계에 대한 미래의 방향성에 대한 전략이 부재한 상황이다. 이에 기후변화, 물관리일원화, 환경대응용수의 활용, 복합적 제약사항 도출 등 최적 댐·보 운영을 위한 의사결정지원 고도화에 대한 사회적 니즈가 증가를 반영하고, 기존의 재래적 의사결정지원 시스템 및 홍수분석기술에서 탈피하여 AI, Big Data 등 혁신 기술적용 및 최신기술 트렌드를 반영한 미래 물관리 로드맵의 제시가 필요한 상황이다. 본 연구의 목적은 홍수기 댐운영을 위해 기존 반복 분석하는 일련의 절차 자동화와 운영자의 경험에 따라 달라지는 운영방법의 일반화를 위한 AI의 도입에 있다. 기존 홍수분석체계를 살펴보면 저수지 홍수분석, 저수지 수위계산, 방류량 결정, 분석결과와 제약사항의 비교 같은 일련의 절차에 대해서 합리적인 결과가 도출될 때까지 반복 분석을 수행하여야 한다. 분석모형간 연계와 재래적 방법의 자동화를 도입하면 홍수분석에 소요되는 시간을 줄일 수 있어, 사전에 대비할 수 있는 시간을 추가적으로 확보할 수 있게 된다. 또한 홍수기 댐운영 방법이 운영자의 경험에 의존하다 보니 운영자마다 다른 운영방법을 도출하게 되는데, 과거사례의 최적 운영방안을 학습시킨 AI를 도입하게 되면 일관성있는 최적 댐운영이 가능할 것으로 판단된다. 이에 본 연구에서는 홍수분석 절차의 자동화, DB 및 통계모형 구축, 분석결과 및 제약사항의 직관적인 표출화, AI 도입을 통한 운영방안의 일반화 등 기존 재래기술의 개선을 통해 최적 댐운영 의사결정지원시스템의 고도화를 추진하고자 한다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.57 no.4
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• pp.249-261
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• 2024

Climate change has intensified the severity of extreme floods, presenting substantial challenges to dam management and operation. Traditionally, flood control strategies for dam operations have been based on theoretical scenarios, such as designed floods, without taking into account downstream conditions. However, in practice, managing floods involves operating dams based on climate forecasts. This strategy encounters challenges due to the limited predictability of climate forecasts, which in turn leads to uncertainty in decisionmaking among dam managers. This study proposes a flood control approach for dam operations that involves gradually increasing the outflow, considering the operational constraints and potential downstream damage, based on inflow data. The effectiveness of this method was assessed through simulation, employing both a designed flood and data from the most significant historical flood. The dam operation strategy for flood control presented in this study provides a framework for dam operators, facilitating consistent decisionmaking in flood management by integrating realistic dam operational conditions.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.105-105
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• 2022

섬진강댐은 100년빈도 홍수에 대응토록 설계되어 홍수조절 능력이 타 다목적댐 대비 상대적으로 취약함에 따라 댐운영 체계 개선이 필요하다. 이에따라 K-water는 홍수시 피해를 최소화 할 수 있도록 댐운영과 관련한 홍수대응 체계를 개선하였다. 주요 개선대책은 섬진강 홍수조절용량 추가확보, 홍수기 강우특성을 고려한 홍수조절, 하류주민 및 기관과 소통에 기반한 정보 공유체계 확립, 디지털 트윈 기반 댐 운영 의사결정시스템 구축이다. 섬진강댐의 건설홍수조절용량은 3천만m³으로, 타 다목적댐 설계빈도인 200년 대비 홍수대응 능력이 미흡하다. 이에따라, 섬진강댐은 '21.1월부터 '22.12월까지 홍수기 제한수위를 기존 197.7m에서 2.5m 낮춘 194.0m로 시범운영하고 있다. 이를통해 기존 3천만m³에서 9천만m³까지 6천만m³의 홍수조절용량을 추가 확보하였다. 이와 연계하여 홍수기 동안 섬진강댐 운영수위 기준을 별도 수립하여 홍수기 전·후반으로 나누었으며, 전반기(~7/31)는 '20년 홍수상황에서 발생한 더블피크 집중호우(360mm)에 대응가능한 홍수조절능력을 확보하고, 후반기(8/1~)는 홍수조절능력을 최대한 확보함과 동시에 차년도 용수공급을 대비할 수 있도록 운영수위를 개선하였다. 그간 수문방류 정보는 '댐 관리규정'에 따라 방류개시 3시간 전까지 방류계획을 하류지역의 지자체 및 주민에게 통보하였으나, 하류주민들이 충분히 사전준비하기에 시간적으로 부족하다는 의견을 제시함에 따라 수문방류 24시간전 사전 안내토록 '수문방류 예고제'를 도입, 시행하였다. '댐 홍수관리 소통회의'를 통해 댐 운영기관-정부기관-주민이 댐 운영에 대한 전반에 대해 함께 공유하고 운영 제약사항 및 개선사항을 공동 발굴하여 대책을 마련하는 체계를 구축하였다. 댐 운영 개선사항과 더불어 댐방류 의사결정시, 실시간 하류하천 상황에 대한 확인이 어려움에 따라, 3D기반 의사결정 지원시스템인 Digita Twin Platform을 개발 및 구축하여 '22년부터 섬진강댐 운영에 시범적용을 추진하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.157-157
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• 2012

본 연구에서는 충주댐유역($6,642km^2$)을 대상으로 미래 기후변화가 다목적댐의 이수운영에 따른 하류하천유량에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. 이를 위해, 물리적 기반의 장기유출모형인 SWAT(Soil and water assessment tool) 모형과 저수지의 홍수조절, 용수공급계획, 저수지 제약사항 조사 및 실시간 의사결정지원이 가능한 HEC-ResSim 모형을 적용하였다. 먼저, 미래 댐유입량 산정을 위해 IPCC(Intergovernmental panel on climate change)에서 제공하는 A1B 배출시나리오를 포함하는 MIROC3.2 hires 모형의 결과로부터 충주댐 유역의 총 6개 기상관측소에 대한 과거 30년(1997~2006) 실측자료를 바탕으로 미래 온도와 강수에 대한 편이보정(Bias correction) 및 상세화(Downscaling) 과정을 통하여 미래 기후자료(2040s, 2080s)를 생산하였다. 그 결과, 미래 연평균 온도는 기준년도인 2010년에 비해 최대 $+4.8^{\circ}C$(2080s)의 온도증가를 보였으며, 강수량의 경우 여름과 가을 강수량이 다소 감소하였으나 연평균 강수량은 최대 +34.4%(2080s) 증가하는 것으로 전망되었다. 기후변화에 따른 충주댐의 유입량 산정은 SWAT모형을 이용하여 수자원공사에서 제공하는 1995~2010년까지의 일별 댐유입량 자료를 제공받아 모형의 보정 및 검증을 실시하였다. 기후변화 시나리오 적용에 따른 연평균 댐 유입량은 2080s에 39.8% 증가는 것으로 전망되었다. 이러한 댐유입량의 변화는 댐운영의 변화를 가져올 것으로 예상된다. 따라서, 본 연구에서는 HEC-ResSim모형을 이용하여 충주댐의 월별 용수공급계획(생공용수, 발전용수, 관개용수, 하천유지용수) 및 저수지 운영룰(Rule)에 따른 이수운영모의를 통해 미래 댐유입량 시나리오별 저수위변화 및 방류량을 산정하고 하류 하천의 유황변화를 분석하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.387-387
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• 2022

기존 홍수기시 댐 운영은 예측 강우와 실시간 관측 강우를 이용하여 댐 운영 모형을 수행하며, 예측 결과에 따라 의사결정 및 댐 운영을 실시하게 된다. 하지만 이 과정에서 반복적인 분석이 필요하며, 댐 운영 모형 수행자의 경험에 따라 예측 결과가 달라져서 반복작업에 대한 자동화, 모형 수행자에 따라 달라지지 않는 예측 결과의 일반화가 필요한 상황이다. 이에 댐 운영 모형에 AI 기법을 적용하여, 다양한 강우 상황에 따른 자동 예측 및 모형 결과의 일반화를 구현하고자 하였다. 이를 위해 수자원 분야에 적용된 국내외 129개 연구논문에서 사용된 딥러닝 기법의 활용성을 분석하였으며, 다양한 수자원 분야 AI 적용 사례 중에서 댐 운영 예측 모형에 적용한 사례는 없었지만 유사한 분야로는 장기 저수지 운영 예측과 댐 상·하류 수위, 유량 예측이 있었다. 수자원의 시계열 자료 활용을 위해서는 Long-Short Term Memory(LSTM) 기법의 적용 활용성이 높은 것으로 분석되었다. 댐 운영 모형에서 AI 적용은 2개 분야에서 진행하였다. 기존 강우관측소의 관측 강우를 활용하여 강우의 패턴분석을 수행하는 과정과, 강우에서 댐 유입량 산정시 매개변수 최적화 분야에 적용하였다. 강우 패턴분석에서는 유사한 표본끼리 묶음을 생성하는 K-means 클러스터링 알고리즘과 시계열 데이터의 유사도 분석 방법인 Dynamic Time Warping을 결합하여 적용하였다. 강우 패턴분석을 통해서 지점별로 월별, 태풍 및 장마기간에 가장 많이 관측되었던 강우 패턴을 제시하며, 이를 모형에서 직접적으로 활용할 수 있도록 구성하였다. 강우에서 댐 유입량을 산정시 활용되는 매개변수 최적화를 위해서는 3층의 Multi-Layer LSTM 기법과 경사하강법을 적용하였다. 매개변수 최적화에 적용되는 매개변수는 중권역별 8개이며, 매개변수 최적화 과정을 통해 산정되는 결과물은 실측값과 오차가 제일 적은 유량(유입량)이 된다. 댐 운영 모형에 AI 기법을 적용한 결과 기존 반복작업에 대한 자동화는 이뤘으며, 댐 운영에 따른 상·하류 제약사항 표출 기능을 추가하여 의사결정에 소요되는 시간도 많이 줄일 수 있었다. 하지만, 매개변수 최적화 부분에서 기존 댐운영 모형에 적용되어 있는 고전적인 매개변수 추정기법보다 추정시간이 오래 소요되며, 매개변수 추정결과의 일반화가 이뤄지지 않아 이 부분에 대한 추가적인 연구가 필요하다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.377-377
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• 2017

다목적댐은 비어있는 저수지 용량을 활용, 상류에서 유입되는 홍수를 저류하여 하류의 피해를 경감시키고, 저류된 저수량을 활용하여 갈수시 생 공 유지용수 등을 목적에 맞게 하류로의 공급에 주요 목적이 있다. 이를 위해 댐 계획에는 상류에서 유입되는 목표 빈도 계획홍수량을 산정하고, 이에 따른 여수로의 계획방류량 등이 포함된 홍수 조절 방안이 수립된다. 다목적댐은 그 중요도 때문에 많은 사회적 재화(財貨)가 투입되어 하천에서 가장 높은 빈도인 200년 빈도 홍수량에 대비하도록 설계되어 있다. 그러나 대부분의 댐 하류 하천에서는 긴 연장에 따른 투자비용 등의 한계로 상류 댐에 미치지 못하는 100년 빈도 이하로 설정되어있다. 이런 상 하류의 홍수계획간 괴리로 댐의 계획 방류량 수준의 홍수 조절시에는 하류 하천에 재난상황으로 발생할 우려가 있다. 기상예보의 고도화로 단기 예보의 정밀도가 높아져 단기간 댐 운영에는 효과적으로 활용되고 있다. 하지만 5일 이후를 예보하는 중 장기예보는 아직까지도 불확실성이 높은 실정이다. 여기에 기후변화 등 기상의 불확실성을 고려하여 홍수기 초 장마와 태풍 등의 영향에 대비하기 위해 무작정 댐을 저(低)수위로 운영하면 이후 여름 가뭄에 취약해 지고, 반대로 저수량 확보의 고(高)수위 운영을 할 경우 연이은 태풍 등 홍수상황에 취약해 지게 된다. 최근 '14~'15년도 낙동강 수계에 여름가뭄으로 안동 임하댐이 가뭄단계에 돌입하는 등 홍수기초 적정 저수량의 확보는 안정적 수자원시설 운영에 중요성이 커지고 있다. 본 연구에서는 이러한 불확실한 기상상황에 대비하고 댐의 이치수 목적 달성을 위해, 홍수기초 가능한 저수량을 확보하되 계획홍수량이 들어와도 하류피해는 경감시킬 수 있는 저수지 수위를 찾고자하였다. 이를 위해 낙동강 수계 9개 다목적댐(안동, 임하, 성덕, 보현산, 군위, 김천부항, 합천, 남강, 밀양댐)을 대상으로 댐 설계 및 직하류 하천 상황을 고려한 "홍수기초 댐 저수량 확보 수위 검토"를 실시하였다. 댐 직하류 하천의 홍수대비 상황 및 홍수조절시 제약사항 등을 조사해 주요지점(Critical Point)을 선정하고 그 지점의 홍수량을 파악한다. 이어서 저류함수 모형을 활용하여 댐별 저수지 모의 운영을 실시하였다. 대상 댐 저수지에 계획홍수량을 유입시키고 수위를 점차 조정하면서 하류 지점의 홍수량 내의 규모로 방류를 하는 저수지 모의 운영을 실시하였다. 이때 저수지의 계획홍수위를 초과하지 않는 등 안정적 홍수조절이 가능한 특정 수위를 찾아 하류 하천 환경을 고려한 댐 운영 수위로 선정하였다. 최근 홍수기총에는 강수량이 계속 줄어들고 홍수기 이후 더 많은 강수가 내리는 등 기후변화로 댐 운영은 날로 어려워지고 있다. 본 연구의 분석 결과는 홍수기초 가뭄 및 장마 또는 태풍 등에 대비하여 댐 운영의 이 치수 두 가지 목적을 달성하는데 참고가 될 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.106-106
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• 2022

댐 유역의 수문자료는 댐의 효율적인 운영, 중장기 댐 운영 계획, 수자원 관리, 댐 저수량 예보 등을 위해 사용되며, 최근 기후변화로 인해 정밀한 댐 운영에 필요한 유량자료의 필요성은 더욱 커지고 있다. 일반적으로 댐의 주요 수문자료에는 유입량의 요소, 저수량 요소, 유출량의 요소로 구분된다. 현재까지 강수량, 저수위, 방류량 자료는 지속적인 계측 및 품질관리 기술의 발전으로 인해 신뢰도가 점차 향상되고 있으나, 반면 증발량과 침투량 자료는 여전히 정확한 계측에 많은 어려움이 있다. 따라서 우리나라의 댐 유입량은 직접측정의 현실적 제약사항으로 인해, 방류량과 저수위 변화에 따른 저류량의 차를 이용하여 간접적으로 측정하고 있어, 증발량 및 지하수 유출량 등과 같은 복잡한 자연현상을 고려하지 못한 채 저수지 수위의 변화에 따른 민감도가 크게 발생하는 문제로 이어지게 된다. 본 연구에서는 소양강댐 유역의 증발을 고려하는 개선된 물수지 방정식을 제안하였다. 그 결과, 기존의 댐 유입량 자료에서 발생하는 문제점은 증발을 고려한 물수지법 적용을 통해 어느 정도 개선이 가능하다. 즉, 기존의 댐 유입량 산정 시 고려하지 않는 다양한 유출 요인에 대한 과도한 누락은 음유입량 발생문제를 야기하며, 실제 복잡한 자연현상을 설명하기 위해서는 추가적인 유출 요소(증발량)를 물수지 방정식에 포함할 필요가 있다. 이처럼 개선된 물수지법을 적용할 경우, 직접적인 가용수자원을 구성하는 직접 유출량과 간접 유출량이 전체 유입량에 기여하는 정도를 파악할 수 있다. 다만, 여기에서의 증발량은 유역 내 실측자료가 아님과 동시에 수면 증발량을 고려하지 못한 한계가 있으며, 향후 연구에서는 보다 정확도 높은 수문자료의 생산 및 확보를 위한 지속적인 노력이 필요하다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.6-6
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• 2022

최근 수재해에 대응하기 위한 물관리 환경은 기후변화에 따른 홍수 피해 심화와 댐과 하천 시설의 노후화 점증, 하천관리일원화 등 정책적 변화, 그리고 포스트코로나 디지털 혁신 등 복합적 대전환 시대 진입에 따라 복잡다단한 양상을 보이고 있다. 디지털 트윈은 디지털 대전환(digital transformation) 시대 다양한 산업 영역에서 지능화와 생산성 향상을 목적으로 도입되고 있다. 본 국가 시범사업에서는 170 km에 달하는 섬진강 유역 전체를 대상으로 홍수에 대응하기 위한 디지털 트윈 플랫폼(K-Twin SJ)을 구축하고 있다. 본 플랫폼은 국가 인프라 지능정보화 사업의 일환으로 시작되었으며, 공간정보와 시설물 모델링, 홍수 분석 등 수재해에 대응하기 위한 수자원 분야의 다학제적인 강소기업들과 K-water에서 컨소시엄을 구성하여 추진하고 있다. 본 사업의 내용은 섬진강 댐-하천 유역에 대하여 고정밀도 3D 공간정보화, 실시간 물관리 데이터 연계, 홍수 분석 시뮬레이션, AI 댐 운영 최적화, AI 사면 정보 생성, 하천 제방 안전성 평가, AI 지능형 CCTV 영상분석, 간이 침수피해 예측, 드론 제약사항 조사 체계 개발을 포함하고 있다. 물관리 데이터와 하천 시설정보를 트윈 플랫폼 상에서 위치기반으로 시각화 표출하기 위해서는 유역의 공간정보를 3차원으로 구축하는 과정이 필수적이다. 따라서 GIS 기반의 섬진강 하천 중심 공간정보 구축을 위해 유역의 국가 정사영상과 5m 수치표고모형(DEM)은 최신성과를 협조 받아 적용하였으며, 홍수 분석을 위한 하천 중심 공간정보는 신규 헬기에 LiDAR 매핑을 수행하여 0.5m 급 DEM을 신규 구축하였다. 또한 하천 시설물 중 섬진강댐과 79개 주요 하천 횡단 교량과 3개 보 시설을 지상기준점 측량과 드론 매핑, 패턴 방식의 경량화 작업을 통해 트윈에 탑재할 수 있는 시설물 3D 객체 모델을 제작하였다. 홍수 분석을 위해서는 섬진강 유역에 대해 K-Drum, K-River, K-Flood 모델을 구축하였으며, AI 하천 수위 예측 학습 모델을 개발하였다. 섬진강 디지털 트윈 유역 물관리 플랫폼을 통해 데이터 기반의 똑똑한 물관리를 구현하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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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.