• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.340-340
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• 2023

최근 전 세계가 극단적 집중호우로 인한 대규모 홍수로 인해 극심한 몸살을 앓고 있다. 특히, 설계빈도를 초과하는 강우로 인해 도시지역에서 발생하는 도시침수는 그 특성상 막대한 인명과 재산상의 피해를 유발하므로 이를 사전에 예방하고 피해를 줄이기 위한 노력이 매우 시급한 실정이다. 도시유역 침수 해석을 위한 수치모의는 대상 유역의 현재 대비 상황을 판단할 수 있을 뿐만 아니라 하수관로 증설 효과 파악, 빗물저류조의 침수저감 효과 분석, 빗물배수펌프장의 적정용량 파악 등에 매우 효율적이다. 정확도 높은 도시침수 해석을 위해서는 고해상도 DEM 또는 DSM 지형자료뿐만 아니라 토지이용도 및 지하에 매설되어 있는 하수관망(하수관로, 맨홀, 배수펌프장 등) 자료의 활용이 필수적이다. 그러나 저개발 국가나 미계측유역의 경우에는 신뢰도 높은 하수관망 자료를 얻기가 매우 어려울 뿐만 아니라 해당 자료가 존재하지 않는 경우도 빈번해 도시침수 해석이 곤란한 경우가 다수 발생한다. 따라서 본 연구에서는 GIS 형태로 제공되는 Open Street Map(OSM)의 도로망 정보를 이용해 가상의 하수관망을 생성하는 방법론을 제시하고 서울시 사당유역을 미계측유역으로 가정해 가상의 하수관망을 생성해 그 적용성을 평가하였다. 본 연구에서 제시된 결과는 하수관망 자료의 획득이 곤란한 지역의 도시침수 예측이나 효과적인 하수관망 설계에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.54-54
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• 2017

본 연구에서는 배수분구를 기준으로 서울특별시의 총 239개 지역 배수관망의 네트워크 특성을 깁스모형(Gibbs' model)을 이용하여 분석하였다. 깁스모형은 추계학적 하천망 모형으로 배수관망 네트워크의 특성을 검토하는데 사용된다. 또한 추계학적 모형이므로 같은 특성을 가지는 배수관망의 모의에도 이용된다. 분석결과 배수분구를 기준으로 서울시 총 239개 중 배수관망이 미 발단된 2개 지역을 제외한 237개를 값에 따라 총 8단계로 구분하여 분석하였다. ${\beta}$값이 $10^{-4}{\sim}10^{-1}$으로 비교적 비효율적인 배수관망은 전체 배수관망의 약 68%를 차지하는 것으로 나타났고, ${\beta}$값이 $10^0{\sim}10^3$으로 비교적 효율적인 배수관망은 전체 배수관망의 약 32%를 차지하는 것으로 나타났다. 따라서 서울시의 배수관망 특성은 비효율적인 관망이 지배적인 것으로 나타났다. 2010년과 2011년의 침수 흔적도와 ${\beta}$ 값의 상관분석을 수행한 결과 비효율적인 네트워크 특성을 가진 유역보다 상대적으로 효율적인 네트워크 특성을 가진 유역이 침수가 발생할 확률이 높다는 것을 밝혀냈다. 이러한 결과는 지속가능한 도시지역 배수관망 설계에 도움을 주고, 방재 관련 사업수립 및 침수원인 분석을 위한 연구에 기여할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.183-183
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• 2018

최근 국지성 호우와 홍수, 그리고 극심한 가뭄과 같은 기후변화로 인한 극치수문현상이 빈번하게 관측되고 있다. 이는 과거와는 다른 양상의 강우사상으로 광화문(2010), 강남역(2010), 청계천(2010), 청주(2017), 부산(2017) 등 주요 도심지역에 내수침수로 인한 막대한 인명, 재산 피해를 발생시켰으며, 피해의 빈도와 강도가 증가되고 있는 추세이다. 특히 기후변화에 따른 강우강도의 증가는 설계홍수량의 변화를 초래하며, 그로 인해 홍수 위험도 증가와 치수안전도 감소 등 수공구조물의 설계기준에 불확실성을 증가시키는 원인이 되고 있다. 최근 국내에서도 기후변화에 따른 수공시설물 설계빈도 상향에 대한 필요성이 대두되고 있으나 기후변화의 불확실성 및 기후시나리오의 한계로 인해 정량적 분석결과가 제시되지 않아 정책 수립에 반영하기 현실적으로 어려운 상황이다. 본 연구에서는 기후변화에 따른 홍수특성에 대한 도시유역의 영향을 평가하기 위하여 서울 효자배수분구를 대상유역으로 선정하고, 과거관측자료 기준 S0 대비 상세화 기법(Downscaling) 및 편의보정(Bias Correlation)으로 생성된 RCP 4.5 기후시나리오 HadGEM3-RA(RCM)모델을 통해 생산된 S1, S2, S3 기간의 확률강우량의 변화를 평가하였다. 이때 확률분포형은 Gumbel, 매개변수 추정은 최우도법(ML)을 사용하였고, 도시유출모형을 이용하여 최대첨두홍수량 및 침수면적 산정하고 기후변화 기간별 변동성을 분석하였다. 평가 결과 대부분의 도시배수시설물의 설계빈도인 10년빈도를 3사분위값을 기준으로 할 때 50년과 70년 이상의 미래를 가정할 경우 각각 약 10%, 20%의 확률 홍수량이 증가가 예상되었다. 이러한 결과 현재 구축되어 있는 배수시스템의 설계빈도를 크게 상회하는 값으로 도시배수시스템에 많은 어려움을 줄 것으로 예상되며, 정량적 평가 결과가 기후변화 적응 대책 신규 시설물 설계시 참고할 수 있는 기초자료로 활용될 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.603-607
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• 2008

최근 이상기후현상으로 인한 가뭄과 홍수의 빈번한 발생으로 인해 인명 및 재산피해가 증대되고 있다. 특히 도시지역에서의 홍수 피해가 심각한 상황이다. 도시지역에서는 불투수 면적의 증가로 우수 유출량의 대부분을 배수관망에 의존하고 있다. 그럼에도 불구하고 현재 배수관거에 대한 관리는 미흡한 실정으로 노후되거나 부실한 배수관을 통해 토양으로 누수되거나, 관로 내에 누적된 퇴적물로 인한 관경의 축소 등으로 인해 우수가 원활하게 배제되지 못하고 지체되면서 인근지역의 침수피해를 증가시키고 있다. 이러한 피해를 경감시키기 위해서 지속적이고 신뢰성 있는 배수관 내 유황자료의 획득이 시급한 상황이다. 그러나 현재 수집되고 있는 도시지역의 배수 자료는 하천유황자료에 편중되어있으며, 배수관망 자료는 배수관망 내 유황자료의 획득이 어렵고, 배수관망 내에서 흐름의 경로 파악이 불가능 하다는 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서는 도시 배수관망에 대한 지리정보시스템의 자료와 ubiquitous floater로부터 획득한 유황자료를 결합하여 도시 배수 관리 시스템을 구축하는 것에 목적을 두었다. 도시 배수 관리 시스템에서는 bluetooth 무선통신 기술을 이용한 ubiquitous floater를 사용하여 배수관망 내의 유속과 흐름 경로를 측정하고, 측정된 실시간 수문자료는 CDMA 무선통신모듈을 이용하여 server 컴퓨터에 전송된다. 수집된 자료는 대상유역의 지리정보시스템의 자료와 결합하여 도시 배수 관리 시스템으로 구축된다. 도시 배수 관리 시스템은 관리자가 배수관의 특성을 파악하고 문제발생시 신속하게 조치할 수 있게 도움을 줄 수 있으며, 전문적인 지식이 없는 누구나(whoever), 언제(whenever), 어디서(wherever)든 PC 앞에서 원거리에 위치한 도시 배수관망 내의 흐름 경로를 파악하고 관망 내 흐름의 현황을 파악할 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.715-719
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• 2005

현재 우리나라는 1970년대 이후 급속한 경제성장으로 인하여 산업화 및 도시화 현상이 심화되고 있는 실정이며, 이러한 과정에서 불투수층의 증가로 인하여 첨두유출량의 증가, 자연유역에서 도시유역으로 변하면서 유역내 도달시간의 감소 등의 수문학적 특성이 변화로 예기치 못한 홍수로 인하여 피해가 발생하고 있다. 다라서 첨두유출량이 관망으로 전달되는 과정에서 관에 발생하는 부하의 증가로 인하여 내수침수 피해를 입게 되는데, 도시 유역에서의 인구 증가 및 산업활동에 따른 도시 개발로 인한 불투수면적의 증가로 우수유출량이 커지고 있으며, 저지대의 활용이 증대됨에 따라 내수 피해는 더욱 증가되고 있는 실정이다. 이러한 도시 유역의 재배 저감 대책 수립을 위해서는 먼저 실측자료와 도시유출 모형에서 산정된 첨두유출량과의 비교$\cdot$분석하여 최적의 모형을 채택하여야 한다. 또한 채택된 모형으로 적절한 설계 강우량이 선정되어야 하고, 그에 따른 유출량을 정확히 산정하여야 하나, 설계 강우량 산정을 위한 강우의 지속시간의 결정에 대해서 일반적인 기준이 확립되지 못하고 있는 실정이기에 재해 저감 대책 수립에 많은 어려움이 따르고 있다. 이에 본 연구에서는 실측 강우량, 첨두유출량 및 유출총량과 도시지역의 유출량 산정에 사용되어지는 ILLUDAS, SWMM 모형에 모의치와의 비교 연구를 통해 최적의 도시유출모형을 제시하고자 한다. 따라서 실측자료가 있는 서울시 장안$\cdot$뚝섬배수구역의 실측 강우와 펌프장에서 조사된 실측 유량과 ILLUD AS, SWMM 모형에 의해 산정된 유량과의 비교 분석 결과 SWMM 모형에 의한 첨두유량이 실측 첨두유출량과의 오차율에서 장안배수구역은 $21.1\%$, 뚝섬배수구역은 $4.3\%$로 가장 근접한 결과를 나타내었으며, 총 유출량에서도 각각 $7.8\%,\;13.2\%$의 오차율을 가지는 것으로 분석되어 타 모형에 비해 실유량과의 차가 가장 적은 것으로 모의되었다. 향후 도시유출을 모의하는 데 가장 근사한 유출량을 산정할 수 있는 근거가 될 것이며, 도시재해 저감대책을 수립하는데 기여할 수 있을 것이라 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.284-284
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• 2022

최근 세계적으로 급변하는 기후는 연 강수량이 여름에 집중되는 한국 강우 특성에 큰 영향을 미치고 있다. 특히 도시화된 대도시의 배수 시설 능력 부족은 돌발 강우, 국지성 집중 호우로 인한 침수 피해를 야기한다. 미국, 유럽, 일본 등의 선진국의 경우 대심도 저류배수터널을 설치하여 운영하고 있으며, 이에 대한 시설운영기준 및 매뉴얼 개발 등에 관한 연구가 활발히 이루어져 왔다. 그러나 국내에는 이와 같은 시설물에 대한 운영사례가 없고, 시설물 내 복잡한 수리 현상에 대한 수리모형 실험도 부족한 실정이다. 따라서 본 연구는 서울시 강서·양천 일대에 설치된 대심도 터널인 신월 빗물저류배수시설을 대상으로 선정하였으며, 안정적인 운영계획 수립을 위한 최적운영기준을 개발하고자 한다. 본 연구는 도시유역 강우유출모의에 적합한 XP-SWMM 모형을 활용하여 강우조건에 따라 달라지는 수직구별 유입유량, 도달시간 등의 유출특성을 반영하고 수문개방시간을 고려한 시설물 운영기준을 산정하였다. 본 연구의 결과는 도시유역 홍수예방을 위한 빗물저류배수시설의 안정적인 운영계획 수립 및 시설물 운영 매뉴얼 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.1337-1341
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• 2007

최근의 이상기후 등에 의해 도시유역에서의 강우가 증가하게 되면, 홍수유출량의 증가를 야기하고 이로 인하여 하천이 월류하거나 제방이 붕괴되고, 배수시스템을 통한 배수가 불량하게 되어 침수피해가 발생하게 된다. 도시지역 홍수피해는 주거지역으로 확장되어 주택을 파손시키고 경우에 따라서는 인명손실을 일으키기도 한다. 특히 도시지역에서는 인구와 각종 시설들이 집중되어 있기 때문에 일단 침수가 발생하게 되면 막대한 피해가 발생한다. 이러한 도시홍수 피해를 줄이기 위해서, 홍수 범람에 대한 예측이 반드시 필요하다. 본 연구에서는 Link와 Node로 구성된 개개의 요소가 해당지점을 대표하도록 구성되는 비정형 격자기반의 침수해석 모형을 개발하였고, 비정형 격자기반 침수해석모형의 적용성을 검증하기 위해 일방향 경사유역 및 DEM기반 침수해석 모형과 비교하였다. DEM기반 침수해석 모형과의 비교를 위해 SWMM 모형을 이용하여 배수시스템에서 월류되는 유량을 산정하였고, 월류된 유량이 전파되어 가는 과정을 해석하기 위하여 먼저 흐름을 수로형과 위어형 흐름으로 구분하였다. 다음으로 내부의 위상관계를 분석하여 각 Link와 Node에 고유번호를 지정하고 각 Link에 연결된 Node번호들을 지정하여 침수해석을 실시하였다. DEM기반 침수해석 모형과 비정형 격자기반 침수해석 모형을 적용한 침수해석 결과에 대하여 GIS Tool을 이용하여 대상유역에 대한 입력자료를 구축하고, 모의 결과를 도시함으로써 두 침수해석 모형의 비교 및 분석을 실시하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.340-344
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• 2008

최근의 급속한 도시화로 인한 불투수면적의 증가는 첨두유량의 증가, 홍수도달시간의 단축을 야기해 도시유역의 홍수 피해를 증가시키고 있다. 특히 하천 홍수위 상승에 의한 외수피해와 순간적인 집중호우에 의해 도로 노면수의 배수불량에서 기인하는 내수피해가 겹치는 경우 도시유역의 홍수피해는 더욱 가중된다. 이러한 도시홍수의 피해를 방지하기 위해서는 구조적 또는 비구조적인 대책수립이 필요하다. 구조적 대책의 경우 효과적이나 예산과 공기 등의 문제가 있으며, 중추적인 해결책이 되지 않으므로 도시홍수예보 시스템의 개발이 필요하다. 일반적으로 홍수예보에는 유출해석모형이 활용되고 있다. 유출해석모형 중 SWMM 모형은 맨홀 및 우수관망의 고려가 가능하여 하천과 우수관로가 연계된 도시 유출특성의 모의가 가능하여 도시홍수예보에 적합한 모형이다. 그러나 SWMM은 소배수유역의 분할 및 계산시간의 제약으로 대체적으로 유역면적이 $100km^2$ 내에 적용되는 한계를 가지고 있다. 따라서 본류 및 지류하천과 우수관로가 연계되는 $100km^2$ 이상인 도시유역의 홍수예보를 위해서는 우수관망 해석 및 하천흐름해석의 연계가 필요하다. 본 연구에서는 중규모 유역의 도시홍수예보를 위해 SWMM과 HEC-RAS 모형을 연계하는 방안을 제시하였다. 중랑천 유역을 대상으로 SWMM 모형을 이용하여 소유역의 지표 및 관망유출과 지류하천의 유출 분석을 수행하였고, 중랑천 본 류구간에 대해서는 HEC-RAS 모형을 구축하여 하천의 부정류 해석을 수행하였다. 또한, SWMM으로 계산된 배수구역별 유출해석 결과를 HEC-RAS의 지류유입량으로 활용하여 본류의 지류유입 영향을 고려하도록 하였으며, 원할한 연계를 위해 SWMM과 HEC-RAS를 연계한 시스템을 구축하였다. 결과적으로 SWMM과 HEC-RAS를 연계시스템 통한 모의유량이 관측유량과 유사한 결과를 보였으며, 도시홍수예보를 위한 SWMM과 HEC-RAS의 연계는 복잡한 도시유역의 홍수관리에 활용성이 클 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.759-763
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• 2010

본 연구는 격자기반의 지표면 유출 및 도시 유역 우수관거 유출해석모형으로서 유역을 관거 유입구를 기준으로 다수의 소유역들로 구분하고 각 소유역내 지표면 흐름을 비선형저류방정식으로 표현하여 유출량을 산정하는 방법 및 유역을 일정한 크기의 격자로 분할한 상태에서 각 격자의 유입 유출을 계산함으로써 주어진 시간 간격별로 유역 전체에 대한 물수지를 파악하는 격자 물수지식을 이용하는 방법을 결합하여 도시유역의 지표면 유출량을 산정하기 위한 격자기반의 분포형 지표면 유출해석 모형을 개발하는 것을 연구의 목적으로 하였다. 즉, 본 연구에서 개발한 유출모형은 지표면 유출의 메카니즘을 비선형저류방정식으로 표현한다는 점에서 SWMM의 방법을, 격자기반으로 유출량을 계산 추적한다는 것이다. 또한 도시지역의 침수형태 및 원인을 파악함과 동시에 기존의 도시유출 해석모형을 일부 수정 및 보완하여 집중호우발생시의 지표이동류 흐름, 폐합형 우수관거, 하류부의 배수영향 등을 고려한 우수관거 유출모델을 개발하였다. 본 모형을 이용하여 가상 및 실제 유역에 대한 유출모의를 수행함으로써 모형의 적용성을 평가하였다. 본 연구에서 제시하는 격자기반 도시유출해석모형은 대상유역을 일정한 크기의 격자로 구성하고 개개의 격자마다 유출해석을 위한 지형정보와 수문정보를 입력하여 격자별 유출량을 계산 추적함으로써 유역의 임의의 위치에서의 유출량, 유출심의 시간적 변화와 공간적인 분포를 모의할 수 있다. 가상 및 실제 유역에 대한 유출해석을 통하여 본 연구에서 개발한 모형은 이동강우나 국지적인 집중호우 등 시공간적으로 변하는 수문 특성을 반영할 수 있고, 폐합형 우수관망 해석 및 하류부 배수효과를 검토하여 도시유역의 홍수방재관리에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.1007-1011
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• 2009

도시지역에 있어서 홍수피해의 직접적인 원인으로는 외수의 범람에 의한 침수와 내수 배제 불량에 의한 침수피해로 구분할 수 있는데 최근 도시지역에 발생하는 홍수피해의 대부분은 외수의 직접 범람에 의한 피해보다는 각종 수리구조물의 배제능력 부족이나 방류지점에서의 배수위의 영향으로 인한 내수의 배제 불량에 기인한 피해가 증가하는 추세이다. 또한 최근 도시지역에 홍수피해를 유발하고 있는 강우의 특징은 단시간에 많은 강우가 집중하여 발생하는 국지성 집중호우로 단시간 내에 수공구조물의 기능을 마비시킴으로써 침수피해를 가중시키는 경향이 있으므로 배수시설 설계 시 이러한 강우의 특성과 도시유출 특성에 대한 고려가 요구되며 중요 시설물에 대해서는 설계빈도의 상향조정이 필요하다. 본 연구에서는 기존 도시유역에 적용되고 있는 강우-유출모형의 기본이론의 장 단점을 검토하여 본 연구의 목적과 용도에 가장 적합하다고 판단되는 SWMM 모형을 선정하여 적용하였다. 대구 서구 비산 7동 배수구역의 유출모의를 실시한바, 향후 경제적 편익을 고려하고, 정확한 실측 유량자료 값을 산정, 관거 내 유속을 방해하는 토사 등 보다 정확한 관거자료, 모의에 사용하는 각종 매개 변수값의 정확도를 높인다면 인위적인 배수계통을 가지는 도시유역에서의 각종 풍수해에 피해를 최소화 할 수 있는 보다 합리적인 방재대책 수립에 큰 도움을 줄 것으로 판단된다.