• 한국수자원학회논문집
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• 제50권12호
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• pp.877-887
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• 2017

도시유역의 중 하류부에 주로 설치되는 4방향 합류맨홀에서 과부하 흐름에 의한 에너지 손실은 도심지 침수피해를 가중시키는 주요 원인이다. 과부하 4방향 합류맨홀에는 유입관의 유입조건에 따라 흐름 양상이 크게 변화되며, 중간맨홀 뿐만 아니라 3방향(T형) 합류맨홀의 흐름조건을 구성한다. 그러므로 유입관의 유입유량 변화에 따른 과부하 4방향 합류맨홀의 에너지 손실 변화 분석 및 손실계수 산정이 필요하다. 본 연구에서는 하수도시설기준을 준용하여 맨홀직경 및 관경을 1/5로 축소 한 수리실험 장치를 제작하였다. 과부하 사각형 4방향 합류맨홀에서 유입관의 유입유량비 변화에 따른 손실계수를 산정하기 위하여 유입관(주 유입관 및 양측면 유입관)의 유입유량비를 10% 간격으로 변화시켜 다양한 유량조건(40 case)을 선정하였다. 실험 결과 중간맨홀에서 0.40의 가장 낮은 손실계수가, $90^{\circ}$ 접합맨홀에서 1.58의 가장 높은 손실계수가 산정되었다. 또한 합류맨홀(T형, 4방향)의 경우 측면 유입유량이 한쪽으로 편향될수록 보다 큰 손실계수를 나타냈다. 유입관의 유입유량 조건 변화에 따른 손실계수를 산정하여 손실계수 범위도를 작도하였으며, 과부하 사각형 4방향 합류맨홀에서 모든 흐름조건을 고려할 수 있는 손실계수 산정식을 제시하였다. 제시된 산정식은 유입관의 유입유량이 변화하는 배수시스템의 설계 및 검증에 적용이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제15권1호
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• pp.506-514
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• 2014

최근 국내에서 도심지 홍수로 인한 피해 발생이 증가하면서 차집된 다량의 강우를 일시에 배출할 수 있는 와류 유입구에 대한 관심이 증가하고 있다. 이 중 접선식 유입구는 구조가 단순하고 크기가 작아 적용성이 높으나 설계 유량보다 작은 유량에 대해서 와류가 형성되지 못하는 단점이 있다. 본 연구에서는 이를 보완하여 새롭게 제안된 2가지 종류의 복단면형 접선식 와류 유입구의 수리 특성을 3차원 수치모의를 통해서 분석하였다. 기존에 제시된 한계수심 이론과 자유 배수 조건 이론을 이용하여 복단면 형상의 접선식 와류 유입구의 특성을 흐름 상태, 수면형, 수심-유량 관계, 공기 기둥 면적비 측면에서 분석하였다. 종합적인 수리 특성 분석 결과 완경사형 복단면 접선식 유입구가 최적안으로 판단되나 설계 유량이 작은 경우에는 급경사형 복단면도 가용한 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.387-387
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• 2015

최근 기후변화에 따른 국지성 집중호우 및 돌발홍수 증가로 도심지역에 많은 침수 피해가 발생하고 있다. 본 연구는 이러한 내외수에 영향을 받는 도시 중소하천의 침수 저감을 위하여 침수 예측모형에 적용 가능한 수리학적 계산모형을 개발하는 것이다. 일반적으로 자연하천은 수지형 수계가 대부분이며, 도시 우수관로와 관계배수 시스템 등은 폐합형 수계에 포함되어 수지형 계산모형으로는 도시 중소하천의 유출 모의를 할 수 없다. 폐합형 수계의 계산모형은 수지형에 비해 복잡하지만, 적용대상 수계가 폐합형이 아닌 경우에도 합류점의 유입량을 처리하기가 편리하고, 역방향의 월류 흐름이 존재하는 감조하천에서의 월류 흐름 모의가 가능한 장점을 갖고 있어 도시 내배수 시스템은 물론 자연하천에도 적용 할 수 있다. 본 모형은 절점, 수로 및 계산점으로 구성되는데 동력학적 방법인 1차원 Saint-Venant의 연속 방정식과 운동량 방정식에 수치해법을 이용하여 구하고자 하는 시간과 지점의 수위와 유량을 계산할 수 있게 구성하였다. 수치해법으로는 가장 보편적으로 사용되는 유한차분법 중 안정성과 정확성이 우수한 것으로 평가된 Preissmann의 4점 음해법으로 차분방정식에 Newton-Raphson 방법을 사용하여 유량과 수위 보정치에 Double Sweep 알고리즘을 적용하였다. 유한차분법은 안정성 문제를 수반할 수 있기에 시간 증분이 작을수록 Courant 조건을 만족할 수 있다. 모형 비교 검증을 위하여 동력학적 방법을 적용한 대표적인 폐합형 수계모형인 EPA SWMM을 지원하는 CHI사의 PC-SWMM 프로그램을 이용하여 가상의 폐합 수계를 구축하였다. 일반적으로 상류지점의 경계조건은 하류로 추적될 입력 자료로써, 상류지점과 합류지점은 유입되는 유량값을 그리고 하류지점은 유출되는 수위값을 경계조건으로 입력하였다. 운동량방정식의 에너지 경사와 마찰경사 항에 포함된 조도계수는 변화량에 중요한 물리적 요소이지만, 고정 상수값인 0.03을 적용하여 검증에 용의하도록 하였다. 구축된 모형과 PC-SWWM을 통해 산출된 계산점별 수위와 유량에 RMS 오차를 비교한 결과 만족할만한 결과를 얻을 수 있었다. 따라서 향후 내외수를 연계에 침수예측모형에 적용 가능할 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.344-344
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• 2022

최근 기후변화에 따른 집중호우, 태풍의 규모 및 빈도가 증가하고 있다. 도시지역은 전통적인 배수체계가 한계에 도달함에 따라 기후변화에 대한 취약성이 다른 지역에 비하여 더욱 크게 나타나 기후변화에 효과적으로 적응하기 위한 방안으로 도심녹지, 빗물정원, 투수포장 등 그린인프라 확충의 중요성이 부각되고 있다. 본 연구에서는 도시하천 유역 내 그린인프라 확충에 따른 강우유출특성의 변화를 살펴보고자 하였다. 그린인프라의 확충은 불투수층을 투수층으로 변화시켜 물순환 건전화에 기여한다. 본 연구에서는 부산의 대표적인 도시하천 유역인 온천천유역을 대상으로 강우유출모형인 HSPF를 적용하여 유역 내 투수층 증가에 따른 유출특성의 변화를 살펴보았다. 온천천 유역을 세 개의 소유역(온천천 상류, 세병교, 온천천 하류)으로 구분하고 현재 상황(불투수면적비 각각 90.98, 92.96, 94.25%)에서 불투수면적을 10%씩 감소시켜가며 유역 내 지표유출량, 침투량의 변화를 살펴보았으며, 온천천 유량(갈수량, 저수량, 평수량, 풍수량, 홍수량)의 변화를 분석하였다. 분석 결과 유역 내 불투수면적 감소에 따라 강수의 침투가 증가하고 이에 따른 지표유출이 감소함을 확인할 수 있었다. 유역 내 불투수층이 감소함에 따라 지표유출량은 최대 32%까지 감소하고 침투량은 최대 71%까지 증가하는 것으로 나타났다. 또한 온천천의 갈수량, 저수량, 평수량, 풍수량은 증가하는 반면, 홍수 시의 유량을 의미하는 홍수량은 최대 15% 이상 감소하는 것을 알 수 있었다. 이는 유역 내 불투수층의 감소를 통해 평상시에는 추가적인 하천유량 확보가 가능하며, 홍수 시에는 반대로 홍수량을 저감시킴으로써 이에 따른 피해를 줄일 수 있음을 의미한다. 본 연구를 통해 그린인프라가 하천유량 확보 및 홍수량 저감을 통해 유역의 물순환 건전화에 긍정적인 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 따라서 효과적인 기후변화 적응을 위해 도시하천 유역의 그린인프라 확충을 위한 노력을 기울일 필요가 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.356-360
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• 2007

최근 급속한 도시화로 인한 유역내 불투수 면적의 증가는 자연유역에 비해 짧은 도달시간과 높은 첨두홍수량을 유발하여 도시홍수 피해의 원인이 되고 있다. 이러한 도시지역 하천에서의 홍수량산정은 강우-유출관계를 근간으로 하는 HEC-HMS 모형 등을 주로 활용하고 있으며, 산정된 홍수량을 토대로 각종 치수대책을 수립하여 왔다. 그러나 도시지역내의 배수체계는 하천과 연결된 우수관로를 통해 이루어지도록 구성되어 있음에도 불구하고, 우수관로 시스템의 능력평가를 하천의 홍수량과는 별개로 평가하고 있다. 즉, 하천이 외수위에 대한 영향을 고려하지 않고 배수체계의 통수능력을 평가하여 배수능이 부족한 관거를 찾는 것으로 매우 근사적이고 비합리적인 대안을 제시하고 있는 실정이다. 따라서, 본연구에서는 도시하천의 홍수량 산정에 있어 우수관로를 통한 배수체계를 고려한 도심지의 홍수량을 산정하기위하여 도시하천의 비시가지역의 홍수량은 HEC-HMS모형으로 산정하여 XP-SWMM모형의 상류경계조건으로 두고 도심지의 모든 우수관로를 하천에 연결하여 홍수량을 산정하는 방법을 제시하였으며, 대상유역은 대전광역시를 관류하는 갑천에 대하여 적용하였으며, 갑천하구에 위치한 회덕수위표의 실측유량과의 비교를 통해 그 신뢰성을 평가하였다. 본 연구의 결과는 도시홍수예방과 침수범람도 작성 등의 도시침수해석 및 치수대책수립에 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.334-334
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• 2023

도시침수는 사회 기반시설에 파괴적인 영향을 끼치고, 재산 및 인명 피해의 원인이 되므로, 고해상도 고정확도 예측 정보를 활용한 선제적 대응이 중요하다. 하지만, 기후변화로 인한 강수 강도의 증가, 도시의 확장 및 고밀화 등 토지피복 변화, 홍수방어시설의 노후화 등 여러 요인들의 복합적인 영향으로 인해 도시침수의 정확한 재현 및 예측은 여전히 난제로 남아 있다. 천수 방정식(Shallow Water Equations)을 기반으로 하는 물리과정 모형은 신뢰도 높은 예측 결과를 제공할 수 있지만, Courant-Friedrichs-Lewy 조건 등의 제약으로 인해 대규모 도시 지역의 고해상도 실시간 예측에는 적합하지 않은 한계가 있다. 본 연구에서는 상대적으로 간단한 연산 규칙의 중첩을 통해 복잡계 물리 시스템을 모의하는 셀룰러 오토마타(Cellular Automata; CA) 기술에 기반한 도시침수 해석 모형인 CA-Urban을 개발하고, 미국 Oregon 주 북서쪽에 위치한 Portland시의 도심지역에 대해 침수해석의 적용성을 평가한다. 세부적으로는, 기존 셀룰러 오토마타 기반 침수해석알고리즘의 수치 진동(Oscillation) 문제에 대한 원인을 분석하고, 안정성 향상 방법인 셀 간 최대유량 제한, 가중치 적용 기법, 모형의 계산 효율성 향상을 위한 최적 적응 시간 단계 기법(Adaptive time step)의 적용 결과를 소개한다. 또한, 침투 및 증발산 등 물순환 요소 해석 모듈의 개발 성과 및 방향에 대해서 토의한다.

• 농업과학연구
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• 제36권1호
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• pp.99-109
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• 2009

논산시의 논산천 도심구간의 하천유지유량을 확보하기 위해 상류의 계룡지, 경천지, 대둔지와 탑정지 등을 증고하여 저수량을 확보하는 시나리오별로 상류의 저수지 군을 직렬, 병렬 연계 운영을 고려하여 논산 지점의 유량을 1966년부터 2007년까지 일별로 모의하여 유황을 분석하고 유지유량의 증가 효과를 분석한 결과는 다음과 같다. 첫째, 유역 내 하천유량의 관측자료가 없어 유입량을 DAWAST 모형에 의하고 관개용수를 공급할 때 탑정지의 저수량 변화를 모의하여 관측-모의의 저수량 오차를 목적함수로 함으로써 모형 매개변수를 구해 적용한 결과 Nash-Schcliffe 모형효율은 0.661, 관측-모의 저수량의 등가선의 결정계수는 0.666로 되는 모형의 검증을 거쳐 저수지 유입량, 하천유량 모의에 사용하였다. 둘째, 계룡지 2 m, 5 m, 대둔지 5 m, 탑정지 1 m 등을 증고하는 시나리오를 설정하였고, 상류 저수지에 의한 저수량 확보 시나리오별로 단일 및 연계 저수지 운영을 모의한 결과 하천유지유량을 연평균 최대 59.85백만 $m^3$까지 공급할 수 있는 것으로 분석되었다. 셋째, 논산 지점의 하천 유황은 갈수량 기준으로 저수지를 증고하지 않은 현재 상태는 $1.086m^3/s$이었으나 대둔지가 준공되면 $1.809m^3/s$로 증가되고, 계룡지를 2 m, 5 m로 증고하면 각각 $1.841m^3/s$, $1.862m^3/s$로 증가되고, 추가로 탑정지를 1 m 증고하면 각각 $1.978m^3/s$, $2.011m^3/s$로 증가되고, 추가로 대둔지를 5 m 증고하면 각각 $2.183m^3/s$, $2.218m^3/s$ 증가되는 것으로 분석되었다. 요약하면 계룡지를 2 m, 대둔지를 5 m, 탑정지를 1 m 각각 증고하여 17.132백만 $m^3$의 저수량을 추가로 확보함으로써 논산 지점의 하천유지유량을 현재의 2배 정도로 증가시킬 수 있다는 결과를 얻었다.

• 한국습지학회지
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• 제23권1호
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• pp.1-6
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• 2021

부산지역의 연평균 강우량은 지속적으로 증가하고 있으며 부산광역시 소재 온천천의 경우는 자주 상습침수가 발생하였다. 온천천의 지형적 특징으로 중·하류부는 비교적 평탄하며 도심지가 발달하였다. 따라서 이상호우 시 하천 범람이 잦고 침수피해가 크기 때문에 이상호우 시 온천천의 유량을 효과적으로 배제할 방법이 필요하다. 본 연구에서는 온천천의 홍수저감 대책으로 동쪽에 위치한 회동저수지로 지하수로를 구축하였으며 EPA-SWMM으로 모의 분석하였다. 유역구성 시 필요한 정보들은 GIS를 활용하였다. 수영강 중류부에 회동저수지가 있으며 댐이 설치되어있다. 지하수로를 구축하여 온천천의 침수저감률을 분석하였으며 지하수로를 통한 온천천의 유량이 회동저수지로 넘어갔을 시 수영강에 미치는 영향도 분석하였다. 본 연구에서 설정한 침수위험지점에 대한 침수저감률은 지하수로를 설치하였을 때 평균적으로 24.64%가 저감되는 것으로 분석 되었으며 수영강으로 유량 배제 시 수영강에는 평균적으로 1% 유입량이 늘어났기 때문에 밀집한 도심지의 경우에 시민의 생명과 재산을 상당히 보호할 수 있을 것으로 판단되고 본 연구에서 제안하는 지하수로의 효용성이 있다고 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.242-242
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• 2020

도시화와 산업화에 따른 유출환경의 변화로 인해 도심지에서 발생하는 대부분의 유출은 도로표면을 따라 이동하고 도로변에 설치된 빗물받이에 의해 배수된다. 이 때 빗물이 원활하게 배수되지 않아 노면수가 정체되고, 이 노면수가 인근 주택지로 유입되어 침수 피해가 발생한다. 이러한 현상은 유출량이 집중되는 도심지 저지대에서 주로 발생하며 설계 한도를 초과하지 않는 정상적인 강우 조건에서도 빈번히 나타나고 있다. 이는 최근의 기후 변화로 인한 집중 호우 등을 고려하여 설계 기준이 지속적으로 조정되어야 함과 동시에 도로 노면수의 배수 능력 평가를 위한 실제적인 연구가 이루어져야 한다는 필요성을 나타내고 있다. 특히 도로 빗물받이의 효율은 주로 종경사 및 횡경사 등의 도로 조건, 표면 유출 우수량, 빗물받이의 형상 등에 의존한다. 그러므로 상향된 설계빈도 및 도로 조건을 고려한 도로 표면 유출에 대한 흐름 분석과 빗물받이 특성을 고려한 실증연구의 분석 및 설계 해석 알고리즘의 개발이 시급한 실정이다. 본 연구에서는 도로 노면수의 배수 능력 증대를 위해 연속 설치된 빗물받이 조건 및 도로 경사조건을 고려하여 도로 배수시설의 표면 유출 모델 설계 알고리즘을 개발하였다. 표면 유출 유량은 도로의 차선(2~4차선), 경사(종경사 2~10% 및 횡경사 2~10%) 및 설계빈도(최대 30년)를 고려하였으며 유량이 노면 진행방향을 따라 연속적으로 증가하는 부등류 흐름 해석 방법을 채택하였다. 또한, 빗물받이 설치간격(L)과 도로의 폭(W)의 곱으로 계산되는 단순 직사각형 형태의 노면 형상이 아닌 도로 종경사 및 횡경사에 따른 유달거리를 산정하여 평행사변형 형태의 노면 형상을 계산하고 이에 따른 면적(A), 도달시간(tc) 및 강우강도(I)를 산정하였다. 이와 같은 1차원 흐름분석을 통해 도로 표면흐름 및 빗물받이 설치 간격을 제시하고 기존의 제시된 빗물받이 설치 간격과 비교하여 본 연구에서 제시한 설계 알고리즘을 검증하였다. 또한, 수리 실험을 통해 측정된 빗물받이 차집효율을 이용하여 연속 구간에서의 도로 표면 유출 모델의 적용성을 제시하였다. 이는 빗물받이 유입구를 통해 모든 유량이 유출된다고 가정하고 단독 구간에서의 수리분석 결과만을 고려하여 이를 확장시켜 개발된 기존의 도로 표면 유출 모델을 보완할 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구에서 제시하고 있는 설계 알고리즘을 적용한다면 도로 전체 구간에서의 흐름 변화 분석과 배수효율의 정량적인 분석이 가능하므로 향후 도로 표면 침수 피해 저감 및 배수능력 증대를 위한 실증적이고 정량적인 분석 방법이 될 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.1894-1897
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• 2009

최근 개발된 표면영상유속계(Surface Image Velocimetry)를 이용한 유량측정기법은 비교적 짧은 시간에 급변하는 홍수량을 정확도를 유지하면서도 간편하고 안전하게 측정할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 표면영상유속계는 현장 상황과 사용 방법에 따라 측정된 유속값의 오차가 얼마나 발생하는지에 대한 근거가 없으며, 그 오차 범위가 명확하게 제시된 바가 없기 때문에 표면영상유속계의 신뢰성에 대해 의구심을 갖는 경우가 많다. 표면영상유속계의 유속측정 원리는 일정 시간간격을 갖는 두 영상내의 입자군 이동을 추적하여 유속벡터를 산정하는 것이다. 즉, 두 영상의 탐색 영역(searching area)내에서 각 입자군의 상관계수를 계산하여 최대상관계수를 갖는 입자군을 동일 입자군으로 판별하고, 동일 입자군의 도심간 거리와 두 영상의 시간간격을 이용하여 유속을 구하게 된다. 그러므로 상관계수가 높을수록 유속값이 정확하다고 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 상관계수에 따른 유속측정 오차를 분석하여 상관계수에 따른 표면영상유속계의 오차범위를 결정하고자 한다. 분석방법은 활차의 속도와 영상분석을 통해 얻은 속도를 비교하여 상관계수에 따른 오차범위를 살펴보았고, 실제 적용을 위하여 개수로내의 표면유속를 측정하여 상관계수에 따른 오차를 분석하였다. 분석 결과 상관계수가 0.7 이상인 측정유속의 정확도는 10% 이내로 확인되었으며, 향후 표면영상 유속계를 이용한 유속측정시 상관계수별 오차범위를 이용하여 현장적용시 정확도 개선을 위해 많은 도움이 될 것으로 기대된다.