• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.52 no.6
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• pp.397-409
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• 2019

Gate operation of hydraulic structures is important for proper management in rivers. In this study, the characteristics of flood time were analyzed and predicted using the HEC-RAS model, which is capable of one-dimensional and two-dimensional connectivity analysis of the main points downstream of the Geum river. As a result, flood travel time was decreased once discharge increase and downstream water level rising. However, When the floodplain was overflowed, the arrival time increased due to the rapid increase of the river width. Also, the same condition, flood wave travel time at the major point was approximately twice as fast as water level rising travel time, indicating that waves progressed faster than actually water. Using the results of this study, it will be helpful in the river.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.638-642
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• 2007

댐 운영이 하류하천의 하도와 생태계에 미치는 영향권 범위를 설정하고, 영향정도를 정량화하고자 하는 연구는 그 중요성에도 불구하고 상당히 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 댐 운영이 하류 하천에 미치는 영향을 지형학적, 수리 수문학적, 환경 생태학적, 사회적 영향권으로 구분하여 다각적인 측면을 고려한 댐 하류하천 영향권 범위 설정 기준을 제시하고자 한다. 첫째, 지형학적인 영향권 범위는 댐으로 인한 유사 공급 차단, 토시공급 능력 감소와 하상변동, 하상의 장갑화 현상과 같은 하상토 대표입경의 변화 등으로 설정한다. 둘째, 수리 수문학적인 영향권 범위는 홍수파 전달, 하도의 홍수조절효과, 홍수조절비, 유황변동 등으로 설정한다. 셋째, 환경 생태학적인 영향권 범위는 수질 변화, 하도내 식생분포 변화, 어류서식처 변화 하천 코리도의 토지이용 변화 등으로 설정한다. 그리고 홍수량에 따른 댐 하류하천의 홍수범람지구 및 댐 방류로 인한 하류하천 홍수소통 장애요인 등의 요인에 의한 사회적 측면에서의 영향권 범위를 설정한다. 본 연구에서 제시하고자 하는 영향권 범위 설정방법은 정성적인 의미가 크다. 따라서 댐 운영이 하류하천에 미치는 영향요인을 세부적하고 정량화 하는 연구가 지속적으로 시행되어야 할 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.1832-1835
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• 2010

본 연구는 이상홍수와 급속한 도시화로 인하여 설계 및 축조 당시의 수문, 기상환경이 변화함에 따라 해마다 증가하는 저수지관련 홍수피해에 효율적으로 대처하기 위하여 국내 농업용 저수지 17,649개 중 14,154개(80.2%)에 해당하는 30만$m^3$ 이하의 소규모 저수지를 대상으로 댐 붕괴에 의한 저수지 하류의 피해 규모 및 피해양상을 정량화 할 수 있는 피해예측모델을 개발함으로써 저수지 하류하천 위험기준을 수립할 수 있는 방안을 제시하고자 한다. 이를 위해 경기도 용인시에 위치한 창리저수지(20.0만$m^3$)를 대상으로 댐 붕괴 시나리오를 작성하고 빈도별홍수량 및 가능최대홍수량(Probable Maximum Flood, PMF)을 산정하여 HEC-HMS 모형을 이용한 댐 붕괴 모의를 실시하였다. 하류부 홍수해석은 창리저수지 직하류 화곡천(1.12km) 구간에 대해 HEC-RAS 모형을 이용하여 댐 붕괴 홍수파 수문곡선에 따른 홍수범람도를 작성하였다. 또한 홍수범람구역에 해당되는 행정구역의 자산DB를 구축하고 홍수피해산정 방법으로 널리 사용된 다차원법(Multi - Dimensional Flood Damage Analysis, MD-FDA)과 기존 간편법의 장점을 살려 댐 붕괴에 따른 하류부 홍수피해액을 산정하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.247-247
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• 2021

국내외적으로 하도 내의 흐름을 해석하기 위해 다양한 2차원 흐름해석 모형이 적용되고 있다. 2차원 흐름해석 모형은 기존의 1차원 흐름 해석 모형에서 해석하기 어려운 확산형 홍수파 해석에 강점을 가지고 있어 도심 하천의 외수 범람 예측 등에도 사용되고 있다. 하지만 복잡한 지형 형상을 어떻게 격자로 구성하는가에 따라 해석의 효율성과 정확성이 크게 좌우된다. 초기의 2차원 흐름해석 모형은 주로 정형격자 기반의 단순한 셀을 제작하여 구동되었다. 하지만 매우 빠른 유속과 복잡한 형상을 반영하기 위해서는 전체 격자를 조밀하게 구성할 필요가 있으므로 계산 효율이 떨어지는 문제점이 있다. 그렇기 때문에 대안으로 삼각망과 혼합망 등 비정형 격자를 사용하여 필요한 구역만 격자를 조밀하게 구성하는 방법을 사용하고 있지만 이 방법 또한 추가적인 계산 과정에 따른 계산 시간의 증가가 필연적이다. 따라서 최근에는 정형격자와 비정형격자에 대하여 wet-dry front matrix 최적화, 절점제거법 등 다양한 기법을 통하여 계산 효율을 향상시키고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 HLLC Rimann solver와 2차 정확도 기법인 MUSCL-Hancock Method를 적용한 유한체적기반 천수방정식을 기반으로 다양한 격자 구성에 따른 2차원 흐름해석 모형의 효율성 분석을 수행하고, 이를 통해 최적의 흐름해석 방안을 제시하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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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.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.31 no.3
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• pp.337-345
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• 1998

DAMBRK-U model is developed for the evaluation of overtopping risk of dam and levee and for the estimation of uncertainty in floodwave simulation. The original algorithm is revised and expanded to include Monte-Carlo analysis to estimate them. The model is tested by applying to hypothetical channels of widening, uniform and narrowing geometry. Larger variation in discharge and water depth are expected at narrower sections of a river. It is calibrated by applying to the Hantan River, where severe damages from Yunchun dam-break and levee overtopping occurred on July, 1996. Overtopping risk of dam is calculated for various discharge conditions for Yunchun-dam, and that of levee is also calculated by comparing levee height with flood level at Hantan recreation area. Simulation results show that the overflow depth of flood level is 1,266~0.782 m and the overflow risk turns out to be 100%.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.43-43
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• 2015

천수방정식을 사용하는 초기 수치모형은 프로드수($F_4$)가 변화하는 흐름 즉, 상류방향과 하류방향으로 전파하는 홍수파를 동시에 해석하기 위해 중앙 차분기법이 필요한 상류(sub-critical flow)와 흐름방향에 따른 상류이송(upwinding)기법이 필요한 사류(super-critical flow)가 나타나는 흐름해석에서 어려움이 있었다. 하지만, 근사 Riemann 해법의 등장으로 흐름방향에 관계없이 특성선을 따라 정확한 상향가중기법의 적용이 가능하게 되어, 천수방정식을 지배방정식으로 하는 수치모형이 더욱 실용적으로 적용될 수 있도록 하였다. 따라서, 현재 근사 Riemann 해법은 Godunov 형 유한체적 기법, 불연속 Galerkin 혹은 Petrov-Galerkin 유한요소기법 그리고 Boussinesq 기법에도 적용되고 있으며, 특히 Godunov 형 유한체적기법과 결합한 근사 Riemann 해법은 댐 붕괴, 하천 범람 그리고 도시 및 해안지역 침수에 이르기까지 여러 가지 문제에 폭넓게 적용되고 있다. 지금까지 홍수 모델링에 적용된 Godunov형 유한체적모형은 정형 사각격자나 비정형 삼각격자 중에서 한가지의 격자 종류만을 적용한 연구가 주로 수행되었으며, 유한요소모형과 같이 이 두 가지 격자를 동시에 적용한 연구는 거의 이루어지지 않고 있다. 일반적으로, 삼각격자는 사각격자와 는 달리 연구유역의 경계나 지형이 복잡한 경우에도 큰 노력없이 격자의 생성이 가능하나, 격자와 노드의 수가 사각격자보다 많아 계산시간이 많이 소요되는 단점이 있다. 반면, 사각격자는 하천과 같이 선형으로 변하는 지형에 대해서는 표현하기가 용이하며 계산시간의 효율성도 뛰어나다. 본 연구에서는 하천, 도시 그리고 해안지역에서의 효율적이고 정확한 홍수 모델링을 위해 삼각 및 사각격자 그리고 이 두 격자를 동시에 고려한 하이브리드 격자의 적용이 가능한 Godunov형 2차원 유한체적 모형을 개발하였다. 그리고 개발모형을 정확해가 있는 댐 붕괴 문제, 실측치가 존재하는 실험하도 및 실제하도에 삼각, 사각 그리고 혼합격자를 생성하여 모의를 수행하고, 각 적용 격자에 따른 정확성과 효율성 및 장점과 단점을 연구하였다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.44 no.7
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• pp.511-522
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• 2011

Two-dimensional shallow water model based on the cut cell and the adaptive mesh refinement techniques is presented in this paper. These two mesh generation methods are combined to facilitate modeling of complex geometries. By using dynamically adaptive mesh, the model can achieve high resolution efficiently at the interface where flow changes rapidly. The HLLC Reimann solver and the MUSCL method are employed to calculate advection fluxes with numerical stability and precision. The model was applied to simulate the extreme urban flooding experiments performed by the IMPACT (Investigation of Extreme Flood Processes and Uncertainty) project. Simulation results were in good agreement with observed data, and transient flows as well as the impact of building structures on flood waves were calculated with accuracy. The cut cell method eased the model sensitivity to refinement. It can be concluded that the model is applicable to the urban flood simulation in case the effects of sewer and stormwater drainage system on flooding are relatively small like the dam brake.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.47 no.10
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• pp.879-889
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• 2014

In this study, to estimate loss of life considered flood characteristics using the relationship derived from analysis of historical dam break cases and the factors determining loss of life, the loss of life module applying in LIFESim and loss of life estimation by means of a mortality function were suggested and applicability for domestic dam watershed was examined. The flood characteristics, such as water depth, flow velocity and arrival time were simulated by FLDWAV model and flood risk area were predicted by using inundation depth. Based on this, the effects of warning, evacuation and shelter were considered to estimate the number of people exposed to the flood. In order to estimate fatality rates based on the exposed population, flood hazard zone is assigned to three different zones. Then, total fatality numbers were predicted after determining lethality or mortality function for each zone. In the future, the prediction of loss of life due to dam break floods will quantitatively evaluate flood risk and employ to establish flood mitigation measures at downstream applying probabilistic flood scenarios.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.336-336
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• 2015

일반적인 다목적댐은 홍수 발생 시 본댐으로 유입되는 부유쓰레기 및 잡목 등을 차단하기 위하여 댐 상류에 차단망을 설치하여 1차적으로 사전 방지하고, 홍수기 이후 선박으로 부유물을 수거하여 재활용, 소각 등으로 처리하는 시스템이다. 그러나 본 연구의 대상인 한탄강댐은 홍수조절용 댐으로서 수위 변화 폭이 매우 크고 정상 조건(비 홍수기)시는 대규모 홍수터가 드러나기 때문에 댐 유지관리 방법이 상이하며 한탄강 본류 구간은 하폭과 수심 등 하도의 불규칙성과 만곡부에서 유수의 흐름이 한쪽으로 쏠리는 편기 현상이 발생하는 등 복잡한 수리현상으로 인하여 부유쓰레기의 분포를 판단하기 어려운 지역이다. 따라서 본 연구에서는 부유쓰레기의 유동을 모의하기 위하여 HEC-HMS 모형과 $Vflo^{TM}$ 모형을 활용하여 본류와 지류의 빈도별 홍수량 분석을 실시하고, EFDC 3차원 동수역학 모형을 적용하여 홍수조절용지 내 부유쓰레기의 유입 경로 및 정체 구역을 분석하여 효과적인 쓰레기 처리 방안을 제시하고자 하였다. 분석 결과, 소규모 빈도 홍수(2년, 5년)의 경우 중 상류 지류의 부유쓰레기는 거의 유동하지 못하고 하도의 만곡의 영향을 받아 부분적으로 높은 밀도로 고착될 것으로 모의되며, 특히 본류와의 합류점 부근에 도달한 부유쓰레기는 유로 폭이 급확대되어 유속이 거의 없는 사수역 구간으로 변함에 따라 본류 배수위 영향으로 불규칙하게 맴돌다가 고착되는 것으로 모의되었다. 중규모 홍수(25년, 50년)의 경우, 상류부의 부유쓰레기의 분포는 소규모 홍수 시와 유사한 패턴을 보였으나 중류부에서 홍수파가 본류 하도를 월류하여 홍수터로 넓게 범람하는 지역에서는 소규모 홍수 시 본류 하도 양안에 분포하던 부유쓰레기가 홍수터 쪽으로 밀려가서 고착되는 경향을 보였다. 대규모 홍수(100년, 200년)의 경우, 댐과 인접한 분석 구간 하류부는 댐 배수위의 영향을 가장 크게 받으며 수심이 깊어 흐름이 가장 정체되는 구간으로 본류와 지류 모두 다량의 부유쓰레기가 분포할 것으로 분석되었다. 분석 구간 중류부는 홍수 규모가 증가함에 따라 넓은 홍수터로 침수범위가 급격하게 증가하며 이에 따라 부유쓰레기가 분포할 수 있는 면적이 크게 증가할 것으로 분석되었다. 또한 분석 구간 상류부는 협곡을 이루고 있어 홍수규모가 증가하더라도 침수범위와 부유쓰레기의 분포면적에 큰 변화가 없을 것으로 분석되었다. 본 연구 결과를 바탕으로 댐의 치수 문제가 발생하지 않도록 효과적으로 수거 처리 할 수 있는 부유쓰레기 적치장 및 차단 시설의 적정 설치 위치를 파악하였다.