• 대한토목학회논문집
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• 제39권6호
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• pp.691-702
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• 2019

홍수범람지도는 홍수에 대비하여 도시계획이나 댐 수위 조절 운영, 제방 등의 설계에 주요 지표로 사용되며 거주지역에 대한 홍수 발생 여부를 예보하거나 홍수 발생 시 신속하고 안전하게 대피하도록 하는 홍수 예·경보시스템 구축 등에도 중요한 역할을 한다. 국가하천과 같이 중요도 혹은 홍수 취약성이 높은 하천주변 지역의 경우, 고정밀도 LiDAR 기반 DEM 기반 정확도가 높은 홍수지도 작성에 2차원 혹은 3차원의 전문화된 범람지도 가시화 수치모형이 비용과 상관없이 활용될 수 있으나 지방하천 및 소하천은 예산상 한계 및 적합한 기술부족으로 여전히 시간소모적인 수작업이나 부정확하거나 비효율적인 기존 홍수지도작성 기법을 감수해왔다. 본 연구에서는, 실무에서 하천기본계획 수립 시 활용되는 HEC-RAS 기반 1차원 홍수위 모형 결과와 DEM을 기반으로 홍수지도작성의 복잡한 단계를 자동화시키고, 오픈소스인 QGIS와 연계할 수 있어 고비용의 ArcGIS에 기반하지 않는 OpenGIS 기반 홍수범람지도 생성 자동화 소프트웨어(Open Flood Mapper, OFM)를 개발하였다. OFM은 지난 2007년도 태풍 나리 내습 시 범람피해를 입은 제주도 한천 하류 침수흔적도, 첨두홍수위에 기반한 HEC-GeoRAS 및 수작업을 통해 제작한 홍수 범람지도와 비교하여 검증하였고, 빈도별 홍수범람지도를 추적하여 극한 홍수사상에서 범람의 특성을 시범적으로 구현하고 분석하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권1호
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• pp.537-544
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• 2017

본 연구에서는 평탄지형의 제내지에서 제방붕괴속도에 따른 범람홍수파 선단의 전파 특성을 규명하기 위하여 제내지와 하도로 이루어진 실험수조에서 실험을 수행하여 전파 거리를 산정하였다. 실험에 의해 측정된 전파거리를 시간에 대한 상관식으로 나타내기 위하여 댐붕괴에 의한 수로에서의 홍수파의 1차원 흐름 해석해인 Ritter의 해에 3차원 거동특성을 반영할 수 있는 상수 k와 m을 도입한 일반식에 실험결과를 적용하여 실험식을 도출하였다. 기존 연구에서 하도내의 초기수위가 범람홍수파의 전파속도에 지배적인 영향을 준다는 사실은 알려져 있으나, 본 실험연구를 통해 제방붕괴속도도 범람홍수파의 전파속도에 영향을 주며, k와 m이 상수가 아닌 제방붕괴속도와 선형관계를 갖는 변수임을 밝혔다. 실험결과를 이용하여 범람홍수파 선단의 전파거리를 산정할 수 실험식을 제시했으며, 범람홍수파의 전파속도 산정시 하도내의 초기수위뿐만 아니라 제방붕괴속도도 고려해야 함을 본 연구를 통해 확인할 수 있었다. 본 연구에서는 대규모 제내지 범람실험을 수행하여 범람양상을 관찰하고 수리학적 관점에서 해석하였으며, 실험결과를 토대로 제방붕괴속도에 대한 홍수파 전파속도의 상관관계도 제시하였다. 본 연구결과는 홍수위험지도 작성이나 긴급대피계획 수립시 기본적인 판단 자료로 사용할 수 있으며, 2차원 범람 수치모형 검증시 유용한 자료로 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제46권6호
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• pp.655-666
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• 2013

최근 이상기후로 인해 홍수 등 자연재해의 강도 및 빈도가 증가하고 있다. 2002년 태풍 루사, 2003년 태풍 매미 등 집중호우에 따른 대규모 홍수로 인해 인명 및 재산피해의 급격한 증가가 나타났으며, 이는 불규칙한 기상변화에 대한 기존의 방재대책과 홍수예측시스템의 한계를 보여주고 있다. 이러한 이상 홍수에 효율적으로 대응하기 위해서는 홍수범람 양상을 정확하게 모의할 수 있는 범람모형을 통해 효과적인 대응방안 마련하는 것이 중요하지만 기존의 홍수범람해석모형은 해석시간의 과다소요 및 해석결과의 정확성 등의 문제가 존재한다. 따라서 본 연구에서는 2002년 8월 집중호우로 인해 붕괴된 낙동강 유역의 백산제를 대상으로 쿼드트리격자를 사용하는 Gerris모형을 이용하여 홍수범람해석을 수행하였으며, 기존의 홍수범람모형 중 비구조격자를 사용하는 FLUMEN모형 및 실제 범람지역과의 비교를 통해 쿼드트리 격자기반 홍수범람모형의 적용성 및 효율성을 판단하였다.

• 물과 미래
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• 제28권6호
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• pp.119-131
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• 1995

본 연구는 제내지에서의 홍수범람도 작성을 위해서 2차원 천수방정식을 확산파 및 운동파로 단순화시킨 홍수해석 기법을 개발하였다. 모형의 검정을 위해서 1차원 댐 파괴의 문제에 적용하여 동역학적 해석결과와 비교검토하고 질량보존의 오차를 계산함으로써 모형의 검정을 실시하였다. 건물등의 장애물을 포함한 2차원 제내지 유역과 하도범람 홍수파의 홍수터에서의 2차원적 범람양상을 모의하여 확산파 모형의 적용성을 제시하였다. 본 연구 모형은 다양한 상황하에서 유속분포, 수면변동 등에 있어 안정성과 수렴성이 우수하게 나타났으며 해석영역에서의 질량보존의 오차는 0%에 가깝게 나타나 모형의 계산 수행 능력을 확인할 수 있었다. 본 연구의 해석기법은 하천에서의 홍수 예경보 수립과 홍수범람도 작성에 직접적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제7권2호통권25호
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• pp.45-52
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• 2007

본 연구에서는 사면구조(quadtree) 격자기법을 이용하여 경상남도 의령군과 함안군을 통과하는 남강 유역에서의 홍수범람을 모의하였다. Saint Venant 방정식을 지배방정식으로 사용하였으며, 제방선을 따라 적합화 된 계층적 사면구조 격자를 이용하여 leap-frog 기법으로 양해적 유한차분하였다. 본 모형과 상용 프로그램인 HEC-RAS 및 FLUMEN과의 수치결과를 서로 비교하였고, 빈도에 따른 홍수 사상을 다르게 하여 홍수범람을 모의하였다. 그 결과 세 모형의 결과가 거의 일치함을 보였다. 그리고 500년 빈도의 홍수 사상에서 제내지로 홍수가 범람함을 본 연구의 결과에서 알 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2004년도 학술발표회
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• pp.742-747
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• 2004

최근 들어 지구온난화에 따른 이상기후 및 집중호우 빈발 그리고 급격한 도시화와 산업화는 예측하기 어려운 수문현상의 변화를 유발시키고 있다. 이에 따른 유출양상의 변화는 수문분석에 의한 기존의 설계기준에도 변화를 요구하고 있다. 즉, 설계빈도의 무조건적인 상향조정에 따른 확정론적인 방법에 의존하기보다는 수문량의 변화를 통계학적으로 반영한 수 있도록 불확실성 분석이 필요하게 되었다. 따라서 설계홍수량에 따른 범람면적별 홍수피해액을 산정할 때 설계홍수량에 대한 불확실성 분석을 수행함으로써 안전율을 고려 할 범람과 홍수피해액을 추정할 수 있는 것이다. 본 연구에서는 Bayesian에 의해 불확실성을 고려한 빈도별 설계홍수량을 산정하였으며, HEC-GeoRAS와 HEC-RAS 및 ArcView GIS 3.2a를 이용해 홍수범람면적을 수치지형도에 도시하고, 범람면적별 홍수피해액을 산정하였다. 또한, 불확실성을 고려하지 않은 경우에 대해서는 L-모멘트법을 이용해 설계홍수량을 구하고 홍수범람면적파 홍수피해액을 산정하였다. 불확실성의 고려 여부에 따른 설계홍수량과 예상 홍수피해액을 비교${\cdot}$분석한 결과 불확실성을 고려한 경우가 불확실성을 고려하지 않은 경우에 비해 설계홍수량은 $7\~33\%$, 예상 홍수피해액은 $1\~4\%$정도 차이를 보였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1813-1816
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• 2010

홍수범람도는 홍수가 발생하였을 때 인명 및 재산피해를 최소화하기 위해 홍수지역을 미리 예측가능하게 만들어 놓은 지도로써, 강우 빈도별 침수면적과 침수심을 표현한다. 과거 홍수범람도는 홍수발생시 댐의 수위를 조절하기 위한 댐의 모의운영과 침수지역의 피해 복구 등에 사용되었다. 최근에는 홍수에 대비하여 도시계획이나 제방 등의 설계에 주로 이용되고 있어, 많은 연구에서 홍수량 추정을 위한 프로그램을 이용하여 홍수범람도를 구현하거나 간단한 조작으로 홍수범람도를 작성하는 프로그램들이 개발되고 있다. 본 연구에서는 HEC-GeoRAS를 사용하여 극한홍수사상(PMF)이 발생할 경우 충주댐 하류의 주요 지점인 충주시와 여주군의 홍수범람도와 남한강 유역의 홍수저감대책을 분석하였다. 특히 다양한 구조적 홍수저감대책과 비구조적 홍수저감대책을 시범유역에 적용하여 홍수저감효과를 침수면적과 침수심을 기준으로 정량적으로 분석하여 재해저감 능력을 분석하였다. HEC-GeoRAS를 이용하여 홍수범람도 작성 시 하도내 횡단자료의 정확성은 수치지도의 정밀도에 따라 현저한 차이가 발생된다. 수치지도 자료가 정확하지 않다면 홍수범람면적, 구역 등을 정확히 모의할 수 없어 가상홍수사상 시나리오를 제대로 구현할 수 없게 된다. 홍수범람 모의를 좀 더 정확하게 수행하기 위해서는 비교적 정확한 지형자료인 항공측량자료를 사용하는 연구가 추후에 진행되어야 할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.147-147
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• 2017

본 연구에서는 2003년 태풍 'MAEMI'에 의해 피해를 가장 많이 입은 경남 마산시를 중심으로 폭풍해일 범람도를 작성하였다. 해양과 하천 하류부가 만나는 마산시에서는 해일, 조석, 하천을 동시에 고려해야 하므로 이에 대한 단계적 적용을 통해 범람 중첩효과를 검토하였다. 본 연구에 사용된 수치모델은 네덜란드 Deltares사에서 개발한 준3차원 해수유동 모델 Delft3D이다. Delft3D는 폭풍해일 이외 지진해일, 부유물 이송, 오염물 확산 등 다양한 분야에 적용 가능하며, 파랑, 조석력, 바람에 의한 전단력, 온도, 염도에 의한 밀도류, 대기압 변화, 조간대 모의 등 다양한 영향을 고려할 수 있다. 수치모의시 모델의 안정성과 효율성을 높이기 위해 다중격자기법을 사용(최소 25m 격자)하였으며, 수심 자료는 국토지리정보원 수치지도와 국립해양조사원 수치해도의 수평 수직적 통합을 통해 구성하였다. 태풍 'MAEMI'의 Best Track은 기상청에서 제공하는 3시간 간격의 중심기압, 풍속, 중심위치를 Holland's Model에 적용하여 계산하였다. 조석효과를 고려하기 위해 개방경계에서 TPXO 7.2를 사용한 분조값을 입력하였다. 또한 하천의 흐름을 효과적으로 구현하기 위해 하천 단면에서의 동적 수위경계조건(또는 유량경계조건)을 추가적으로 부여하였다. 수치해석결과, 마산 수위 관측소에서 관측된 태풍 'MAEMI'의 해일고와 유사한 결과가 산출되었다. 범람역 해석결과는 해일, 조석, 하천을 동시적으로 고려하였을 경우에 실제 침수흔적도인 마산시재해침수지도와 가장 유사한 결과를 보였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.507-507
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• 2023

지진해일은 많은 인명피해를 입힐 수 있는 위험한 자연재해이며, 예를 들어 각각 약 25만명과 약 2만명의 사상자가 발생하였던 2004년 수마트라 지진해일과 2011년 동일본 지진해일 등이 있다. 우리나라 동해안 또한 향후 지진 발생 가능성이 큰 지진공백역이 존재하여 안전한 지역으로 볼 수 없다. 지진해일 방재대책 수립과 관련된 연구는 지속적으로 이루어지고 있지만 지진해일의 발생빈도는 적고 완벽히 대응하는 것은 현실적으로 불가능하다. 따라서 본 연구에서는 지진해일 방재대책의 가장 기본적인 자료로 이용될 수 있는 지진해일 침수예상도를 효율적인 방법으로 제작하는 것을 연구했다. 현재 우리나라의 지진해일 최대 침수예상도는 과거 및 향후 발생가능한 지진해일의 경우에 대한 모든 범람구역이 고려된 보수적인 방법으로 제작되고 있다. 지진원의 위치와 각 매개변수의 특성에 따라 범람구역이 다양하게 나타날 수 있기 때문에 보수적인 최대 침수예상도는 과도한 범람구역이 고려될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 보수적인 최대 침수예상도와 비교하여 AI기술과 로직트리 기법을 통해 더 정확한 최대 침수예상도를 제작하는 것을 목표로 한다. 연구방법은 1) 고려된 모든 지진해일 시나리오에 대한 수치해석 2) 입력자료인 지진해일 초기수면 변위 이미지 증강 3) CNN모델을 활용한 초기수면 변위 이미지 분류 4) 분류된 결과의 범람 구역으로 최대 침수예상도를 제작하였다. 향후 연구결과는 지진해일 재해정보도 제작 및 지진해일 침수예측 모델 개발에 활용될 수 있을 것이다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권3B호
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• pp.307-313
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• 2008

방조제 건설로 인한 조석확폭 현상이 목포 북항은 물론 목포북항과 좁은 수로로 연결된 청계만에서도 발생되고 있다. 이러한 조석확폭 현상은 조간대를 증가시키고 특히 폭풍우시 수위 증가와 침수구간의 확대를 초래한다. 본 연구에서의 모의 과정은 광역에서의 풍파 모의와 협역에서의 풍파 범람 모의로 구성된다. 비선형 완경사 방정식이 바람에 의한 풍파는 물론 해일과 범람도 모의하도록 개선되었다. 개발된 모형은 청계만에 적용되었으며 목포 북항에는 청계만에서 발생하는 풍파로 인하여 발생할 수 있는 범람 형태를 파악하기 위하여 적용되었다.