• 한국수자원학회논문집
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• 제31권6호
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• pp.821-832
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• 1998

본 논문에서는 상수도시설을 효율적으로 운영하는 데 필요한 1일 급수량 수요를 예측하는 방식에 대하여 인공지능(Artificial Inteligence)이라 불리는 퍼지 뉴론(fuzzy neuron)을 이용하여 연구하였다. 퍼지뉴론이란 퍼지정보(fuzzy information)를 입력으로 받아들이고 처리하는 퍼지 신경망을 일컫는 말이다. 본 연구에서는 소속함수와 퍼지규칙을 신경망으로 학습하는 기능인 적응식 학습방법을 통하여 1일 급수량을 예측하였으며 연구대상 지역으로는 광주광역시를 선정하였다. 또한 1일 급수량 예측에 있어서 필요한 변수 선택을 위해 입력자료를 상관분석, 자기상관, 부분자기상관, 교차상관 분석 등을 하였으며 동정된 입력변수는 급수량, 평균기온, 급수인구이다. 먼저 급수량, 평균기온, 급수인구로 모델을 구성하였고, 한편으론 기상청의 기후예보자료를 신뢰할 수 없는 경우에는 급수량을 예측할 수 있도록 급수량 자료만으로 모델을 구성하여 그 유효성을 검증하였다. 제안된 모형식은 사고 등의 인위적인 조작(단수 등)이 가해지는 시기를 포함하고도 실측치와 모형의 예측치와의 오차율이 최대 18.46%, 평균2.36% 이내로 나타나, 모형의 결과는 상수도 시설의 운용 및 급·배수관망의 실시간 제어에 많은 도움을 주리라 생각된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제49권12호
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• pp.1015-1025
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• 2016

일반적으로 도심지 배수시설로 설치되는 맨홀은 중간맨홀, $90^{\circ}$ 접합맨홀, 3방향 합류맨홀 및 4방향 합류맨홀 등 다양한 접합 형태를 가지고 있다. 특히 도시유역의 중․하류부에 주로 설치되는 4방향 합류맨홀에서의 과부하흐름은 에너지 손실을 발생시켜 도심지의 침수피해를 가중시키는 주요 원인이다. 그러므로 과부하 4방향 합류맨홀에서의 흐름특성 분석 및 손실계수의 산정이 필요하다. 본 연구에서는 현황조사 결과를 고려하여 수리실험 장치를 제작하였으며, 맨홀 및 관경은 하수도 시설기준을 준용하여 1/5로 축소 제작하였다. 선정된 실험조건인 맨홀 형상 조건(사각형, 원형), 유출유량($Q_{out}$)에 대한 측면유입유량($Q_{lat}$)의 비($Q_{lat}/Q_{out}$) 및 실험 유량(2.0, 3.0, 4.0, $4.8{\ell}/sec$)을 변화시키면서 실험을 실시하였다. 실험결과 측면유량비가 증가할수록 손실계수는 증가하였으며, 사각형 맨홀보다 원형 맨홀에서의 손실계수가 다소 낮게 산정되었다. 그러나 유출유량 변화에 따른 손실계수의 변화는 미미하였다. 측면유량비에 따른 과부하 4방향 합류맨홀의 손실계수는 0.4~0.8로 산정되었다. 또한, 측면유량비 변화를 고려한 4방향 합류맨홀에서의 손실계수 산정식을 제시하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제53권11호
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• pp.961-971
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• 2020

본 연구에서는 강수를 대체수원으로 효과적으로 이용할 수 있는 방안의 하나로 빗물집수시스템을 공유하는 RBSN (Rain Barrel Sharing Network)을 소개하고, 현 상태 및 미래 기후변화 조건하에서의 효율에 대해 평가하였다. 우리나라 17개 특별시, 광역시 및 도를 대상으로 RBSN를 적용했을 때 미적용시와 비교하여 신뢰도, 회복탄력도 및 취약도의 변화를 분석하고, 지역별, RCP 시나리오별로 비교 검토하였다. 검토결과 현 기후조건하에서도 RBSN을 통해 평균 60%이상의 빗물집수시설의 필요 저류용량을 저감할 수 있는 것으로 검토되었으며, 기후변화 조건하에서는 이러한 효용이 지역별로 다른 양상으로 나타났다. 본 연구 결과를 바탕으로 향후 빗물집수시설의 공동 이용에 대한 필요성이 더욱 부각될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.535-535
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• 2012

하천 환경의 변화는 자연적으로 일어나기도 하지만, 우리나라 경우 대부분 하천 정비, 골재 채취, 수중보와 하구둑 등 하천시설물의 건설, 그리고 댐 및 교량건설 등 인위적인 요인에 의한 변화가 지배적이다 이렇게 환경이 변화하면 하천의 평형 상태는 파괴되며 하천의 평형 상태를 복원하는 과정에서 하천의 침식 또는 퇴적이 일어나며 이러한 과정의 총체적인 결과로서 하상변동이 일어나게 된다. 하상변동은 단기적인 면에서는 하천에서의 취수, 배수, 주운동 하천관리에 직접적인 영향을 주며, 장기적인 면에서는 하천시설물의 안정, 홍수위 및 지하수위 변화, 홍수터와 같은 하천부지의 변화 등 하천 및 유역 관리에 광범위한 영향을 주고 있다 하천의 유황 및 하상재료의 인위적인 변화에 의한 장기적인 하상변동 효과를 예측하고 분석하는 것은 하천계획 및 관리 면에서 매우 중요하다. 또한 하천 정비사업 등에 의한 영향을 제대로 평가하기 위해서는 비교적 단기간의 홍수 또는 호우 사상에 대한 단기적인 하상변동 효과를 정확하게 예측하는 것은 필수적이다. 외국에서는 하상변동 예측의 필요성을 일찍이 인식하여 다수의 하상변동 예측모형이 개발되어 하천 실무에 사용되고 있으며, 국내에서도 하천 흐름의 등수 역학적 해석을 위해 여러 가지 수치 기법들에 대한 연구가 진행되고 발전되어져 왔다. 현재 국내에서는 측량 자료이용과 모형적용의 용이성을 이유로 1차원 점변 부정류 해석프로그램인 HEC-RAS 모형을 많이 사용하고 있으며 대부분의 하천 정비 기본계획 수립에 있어서도 1차원 해석 모형을 적용하고 있는 실정이다. 국내에 서 수행된 하상변동 예측에 관한 연구들은 대부분 1차원 모형이므로 하천의 사행의 진행이나 유사의 횡방향 분포 등은 고려할 수 없다. 또한 하상변동 계산 시 이동상 부분의 전체가 균일하게 상승 또는 하향하는 것으로 가정하기 때문에 흐름이 급변하는 데 적용하는 것은 적합하지 않다. 따라서 본 연구에서는 4대강살리기 사업이 진행중인 낙동강유역 구미보지점을 대상으로 2차원 흐름 및 하상변동 수치모형인 CCHE2D 모형을 적용하여 50년, 100년, 200년 빈도별로 모의를 실시, 보설치 전 후의 하상변동을 비교 분석 하였다. 모의 결과 보설치 후의 경우 보 상류단은 전반적으로 퇴적의 양상을 보였으며, 보 하류단의 만곡부의 경우 홍수량이 증가함에 따라 유속 및 소류력이 비슷한 패턴으로 증가하여 침식이 관찰되었다. 특히 보 직하류의 경우 수문을 기준으로 다량의 침식이 있음을 보였으며, 침식이 계속 진행된다면 보유실과 같은 심각한 결과를 초래할 수 있기 때문에 침식을 방지 할 수 있는 다양한 장치가 마련되어야 할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제52권10호
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• pp.729-742
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• 2019

국내의 자연재해피해 중 가장 큰 부분을 대부분은 매년 여름철에 발생하고 있는 태풍과 장마로 인한 침수피해이므로, 도시 홍수에 대한 관심은 꾸준히 증가하고 있다. 반복되는 피해 저감을 위해 다양한 방법으로 홍수취약성을 분석하지만, 반복되는 도시(재)개발로 인해 지형 및 사회경제적인 요인들이 바뀌고 있어, 기존에 실시했던 홍수취약성 분석결과가 현실적으로 반영이 되기 힘든 상태이다. 이에 홍수피해 예방을 위해 변형된 지형과 환경에 맞춰 새로운 홍수취약성 분석을 실시하여 지역의 투자 우선순위를 파악할 필요가 있다. 본 연구에서는 우리나라 중 가장 도시화가 된 서울시 25개 구를 대상지역으로 선정하였으며, 홍수취약성 인자들을 Pressure-State-Response (PSR) 구조로 구분하였다. 압력지수(PI)는 인구밀도, 차량 수 등 9개의 인자를, 상태지수(SI)는 공공시설 피해액 등 4개의 인자를 선정하였으며, 대책지수(RI)는 대피시설 수, 재정자립도 등 7개의 인자를 선택하여 홍수취약성지수를 계산하였다. 각 인자들의 가중치를 계산하기 위해 AHP 방법과 Fuzzy이론을 결합한 Fuzzy AHP 방법을 적용하였다. 그 결과, 세부지수인 압력지수나 대책지수는 가중치 결정방법에 따라 숫자가 변하기는 하지만, 순위 변화는 없었으며, 상태지수는 값 뿐만 아니라 순위에도 다소 변화가 있었다. 또한 세부지수들을 결합하여 계산한 홍수취약성지수는 Fuzzy AHP 방법으로 계산하였을 경우, 강남 지역의 취약성이 눈에 띄게 감소하였다. 이는 강남지역의 홍수피해복구금액이나 재정자립도가 높고, 다른 지자체와 차이가 크기 때문에 Fuzzy 수를 이용하여 불확실성을 고려할 경우 취약성이 낮아진 것으로 분석된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.221-221
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• 2019

기후변화로 인한 가뭄대비가 상시체제가 된 요즈음, 농업용수의 안정적인 공급을 위하여 가뭄 등의 비상시 지표수는 물론이고 지하수의 공급 가능량에 대해서도 국가적 관리가 필요한 실정이다. 지하수관리를 위해 국가 최상위 계획인'지하수관리기본계획(2012~2021)'이 수립되었고, 지하수의 장기적인 수량, 수질 관리를 위해 국가지하수관측망, 지역지하수관측망(보조지하수관측망), 수질측정망, 해수침투관측망 등 광역과 지역단위로 크게 나누어 지하수관측이 이루어지고 있다. 국가지하수관측망은 지하수법에 의거하여 전국의 주요지점(2016년 말 기준 412개소)에 관측소를 설치하여 수위 및 수질의 변동실태를 광역적으로 분석함이 목적이며, 보조지하수관측망은 국가지하수관측망과 연계하고 보완하기 위한 기능으로서, 지역별 주요 관측지점의 수위, 수질자료를 획득하며, 2018년 9월 현재 3,429개소가 설치되어있다. 본 연구에서는 지역지하수 관측망 중 경남밀양지역에 설치된 관측정 31개소에 대해 수위와 수질을 장기 분석하였다. 밀양지역의 보조지하수관측망 설치는 지하수관리계획의 하부계획인'경상남도 지하수관리계획(2015~2025)'에 의거 2012년에 6개소의 관측공이 설치를 시작으로, 2013년 7개소, 2014년 10개소, 2015년 8개소를 설치하여 총 31개소의 설치를 완료하였고, 2016년부터 2019년 현재까지 전체 관측정 31개소에 대하여 관측 운영 중이다. 본 연구에서는 2013년 1월~2019년 1월까지 지역의 누적강수량과 지하수위 및 수질변화를 관측하였다. 전 관측정에 대해 수위(GL.m), 수질(온도, EC)은 1시간 주기로 관측하였으며, 연 2회 생활용수 기준(19항목)의 수질검사를 실시하고, 지하수성분의 지질학적 기원분석을 위한 양음이온 분석을 연 1회 실시하였다. 관측정의 양수능력 변화관측을 위해 대수성 시험을 연 1회 실시하였고, 관측정의 특성상 장기간 미사용 관정이므로 최적의 상태유지를 위해 연1회 공내세척을 실시하였다. 또한, 관측정의 지형별 차이를 분석하기 위해 관측정의 설치위치를 산악, 강변, 기타 지역으로 구분하고, 각각의 대표관정에 대해 지형에 의한 서로 다른 영향을 분석하였고, 관측정의 심도별 변화를 알기위해 동일지역에 충적, 안반 관측정을 따로 설치하고 관측하여 지표수와 지하수의 심도별 영향의 차이를 분석하였다. 동일지역의 관측결과 평균 5m이하의 수위변화를 보이나, 5m 이상의 수위변동을 보이는 관측망은 15년 14개소 17년 19개소로 증가추세를 보이며, 이는 주로 밀집된 시설하우스 단지의 수막재배를 위한 겨울철 지하수 사용량 증가가 원인인 것으로 판단된다. 밀양지역은 강변지역에 밀집된 시설하우스단지의 동절기 수막재배를 위한 지하수 과다사용으로 수위급감 및 수량부족현상이 반복되고 있어, 예방과 대책강구를 위해 지표수의 함양과 지하수사용량의 상관관계 분석과 자료축적 및 추가연구를 위한 장기관측이 요구된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.375-375
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• 2015

최근 도시화에 따른 도로구역의 증가는 도심지의 불투수면적의 확대 및 도로의 수로화를 야기하여 집중호우 발생 시 노면 및 저지대의 침수를 가중시키고 있으며, 이로 인한 인명피해 및 재산 피해는 점차 증가하는 추세이다. 이에 기후변화에 따른 강우량의 변화 및 국지성 집중호우 등을 고려하고 도심지 침수 방지 및 방재성능 강화를 위하여 과거에 간선 10년, 지선 5년에서 간선 30년, 지선 10년으로 관거의 설계빈도가 상향조정 되었다. 도심지의 도로 및 유역 유출량의 배수에 상당한 영향을 미치는 빗물받이 및 빗물받이 유입구는 도심지의 방재성능강화 목적에 맞는 설계가 이루어져야 하나 현재 국내의 빗물받이 설치기준은 하수도시설기준(2009, 환경부)에서 '빗물받이 크기별, 도로 차선별 적정 빗물받이 설치간격' 으로 설계빈도 5년을 반영하여 제시된 설치기준이므로 이에 대한 수정 및 개정이 필요한 실정이다. 이에 본 연구에서는 관거시설의 설계빈도 상향을 고려한 도로 빗물받이의 유입량 산정을 위해 빗물받이 유입구 크기별 유입량을 도로의 차선, 종경사, 측구 횡경사 및 설계빈도의 변화를 고려하여 도로에서의 유출량을 산정하였으며, Froude 상사법칙을 이용하여 수리실험모형을 제작하여 실험을 실시하였다. 빗물받이 제원은 현재 대부분의 국도에 설치되는 크기인 $40{\times}50cm$, $40{\times}100cm$ 및 $40{\times}150cm$를 축소 제작하였다. 측구의 유량은 도로의 차선(2~4차선), 경사(도로 종경사 2~10%, 측구 횡경사 2~10%) 및 설계빈도(최대 30년)을 고려하였다. 실험 결과 측구의 횡경사가 커질수록 빗물받이로 유입되는 유량은 증가하였으며, 빗물받이 유입부의 길이가 증가함에 따라 유입부 측면부를 통한 횡유입량을 증가시켜 빗물받이 유입부의 차집율을 증가시켰다. 또한, 도로의 조건 변화 및 유입량의 변화에 따라서 흐름폭이 감소할수록 차집율이 증가하였다. 수리실험결과를 토대로 도로의 조건변화(차선, 도로 종경사, 측구 횡경사) 및 설계빈도 변화를 고려한 빗물받이의 차집율을 제시하였고 이를 회귀분석 하여 빗물받이 유입구 크기별 유입량 산정식을 도출하였다. 이는 설계빈도 상향에 따른 국내 빗물받이 유입부의 설계 기준 제시에 기초자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.257-257
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• 2017

본 연구는 기상이변의 영향으로 지속적으로 발생되고 있는 댐 저수지 붕괴에 대한 원인 분석과 기존의 관련 연구 및 지침 등을 비교 분석하여 현재 실무에서 적용되고 있는 댐 저수지 비상대처계획(EAP) 수립 대상 기준에서 제외되는 시설물의 붕괴 가능성 평가를 통해 EAP 수립 대상의 적정 범위를 제시하고자 하였다. 이를 위해 본 연구에서는 시설물의 붕괴 가능성에 대한 정량적 판단 기준을 각 요인별로 제시하고, EAP 수립 대상에서 제외되는 댐 저수지를 대상으로 붕괴 가능요인을 적용하여 3개 이하의 붕괴요인에 해당될 경우 저위험군, 4개 및 5개의 붕괴요인에 해당될 경우 중위험군과 고위험군으로 각각 분류하여 시설물 붕괴 위험성 정도에 따른 적절한 대응이 이루어질 수 있도록 제안하였다. 댐 저수지 붕괴 사례 분석을 통해 도출된 붕괴 가능성의 주요 요인으로는 저수용량, 제체 높이, 준공 경과연수, 우심피해 및 지진피해 잠재지역이 포함되며, 각 요인별 객관적인 판단기준은 댐 저수용량의 경우 EAP 법적 수립기준 및 과거 붕괴사례 등의 분석을 토대로 붕괴사례 61개소 중에서 약 88%를 차지하는 저수용량 10만톤을 선정하였으며, 댐 높이의 경우 댐의 파괴양상(이종태, 1987)에서 제시한 댐 붕괴부 특성과 미국주댐안전협회(ASDSO: American Society of Dam Safety Official) 학술지인 Dam Safety(2006) 등에서 제안한 기준을 기존의 댐?저수지 붕괴사례에 적용하여 댐 붕괴폭과 댐 높이의 상관관계 분석 결과를 바탕으로 댐 높이 8m 이상을 적정 범위로 고려하였다. 준공 경과연수의 경우에는 국민안전처 "재해위험저수지 댐 관리 지침" 타당성 평가기준인 '시설노후도' 기준과 한국시설안전공단 사회간접자본 노후화 기준에 해당하는 경과연수 기준을 토대로 30년 이상을 기준으로 선정하였으며, 우심피해 및 지진피해 잠재지역은 국민안전처 재해연보(2014)를 기준으로 과거 10년 동안의 우심피해 발생 지역과 기상청 국내 지진 규모 10위권 내에 포함되는 지역을 고려 대상으로 하였다. 본 연구에서 도출한 시설물 붕괴 가능성에 대한 판단기준을 국민안전처에서 고시한 EAP 수립 대상에서 제외되는 지자체 재해위험저수지 354개소에 적용해 본 결과, 저위험군 16개소, 중위험군 5개소, 고위험군 2개소로 각각 조사되었다. 저위험군은 전문 시설물 관리자에 의한 주기적인 시설물 점검 및 관찰이 필요할 것으로 사료되며, 중 고위험군에 속하는 시설물의 경우 본 연구의 결과를 바탕으로 시설물 하류지역의 실질적인 인명 및 경제적 피해 가능성에 대한 보다 면밀한 조사를 통해 EAP 수립 대상 포함여부를 결정하여야 할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.486-490
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• 2017

도심지에서의 침수피해는 이상홍수 및 국지성 호우 시 우수관거 시설기준 미달, 펌프장 등 배수시설이 설치되지 않아 하천의 계획홍수위보다 제내지의 지반고가 낮은 저지대 지역에서 많이 발생하고 있다. 특히, 내수침수의 경우는 외수에 따른 범람보다는 국민의 재산과 인명피해에 직접적인 영향을 미치므로 침수피해 위험도가 높은 지역의 주민에게 그 지역의 침수빈도와 범위를 인지시키고 사전대응 능력을 향상시킬 필요가 있다. 따라서 연구의 목적으로 매년 피해가 발생한 이력이 있는 위험지구에 대해 전국단위 시군구별 침수피해 지도를 작성하여 침수심 산정과 피해액 예측할 수 있는 기초자료로 활용하고, 주민들의 신속한 대처를 통해 그들의 생명과 재산을 보호하여 재난 안전 국가 이미지 제고에 기여하고자 한다. 본 연구에서는 도심지 유출모형인 XP-SWMM을 활용하여 내수재해 위험요인에 대한 전국을 해석하는 것에 한계가 있어 풍수해저감종합계획에 수록된 XP-SWMM모의 분석 결과 값을 활용하고자 하였다. 기 수립된 전국 풍수해저감종합계획의 과거 피해 자료를 바탕으로 이상 집중호우나 태풍의 내습 시 풍수해 피해 발생 가능성이 제일 높은 지역을 연구범위 대상지역으로 선정하였다. 그 중 풍수해의 주요 원인으로서 태풍, 집중호우 및 해일로 인한 피해발생 빈도가 높은 지역이면서 하천재해 및 내수침수 피해가 많은 경기도 동두천시를 연구대상 지역으로 선정하였으며, 대상지 유역 현황과 지형정보 및 빈도별 침수심을 조사하였다. 수록된 내용에 따르면 경기도 동두천시는 우수관망의 밀도가 높은 4개 위험지구를 내수재해 발생가능성 지역으로 선정하여 10년, 20년, 30년, 50년, 100년, 200년 6개 빈도에 대해 XP-SWMM 모의를 실시하였다. 이와 같이 수록된 각 빈도에 대한 모의 결과 값을 GIS기술을 이용하여 디지털화 하고 부가적인 분석을 위한 GIS데이터화 하는 내삽법을 선정하여 침수면적 및 침수심을 산출하였다. 그러나 면적비교를 통해 모의 결과 값을 디지털화 하는 과정에서 많은 오차가 발생되는 것을 확인하였고, 이를 보완하기 위해 좌표보정 자동화 프로그램을 개발하여 이러한 문제점을 제거하여 신뢰도를 향상시켰다. 이렇게 계산된 연구 대상지역의 침수심과 침수면적을 활용하여 지도제작 표준 지침서 및 가이드라인을 제시하여 한국형 호우피해 지도제작 기술개발에 기여하고, 비구조적 대책으로서 이상홍수에 대한 위험도를 파악하여 지역별 도심침수 방지를 위한 대비체계를 구축하는 등 위험지역에 대한 사전분석 및 활용에 기초자료로 도움이 되고자 한다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제52권3호
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• pp.227-234
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• 2019

급격한 도시화와 산업화로 도심 재난 취약성이 증가하고, 전 세계적인 기후변화로 인한 극한 강우사상의 발생빈도가 증가하고 있다. 기존 방재시설의 용량한계를 넘어선 극한 강우사상의 발생으로 도심 지역의 침수피해 또한 증가하고 있다. 도심 침수피해를 예방하기 위해 지하공간을 활용한 지하저류 시설과 지하배수터널 활용이 급부상하고 있으며, 강우가 유입되는 지하유입구에 대한 수리학적 검토를 통한 성능 분석이 중요하다. 본 연구에서는 지하 유입구로 활용되고 있는 접선식(tangential) 유입구와 나선식(spiral) 유입구에 대해 유입유량 변화에 따른 유입부 수위를 계측하고 흐름 특성 변화를 분석했다. 나선식 유입구의 경우, 저유량 조건에서의 와류 유도 효과를 개선하기 위해 유입부 바닥면에 계단형 다단식 구조를 도입했다. 접선식 유입구에서는 고유량 유입조건 아래 도수(hydraulic jump)가 발생하며 유량 배제 효과가 급격하게 감소했다. 다단식 나선(multi-stage) 유입구의 경우, 접선식 유입구보다 유입유량 증가에 따른 수위 상승률은 높지만 저유량 및 고유량 유입조건에 대해 안정적인 유량 배제 효과를 유지했다. 또한, 실험에서 사용된 유입구 모형이 활용될 수 있도록 접선식 유입구와 다단식 나선 유입구 모형에 대한 수위-유량 관계 실험식(empirical formula)을 제시했다.