• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.129-129
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• 2020

전국적으로 약 18,000여개가 축조되어 있는 농업용 저수지는 국내농업용수 사용량 중 약 60%를 공급하는 핵심 농업기반시설로서 홍수기에 풍부한 수량을 저류한 후 관개기 혹은 갈수기에 주로 논벼 재배지역에 용수를 공급한다. 최근에는 가뭄에 의한 피해 심각성이 증가함에 따라 농업용 수확보대책 수립, 저수지 준설, 관정개발, 양수저류 등의 다양한 대응 방안을 마련하여 농업가뭄 극복을 위해 노력하고 있으나, 농업용수공급은 현장 물관리자의 경험을 토대로 공급되고 있어 공급량 관리가 정성적이고 제한적인 한계가 발생한다. 따라서, 농업용수의 효율적인 물 관리, 수원공으로부터 물공급의 합리적인 분배, 말단 수로 및 포장까지 안정적인 용수공급을 위한 물공급 및 분배 효율 분석이 필요하다. 본 연구에서는 서산지역의 신송저수지를 대상으로 2019년 5월부터 8월까지 통수일지 자료를 활용하여 농업용수 물공급 및 분배 모의, 관개효율을 분석하였다. 이를 위하여 부정류해석이 가능한 SWMM (Storm Water Management Model) 모형을 기반으로관개지구 용수공급 체계 네트워크와 들녘별로 용수공급이 가능하도록 구축하였고, 해당 지구의 실제 통수 시 수위 유량 계측을 통해 모델의 필수 변수 입력자료를 구축하였다. 전체면적 대비 수혜면적 비율과 전체 관개량 대비 해당 간선의 관개량 비율의 비교를 통해 수혜면적에 따른 관개효율을 분석하였으며, 각 수로별 공급량 대비 관개량 비율을 산정하여 수로별 관개효율을 분석하였다. 농업용수공급 효율 평가 결과는 수혜면적의 용수부족지역 파악, 시기별 용수배분의 공간적인 분포 모니터링 등 농업용수 이수대책에 활용하여 농업가뭄 상황 시 효율적인 물 배분 및 관리에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.258-258
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• 2020

홍수기시 저수지 방류량으로 인한 피해를 저감하기 위한 방법으로는 구조적인 방법과 비구조적인 방법이 있으며, 구조적인 방법으로는 저수지 제체를 증고하는 등의 방법이 있고, 비구조적인 방법으로는 홍수 관리 수리시설물의 홍수기시 효율적인 운영 등이 있다. 그동안 둑높이기 저수지를 평가하는 다양한 연구에서는 제체의 증고를 통한 홍수조절능력 평가가 주를 이뤄왔으나 홍수기시 수공구조물의 운영방법별 홍수조절효과를 다각적으로 비교 연구한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 황룡강 유역의 장성저수지를 대상으로 빈도별 홍수량을 산정하고, 둑높이기 전후의 수공구조물 운영 방법별 홍수조절능력을 평가하였으며, 효율적인 홍수조절방법을 검토하였다. 본 연구에서는 대상지구인 장성저수지의 지배관측소인 광주관측소의 과거 기상자료를 수집하였으며 HEC-HMS (Hydrologic Modeling System)을 이용하여 50년, 100년, 200년 빈도 및 PMF 유입시 설계홍수량을 산정하였다. 각 설계홍수량의 유입 시 저수지 운영 모의에는 HEC-5 (Hydrologic Engineering Center-5) 모형을 이용하였으며, 저수지 운영기법으로 Auto ROM 과 Rigid ROM 방식을 적용하였다. 또한 둑 높이기 전후 홍수조절능력 평가는 지체시간, 시간별 홍수위, 첨두홍수량, 홍수조절률 등 다양한 평가 지표를 고려하여 수행하였다. 본 연구에서 모의한 저수지 운영기법별 둑높이기 전 후의 홍수조절효과 평가를 통해 저수지의 최적 운영방안을 도출하고 둑높이기 저수지의 하류하천에 대한 치수계획의 수립 및 보완에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.387-387
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• 2020

본 연구에서는 LIP에 의한 극한강우로부터 발생되는 극한홍수량을 산정한다. Huff 형 강우시간 분포를 기후변화 시나리오별로 적용하고, 원전주변지역에서의 상세한 토지이용조건의 변화를 고려하여 빈도별 홍수량을 산정한다. 외부침수해석의 정교화를 위한 상세 지형자료를 구축하고, 원자력발전소 부지의 상세 DEM 자료를 생성한다. 이를 위해서 원자력발전소 부지에서 건물, 연석, 도로 등의 영향을 분석하고 토지이용상황에 따른 조도계수를 산정한다. 또한 원전지역에서의 외부침수재해도 분석을 위해서 국립해양조사원에서 검토한 기후변화를 고려한 조위분석 자료를 외부경계조건으로 설정한 후 부지에 대한 2차원 수리분석을 실시한다. 침수심, 침수유속, 침수시간, 침수동압력 분석 등 2차원 침수해석결과를 바탕으로 발생빈도별 침수심, 침수강도 등의 정량적인 분석을 통해서 빈도별 재해도 곡선을 개발한다. 그리고 원전지역에서의 외부 침수에 대한 대표적인 재해도 곡선을 산정하기 위하여 재현기간별 지속시간에 따른 침수심을 분석하고 정리한다. 재현기간별 침수심에 대해 확률 분포형을 적용하기 위해서 AIC검증을 통한 분포형의 적합성을 분석을 실시한다. 또한 재현기간별 지속시간에 따른 침수심들 간의 상관관계를 분석하여 분포형에 적용한다. 적용된 분포형을 몬테칼로 시뮬레이션을 통한 대표적인 확률론적 외부 침수 재해도 곡선을 산정한다. 본 연구를 바탕으로 원전 부지 및 그 부속 시설물(SSC)의 홍수방지 기능과 홍수 대비 시설물에 대한 적용 절차의 신뢰성, 홍수 저감 및 대응 전략에 대한 정량화가 가능하여 원전 홍수 위험에 대한 정량적인 평가 지원이 가능하겠다. 고려할 외부 홍수와 관련된 원전 내부시설 및 장비에 대한 상세한 모델링 절차, 특정 시나리오에 대한 홍수 방지 및 예방과 관련한 SSC의 정량화, 홍수저감 활동과 관련된 통제실 외부 시설물에 대한 수동 조작에 대한 평가가 이루어질 수 있겠다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.13-13
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• 2020

'20년 3월 현재 전국 3,502개 읍면동 중 73개 읍면동이 지하수를 상수원으로 급수 중이며, 48개 산업단지에서 지하수를 주 수원으로 사용 중이다. 또한 급수 소외지역의 물 공급을 위해 주로 사용되는 소규모수도시설 14,811개 중 12,073개(81.5%)는 지하수를 이용하고 있으며, 그 위치는 전국에 산재해 있다. 이처럼 지하수는 댐, 저수지 및 하천과 더불어 생·공용수의 중요한 수원이라 할 수 있다. 본 연구에서는 급수 소외지역의 주요 수원인 지하수위 현황을 이용한 가뭄 모니터링 및 전망 기법을 개발하고자 하였다. 국가 지하수관측망 중 10년 이상 장기 관측 자료를 보유한 253개 관측소의 일단위 관측자료를 기반으로, 과거 관측수위 분포를 핵밀도함수로 추정하고 Quantile Function을 이용해 현재 수위의 높고 낮은 정도를 Percentile 값으로 산정하였다. 관측소별 지하수위 Percentile은 티센망을 이용해 167개 시군별로 공간평균하고 Percentile의 범위에 따른 가뭄등급을 설정하여 지하수 가뭄 정도를 모니터링 할 수 있는 기법을 제시하였다. 또한 지하수 가뭄을 전망하기 위해 강수와 지하수위의 거시적인 응답특성을 이용하였다. 관측소별로 추정된 핵밀도함수의 누적확률을 표준정규분포의 Quantile로 변환하여 표준지하수지수I(Standardized Groundwater level Index, SGI)를 산정하고, 시군별로 공간을 일치시킨 1~12개월 지속기간별 표준강수지수(Standardized Precipitation Index, SPI)와의 상관관계를 이용해 NARX(nonlinear autoregressive exogenous) 인공신경망 예측모형을 구축하였다. 이를 통해 기상청 정량전망 강수량을 이용해 전국의 1~3개월 후 지하수 가뭄을 빠르게 전망할 수 있는 체계를 구축하고, 생·공용수 분야 국가 가뭄 예·경보의 미급수지역 가뭄현황 및 전망에 활용중이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.128-128
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• 2020

최근 농업환경의 변화와 기후변화에 대응하기 위해 농업용수 관리 정보화 및 과학화의 필요성이 증대되어 실시간으로 저수지 저수량과 농업용수 공급량을 파악하기 위해 자동 수위계측시설이 도입되었다. 농림축산식품부의 저수지 자동수위측정기 설치 및 운영지침에 따라 현재 농어촌공사 관리 저수지 1,734개소 및 수로부 1,880개소에 자동수위계가 설치되어 있으며, 저수지와 수로에서 10분 간격으로 수위자료가 생성되고 있다. 농업용 저수지 수문자료의 공인지점은 2016년 6개소에서 2019년 49개소로 증대되고 있으며, 데이터 품질 저하의 최소화 및 신뢰성 있는 수문자료 생성의 필요성이 증가함에 따라 농업용 저수지의 특성을 반영한 저수지 수위 오결측 데이터 보정 방안 및 수문 자료 품질관리 방안이 요구된다. 농업용 저수지의 수위 변화 및 강우-유출 현상은 물리적 모형을 구축하여 기상, 지형 등 영향 인자와 수위(또는 유출)와의 상관관계를 분석하는 것은 무적으로 불가능하였지만, 최근 인공신경망 (Artificial Neural Network, ANN) 등과 같이 black-box 형태의 모형을 이용하여 비선형적인 수문해석이 가능해졌다. 본 연구에서는 빅데이터와 인공신경망을 결합시킨 알고리즘인 딥러닝 (Deep Learning) 기반의 LSTM (Long Short-Term Memory) 모형을 활용하여 농업용 저수지 수위자료를 검토하여 자동계측기에서 발생하는 오류 보정을 위해 품질관리 방안을 제시하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.415-415
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• 2020

국내 농업용수 수요량 산정에 있어서 논벼 수요량은 수정 Penman (Modified Penman: MP) 방법에 의한 증발산량을 기반으로 산정하고 있으나, 최근 국제식량농업기구 (Food and Agriculture Organization of the United Nations: FAO) 및 국내 농진청 등에서는 Penman-Monteith (PM) 방법에 의한 증발산량 산정방법을 채택하고 있다. 따라서 본 연구에서는 논벼 수요량 산정에 있어 우리나라 실제 현장여건에 적합한 논벼 증발산량 산정 방법을 제안하고자 기존에 적용하고 있는 MP 방법과 최근에 국내외적으로 제안되고 있는 PM 방법에 의한 논벼 수요량 산정 결과를 실질적으로 벼 생산에 공급된 저수지 공급량 자료와 비교 분석을 통해 현장 적용성을 평가해 보았다. 이를 위해 본 연구에서는 농진청에서 PM 증발산량 작물계수를 도출한 현장실험지구를 포함하는 호남지역을 대상으로 저수지 100 만톤 이상의 한국농어촌공사 관리지역 중 농업용수 공급량 자료가 신뢰성 있는 대표지구를 선정하였다. 농업용수 실제 공급량 자료를 기반으로 두 증발산량에 의한 논벼 수요량 산정 결과를 비교 분석한 결과, MP 방법에 의한 수요량이 PM 방법에 의한 수요량 보다 높게 나타났으며, 따라서 MP 방법에 의한 수요량이 PM 방법에 의한 수요량 보다 농업용수 공급량과의 차이가 작게 나타나는 경향을 보였다. 대체적으로 강우량이 적은 지역에서 농업용수 공급량 및 논벼 수요량이 높게 나타났으며, 이러한 결과는 공급량과 수요량간의 관계에도 영향을 미쳐 강우량이 많은 지역에서 강우량이 적은 지역에 비해 농업용수 공급일수가 감소함으로써 공급량과 수요량과의 차이가 적어지는 경향을 보였다. 본 연구 결과로 농업용수 공급량을 기준으로 논벼 수요량 산정에 있어 증발산량 산정방법은 안정적인 농업용수 공급계획과 수리시설 설계에서의 이수안전도 확보차원에서 MP 방법을 채택하는 것이 더 바람직 할 것으로 사료된다. 추가적으로 논벼 수요량 산정은 증발산량 산정방법 외에도 유효우량 산정방법, 수로손실, 재배관리손실 등의 다양한 관련 인자들의 영향을 받기 때문에 증발산량 산정방법과 더불어 이들 인자들에 대해서도 종합적인 평가를 실시하여 논벼 수요량 산정 결과의 신뢰성 확보가 요구된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.416-416
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• 2020

우리나라의 계절 특성상 여름철 집중호우가 쏟아지는 현상이 빈번하게 발생하는데 이러한 돌발홍수가 예고 없이 일어나 상습적으로 침수 피해를 입는 지역이 증가하고 있다. 본 연구에서 2009년 ~ 2019년 동안 서울시 침수 피해 사건 중심의 인터넷 기사를 기반으로 실제 침수 사례를 조사해본 결과, 침수가 가장 많이 발생한 순으로 반포동(26건), 대치동(25건), 잠실동(21건)으로 집계되었다. 침수피해가 가장 많은 반포동을 연구지역으로 선정하고 그 중 잠수교의 수위를 예측하는 연구를 진행하였다. 기존 연구에서는 수치모형에 비해 신속한 결과를 도출할 수 있는 자료 기반 모형 중 LSTM 기법을 많이 사용하였다. 그러나 이는 선행 시간이 길어질수록 첨두수위에서 과소추정된 것으로 분석된 취약점이 존재하였다(정성호 외, 2018). 본 연구에서는 이러한 단점을 보완하기 위해 GANs(Generative Adversarial Networks)를 이용하였다. GANs는 생성자와 감별자가 나뉘어 생성자가 실제 자료인 첨두수위에서의 잠수교의 수위를 학습하고 실제와 근접한 가상데이터를 결과로 생성하여 감별자는 그 생성된 미래의 잠수교의 수위가 실제인지 가상인지 판별하도록 학습시키는 신경망 구조이다. 사용한 수문자료는 한강홍수통제소, 기상청, 국립해양조사원에서 제공하는 최근 15년간의 (2005년~2019년) 수위, 방류량, 강수량, 조위 자료를 수집하였고 t-test와 상관성분석을 통해 사용한 인자 간의 유의미성 판단과 상관성을 분석했다. 또한, 민감도 분석 결과 시퀀스길이(5), 반복횟수(1000), 은닉층(10), 학습률(0.005)로 최적값을 선정하였다. 또한 학습구간(2005년~2014년)과 검증구간(2015~2019년)으로 나누어 상대적으로 높은 수위가 관측되는 홍수기의 3, 6, 9시간 후의 수위를 예측하고 오차 지표를 이용해 평가하였다. LSTM 기법으로 예측된 수위와 GANs로 예측된 수위를 비교한 결과 GANs으로 예측된 첨두수위에서의 정확도가 5% 정도로 향상되었다. 향후에는 다양한 영향인자와 다른 기법과의 결합을 고려한다면 보다 정확하게 수위를 예측하여 하천 주변 사회기반시설의 침수 피해를 감소시킬 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.262-262
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• 2020

새만금 유역 내에는 다수의 보 및 제수문이 위치하고 있으며, 관개, 배수, 오염원 등이 영향을 받고 있다. 선행연구 중에는 보 및 제수문을 고려하기 위해 모형의 소스코드를 일부 수정하여 연구되고 있으나 유역모형으로 구현하기에는 한계가 있으며, 이에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 만경강 유역을 대상으로 유역 모형과 전산유체역학 모형을 이용하여 하류 제수문에 대한 유입, 유출 그리고 오염원 등의 영향을 분석하고자 한다. SWAT (Soil and water assessment tool)은 유역 모형으로 미국 농무부에서 농업유역의 수문순환 및 비점오염원을 모의하기 위해 개발한 모형이다. CFD (Computational fluid dynamics)는 전산유체역학 모형으로 구조물을 설계하고 유체, 기체 등을 모의할 수 있다. SWAT 모형을 이용하여 농업유역 하류 제수문 위치를 출구로 지정하여 수문을 모의하고 그 결과자료는 CFD에 입력할 수 있다. CFD는 하류 제수문 구조물을 설계하고 SWAT 모형의 수문자료를 입력하여 제수문의 영향을 평가할 수 있다. 우선, 만경강 유역을 대상유역으로 선정하고 부용, 황산, 상리, 고은교 등 제수문의 위치를 파악하였다. SWAT 모형 구축을 위해 2015-2018년까지 기상, 수위, 유량 관측자료를 수집하였으며, 보정기간과 검증기간은 각 2년이며, 모형 성능 검증에 사용한 적합성 평가 지수는 R² (Determine coefficient), RMSE (Root mean square error), 그리고 NSE (Nash-sutcliffe efficiency coefficient)를 사용하였다. 모형의 보정은 SWAT-CUP 자동보정프로그램을 사용하였으며, 모형의 보정지수는 NSE를 사용하였고, 1,000회 반복 수행을 통해 매개변수를 최적화하였다. 보정기간의 유출량 적합성 평가 지수는 R², RMSE 그리고 NSE가 각각 0.84, 2.96 mm/day, 0.70을 나타냈다. 검증기간의 유출량 적합성 평가 지수는 R², RMSE 그리고 NSE가 각각 0.72, 2.94 mm/day, 0.46을 나타냈다. 본 연구는 유역 차원과 구조물 차원의 모델링을 연계하는 것으로 향후 제수문 모니터링 자료를 활용하여 CFD 모형을 구축하고 유입량에 따른 제수문의 검보정 및 영향을 평가하고자 한다. 이러한 결과는 최근 기후변화에 따라 급격히 변화하는 유역환경에 대처할 수 있는 방안이 될 수 있을 것이며, 제수문 시설을 관리하는 기관에서도 합리적인 운영방안에 대한 기초자료로 기여할 수 있을 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.88-88
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• 2020

수심평균 2차원 혼합모형은 하천환경에서 다양한 용존성 오염물질의 혼합현상을 모의하기 위해 널리 활용되어왔다. 2차원 혼합모형에서 분산계수는 하천의 전단 흐름에 의해 야기되는 오염물질의 퍼짐 현상을 표현하는 중요한 인자로서 작용하기 때문에 정교한 오염물질 혼합거동을 모의하기 위해서는 적합한 분산계수를 산정하는 것이 필수적이다. 분산계수를 실험적으로 산정하는 방법으로는 크게 모멘트법과 추적법으로 나뉘며, 비정상상태의 혼합거동에 대해 종방향 및 횡방향 분산계수를 동시에 산정할 수 있는 방법은 추적법 계열의 2차원 유관추적법(2D STRP)이 유일하다. 본 연구에서는 하천에 유입된 오염물질의 2차원 혼합해석을 위한 수치모형을 개발하였으며, 개발된 모형의 수치해를 바탕으로 다양한 Peclet 수의 범위에 대해 기존연구에서 제시된 2D STRP의 적용범위 및 성능을 정량적으로 분석하였다. 분석된 정보를 바탕으로 기존 2D STRP의 한계를 극복하기 위한 개선된 2차원 유관추적법(2D STRP-i)을 개발하고, 사행하천을 모형화한 실규모 하천실험시설에서 검증하였다. 기존 2D STRP의 성능평가 결과, Peclet 수가 낮은 조건일수록 농도분포의 예측 정확도가 감소하는 경향을 보였으며, 하안 경계에 도달하는 농도가 증가할수록 부정확한 결과를 초래하는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 기존 2D STRP의 한계를 보완하여 더욱 정확한 분산계수를 산정하고자 하안 경계면 조건을 고려한 2차원 유관추적법(2D STRP-i)을 개발하였다. 2D STRP-i는 직교-곡선좌표계 기반의 2차원 이송-분산 방정식을 바탕으로 횡방향 유속분포 및 하안 경계조건을 고려할 수 있도록 개선되었다. 2D STRP-i는 공간적으로 상이한 이송효과 및 하안경계 조건을 적절히 반영함으로써 농도분포의 예측 정확도를 개선 시키는 것으로 평가되었으며, 하안경계면에서 농도가 증가하는 구간에서 기존 2D STRP의 결과와 비교하여 더욱 정확한 농도분포 및 분산계수를 제공하는 것으로 밝혀졌다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.251-251
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• 2021

최근 기후변화로 인한 집중호우의 영향으로 홍수 시 댐으로의 유입량이 설계 당시보다 증가하여 댐의 안전성 확보가 필요하다(감사원, 2003). 이에 건설교통부(2003)는 기후변화와 댐 노후화에 대비하여 치수능력증대사업을 추진하여 댐의 홍수배제능력을 확보하였고, 환경부(2020)에서는 40년 이상 경과된 댐을 대상으로 스마트 안전관리체계 구축을 통한 선제적 보수보강, 성능개선 및 자산관리로 댐의 장수명화를 목적으로 댐의 국가안전대진단을 추진하고 있다. 이에 본 연구에서는 댐 시설(여수로)의 노후도 평가 시 활용 될 수 있는 여수로 표면손상 원인규명에 대하여 3차원 수치모형(FLOW-3D 및 COMSOL Multiphysics)을 통해 검토하고자 한다. 연구대상 댐은 𐩒𐩒댐으로 지형 및 여수로를 구축하였으며, 계획방류량(200년 빈도) 및 최대방류량(PMF) 조건에서 모의를 수행하였다. 수치모의 계산의 정확도 검토를 위하여 Baffle의 설치를 통하여 시간에 따른 유량의 변화를 설계 값과 비교하였고 오차가 1.0% 이내를 만족하는 것을 확인하였다. 여수로 표면손상의 다양한 원인 중 기존연구(USBR, 2019)를 통하여 공동침식(Cavitation Erosion) 및 수력잭킹(Hydraulic Jacking)에 초점을 두었으며 방류조건 별 공동지수(Cavitation Index)산정을 통하여 공동침식 위험 구간을 확인하였다. 이음부의 균열 및 공동으로 인한 표층부 콘크리트의 탈락현상을 가속화시키는 수력잭킹 검토를 위하여 국부모형을 구축하였고 음압력(Negative Pressure), 정체압력(Stagnation Pressure), 양압력(Uplift Pressure)의 분포를 확인하였다. 최종적으로 COMSOL Multiphysics를 통하여 압력분포에 따른 구조해석을 수행하여 폰 미세스(Von Mises) 등가응력 및 변위를 검토하여 콘크리트의 탈락가능성을 확인하였다. 본 연구는 여수로 공동부 및 균열부에서의 손상메커니즘을 확인할 수 있는 기초적인 연구이지만 향후에는 다양한 지형조건 및 흐름조건에서의 압력분포 분석 및 유체-구조물 상호작용(Fluid-Structure Interaction, FSI)모의를 수행한다면 구조물 노후도 및 잔존수명 평가에 필요한 손상한계함수 도출이 가능할 것으로 기대된다.