• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.88-88
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• 2023

지난 100년 동안 전 지구의 기상 이변이 꾸준히 증가하고 있다. 기후 변화는 도시 홍수 피해에 큰 영향을 끼치는데 급속한 도시화와 이상 기후로 인한 돌발 강우 패턴의 증가는 도시 침수의 취약성을 가중시킨다. 또한 급격한 도시 발전으로 인한 도심지의 불투수율 또한 꾸준히 증가하였다. 특히 2022년 8월 8일에 강남역과 도림천 일대에 내린 기록적인 강우는 기후 변화를 실감하게 하는 사회적 이슈가 되었으며 도심지 미래 수방 대책 변화를 상기시키는 계기가 되었다. 이로 인한 재해 피해에 최소화하기 위해 미래 기후 변화를 고려한 도심지의 새로운 방재 목표강우량 설정이 필요하다. 하지만 전 지구 모형(GCM)의 기후 변화 시나리오는 일 단위(Daily) 상세화 자료를 보편적으로 사용하고 있다. 하지만 이는 단기 강우 자료를 필요로 하는 도시 홍수 모의에서 제대로 활용할 수 없는 한계를 가지고 있다. 따라서 본 연구는 2019년에 발간된 IPCC 6차 평가 보고서(AR6)가 제안하는 SSP(Shared Socioeconomic Pathways, 공통사회경제경로) 시나리오를 기반하여 상세화된 일 단위(Daily) 강우 데이터를 비모수적 통계 기법을 사용하여 시간 단위(Hourly)로 상세화하였다. 또한 지속 시간별 연 최대치 강우를 추출하여 빈도 해석을 통해 도시 유역의 미래 확률 강우량을 제시하였으며, 서울시 상습적인 침수 취약 지역인 도림천 유역에 강우-유출 모형(XP-SWMM)을 사용하여 미래전망 기후 자료인 SSP2-4.5와 SSP5-8.5에 따른 미래 확률 강우 침수 모의를 실시하였다. 본 연구의 결과는 최신 기후 변화 시나리오를 고려한 서울시 방재 성능 목표 강우량 산정에 활용 가능할 것으로 사료되며 미래 강우량 침수 모의를 통해 침수 취약 구역인 도림천 일대 홍수피해의 근거 자료가 되는 것에 의의를 둔다. 또한 치수 분야에서 기후 변화를 고려하기 위해서는 기후 변화 시나리오에 따른 시간 단위 자료의 상세화가 필요함을 시사한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1773-1777
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• 2007

한국수자원공사에서 개발한 유역유출 모형인 RRFS의 모의를 위한 입력자료로 사용되는 생활, 공업, 농업용수 중에서 생활용수와 공업용수 수요량은 댐이나 하도에서 취수되어 수요자에게 전달되는 체계이기 때문에 농업용수 수요량에 비해 상대적으로 신뢰성 있는 값을 산정 할 수 있다고 사료된다. 그러나 RRFS의 모의운영 결과를 분석해 보면 농업용수 수요량이 급증하는 매년 5월경에 음유량 값이 다수 발생되고 있다. 이러한 원인은 강우로 인한 농업용수의 공급이 미반영 되었거나 유역의 물리적인 특성 변화를 반영하지 못한 농업용수의 수요량이 과대 산정된 것으로 사료된다. 따라서 본 연구에서는 상기의 문제점을 세밀하게 파악하여 해결하는 방법은 현재의 기술로는 어렵다고 판단하여 한국수자원공사 수자원연구원에서 산정한 일단위 소유역별 용수수요량을 일, 반순, 순, 월, 계절, 연별로 각각의 특성을 통계학적으로 분석하여 RRFS를 운영하는 현재시점에서의 적정 용수수요량 지표를 제시하고자 한다. 용수수요 지표는 각각의 용수수요량에 대하여 현재를 기준으로 과거로 연, 계절, 월, 순, 반순, 일단위로 분석된 결과를 바탕으로 총 5단계 즉, 용수수요량이 매우 많음, 많음, 보통, 적음, 매우 적음으로 구분하여 활용할 수 있도록 하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권1B호
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• pp.11-22
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• 2009

장기유출 해석은 저수지와 댐의 용량 결정, 가뭄대책 수립, 하천유지유량 결정 등의 이수계획과 용수공급을 위한 댐 및 저수지의 물 관리, 수리권의 허가 및 조정, 용수 분쟁 조정 등의 하천 물 관리 실무와 하천, 호소의 수질예측 등에도 필수적이다. 이를 위해 수문학자들은 수자원관리를 목적으로 강우-유출 모형을 가장 널리 이용하고 있으나 실제 유역 내에 위치하고 있는 댐과 저수지 등과 같은 인위적 저류시설물에 대한 고려가 미흡한 실정이다. 각 저류시설물의 수용 및 방류 능력은 국부적으로는 저수지 하류에, 광역적으로는 유역 전체에 상당한 영향을 미칠 수 있으며 이러한 관점에서 볼 때 강우-유출 모형을 이용하여 유출해석 시 유역 내 포함된 저수지나 댐과 같은 시설물을 고려하여 모형을 구성하는 것이 타당하다. 본 연구에서는 과거 집중호우 등으로 홍수피해를 경험한 바가 있으며 농업용 저수지가 다수 위치한 안성천 유역을 대상으로 농업용 저수지가 유출해석에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위해 본 연구에서는 현재 홍수조절 능력에 대한 논란이 일고 있는 안성천 유역의 농업용 저수지를 고려하여 준 분포형 강우-유출 모형인 SLURP 모형을 구성하고 농업용 저수지의 저류 효과에 따른 하류 지역에 대한 영향성을 검토하였으며, 유출해석 시 모형 내 저수지 반영 여부에 따른 차이에 대하여 비교 분석하였다. 모형 내 저수지를 고려하여 모의한 결과, 강우가 집중되지 않는 봄과 가을철에는 저류효과가 있는 것으로 나타났으나 강우가 매우 집중되는 시기에는 하류로의 유출이 더 크게 모의되어 저수지를 고려하지 않은 경우와 차이를 보였으며, 유황분석을 통해 저수지 유무에 따른 유량변동이 풍수량(95일)과 갈수량(355일)에서 특히 크게 분석되는 결과를 확인 할 수 있었다. 단, 본 연구에서 분석하고자 하는 기흥, 이동, 고삼과 금광 저수지의 자료는 안성천홍수예보시스템 개선(건설교통부, 2007b)에서 조사된 내용에 의거하여 각 저수지별 최대방류량을 입력 자료로 활용하였으므로 실제 저수지 운영에 따른 유출과 유황변동과는 차이가 있을 수 있음을 미리 밝히는 바이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.312-317
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• 2006

지역규모의 기후변화 모의결과를 이용하여 금강유역 용담댐의 홍수기 치수안전도에 대한 민감도분석을 수행하였다. 기후변화 모의에 사용된 SNURCM(Seoul National University Regional Climate Model)은 미국 National Center for Atmospheric Research의 Community Climate System Model의 전지구모형을 기반으로 spectral nudging 기법을 사용한 공간해상도 30 km, 연직 21층의 지역기후모형이다. 기후변화 시나리오로는 SRES 'B1'이 사용되었으며 과거 control run에 대한 기후모의 정확도 분석을 통하여 SNURCM 기상자료를 관측치와 비교한 결과 면적강우량을 다소 과소추정하였고 이점을 감안하여 SNURCM의 일 모의결과에 보정 계수를 적용하였다. 하천유출량은 SSARR 모형을 이용하여 SNURCM 모의가 수행된 전체기간을 $1980{\sim}1999$년과 $2000{\sim}2019$년으로 20년씩 나누어 용담댐 일 유입량을 산정하여 통계분석을 실시하였고 과거와 미래 20년 동안을 비교하여 본 결과 (1) 유량의 평균보다는 분산이 미래 20년 동안 증가하여 가뭄과 홍수에 대한 위험도가 증가함을 알 수 있었고, (2) 특히 연최대유량 또한 미래 20년 동안 상당히 증가하여 홍수기 치수대책이 더욱 중요해질 것으로 판단되었다. 마지막으로 용담댐 운영은 범용 시스템분석 도구인 STELLA(System Thinking Experimental Learning Laboratory with Animation) 상에서 GUI로 구현하여 유입량 변화에 따른 용담댐 치수안전도 변화를 모의해 보았다. 용담댐의 홍수기 운영은 저수지 수위가 제한수위를 초과하기 시작하면 Rigid ROM 발효하여 방류량을 결정하도록 구성하였고, 무효방류(spill)가 일어나는 현상을 실패로 가정하여 이에 대한 신뢰도(reliability), 회복도(resiliency), 그리고 심도(vulnerability)를 치수안전도 지표로 계산하였다. 전체기간을 1980년${\sim}$1999년, 2000년${\sim}$2019년, 2000년${\sim}$2009년, 그리고 2010년${\sim}$2019년까지 총 4구간으로 나누어 결과를 도출하였으며 예상한 바와 같이 후반기 20년 동안에 세 가지 지표가 취약해 지는 것을 확인할 수 있었고, 특히 2000년부터 2009년까지 10년 동안에는 더욱 취약해짐을 확인할 수 있었다.

• 한국산림과학회지
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• 제87권1호
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• pp.11-19
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• 1998

산림소유역의 유출현상을 정량적으로 분석 평가하기 위한 개념적(槪念的)인 강우(降雨)-유출(流出) 수문모형(水文模型) 개발하기 위한 목적으로 산림소유역에서의 유출성분을 2단의 직렬저류탱크로 구성하고 여기에 산림수관에 의한 차단량과 집중호우 발생시의 지표유출성분을 재현하는 각각 1개씩의 탱크를 조합하여 총 4단의 탱크를 가진 강우-유출모형을 개발하였다. 또한, 본 모형의 적용성을 검증하기 위하여 전남 광양시 소재 서울대 농생대 부속 남부연습림 추산 시험장내 두 개소의 산림소유역을 시험유역으로 선정하고 1994년 1월부터 1996년 8월까지의 실측된 강우량, 유출수량 및 수관차단우량 자료로써 모형의 매개변수의 보정 및 적용성을 검증하였다. 보정 매개변수를 이용한 본 모형의 일유출량 모의발생치를 시험유역의 일별 실측치와 비교한 결과, 두 시험유역에서 모두 장기간 및 단기간에 있어서 실측치와 비교적 정확하게 일치하는 것으로 분석되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.60-60
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• 2023

태풍 힌남노에 경주에 위치한 총저수량 184만m³, 유역면적 22km²인 왕신저수지는 303m의 제체가 2시간여 동안 전면 월류하는 초유의 사태를 겪었다. 그때 다행히 저수지 수위는 10분 단위로 기록됐다. 이 자료를 이용하여 제체 월류현상을 평가하기 위해 저수지 운영의 기본자료인 유입량, 저수량, 방류량 등을 10분 단위로 생산코자 했다. 방법은 인근에 위치하고 운영자료가 있는 총저수량 260만m³, 유역면적 3.7km²인 감포댐에 대해 유입량 모의방법을 검증하고, 왕신저수지에 그대로 적용하여 유입량을 모의하고, 물수지에 의해 방류량을 계산하는 것으로 했다. 모의결과는 저수량 오차로 신뢰도를 확인했다. 여기서 저수지 유입량은 ONE 모형을 이용하여 10분 단위로 생산했다. 2022년 9월 5일부터 6일까지 10분 단위로 모의한 결과는 다음과 같다. 첫째, 감포댐 유역은 강우량은 10분 최대 32.3mm, 총강우량 196.0mm였고, 유입량은 10분 최대 80.1m³/s, 총유입량 59만m³로 모의됐고, 신뢰도는 RMSE 2.120mm, NSE 0.947, R²는 0.949로 매우 높게 나타났다. 그리고 저수량 모의 신뢰도도 RMSE 0.153m, NSE 0.993, R²는 0.997로 높았다. 둘째, 왕신저수지 유역은 강우량은 유역내에 위치한 환경부 관리의 화산리 관측소에서 10분 최대 21.0mm, 총강우량은 10시간 동안 422.0mm였고, 유입량은 10분 최대 716.5m³/s, 총유입량 904만m³로 모의됐고, 유출률은 95.7%로 강우량 거의가 유입되는 것으로 나타났다. 셋째, 왕신 저수지의 방류량은 10분 최대 610.8m³/s, 총방류량 848만m³로 계산됐고, 총유입량의 93.8%에 상당한 것으로 나타났다. 그리고 저수지 물수지에 의해 10분 단위 모의 저수위의 신뢰도는 RMSE 0.117m, NSE 0.994, R²는 0.999로 매우 높게 나타났다. 넷째, 왕신저수지의 제체고 EL.59.20m를 월류한 시간은 9월6일 5시50분부터 8시까지 2시간10분 동안였으며, 관측 저수위는 EL59.24m~EL.60.28m, 모의 저수위는 EL.59.31m~EL.60.29m로 나타났다. 월류되는 동안 총유입량은 544만m³, 총방류량은 527만m³로 나타나, 유입량의 96.8%가 월류되는 것으로 계산돼 저수지의 저류효과는 거의 없는 것으로 나타났다. 이때 유입량은 전기간의 60.2%, 방류량은 62.1%에 상당했다. 다섯째, 힌남노에 따른 왕신저수지의 홍수조절효과는 첨두유입량을 105.7m³/s 저감시켰고, 홍수량을 56만m³을 저류시킨 것으로 분석됐다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1007-1012
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• 2008

유역통합수자원관리의 시작은 기상예측정보의 제공으로부터 시작된다. 하지만, 기상예측정보는 단기, 중기, 장기로 구분되며, 제공되는 정보가 수자원 운영에 필요한 정보와 시간적으로나 공간적으로 차이가 나며, 가공에 많은 전문가들의 노력이 필요하여 실무에서의 적용에 많은 어려움이 따른다. 따라서 본 연구에서는 이러한 문제들을 해결하고 용이하게 수자원 운영자에게 필요한 기상정보를 적절한 형태의 가공을 통하여 자동적으로 제공해 주는데 그 목적이 있다. 이러한 시스템의 구축을 통해 향후 수자원 운영에 있어 필수적인 의사결정 정보를 제공해 주어 수자원의 이용효율을 높이고자 한다. 구축된 시스템은 금강 유역에 대해 소유역단위로 장기 유출의 입력자료인 일단위 예측 강수를 30일간 제공하도록 시스템을 구축하였다. 단기(1일$\sim$2일)에는 RDAPS의 모의 결과인 Grib파일을 자동 추출하여 예측 강수를 제공한다. 1일에 두 번 모의되는 RDAPS의 결과를 일단위로 제공하기 위해 여러 가지 case별 분석을 실시하여 가장 적합한 기법을 이용하여 일단위 시계열을 구축하는 시스템을 설계하였다. 중기(3일$\sim$10일)에는 GDAPS 결과인 Grib파일을 자동 추출하여 유역단위 시계열을 구축한 뒤 과거 자료를 이용한 연 평균 자료를 이용하여 가중치를 곱하여 시계열을 구축하였다. 장기(11일$\sim$30일) 시계열의 구축을 위해서는 단기 및 중기 예측 시계열을 이용하여 과거 시계열 자료와의 통계적 비교 분석을 이용하여 유사 시계열을 추출한 후 과거 자료에 대한 평균값과 기상 전망을 이용하여 가중치를 부여하는 방법 등을 이용하여 시스템을 구축하였다. 본 시스템은 한국수자원공사에서 운영 중인 RRFS모형의 입력 자료를 자동 생성할 수 있는 기능을 제공하도록 설계되었다. 이러한 시스템의 구축을 통해 기상정보를 다루는데 익숙하지 않은 수자원 운영자들에게 비교적 용이하게 유역단위 기상예측 정보를 추출하는데 큰 도움이 될 것으로 기대한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.70-70
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• 2015

하천에서의 수문/수리적 특성은 주수로의 다양한 지형학적 형태로 나타난다. 특히 흐름과 수반된 유사량의 변화는 하천의 지형학적, 수리기하적 특성을 지배하며, 하도의 물리적 시스템을 변화시켜 동적 평형에 이르게 된다. 하천에서 하도 형성에 지배적인 역할을 하는 수리특성은 하도형성유량으로 지배유량이며, 보통 만제유량을 사용한다. Dunne and Leopold(1978)는 만제유량을 유사의 이송, 하천의 사행, 유선형의 변화 등 하천의 일반적인 형태를 변화시키며, 주수로의 특성을 형성하는 유량으로 정의하였다. 이와 같이 수리 지형학적 특성을 반영하는 만제유량은 하천의 특성을 나타내는 중요한 요소이다. 따라서 본 연구에서는 한강 수계 20개 하천, 27개 수위 관측소의 최소 10년 이상의 실측 자료를 기반으로 다년간의 연평균 실측유량을 산정하였으며, McCandless(2003)가 제시한 지형학적 만제지표를 이용하여 추정한 만제유량과의 상관성을 분석하였다. 추정된 만제유량은 HEC-RAS model을 이용하여 만제하폭, 만제수심, 만제 시 평균유속을 산정하였다. 27개 지점의 실측유량과 만제유량의 상관성 분석결과 만제유량은 연평균 일유량의 7.7배로 나타났다. 따라서 만제유량을 7일 평균유량(1 week mean discharge)으로 정의하였으며, 수정된 7일 유량과 만제유량의 RMSE는 13.90 m/s, MAPE는 9.94 %로 상관성이 매우 높게 나타났다. 또한 만제유량과 만제하폭, 만제수심, 평균유량, 구간경사와 상관성 분석결과 개별적으로의 상관성은 나타나지 않았으나, 만제하폭, 수심, 평균유량과 만제유량에 대한 회귀 분석을 실시한 결과 $R^2$는 0.911로 매우 높게 나타났으며, 구간경사를 추가하여 분석한 결과 $R^2$가 0.914로 증가하였다. 따라서 만제유량은 수리 기하학적 특성이 모두 반영된 하천 특성을 나타내는 복합적인 지표임을 확인하였다. 아울러 만제유량을 통해 추정된 연평균 유량($48{\cdot}Q_{bf}$)을 우리나라의 월간 유출량 분포 비율을 이용하여 일유량으로 배분/생성하였으며, 생성된 일유량을 통해 CCHE2D model을 이용하여 하상변동 모의를 수행하였다. 대상 구간은 병성천 최하류로부터 상류로 7 km 구간이며, 2013년 1월과 12월 측량 자료를 통한 1년간의 실제 하상 변동 자료와 2013년 실측 유량자료에 따른 하상변동 모의 결과 및 만제유량에 의해 배분/생성된 일유량에 따른 하상변동 모의 결과를 비교하였다. 비교 분석 결과 7일 평균 유량으로 정의된 만제유량을 통해 배분/생성된 유량의 수치모의 결과는 실제 측량자료 및 실측유량자료에 따른 하상변동 결과와 매우 일치하는 것을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.580-580
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• 2015

하천에서의 수문/수리적 특성은 주수로의 다양한 지형학적 형태로 나타난다. 특히 흐름과 수반된 유사량의 변화는 하천의 지형학적, 수리기하적 특성을 지배하며, 하도의 물리적 시스템을 변화시켜 동적 평형에 이르게 된다. 하천에서 하도 형성에 지배적인 역할을 하는 수리특성은 하도형성 유량으로 지배유량이며, 보통 만제유량을 사용한다. Dunne and Leopold(1978)는 만제유량을 유사의 이송, 하천의 사행, 유선형의 변화 등 하천의 일반적인 형태를 변화시키며, 주수로의 특성을 형성하는 유량으로 정의하였다. 이와 같이 수리 지형학적 특성을 반영하는 만제유량은 하천의 특성을 나타내는 중요한 요소이다. 따라서 본 연구에서는 한강 수계 20개 하천, 27개 수위 관측소의 최소 10년 이상의 실측 자료를 기반으로 다년간의 연평균 실측유량을 산정하였으며, McCandless(2003)가 제시한 지형학적 만제지표를 이용하여 추정한 만제유량과의 상관성을 분석하였다. 추정된 만제유량은 HEC-RAS model을 이용하여 만제하폭, 만제수심, 만제 시 평균유속을 산정하였다. 27개 지점의 실측유량과 만제유량의 상관성 분석결과 만제유량은 연평균 일유량의 7.7배로 나타났다. 따라서 만제유량을 7일 평균유량(1 week mean discharge)으로 정의하였으며, 수정된 7일 유량과 만제유량의 RMSE는 13.90m/s, MAPE는 9.94 %로 상관성이 매우 높게 나타났다. 또한 만제유량과 만제하폭, 만제수심, 평균유량, 구간경사와 상관성 분석결과 개별적으로의 상관성은 나타나지 않았으나, 만제하폭, 수심, 평균유량과 만제유량에 대한 회귀 분석을 실시한 결과 $R^2$는 0.911로 매우 높게 나타났으며, 구간경사를 추가하여 분석한 결과 $R^2$가 0.914로 증가하였다. 따라서 만제유량은 수리 기하학적 특성이 모두 반영된 하천 특성을 나타내는 복합적인 지표임을 확인하였다. 아울러 만제유량을 통해 추정된 연평균 유량($48{\cdot}Q_{bf}$)을 우리나라의 월간 유출량 분포 비율을 이용하여 일유량으로 배분/생성하였으며, 생성된 일유량을 통해 CCHE2D model을 이용하여 하상변동 모의를 수행하였다. 대상 구간은 병성천 최하류로부터 상류로 7 km 구간이며, 2013년 1월과 12월 측량 자료를 통한 1년간의 실제 하상 변동 자료와 2013년 실측 유량자료에 따른 하상변동모의 결과 및 만제유량에 의해 배분/생성된 일유량에 따른 하상변동 모의 결과를 비교하였다. 비교 분석 결과 7일 평균 유량으로 정의된 만제유량을 통해 배분/생성된 유량의 수치모의 결과는 실제 측량자료 및 실측유량자료에 따른 하상변동 결과와 매우 일치하는 것을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1-5
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• 2010

1982년 10월 21일 스페인에서 발생한 Tous 댐 붕괴 시 발생한 유출로 인하여 댐에서 5km 하류에 위치한 도시지역을 홍수파가 관통하면서 시간에 따라 변화되는 홍수파의 특성을 수치모형을 이용하여 분석하였다. 분석에 적용된 수치모형은 비구조적 2차원 유한체적법과 불연속 흐름을 모의하기 위해 시간과 공간상으로 1차 정확도를 가진 HLLC 기법을 적용한 모형이다. 본 연구에서는 도시지역의 침수현상을 두 가지 Case에 대해 구성하였으며, 모의결과를 침수흔적 자료 및 기존의 수치모의 결과와 비교하였다. 첫 번째 Case는 Mulet and Alcrudo(2004)에 의한 수치모의결과와의 비교를 통해 모형의 적용성 검증을 하였으며, 두 번째 Case는 도시 지역에서의 건물 투수여부에 따라 변화되는 홍수파의 흐름특성 및 지점별 최대 침수심을 모의하였을 경우이다. Case 1에서 모형의 검증결과 수치모형을 통해 계산된 지점별 수심변화는 비교적 잘 일치하는 결과를 얻었으며, Case 2의 경우 지점별 수심은 Case 1에 비해 다소 과소산정 되는 경향을 나타내었다.