• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.348-348
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• 2017

최근 기후변화로 인해 국지성 호우 등 이상기후의 발생이 증가하고 있으며, 이에 따른 홍수피해 역시 증가하고 있다. 우리나라에서도 연 강수량의 30% 이상의 강우가 하루에 집중되어 내리는 등 집중호우의 발생이 빈번이 일어나고 있으며, 이로 인한 홍수피해에서 자유롭지 못한 실정이다. 실무에서 홍수에 의한 하천 수위는 대부분 HEC-RAS를 이용해 산정하고 있다. 하천 범람에 의한 제내지 침수해석의 경우 일부 연구에서 HEC-RAS를 이용하여 1차원적으로 수행된 바 있으나, 많은 연구자들은 HEC-RAS와 2차원 수치해석 모형을 연계하여 수행하고 있다. 최근 미육군공병단에서는 기존의 1차원 수위모의와 연계하여 2차원 침수모의가 가능한 HEC-RAS 5.0 버전을 개발하여 공개하였다. 본 연구에서는 HEC-RAS 최신버전을 이용하여 청미천 유역의 2차원 침수 모의를 수행하고, 그 적용성을 평가하고자 한다. 대상지역은 침수흔적도를 이용하여 청미천 유역에 위치한 침수발생지구를 선정하였다. 하천단면자료는 청미천 하천기본계획의 측량자료를 사용하였으며, 강우자료는 인근 기상관측소의 관측자료를 수집하였다. HEC-HMS를 이용하여 강우에 의한 유출량을 산정하였으며, 산정된 유출량을 HEC-RAS에 입력하여 수위를 계산하고 2차원 모의기능을 이용하여 침수해석을 수행하였다. HEC-RAS를 이용한 2차원 침수 모의 방법은 향후 하천범람에 의한 침수해석에 널리 활용될 것으로 예상되며, 본 연구의 결과는 이를 위한 적용성 분석의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.43-43
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• 2011

본 연구에서는 한강제방 취약구간인 성산대교와 잠실철교 부근 지역에 대한 홍수범람을 수치모의 하였다. 사용된 수치모형은 스위스의 Beffa에 의해 개발된 FLUMEN(FLUvial Modeling ENgine)으로서 스위스, 독일, 오스트리아 등에서 홍수범람해석에 사용된 바 있는 모형이다. 제방 취약지역은 한강 하천정비기본계획(2002)과 대학과 연계한 하천관리에 관한 연구용역(2단계 4차년)에 제시된 HEC-RAS 부등류 해석에 의해 계산된 홍수위와 기존 제방의 높이를 비교하여 산정하였다. 범람모의를 위해 HEC-RAS 부정류 해석을 통해 경계조건을 산정하고, FLUMEN을 이용하여 한강제방의 취약지역에 대한 범람모의와 파제 시나리오를 작성하여 파제에 따른 범람모의를 실시하고 적용성을 검토하였다. 제방 취약지역에서 월류로 인한 범람이 발생하였고, 이로 인해 일부 주거지역이 침수되었다. 가상 파제시나리오를 통한 수치모의 결과에서 여의도에서 $2.179km^2$의 넓은 지역에 침수현상이 계산되었으며, 최대 침수심은 5.054m로 성산대교 남단의 가상 파제 시나리오에서 계산되었다. 수치모의 결과 FLUMEN은 한강유역의 범람모의에 적합하다고 판단되며, 본 연구는 홍수 방어대책을 수립함에 있어 홍수 취약지역의 선정과 수공구조물의 설치 방향을 결정하는데 기초자료로 활용이 기대 된다. 정확도를 높이려면 보다 정밀한 제내지, 제외지의 측량자료의 적용, 내수 침수모형과의 연계, 조밀한 불규칙 삼각망의 작성이 필요하며, 국내실정에 맞는 정확한 적용기준마련과 유역의 수리학적 특성이 고려된 홍수해석 모형의 개발이 필요하고 보다 정확한 조도계수의 산정을 위한 지속적인 연구가 필요하다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제39권5호
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• pp.383-394
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• 2006

도시하천유역에서 집중호우에 따른 제방 범람과 이에 따른 침수 피해규모를 해석하기 위하여 우리나라의 대표적 도시하천인 중랑천의 홍수 및 제방붕괴 특성을 시 공간적으로 다양한 조건에서 연구하였으며 실용적인 GIS 기법의 적용방법에 대하여 비교 분석하였다. 이를 위하여 '98년 실제 홍수상황에 대하여 적용분석하였으며, 100년, 200년, PMP의 빈도별 강우 조건에서 홍수량을 각각 산정하였다. 또한, 제방붕괴 조건별 하천의 부정류 해석 및 제내지의 홍수범람해석을 실시하였다. 제방붕괴의 조건으로서 붕괴시간(10, 30, 60분), 붕괴폭(10, 20, 30m) 및 제방붕괴위치(중상류부, 중류부, 중하류부) 등에 따른 홍수위, 월류량 및 제내지 침수 수위 변화 등을 검토한 결과, 제방붕괴의 위치 및 붕괴폭이 홍수범람규모와 침수피해에 큰 영향을 주는 것으로 분석되었다. 또한 FLDWAV에 의한 산정결과를 이용한 홍수범람지도 작성과정에서 WS와 ArcView 모형의 두 모형을 적용하는 과정을 비교하였다 WMS 모형은 비교적 간략한 절차를 통하여 작성할 수 있었으나 지형자료의 부정확성으로 말미암아 침수면적에 상당한 차이를 나타내었다. ArcView모형은 보다 정밀한 범람도를 형성하여 도시유역 등의 적용에 유용할 것으로 판단되나 WMS 모형을 통한 전처리 과정이 필요하여 처리시간이 보다 긴 단점이 있다. 본 연구에서 제시한 분석절차는 도시하천유역의 EAP(Emergency Action Plan, 비상대처계획)수립을 위한 실용적 수문 수리 및 GIS 분석에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.74-74
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• 2016

복잡한 지형에서 컴퓨터를 이용한 물리적 기반 수치모의는 합리적인 시간내에 연산을 완료하기 위해 대개 큰 연산장비 들을 요구한다. 더욱이 모의되는 현상이 시간단계마다 갱신되어지는 동역학적 현상에 기반된 비정상상태일 때 연산성능은 고려되어지는 가장 중요한 주제가 될 수 있다. 연산 시간을 줄이기 위한 가장 널리 이용되는 전략중의 하나는 적절한 수의 프로세서를 이용하는 병렬 기법이다. 최근 들어 연산속도를 가속화하기 위해 다수의 코어를 이용한 OpenMP 와 MPI 기법들이 병렬해석기법으로 대두되었고 그래픽 연산장치를 이용한 병렬처리 해석기법도 소개되고 있다. 본 연구에서는 중앙연산장치를 이용한 병렬 해석기법을 이용하여 제내지 침수해석의 적용성을 검토하고 그 결과을 비교하였다. 본 연구를 위해 OpenMP 병렬기법을 이용하여 확산파 침수해석 프로그램의 원시코드를 재작성하여 가상 및 실제 유역에 적용하였다. 해석결과는 분산메모리 병렬해석 기법인 MPI를 도입한 모형의 결과와 비교되었다. OpenMP를 도입한 모형과 MPI를 도입한 경우 유량 및 수심의 경우 오차 허용 한계내에 수렴되어 만족되었으나 그러나 연산 속도의 경우 두 기법간의 자료의 저장 방법 차이로 인해 차이를 나타내었다. 가상 유역에 적용된 결과로 검토된 각 기법의 증속(speedup) 효과는 MPI의 경우 4 코어를 이용하였을 때 최고 2.62 배 정도에 도달하는 것으로 나타났다. OpenMP 를 적용한 경우 2.87 배 정도로 나타나 OpenMP 를 이용하였을 때 증속효과가 조금 더 뛰어났다. 이는 두 기법의 메모리 저장방식의 차이로 인해 자료의 전송량과 전송 시간이 적은 OpenMP 를 도입한 모형에서 MPI 모형 보다 상대적으로 뛰어난 결과를 나타내었다. 실제 유역의 적용을 위해 상대적으로 우수한 증속결과를 나타낸 OpenMP를 도입한 모형을 Malpasset 댐 붕괴 유역에 적용하였다. 적용된 요소의 수는 각각 45254, 11352 개로 비교적 많은 요소를 가진 하류지역에 적용하여 병렬효과를 극대화하고자 하였다. 적용결과 두 경우 모두 병렬 해석 기법을 도입한 모형에서 유속과 침수심 등은 순차적 모형과 동일한 값을 나타내었으나 증속효과로 인한 연산시간은 순차적 모형에서 8.57 배로 나타나 병렬 모형의 상대적으로 빠른 연산속도를 판단할 있었다. 위의 적용결과를 통해 계산 요소들이 많은 2 차원 해석의 경우 기존의 단일 코어를 이용한 순차적 해석은 장시간에 걸치 연산시간으로 인해 작업효율이 낮아지는 결과를 발생시킬 수 있으며 병렬 해석을 도입할 경우 주어진 컴퓨터 자원를 효율적으로 이용가능하여 합리적인 연산시간으로 연산결과를 얻는 것이 가능하여 반복적 통계 기법/Ensemble 해석 등을 이용한 종합적 해석이 좀 더 실용적으로 이루어 질 수 있을 것이라고 판단되었다.

• 물과 미래
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• 제22권2호
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• pp.223-231
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• 1989

하천제방의 붕괴로부터 발생하는 제내지의 침수현상을 월류(overtopping), 제체의 붕괴(breaking), 파이핑(piping) 등의 세경우로 구분하고, 각 경우에 대하여 제내지로의 유입량을 예측하는 해석모형을 제시하였다. 가상수치실험을 통한 월류 및 제방제체의 붕괴에 의한 하도-제내지간의 흐름의 특징을 해석한 결과 붕괴부의 폭이 유출량에 미치는 영향이 가장 큰 것으로 나타났으며, 붕괴시간이나 유량계수 등의 영향을 작게 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1312-1316
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• 2007

계획규모를 초과하는 이상홍수 발생시 피해를 최소화하기 위해서는 유역종합적인 대응계획이 필요하다. 최근 집중호우가 발생하는 빈도가 높아지고, 이에 따라 계획홍수량을 상회하는 홍수유출 가능성이 높아지면서 효율적인 홍수대응방안에 대한 연구가 활발해지고 있다. 저류지 설치는 이러한 홍수대응방안 중에 하나로 구조적인 설계방법에 대한 실험적 연구가 진행되고 있고, 저류지 규모 및 설치 위치에 대한 홍수량 저감 효과가 검토되고 있다. 본 연구에서는 저류시스템에 의한 저류효과 분석을 위하여 실제 발생한 홍수사상에 의해 외수침수가 발생했던 사례에 대해 수치모의를 통해 검토하였다. 2006년 7월 태풍 에위니아 내습시 월류에 의한 제방붕괴로 인해 침수피해가 다수 발생했던 남강 수계를 대상으로 하였으며, 홍수사상 기간 동안의 대상유역의 홍수량 및 제내지 유입량을 추정한 결과를 이용하여 첨두홍수위를 추정하고 제방붕괴가 발생하지 않은 경우에 대한 홍수위를 산정하여 제방붕괴로 인한 홍수위 저하특성을 분석하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제36권4호
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• pp.661-671
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• 2003

본 연구는 홍수위 계산에 있어서 도입되는 불확식성의 원인을 분석하고 정량화하여 확률론적 홍수위 계산을 실시함으로서 제방원류에 대한 제내지의 범람특성을 해석할 수 있는 모형을 개발하였다. 이를 위해서 홍수위에 영향을 미치는 각종 영향인자를 통계학적으로 분석하였고, 이들 인자를 부등류와 부정류 해석과정에 Monte Carlo 모의를 도입함으로써 홍수위에 미치는 영향을 정량화하였다. 개발된 모형의 검증을 위해 낙동강 유역의 현풍∼적포교구간에 적용하였다. 제내지로의 범람양상과 역류양상을 합리적으로 모의하였고 질량보존도 잘 모의하고 있는 것으로 나타났다. 또한 제내지 침수양상 모의시 붕괴폭, 붕괴시간 등의 불확실도를 고려하여 침수수심 및 침수면적을 산정하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.394-394
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• 2015

급격히 변화하고 있는 산업화와 도시화로 지구 온난화 현상으로 기상이변의 발생빈도가 높아졌고 기후가 불안정하여 예전보다 많은 집중호우가 발생하면서, 홍수로 인한 제내지 침수가 발생되기도 한다. 기후변화로 인한 수재해에 대응하기 위하여 하천 호소 수리 예측 모형의 개선이 필요한 실정이다. 하지만, 자연하천 유역의 강우-유출 상관관계와 지표면 유출현상 및 하도 수리 특성을 자연현상의 복잡성, 강우발생의 시간적 공간적인 발생과정의 임의성, 정확한 해석방법 및 확률 분석에 따르는 불확실성 들을 토대로 단순한 이론과 제한적인 경험공식 등에 의해서 해석, 재현 및 평가를 한다는 것은 매우 어려운 문제이다. 최근 IT 기술의 발전과 더불어, 많은 연구자, 엔지니어들이 기존 수리 수문학적 지식과 IT기술을 융합하여 복잡 다단한 수자원 환경 문제를 해결하고자 한다. 이와 같은 최근 연구 동향에 의거하여, 본 연구에서는 HEC-RAS, TELEMAC-2D 1, 2차원 수리 모형을 연계하여 하천 흐름 분석 및 홍수 범람 해석에 적용하였다. 본 연구에서는 HEC-RAS, TELEMAC 모형을 적용하여 2012년 태풍 '산바(SANBA)'로 인해 홍수 피해를 입은 고령군에 위치한 낙동강 본류 회천 유역(상류 회천교 ~ 하류 도진교)의 하도 내 흐름 분석과 하천 인근 제내지 홍수범람을 예측하였다. 범람해석에 필요한 지형자료를 기초로 하여 각 지형의 조건에 맞게 수치자료를 이용하여 작성하였고, 수자원 정보를 이용하여 유랑, 수위 등 시계열자료를 지류 및 상 하류의 경계조건으로 설정하고, 조도계수 등 하천 기본정보들을 입력하였다. HEC-RAS 모형은 회천교부터 도진교까지 전구간에 대한 종단면과 횡단면별 홍수침수범위 및 홍수위 크기 등 거시적인 1차원 수리해석에 적용하였고, TELEMAC 모형은 HEC-RAS 시뮬레이션 결과를 바탕으로 HEC-RAS에서 나타내기 힘든 2차원 흐름특성, 침수현상 등 일부 범람 구간에 대해 수리해석에 적용하였다. HEC-RAS 시스템은 수공구조물들의 영향과 하천의 영향을 종 횡단면으로 다양한 홍수침수 범위를 1차원으로 나타 낼 수 있으며, TELEMAC 시스템 수리 모의를 통해 얻어진 결과는 유속, 유량, 수심, 하상고 높이 등 2차원으로 나타낼 수 있다. TELEMAC 시스템을 활용한 2차원 분석은 실측자료와 비교적 유사하고 시각, 공간적으로 이해하기 쉽게 표현되므로, 모형 적용성이 우수한 것으로 판단된다. 향후 유역 해석을 위한 수치데이터, 수위, 유량자료를 확보하여 HEC-RAS, TELEMAC 1, 2차원 연계 모형을 적용 한다면, 하천 준설, 하천 구조물 설치, 홍수피해 등 전반적인 하천관리 계획에 활용할 수 있을 것이라 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.1021-1025
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• 2005

물리적 파괴력을 가진 하천의 유수 및 토사가 주택, 농경지, 시설 등에 피해를 입히는 것을 방지하거나 저감하기 위해서는 홍수방어 및 조절 계획에 따라 구조적 대책과 비구조적 대책을 적절히 강구해야 한다. 구조적 대책 중에서도 제방은 기본적이고도 중요한 역할을 차지한다. 하천제방이 붕괴되었을 때 발생하는 홍수범람구역의 정확한 추정과 홍수파가 제내지에서 거동하는 양상을 파악하는 것은 홍수피해를 저감하는 데 있어서 매우 중요한 과제이다. 이는 홍수전에는 치수사업 계획시 좀더 정확한 경제성 분석을 하는데 필요한 입력자료와 효율적인 계획수립에 있어서 그 범위를 결정하는 중요한 역할을 하며, 홍수시에는 신속한 대피를 유도하고, 긴급한 수방대책을 수립하는데 적용할 수 있기 때문이다. 제내지 범람 홍수파에 대한 수치해석은 여러 차례 수행된 바 있으나, 범람홍수파의 수리특성 규명이나 수치모형 검증을 위한 수리실험은 거의 수행되지 않은 것으로 알려져 있다. 제방붕괴의 원인에 따라 붕괴형태나 과정은 많은 차이를 보이겠으나 제방이 붕괴되는 과정에서 홍수류가 제내지로 어떠한 양상으로 유입되는지를 분석하기 위하여 국내외에서 수행된 실험을 분석한 후, 제내지 범람 수리실험 방안을 수립하였다. 본 논문은 제방붕괴에 의한 홍수범람에 대한 대피체계를 설립하기 위한 기초자료를 제공학기 위해 수행되었으며, 수리실험은 홍수터에서 홍수의 거동을 연구하기 위해 실시되었다. 본 논문에서는 제방붕괴와 홍수터에서의 홍수파 유속, 최대수심, 수면곡선의 관계에 대하여 연구하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권1B호
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• pp.79-88
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• 2006

본 연구에서는 제내지와 하도를 연계한 하천유역의 홍수유출해석기법을 개발하였다. 하천변 저지대를 저류지역(Storage Area)으로 구성하고 자연배수시설과 배수펌프장을 모의할 수 있는 기능에 의해 하도와 연결한 후 부정류해석을 수행하였다. 그 결과 유역에서 저지대로 유입한 홍수량과 저지대에서 하천으로 배제되는 홍수량의 차이를 산정하여 내수침수를 유발하는 저류량과 침수위을 결정하였다. 또한, 모형의 하도와 저류지간에 측방구조물을 설치하고 그 상단부에 위어를 설치하여 하도의 홍수위가 제방고 보다 높을 경우 발생하는 외수월류를 모의하며, 여기에 제방파괴(Levee Breach) 기능을 추가하여 파제 상황에서의 외수범람 영향을 분석할 수 있도록 하였다. 이렇게 결정된 시간대별 침수위를 저지대의 표고와 비교함으로써 침수지역을 식별하고 침수심별로 상이한 형태의 시각정보로 변환하여 시간대별, 침수심별 예상침수지도를 작성하였다. 본 모형의 적용 결과 시간대별로 하천의 홍수위와 유역에서 하도로 유입하는 홍수량 및 외수월류와 제방파괴에 의해 제내지로 역류하는 홍수량, 그리고 하천변 저지대의 침수심과 침수면적 및 침수량 등을 산출할 수 있게 되어 치수계획 수립에 필수적인 다양한 정보를 획득할 수 있었다. 아울러 본 모형을 삽교천 유역에 적용한 결과 실제 발생한 홍수사상의 특성을 잘 재현하여 상기한 정보들이 충분한 활용가치가 있는 것으로 평가되었다.