• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.58-58
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• 2021

물은 비, 눈의 형태로 지표면에 공급되며, 빗물이 땅속으로 침투, 저류되고 지표 및 지하흐름을 통해 강이나 바다로 유입되고 다시 증발산을 통해 순환 시스템을 이룬다. 또한, 물은 생명체의 생존에 필수적이며, 건강한 문순환 체계의 균형을 이루는 것이 안정적으로 물을 공급하는 것과 밀접한 관계가 있다. 최근 범지구적으로 기후변화 현상이 나타나고 있으며, 우리나라는 지난 50년간 도시화를 통해 수계와 임야를 제외한 전 국토에서 불투수면적이 22.4%를 차지한다(ME, 2016). 이와 같은 경향은 도시지역의 물순환 및 인프라에서 침수, 가뭄, 비점오염, 침투량 감소 등과 같은 수재해 문제의 우려가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 물관리 일원화와 관련하여 다양한 정책들이 마련되고 있으며, 또한 도시개발 이전의 상태로 회복하기 위한 저영향개발 기술 및 도시지역의 현재 상태를 평가하기 위해 각 분야에 따른 지표 선정에 관한 다양한 연구가 진행되고 있다. 기존 연구사례에서는 대상 도시 내 물순환 체계 회복을 중점적으로 연구가 진행되었다. 물순환 체계는 수계별로 상·중·하류에 따라 인구밀도, 급경사에 따른 돌발홍수, 내수침수, 우수배제 등과 같은 문제가 도시별로 상이하게 발생하며, 추후 이와 관련된 연구가 필요하다. 본 연구에서는 우리 나라 수계에서 대표적인 한강, 낙동강, 금강, 영산강을 대상으로 각 도시에서는 입지특성에 따른 대응방법을 마련하기 위한 기초자료로써 4개의 수계로 구분하여 상·중·하류별로 위치한 도시지역의 물순환 및 인프라에 대해 분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.604-604
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• 2012

국지성 집중호우에 따른 도심지 내수 침수 피해의 주원인으로 하수관거의 설계기준을 초과하는 강우가 침수피해의 주요 원인이며, 도심화로 인해 불투수 면적이 증가함에 따라 유출되는 시간이 짧아 저지대의 피해는 불가피하다. 2010년과 2011년에 100년 이상의 강우사상이 서울시에 연이어 나타나면서 집중호우로 인한 피해지역이 유사하게 나타났으며, 광화문 거리의 연이은 침수는 현재 서울시의 하수관거의 용량과 빗물펌프장 및 저류조 시설로 구성된 기존 수방대책의 한계점을 보이고 있다. 이에 서울시는 광화문 일대의 배수능력을 향상시키기 위하여 효자배수분구 빗물배수터널을 계획하고 있다. 일본, 미국 및 유럽 등지에서는 대심도 지하수로 시설에 대한 수리실험 및 수치 연구를 바탕으로 다양한 지하방수로가 건설되어 국지성 집중 강우에 대해 적절히 대응하고 있으나, 국내의 경우에는 대심도 지하방수로 시설에 대한 연구가 미비하여 지하방수로 설계 지침 및 기술적 자료가 부족한 실정이다. 그러므로 대심도 빗물배수터널 시설에서의 흐름특성 분석에 관한 수리실험 및 수치해석 등의 구체적인 연구가 필요하다고 판단된다. 본 연구에서는 수리모형 실험의 물질적 및 시간적 한계를 극복하기 위하여 일반적으로 3차원 유체거동의 특성분석에 많이 사용되는 Fluent 6.3 모형을 이용하여 대심도 빗물배수터널 시설의 접선식 유입구에 대한 흐름특성을 수치모의 하였다. 접선식 유입구 및 수직갱(drop shaft)에 대한 기하 모형의 격자망은 수치해석의 안정성 확보를 위하여 그림 1과 같이 6면체 격자로 구성하였다. 맨홀 내의 다상유동을 고려하기 위하여 VOF(Volume of Fluid) Scheme을 적용하였으며, 수치해석 방법으로는 비정상류, 1st order implicit method를 사용하였다. Fluent에서의 난류 흐름을 계산하는 방법에는 난류 운동에너지와 난류 에너지 소산율 $\epsilon$의 전달 방정식을 도입한 k-$\epsilon$ 난류 모형을 채택하였다.

• 대한원격탐사학회지
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• 제35권5_2호
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• pp.797-808
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• 2019

본 연구는 유량 실측자료를 활용할 수 없는 미계측유역을 대상으로 홍수범람해석을 수행하기 위한 원격탐사자료의 활용성을 평가하고자 하였다. 대상유역으로는 최근 태풍 라이언록으로 인하여 홍수피해가 발생했던 북한 두만강유역을 선정하였다. 홍수해석에 필요한 지형학적 매개변수를 추정하기 위하여 ASTER GDEM을 활용하였다. 일반적으로 DEM은 하천구역(제외지)에서는 수표면 표고를 나타내므로 이를 이용해서 하천단면을 파악하는데 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 가상의 하천단면을 적용하여 2차원 홍수범람해석을 수행하였다. 또한 하천단면이 홍수범람면적 추정에 미치는 영향을 파악하기 위하여 하천단면을 보간하지 않은 경우에 대해서도 분석을 수행하였다. 분석결과, 침수면적과 침수심에 있어 오차가 발생하지만 주의 깊게 사용한다면 홍수위험지도 작성 및 대응 대비에 활용 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.72-72
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• 2015

최근 이상기후로 집중호우와 강우패턴이 변화하고 있다. 하지만 변화하는 환경을 고려하지 않은 내배수시설 설계로 내수 침수 피해가 증가하여 인명 및 재산 피해가 급증하고 있다. 이에 도시지역의 내수침수에 대한 대책으로 재내지의 초과 우수를 하천으로 강제 배수시키기 위한 빗물펌프장의 역할이 점점 중요해지고 있다. 도심지역의 집중호우에 대응하기 위해서는 빗물펌프장의 목표 배수량을 실제 배수할 수 있는지에 대한 여부가 도시지역의 내수침수를 효율적으로 방어하는데 있어 중요한 요소가 될 것이다. 하지만 현재 빗물펌프장의 설계 시 펌프 흡입부 내 흐름특성을 고려하지 못하고 있어 펌프의 효율에 대한 불확실성이 큰 것이 사실이다. 따라서 펌프 가동 시 흡입부 주변의 흐름특성에 대한 연구가 필요하다. 기존 펌프 흡입부의 실험적 연구에서는 색소를 이용한 vortex의 생성 위치 및 경향을 정성적으로 파악하거나 ADV등의 유속계를 이용하여 흡입부 주변의 흐름특성을 지점별로 분석하는 연구들이 수행되었다. 하지만 빗물펌프장의 펌프 흡입부 주변의 흐름은 펌프 가동에 따라 매우 복잡한 와류가 발생하기 때문에 이를 방지하기 위해서는 정량적인 유속장 분석이 필요하다. 이에 본 연구에서는 비접촉식 유속 측정이 가능하고 유속장 측정이 가능하다는 장점을 갖고 있는 입자영상유속계(PIV: Particle Image Velocimetry)를 이용하여 펌프 흡입부 주변의 흐름특성을 분석하였다. 펌프 흡입부의 흐름특성을 분석한 결과 흡입관 내 유속분포의 편중 현상에 접근유속의 영향이 큰 것으로 나타났다. 또한 흡입유속에 비해 접근유속이 빠른 경우 흡입관 내 유속분포는 상류측에서 횡방향 와류가 발생하여 흡입에 방해가 되는 것을 확인하였고, 하류측으로는 흡입 방향으로 유속이 발생하는 것으로 나타났다. 따라서 향후 펌프 흡입관내 상류측부분의 와류를 감소시키기 위한 연구가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.630-630
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• 2015

기존의 내배수시설에 대한 모의 및 시스템 운영과 관련하여 기존의 연구들은 강우의 설계빈도 및 제한적 호우 시나리오에 국한된 침수의 모의 및 대응에 기반을 하고 있다. 이러한 연구들의 경우 해석에 따른 모의결과에 기반하고 있기 때문에 도시지역에 실시간으로 발생하는 수문현상을 적절하게 반영하지 못하고 있으며, 이에 따른 내배수시설의 효율적 운영 및 침수발생 지점의 예측에 대한 불확실성이 크다고 볼 수 있다. 본 연구에서는 도시하천에서의 외수위 변화 예측에 따른 단기간 내 펌프 조기가동의 효과를 검토에 따른 향후 내수침수 위험성을 감소시키고자 한다. 인공신경망을 이용하여 보다 정확한 단기간 내 외수위 변동성에 대한 분석을 실시하였으며, 상하류 관측수위 기반 펌프 조기가동에 대한 운영 알고리즘을 개선하고자 한다. 이를 위해 최근 몇 년간의 하천의 홍수사상들 중 교차상관계수($R^2$) 값이 비교적 높은 다수의 수문 관측 사상들을 수집 및 적용이 필요하다고 판단되었으며 도림천 유역 내에 위치한 펌프장들에 대한 외수위 관측자료들을 수집하여 연구에 적용하였다. 인공신경망 구성을 위해 입력값으로는 상류지점의 관측 수위지점 자료를 지정하여 입력을 실시하였으며, 출력값으로는 하류단 수위지점 자료를 지정하여 수위 예측을 실시하였다. 다만 수위예측의 경우에 있어 수위를 가장 잘 대변할 수 있는 수위관측소를 선정하는 것이 매우 중요하다고 판단되었으며, 해당 연구에서는 주요 빗물펌프장들의 외수위 자료를 대표 적용하였다. 선정된 지점과 하류의 수위예측지점을 연계하여 운영할 경우 효율적인 수위 예측이 가능하기 때문이다. 결과적으로 수위관측소 지점이 빗물펌프장임을 감안하여 상류단 빗물펌프장의 유역특성이 반영된 유출특성 및 토출특성으로 인하여 하류의 수위 변동에 영향을 미치며 이는 펌프장의 방류수문 개폐시기 및 조기가동의 시점을 선정하는데 있어 밀접한 연관이 있다고 판단된다.

• 한국ITS학회 논문지
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• 제20권6호
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• pp.100-109
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• 2021

본 연구는 폭우로 인해 도로침수가 발생되고 그로 인한 교통상황 악화가 발생할 때, 도로이용자와 침수와 혼잡 상황을 관리하는 시의 관리자들에 필요한 정보를 생산하기 위한 방법론에 대한 연구이다. 홍수와 같은 재난상황에서, 도로이용자들의 2차 피해를 막고, 도로상황 악화를 방지하며 빠른 회복을 위해서는, 적절한 정보가 제공되어야 한다. 도시의 규모에 따라 차이가 있겠으나, 도시에 수천 개의 구간이 존재하고, 특히 홍수와 같은 상황에서 수백 개 내지 천개 이상의 혼잡구간이 존재할 때, 개별 구간단위 혼잡수준 정보는 재난상황관리에 더 이상 유용하지 않다. 본 연구에서는 홍수상황에 영향을 받는 링크들을 공간적으로 클러스터링하고, 클러스터에 포함되지 못하는 영향 링크들은 정보제공 대상에 열외 시켜 무의미한 정보는 제외될 수 있도록 하였다. 또한 클러스터의 시공간적 특성, 즉 시간적 지속성, 공간적 크기를 산정하여, 영향 지역의 심각도 정보가 제공될 수 있도록 하였다. 본 연구를 통하여 만들어진 정보는 도로 이용자와 도시 관리자 모두가 홍수로 파급된 도로네트워크 문제에 적절히 대응하게 하는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.354-354
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• 2021

2020년은 장마기간이 49일간 지속됨에 따라 침수, 산사태 등 많은 홍수피해가 발생하였다. 특히 서울에서는 한강 본류의 수위가 급격하게 증가함에 따라 둔치 및 도로 침수 피해가 발생하였다. 이처럼 하천의 수위증가로 인한 홍수피해에 대응하기 위해 홍수통제소 및 기초지자체에서는 홍수특보를 발령한다. 이 홍수특보는 수위관측소 지점별 계획홍수량의 50 %, 70 % 이상의 홍수량이 발생할 경우 홍수주의보와 홍수경보가 발령되며, 이 기준은 각 권역별로 동일하다. 하지만 2017년 의정부시에서는 중랑천 수위증가로 인해 주변 지역에 침수피해가 발생하였지만, 이때 홍수량은 계획홍수량 대비 약 30 %에 불과하였다. 이처럼 한강권역 내 하천수위 증가로 인한 홍수피해는 계획홍수량의 50 % 이내에서 발생하기도 한다. 이에 본 연구에서는 한강권역을 대상으로 현재 2단계로 발령되는 홍수특보를 3단계로 세분화하고자 하였다. 단계별 홍수량 위험기준을 산정하기 위해 과거 홍수피해 발생 이력이 있는 한강권역 내 43개의 수위관측소 지점을 선정하였으며, 지점별 홍수기 동안의 홍수량 및 피해액 자료를 수집하였다. 각 단계별 홍수량 기준을 산정하기 위해서는 로지스틱 회귀분석 방법을 활용하여 피해발생 확률을 산정하였다. 1단계 기준은 계획홍수량 대비 홍수량 비율과 홍수피해 발생여부를 고려한 이항 로지스틱 회귀분석 모델을 구축한 후 3계 도함수에 적용하여 홍수피해 발생확률이 급격하게 증가하는 특이점을 산정하였다. 2단계와 3단계 기준은 다항 로지스틱 회귀분석 중 계층형 로지스틱 회귀분석을 활용하여 지점별 피해액 비율이 60 ~ 80 %, 80 ~ 100 % 구간에 속할 확률을 산정하고, 1단계와 동일한 방법으로 특이점을 산정하였다. 그 결과 지점별로 기존 제공되고 있는 홍수특보 기준을 과거 발생한 홍수피해를 고려하여 세분화할 수 있었으며, 이 결과는 지역별 홍수피해 저감대책에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국조경학회지
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• 제43권3호
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• pp.13-26
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• 2015

우리나라의 상당수의 도시지역에서 급격한 도시화로 인한 불투수면의 증가와 노후화된 하수관망으로 집중강우 시 상습적인 침수피해가 반복되고 있다. 그러나 하류지역의 하수관 크기를 확장하거나, 펌프장을 추가하는 등 배수계통의 수용량을 늘리는 기존의 중앙집중식 우수관리체계는 유역 전반에 걸쳐 일어난 도시화와 기후변화로 인한 강수량의 증가로 인한 지표유출수 문제를 근본적으로 개선하지 못하고 있다. 따라서 도시홍수 요인에 대응하는 지속가능한 우수관리방식으로 기존의 배수체계를 유지하면서 지표유출수를 최소화하고 지표면의 저류효과를 극대화하는 분산식 우수관리체계의 필요성이 요구된다. 본 연구에서는 최근 침수피해가 가중되고 있는 상습침수지역에 분산식 우수관리체계를 적용하는 것을 목적으로, 대상지의 조건에 적합한 다양한 우수유출저감기법을 활용하여 상류 중류 하류에 걸쳐 조성되는 우수관리통로(Stormwater Managemnt Corridor)를 제안하였다. 연구방법으로는 수정합리식(Modified Rational Method)을 이용하여 대상지 유역 전반의 지표유출수의 발생패턴을 정량적으로 도출하였고, 연구대상지인 동두천시의 중앙동 및 생연동 지역의 지형 및 토지피복, 토양의 자연적 특성과 수계를 분석하여 유역별 특성에 따라 6가지 유형의 설계전략을 적용하였다. 연구결과는 배치도와 단면도, 상세설계도로 제시하였고, 설계안을 통해 저류가 가능한 지표유출수량을 도출함으로써 설계의 예상효과를 검증하였다. 본 연구를 통해 주로 토목적인 측면에서 계획되어왔던 우수관리체계를 조경적 관점에서 계획, 설계, 검증함으로써 도시의 그린 인프라스트럭쳐로서의 오픈스페이스의 기능적 가치를 제고하고, 상습침수지역의 지속가능한 계획과 관리에 기여하고자 한다.

• 한국방재안전학회논문집
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• 제12권3호
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• pp.13-24
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• 2019

실시간 재난위험도 예측 모델인 SIND 모델의 정확도 확인 및 검증을 위해 다양한 형상유사도 개념을 적용하였다. 기하학적 방법론 중에서 가장 널리 이용되는 CRITIC 기법은 침수예상도와 같은 복잡한 지형 형상에 적용하기에는 분명한 한계점을 보여서 본 연구에서는 복잡한 전파특성의 형상을 평가할 수 있는 RCCI와 TF 등과 같은 형상인자를 추가하여 수정된 CRITIC 기법을 제시하였다. 본 연구에서 제안된 형상유사도 평가 방법을 폭풍해일의 침수예상도에 적용하여 검토한 결과, 면 객체 쌍들을 수동으로 정 매칭쌍과 오 매칭쌍으로 구분하였으며, 각 형상 인자들, 위치기준, 면적기준, 형상 기준의 가중치들을 변화시켜가며 각 매칭쌍의 형상유사도를 산정하였다. 본 연구에서 제안된 방법론과 산정된 가중치를 참고자료인 침수예상도의 지도 객체와 목표자료인 SIND 모델결과의 객체에 적용한 결과, 정 매칭쌍은 약 90%가 형상유사도 0.5 이상의 값을 가졌고, 오 매칭쌍은 약 70%가 0.5 미만으로 나타났다. 향후 다수의 객체가 하나의 객체와 대응되는 점을 보완 조정한다면 정 매칭쌍의 형상유사도는 전체적으로 증가하고 오 매칭쌍의 형상유사도는 감소할 것이라 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제38권5호
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• pp.671-683
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• 2018

도시유역에 대한 집중호우에 따른 침수피해가 증가하고 있으며, 기존에 수행된 많은 연구에서 입증 되어진 바와 같이 도시 침수는 하수관망의 통수능을 상회함에 따라 발생하는 내수침수에 주로 기인하고 있다. 도시화가 상당히 진행되고 인구가 밀집되어 있는 지역에 대한 침수피해는 심각한 사회 경제적 피해를 야기한다. 이에 따라 도시지역에 대한 홍수 예측을 위한 확정 및 확률론적 연구가 진행되어 왔지만, 충분한 선행시간을 확보하며 단시간에 홍수량에 대한 예측결과를 도출하기에는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 최적의 실시간 도시 홍수 예측 기법을 제시하기 위하여 도시유출해석 기반 실시간 홍수 예측을 위한 IDNN, TDNN 그리고 NARX 동적신경망을 비교하였다. 강남 지역의 2010, 2011년 실제 호우사상에 대하여 총 홍수량 예측 결과, 입력 지연 인공신경망의 최대 Nash-Sutcliffe 효율 계수는 각각 0.86, 0.53, 시간 지연 인공신경망의 경우 0.92, 0.41, 외생변수를 이용한 비선형 자기 회귀의 경우 0.99, 0.98으로 나타났다. 연구 대상지역에 대한 각 맨홀 누적월류량을 고려한 예측 결과의 오차분석을 통하여 외생변수를 이용한 비선형 자기 회귀 기법을 사용하는 것이 추후 도시 홍수 대응체계 구축에 적합할 것으로 나타났다.