• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.460-460
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• 2023

최근 범 지구적인 기후변화로 인해 집중호우가 빈번히 발생하고 침수피해가 증가하고 있다. 이에 따른 침수 피해 위험이 큰 지하상가, 지하 주차장, 반지하 주택 등의 침수 발생이 잦아지며 인명 및 재산 피해 발생이 커지고 있다. 이러한 지역은 인근 하수관로의 수위에 따라 침수 영향을 크게 받게 된다. 이에 따른 강우·유출 관계는 침수피해에 대해 대처하기 위해 시공간적 강우 특성이 반영된 하수관로 수위 예측이 중요하다고 판단된다. 이에 본 연구에서 수위 자료는 서울시 하수관로 수위 현황 자료를 활용하였으며, 강수량 자료는 서울 내 서초구 일대의 강수량 자료를 활용하여 연구를 진행하였다. 대상 지역은 저지대에 위치해 침수가 잦은 서초구 서초동으로 선정하였으며, 분석에 사용된 기간은 2012년부터 2021년까지의 수위 자료를 화용하여 이를 바탕으로 순환 신경망인 RNN의 일종이며, 다른 모델의 구조와 비교하여 더욱 간단하고 효율적인 ESN(Echo State Network) 알고리즘을 사용하여 수위 예측을 진행하였다. 분석을 위해 대상 지역의 강수 사상이 발생하여 하수관로의 수위의 변동이 큰 기간을 선정하여 분석을 실시하였다. 2012년부터 2018년까지의 자료를 학습(training) 자료로 활용하였으며, 모형의 검증 위해 통계분석을 실시하여 검증하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.334-334
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• 2023

도시침수는 사회 기반시설에 파괴적인 영향을 끼치고, 재산 및 인명 피해의 원인이 되므로, 고해상도 고정확도 예측 정보를 활용한 선제적 대응이 중요하다. 하지만, 기후변화로 인한 강수 강도의 증가, 도시의 확장 및 고밀화 등 토지피복 변화, 홍수방어시설의 노후화 등 여러 요인들의 복합적인 영향으로 인해 도시침수의 정확한 재현 및 예측은 여전히 난제로 남아 있다. 천수 방정식(Shallow Water Equations)을 기반으로 하는 물리과정 모형은 신뢰도 높은 예측 결과를 제공할 수 있지만, Courant-Friedrichs-Lewy 조건 등의 제약으로 인해 대규모 도시 지역의 고해상도 실시간 예측에는 적합하지 않은 한계가 있다. 본 연구에서는 상대적으로 간단한 연산 규칙의 중첩을 통해 복잡계 물리 시스템을 모의하는 셀룰러 오토마타(Cellular Automata; CA) 기술에 기반한 도시침수 해석 모형인 CA-Urban을 개발하고, 미국 Oregon 주 북서쪽에 위치한 Portland시의 도심지역에 대해 침수해석의 적용성을 평가한다. 세부적으로는, 기존 셀룰러 오토마타 기반 침수해석알고리즘의 수치 진동(Oscillation) 문제에 대한 원인을 분석하고, 안정성 향상 방법인 셀 간 최대유량 제한, 가중치 적용 기법, 모형의 계산 효율성 향상을 위한 최적 적응 시간 단계 기법(Adaptive time step)의 적용 결과를 소개한다. 또한, 침투 및 증발산 등 물순환 요소 해석 모듈의 개발 성과 및 방향에 대해서 토의한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.344-344
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• 2023

최근 기후변화에 따라 극한 강우로 전 세계적으로 국지적 홍수 피해가 증가하고 있다. 또한 극한 강우 발생시 다양한 건설 현장의 상황에 따라 침수 취약성이 나타나 인적 물적 피해로 이어질 수 있다. 특히, 시공에 따른 현장 지형 변화에 대해 실시간으로 침수 예측이 불가하여 위험 판단이 어려운 실정이며, 극한 강우 발생에 대비하기 위해 강우 정보 획득 및 분석을 효율화하여 강우예측 정확성을 높일 필요가 있다. 이러한 필요성에 따라 본 연구에서는 건설 현장의 침수 피해를 최소화하기 위해 침수 위험을 판정하고 예측하는 방법을 제시하고자 한다. 본 연구의 침수 위험 판정 방법은 건설 현장에서 실시간 지형변화 정보 확보와 침수 위험 판정의 정확도를 높이기 위한 침수심 분석에 인공 신경망 기법을 활용하였다. 또한, 침수판정 알고리즘은 지형, 강우 분석 모듈과 침수판정 모듈로 구성하였다. 지형 분석 모듈은 건설 현장이 시공진행에 따른 지형 데이터의 변화를 고려하기 위해 실시간 영상 정보의 객체 탐지를 구분하는 인공 신경망 기법을 적용해 지형 분석 모듈을 구축하였다. 강우 분석 모듈은 다양한 강우 정보를 취합할 수 있는 서버를 구축하여 강우 임베딩 정보를 실시간으로 분석하도록 고안하여 정확도를 높였다. 이러한 자료를 바탕으로 강우-유출해석에 의한 침수심 값과 실측값, 침수 지표를 활용하여 인공 신경망 기법으로 침수 위험을 판정하도록 제시하였다. 본 연구를 통해 건설 현장에서 지형 상태의 지속적인 변화와 강우데이터의 정확도 향상에 대응할 수 있는 침수 위험 판정이 가능하고 인적 물적 피해 최소화를 기대할 수 있다. 향후, 본 연구에서 제시된 방법은 건설 현장에서 분석 시스템과 실측 모니터링에 의해 검증되어야 할 것이며, 건설 현장 외에도 스마트 도시 및 지하 공간에서 확대하여 적용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국항행학회논문지
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• 제27권4호
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• pp.488-494
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• 2023

본 논문에서는 2차원 침수해석 모형인 G2D를 이용하여 모의 도메인을 구성하고, 전주시 전역을 대상으로 시나리오 기반 도시 침수예측을 수행하였다. 도메인 구성과 격자별 조도계수 설정은 DEM과 토지피복도를 이용하고, G2D 모형의 입력은 수위, 수심 및 유량 등을 적용하였다. 가상강우는10분당3 mm로5시간동안모든격자에부여하였고, 가상 유량을 적용하여 지표면 침수해석 모의를 진행하였다. 또한 대상 지역의 침수해석 모델 실행 여부를 판단하기 위해 GPU 가속기법을 적용하였다. 모의 결과 고해상도 침수해석 시간의 대폭 단축 및 모의 시간별 시각적인 침수 판단을 위한 침수심을 생성할 수 있음을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.300-300
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• 2020

최근 전체 산업재해율은 계속적으로 감소 추세를 보이는 반면, 건설업의 재해율은 증가하는 추세를 내타내고 있다. 이러한 건설업 공종별 재해유형은 임시구조물과 관련된 가설공, 굴착공, 철근콘크리트공의 재해율이 타 공종에 비해 높게 나타난다. 이는 공종 진행에 따라 변화되는 건설현장의 위험요소를 사전에 인지하여 제어·관리할 수 있는 사고예측 기술 및 대응 기술의 부재로 안전사고가 높게 발생한 것으로 판단된다. 이러한 상황 속에서 건설현장에서 빈번하게 발생하는 다양한 재해 상황에 대하여 공사별, 규모별, 공정별 대응 체계를 마련하고, 굴착공사 중 침수 발생 시 피해를 최소화할 수 있는 실용적인 긴급대응 방안을 확보함으로써 경제적인 손실뿐만 아니라 인명피해를 최소화하는 방안 마련이 필요하다. 공사 현장 재해 상황 중 침수는 태풍 또는 집중호우 시 공사구간이 침수되어 근로자 수몰 등의 피해가 발생하고, 절토면이 붕괴되는 등 2차적인 피해로 이어진다. 이러한 침수의 원인은 공사 현장의 저지대 위치, 집중호우 시 최대 강우량에 대한 대비 소홀, 양수기 부족 및 고장, 인접 배수로 배수기능 불량 등의 복합적인 원인들로 인하여 발생한다. 또한 굴착공사 현장의 침수는 공사기간 동안 개별 공종에 따라 침수발생 양상이 달라질 수 있다. 따라서 각 공종별 발생 가능한 침수 양상에 대한 예방/대응 기술이 필요하다. 본 연구에서 사용되는 HDM-2D 수리 동역학 모델은 2차원 흐름해석 프로그램으로 복잡한 하천지형이나 공사현장과 같은 불연속면에서 유속 및 수심 등을 계산한다. 또한 마름/젖음 현상 등 복잡한 수리현상에 대한 정교한 모의 기능 및 침수해석 등 어떠한 계산영역이나 흐름조건에서도 정확하고 안정적인 모의를 할 수 있다. 본 연구에서는 공사현장과 같은 불연속면에서 각 공종에 따라 발생할 수 있는 침수양상에 대한 모의를 진행하고 각 공종별 침수양상을 비교분석 하였다. 이를 통해서 굴착공사 현장 침수피해 예측 모델을 개발하여 개발된 기술을 사용하여 기후변화에 따른 강우량 증가와 이에 따른 수재해로 인한 건설현장 침수 발생 및 인명, 재산피해를 최소화하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.377-377
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• 2020

이상기후변화에 따른 홍수피해는 매년 빈번히 발생하고 있고, 이러한 피해에 대비하여 예측 및 대응방안을 신속히 확보할 수 있는 재난예측 및 대응시스템은 필수로 요구되는 실정이다. 강우의 의한 홍수발생과 하천수위 급상승에 의한 제방의 월류 및 파제 메커니즘은 상당히 복잡하고 유동적이며 다양한 불확실성을 포함한다. 본 연구에서는 극치 강수량의 매개변수들의 불확실성을 고려하기 위해 수행된 비정상성 빈도해석 기반의 수문시나리오를 바탕으로 산정된 MCS(Monte Carlo Simulation)기반 확률홍수위를 산정하였고, 이를 활용하여 2차원 제내지 침수해석의 경계조건으로 활용하여 홍수위 변동에 의한 하천 제방 붕괴 변동폭의 범위를 설정하고, 그에 따른 제방붕괴 유출량의 변동 범위를 산정하였다. 또한 확률론적 파제 유입량에 의한 제내지의 침수심과 침수범위를 MCS기반의 2차원 제내지 침수해석을 통해 정량화하여 확률침수심도를 작성하였다. 이러한 홍수발생의 전반적인 메커니즘을 고려하여 매개변수들의 불확실도를 정량적으로 평가함으로써 기존의 결정론적 해석기법보다 신뢰성 있는 침수심 예측결과를 확보하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.30-30
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• 2022

최근 기후변화로 인한 국지성 호우 빈도 및 강수량이 급증하는 등 극한강우 발생 가능성이 높아지고 있는 실정이다. 공공 기반의 유역 및 지자체별 침수 대응은 지속적으로 이루어지고 있으나, 건설 현장 대응은 이에 비해 미흡한 실정이다. 특히, 건설 현장의 경우, 예측할 수 없는 홍수 유출에 대해서도 기존 설계시 반영된 홍수 유출량과 기상청 정보에만 의존하고 있어 극한강우 발생시 취약성을 나타낼 수 있다. 특히, Top-down 현장은 개구부, 표면 작업을 위한 포장 등에 의해 지하부로 유입되는 강우량이 많고, 지하 굴착공사시 단차 및 지하수 발생으로 극한강우시 침수에 의한 수재해 발생 확률이 높다. 이를 대비하기 위해 XP-SWMM 모형을 이용하여 지상부와 지하부의 강우-유출량을 산정하고 지하부 침수를 모의하였다. 실제 Top-down 현장조사를 통해 침수 관련 인자와 XP-SWMM을 연계하여 침수모의 기법에 적용하였다. 관련 주요인자는 강우량, 현장 지상부 면적, 지상부 배수로, 지하 유입부, 지하 배수펌프 등으로 현장 조사결과 나타났다. 강우자료의 경우, 극한강우를 고려하기 위해 현장 지역의 최대 강우량, 태풍 루사와 기상청 강우의 증가 시나리오를 고려하여 모의에 적용하였다. 본 연구에서는 극한강우에 대한 Top-down 침수 모의를 수행할 수 있는 상용 모델링과 이와연관된 인자를 도출하여 침수 모의 기법을 최적화 하였다. 이러한 침수 모의를 통해 Top-Down 현장 침수심 등을 예측할 수 있다. 향후 이를 통해 지하공간이 있는 건설현장의 강우-유출 현상및 침수 모의가 가능하고, 실시간 현장별 침수 예측 모델 개발로 현장별 대피경로 및 대응방안을 제시하여 인적 피해를 최소화할 수 있을 것으로 기대할 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.284-284
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• 2017

최근 한강, 낙동강, 금강, 영산강 등 주요 하천에 설치된 다기능 보는 평수위 및 홍수위의 수위차를 상당히 감소시켰으며, 가동보 운영으로 홍수초기 일정기간동안 수위를 조절할 수 있으므로 친수 목적으로 활용할 수 있는 고수부지 공간과 보로 인하여 유지되는 수면공간 등 새로운 가치를 창출할 수 있는 하천공간이 조성되었다. 새롭게 펼쳐진 하천공간을 다양한 여가 및 문화활동 공간으로 이용하고자 하는 국민적 요구가 증가함에 따라 공원 캠핑장 자전거도로 등 하천내 친수지구를 안전하게 관리해야할 필요성 또한 증가되었으므로, 본 연구에서는 영산강 친수지구를 대상으로 침수예측 현황 및 개선방안을 검토하였다. 지금까지의 국내 하천 홍수관리 정책은 하천의 홍수피해로부터 하천변 저지대의 범람피해를 최소화하는 방향으로 추진되었다. 이에 따라 홍수예보 또한 홍수주의보, 홍수경보 등 비교적 규모가 큰 홍수를 대상으로 사전에 예측하여 발령함으로써 홍수피해를 대비하는 것이 목적이었다. 그러나 하천 친수지구 침수는 지금까지의 홍수예보와는 대상홍수 유량규모에서부터 큰 차이를 나타낸다. 본 연구에서는 친수지구 지형 반영 개선, 지류 유입량의 민감도 분석을 통한 주요 지류유입 유량의 정확도 개선, 다기능 보 운영에 따른 보 배수영향의 반영 등을 통하여 현재 국토교통부의 홍수예측 모형인 FLDWAV 모형의 홍수위 예측 정확도를 개선하였다. 그 결과, 황룡강 합류 상류구간과 하류구간 모두 침수시작 시점의 포착, 수위수문 곡선의 형태 등 다양한 관점에서 수위해석의 정확도가 개선되었다. 삼지 지점의 경우, 홍수초기 수위해석 오차가 크게 줄어서 RMSE가 1.33m에서 0.30m 홍수해석 정확도가 개선되었으며, 광주지점의 경우의 RMSE는 1.60m에서 0.56m로 개선되었다. 황룡강 합류 하류 지점인 본동과 나주지점의 RMSE는 각각 0.30m, 0.39m에서 0.02m, 0.42m로 수정되었으며, 나주지점의 경우 저유량 규모에서 모형의 보정이 좀 더 수행될 필요가 있음을 확인하였으나 침수시점의 포착(본동 7.8 EL.m, 나주 4.0 ELm)에서 크게 개선됨을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.424-428
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• 2011

기후변화의 영향으로 대규모 호우와 예측이 어려운 국지성 호우가 전 세계적으로 빈번하게 발생하고 있으며, 우리나라 또한 최근 강수일수의 감소와 강수량 및 집중호우의 증가추세가 보고되고 있다. 집중호우에 따른 피해를 저감시키기 위한 비구조적 대책으로써 홍수범람 위험지역에 대해서는 침수면적이나 침수심도의 예측은 풍수해로 인한 인명 및 재산피해를 최소화하기 위한 중요한 정보로 활용될 수 있다. 비정방향격자기반 2차원 홍수범람 해석모형은 고정확도의 해석결과를 제공하지만 범람모의를 위한 입력 자료의 구축과 모의시간의 제약성으로 인해 범람예측의 신속성을 확보하기 어렵고, 다른 수리 수문 모형과의 결합이 상대적으로 어려우며, 다양한 래스터 DB들과의 호환이 어려워 홍수피해액을 산정 또는 예측하기 어렵다는 단점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 지반고를 고려하여 범람류의 전파거동을 해석하는 정방형격자기반의 2차원 홍수범람해석기법과 다차원 피해액 산정기법을 결합하여 2002년 태풍 '루사'로 인한 '동막', '장현' 저수지의 동시붕괴로 인한 피해지역의 침수편입률 및 침수피해액을 산정하고 실측 침수심도와 피해액 통계자료를 활용하여 모의결과의 정확도를 검증한다.