• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1827-1831
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• 2010

국내의 저수지 비상대처계획수립은 저수용량 100만$m^3$이상의 중 대규모의 댐 및 저수지를 대상으로 수립되고 있다. 반면, 전국 14,208개의 시 군 구 지자체관리 저수지 가운데 80% 이상을 차지하고 있는 30만$m^3$ 미만의 중 소규모 저수지에 대해서는 피해규모의 정량화 방안이 체계적으로 구축되어 있지 못한 실정이다. 이에 본 연구는 중 소규모 농업용 저수지의 붕괴로 인하여 하류부에서 발생하는 피해를 산정하고, 잠재적인 피해액을 예측할 수 있는 홍수피해액 산정방법을 연구하고 인명 및 재산피해를 추정하는 기법을 연구하였다. 홍수피해액 산정에 대한 연구는 1970년대에 치수경제성 분석의 필요성이 대두되면서 원단위법(1993, 건설부, 하천시설기준), 회귀분석법(2001, 건설교통부, 치수사업 경제성분석 개선방안 연구), 다차원법(2004, 건설교통부, 치수사업 경제성분석 연구 방법) 순으로 발전되어 왔다. 원단위법과 회귀분석법의 문제점을 보완하기 위하여 다차원법이 제시되었지만 사용하는 자료가 방대하고 실제 가용성이 제한적인 자료를 포함하고 있어서 적용성이 떨어지는 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 중 소규모의 농업용 저수지 붕괴로 인한 홍수범람시의 피해액산정을 위하여 기존의 원단위법과 다차원법의 장점을 취하여 침수피해추정곡선법(IDEM : Inundation Damage Estimation Method)을 적용하였다. 인명손실액, 이재민피해손실액, 건물피해액, 건물내용물 피해액, 농작물 피해액, 농경지피해액, 공공시설물 피해액으로 구분하고 현재 제공되는 통계자료와 GIS 기법을 이용하여 대상 저수지인 창리저수지의 붕괴에 따른 소규모 범람구역의 침수심별 홍수피해액을 산정 후 침수심-피해액 곡선을 작성하였다. 창리저수지의 경우 저수지 붕괴시 0.4m의 침수심부터 제내지의 침수피해가 발생함을 알 수 있었으며, 침수심-피해액 곡선을 이용하여 침수심별 피해규모를 예상할 수 있었다. 향후 다양한 저수지에 적용성을 검토하여 국내 중 소규모 농업용 저수지 붕괴에 따른 홍수피해액 산정에 이용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.313-313
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• 2020

여름철 발생하는 집중호우는 해안지역 및 하천유역의 저지대에 상습적인 침수를 유발하며, 도시지역은 높은 불투수율로 인해 추가적인 침수 피해가 발생하는 경우가 많다. 본 연구에서는 폭함수를 통해 하천망의 공간적인 특성을 함수형태로 나타내어 유역의 수문분석에 이용하는 폭함수 단위도법(WFIUH, Width Function Instantaneous Unit Hydrograph)을 소개하고, 적용성을 검토하기 위하여 실제 유역 및 강우 사상에 적용해보았다. WFIUH는 기존의 집중형 수문모형과 다르게 매개변수를 물리적으로 결정할 수 있으며, 유역특성과 시공간적 변동성을 수문곡선 산정에 반영할 수 있는 장점이 있다. WFIUH의 적용성을 검토하기 위하여 2003년 한반도에 심각한 침수피해를 입힌 태풍 매미로 인해 발생한 강우사상과 그로인해 큰 피해가 있었던 마산 지역의 남천, 삼호천 일부 유역을 대상으로 강우-유출 분석을 실시하였다. 분석결과 범용 수문모형인 HEC-HMS와 비교 시 유사한 결과를 보이며, 실제 관측치와도 유사한 결과를 보이는 것으로 나타났다. 또한 강우의 이동을 반영하여 강우의 이동이 수문곡선과 첨두유량에 미치는 영향을 비교분석 하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.425-425
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• 2018

최근 이상기후로 인해 우리나라의 강수량과 집중호우가 증가하고 있으며, 태풍의 빈도는 낮아졌지만 태풍의 강도가 높아지는 추세를 보이고 있다. 지난 2002년 태풍 '루사', 2003년 태풍 '매미', 2006년 태풍 '에위니아' 그리고 2016년 태풍 '차바' 등에 의해 울산지역에서는 집중호우로 인한 많은 인명과 재산피해가 발생하였다. 2016년 태풍 '차바' 당시 300년 빈도를 초과하는 시간당 104.2mm의 강우가 발생했으며, 울산 시가지를 비롯한 전역에 막대한 침수피해가 발생하였다. 본 연구에서는 2차원 도시유출모형인 XP-SWMM모형을 이용하여 2016년 태풍 '차바' 당시에 울산 시가지 중심인 우정혁신도시를 비롯한 침수가 발생한 태화 우정시장 일대에 대한 침수원인 분석을 하였다. XP-SWMM모형을 이용하여 우수관거에 흐르는 홍수수문곡선을 산정하고 관거의 용량을 초과하여 범람한 유량은 2D 모델링을 통하여 침수분석을 하였다. 침수분석결과는 연구지역의 실제 침수심 및 CCTV자료 분석을 통한 침수심과 비교하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.357-357
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• 2023

2017년 7월 16일 집중호우로 인해 무심천 상류에 위치한 충청북도 청주시 상당구 남일면 고은리 655번지의 농경지 침수 피해가 발생하였다. 대상지역의 우안 제방에는 기존에 수동식 수문이 설치되어 있었으나 내구연한이 지나고 부식되어 수년전에 망실되었으며, 2017년 7월 홍수 이후 유사한 규모의 홍수가 발생 할 경우 대상지역은 홍수피해를 겪을 수밖에 없는 상황에 처해 있다. 이에 따라 홍수방어 시설인 전동식 수문을 설치하여 설치 전·후의 침수 피해를 분석하였다. 본 연구에서는 청주 수위관측소의 2017년 7월 15~16일 수위자료를 수집하여 수위-유량관계곡선식(Rating Curve)을 적용한 시간당 유량자료를 산정하였으며, 수문설치 지점인 고은리 655번지를 시점으로 하류 약 15.871km에 위치한 흥덕교까지 HEC-RAS 모형을 이용하여 홍수분석을 수행하였다. 무심천 우안 제방 내 수문이 설치되기 전과 후에 따른 대상지역의 제내지 침수구역 범위를 산정하여 비교 분석하였다. 측점은 96개의 횡단면으로 구성하였으며, 부정류 해석을 위한 경계조건으로 상류단 유입량, 측방 유입량 및 하류단 수위를 적용하였다. 홍수분석 결과 단면별 최대수위는 EL.41.92m~EL.66.29m의 범위를 나타내고 있으며, 적용 홍수에 따른 최대 유속은 3.17 m/s로나타났다. 수문설치 지점의 하천 횡단에서 발생하는 최고 수위는 EL.66.29m로 산정되었으며, EL.66.29m를 기준으로 전동식 수문이 설치되기 전과 후의 침수범위를 분석하였다. 설치 전 홍수분석 결과 제내지 침수구역의 면적은 141,309.3m²로 분석되었다. 전동식 수문을 설치함에 따라 대상지역의 제내지 침수 피해를 겪지 않은 것으로 분석되었다. 향후 전동식 수문과 IoT기술을 접목하여 지자체의 재난관리 시스템과 연동할 수 있다면, 유사한 침수피해를 최소화 하는데 기여할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.367-367
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• 2019

최근 기후변화로 인해 국지성 호우 및 태풍의 빈도가 빈발하고 및 규모가 커지고 있으며 그로 인한 홍수피해규모는 증가하고 있다. 본 논문에서는 도시 지역의 호우로 인한 침수유발 강우량을 산정하는 기법의 정확도를 산정하는데 목적이 있으며 이를 위해 ROC(Receiver Operation Characteristic Curve) 분석을 이용하였다. 본 논문에서는 분포형 홍수해석 모형인 S-RAT 모형과 2차원 침수해석 모형 FLO-2D을 커플링하여 호우로 인한 침수해석을 실시하였으며 강우시나리오는 설계 강우 200mm의 강우를 10% 간격으로 증가시켜 강우량 대비 침수심 자료를 모의하였다. 모의한 침수심 자료를 이용하여 유역 격자를 $1km{\times}1km$ 별 강우량-침수심 관계곡선식을 제시하였으며 개발된 곡선식을 이용하여 특정 침수심(20cm)을 유발시키는 강우량(한계강우량)을 산정하였다. 정확도 산정은 ROC(Receiver Operation Characteristic Curve) 분석 방법을 이용하여 침수 유무의 적중률에 따른 민감도와 특이도를 이용하여 AUC(Area Under the Curve)의 점수로 정확도를 판단하였다. 본 논문에서는 본 논문에서 제시한 한계강우량의 정확도를 판단하기 위하여 2011년 7월의 사당역 일대 침수사례를 이용하였다. 실제 침수정보가 없어 실제 호우사상과 실제 하수관망을 고려할 수 있는 SWMM 모형을 이용하여 침수분석을 실시하였다. 분석 결과 평균 ROC는 약 0.7로 나타났으며 5 단계의 구분에서 Fair 단계로 적정 수준의 정확도를 확보한 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.379-379
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• 2022

기후변화로 인해 집중호우, 돌발 홍수 및 태풍의 규모가 대형화되고 있고, 이에 따른 수재해 피해 사례도 증가하는 추세이다. 특히 건설 현장 중 굴착공사 현장에서의 침수로 인한 사고는 인명피해로 이어질 가능성이 더 크기 때문에 더욱 주의가 필요하다. 하지만 현재 국내에서 실질적으로 굴착현장에 적용하기 위한 침수 대응 예측 시스템 및 구체적인 침수 예경보 체계, 기준, 매뉴얼은 존재하지 않는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 굴착공사현장의 수재해 예방을 위한 침수 예·경보 시스템의 적용방안을 제시하였다. 또한 경제적이고 효과적인 측면을 고려하여, 공사현장 규모에 따라 적용하는 침수 예·경보 시스템을 이분화하여 소규모 공사현장에는 Track A, 대규모 공사현장에는 Track B 침수 예·경보 시스템을 적용하도록 제안하였다. 이러한 이유는 소규모 공사현장의 특성상 전체 공사비가 작고 운영되는 장비와 인력이 제한적이므로 침수 예·경보에 필요한 비용과 인력 투입이 어려울 수 있기 때문이며, 또한 대피가 필요한 전체 인원이 대규모 현장에 비해서는 적기 때문에 비교적 신속하고 원활한 대피가 가능할 것이라고 판단하였기 때문이다. 본 연구에서는 각 시스템별 적절하다고 판단되는 예·경보 기준을 제시하였다. Track A에서는 강우법에 의한 최소한의 경보시스템으로 필요한 안전목표를 달성할 수 있도록 고려하였고, Track B에서는 현장인원 대부분이 성인 남성임을 고려하여, 성인 남성의 부상을 유발할 수 있는 수심(H)과 유속(V)의 곱을 척도로 하는 한계 H·V곡선을 기준으로 운영되는 경보시스템을 제안하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제38권6호
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• pp.839-850
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• 2018

집중호우에 의한 도시 유역의 침수 피해가 도시화에 따라 증가하는 추세이며, 이에 따라 정확하면서도 신속한 홍수예보 및 침수 예상도 표출이 필요하다. 특정 강우량에 따른 미지의 침수 범위를 예상하는 것은 도시 유역의 홍수에 대한 사전 대비에 매우 중요한 사안이며, 이를 위해 현재 홍수 예보와 관련된 정부기관에서 침수 피해 예상도를 주민들에게 제공하고자 하고 있다. 하지만, 특정 강우에 따른 정확한 침수 범위를 정량화하여 표출하는데 부족함이 있으며, 강우량과 지속시간에 따른 홍수의 크기에 대한 분석을 실시하고 수리학적 연계를 통한 준 실시간 침수범위 표출 방안을 고찰해야할 시기이다. 제시된 물리적 해석기반 자료를 이용하여 강우량-지속시간-침수량 관계곡선(Rainfall-Duration-Flooding quantity relationship curve, RDF)을 제시하고, 자율학습을 수행하는 자기조직화 특징 지도와 연계하여 미지의 침수 지도를 예측하였다. 예측한 침수 지도와 2차원 침수모형을 통한 결과를 비교하여, 제시된 방법론의 타당성을 검토하였다. 연구 결과를 통하여 중규모의 강우량 또는 빈도의 사상에 따른 미지의 침수범위를 제시하는데 용이할 것으로 판단된다. 더욱이 다양한 강우-월류량-홍수 양상을 내포하는 RDF 관계 곡선과 최적 침수예상도 데이터베이스를 구축함으로서 추후에 홍수예보의 기초자료로서 사용될 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.422-422
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• 2017

기후변화로 인한 게릴라성 호우 및 국지성 호우의 증가, 급격한 도시화로 인한 불투수면적의 감소 등은 다양한 홍수피해와 물 순환 왜곡문제 등을 유발하고 있다. 서울시의 경우 2010년 9월 21일 시간 최대 75.5mm의 폭우로 광화문광장 및 백운동천 주변상가에서 약 15.7ha의 침수가 발생하였다. 이러한 침수발생에 대응하기 위한 대안으로 서울시에서는 저영향개발(LID, Low Impact Devleopment)기법을 도입하고 있다. 본 연구에서는 효자배수분구(광화문지역)의 LID 시설 도입을 위한 빗물관리 목표량 설정에 따른 홍수방어 개선효과를 분석하였다. 빗물관리량 산정을 위한 유출해석모형은 도시유출모형인 SWMM을 이용하다. SWMM의 입력자료인 우수관망도 자료는 서울시 우수관망 UIS 자료를 이용하여 구성하였으며 소유역분할은 유역의 경사 및 건물 등을 고려하여 정교하게 소유역을 구분하였다. 구분된 소유역은 293개이며 개별 소유역에 대한 토지이용도, 정밀토양도를 검토하여 소유역별 유출곡선지수 산정하여 모형 입력자료를 구축하였다. 효자배수분구(광화문지역) 전체유역 중 전원지역을 제외한 나머지 지역에 대하여 소배수구역별로 유출곡선지수(CN)값을 10-90%까지 감소시키면서 LID시설의 계획에 의한 빗물관리량(mm)에 따른 침수발생량($m^3$)의 변화를 분석하였다. 여기서, LID 시설의 빗물관리량은 유역의 현상태 직접 유출고에서 CN값 변화에 따라 계산된 직접유출고를 차감한 양이다. 연구결과, 효자배수분구의 경우 도시유역 전체에서 20mm의 우수를 관리하면 전체 침수발생량의 약 50%를 30mm의 우수를 관리하면 유역침수 침수발생량의 약 75%를 저감할 수 있는 것으로 분석되었다. 본 연구결과는 향후 개발된 도시지역에 대한 지구단위계획 수립시 LID 시설목표에 따른 홍수저감 효과를 비교적 효율적인 방법으로 검토하는 방안으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.237-241
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• 2006

최근에 들어 도시지역에서는 국지성 집중호우에 의한 홍수피해가 증가하는 경향이 있으며, 우수설비 시스템이 비교적 갖추어진 개발 지역에서도 기존의 우수설비시스템의 용량이 초과되어 큰 침수피해가 발생하고 있다. 홍수규모가 배수시스템의 용량을 초과할 경우 건물, 공공기반시설 등 재산 및 인명 등에 있어 많은 피해를 야기하고 있으며, 도로의 침수는 운송 시스템의 기능에 문제를 일으키게 되어 도시의 산업과 기능을 마비시킨다. 이러한 도시지역 홍수에 대비하여 도시지역의 복잡한 지형 형상과 인위적 배수시스템을 함께 고려하여 해석할 수 있는 침수해석모형의 개발이 필요하다. MOUSE와 SWMM(Storm Water Management Model) 계열 모형들(EPA SWMM, MIKE SWMM, XP SWMM, PC SWMM)(Huber and Dickinson, 1988)은 도시유출해석에 많이 이용되고 있다. 그러나, 이들 모형들은 과부하된 유입구에서의 범람되는 홍수유량곡선만을 제공하며 지표면 범람 지역, 수심, 및 침수기간에 대한 상세한 정보를 제공하지 못한다. 따라서, 도시배수체계모형과 도시침수모형에 대해 상호연계를 수행할 수 있는 새로운 도시범람 모형이 도시지역에서 홍수로 인한 침수해석을 모의하는데 필요하다. 배수시스템 해석 모형의 계산결과를 이용하여 침수해석을 수행하는 연계모형의 경우 침수초기 월류지점으로부터의 침수진행과정을 잘 모의할 수 있다. 그러나, 지형의 기복이 있는 유역에서 배수시스템을 통한 지표침수유량의 배수과정을 고려하지 못함으로 인하여, 월류발생이 끝난 후 일부지점이 계속 침수된 채 있게 된다. 이러한 연계모형의 한계로 인하여 두 모형의 통합모형이 필요하다. 즉, 강우 혹은 월류유량으로 발생한 지표유량 중 일부분이 과부하가 발생하지 않는 유입구 지점을 통과할 때 배수시스템으로 유입되는 것을 고려할 수 있고, 유입된 유량은 배수시스템 내의 흐름에 반영되도록 배수시스템과 침수해석모형을 통합한 모형 개발이 필요하다. 그러기 위해서는 지표면과 배수시스템에 대한 수리학적 관계를 정립하여야 한다. 본 연구에서는 배수시스템 해석 모형과 도시침수해석 모형을 통합하고, 두 모형간의 유량의 전송과정을 수리학적 관계를 고려한 dual-drainage 도시침수해석모형을 개발하였다. 이를 위해 도시지역 배수시스템 해석 모형으로 널리 이용되고 있는 SWMM모형을 이용하여 지표면으로의 월류량을 산정하고 유입된 지표유량에 대해서 배수시스템에서의 흐름해석을 수행하였다. 그리고, 침수해석을 위해서는 2차원 침수해석을 위한 DEM기반 침수해석모형을 개발하였고, 건물의 영향을 고려할 수 있도록 구성하였다. 본 연구결과 지표류 유출 해석의 물리적 특성을 잘 반영하며, 도시지역의 복잡한 배수시스템 해석모형과 지표범람 모형을 통합한 모형 개발로 인해 더욱 정교한 도시지역에서의 홍수 범람 해석을 실시할 수 있을 것으로 판단된다. 본 모형의 개발로 침수상황의 시간별 진행과정을 분석함으로써 도시홍수에 대한 침수위험 지점 파악 및 주민대피지도 구축 등에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.584-584
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• 2015

최근 기후변화로 인한 국지성 집중호우와 태풍 등으로 홍수피해가 급증하고 있음에 따라 침수지역에 대한 공간적인 분석과 사전 예측으로 피해를 최소화하려는 노력이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 소유역 별 평균화된 매개변수로 홍수량을 산정하는 집중형 모형이 아닌 분포형 모형을 적용하여 남강댐 유역의 유출량 산정 및 침수예측을 분석하였다. 분포형 모형은 격자체계를 기반으로 유역에 각 격자별 공간적 특성이 반영된 매개변수를 적용하므로 유역의 특성을 효과적으로 반영하므로 집중형 모형보다 정확한 해석이 가능하다. DEM, 토양도, 토지피복도 등의 격자크기 $240{\times}240$의 지형공간 자료를 ArcGIS를 이용하여 남강댐유역의 Flow direction, 경사도, 하도경사, 불투수율, 유효공극률, 조도계수, 토양심도, 수리전도도, 토양흡인수두 등의 수문매개변수를 추출하였다. 강우 자료의 경우 티센(Thiessen)법에 의해 선정된 남강댐유역 주변의 장수, 거창, 진주, 합천, 산청, 남원 강우관측소의 100년빈도 확률강우량 산정하여 24시간 확률강우를 3분위 Huff 분포시킨 후 강우의 공간적 통계특성을 반영하는 크리깅(Kriging)기법으로 적용하여 강우보간을 실시하였다. 침수예측을 위해 $Vflo^{TM}$모형을 이용해 48시간의 강우모의시간 홍수수문곡선 유도 및 홍수량 산정하였으며, 시간에 따른 침수 시뮬레이션하여 침수예측도를 작성하였다. 작성 시 침수심의 정도에 따라 5개의 구간으로 분류해 침수위험지역을 확인 할 수 있도록 도식화하였다. 본 연구에서는 남강댐유역의 침수위험지역을 개략적으로 예측할 수 있었으며, 추후 연구에서는 보다 조밀한 격자크기와 강우를 이용하여 분석한다면 향후 피난 정보 제공과 홍수재해지도 작성, 홍수방지 시설물 건설 또는 홍수보험계획 등에 응용이 될 것으로 판단된다.