• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.332-332
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• 2021

도시화가 상당히 이뤄지고 기습적인 폭우의 발생이 불확실하게 나타나는 시점에서 재산 및 인명피해를 야기할 수 있는 내수침수에 대한 위험도가 증가하고 있다. 내수침수에 대한 예측을 위하여 실측강우 또는 확률강우량 시나리오를 참조하고 연구대상 지역에 대한 1차원 그리고 2차원 수리학적 해석을 실시하는 연구가 오랫동안 진행되어 왔으나, 수치해석 모형의 경우 다양한 수문-지형학적 자료 및 계측 자료를 요구하고 집약적인 계산과정을 통한 단기간 예측에 어려움이 있음이 언급되어 왔다. 본 연구에서는 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 단일 도시 배수분구를 대상으로 관측 강우 자료, 1, 2차원 수치해석 모형, 기계학습 및 딥러닝 기법을 적용한 실시간 홍수위험지도 예측 모형을 개발하였다. 강우자료에 대하여 실시간으로 홍수량을 예측할 수 있도록 LSTM(Long-Short Term Memory) 기법을 적용하였으며, 전국단위 강우에 대한 다양한 1차원 도시유출해석 결과를 학습시킴으로써 예측을 수행하였다. 침수심의 공간적 분포의 경우 로지스틱 회귀를 이용하여, 기준 침수심에 대한 예측을 각각 수행하였다. 홍수위험 등급의 경우 침수심, 유속 그리고 잔해인자를 고려한 홍수위험등급 공식을 적용하여 산정하였으며, 이 결과를 랜덤포레스트(Random Forest)에 학습함으로써 실시간 예측을 수행할 수 있도록 개발하였다. 침수범위 및 홍수위험등급에 대한 예측은 격자 단위로 이뤄졌으며, 검증 자료의 부족으로 침수 흔적도를 통하여 검증된 2차원 침수해석 결과와 비교함으로써 예측력을 평가하였다. 본 기법은 특정 관측강우 또는 예측강우 자료가 입력되었을 때에, 도시 유역 단위로 접근이 불가하여 통제해야 할 구간을 실시간으로 예측하여 관리할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.263-267
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• 2010

최근 지구온난화, 엘니뇨 및 라니냐 등 지구환경 변화에 따른 기후변화의 영향으로 지구상의 많은 지역에서 집중호우가 발생하고 있으며 우리나라도 예외 없이 매년 되풀이되고 있다. 이로 인해 발생하는 홍수피해를 경감하기 위해서 홍수조절용 다목적 댐 건설과 같은 구조적 대책과 홍수를 사전에 예측할 수 있는 홍수예경보 시스템 구축과 같은 비구조적 대책의 마련이 필요하다. 일반적인 홍수예경보 시스템은 강우 관측치를 강우-유출 모형 및 수리해석 모형의 입력 자료로 하여 홍수량 및 홍수위를 계산하고 그 결과를 이용하여 운영된다. 그러나 집중호우와 같은 악기상 조건에서는 관측강우자료를 이용한 유출해석 결과로 홍수예경보 시스템을 운영 할 경우 예방 대응시간의 부족으로 인해 방재 효율성이 떨어지게 된다. 따라서 미래에 발생할 강우를 사전에 예측하고, 이를 효율적으로 유출 모형과 연계하여 홍수발생 이전에 홍수발생 가능성을 예측할 수 있는 홍수 모의시스템을 구축하는 것이 필요하다. 이를 위해 본 연구에서는 중규모 수치예보모형인 WRF 모형(Weather Research and Forecasting model)으로 모의된 2007년 태풍 '나리' 사상의 예측강우를 이용하여 유역평균강우를 산정하였으며, 산정된 예측강우를 도시유역유출모형인 SWMM과 2차원 침수모의가 가능하도록 개선한 CASC2D 모형에 활용하여 침수현상을 모의하였다. 실제 침수흔적과 모의된 결과의 비교를 통해 예측강우를 이용한 침수예측 및 홍수예보의 가능성을 평가한 결과, 과소추정된 예측강우의 영향으로 인해 모의된 침수심이 실제보다 작게 발생하였으나 침수발생 위치는 대체적으로 정확하게 모의하는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제57권3호
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• pp.165-179
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• 2024

도시 지역의 홍수 위험을 완화하고 지속 가능한 수자원을 관리하기 위해서는 도시 홍수와 물순환의 연계 해석이 필수적이다. 본 연구는 간단한 전환 규칙을 통해 침수의 시공간적 변화를 모의하는 셀룰러 오토마타 기법을 이용하여 고해상도 도시침수 및 물순환 해석 모형 CAW (Cellular Automata-based integrated Water cycle model)를 개발하고, 그 적용성을 평가하였다. 개발된 모형을 미국 포틀랜드 도심지 유역에 적용하고, 물리 기반 모형 및 기존 셀룰러 오토마타 기반 모형의 침수 해석 결과와 비교하여 도시침수 재현의 적절성을 평가하였다. 연구 결과, 침수 검증 대상 지점에 대한 CAW 모형의 최대 침수심 분포는 확산파 방정식을 모사하는 WCA2D (Weighted Cellular Automata 2 Dimension) 모형과 평균오차 값이 1.3 cm로 유사하게 모의되었고, 이진 패턴 유사도 검증에서 HR 0.91, FAR 0.02, CSI 0.90으로 비교적 높은 유사성을 나타내며 모형의 침수 해석 적용성을 검증하였다. 또한, 토지피복 및 토양 조건이 침수, 침투에 미치는 영향을 시험 평가한 결과, 불투수율이 41% 더 높은 지역에서의 침투와 최대 침수심이 각각 54%(4.16 mm/m²) 감소 및 10%(2.19 mm/m²) 증가하였다. CAW 모형을 이용하여 도시 유역의 다양한 토지피복 및 토양 특성을 고려한 고해상도 물순환 및 도시침수 연계 모의 해석이 가능할 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제50권4호
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• pp.263-275
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• 2017

고정확도의 도시침수 모의를 위해서는 물리적 개념에 기반한 통합적 수치해석이 필요하다. 본 연구에서는 Lee et al. (2015)이 개발한 1차원 하수관망, 2차원 범람 모형의 국내 적용성을 검토하고, 과거 도시 홍수 사상의 침수 원인 분석을 수행하였다. 본 모형은 이중배수 개념에 기반하여 멘홀 대신 집수구를 지표면과 하수관망 사이의 교환유량 산정 지점으로 이용하므로 보다 실제와 유사하게 침수 과정을 모의할 수 있을 뿐 아니라 지표면 범람 해석시 건물에 의한 차단 효과를 고려할 수 있다. 개발된 모형의 적용성은 서울 사당 유역에서 발생한 침수 사상에 대해서 재현 모의를 통해 검증하였다. 적용 결과, 본 연구에서 개발된 모형은 실제 침수 피해 영역을 실제와 유사하게 모의 하였을 뿐만 아니라 침수 원인을 보다 자세히 분석할 수 있는 장점을 보여주었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.345-345
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• 2017

급격한 도시화 현상으로 많은 인구가 밀집되고 토지를 집약적으로 이용을 하며 시멘트 콘크리트, 블록 등 도로포장으로 인해 불투수층이 증가하여, 폭우와 홍수로 인한 인명과 재산 및 교통체증 등과 같은 다양한 피해를 야기할 수 있다. 침수피해를 발생시키는 인자들은 지표면의 침수심, 침수면적 및 지속시간 등이 있으며, 이러한 인자들을 이용하여 침수에 관한 다양한 연구들이 이루어지고 있다. 본 연구에서 연구할 지역은 도림천 지역 대림 1동, 대림 2동, 대림 3동, 신대방동의 일부분 지역을 대상으로, 침수가 발생한 2010년 강우를 활용하여 도림천 지역의 도시침수를 분석을 하였다. 침수가 일어난 원인으로는 관의 허용용량 초과로 인해 침수가 되었던 것으로 보이고 각 지선관거가 간선관거로 합류하는 과정에서 과부하로 인해 주요 간선관거에서 월류가 발생한것으로 판단된다. 이와 같이 내수배제시설 용량의 초과로 인한 침수가 발생하였을 경우 막대한 피해가 발생하게 되고 이를 저감하기 위해서는 침수심 및 침수면적 등 피해정도를 미리 예측하여 관리 할 수 있는 방안에 대한 연구가 필요하다. 본 연구는 도림천의 우수관망을 이용하여 침수해석모형인 SWMM을 활용하여 문제점들을 파악하였으며, 침수방어능력을 향상 시킬 수 있는 방안을 연구하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.436-436
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• 2022

셀룰러 오토마타(Cellular Automata; CA)는 격자(cell)에 대해 사전 정의된 규칙을 바탕으로 이웃 격자 간 상호작용을 해석하여 복잡한 동력학적 현상을 효과적으로 재현할 수 있는 이산형(discrete) 모의 기법이다. CA 기법은 격자 구조에 수치표고 자료 및 토양수분 정보 등을 직접 매칭 후 상호관계를 해석하기 때문에 공간정보를 최대한 활용하여 불균질성을 나타내는 것이 가능하다. 따라서, 도시 유출해석에 있어서 높은 정확도와 빠른 계산속도를 기대할 수 있다. 본 연구에서는 CA 기반 고해상도 물순환·침수 연계 해석 framework 개발 방향 및 CA 기반 prototype 모형의 사면유출 적용 사례를 소개한다. 개발 중인 CA 모형에서는 격자별 침수 깊이, 침투, 토양수분 저류, 지표 유출 등의 물순환 요소를 모의할 수 있다. 기존의 집중형(lumped) 모형은 지표-지표하 유출에 대한 routing algorithm이 없고 각 셀의 물수지 모형 내 파라미터가 많은 단점이 있다. 따라서 개발 중인 CA 모형에서는 cell state 내 fast reservoir와 slow reservoir를 통해 지표-지표하 상태를 구현하고 단순화된 물수지 모형 및 흐름 방향 알고리즘을 적용함으로써 실제 현장에서 발생하는 다중 피크 형태의 지표 유출을 모사한다. 최적의 지표수 흐름 방향 알고리즘 선정을 위해 3개의 다중 흐름 방향 알고리즘(D4, D8, 4+4N)을 정량적으로 비교·분석한다. 이번 발표에서는 CA 모형을 소규모 산지 사면과 도심지 등 다양한 규모의 테스트베드에 적용하여 모형의 장단점을 평가한다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제39권5호
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• pp.441-452
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• 2006

최근에 홍수재해와 관련된 자연재해가 급격히 증가하고 있다. 특히, 사회기반시설의 집중 및 인구증가로 도시지역에서의 침수는 인명과 재산에 큰 피해를 야기한다. 본 연구의 목적은 배수시스템에서의 과부하로 인한 도시지역에서의 침수심을 계산하기 위해서 우수배수시스템모형과 2차원 지표류모형을 연계한 새로운 모형을 개발하는 것이다. 대상유역에서의 침수유량의 거동은 두 가지 요소로 고려되는데 하나는 배수시스템에서의 흐름이고 다른 하나는 월류유량으로 발생한 범람 흐름으로 고려되어 졌다 개발모형은 군자와 장안유역에 적용되었고, 계산된 침수심들은 모의결과로 제시되었다. 모의 결과는 홍수관계기관이 침수 발생이 예상되는 지점에서 홍수피해 방지를 위해 배수시스템의 용량에 대한 재설계 혹은 확장 등과 같은 대책을 수립하는데 도움을 줄 수 있다. 또한, 본 모형은 홍수관계기관에서의 정책결정에 활용될 수 있도록 침수위험지도를 만들고 홍수경감대책을 수립하는데 이용될 수 있다

• 융합정보논문지
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• 제11권12호
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• pp.115-126
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• 2021

본 연구에서는 내외수 범람을 동시에 고려하여 침수해석을 수행하는 시뮬레이션 모형을 개발하였다. 외수 침수해석을 위해 제방 월류 및 파제에 의한 하천범람 유입량을 고려할 수 있도록 하였고, 내수 침수해석을 위해서 이중배수체계 개념을 반영하도록 구성하였다. 지표면 침수해석과 관련하여 하천의 유동해석과 제내지의 유동해석을 통합적으로 수행하기 위해 유한요소법(FEM)을 적용하여 침수확산 해석을 수행할 수 있도록 하였다. 모형의 검증을 위해 우선 개념모델에 대해서 적용하였고, 이어서 실제 유역에 대해서 적용하였다. 본 연구를 통해 홍수로 인한 피해를 줄이고 홍수 피해를 저감하기 위한 효과적인 대책을 마련하기 위해 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 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.

• 한국수자원학회논문집
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• 제39권12호
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• pp.1013-1022
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• 2006

도시지역에의 내수침수는 주로 우수관로 배수체계의 통수능력 부족으로 발생된다. 따라서 지금까지의 도시침수에 대한 국내외 연구가 우수관로해석에 국한되어왔다. 하지만 우수관로시스템 해석을 통해서 배수능이 부족한 관거를 찾는 것만으로 침수방지대책을 세우는 것은 매우 근사적이고 비합리적인 대안을 제시할 수밖에 없는 실정이다. 본 연구에서는 도시침수양상에 대한 정확하고 합리적인 해를 도출하기 위하여 ILLUDAS를 이용한 관로시스템 해석과 2차원 지표류 계산모형을 연계한 침수해석 모형을 개발하였고, 2001년 7월 서울지역의 집중호우 사상에 대한 적용결과로 해석결과를 검증하였다. 표고차가 적은 도시유역에서 침수모의를 위해서는 2차원적 홍수전파양상을 반드시 고려해야 침수범위, 침수위 등에 대한 정확한 해석이 가능할 것으로 판단된다. 본 연구결과는 도시 홍수 예경보와 침수지도 작성 등의 도시치수 및 방재계획 수립에 실제적으로 응용될 수 있을 것으로 기대된다.