• 한국방재학회 논문집
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• 제5권2호
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• pp.9-16
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• 2005

본 논문에서는 유역 내 침수피해를 예측할 수 있는 실현가능한 수단으로써 인공신경망의 활용에 대해 제안하고자 한다. 유역 내 다양한 환경인자에 의한 침수피해 예측모형의 구축을 위해 108개 중유역을 대상으로 1990년부터 2000년까지 강우량, 침수피해면적, 토지이용 등 총 27개의 매개변수를 선정하여 총 49개의 데이터 세트를 구성하였다. 연구결과, 침수피해는 강우량과 같은 기상정보 뿐 만 아니라 다양한 유역환경의 특성에 영향을 받는 것으로 나타났으며 인공신경망 모형에 의해 R=0.92 수준에서 예측값과 관측값이 잘 일치하는 것으로 나타났다. 따라서 인공신경망은 입력값들과 대응된 출력값들을 알고 있는 경우 과거와 현재의 시공간 정보를 활용하여 특정유역의 강우량에 따른 침수피해면적을 산정 할 수 있으며, 복잡하고 비선형적 역동성을 지니고 있는 유역 내 환경변화에 대한 예측모형으로 활용이 가능하다고 판단된다. 또한 인공신경망은 입력자료의 중요도를 평가하는데 이용될 수 있으며, 기존 모형에서 다루어지는 매개변수중요도를 정량화 시킬 수 있어 다른 모형의 매개변수 추정이나 보정에 도움을 줄 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제40권3호
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• pp.273-283
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• 2020

기후변화의 영향으로 국지성 및 집중호우에 대한 발생 가능성이 높아지는 시점에서 과거에 침수피해를 입은 도시 유역에 대하여 실제 호우에 대한 침수 양상을 예측하는 것은 중요하다. 이에 수치해석 기반 프로그램과 함께 기계학습을 이용한 홍수 분석에 대한 연구가 증가하고 있다. 본 연구에서 적용한 LSTM 신경망은 일련의 자료를 분석하는데 유용하지만, 딥 러닝을 수행하기 위하여 충분한 양의 자료를 필요로 한다. 그러나 단일 도시유역에 홍수를 일으킬 강우가 매년 일어나지 않기에 많은 홍수 자료를 수집하기에는 어려움이 있다. 이에 본 연구에서는 대상 유역에서 관측되는 강우 외에 전국 단위의 실제 호우를 예측 모형에 반영하였다. LSTM (Long Short-Term Memory) 신경망은 강우에 대한 총 월류량을 예측하기 위하여 사용되었으며, 목표값으로 SWMM (Storm Water Management Model)의 유출 모의 결과를 사용하였다. 침수 범위 예측을 위해서는 로지스틱 회귀를 사용하였으며, 로지스틱 회귀 모형의 독립 변수는 총 월류량이며 종속 변수는 격자 별 침수 발생 유무이다. 침수 범위 자료는 SWMM의 유출 결과를 바탕으로 수행된 2차원 침수해석 모의 결과를 통해 수집하였다. LSTM의 매개변수 조건에 따라 총 월류량 예측 결과를 비교하였다. 매개변수 설정에 따른 4가지의 LSTM 모형을 사용하였는데, 검증과 테스트 단계에 대한 평균 RMSE (Root Mean Square Error)는 1.4279 ㎥/s, 1.0079 ㎥/s으로 산정되었다. 최소 RMSE는 검증과 테스트에 대하여 각각 1.1656 ㎥/s, 0.8797㎥/s 으로 산정되었으며, SWMM모의 결과를 적절히 재현할 수 있음을 확인하였다. LSTM 신경망의 결과와 로지스틱 회귀를 연계하여 침수 범위 예측을 수행하였으며, 침수심 0.5m 이상을 고려하였을 때에 최대 침수면적 적합도가 97.33 %으로 나타났다. 본 연구에서 제시된 방법론은 딥 러닝에 기반하여 도시 홍수 대응능력을 향상 시키는데 도움이 될 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.473-473
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• 2017

최근 광역 및 국지적 호우의 발생빈도 증가로 인해, 능동적 대응 기술 개발과 실용화가 필요하다. 홍수재해 관련정보의 경우 전문기관 및 정부부처를 위한 홍수정보 표출 시스템은 구축되어 있다. 그러나 홍수재해의 분석, 모니터링, 예경보 시스템 구축 등 홍수정보 요소기술의 웹기반 실시간 홍수 예측시스템 연계가 미흡하다. 이에 홍수 예측 및 조절 등 다양한 정보의 연계 및 공동 활용요구가 증가되고 있으므로 각각의 정보를 실시간으로 분석하고 모니터링 할 수 있는 체계를 수립하고 통합 정보시스템 기반을 마련해야할 필요가 있다. 국내에서 수재해의 광범위한 관측과 정확한 평가 및 예측을 위해 위성 레이더 및 관측장비 자료를 활용한 시스템 구축에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이와 관련하여 위성 레이더 및 관측장비 분야별 시스템들을 연계하여 통합 홍수 정보 시스템 구축방안을 제시하고자 한다. 이를 위해 위성 레이더 및 관측장비 기반 TRMM, GPM 등의 위성강우, AWS, 고정밀 소형 레이더, UAV를 이용한 실시간 모니터링 등의 관측 자료를 수집이 필요하다. 그리고 홍수를 감시 평가 예측 등에 필요한 강수량, 수위, 토양수분, 하천범람범위 등의 수문정보를 분석 평가하는 효율적인 광역 및 국지적 홍수 대응 관리체계를 구축해야 한다. 이에 본 연구에서는 광역 및 국지적 홍수 피해 범위와 규모 등을 평가 산정하고 정확히 예측하기 위해 국내에서 활용되고 있는 위성 레이더 및 관측장비 기반의 기술들을 연계 활용하여 시스템을 구축하고자 한다. 먼저, 시스템에서 고정밀 소형레이더 기반 강우추측을 통해 수문정보와 연계하여 레이더 관측지역에 대한 국지적 호우 및 침수 예측을 할 수 있다. 또한 위성 및 관측장비 기반 위성영상을 통해 침수지역 분석 및 위성강우를 평가하여, 광역 홍수재해 및 침수지역을 분석할 수 있다. 추가적으로 UAV 관측장비를 활용하여 하천의 홍수범람범위를 관측하여 침수지역 분석에 대한 정확도를 높일 수 있다. 이와 같은 광역 및 국지적 홍수 정보를 체계적으로 감시 평가 예측 할 수 있는 통합적인 홍수 대응 및 관리 시스템 구축으로 연간 홍수 피해규모 저감을 위한 선제적 대응 관리 시스템으로 활용될 것으로 기대된다. 또한 이를 통해 홍수 관련 정보를 분석 관리 할 수 있는 수자원 분야에 혁신적인 시스템을 확보하는 소중한 토대가 될 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.371-371
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• 2020

도시 및 소규모 산지 유역에서와 같이 지체시간이 짧은 유역에서 발생하는 돌발홍수는 더 이상 우량계만으로 예보가 불가능하다. 그리고 지역에 따라 침수시간이나 침수심이 달라지기 때문에 지역에 따른 침수특성과 유속특성의 관계식을 산정하여 홍수예보 기준을 설정하였다. 더불어 도달시간이 짧은 도시 및 산지에서는 지체시간 외에 강수 예측을 통한 홍수예보 선행시간을 확보하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 한강홍수통제소의 강우레이더 기반 초단기 외삽 예측을 입력자료로 활용하여 돌발홍수 예측 시스템을 구축하였다. 강우레이더 기반 초단기 외삽 예측은 강우강도를 입력으로 사용하기 때문에 예측에 별도의 정량 보정이 필요하지 않다는 장점이 있다. 2019년도에 발생한 다양한 홍수 사고 사례를 분석하여 본 시스템에 대한 정확도를 평가하였다. 본 시스템은 동(읍/면) 단위로 1시간 선행 예보를 3단계 위험 정보(주의/경계/심각)로 제공할 수 있다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제50권6호
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• pp.397-405
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• 2017

인구와 자산이 밀집된 도시에서 침수가 발생할 경우 농촌과 달리 관거월류에 의한 건축물 피해가 지배적이기 때문에 이를 고려한 피해액산정기법의 적용이 필요하다. 본 연구는 도림천 유역의 도림1 배수분구를 대상으로 침수예측을 다차원 홍수피해산정방법을 통한 침수피해액 분석을 실시하였다. 과거 침수가 발생한 강우사상을 활용하여 XP-SWMM 모형을 통한 도시유출해석 및 침수해석을 실시하였고, 침수구역의 행정구역별 기초자료와 유출해석 결과를 활용하여 건물 피해액을 산정하였다. 침수범위를 예측하기 위한 XP-SWMM모형 구동 결과, 관거 월류에 의한 침수 발생 4시간 후인 16시 30분에 침수면적이 가장 넓게 나타났고, 계산된 침수심 별 침수면적을 다차원법과 연계하여 건물 피해액을 산정하였다. 연구결과, 최대 침수면적은 $305,955m^2$으로 나타났으며, 0~0.5 m의 경우 $305,190m^2$, 0.5 m 이상은 $765m^2$으로 나타났으며, 침수해석 결과를 활용한 도림1 배수분구의 건물피해액은 약 155억 원, 건물 내용물 피해액은 약 70억 원으로 산정되었고, 0~0.5 m 이하의 건물 및 건물 내용물 피해액은 약 224억 원, 0.5 m 이상 약 1억 원으로 산정되었다. 본 연구결과를 토대로 할 때, 도시지역의 침수피해액 산정을 위해 침수심 및 침수시간과 같은 다양한 피해양상에 따라 세분화된 피해액 산정기법이 필요할 것으로 판단된다.

• 한국측량학회지
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• 제24권2호
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• pp.175-182
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• 2006

해일, 해수범람 등 연안재해로 인한 피해가 발생할 수 있는 취약 지역을 사전에 예방하고 최소한으로 손실을 경감할 수 있도록 효율적인 관리가 지속적으로 진행되고 있다. 본 연구는 지리정보시스템을 이용하여 과거 지진해 일시 침수된 흔적과 예상되는 피해 지역을 분석하고자 한다. 동해안 연안인 망상과 노봉 지역을 대상으로 수치표 고모형을 완성한 후 과거 지진해일로 인한 침수 기록을 표시하고 향후 3m, 5m의 지진해일 내습시 침수되는 지역들을 예측하였다. 침수 흔적과 3m 및 5m의 침수예상 지역들을 지적도와 각각 중첩시켜 침수 예상에 따른 범위 및 지번을 산출하였고, 대상 지역은 5m 해일의 내습시 3m 해일보다 침수 범위가 2.8배 증가함을 알 수 있었다. 분석된 자료는 해일시 대피 작업 활동과 피해 보상 예측에 활용 가능하며, 자연재해 피해의 사전예방을 위해 적합한 방재대책으로 사용할 수 있을 것이다.

• 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 2017년도 학술발표회
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• pp.338-338
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• 2017

하천기본계획, 생태하천 복원사업, 또는 하천재해예방 사업 등에 의해 수행되는 하천정비사업은 홍수재해예방, 생태하천 복구 등 여러 목적에 의해 시행되고 있다. 특히 최근 이루어지는 하천정비사업은 공원, 캠핑장, 주차장 등 시민들에게 다양한 편의시설을 제공하기 위한 친수공간으로 조성되고 있다. 이러한 하천구역 내의 친수공간 조성은 홍수주의보 및 홍수경보에 대응하는 유량에 비해 상대적으로 적은 유량에도 침수피해가 발생함으로써 중소규모의 유량에 대한 홍수위험도도 함께 증가시켰다. 친수공간 및 교량하부도로 등 저수위에 대한 홍수취약구간의 홍수정보를 취득하기 위해서는 해당 위험지점의 수위관측을 통해 위험상황을 실시간으로 모니터링 하는 것이 홍수피해에 대비하고 대응하기 위한 가장 확실한 방법이다. 하지만, 예산과 인력 등의 문제로 인해 모든 지점에 대해 수위관측을 실시하여 홍수예보시스템에 의해 홍수예측정보를 제공하기에는 현실적으로 한계가 있다. 따라서 친수공간에서의 홍수피해를 최소화하기 위해, 각 친수공간의 지형정보가 인근의 홍수예보지점 또는 수위관측소 지점과 어떠한 연관성을 갖는지 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 1차원 수리해석 모형을 통해 원거리에 위치한 수위관측 및 홍수정보를 이용하여 하천구역내 위치한 친수공간에 대한 침수위험도를 분석하기 위한 방법론을 제시하고자 하였다. 즉, 원거리에 위치한 수위관측소의 수위 및 유량 정보를 활용하여 수위관측이 이루어지 않는 지점의 침수정보를 예측하기 위한 방법론을 제시하고자 한다. 낙동강 하류부에 대해 제시한 방법론에 의해 목표로 하는 친수공간에 대한 유량별 수위에 대한 침수도표를 작성하였다. 본 방법론과 이에 의해 작성된 친수공간의 침수도표는 취약구간에 대한 각 수위별 침수정보를 제공하기 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국GIS학회:학술대회논문집
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• 한국GIS학회 2008년도 공동춘계학술대회
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• pp.461-464
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• 2008

연안에서의 태풍 해일에 의한 침수범람 지역 예측을 위하여 GIS를 통한 정밀 육도-해도 접합 및 분석을 만리포 해변을 대상으로 시범 수행하였다. 만리포 해변의 정밀 육도-해도 접합을 위하여 고해상도 지상 LIDAR 시스템의 시범 측량 자료와 국토지리정보원의 수치지형도, 국립해양조사원의 수치해도 수심자료 및 한국 주변해역의 30초격자 수심자료를 사용하였다. 또한 평균해수면 산정을 위하여 만리포에 설치된 수압식파고계 조위자료와 해변의 표척을 통한 목측 관측을 통한 조위자료를 활용하였다. 다양한 자료의 GIS 기반 육도-해도 접합 및 분석을 통한 정밀 지형도 구축 기술은 태풍 해일에 의한 침수범람 예측을 위한 정밀 격자 수치모델의 입력 자료로 활용되어 침수 범람 예측 결과의 재해도(Hazard Map) 작성이 가능하고, 나아가 침식 퇴적 등의 지속적인 해안선 변화 모니터링에 활용될 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.258-258
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• 2023

도시침수는 하천홍수와는 달리 짧은 시간에 발생하며 저지대 우수 유입, 배수관로 용량 부족등으로 인해 발생한다. 추가적 원인으로 국지성 집중호우가 있으며 짧은 시간에 많은 비가 집중적으로 내리는 현상을 의미한다. 한두 시간 혹은 몇 분 동안의 짧은 시간에 좁은 지역에서 발생하는특성 때문에 발생 시간, 지점, 강우량에 대한 정확한 예측이 어려워 도심지의 저지대가 침수되는등 예상치 못하는 침수피해가 자주 발생한다. 강우량별 피해 범위를 보면 시간당 30~40mm 정도에서 하수관이 역류하고, 시간당 50mm 강우량에서 지하실이나 지하상가와 같은 지하공간에서 침수피해가 발생할 수 있으며, 시간당 100mm 이상의 강우에서는 대규모 재해가 발생할 우려가 높아진다. 도시침수 피해를 줄이기 위해 지자체에서는 CCTV를 운영하여 위험을 감시하고 있지만다수의 인력과 환경에 따라 영상 확인의 한계가 있다. 그러나 침수센서는 침수 정도를 수치로 표현하여 데이터를 확보함과 동시에 다수의 지역을 모니터링하는데 유용하다. 또한 주변 환경에 상관없이 계측된 자료를 모니터링 할 수 있다. 기존 센서를 설계할 때는 도시 미관을 해치는 경우가있었으나 본 연구에서는 도심지의 여건에 맞추어 인도용, 차도용, 공원용의 용도에 맞는 센서를구축하여 미관을 해치지 않으면서 기존의 지형을 활용하고자 하였다. 이 후 구축된 센서를 이용하여 리빙랩 개념의 테스트베드를 통해 다양한 도시침수의 원인이 되는 조건을 검토하여 실증 실험을 진행할 예정이다.