• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.19-19
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• 2022

하천에 발생하는 홍수를 예측하는 과정은 실무에서 많이 사용하는 HEC-HMS 와 같은 강우-유출 모형을 사용하여 산정한 하천의 강우빈도별 설계홍수량으로부터 HEC-RAS와 같은 수리학적 모형을 이용하여 홍수위를 산정하는 방법을 주로 의존하고 있다. 하지만 이러한 방법은 강우 강도를 통하여 하천에 발생하는 빈도별 유량으로 간접적으로 홍수위를 산정하기 때문에 실시간으로 발생하는 홍수위 또는 홍수 발생시간을 정확하게 알기 힘들다. 하지만, 최근 하천의 홍수파 또는 배수영향으로 인한 이력현상으로 하천의 수위-유량관계의 이력현상으로 인해 발생하는 유량자료의 오차를 줄이기 위해 수위관측소에 H-ADCP 초음파 센서를 활용한 자동유량측정장치를 설치, 운영하여 실시간으로 유량자료를 관측하고 있다. 이러한 자동유량측정장치에서 측정하는 유량자료는 H-ADCP에서 지표유속으로부터 유량자료를 산정하는데, 홍수파 또는 배수영향으로 지표유속, 유량, 수위의 수문곡선에 발생하는 이력현상을 관측 가능하다. 관측된 수문곡선의 이력현상은 유속, 유량, 수위 순으로 첨두의 발생시간이 나타나는데, 유속의 첨두 발생시간과 수위의 첨두 발생시간은 수문곡선의 형태 또는 규모에 따라 달라진다. 따라서 본 연구에서는 기존의 강우-유출 모의에 의존한 홍수예보기법을 보완하여 더 정확한 홍수위, 홍수 발생시간을 예측하고, 홍수예경보 시스템에 정량적인 기준을 제시할 수 있도록, 하천에 발생하는 수문곡선의 첨두유속과, 첨두수위의 발생시간, 규모를 분석하여 둘의 관계를 제시하고자 한다. 분석방법으로는 대상유역으로 이력현상이 발생하는 영산강유역에 위치한 남평교, 나주대교 두 지점을 선정하고 자동유량관측소 관측자료인 지표유속, 수위자료를 취득한다. 취득한 자료로부터 지표유속의 첨두 값과, 수위의 첨두 값, 지표유속의 첨두지점으로부터 수위의첨두지점 까지 발생하는 시간을 홍수 사상별로 정리하여 첨두유속-첨두수위, 첨두유속-첨두수위발생시간의 관계그래프를 산정하였다. 남평교의 경우 유속-수위의 이력범위는 거의 없었다. 나주대교의 경우 유속-수위 이력범위가 현저히 나타나 관계를 분석하기 용이 하였다. 하천에 이력현상이 현저히 나타나는 경우 첨두유속-첨두수위, 첨두유속-첨두수위발생시간의 관계가 뚜렷하게 나타나고 이러한 결과를 바탕으로 하천의 홍수예경보 판단의 정량적 기준을 제안하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.440-444
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• 2011

집중호우로 인한 자연재해는 대부분 하천을 중심으로 발생하며, 설계빈도를 초과한 홍수량을 인해 제방을 월류하거나 제방의 붕괴로 인해 피해가 발생하게 된다. 일반적으로 제방 붕괴와 같은 홍수의 위험으로부터의 취약성을 감소시키는 동시에, 홍수에 의한 피해에 대해 빠른 복구가 이루어질 수 있도록 하는 정책을 홍수 경감 대책이라고 하며, 홍수에 대비하는 정책은 홍수의 주기 및 재해특성과 관련이 있고, 인간과 사회에 대한 잠재적인 피해를 줄이기 위해 필요하다. 본 연구에서는 여러 가지 이유에 의해 발생하는 제방의 붕괴 현상이 복잡한 수리학적 또는 토질 기초 공학적 현상 등에 의하여 일어나기 때문에 이에 대한 발생 원인을 규명하는 것이 쉬운 일은 아니나, 일반적 월류, 세굴, 침하 및 지진 등으로 꼽히는 제방 붕괴 위험 원인들을 검토하여 제방 붕괴를 유발할 수 있는 하천의 위험 인자들을 제시하고자 하였다. 이를 토대로 하천 내 주요지점에 대한 위험도를 산정할 수 있는 기법을 개발하고 시험유역을 대상으로 하천에서 발생 가능한 위험 지구를 선정하여 그 타당성을 검토하고자 하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.366-366
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• 2012

확률강우량은 하천설계, 수자원설계 및 계획을 위한 기초자료로 활용되며 최근 이상기후 및 기후변화로 인한 극치강우의 빈도 및 양적 증가로 인한 확률강우량 산정의 불확실성 분석에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 수문빈도 해석에 있어서 대부분 지역이 50년 이하의 수문자료가 이용되고 있으며 수문설계에서 요구되는 50년 이상의 확률강수량 추정시에는 상당한 불확실성을 내포하고 있다. 이러한 점에서 본 연구에서는 자료연수에 따른 Sampling Error와 분포형의 매개변수의 불확실성을 고려한 해석모형을 구축하고자 한다. 빈도해석에서 매개변수를 추정하기 위해서는 일반적으로 모멘트법, 최우도법, 확률가중모멘트법이 이용되고 있으나 사용되는 분포형에 따라서 통계학적으로 불확실성 구간을 정량화하는 과정이 난해할 뿐만 아니라 극치 수문자료가 Thick-Tailed분포의 특성을 가짐에도 불구하고 신뢰구간 산정시 정규분포로 가정하는 등 기존 해석 방법에는 많은 문제점을 내포하고 있다. 본 연구에서는 이러한 매개변수의 불확실성 평가에 있어서 우수한 해석능력을 발휘하는 Bayesian기법을 도입하여 분포형의 매개변수를 추정하고 매개변수 추정과 관련된 불확실성을 평가하고자 한다. 이와 별개로 자료연한에 따른 Sampling Error를 추정하기 위해서 Bootstrapping 기반의 해석모형을 구축하고자 하며 최종적으로 빈도해석시에 나타나는 불확실성을 종합적으로 검토하였다. 빈도해석을 위한 확률분포형으로 GEV(generalized extreme value)분포를 이용하였으며 Gibbs 샘플러를 활용한 Bayesian Markov Chain Monte Carlo 모의를 기본 해석모형으로 활용하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.409-413
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• 2011

유효유량이란 수년에 걸쳐 연 유사량의 대부분을 이동시키는 유량으로 정의되며 유량-빈도분포곡선과 유사량 곡선을 이용하여 산정된다. 유효유량은 하도를 설계하거나 기존 하도의 안정성을 평가하는데 있어 기준유량이 될 수 있는 필수적인 요소이지만, 현재 국내의 경우 이에 대한 분석이 충분히 수행되지 않아 특정한 패턴을 도출하기 힘든 실정이다. 특히 우리나라의 하천은 연강수량의 약 70%가 여름철에 집중되는 기후적 특성의 영향으로 하상계수가 미국과 유럽에 비해 10에서 25배 크게 나타나 외국사례를 국내에 적용하는데 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 구하도복원이 계획 또는 진행되어 유효유량 산정이 필수적이며 하상계수가 매우 큰 만경강, 청미천, 함평천을 대상하천으로 선정하여 유효 유량을 산정하고 수리적, 지형학적 특성과의 연관성을 분석하고자 한다. 유효유량을 계산하는 데 있어 가장 큰 영향을 미치는 요소는 유량빈도 간격 수와 유량빈도 간격의 설정이다. 따라서 본 연구에서는 유효유량 산정을 위한 유량 간격으로 산술등간격(Arithmeic Bin)과 로그간격(Logarithmic Bin)을 모두 사용하였으며 각각 간격수가 25개, 50개, 100개인 경우에 대해 유효유량을 계산하여 비교하였다. 산술등간격과 로그간격을 사용한 유효유량 산정결과 중 최대, 최소값을 제외한 나머지의 평균값을 각 대상하천의 유효유량으로 선정하였다. 수리적, 지형학적 특성에 따른 대상하천 분석 결과 하상계수가 클수록 유효유량이 크게 산정되는 것으로 나타났으며 하상 경사, 하상토의 중앙입경 크기와 비례하는 것으로 나타났다. 반면에 수심-하폭비와 사행도의 경우 유효유량과 반비례하는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.382-386
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• 2012

최근 산지하천 유역에서 발생하는 홍수와 이를 동반한 토석류에 의해 많은 인적, 물적 피해가 빈번히 발생하고 있다. 이러한 피해를 최소화하기 위해서는 유역의 정확한 홍수유출량 해석이 동반되어야 하지만 산치하천 유역은 유출특성 분석에 기본이 되는 수위관측소의 수가 적고, 관측소가 존재하더라도 결측치가 많거나 자료보유 연한이 짧아 자료의 활용성이 떨어진다. 따라서 선행 연구에서는 미비한 자료만으로도 회귀분석이 가능하며 높은 신뢰도를 갖는 Fuzzy 회귀분석 기법을 도입하여 수위자료 없이도 산지하천 유역의 유역면적과 하도경사를 바탕으로 홍수유출량을 평가할 수 있는 기술을 개발하였다. 본 연구에서는 여기에 빈도별 강우량을 새롭게 추가하여 홍수량 산정식을 개선 및 보완하였다. 새롭게 도출된 홍수량 산정식의 정확도는 기존 대상유역 내 특정지점 설계홍수량을 기준으로 기존 개발된 홍수량 산정식과 비교하여 검토하였고 비교적 높은 정확도를 나타냈다. 이를 바탕으로 일반 사용자도 손쉽게 홍수량을 산정할 수 있도록 MATLAB을 이용하여 홍수량 산정 프로그램을 개발하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.402-402
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• 2018

최근 기후변화로 인해 극한 강우사상의 발생빈도가 증가하고 있으며, 이로 인해 농경지의 침수피해 또한 증가하고 있다. 농경지 침수는 하천의 범람에 의해 발생하기도 하지만, 농경지의 배수능 부족 및 하천의 수위 상승에 따른 배수지연으로 발생하는 경우가 대부분이다. 하지만 기존 연구에서는 농경지 수위와 하천수위 중 하나의 수위를 계산하여 농경지 침수를 모의하고 있으며, 이를 연속적으로 비교하여 농경지의 수위를 계산하는 연구는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 극한강우 발생에 따른 시간별 하천 수위를 모의하고, 농경지 수위와의 연속적인 비교를 통해 하천 수위 상승에 따른 배수지연을 고려한 농경지 침수 모의를 수행하고자 한다. 하천 수위는 HEC-RAS의 1차원 부정류 해석을 통해 산정하였으며, 농경지의 경우 논 구획지구를 하나의 물꼬를 가지는 단일포장으로 가정하여 수위를 계산하였다. 농경지의 배수량은 배수로 설계기준에 의한 배수능과 논의 저류효과 등을 고려하여 위어공식을 이용해 계산하였으며, 시간별 하천 및 농경지 수위의 연속적인 비교를 통해 하천의 수위가 농경지 수위 이상으로 상승한 경우 배수가 발생하지 않도록 제한하여 최종 농경지 수위를 산정하였다. 본 연구에서 개발한 기법은 농경지 수위 예측의 정확성을 높이는데 기여할 수 있을 것으로 사료되며, 향후 농경지 배수개선사업을 위한 사전 평가 및 계획 수립 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.205-205
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• 2023

지역 빈도 분석과 점 빈도 분석은 하천 기본계획 및 수공 구조물의 설계에 있어 재현기간 별 확률강우량을 산정하기 위한 방법이다. 점 빈도 분석은 자료의 수가 부족하여 높은 재현기간에 대한 확률강우량을 산정하기에 어려운 점이 있다. 2019년도부터 사용되고 있는 지역빈도분석 방법은 이러한 점을 보완해주고 있다. 지역빈도분석을 수행하기 위해서는 지역의 동질성을 확인하는 과정이 가장 중요한 과정이다. 이러한 동질성을 판단하기 위하여 K-means등의 군집분석과 L-moment 법 등을 사용하고 있다. 이러한 차이점으로 인해 두 방법 간의 정확성은 비교가 어려우나 서로 간의 장점, 단점과 결과 간의 차이를 기반으로 산간지역이 많은 강원도와 같은 지역에 대한 확률강우량 산정의 적절한 방법을 판단해보고자 본 연구를 진행하였다. 지역 빈도 분석은 강원도에 위치한 48개 관측소의 강우 자료 수집 후 고도, 위치, 지속시간 별 강우량을 변수로 지정하고 K-means 분석을 통해 6개의 군집으로 구분하여 수행되었다. 이질성 척도는 관측 자료와 500번의 모의 수행을 통해 결정하였다. 이후 분석된 군집이 동질한 경우 확률분포형에 적합시켜 확률강우량을 산정하였다. 점 빈도 분석은 지역 빈도 분석에서 결정된 군집에서의 최대 강우량과 최소 강우량 관측소의 자료를 이용하여 수행하였다. 본 연구에서는 점빈도분석과 지역빈도분석의 결과를 비교하였으며, 두 가지 분석 방법에 따른 차이의 발생원인 및 특성을 결론으로 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.365-365
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• 2012

이수 및 치수를 위한 수공구조물 설계 및 하천기본계획 수립의 요점은 설계홍수량의 산정에 있으며, 통계적으로 유의성을 가지는 설계홍수량을 산정하기 위해서는 일반적으로 30년 이상 관측된 홍수자료가 요구된다. 우리나라의 경우 대부분의 유역이 미계측 유역이거나 관측년수가 비교적 작은 경우가 많으므로, 상대적으로 자료 연한이 긴 강우자료를 빈도분석한 후 이를 강우-유출 모형에 입력하여 확률홍수량을 추정하는 간접적인 방법이 주로 이용되며 사용된 강우의 빈도가 홍수의 빈도와 동일하다는 가정을 기본으로 한다. 그러나 동일한 강우량이 발생하더라도 강우의 강도, 지속시간, 유역의 선행함수조건 등과 같은 유역 특성에 따라 유출의 특성은 현저히 다르게 나타나며 결국 이러한 특성은 입력자료, 강우-유출 모형, 기후변동성 등과 같은 불확실성 요소로 인식될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 불확실성을 고려할 수 있는 강우-유출 모의기법을 개발하여 이를 통해 홍수빈도곡선을 유도할 수 있는 방법론을 제시하고자 한다. 불확실성 분석을 위해 기존 HEC-1 강우-유출 모형에서 Bayesian MCMC 기법을 적용하여 매개변수들의 사후분포를 추정하여 매개변수들의 최적화 및 불확실성 분석을 수행하였다. 마지막으로 기후변화 영향을 통합한 홍수빈도곡선을 유도하기 위해서 극치강수를 모의하는 것이 필요하며, 본 연구에서는 극치값 재현에 있어서 우수한 성능을 발휘하는 Kernel-Pareto Piecewise분포 기반의 강우모의발생 기법을 적용하여 HEC-1모형과 연동되도록 모형을 개발하였다. 본 연구에서 제안하는 방법론은 기존 홍수빈도곡선 유도 방법에서 불확실성을 분석하기 위해 모든 변수들을 독립사상으로 간주하고 Monte Carlo Simulation을 수행함으로서 매개변수들간의 상호연관성, 상관성, 조건부 확률들을 고려할 수 없었던 점을 Bayesian 모형을 통해 매개변수들간의 조건부 확률을 고려한 매개변수의 사후분포 도출을 가능하게 하여 보다 현실적인 강우-유출 관계 도출이 가능하고 불확실성 구간이 자연적으로 도출됨으로서 향후, 신뢰성 있는 수자원 계획수립에 유용한 자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.248-248
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• 2018

새만금 종합개발계획(정부, 2011)에 따른 내부개발의 완료시점은 2030년이며, 방수제 공사와 준설 등과 같이 만경강 및 동진강 유역 내 흐름을 변화시킬 수 있는 공사를 포함하고 있으므로 현재와 2030년의 하천 및 호의 수리특성은 다를 것이라 예상된다. 2030년까지 준설상황 등을 예측하여 반영하는 것은 사실상 불가능하기 때문에 새만금 종합개발계획에서 제시하고 있는 내부개발의 완료시점을 기준으로 홍수사상을 모의하였다. 새만금 호의 물리적인 변화는 수리특성의 변화로 이어질 수 있으며, 이는 상류지역으로 전파가 될 수 있으므로 호내 뿐만 아니라 만경강과 동진강 전역에 대한 홍수시의 수리특성을 검토하였다. 새만금 호와 연결된 만경강과 동진강의 설계홍수량은 대부분의 구간에서 100년 빈도이기 때문에 본 연구에서는 100년 빈도 홍수사상에 대한 분석을 기초로 홍수위 검토를 수행하였고, RCP8.5 시나리오를 적용한 100년 빈도 홍수량과 500년 빈도 홍수량에 대한 추가적인 연구를 수행하였으며, 이 결과를 토대로 취약지구 분석 및 대책 등을 제시하였다. 수치모의는 Delft3D를 이용하였으며, 새만금 유역의 동진강 지구의 실측치와 비교함으로써 모델의 적용성을 검증하였다. 서해안 조위 특성상 새만금 방조제는 조위 영향이 크므로, 이에 본 연구에서는 외조위의 특성을 고려하기 위해 새만금 유역 주변의 12개 조화상수(tidal harmonic constant)를 이용하여 조위에 대한 모의를 별도로 수행하고, 이 결과를 배수갑문의 경계조건으로 이용하였다. 상류 경계조건은 하천기본계획상에 제시된 하천은 이를 이용하였으며, 그 외의 소하천은 유역면적을 이용한 계산법을 사용하여, 선형적 면적 비유량(Specific Discharge, SD) 방법을 적용하여 본류의 유량에 부가하는 방식으로 수행하였다. 수치해석 결과, 준설 구간의 수위는 전반적으로 저하되었으며, 거리에 따른 수면의 경사를 분석한 결과 기존의 하천구역이 준설 등으로 인하여 호수의 특성으로 변화된 것으로 확인하였다. 본 연구에서 취약지구는 홍수위가 제방고의 약 80% 이상 되는 지역으로 결정하였으며, 이를 토대로 취약지구 분석을 수행한 결과 기존 100년 빈도에서 1지점, RCP 8.5 시나리오가 적용된 100년 빈도에서 88지점, 500년 빈도에서 125지점이 잠재적인 치수 위험이 있는 것으로 파악되었다. 기존의 1차원 연구결과와는 차이가 있는 부분은, 다수의 취약지구가 만곡부 또는 합류부 인근에 위치한 것이다. 향후 이러한 상대적인 치수 취약지점에 대해 정밀하고 국부적인 연구를 수행하여 정확한 홍수위 예측을 수행해야 할 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.752-757
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• 2006

유역 내의 지속적인 개발과 도시화로 유출량이 증가하면서 하도의 통수능을 초과하게 됨에 따라 제방을 증고하게 되고 특히 하류부로 갈수록 유량의 급격한 증가로 제방고를 높여야 하는 악순환이 반복되었다. 이에 따라 유역의 홍수량을 하도 이외의 유역 내에서 분담하고 하도 중심의 치수 대책이 아닌 유역 전체에서 홍수를 제어해야 한다는 유역종합치수대책이 중요한 대안으로 떠오르고 있다. 유출저감시설은 이미 개발된 도시유역의 홍수량을 조절하는 데 유용할 뿐 아니라 새롭게 개발이 시행되는 유역에서는 개발로 인한 홍수 증가량을 분담하는 수단으로써 필수적으로 설치되어야 한다. 최근에는 일률적으로 임시 및 상시 저류지 등의 빈도설계를 통하여 개발 이후의 첨두유량이 개발 이전의 첨두유량 보다 크지 않도록 우수배제시스템을 설계하고 있으나 저류지와 같은 유출저감 시설을 유역출구에 설치함으로써 첨두유량만을 개발이전의 수준으로 유지할 뿐 여전히 유출량의 증가 및 홍수 도달시간이 빨라지는 문제점을 근본적으로 해결하지 못하고 있다. 본 연구에서는 현행 재해영향평가제의 법적 테두리안에서 개발사업으로 인한 증가된 홍수 저감대책을 수립하는 과정에서 몇가지 개선방안을 제시, 연구하고자 한다. 즉, 사업지구 하류하천 규모를 감안한 저류지의 적정 설계빈도의 채택과 저류지의 다목적 이용방안에 대해 검토하여 홍수재해로부터 안전하고 환경친화적인 개발사업이 될 수 있는 방안을 제시코자 한다.