• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.324-324
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• 2017

기후변화로 인하여 강우특성이 변화하여 기존 치수시설물의 설계능력을 초과하는 홍수사상이 빈발하고 있다. 특히, 도심지내의 하천변 저지대는 대표적인 침수취약지역으로 강우사상이 설계빈도를 상회하는 경우 침수피해를 입을 수 있는 지역이다. 기후변화로 인하여 강우특성이 변화하는 상황에서 기존 빗물펌프장의 치수능력 증대 또는 신규시설의 설치가 필요하지만, 부지확보의 어려움으로 신규사업의 진행이 어려움을 겪고 있는 상황이다. 이와 같은 문제점에 대비하여 기존 빗물펌프장 설계단계에서 고려하지 않고 있는 요소의 추가적인 검토가 필요하다. 빗물펌프장의 유수지 용량 설계단계에서는 유입되는 우수의 수문곡선과 펌프의 최대토출량을 비교하여 잔류하게되는 우량수문곡선을 적분하여 설계용량을 산정한다. 그러나, 빗물펌프장의 실제 운영단계에서는 유수지 내의 수위와 하천의 수위를 고려하여 단계적으로 펌프를 가동하기 때문에 설계단계의 가정과 차이가 발생하게 된다. 또한, 빗물펌프장은 넓은 부지에 유입구와 흡수정을 설치함에 있어서 배치에 따른 유수지내의 흐름특성을 고려하지 않고 있다. 흡수정 설계단계에서는 흡수정으로 유입되는 흐름 특성이 토출성능에도 영향을 미칠 수 있으므로 이에 대한 분석이 필요한 상황이다. 본 연구에서는 빗물펌프장의 유수지 및 흡수정 형상과 펌프운영 기준을 반영하여 2차원 수치해석을 수행하고 유수지내의 흐름특성을 재현하였다. 수치모의결과, 유수지 형상에 따라서 흐름특성이 상이하고 흡수정 인근의 흐름특성이 유수지와 흡수정 배치에 영향을 받음을 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.947-947
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• 2012

현재 국내 하천의 설계홍수량은 하천정비 기본계획이나 유역종합 치수계획 등을 통하여 특정 빈도의 단일 홍수량의 형태로 고시되고 있다. 이러한 설계홍수량은 홍수량 산정 지침에 따라 산정되며, 최종적으로 결정된 설계홍수량을 기준으로 하도계획이나 교량, 암거 등의 설계를 실시하였다. 하지만 많은 수의 홍수조절용 다목점 댐과 강변저류지 등 각종 수리조작 구조물들이 축조되면서부터 홍수량을 시간별로 조절할 수 있게 되었다. 따라서 종전과 같이 단일 설계홍수량 값만으로는 신설되는 수리조작 구조물의 최적 규모 및 운영방법을 결정하는데 어려움이 있다. 이러한 이유로, 본 연구에서는 Nash 모형을 사용하여 특정유역의 유출특성이 반영된 대표단위도를 산정하고 여러 가지 형태의 강우사상에 적용하여, 유역의 특정지점에서 특정홍수량에 대하여 발생의 개연성이 충분하고 수공구조물의 설계와 효과에 가장 중요하게 영향을 미칠 수 있는 설계 홍수수문곡선을 산정하는 것을 목적으로 하며, 일련의 과정을 프로그램화 시켜 실무적으로 활용될 수 있도록 하였다. 본 연구의 결과로 나타나는 설계홍수수문곡선은 곡선의 첨두부와 형상에 따라, 동일한 규모의 수공구조물 일지라도 그 효과가 달라지기 때문에 수공구조물의 효과를 최대로 하기위한 구조물 형태와 조작 및 운영방법을 결정하는데 도움이 될 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2004년도 학술발표회
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• pp.681-686
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• 2004

수공구조물의 설계를 위해서는 해당 수공구조물의 중요도에 따른 설계빈도 및 설계유량과 설계수위 등의 설정이라는 과정이 필요하다. 설계빈도는 하천설계기준에 제시되어 있는 바와 같이 시설물의 입지조건과 중요도에 따라 기준이 제시되어 있으며 설계홍수량은 확률강우량을 기초로 한 설계강우를 결정하고, 결정된 설계우량에 의한 유출량의 산정작업이 필요하다. 이와 같은 설계수량의 산정에 있어서 설계강우의 지속기간 설정은 매우 중요한 작업이다. 일반적으로 동일한 설계빈도의 홍수량은 지속기간에 따라 많은 차이를 보이고 있다. 따라서 설계강우의 지속시간 설정은 매우 중요한 설계인자가 되므로 본 연구에서는 IHP유역인 위천유역을 대상으로 최근 권장되고 있는 설계강우의 지속시간 선정을 위한 개념인 임계지속기간을 산정하여 임계지속기간에 영향을 미치는 수문인자들에 대해 살펴보고자 한다. 본 연구에서는 IHP 유역인 위천 유역(동곡 외 4개 소유역)을 대상으로 설계홍수량의 첨두유출량이 최대로 발생하는 강우지속기간을 임계지속기간으로 설정하였으며, 설계홍수량의 산정시 설계강우로부터 홍수량을 산정하기 위한 일련의 절차에서 이용되는 각종 수문요소들, 즉 강우시간분포와 유효우량 산정방법, 유출모형 그리고 면적의 변화에 따른 임계지속기간의 변화를 연구하였다. 본 연구에서는 임계지속기간의 개념을 고려할 설계강우의 지속기간을 산정하기 위해 필요한 각 수문요소별 산정방법은 국내 자료로부터 제안된 방법을 우선 사용하였으며, 임계지속기간의 개념에 따른 설계강우의 지속기간 산정을 위해 확률강우량 산정, 강우의 시간분포(Huff 분포, Yen & Chow의 삼각형 분포), 유효우량 산정방법(AMC-II, AMC-III, CN37), 대표단위도와 6가지 합성단위도법을 적용하였다. 산정 된 결과로부터 임계지속기간 산정에 영향을 주는 각 수문인자 중 강우시간분포와 유효우량 산정방법 그리고 유출모형에 대해 자자 검토하였으며, 최종적으로 면적에 따른 임계지속기간과 유출량의 변화를 검토해 보았다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.634-634
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• 2015

최근 국지성 호우와 잦은 태풍으로 인한 돌발홍수가 빈번하게 발생하여 도심지에서의 호안유실과 범람으로 많은 외수침수의 피해가 발생하고 있다. 또한 기후변화에 따른 강우량의 증가와 집중호우로 인한 홍수 피해는 지속적으로 증가할 것으로 예상됨에 따라 대하천 유역을 중심으로 홍수범람예측 연구가 활발히 진행되고 있지만 대하천을 제외한 지방 중소하천의 연구가 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 지방 중소하천 중 태풍과 집중호우의 영향이 많은 제주지역의 주요 하천 중의 하나인 한천 유역을 테스트베드로 선정하여 연구를 진행하였다. 한천은 강우 시에만 유출이 발생하는 건천으로, 집중호우 시 암반하상 조건, 복개, 교각 등으로 수위가 국부적으로 급격히 상승하는 경우가 있었다. 그리고 한천 하류부에는 도심이 위치하고 있어 돌발홍수 발생 시 막대한 피해가 발생한다. 이에 따라 홍수 피해를 줄이기 위한 제도화, 정책결정 등의 구조적 해결방안과 홍수 피해의 규모와 원인을 분석하는 비구조적 해결방안에 대한 연구가 시급하다. 따라서 본 연구에서는 홍수범람 등으로 인한 홍수 피해규모를 산정하여 각 정부부처 및 유관기관, 지자체에서 빠른 정책결정을 내릴 수 있는 자료를 제공하는 목적으로 제주도의 특성을 고려한 홍수범람위험도 산정 알고리즘을 개발하고자 한다. 본 연구에서는 제주 한천유역의 단면 자료와 빈도별 홍수량 자료를 이용하여 HEC-RAS 모형으로 수리학적 흐름특성 모의를 실사하였다. 모의된 결과를 바탕으로 ArcGIS 소프트웨어인 ESRI사의 ArcMap을 이용하여 빈도별 홍수위 자료와 제주지역 수치표고모형 자료를 활용한 빈도별 홍수범람지도를 산정하고, 좌안과 우안의 제방고로부터 위험도를 산정하여 홍수범람위험도를 각각 구축하였다. 구축된 결과를 이용하여 분석하고자하는 해당 빈도의 홍수위와 홍수량이 발생할 때의 피해지역을 예측하였으며, 예측된 지역과 제주시의 공시지가 자료를 중첩하여 피해지역에 대한 피해액을 산정하였다. 본 연구의 알고리즘을 적용한 2007년 태풍 '나리' 사상의 경우와 비교한 결과, '나리' 사상의 침수 흔적도와 유사한 홍수범람지도를 획득 할 수 있었으며, 모의된 유역의 하천 복개구간을 중심으로 홍수범람이 발생한다는 점과 우안보다 좌안에서의 홍수범람위험도와 피해액이 더 크게 나타난 점 등의 홍수범람 특성을 파악할 수 있었다. 본 연구에서 제시된 기법을 이용할 경우, 홍수에 의한 취약지에 대한 제방 설계 강화, 하천의 보수 정비 등 정책적 결정에 사용될 수 있을 것이며, 실시간 자료제공, 재해정보시스템 등에 적용하여 홍수범람 피해를 줄일 수 있는 기반기술이 될 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.286-286
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• 2022

홍수피해를 최소화하기 위한 수공구조물의 적정 규모 결정을 위해 사용되는 홍수빈도분석에는 통계적 분석절차에 따른 불확실성이 포함된다. 따라서 불확실성이 포함된 범주 내에서 가장 적절한 설계홍수량(design flood)를 결정하는 과정은 수공구조물의 최종단계에서 중요하게 다루어져야 하는 부분이나 이를 제시한 연구는 많지 않다. 비용-편익 분석기법을 홍수빈도분석 절차에 도입하여 구성되는 총 기대비용함수(total expected cost function)는 설계홍수량 중 최적 설계홍수량(optimal design flood)를 결정하기 위한 새로운 접근방식이다. 이 절차는 UNCODE(UNcertainty COmpliant DEsign)로 명명되어 사용된 바 있으나, 국내에서는 아직 적용 결과가 소개되지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 UNCODE의 수학적 구성 절차를 소개함과 함께 북한강수계에 위치한 수력발전댐(화천댐, 춘천댐, 의암댐, 청평댐)의 년최대유입량을 사용하여 최적 설계홍수량을 산정하고 이 결과를 기존 홍수빈도분석 결과와 비교하였다. 불확실성이 고려된 총 기대비용함수로부터 확률분포함수들(Gumbel 및 GEV)의 모수를 추출하는 과정에서 Metropolis-Hastings 알고리즘을 사용하여 불확실성의 범위를 추정하였으며, 비용-편익 분석기법에 사용되는 비용 및 피해함수는 수학적 구성의 편의성을 위하여 1차 선형함수로 가정되었다. 4개의 발전용댐, 2개의 확률분포 및 2개의 재현기간에 대하여 최적 설계홍수량의 중앙값이 기존 홍수빈도분석 절차에 의해 산정된 설계홍수량보다 일정 정도 큰 값으로 산정됨을 알 수 있었다. 향후에는 본 연구에서 적용된 절차를 간단한 수식형태로 함수화하여 발전용댐 운영의 실무업무나 하천기본계획의 수립 등에 있어 비용-편익분석 기법의 적용성을 높이기 위한 연구가 진행될 필요가 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.287-287
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• 2022

홍수빈도분석의 실용적 측면의 목적은 특정 재현기간에 대하여 발생 가능한 홍수량을 설계홍수량(design flood)으로 설정함으로써 댐, 제방, 배수시설, 하수관거 등의 치수기능을 가진 치수시설물이 설계홍수량 내에서 홍수로 인한 피해를 발생시키지 않도록 그 규모와 기능을 설계함에 있다. 특히 우리나라의 경우 유량자료의 부족으로 강우빈도분석을 수행하여 재현기간별 확률강우량을 먼저 산정하고 이를 강우-유출모형을 통해 확률홍수량으로 전환한 뒤 하천등급에 따른 재현기간 기준에 따라 설계홍수량을 산정하고 있다. 그러나 이와 같이 결정된 설계홍수량이 특정유역에서 발생될 수 있는 피해규모에 대해 얼마나 적정한 지의 여부를 과학적으로 판단하기 위한 연구는 국내·외에서 찾아보기 어려우며, 이러한 문제를 개선하기 위한 기초 이론을 제공하는 것이 본 연구의 가장 중요한 목표이다. 홍수빈도분석을 통해 산정된 설계홍수량의 적정성 여부를 과학적으로 판단하기 위해 최근에 진행된 해외의 몇몇 연구에서는 총 기대비용함수(total expected cost function)의 개발에 근거한 최적설계홍수량을 활용할 수 있음을 제안한 바 있다. 이 개념은 계획된 설계홍수량 이상에서 발생될 수 있는 피해함수(damage function) 및 기대피해함수(expected damage function)와 비용함수(cost function)가 결정되면, 이로부터 총 비용을 나타내는 총 기대비용함수(total expected cost function)을 도출하고 총 기대비용함수가 최소가 되는 최적설계홍수량(optimal design flood)을 산정하여 이를 계획된 설계홍수량(tentative design flood) 비교함으로써 계획된 설계홍수량의 적정성을 판단하는 과정을 기초이론으로 활용한다. 본 연구에서는 불확실성으로 발생되는 범위를 고려한 최적설계홍수량을 산정하기 위하여 Metropolis-Hastings 알고리즘을 사용하였으며, 자료의 종류에 따른 홍수량의 변화를 분석하기 위하여 년최대계열 및 부분시계열 자료를 각각 적용하였다. 한강유역에서 가평대성, 여주 및 한강대교 수위표 지점에서 측정된 자동관측유량장치에 의한 홍수량 자료를 활용하였으며, 최적설계홍수량이 기존 설계홍수량에 비해 크게 산정됨을 알 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.442-442
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• 2018

강의 하도와 연결되어 간헐적으로 침수되는 홍수터는 가장 생산적인 육역 서식처 중 하나이다. 하지만 도시 개발과 농업이용은 강의 하도와 홍수터와의 연결을 제한함으로써 그 기능이 상당부분 축소되었다. 이에 기존 홍수터 서식처를 특성화하고 미래 홍수터 복원을 계획하는 것은 하천관리 및 생태계 회복을 위해서도 매우 중요하다고 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 홍수 흐름의 규모, 시기, 기간, 빈도 등을 포함한 하천 유황 특성과 생태적 반응이 나타나는 홍수터 영역과 흐름 특성을 연계함으로써 서식처를 정량화 하고자 하였다. 이를 위한 홍수터 복원의 시나리오는 현재 지형(기존 홍수터), 제방후퇴, 제방후퇴/구하도 복원, 제방후퇴/배후습지 조성으로 설정하였다. 홍수터 서식처를 정량화하기 위한 방법으로는 일 유량의 수문통계학적 분석, 수리학적 모델링을 통한 범람 분석, 어류 물리서식처 모델링을 통한 가중가용면적 분석 등을 수행하였다. 그 결과 잠재복원영역(Potential Restored Area)에서 연중 기대되는 서식처 면적(Expected Annual Habitat Area)의 크기는 제방후퇴/배후습지 조성, 제방후퇴/구하도 복원, 제방후퇴, 기존 홍수터 순으로 나타났다. 본 연구에서 제안된 홍수터 복원에 따른 서식처 정량화 방안은 홍수터 복원 계획 설계 시 시나리오 별 서식처 복원효과를 예측 평가함으로써 보다 효과적인 방안을 마련할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.4-4
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• 2016

기후변화에 따른 강우패턴의 변화로 인하여 도시홍수에 의한 인명 및 재산피해가 증가하여 대응 방안의 마련이 필요한 상황이다. 도시홍수 피해원인을 조사한 기존의 연구결과(심우배, 2008)를 살펴보면, 도시유역에서의 침수피해는 배수능력부족, 하수관거 용량부족 등의 치수시설물의 성능부족이 주원인으로 나타나고 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해서는 시설물의 설계기술을 향상시켜 치수능력의 증대를 기대할 수 있는 연구성과가 필요하다. 본 연구에서는 내수배제시설의 성능강화를 위하여 내수배제시설 계획수립 기준, 내수배제시설의 성능개선을 위한 정량적 설계지침 개발, 배수시스템의 개선 기법 개발을 수행하였다. 내수배제시설의 계획수립 및 기준 개발을 위하여 침수위험지역 특성에 따른 내배수시설 도입 기준과 내배수시설 설치에 침수위험 저감 효과 분석기법 및 내배수시설 최적 조합을 통한 내수배제능력 평가기법을 개발하였다. 내수배제시설의 성능개선을 위해서는 빗물펌프장 성능 평가 기법과 유입 유출부 및 흡수조 개선 기술, 유출부 주변 부속시설 안정성 향상 기술 개발을 주요 연구내용으로 설정하였다. 마지막으로, 배수시스템의 개선 기법 개발을 위해서는 도시하천 설계빈도 상향에 따른 우수관거 구조개선 기술을 개발하고, 우수관거 시스템 저류능력 평가 기술 및 우수관거 연계 저류시스템 설계 기술개발을 수행하였다. 본 연구에서는 내수배제시설에 대한 정량적 설계기법을 개발하여 도시침수에 대한 구조적인 대응방안을 수립하였다. 시설물 계획단계에서 고려하여야하는 문제점을 연구내용에 반영하여 내수배제시설 설계실무에 실용적으로 적용할 수 있는 성과를 도출하였다. 향후 내수배제시설 설계실무자의 의견을 반영하여 연구성과를 고도화한다면 실무에 적용가능한 성과가 도출될 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2004년도 학술발표회
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• pp.328-332
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• 2004

본 연구에서는 자연하천유역에 적합한 저류상수 산정공식을 개발하기 위하여 섬진강 유역에 대한 유역특성인자 및 강우특성인자를 분석하고, 이의 단계별 회귀분석으로부터 유역면적, 하도연장, 하도경사의 유역특성인자뿐만 아니라 강우특성인자인 유효강우강도를 설명변수로 갖는 저류상수 산정공식을 개발하였다. 그리고 개발된 공식의 적용성을 검토하고자 Clark의 단위도 모형에 기존의 경험공식 및 본 인구에서 개발된 공식을 이용하여 섬진강 유역의 실제 호우사상에 대한 유출수문곡선을 분석하여 관측수문곡선과 비교 검토한 겉과, 본 연구에서 개발된 공식에 의한 유출수문곡선이 관측치에 가장 적합하였다. 또한, 남한강의 지류인 섬강 유역에 대한 빈도별 설계강우량을 적용하여 저류상수 및 설계홍수량을 산정하고 기존에 분석된 저류상수 및 홍수량과 비교 검토한 결과 빈도별 유효강우강도의 변화를 고려한 저류상수의 적용 가능성 및 그 타당성을 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.1739-1743
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• 2009

현재 국내에는 하천시설물의 인증과 관련한 제도와 법령이 마련되어 있지 않다. 하천시설물과 관련된 인증 제도는 효율적인 하천시설물의 유지관리를 가능하게 하고, 치수 안전성 증대에 기여할 수 있다. 본 연구는 미국의 제방 인증(levee accreditation) 제도를 분석하여 국내에 적용하는 방안에 관한 것이다. 미국의 연방 재난 관리국(Federal Emergency Management Agency; FEMA)은 국가 홍수 보험 프로그램(National Flood Insurance Program; NFIP)을 관리하고 있는데, 그의 일환으로 제방 인증 제도를 시행하고 있다. 제방의 인증은 제내지를 보호하는 제방 시스템이 100년 빈도의 홍수에 대한 방어 능력이 있는지를 기술적으로 검토하는 것이다. 여기서 제방 시스템이란, 제방, 홍수벽, 수문 장치, 펌프시설, 암거, 내수 배제 시설 등 홍수로부터 제내지를 보호하기 위한 모든 시설을 포함한다. 미국은 제방 인증을 위한 제도로서 연방 규정 조례(code of federal regulation; CFR)를 두어 제방 시스템의 설계, 운영, 유지관리의 기준을 마련하였다. 제방 인증을 신청하는 기관은 연방 규정 조례에서 정의된 제방 시스템의 운영 및 유지관리에 관한 문서를 갖추어야하고, 공학적인 설계 기준에 대하여 면밀히 검토되어야 한다. 운영 및 유지관리에 관한 사항은 수문과 내수배제 시스템을 포함한 제방 시스템의 홍수 시 운영 지침과 운영실적, 유지보수 지침과 점검 보고서 등이다. 공학적인 설계 기준에 대한 검토사항은 제방의 여유고, 수문, 호안, 제방과 기초의 안정성, 침하, 내수배제에 관한 분석 결과이다. 이러한 제방의 인증에 필요한 기술적인 검토 자료와 관련 문서는 등록된 전문 기술자나 제방의 설계와 시공능력을 갖춘 연방 기관을 통해 보증(certification) 되어야 한다. 현재, 미국에서 제방의 보증을 결정하는 대표적인 기관은 미 공병단(U.S. Army Corps of Engineers; USACE)이다. 제방 보증의 유효기간은 최대 10년이지만 검사와 평가가 지속되고, 유효 기간 만료 전이라도 언제든지 재검토될 수도 있다. 또한, 제방 시스템 전체에 대하여 보증 여부를 결정하고, 개별 시설에 대한 보증이나 조건부 보증은 수행하지 않는다. 국내에 제방 인증 제도를 도입하기 위해서는 제방 인증에 관한 절차, 수행 기관, 수행 방법 등에 대한 규정과 제도가 마련되어야 하고, 현재 국내에서 수행되고 있는 하천시설물의 안전도 검사 방법을 포함한 평가 지표와 평가 기술에 대한 인증 표준화가 요구된다.