• 한국수자원학회논문집
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• 제56권12호
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• pp.981-992
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• 2023

최근 전세계적인 기후변화의 영향으로 강우가 집중되고 강우강도가 강해짐에 따라 홍수피해의 규모를 증가시키고 있다. 과거에 관측되지 않았던 규모의 비가 내리기도 하고, 기록되지 않았던 장기간의 장마가 발생하기도 한다. 이러한 피해들은 아세안 국가에도 집중되고 있으며, 태풍 및 집중호우로 인해 침수의 빈번한 발생과 함께 많은 사람들이 영향을 받고 있다. 특히, 인도네시아 찌따룸강 상류 유역에 위치한 반둥 지역은 분지 형태의 지형학적 특성을 가지고 있어서 홍수에 매우 취약한 실정이다. 이에 공적개발원조(ODA)를 통해 2017년에 찌따룸강 상류(Upper Citarum River) 유역에 대하여 홍수예경보시스템을 구축되었고, 현재 운영중에 있다. 그럼에도 불구하고, 찌따룸강 상류 (Upper Citarum River) 지역은 홍수발생시 인명 및 재산피해의 위험에 여전히 노출되어 있어 신속하고 정확한 홍수예경보의 실시를 통해 피해를 경감시키는 노력이 지속적으로 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 찌따룸강 상류의 Dayeuh Kolot 지점을 목표관측소로 하고, 강우관측소 4개소와 수위관측소 1개소의 10분 단위 수문자료를 수집하여 인공지능 기반의 하천홍수위예측모형을 개발하였다. 6개 관측소의 2017년 1월부터 2021년 1월까지의 10분 단위 수문관측자료를 활용하여 선행예보시간 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 6시간에 대해서 학습, 검증, 시험을 수행하였으며 인공지능알고리즘으로는 LSTM을 적용하였다. 연구결과 모든 선행예보시간에 대해 모형적합도 및 오차에서 좋은 결과를 나타냈으며, 학습자료 구축조건에 따른 예측정확도를 검토한 결과 참조관측소가 적은 경우에도 모든 관측소를 활용하는 경우와 유사하게 예측정확도를 확보하는 것으로 나타나 효율적인 인공지능 기반 모형 구축에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제38권4호
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• pp.537-545
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• 2018

설계홍수량 산정 시 도달시간과 같은 시간매개변수의 결정은 매우 중요한 요소이다. 도달시간은 주로 홍수 및 하천관리를 위해 이용되고 있으며, 평수기의 도달시간은 하천의 유지유량 및 이수관리를 위해 이용되고 있다. 자연하천에 대한 도달시간 산정은 주로 유역의 지형학적 인자를 기반으로 산정하고 있으며, 지형학적 인자 이외에 유출곡선지수, 유속, 강우강도의 인자를 고려하여 도달시간을 산정하고 있다. 그러나 재현기간별 강우조건과 토양함수상태를 함께 고려한 도달시간의 산정연구는 부재한 상황이다. 따라서 본 연구는 재현기간별 강우조건과 토양함수상태를 고려하여 임진강의 황강댐과 임진교 수위관측소 구간을 자연하천으로 설정한 경우와 황강댐의 방류량 조건에 따라 임진교 수위관측소에 도달하는 경우로 구분하여 도달시간을 산정하였다. 자연하천으로 설정한 구간에 대해서는 기 개발된 도달시간 산정방법과 비교 검토를 통해 결과를 입증하였으며, 이를 토대로 황강댐의 방류량 조건별 도달시간을 산정하였다. 본 연구에서 제시된 도달시간은 임진강 유역의 홍수관리와 황강댐 방류시 위험에 대비할 수 있는 시간을 확보할 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.268-268
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• 2023

전 지구적 급격한 기후변화로 인해 수문기상인자들의 비선형적 변동성이 발생함과 동시에 가뭄, 홍수와 같은 수재해의 발생빈도 및 강도가 증가하고 있는 추세이다. 이에 따라, 세계의 유수기관 (NASA, ESA 등)에서는 대기모형과 해양 모형의 결합 및 수치해석적 접근법을 활용하여 계절내-계절 (Subseasonal to seasonal; S2S) 예측치를 생산하여 제공하고 있다. 이에 따라, 본 연구에서는 European Centre for Medium-Range Weather Forecast (ECMWF)에서 산정되는 수문기상인자 (강수량, 증발산량 및 유출량)에 대한 정확도를 평가하고자 한다. 연구지역으로는 다양한 기후대 및 토지 피복으로 구성되어 있으며, El-Nino-Southern Oscillation (ENSO), Indian Ocean Diapole (IOD)와 같은 기후 현상이 빈번히 발생하는 호주지역을 대상으로 연구를 수행하였다. ECMWF S2S 자료에 대한 통계적 검증은 1) 지점 기반 관측치와 더불어 2) 물수지 모델 기반 수문 추정치 (The Australian Water Resources Assessment Landscape Model; AWRA-L)와 비교하였다. 연구 결과 S2S 강우 및 증발산량 산정치의 경우 비교적 짧은 예측기간(약 2주)에서 상대적으로 높은 상관관계 (R=0.5~0.6)와 낮은 편차 (강수량 = 0.10 mm/day, 증발산량 = 0.21 mm/day)를 나타내었다. 유출량의 경우, 강우 및 증발산량에 비해 상대적으로 낮은 정확도를 나타내었으며, 예측 기간이 길어짐에 따라 불확실성이 상당히 높아지는 것으로 확인되었다. 이는, S2S 계산과정에서 강우 및 증발산량 뿐만아니라 지표 유출로 도달하기 전까지의 수문기상인자들의 불확실성이 모두 모여 유출량의 불확실성이 높아진 것으로 확인할 수 있었다. 계절적 검증에서는, 강우 및 증발산량 모두 여름철에 높은 상관관계를 나타내었지만 불확실성은 상대적으로 큰 값을 나타내었다. 자세한 분석을 위해, 공간적인 불확실성을 분석해본 결과 ECMWF S2S가 매우 습윤하거나 건조한 지역에서 수문기상인자를 예측하는데 있어 한계성이 나타난 것을 확인하였다. 본 연구를 토대로, 추후 S2S 예측치에 대한 보정과 더불어 미래의 수재해 발생 위험도에 대한 정보를 획득하는데 적용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.194-194
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• 2023

세류침식은 급경사 나지사면에서 증가하는 지표흐름에 의해 빈번하게 발생하고, 과도한 토사유출로 인해 홍수 및 토사재해 위험 증가와 수질오염 등의 문제를 야기한다. 본 연구는 개발지역의 마사토를 활용하여 1.2 m × 5.5 m 규모의 3개 중규모 플롯에서 세류발달 특성, 유출 및 토사유출량을 파악하고자 강우와 유입수 모의실험을 수행하였다. 경사 조건 15°와 20°에서 유입수 유무에 따른 4회의 반복실험이 진행되었으며 마사토의 평균입경은 0.89 mm이다. 강우강도 범위는 90~140 mm/hr이며, 유입수 유량은 합리식으로 계산하였으며 100~130 ml/sec이다. 하천 차수분석방법인 Horton방법을 사용하여 세류별 차수를 나누었다. 세류절개는 유입수가 없는 경우 실험 시작 약 1분 후에 발생하였고, 최대 2차수까지 세류가 발달하였으며, 유입수가 있는 경우 약 30초 후 발생하였고, 최대 3차수까지 세류가 발달하였다. 세류발달에 대한 수리학적 특성을 파악하기 위하여 염료 추적방법에 의한 동영상 이미지 분석결과 유속은 0.06~0.43 m/s의 범위를 보였다. 유입수와 강우가 함께 공급되는 경우 강우모의 공급수량에 비해 1.32~1.69배 증가했고, 이에 따라 지표유출수는 1.13~3.93배로 증가폭의 범위가 넓었다. 세류발달에 의한 토사유출량은 유입수 유무에 따라 6.7~32.3배로 증가하였다. 결론적으로 강우와 유입수가 상호작용하는 경우 강우에 의한 박리현상보다 유입수에 의한 측벽붕괴 활동이 활발하게 진행되었고 이는 세류 발달 과정에서 지배적으로 이루어졌기 때문으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.309-309
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• 2022

특정 극치사상 자료에 대한 특성 분석 시 수문자료에 대한 빈도해석은 일반적으로 단일 확률 변수를 기준으로 이루어지는 단변량 해석 방법이 활용된다. 그러나 두 가지 이상의 변량이 서로 상관성을 가지는 경우 다변량 빈도해석이 요구되며, 이를 단변량으로 해석하는 경우 재현기간의 과소추정 등의 문제점이 발생할 수 있다. 최근 이러한 점을 개선하기 위하여 다변량 빈도해석에 관한 연구가 지속적으로 진행되고 있다(Kwon and Lall, 2016; Vaziri et al., 2018). 특히, 가뭄의 경우, 강도(intensity)뿐만 아니라 지속기간, 심도도 매우 중요한 인자로 고려되고 있다. 특히, 가뭄지속기간과 심도의 경우 두 인자 간의 상관성이 매우 크기 때문에 단변량(univariate) 가뭄빈도해석 보다 다변량으로(multivariate) 가뭄빈도해석을 수행하는 것이 가뭄위험도 평가 측면에서 유리하다고 알려져 있다(Shiau and Shen, 2001; Kim et al., 2017). 따라서 이 둘을 결합한 빈도 해석을 위해 Copula Function을 이용한 다변량 빈도 해석에 관한 연구들이 활발히 진행되고 있다. 홍수의 경우 지속시간별 연최대강수량 계열을 이용한 빈도해석 과정이 지침으로 정립되어 수자원 설계 실무에서 활용되고 있으나, 가뭄은 실무에서 활용할 수 있는 지침 및 분석 도구가 없는 실정이다. 이에 환경부와 국가가뭄정보분석센터에서는 '20년도에 단변량 가뭄빈도 해석을 위한 프로그램을 제작·배포하였다. 본 연구에서는 가뭄의 특성을 대변하는 상관도 높은 두 인자인 가뭄 심도(severity)와 가뭄 지속기간(duration)이라는 두 가지 특성을 함께 고려해 이변량(bivariate) 가뭄 빈도를 해석할 수 있는 도구를 개발하는 것을 목표로, 다양한 확률분포형을 이용한 최적 주변 확률분포형 선정과 최신 Copula Function들을 이용한 최적 결합확률분포 추정을 통해 신뢰도 높은 2변량 가뭄빈도 해석을 수행할 수 있는 프로그램을 제작하였으며, 테스트 버전 배포 등을 거쳐 누구나 사용할 수 있도록 공개할 예정이다.

• 대한지리학회지
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• 제51권6호
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• pp.779-797
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• 2016

보정된 수문모델은 기후변화와 지표피복변화가 하천의 유량과 수질, 그리고 하천퇴적물의 양에 미치는 영향을 정량적으로 파악할 수 있는 수단이 된다. 라오스 중부에 위치한 시방파이(Xe Bang Fai) 유역($10,064km^2$)은 태풍의 영향권에 놓여 있으며, 여름철은 높은 강우강도로 인해 매년 주기적인 범람의 위험을 안고 있다. 특히 현재 진행되고 있는 기후변화로 인해 태풍의 빈도와 강도가 크게 변할 것으로 예상되기 때문에 홍수로 인한 피해의 위험성은 점차 높아지고 있다. 이 연구의 목적은 Soil and Water Assessment Tool(SWAT) 모델을 이용하여 예상되는 기후변화 시나리오에 따라 하천유량에 미치는 영향을 예측하는 것이다. 이 연구에서 SWAT 모델은 2001년과 2005년 사이 기후 및 유량자료를 통해 보정하였으며, 2006년과 2010년의 예측치와 실측치 비교를 통해 검증하였다. 모의한 월별 유량과 실제 측정된 유량간의 일치도는 $R^2$ 값이 0.9(ENS>0.9)를 넘어 모델의 예측력이 높은 것으로 나타났다. 세 개의 기후모델(IPSL CM5A-MR 2030, GISS E2-R-CC 2030 and GFDL CM3 2030)은 현재 진행되고 있는 기후변화로 인해 가까운 미래인 2030년에는 여름 몬순기간 동안 강우량이 약 10% 증가할 것으로 예측된다. 이 경우 우기인 7월과 9월 사이 시방파이 다리 부근에서 관측되는 하천의 유량은 현재보다 약 $800m^3/s$ 정도 증가할 것으로 예측되었다. 이 연구에서 보정된 SWAT 모델은 향후 홍수저감과 라오스의 지속가능한 발전정책의 수립에 효과적으로 사용될 것으로 기대된다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제9권3호
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• pp.87-93
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• 2010

저수지의 수위변화는 저수지 주변 강기슭 사면파괴의 주요 요인이다. 중국의 삼협댐 저수위는 홍수량 조절을 위해 145m와 175m사이에서 변화한다. 삼협댐 저수위의 정상적 운영상태에서 저수위 변동속도는 0.67m~3.0m의 범위에 있다. 마지아고 사면은 자시강의 2.1km 상류 좌측기슭에 위치한다. 자시강은 삼협지역내에 있는 양츠강의 지류이다. 2003년 저수위가 95m에서 135m로 상승한 직후, 마지아고 사면의 후면부에서 길이 20m, 폭 3~10의 균열이 발생하였다. 지금은 균열 보수 후 특별한 징후는 보이지 않고는 있으나, 이 큰 균열은 마지아고 사면의 산사태 가능성을 암시하고 있었다. 이 연구에서는 침투해석에서 얻어진 간극수압을 저수위 변동에 따른 안전율 변화를 평가하기 위해 사용되었다. 안전율 평가는 한계평형해석에 의한 사면안정해석에 의해 수행되었다. 한계평형해석에서 전단강도에 미치는 부의 간극수압 효과는 불포화 흙에 대한 프레드런드의 전단강도식을 사용하여 고려하였다. 연구결과 강기슭사면의 안전율은 저수위의 상승, 하강에 따라 감소와 증가의 경향을 보이나, 가장 위험한 상태는 저수위가 최대높이를 장기간 유지할 때인 것으로 나타났다.

• 한국방재안전학회논문집
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• 제14권2호
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• pp.61-75
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• 2021

최근 기후변화로 인해 강우강도 및 빈도의 증가에 따른 집중호우의 영향 및 기존 여수로의 노후화에 대비하여 홍수 시 하류 하천의 영향을 최소화할 수 있는 보조 여수로 활용방안 구축이 필요한 실정이다. 이를 위해, 수리모형 실험 및 수치모형 실험을 통하여 보조 여수로 운영에 따른 흐름특성 변화 검토에 관한 연구가 많이 진행되어 왔다. 그러나 대부분의 연구는 여수로에서의 흐름특성 및 기능성에 대한 검토를 수행하였을 뿐 보조 여수로의 활용방안에 따른 하류하천 영향 검토 및 호안 안정성 검토에 관한 연구는 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 기존 여수로 및 보조 여수로 방류 조건에 따른 하류영향 분석 및 호안 안정성 측면에서 최적 방류 시나리오 검토를 3차원 수치모형인 FLOW-3D를 사용하여 검토하였다. 또한 FLOW-3D 수치모의 수행을 통한 유속, 수위 결과와 소류력 산정 결과를 호안 설계허용 기준과 비교하였다. 수문 완전 개도 조건으로 가정하고 계획홍수량 유입 시 다양한 보조 여수로 활용방안에 대하여 수치모의를 수행한 결과, 보조 여수로 단독 운영 시 기존 여수로 단독운영에 비하여 최대유속 및 최대 수위의 감소효과를 확인하였다. 다만 계획홍수량의 45% 이하 방류 조건에서 대안부의 호안 안정성을 확보하였고 해당 방류량 초과 경우에는 처오름 현상이 발생하여 월류에 대한 위험성 증가를 확인하였다. 따라서 기존 여수로와의 동시 운영 방안 도출이 중요하다고 판단하였다. 여수로의 배분 비율 및 총 허용 방류량에 대하여 검토한 결과 보조 여수로의 방류량이 기존 여수로의 방류량보다 큰 경우 하류하천의 흐름이 중심으로 집중되어 대안부의 유속 저감 및 수위 감소를 확인하였고, 계획 홍수량의 77% 이하의 조건에서 호안의 허용 유속 및 허용 소류력 조건을 만족하였다. 이를 통하여 본 연구에서 제안한 보조 여수로 활용방안으로는 기존 여수로와 동시 운영 시 총 방류량에 대하여 보조 여수로의 배분량이 기존 여수로의 배분량보다 크게 설정하는 것이 하류하천의 영향을 최소화 할 수 있는 것으로 나타났다. 그러나 본 연구는 여수로 방류에 따른 대안부에서의 영향에 대해서만 검토하였고 수문 전면 개도 조건에서 검토하였다는 한계점은 분명히 있다. 이에 향후에는 다양한 수문 개도 조건 및 방류 시나리오를 적용 및 검토한다면 보다 효율적이고, 효과적인 보조 여수로 활용방안을 도출이 가능할 것으로 기대 된다.