• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.422-422
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• 2017

기후변화로 인한 게릴라성 호우 및 국지성 호우의 증가, 급격한 도시화로 인한 불투수면적의 감소 등은 다양한 홍수피해와 물 순환 왜곡문제 등을 유발하고 있다. 서울시의 경우 2010년 9월 21일 시간 최대 75.5mm의 폭우로 광화문광장 및 백운동천 주변상가에서 약 15.7ha의 침수가 발생하였다. 이러한 침수발생에 대응하기 위한 대안으로 서울시에서는 저영향개발(LID, Low Impact Devleopment)기법을 도입하고 있다. 본 연구에서는 효자배수분구(광화문지역)의 LID 시설 도입을 위한 빗물관리 목표량 설정에 따른 홍수방어 개선효과를 분석하였다. 빗물관리량 산정을 위한 유출해석모형은 도시유출모형인 SWMM을 이용하다. SWMM의 입력자료인 우수관망도 자료는 서울시 우수관망 UIS 자료를 이용하여 구성하였으며 소유역분할은 유역의 경사 및 건물 등을 고려하여 정교하게 소유역을 구분하였다. 구분된 소유역은 293개이며 개별 소유역에 대한 토지이용도, 정밀토양도를 검토하여 소유역별 유출곡선지수 산정하여 모형 입력자료를 구축하였다. 효자배수분구(광화문지역) 전체유역 중 전원지역을 제외한 나머지 지역에 대하여 소배수구역별로 유출곡선지수(CN)값을 10-90%까지 감소시키면서 LID시설의 계획에 의한 빗물관리량(mm)에 따른 침수발생량($m^3$)의 변화를 분석하였다. 여기서, LID 시설의 빗물관리량은 유역의 현상태 직접 유출고에서 CN값 변화에 따라 계산된 직접유출고를 차감한 양이다. 연구결과, 효자배수분구의 경우 도시유역 전체에서 20mm의 우수를 관리하면 전체 침수발생량의 약 50%를 30mm의 우수를 관리하면 유역침수 침수발생량의 약 75%를 저감할 수 있는 것으로 분석되었다. 본 연구결과는 향후 개발된 도시지역에 대한 지구단위계획 수립시 LID 시설목표에 따른 홍수저감 효과를 비교적 효율적인 방법으로 검토하는 방안으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.215-215
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• 2017

NRCS-CN 방법은 총 강우량으로부터 유출량을 계산하는 방법으로, 국내에서는 설계홍수량 산정 시 NRCS-CN 방법의 사용을 권장하고 있다. CN값은 토지이용 및 피복, 토양특성, 수문학적 조건(AMC)에 따른 함수로 결정할 수 있으나, 보통의 경우 미국의 National Engineering Handbook (NEH-4)에서 제시한 표를 활용한다. 그러나, 우리나라의 토지피복 및 토지이용 현황은 미국과 다르기 때문에 현실 조건을 반영한 조정이 필요함에도 불구하고, 충분한 관측 자료가 확보되지 않아 이러한 조정이 어려운 실정이다. NRCS-CN 방법에서는 결과 값이 총 강수량보다 CN에 크게 의존적이기 때문에 부정확한 CN 값의 산정은 큰 오차를 야기할 수 있다. 또한 소유역에서는 초기손실량이 설계홍수량 산정에 큰 영향을 미치지만 우리나라는 초기손실률을 20%의 고정된 값을 일괄적으로 적용하고 있으며, 이는 제주도와 같은 특수한 투수성 지층에서는 적합하지 않다는 지적을 받아왔다. 여러 선행연구에서 강수량과 CN 사이에는 특정 관계식이 존재하며, 고정된 CN 값이 아닌 강수량에 따라 변화하는 값을 적용하는 것이 기존의 NRCS-CN 방법보다 더 정확한 결과를 나타낸다는 것이 확인된 바 있다. 본 연구에서는 NRCS-CN 방법의 CN 값과 초기손실률을 유역에 적합하게 개선하기 위해서 기존의 NRCS-CN 모형에 점근 유출곡선지수방법(Asymptotic CN Regression Method)을 통해 산정된 CN값과 각기 다른 초기손실률(0.01, 0.05, 0.10, 0.20, 0.40)을 적용하여 개선된 총 8개의 모형을 한강 권역 소유역에 적용하였다. RMSE, MAE 및 R-square 등의 지표를 이용하여 모형 검정을 수행하였으며, 최적의 모형 및 미개변수를 선정하였다. 그 결과 기존의 NRCS-CN 방법보다 점근 유출곡선지수방법을 적용했을 때 더 작은 오차를 나타내는 것을 확인하였으며, 대부분의 유역에서 0.01 또는 0.05 등 기존보다 더 작은 초기손실률을 채택 시 실측값과 가장 적은 오차를 나타냈다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.288-288
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• 2019

지구온난화로 인해 해수면이 지속적으로 상승하고 있으며, 이에 따라 연안인근 지역은 복합원인에 의한 홍수피해가 빈번히 발생하고 있다. 우리나라는 반도 지형으로 해수면 상승에 따라 침수피해 발생 시 피해규모가 클 것으로 예상되어 이에 적극적으로 대처할 필요가 있다. 복합원인에 의한 침수예상도는 해수위를 고려한 내외수 침수피해 발생 시 침수의 범위 및 양상을 예측한다. 먼저 침수발생 시 피해규모가 클 것으로 예상되는 연안인근의 도심지역을 위주로 대상지역을 선정하였으며, 침수발생 원인별 침수예상도를 작성하였다. 작성된 침수예상도를 바탕으로 상세 홍수취약성을 평가하였으며, 이를 바탕으로 주요 시설물의 위치 선정, 관거 개량의 우선순위 선정 등에 활용할 수 있다. 먼저 도상조사를 통해 침수발생 후보지역을 선정하고, 현장답사를 통해 현장 변경사항, 재해원인 및 재해발생가능성을 검토하여 대상지역으로 여수시 연등천 인근을 선정하였다. 모의 방법으로는 HEC-HMS 및 XP-SWMM 등 강우-유출 모형에 의해 침수해석을 실시하고, 하류단 경계조건의 변화에 따른 기점수위를 산정하여 해수위를 고려하였다. 하류단 경계조건으로는 대상지역의 폭풍해일에 의한 해수위 상승고를 적용하였다. 배수토구가 하천으로 연결된 경우에는 해당 하천의 홍수위 산정이 필요하며 홍수위 산정에는 HEC-RAS 모형을 사용하였다. 작성된 침수예상도를 통해 상세 홍수취약성 분석을 실시하였으며, 상세 홍수취약성 지수는 "기후변화 적응을 위한 연안도시지역별 복합원인의 홍수 취약성 평가기술 개발 및 대응방안 연구"에서 개발된 지표를 기반으로 산정하였다. 본 연구에서는 강우-유출 모형의 하류단 경계조건 변화를 통해 해수위 상승을 고려하여 연안도시 지역의 침수예상도를 작성하였으며, 침수발생 예상도를 통해 상세 홍수취약성을 분석하였다. 이는 침수발생에 따른 대피지도 개발, 주요 시설물의 계획, 침수피해 예방을 위한 구조적 대책 수립을 위한 기초자료로 활용될 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.135-135
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• 2018

한강의 잠수교는 평상시에는 사람과 차의 통행이 가능하나 예측수위가 5.5m일 경우, 보행자통제, 6.2m일 경우, 차량통제를 실시한다. 잠수교는 국토교통부의 홍수예보 지점은 아니지만 그 특수성으로 인해 정확한 홍수위 예측을 통해 선행시간을 확보할 필요가 있다. 일반적으로 하천 홍수위 예측을 위해서는 강우-유출 모형과 하도추적을 위한 수리모형을 결합한 모델링이 요구되나 잠수교는 하류부 조위로 인한 배수 및 상류부 팔당댐 방류량의 영향을 받아 물리적 수리 수문모형의 구축이 상당히 제약적이다. 이에 본 연구에서는 딥러닝 오픈 라이브러리인 Tensorflow 기반의 LSTM 심층신경망(Deep Neural Network) 모형을 구축하여 잠수교의 수위예측을 수행한다. LSTM 모형의 학습과 검증을 위해 2011년부터 2017년까지의 10분단위의 잠수교 수위자료, 팔당댐의 방류량과 월곶관측소의 조위자료를 수집한 후, 2011년부터 2016년까지의 자료는 신경망 학습, 2017년 자료를 이용하여 학습된 모형을 검증하였다. 민감도 분석을 통해 LSTM 모형의 최적 매개변수를 추정하고, 이를 기반으로 선행시간(lead time) 1시간, 3시간, 6시간, 9시간, 12시간, 24시간에 대한 잠수교 수위를 예측하였다. LSTM을 이용한 1~6시간 선행시간에 대한 수위예측의 경우, 모형평가 지수 NSE(Nash-Sutcliffe Efficiency)가 1시간(0.99), 3시간(0.97), 6시간(0.93)과 같이 정확도가 매우 우수한 것으로 분석되었으며, 9시간, 12시간, 24시간의 경우, 각각 0.85, 0.82, 0.74로 선행시간이 길어질수록 심층신경망의 예측능력이 저하되는 것으로 나타났다. 하천수위 또는 유량과 같은 수문시계열 분석이 목적일 경우, 종속변수에 영향을 미칠 수 있는 가용한 모든 독립변수를 데이터화하여 선행 정보를 장기적으로 기억하고, 이를 예측에 반영하는 LSTM 심층신경망 모형은 수리 수문모형 구축이 제약적인 경우, 홍수예보를 위한 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.147-147
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• 2015

전 세계적으로 이상기후로 인한 극한가뭄 및 이상홍수 등의 피해 발생이 확인되고 있으며 그 발생빈도 또한 급격히 증가하고 있다. 그러나 기존의 빈도해석은 시간의 변화에 따라 자료의 통계적 특성이 변하지 않는다는 정상성(stationarity)을 기본 가정으로 수행되기 때문에 극한 사상에 경향성이 있는 경우에 적용하기엔 한계가 있다. 비정상성 빈도해석을 위해 개발된 비정상성 확률 분포 모형들은 대부분 매개변수에 시간항을 포함하는 형태로 정의된다. 이중에서도 우리나라에 널리 사용되고 있는 Gumbel 모형에 대해 살펴보면, 비정상성 Gumbel 모형의 위치 및 규모 매개변수는 시간에 대해 선형(linear) 및 지수(exponential) 함수의 관계를 보이는 형태로 가정한다. 규모 매개변수의 지수함수의 형태는 음(-)의 값이 추정되는 것을 방지하기 위해 제안되어 널리 사용되고 있으나 이로 인해 확률수문량이 과다산정되는 문제가 발생하기도 한다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 비정상성 Gumbel 모형을 대상으로 규모 매개변수의 다양한 형태를 비교하고자 한다. 이를 위해 비정상성 Gumbel 모형 규모 매개변수를 지수함수, 선형, 로그, 로지스틱 형태로 가정하여 비교하였다. 각 모형의 매개변수의 추정은 최우도법을 적용하였으며, 규모 매개변수의 형태별 정확도 비교를 위해 모의실험을 수행하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제51권spc1호
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• pp.1161-1169
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• 2018

본 연구에서는 하천 제방에 대한 홍수취약성을 평가하는 새로운 기법을 제시하고 기후변화에 따라 변화하는 수위에 대하여 제방에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위해 먼저 2차원 지하수침투 모형인 SEEP/W를 이용하여 제방의 침투거동을 분석하여 침투안전성을 평가하였다. 침투거동뿐만 아니라 기후변화에 따른 하천환경여건을 고려하는 제방의 취약성 분석 기술이 필요함으로써 본 연구에서는 추가적으로 제방의 취약성 분석에 필요한 인자를 도출하여 제방의 홍수취약성지수(levee flood vulnerability index； LFVI)에 의한 취약성 평가기법을 새로이 개발 하였다. 대상지역을 한강 본류 서울 구간으로 선정하여 하도별 제방의 크기를 조사하였고 조사한 제방을 상류부, 중류부, 하류부로 구분하여 3개의 대표 제방을 선정하였다. 이들 대표 제방지점에서 현재의 계획홍수위와 기후변화 시나리오 RCP8.5를 고려한 계획홍수위를 적용하여 제방의 활동 안전율과 제방홍수취약성지수를 분석하였다. 그리고 제방홍수취약성지수를 구성하는 각각 인자들에 대하여 기후변화에 따른 변화 정도를 파악하였다. 이들 인자들을 종합적으로 활용한 제방홍수취약성지수 값을 이용하여 최종적으로 기후변화에 따른 제방의 취약성을 추정할 수 있도록 하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제35권3호
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• pp.331-344
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• 2002

본 연구의 목적은 홍수유출해석을 위한 확정론적 유출모형의 개발에 있으며, 유출과정은 비 선형으로 취급하여 단순화시킨 개념적 모형을 유역유출모형으로 제시하였다. 개념적 모형의 구조는 지표유출을 일으키는 지표면과 지표하유출을 일으키는 토양층으로 구분하고 이들 각 구조를 지표와 지표하로 나누어 유출과정을 개념화하였으며, 지표흐름의 지체효과는 부탱크를 도입하여 나타내었다. 지표하 구조에서 중간 및 지표하 흐름의 성분들은 수치 filter를 이용하여 분리하였다. 유출계수 $\alpha$$_2$는 선행강우지수의 함수로 표현하였으며, 지표흐름에 관계되는 매개변수인 유출계수($\alpha$$_1$, $\alpha$$_{11}$)는 민감도를 분석하여 결정하였다. 본 연구에서 개념적 모형의 알고리즘은 효용도를 기준으로 자동 추출되게 하였으며, 개념적 모형에서 시뮬레이션시킨 결과는 실측 홍수수문곡선에 매우 접근하고 있음은 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제53권2호
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• pp.121-129
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• 2020

도시화로 인한 불투수층 증가와 하천 주변 개발은 홍수 시 위험에 노출되는 재해요인의 증가뿐 아니라 피해의 파급을 발생시켜 홍수 관리 측면에서 어려움을 낳는다. 홍수 방재대책을 위해서는 도시지역에 분포하는 다양한 지표면 공간특성을 반영하여 침수가 예상되는 지역에 대한 파악이 우선시되어야 한다. 본 연구에서는 도시하천의 홍수 위험지역을 대상으로 확률적 홍수위험 평가가 수행되었다. 홍수와 관련된 지형적 영향요인인 고도, 경사, 유출곡선지수, 하천까지 거리를 예측변수로 하여 하천 주변 침수 예상지역을 설명하기 위해 모형의 학습데이터로 100년 빈도 홍수위험 지도가 사용되었다. 연구 대상 지역은 격자로 변환하여 Bayesian Logistic 회귀분석을 수행하여 각 격자별로 홍수영향요인이 침수 여부를 설명하는 모형을 구축하였다. 최종적으로 모형을 통해 대상 지역 전체에 대하여 침수위험도를 확률적으로 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.387-391
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• 2012

경인아라뱃길은 인천 서구 오류동과 서울 강서구 개화동을 연결하는 뱃길로 선박의 항해를 위한 주운수로와 두 개의 갑문으로 이루어져 있다. 홍수시 굴포천 상류유역의 홍수량이 열결 수로를 통하여 서해로 배제되며, 굴포천 하류유역의 경우 연결 암거를 통해 홍수량 일부를 서해로 방류한다. 본 연구에서는 2011년 발생한 7월 호우사상에 대하여 경인아라뱃길 유역의 홍수량 및 홍수위의 변화를 검토하였다. 강우-유출 모의는 Clark 유역추적법을 적용하여 14개의 소유역별 홍수량을 산정하였으며, Muskingum-Cunge 방법을 적용하여 하도추적을 수행하였다. 소유역에 대한 홍수 도달시간과 저류상수는 각각 Kirpich 방법과 Russel 공식을 이용하였고, 유출곡선지수값은 AMC-III를 적용하였다. 강우자료는 서울기상청과 인천기상대의 2011년 7월 호우사상을 사용하였으며, 하도의 홍수위 분석은 부정류 해석방법을 이용하였다. 분석 결과, 경인아라뱃길의 각 지점 홍수위는 제방고보다 전체적으로 낮았다. 100년 빈도 홍수량에 대해서 홍수방어가 가능한 경인아라뱃길은 2011년 7월말 호우사상에 대하여 안전한 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.128-128
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• 2022

최근 호우의 빈도와 규모는 증가하는 추세이며 이에 따른 홍수 피해는 많은 피해를 야기하고 있다. 이러한 관점에서 홍수 피해에 대한 선제적 대응을 위한 요소로써 초단시간 강우예측 정보의 중요성은 매우 높다. 특히, 레이더 자료 기반의 강우예측은 수치예보모델과 비교하여 3시간 이내의 짧은 선행시간 이내의 높은 정확도를 갖고 있어 홍수예보에 다수 활용되고 있다. 최근에는 강우자료의 복잡한 관계와 특징을 고려하기 위해 딥러닝 기반의 강우예측 활용 사례가 증가하고 있으나 국내 적용 사례는 적어 관련 연구가 요구되는 실정이다. 본 연구에서는 레이더 강우를 활용한 딥러닝 기반의 강우예측 기법을 제안하고 이에 대한 적용성을 평가하고자 한다. 2차원 레이더 강우자료의 특징과 시계열 특성을 고려하기 위한 심층신경망 구조를 제안하였으며 기존 딥러닝 모형과의 비교를 통해 활용 가능성을 제시하고자 하였다. 적용 대상지역은 한강 유역으로 선정하였다. 정성적 평가를 위해 임계성공지수(CSI)를 활용하여 예측 강우에 대한 정확도를 평가하였으며 정량적 평가를 위해 예측 강우와 관측 강우의 상관관계를 분석하였다. 평가 결과, 제안하는 방법이 기존 모형과 비교하여 예측오차의 범위가 적고 강우의 위치 변화를 잘 반영하는 것으로 나타났다. 본 연구결과는 초단기간 강우예측 자료를 활용하는 홍수예보의 정확도 향상에 기여할 것으로 기대된다.