• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.310-310
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• 2021

지난 수년간 하천 인근에서 홍수로 인하여 다양한 피해가 발생하고 있다. 이러한 홍수피해를 경감하기위해 구조적 비구조적 대책들을 세우고 있으며, 중요한 비구조적 대책 중의 하나가 홍수경보시스템을 구축하는 것이다. 일반적으로 홍수경보시스템을 구축하기 위하여 홍수경보기준지점의 수위를 설정하며 이에 대응하는 한계유량을 산출하고 GIUH 강우-유출모형을 통하여 한계유량에 대응하는 경보강수량을 산정하는 방식을 택하고 있다. 특히 한계유량을 산출하는 경우, 다양한 연구에서 Manning 공식을 통하여 한계유량을 산출하고 있다. 이에 대한 적정성을 비교하기 위해 본 연구에서는 HEC-RAS모형을 통하여 한계유량을 계산하였고 Manning식에서 나온 값과 비교하였다. 비교결과 Manning식에서 산출된 한계유량은 과다한 경보 강수량 값을 채택하고 기존 설계강수량에 비해 매우 큰 값임을 확인할 수 있었다. 이에 비해 HEC-RAS의 한계 유량값은 적정한 경보강수량 값을 제시하였고 연평균알람기준에도 적정함을 알 수 있었다. 본 연구 결과를 통해, 현재 다양한 하천사업이 이루어져 대부분의 하천의 측량이 이루어진 상황에서 기존의 Manning식에 의한 한계유량 산출보다는 HEC-RAS를 통하여 한계유량을 산정해야하는 것이 보다 적정해 보인다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.731-735
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• 2007

수자원의 관리를 위해서 해당 유역에 대한 유량 산정은 반드시 필요하다. 우리나라는 대하천을 대상으로 하는 유량 산정은 국가적인 차원에서 이루어지고 있는 실정이나 대부분의 소하천에서는 그렇지 못한 실정이다. 본 연구에서는 특정 연구를 목적으로 남양호 상류의 5개 소하천 지점을 선정하고 평갈수기 및 홍수기 유량측정을 실시하여 각 지점별로 수위-유량 곡선식을 산정하였다. 특히 홍수기 유량측정시 수문곡선을 도시하기 위해 연속된 유출량 자료가 필요하나 각 지점별로 홍수로 인한 접근도로의 차단과 범람으로 연속된 유량자료를 획득하는데에는 많은 어려움이 있었다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 SCS 무차원 단위 유량도를 사용하여 기 측정된 자료를 근거로 미관측된 구간의 유량을 산정하였고 해당 홍수의 유량 산정을 통해 홍수기 유량 산정의 신뢰성을 높이고자 하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.153-153
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• 2011

강변저류지 설계를 위해 주로 사용되고 있는 방법은 1차원 부정류 수치모형인 HEC-RAS의 Storage 기법이다. HEC - RAS의 Storage 기법을 이용할 경우 설계자는 유입부 설계제원과 저류용량 외에 두 개의 매개변수를 결정해 주어야 한다. 하나는 하천의 조도계수이며, 다른 하나는 횡월류 위어의 유량계수이다. 그 중 횡월류 위어 유량계수는 강변저류지 홍수조절효과에 직접적으로 영향을 주는 저류량과 관련되어 있다. 따라서 저류량을 결정하기 위한 유량계수는 기존 연구자들에 의해 다양한 산정식들이 제시되어 있다. 하지만 횡월류 유량계수가 동일한 흐름 조건에서도 산정식별로 차이를 보이고 있어서, 설계자가 어떤 유량계수를 선택하느냐가 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 홍수시 발생 가능한 유량계수의 범위를 결정한 후 설계 인자별로 유량계수의 변화에 따른 강변저류지 홍수조절효과를 분석하였다. 분석 결과 유량계수에 따라 크게는 최대홍수량 대비 약 5 ~ 6% 정도의 차이를 보였다. 이는 가장 작게 산정된 홍수조절효과의 범위가 약 15 ~ 20% 정도인 것과 비교하면 큰 차이를 보이는 것으로 확인하였다. 따라서 강변저류지 홍수조절효과 산정시 발생 가능한 다양한 유량계수를 적용하여 보수적으로 설계하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.170-170
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• 2012

제주도는 최근 기후변화에 의한 태풍의 증가로 집중호우의 빈도가 지속적으로 증가하고 있는 추세이고 지난 태풍 나리로 인해 발생한 제주시에서의 극심한 재해로 태풍 시 홍수 유량 관측 및 저류지의 건설로 인한 저류효과의 분석에 많은 관심이 집중되고 있다. 제주대학교 주관의 제주도 물순환 해석 및 수자원 관리체계 구축 사업단은 제주도 환경에 적합한 유량조사기법을 적용 및 개발 중에 있으며 특히 집중 호우 시 유량 계측을 비롯한 제주 유량 자료 확보 방안에 대해 연구를 수행하고 있다. 제주도 연구단은 지난 여름 태풍 무이파 때 제주시 하천의 제 2동산교에서 다양한 계측 방식을 활용하여 유량관측을 성공적으로 수행하였다. 태풍 무이파는 강한 중형 태풍으로 제주도 산간 지역에 700mm 이상의 집중호우를 보여 제주 하천에 많은 양의 유출을 발생시키고 일부 재산 및 인명 피해를 발생시켰다. 홍수 유량의 계측은 지금까지도 최적화된 계측 방식이 확립되지 못했고 그 측정의 어려움과 계측기기의 한계로 봉부자 같은 전통적인 방식의 홍수유량 측정방식이 여전히 통용되고 있는 현실이다. 하지만 본 연구단은 최신 관측기법인 비접촉식의 표면영상유속계와 전자파표면유속계를 사용하여 전 강우 지속시간 동안 유량을 매 시간마다 관측하여 수문곡선을 완성하여 홍수 유량 계측의 효율성과 정확성을 높일 수 있었다. 계측 결과 홍수유출 시 한천 상류의 제 1,2 저류지가 가동되어 저류효과가 수문곡선에 반영되었음을 알 수 있었고 홍수 유출 시 나타나는 대표적인 특이 경향이 수위-유량곡선의 이격현상도 확인할 수 있었다. 따라서 홍수 유출은 단순히 수위 자료만으로는 부족하고 유속자료를 동시에 관측해야 정확한 계측치를 확보할 수 있음을 알 수 있다. 또한 최신 계측기기인 표면영상유속계와 전자파표면유속계의 유속 관측값의 상호비교도 실시하여 관측기기의 효율성을 검증하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.516-520
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• 2012

홍수시 유속 및 유량을 직접 측정하기 어려우므로 수위-유량 관계식을 이용하면 편리하다. 그러나 수위-유량 관계는 유량 및 하도조건에 따라 변화하므로 매년 갱신하여 사용하는 것을 권장하고 있다. 본 연구에서는 초음파유속계 (Ultrasonic Velocity Meter: UVM)에 의한 연속적인 수위 및 유량 측정자료를 이용하여 수위-유량 관계를 구축하고 제시된 수위-유량 관계식을 적용하여 정확도를 분석하였다. 측정자료는 임진강 적성지점으로 2008년부터 2010년까지 7월 및 8월 자료를 대상으로 하였다. 초음파유속계는 홍수기 연속적인 수위와 유량의 측정이 가능하므로 측정자료에 의한 수위-유량 관계는 일반적으로 단일 홍수사상에 대해 고리 (loop) 모양을 보였다. 또한, 초음파유속계에 의한 수위 및 유량 측정이 안정된 경우 수위-유량 관계식은 고리 형태의 수위-유량 관계의 중앙을 관통하는 것으로 나타났다. 수위유량 관계식의 정확도는 당해 연도 측정자료에 대한 오차가 가장 작았으며, 오차의 크기가 차년도 자료 그리고 전년도 자료 순으로 나타났다. 이는 하천에 홍수 유과 이후 수위-유량 관계식을 개선해 주어야 하는 필요성을 제시한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.102-102
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• 2022

소하천의 홍수 예측은 대부분 수치모형을 직접 활용하거나, 미리 설정된 시나리오에 기반하여 수치모의를 수행하고 계산된 결과를 이용하여 추정한 경험식을 활용한다. 수치모형과 그 결과를 홍수 예·경보에 활용하기 위해서는 계측자료에 기반하여 변수를 최적화하는 등의 수치모형 검증 절차가 매우 중요하다. 소하천은 국가, 지방하천에 비해 계측자료가 절대적으로 부족한 형편으로 소하천의 홍수 모의를 위해서 주로 국가, 지방하천에서 계측한 자료를 이용하여 검증을 수행한다. 이렇게 검증된 소하천 수치모형은 국가 혹은 지방하천 유역 전체를 모의하여야 하므로 모의시간이 많이 소요되어 1시간내에 홍수유출이 이루어지는 소하천 홍수 모의에는 적절치 않다. 또한 소하천은 하천경사가 급하고 유속이 빨라 실시간 홍수모의가 어려울 수 있다. 따라서 소하천의 홍수 예측 방법으로 수치모형 보다는 계측자료에 기반한 추정삭이 보다 더 효율적이다. 행정안전부와 국립재난안전연구원은 2017년부터 소하천 홍수 예측기술 개발을 위하여 자동유량계측기술을 소하천에 확대적용하고 실시간 수리량 자료를 계측하고 있다. 자동유량계측기술은 CCTV를 이용하여 표면유속을 구하고 동시에 계측된 수위와 단면자료를 이용하여 자동으로 유량을 계측하는 기술이다. 자동유량계측기술은 저비용, 저노동, 고효율의 유량계측기술로써 부족한 계측인력과 계측의 안전성을 고려할 때 소하천에 적합한 계측기솔이라고 할 수 있다. 행정안전부와 국립재난안전연구원은 2025년 까지 전국 소하천의 10%인 2,230개 소하천에 자동유량계측기술을 확대 구축하고 실시간으로 수리량 자료를 걔측할 계획이다. 본 연구에서는 이들 계측자료와 AI 등 첨단기술에 기반한 홍수 예측기술 개발하고자 한다. 예측기술은 계측유역과 미계측유역을 구분하며, 계측유역에 대해서는 계측자료를 이용하고 미계측 유역에 대해서는 단위도법과 CES를 이용하여 구한 결과를 이용하여 강우-유량 노모그래프와 수위-유량 관계식을 개발한다. 이때 노모그래프는 토양수분조건을 고려하여 개발하며, 미계측 소하천의 예측결과는 소하천을 그룹화하고 동일 그룹내에 포함된 소하천의 계측자료를 이용하여 검증한다. 개발된 홍수 예측기술은 소하천 홍수 예·경보시스템에 적용되며 이렇게 개발된 시스템은 소하천의 인명피해 저감에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.107-107
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• 2022

소하천의 홍수 예측은 대부분 수치모형을 직접 활용하거나, 미리 설정된 시나리오에 기반하여 수치모의를 수행하고 계산된 결과를 이용하여 추정한 경험식을 활용한다. 수치모형과 그 결과를 홍수 예·경보에 활용하기 위해서는 계측자료에 기반하여 변수를 최적화하는 등의 수치모형 검증절차가 매우 중요하다. 소하천은 국가, 지방하천에 비해 계측자료가 절대적으로 부족한 형편으로 소하천의 홍수 모의를 위해서 주로 국가, 지방하천에서 계측한 자료를 이용하여 검증을 수행한다. 이렇게 검증된 소하천 수치모형은 국가 혹은 지방하천 유역 전체를 모의하여야 하므로 모의시간이 많이 소요되어 1시간내에 홍수유출이 이루어지는 소하천 홍수 모의에는 적절치 않다. 또한 소하천은 하천경사가 급하고 유속이 빨라 실시간 홍수모의가 어려울 수 있다. 따라서 소하천의 홍수 예측방법으로 수치모형 보다는 계측자료에 기반한 추정삭이 보다 더 효율적이다. 행정안전부와 국립재난안전연구원은 2017년부터 소하천 홍수 예측기술 개발을 위하여 자동유량계측기술을 소하천에 확대적용하고 실시간 수리량 자료를 계측하고 있다. 자동유량계측기술은 CCTV를 이용하여 표면유속을 구하고 동시에 계측된 수위와 단면자료를 이용하여 자동으로 유량을 계측하는 기술이다. 자동유량계측기술은 저비용, 저노동, 고효율의 유량계측기술로써 부족한 계측인력과 계측의 안전성을 고려할 때 소하천에 적합한 계측기솔이라고 할 수 있다. 행정안전부와 국립재난안전연구원은 2025년 까지 전국 소하천의 10%인 2,230개 소하천에 자동유량계측기술을 확대 구축하고 실시간으로 수리량 자료를 걔측할 계획이다. 본 연구에서는 이들 계측자료와 AI 등 첨단기술에 기반한 홍수 예측기술 개발하고자 한다. 예측기술은 계측유역과 미계측유역을 구분하며, 계측유역에 대해서는 계측자료를 이용하고 미계측 유역에 대해서는 단위도법과 CES를 이용하여 구한 결과를 이용하여 강우-유량 노모그래프와 수위-유량 관계식을 개발한다. 이때 노모그래프는 토양수분조건을 고려하여 개발하며, 미계측 소하천의 예측결과는 소하천을 그룹화하고 동일 그룹내에 포함된 소하천의 계측자료를 이용하여 검증한다. 개발된 홍수 예측기술은 소하천 홍수 예·경보시스템에 적용되며 이렇게 개발된 시스템은 소하천의 인명피해 저감에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1053-1057
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• 2010

최근 이상홍수로 인한 피해를 예방할 뿐만 아니라 친환경적인 홍수방어대책으로 강변저류지 설치에 대한 요구가 증대되고 있다. 강변저류지는 하도에 집중된 홍수량의 일부를 하천변에 위치한 저류지로 배제시킴으로서 저류지 하류지역에 부담되는 홍수량을 저감시키기 위한 수리구조물이다. 그러므로 강변저류지의 설계에 있어서 홍수조절효과에 대한 정량적인 평가는 반드시 필요하다. 강변저류지의 홍수조절효과는 월류제의 위치, 폭, 높이와 본류 수위변화에 따라 변하는 월류량에 의해 결정된다. 하지만 월류량 산정을 위한 적절한 유량계수 선정 방법 및 범위에 대한 기준이 없기 때문에 강변저류지의 설계 및 치수능력평가에 많은 어려움이 있다. 이에 강변저류지 월류제의 횡월류 유량계수 산정 방법 및 적정 범위를 결정하기 위한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 강변저류지 설계에 적용 가능한 횡월류 유량계산식들과 유량계수 산정식들을 조사하여 월류량 산정을 위한 기초 자료를 제시하였다. 또한 1차원 부정류 수치 모의를 이용하여 실제 설계 사례를 기초로 유입부 제원과 본류 수위를 변화시키면서 횡월류위어의 유량 계수와 월류량을 산정 및 비교 분석 하였다. 향후 본 연구 결과와 강변저류지의 부정류 수리실험 결과를 비교 분석하여 좀 더 정확한 강변저류지 홍수조절효과의 산정이 필요할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1774-1778
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• 2008

유량 환산에 이용되는 수위-유량 관계곡선식은 하천의 흐름을 정상 등류상태로 가정하고 유속계를 하천에 투입하여 년간 정해진 횟수의 유량측정을 실시하여 이로부터 갱신하여 작성하고 있다. 평수기에는 이렇게 기기를 이용하여 유량측정이 가능하지만 홍수기나 갈수기에는 접촉식 유속계를 이용한 하천유량 측정이 불가능한 실정이다. 홍수기에는 기기 손상과 관측자의 안전이 위협받는 실정이고, 갈수기에는 유속이 너무 느려서 (0.1 m/s 이하) 프로펠러 유속계의 경우 유속의 정확한 관측이 힘들다. 또한 전지구적 빈번한 이상기후의 현실정에서 가장 중요한 기초 수문자료인 홍수량의 정확한 측정 자료는 많지 않다. 홍수유량을 측정하기 위해서 현재에도 기존의 봉부자를 이용하거나 유비쿼터스 센서를 장착한 봉부자를 이용하는 유량측정 기법이 향해지고 계속적으로 소개되고 있는 실정이지만 봉부자의 특성상 정확한 유량을 계산하기에는 어려움이 많다. 현재 선진국에서는 흐름과 비접촉식 방법을 이용한 하천유량측정 방법이 지난 10 여년간 꾸준이 연구되어 왔다. 그중 대표전인 것이 전자파를 이용한 방법과 영상해석에 의한 방법이다. 전자의 경우 국내에서는 수자원공사에서 10년 이상 연구 개발하여 상품화 시킨바 현업에서 이를 이용하여 홍수유량측정을 실시하고 있다. 후자의 방법은 유체역학 분야에서 흐름해석에 주로 이용되어지던 PIV(particle image velocimetry) 기법을 하천과 같이 대규모의 흐름영역에 적용가능하도록 개발된 기술로 LSPIV (large-casle particle image velocimetry)라 불리우는 기술이다. 본 연구에서는 미국 Iowa 대학에서 개발한 LSPIV를 이용하여 홍수파의 진행시 수위와 유량의 두 변수 사이에 나타나는 Loop rating curve의 이론적인 관계를 하천현장에서 일정시간 간격으로 실측을 통하여 파악하고자 하였다. 현장실험을 위한 대상지점으로 미국 Iowa주 Coralville 시내 Clear Creek의 USGS (US Geologival Survey) 수위관측소 지점을 선택하여 본 연구에서 실시한 유량측정 결과의 비교가 가능토록 하였다. LSPIV는 그 특성상 야간에는 적용하는데 어려움이 있어 아침시간부터 해가 지기 직전까지의 자연채광 조건의 영상취득이 가능한 시간대에서 표면유속을 측정하였고 이에 수심평균유속환산계수를 적용하여 유량을 계산하였다. 강우의 발생으로 인한 홍수파의 진행시 총 43회의 유량을 측정하였는바 이를 이용하여 이 지점의 수위-유량 관계식과 비교한 결과 거의 일치하는 결과를 나타냈다. 특히 홍수파의 진행시 고수위 영역에서의 측정한 결과는 수위의 상승기에는 최고로 7.5% 까지 측정유량이 수위-유량관계식에서 계산한 유량보다 컸으며, 수위의 하강기에는 반대로 최고 5.4% 정도까지 측정유량이 수위-유량관계식에서 계산한 유량보다 작게 나타났다. 또한 최대유량의 발생시기는 최고수위 발생직전의 수위라는 것이 파악되었다. 이러한 경향은 수위-유량 관계곡선의 이론과 잘 일치하는 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.369-369
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• 2023

표면유속계는 비접촉식으로 하천의 유량을 측정하는 방식이기 때문에 효율적이며, 특히 홍수발생시 안전한 측정이 가능하다. 이러한 비접촉식 방식이 갖는 장점으로 인해 홍수기 측정에 표면유속계가 널리 활용되고 있다. 하지만 포인트 방식의 표면유속계의 경우에도 측점마다 측정장비를이동하는 과정에서 어느 정도의 측정시간이 소요되며, 측정 시마다 기본적으로 최소 2~3인의 인력을 필요로 한다. 최근 발생하는 홍수사상은 돌발강우에 의해 발생할 뿐만 아니라 단시간 내에 급격한 수위 및 유량변화가 발생하기 때문에 대응하기 매우 어려우며 특히, 야간에 발생하는 호우사상은 야간측정에 따른 안전 사고가 발생할 우려가 있다. 따라서 본 연구에서는 홍수 시 유량측정에 효율적으로 대응할 수 있는 방안으로 다회선 표면유속계를 이용한 유량측정방법을 실제 하천에 적용하고 표면유속을 이용한 다양한 유량산정방법을 실측결과와의 비교를 통해 적용성을 검토하였다. 표면유속계는 다회선 구성이 가능한 레이다유속계(RQ-30) 5대를 활용하였으며, 금강 본류에 위치한 세종시(햇무리교) 관측소를 대상으로 홍수기 유량측정을 수행하였다. 표면유속을 이용한 유량산정방법으로는 5개 유속계의 측정구간을 합산하는 중간단면적법과 표면유속을 지표로하는 지표유속법을 적용하였으며, 유량산정 결과는 기존 관측소의 수위-유량관계의 환산유량과 ADCP를 이용한 실측유량을 비교하였다. 다회선 표면유속 측정시스템을 이용하여 유량을 산정한 결과, 중간단면적법 및 지표유속법 모두 실측치와의 상대오차가 5% 이내로 비교적 정확한 유량측정이 가능한 것으로 확인되었다. 따라서, 향후 홍수기 유량측정이 어렵거나 위험한 지점을 대상으로 홍수가 주로 발생하는 기간에 일시적으로 설치하여 활용이 가능할 것으로 판단된다.