• Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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• v.12 no.3
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• pp.88-100
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• 2009

An inundation analysis was performed on Hwapocheon, one of the tributaries of Nakdong River, which was inundated by heavy rain in August, 2002 with overtopping and levee break. The results of the developed model, 2D diffusion wave inundation analysis model, was compared with inundation trace map as well as inundation depth in terms of time and maximum inundated area calculated from FLUMEN model for the assessment of model applicability. The results from the developed model showed high fitness of 88.61% in comparison with observed data. Also maximum inundated area and spatial distribution of inundation zone were also found to be consistent with the results of FLUMEN model. Therefore, inundation zone and maximum inundation area calculated over a period of time by adopting 2D diffusion wave inundation analysis model can be used as a database for identifying high risk areas of inundation and establishing flood damage reduction measures.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.739-743
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• 2010

본 연구에서는 확산파 기반의 2차원 침수해석 모형을 이용하여 울산광역시 태화강 유역에 대하여 침수시 건물 안으로의 흐름은 없다는 가정 하에서 건물로 인한 흐름의 양상, 침수심, 침수위등을 분석하였다. 지형자료는 최근 대도시를 중심으로 구축되고 있는 1m 간격으로 수집된 LiDAR 자료를 바탕으로 10m간격의 정형격자를 통하여 지형자료를 생성하였으며, 수치지도로부터 추출된 건물을 ArcView 등의 GIS Tool을 활용하여 LiDAR 자료와 합성하여 2차원 침수해석에 적용되는 지형자료를 구성하였다. 200년 빈도의 확률강우에 대한 유출해석 결과를 이용하여 FLDWAV 모형을 적용한 태화강에 대한 1차원 하천해석을 실시하였고, 제방파제에 대한 가상의 시나리오를 생성하여 파제에 따른 외수범람에 대한 2차원 침수해석을 실시하였으며, 침수해석 결과를 각 시간별로 가시화함으로써 효율적이며 정확한 침수해석 방법을 제안하고자 하였다. 침수해석 결과에 대한 분석을 통하여 침수면적에 따른 적합도가 건물의 영향을 고려한 경우와 그렇지 않은 경우를 비교한 결과 90%이하로 떨어지는 것을 확인하였고, 침수심과 침수위에 대한 분석을 통하여 침수심은 건물 영향 고려시 낮게 산정되나 침수위로 고려시 높은 수위 값을 나타내는 것을 확인하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.296-296
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• 2017

본 연구에서는 대규모 유역에서 발생하는 침수 현상을 모의하기 위한 강력하고 정확하며 연산효율이 뛰어난 수치해석 모형을 개발하는 데 있다. 개발된 모형은 확산파 모형을 기본으로 하였고 다수의 코어를 동시적으로 해석하는 병렬연산 기법을 부가하였다. 홍수로 인한 대규모 유역에서의 침수해석은 오랜 시간의 연산 비용을 필요로 한다. 특히 수치화된 지형정보의 이용이나 고정밀 사진 측량 등의 방법을 이용하여 정밀하고 넓은 유역의 디지털 지형자료를 이용한 2 차원 침수해석은 연산 연산의 문제를 더욱 어렵게 할 수 있다. 그러므로 본 연구에서는 제내지나 하류 유역에 발생하는 홍수로 발생된 빠른 침수모의를 위해 병렬화된 침수 해석 모형을 이용하여 병렬 해석 모형의 적용성을 검토하고자 하였다. 연구를 위해 MPI 및 OpenMP 기법을 이용하여 2 차원 침수해석 프로그램의 원시코드를 개선하고 실제 제내지 및 실제 댐 하류유역에 적용하였다. 개발된 모형은 실제 제내지에 적용한 결과를 MPI, OpenMP 병렬해석 기법과 기존의 순차적 모형의 결과를 비교하였다. 모형들의 결과를 제내지의 침수양상, 침수 속도벡터의 방향 및 크기 등의 계산 결과 순차적 모형, MPI 및 OpenMP 모형과의 비교하여 연산 시간은 병렬 해석 모형이 우월함을 보였다.

• Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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• v.13 no.2
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• pp.119-132
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• 2010

In this study, 2-dimensional inundation analysis for Taehwa watershed in Ulsan metropolitan city was conducted to analyze flow behaviors, inundation depth and inundation stage, considering the building effect. Lidar having the interval of 1 m was employed to generate topographic data with 10m interval, and building data extracted from digital map was combined with the constructed topographic data for 2-dimensional inundation analysis. A few scenarios were constructed for the analysis to provide an effective and accurate inundation analysis method through analyzing the results. The disagreement based on the areas of inundation showed over 10% between the cases with and without consideration of building effect. The maximum inundation depth without considering the effects of buildings was 0.29m higher than that with considering the building effects. On the contrary, the maximum inundation stage with consideration of building effects was 0.49m higher than that without consideration of building effects.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.74-74
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• 2016

복잡한 지형에서 컴퓨터를 이용한 물리적 기반 수치모의는 합리적인 시간내에 연산을 완료하기 위해 대개 큰 연산장비 들을 요구한다. 더욱이 모의되는 현상이 시간단계마다 갱신되어지는 동역학적 현상에 기반된 비정상상태일 때 연산성능은 고려되어지는 가장 중요한 주제가 될 수 있다. 연산 시간을 줄이기 위한 가장 널리 이용되는 전략중의 하나는 적절한 수의 프로세서를 이용하는 병렬 기법이다. 최근 들어 연산속도를 가속화하기 위해 다수의 코어를 이용한 OpenMP 와 MPI 기법들이 병렬해석기법으로 대두되었고 그래픽 연산장치를 이용한 병렬처리 해석기법도 소개되고 있다. 본 연구에서는 중앙연산장치를 이용한 병렬 해석기법을 이용하여 제내지 침수해석의 적용성을 검토하고 그 결과을 비교하였다. 본 연구를 위해 OpenMP 병렬기법을 이용하여 확산파 침수해석 프로그램의 원시코드를 재작성하여 가상 및 실제 유역에 적용하였다. 해석결과는 분산메모리 병렬해석 기법인 MPI를 도입한 모형의 결과와 비교되었다. OpenMP를 도입한 모형과 MPI를 도입한 경우 유량 및 수심의 경우 오차 허용 한계내에 수렴되어 만족되었으나 그러나 연산 속도의 경우 두 기법간의 자료의 저장 방법 차이로 인해 차이를 나타내었다. 가상 유역에 적용된 결과로 검토된 각 기법의 증속(speedup) 효과는 MPI의 경우 4 코어를 이용하였을 때 최고 2.62 배 정도에 도달하는 것으로 나타났다. OpenMP 를 적용한 경우 2.87 배 정도로 나타나 OpenMP 를 이용하였을 때 증속효과가 조금 더 뛰어났다. 이는 두 기법의 메모리 저장방식의 차이로 인해 자료의 전송량과 전송 시간이 적은 OpenMP 를 도입한 모형에서 MPI 모형 보다 상대적으로 뛰어난 결과를 나타내었다. 실제 유역의 적용을 위해 상대적으로 우수한 증속결과를 나타낸 OpenMP를 도입한 모형을 Malpasset 댐 붕괴 유역에 적용하였다. 적용된 요소의 수는 각각 45254, 11352 개로 비교적 많은 요소를 가진 하류지역에 적용하여 병렬효과를 극대화하고자 하였다. 적용결과 두 경우 모두 병렬 해석 기법을 도입한 모형에서 유속과 침수심 등은 순차적 모형과 동일한 값을 나타내었으나 증속효과로 인한 연산시간은 순차적 모형에서 8.57 배로 나타나 병렬 모형의 상대적으로 빠른 연산속도를 판단할 있었다. 위의 적용결과를 통해 계산 요소들이 많은 2 차원 해석의 경우 기존의 단일 코어를 이용한 순차적 해석은 장시간에 걸치 연산시간으로 인해 작업효율이 낮아지는 결과를 발생시킬 수 있으며 병렬 해석을 도입할 경우 주어진 컴퓨터 자원를 효율적으로 이용가능하여 합리적인 연산시간으로 연산결과를 얻는 것이 가능하여 반복적 통계 기법/Ensemble 해석 등을 이용한 종합적 해석이 좀 더 실용적으로 이루어 질 수 있을 것이라고 판단되었다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.47 no.11
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• pp.1051-1060
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• 2014

This study is attempted to realize an improved computation performance by combining the MPI (Message Passing Interface) Technique, a standard model of the parallel programming in the distributed memory environment, with the DHM(Diffusion Hydrodynamic Model), a inundation analysis model. With parallelizing inundation model, it compared with the existing calculation method about the results of applications to complicate and required long computing time problems. In addition, it attempted to prove the capability to estimate inundation extent, depth and speed-up computing time due to the flooding in protected lowlands and to validate the applicability of the parallel model to the actual flooding analysis by simulating based on various inundation scenarios. To verify the model developed in this study, it was applied to a hypothetical two-dimensional protected land and a real flooding case, and then actually verified the applicability of this model. As a result of this application, this model shows that the improvement effectiveness of calculation time is better up to the maximum of about 41% to 48% in using multi cores than a single core based on the same accuracy. The flood analysis model using the parallel technique in this study can be used for calculating flooding water depth, flooding areas, propagation speed of flooding waves, etc. with a shorter runtime with applying multi cores, and is expected to be actually used for promptly predicting real time flood forecasting and for drawing flood risk maps etc.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.57 no.3
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• pp.165-179
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• 2024

It is crucial to have a comprehensive understanding of inundation and water cycle in urban areas for mitigating flood risks and sustainable water resources management. In this study, we developed a Cellular Automata-based integrated Water cycle model (CAW). A comparative analysis with physics-based and conventional cellular automata-based models was performed in an urban watershed in Portland, USA, to evaluate the adequacy of spatiotemporal inundation simulation in the context of a high-resolution setup. A high similarity was found in the maximum inundation maps by CAW and Weighted Cellular Automata 2 Dimension (WCA2D) model presumably due to the same diffuse wave assumption, showing an average Root-Mean-Square-Error (RMSE) value of 1.3 cm and high scores of binary pattern indices (HR 0.91, FAR 0.02, CSI 0.90). Furthermore, through multiple simulation experiments estimating the effects of land cover and soil conditions on inundation and infiltration, as the impermeability rate increased by 41%, the infiltration decreased by 54% (4.16 mm/m²) while the maximum inundation depth increased by 10% (2.19 mm/m²). It was expected that high-resolution integrated inundation and water cycle analysis considering various land cover and soil conditions in urban areas would be feasible using CAW.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.254-254
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• 2019

최근 가속화되는 온난화와 이상기후 현상으로 인하여 전 세계적으로 홍수 및 가뭄의 발생빈도가 증가하고 있다. 우리나라에서도 기상이변으로 인한 집중호우 및 이상강우 발생이 증가하고 있는 실정이며 이러한 이유로 하천 제방월류 및 댐 구조물의 붕괴 등 다양한 홍수피해가 발생하고 있다. 댐 구조물의 경우 붕괴 시하류에 직접적인 재산 및 인명피해가 발생할 수 있으며 이에 따른 정확한 해석이 필요하다. 기존의 댐 붕괴로 인한 하류하천 영향 및 홍수범람해석의 경우 하류하천 지형 및 기하학적 환경을 고려하지 못한 1차원적 해석에 그치고 있는 것이 사실이다. 본 연구에서는 전남 영광군에 위치한 불갑저수지를 대상으로 1:5000 DEM 및 하천측량 자료를 적용하여 GIS Tool인 HEC-RAS Mapper를 구성하기 위한 하류지역의 기하학적 자료(Terrain MAP)를 추출하였으며, 미국 공병단에서 개발한 HEC-RAS 2D 모형을 이용하여 댐 구조물 붕괴 시 하류영향 및 홍수범람도를 작성하였다. 댐 붕괴에 따른 유출수문곡선을 유도하기 위해서 도면과 보고서를 참고하여 붕괴지속기간, 붕괴부 평균폭의 변화에 따른 다양한 모의를 수행하였으며, 각각의 조건들이 붕괴파 형성에 미치는 영향을 분석하였다. 분석결과 댐 직하류를 포함함 전 구간에서 범람현상이 발생되었으며 하도의 특성 및 구조물의 영향으로 구간별 침수심이 다르게 분포되었다(3.0~5.1m). 또한 하류로 진행되며 홍수파 및 침수심의 영향은 감소하는 것으로 확인되었다. 이는 댐 직하류에 유입된 붕괴유출량이 제내지로 확산되어 하류지역의 홍수파 에너지가 감소되는 것으로 이러한 결과는 실제하천에서 일어날 수 있는 현상이며 제내지의 홍수범람을 양상이 반영된 결과로 판단된다. 향후 이러한 2D 범람해석 결과를 토대로 보다 더 세밀한 유역특성을 고려할 수 있는 홍수 범람해석 연구가 수행되어야 할 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.147-147
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• 2017

본 연구에서는 2003년 태풍 'MAEMI'에 의해 피해를 가장 많이 입은 경남 마산시를 중심으로 폭풍해일 범람도를 작성하였다. 해양과 하천 하류부가 만나는 마산시에서는 해일, 조석, 하천을 동시에 고려해야 하므로 이에 대한 단계적 적용을 통해 범람 중첩효과를 검토하였다. 본 연구에 사용된 수치모델은 네덜란드 Deltares사에서 개발한 준3차원 해수유동 모델 Delft3D이다. Delft3D는 폭풍해일 이외 지진해일, 부유물 이송, 오염물 확산 등 다양한 분야에 적용 가능하며, 파랑, 조석력, 바람에 의한 전단력, 온도, 염도에 의한 밀도류, 대기압 변화, 조간대 모의 등 다양한 영향을 고려할 수 있다. 수치모의시 모델의 안정성과 효율성을 높이기 위해 다중격자기법을 사용(최소 25m 격자)하였으며, 수심 자료는 국토지리정보원 수치지도와 국립해양조사원 수치해도의 수평 수직적 통합을 통해 구성하였다. 태풍 'MAEMI'의 Best Track은 기상청에서 제공하는 3시간 간격의 중심기압, 풍속, 중심위치를 Holland's Model에 적용하여 계산하였다. 조석효과를 고려하기 위해 개방경계에서 TPXO 7.2를 사용한 분조값을 입력하였다. 또한 하천의 흐름을 효과적으로 구현하기 위해 하천 단면에서의 동적 수위경계조건(또는 유량경계조건)을 추가적으로 부여하였다. 수치해석결과, 마산 수위 관측소에서 관측된 태풍 'MAEMI'의 해일고와 유사한 결과가 산출되었다. 범람역 해석결과는 해일, 조석, 하천을 동시적으로 고려하였을 경우에 실제 침수흔적도인 마산시재해침수지도와 가장 유사한 결과를 보였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.587-587
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• 2012

현재 대부분 하천관리의 흐름해석에서 주가 되었던 1차원 분석은 하천 단면에 따른 횡적인 수면차, 유속분포를 분석할 수 없다는 단점을 가지고 있으며, 특히 유량 및 유속이 급속도로 늘어나는 홍수시에는 그 오차가 더욱 커질 수 있다. 반면에 2차원 모형의 흐름해석은 사행하천의 흐름 특성과 만곡부에서의 종 횡방향 수면경사 및 양안의 수면차와 합류지점의 횡방향 흐름 등의 영향을 고려할 수 있으며 1차원 해석과는 달리 전 단면에 걸쳐 유속 및 수위 분포를 나타낼 수 있어 실제흐름에 가까운 수리량을 얻을 수 있다. 본 연구를 위해 적용된 해석모형인 SMS는 미국 Brigham Young 대학의 환경모형연구실과 미공병단(USACE)의 수로실험국(WES) 등에서 개발한 프로그램으로서 RMA2, RMA4, SED2D 모형 등으로 구성되어 있다. 각각의 모형은 수리 동역학적 해석, 오염물 이송확산 해석, 유사의 이송 및 퇴적 해석이 가능하며 이 중 RMA2를 이용한 2차원 흐름해석을 통하여 보다 적합한 하천관리에 이용가능하도록 하고자 한다. 연구대상 지역은 제주도 한천 하류부로서 제주도 하천 특성상 평상시 건천의 상태를 이루고 있으나 태풍 및 집중호우시 홍수유출이 발생하여 수위가 급격하게 상승하는 양상을 보인다. 대표적인 예로 태풍 '나리'시 최대 일강우량 420mm로 인한 인근 지역에 0.5 ~ 1.5m의 침수흔적을 보이고 있다. 본 연구에서는 2011년 최고수위를 기록한 태풍 '무이파'를 대상으로 하였으며 대상지역의 Kalesto를 이용한 수위-유속 자료를 이용하여 산출된 유량을 경계조건으로 사용하였고 격자망 형성을 위한 지형 데이터는 지형도 및 측량자료를 이용하여 구축하였다. 사용된 대표적인 매개변수는 하상의 조도계수를 나타내는 Manning의 n값과 유체의 밀도, 속도구배, 구조 등 여러 가지의 유체조건에 따라 변하는 성질인 와점성계수(eddy viscosity)로 요약할 수 있으며 Manning의 n값은 하천설계기준에 따른 하천기본계획의 조도계수를 사용하였고 와점성계수는 적합한 흐름 분포를 결정하기 위해 흐름이 안정될 때까지 변화시켜 해석을 시행하였다. 해석결과 만곡부에서는 급한 흐름을 보이고 있으며 최대하폭 구간에서는 완만한 흐름이 나타나 사행하천의 흐름특성과 횡적인 하천단면에 따른 변화, 하상고 차이로 인한 유속분포를 확인할 수 있으며 이는 보다 유용한 하천관리에 이용가능할 것으로 사료된다.