• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.126-126
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• 2023

최근 대한민국에서는 기후변화로 전국 각지에서 돌발성 호우와 태풍의 강도 및 발생빈도가 높아지고 있다. 이에 따라 주요 국가시설이 위치한 해안 도시의 2차원 3차원 모형을 통해 극한 조건하 침수 분석을 수행하였다. 먼저 해양수산부 "2019년 전국 심해설계파 보고서"를 기반으로 극치분포 중 Weibull 분포를 이용하여 극한 조건, 1,000년부터 1,000,000년 빈도의 재현기간의 파도 높이와 풍속을 계산하였다. 계산 결과를 SWAN(Simulating WAves Nearshore)의 입력값으로 해상에서 100m 간격의 파고 높이를 계산하였다. 이때 100m 간격으로는 방파제 지형을 정확히 해석하지 못하였기에, 상세파고 계산을 위한 Nesting 기법을 이용하여 20m 간격의 파고 결과를 도출하였고, 해안 도시 인근 해상에서 10.916m의 파고를 예측하였다. 또한, 예측된 파고를 이용해 EurOtop(2018) 매뉴얼의 경험식을 기반으로 연구 유역으로 유입되는 월류량 계산에 사용하였다. 결과로 16방위 중 SSE 방향, 1,000,000년 빈도 재현기간 조건에서 0.0306cms/m의 월파량을 예측했다. 예측된 자료를 바탕으로 2차원 침수해석은 FLO-2D 모형, 3차원 침수해석은 FLOW-3D 모형을 이용하였다. 2차원 침수해석 결과 주요 지점에서 0.18~0.33m의 침수가 예상되었고 3차원 침수해석 결과 동일한 지점에서 0.240~0.333m의 침수가 예상되었다. 모의 결과 2차원과 3차원 모형 간 침수 예측 결과가 0.3cm에서 6.1cm의 차이를 나타내어 모형 구축이 합리적으로 이뤄졌다고 판단하였으며 연구 유역에서는 침수가 예상된다는 결과를 도출하였다. 본 연구를 통해 기후변화에 따른 해안에 위치한 주요 도시지역과 국가 주요 시설물에 대한 침수해석을 실시하였고 분석결과를 생명과 재산을 보호하기 위한 대피계획 등 재난예방대책 수립에 활용할 수 있음으로 예상된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.244-244
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• 2022

4차 산업혁명에 따라 유역 및 하천관리 사업, 각종 풍수해 예방사업 분야에 다양한 스마트기술이 도입되고 있으나 건설현장 침수 피해 사고는 지속적으로 발생하고 있다. 굴착공사 현장에서 발생할 수 있는 침수피해를 사전에 예측하기 위해서는 공정별로 변화하는 현장상황을 반영하여 다양한 강우 시나리오를 기반으로 침수 예측 모델링이 선행되어야한다. 따라서 본 연구에서는 2차원 동수역학 모형인 HDM-2D 모형을 기반으로 굴착공사 현장 침수피해 예측 모델을 개발하여 굴착공사현장 침수 예·경보 시스템에 탑재하고자 한다. 침수피해 예측 모델은 천수방정식을 Petrov-Galerkin stabilized scheme 으로 이산화하여 해석하는 수평 2차원 동수역학 흐름해석모델로서 수로 및 지표면 등 다양한 지형 상황에서의 물 흐름을 상세하게 해석할 수 있다. 지형자료 생성 이후 경계조건 부여를 통해 수행되며 침수발생지역의 유속, 수심, 수위를 취득할 수 있다. 배수지나 굴착공사 현장에 2차원 흐름해석을 적용하는 경우 지형의 경사나 배치가 공간에 따라 변화하므로 불연속적인 흐름을 유발하여 모의결과의 계산 오차를 검토해야 한다. 2차원 침수피해 예측 모형의 정확성을 확인하기 위해 지면 돌출부가 있는 흐름 문제와 테스트베드 대상지에 침수해석 모형을 적용하였다. 돌출부 흐름 문제의 경우 돌출부를 지나며 발생하는 유속과 수심 모의 결과를 상용모형과 비교검증 하였으며 테스트베드 대상지역에 침수피해예측모형을 적용했을때 지형 경사에 따른 흐름의 변화와 침수양상을 확인할 수 있었다.

• 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.

• Proceedings of the Korean Society of Disaster Information Conference
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• 2016.11a
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• pp.433-434
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• 2016

본 논문에서는 최근 발생하는 다양한 기후변화 문제에 따라 복합적인 침수가 많이 발생한다고 판단하여 침수의 복합원인을 찾아내고 그에 따른 값을 모의하게 된다. 침수의 요인으로는 크게 제내지 배수불량에 따른 내수침수와 하천의 수위가 높아져 월류하게 되는 외수범람이 존재한다. 기존의 연구들은 내수침수와 외수범람을 독립적으로 침수해석하여 단순한 선형합의 형태로 내외수 침수를 산정하였으나, 본 연구에서는 2차원 동수역학모형인 HDM-2D 모델을 이용하여 내수침수와 외수범람의 독립적인 모의는 물론 복합적인 모의를 하여 비교, 분석 하고자 한다. HDM-2D모델은 3가지 모형으로 구성된다. 첫째는 2차원 천수방석식과 유한요소법 이산화로 구성된 흐름해석 모형이다. 둘째는 ERG (Exponentially Growth Rate) 기법에 의하여 생성/소멸 기작이 적용된 내수침수 해석 모듈이다. 마지막은 Petrov 안정화 기법에 의한 충격파 전달 해석이 적용되며, Flux-blocking 알고리즘으로 마름/젖음을 안정적 모의할 수 있는 외수범람 해석 모듈이다. 이러한 모델을 통해 내수침수와 외수범람을 독립적, 복합적으로 모의를 진행한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.232-232
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• 2022

1차원 관망해석모형과 2차원 지표면범람 해석모형을 이용한 도시지역의 실시간 홍수예·경보시스템 구축은 모형의 모의에 많은 시간이 소요되므로 한계가 있다. 또한, 연구유역에서 시나리오 강우에 대해 침수를 유발시키는 한계강우량을 1-2차원 모형의 시행착오법을 적용한 반복적인 수행을 통해 산정하는 것은 비효율적인 방법이다. 따라서, 본 연구에서는 이에 대한 해결책으로 로지스틱 회귀를 이용하여 배수분구별 침수 발생기준 강우량을 산정하고자 한다. 침수 발생 한계강우량 산정을 배수분구 단위로 제시하기 위하여 로지스틱 회귀분석을 이용하였다. 풍수해저감종합계획(2015)과 침수흔적도를 이용하여 배수분구 별 침수이력에 대한 데이터베이스를 구축하고, 이를 1-2차원 수리해석을 통한 침수심과 함께 로지스틱 회귀모형에 학습하였다. 지속시간 1시간, 10mm 강우부터 500년 빈도의 Huff 3분위 시나리오 17개를 사용하여 확률강우량을 산정하였고, 이를 1-2차원 수리해석을 위한 입력자료로 사용하였다. EPA-SWMM을 통한 1차원 도시유출해석과 FLO-2D를 통한 2차원 침수해석에서 20cm 이상의 침수심이 발생하거나 지상관측자료, 침수흔적도 및 풍수해저감종합계획에서 실제 침수가 발생했을 경우를 1, 그렇지 않은 경우를 0으로 하여 데이터베이스를 구축하여 로지스틱 회귀모형에 학습시켜 침수 발생 한계강우량을 산정하였다. 로지스틱 회귀분석을 통해 서울시 지역의 배수분구별 한계강우량을 산정할 수 있으며, 지속적으로 관측되는 강우 및 침수 발생 유무 자료를 추가함으로써 산정된 침수 한계강우량을 상회하는 강우 사상이 나타났을 시에 침수 발생 유무를 확인하여 본 연구에서 제안한 방법에 대해 검증이 가능할 것으로 보인다.

• 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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• 2021.06a
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• pp.305-305
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• 2021

XP-SWMM은 EAP-SWMM의 Runoff 기능을 보완하고 2D 해석 기능을 새롭게 추가하여 만든 외산(XP Solutions) 프로그램으로 도시유역 유출량 산정, 우수관거 추적 등과 같은 모의가 가능한 종합 모형이다. 그 중 2차원 분석 기능(2D XP-SWMM)은 연산 결과를 Tu-Flow 모형에 대입한 도시침수 해석모형으로 실무에서 주로 사용되고 있다. 그러나 XP-SWMM은 수량 부분 외에도 수질 부분의 다양한 모형이 통합되어 있어 라이센스 가격이 상당히 높고, 국내 환경에 적합한 모형 수정 등 기술지원을 받기 어렵다는 단점을 갖고 있다. 또한, 실무 활용성이 높은 2차원 분석기능의 경우 모의에 소요되는 시간이 크다는 한계점을 갖고 있다. 2D XP-SWMM 연산의 소요시간이 큰 주요 원인은 계산 시간간격마다 큰 셀수의 행렬 계산을 반복하기 때문이며, 격자를 촘촘하게 설정할수록(행렬의 수가 증가할수록) 수치해석에 소요되는 시간은 기하급수적으로 늘어나게 된다. 2D XP-SWMM 연산은 편미분방정식을 계산하는 모형으로 반복법을 채택하고 있기 때문에 짧은 시간내에 침수해석을 진행해야하는 웹기반 초단기 홍수예경보 시스템 등에 활용하기에는 적합하지 않다. 본 연구에서는 2D XP-SWMM 보다 연산속도를 향상시킨 2차원 도시침수 모형을 개발하였다. 기존 XP-SWMM 중심의 실무 적용성을 유지하고자 XP-SWMM과 동일하게 EPA-SWMM 엔진을 활용하였고 DEM 기반의 지표수 흐름방향 결정 알고리즘을 결합하였다. 본 연구에서 개발한 도시침수 모형 결과를 울산광역시, 청주시 등 도심지에서 발생한 과거 침수피해의 양상과 비교하여 그 타당성을 검증하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.280-284
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• 2011

본 연구에서는 한강의 제1지류인 홍제천 수계에 포함된 불광천 유역을 대상으로 도시지역 침수모의를 수행하였다. 1차원 모형인 HEC-GeoRAS를 이용하여 외수침수에 대한 모의를 수행하였고, 2차원 모형인 CCHE2D를 이용하여 외수침수와 내 외수침수에 대해 모의를 수행하여 비교하였다. SWMM을 이용하여 확률 홍수량과 유출량을 산정한 후, HEC-GeoRAS를 이용하여 50년, 100년, 200년 빈도의 홍수량에 대한 침수지역 및 침수심을 구하였다. 외수침수와 내 외수침수를 각각 수행하여 빈도별 홍수량에 따른 침수지역 및 침수심을 구하였다. 두 모형을 이용한 1차원 및 2차원 해석결과를 바탕으로 기법별 침수면적 및 침수심을 비교한 결과 HEC-GeoRAS가 CCHE2D보다 과다 산정되는 것을 확인할 수 있었다. CCHE2D 모형을 이용한 외수침수모의와 내 외수침수모의를 비교했을 때 침수면적은 높은 빈도에서 최소 1.03배로 큰 차이가 없었으나 낮은 빈도에서 6.85배로 큰 차이가 발생하며, 침수심은 최소 1.01배, 최대 1.28배로 큰 차이가 없었다. 이는 내수침수가 침수면적 산정에 큰 영향을 미치며, 침수지역을 결정하는데 높은 빈도에서는 제방을 월류한 유량이 크게 영향을 미치고, 낮은 빈도에서는 맨홀을 월류한 유량이 크게 영향을 미치는 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.2-2
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• 2022

연안지역은 강우, 조위, 월파 등 다양한 재해 요소에 의해 침수될 수 있다. 또한, 이러한 재해 요소는 동시에 발생하여 큰 침수 피해를 유발하기도 한다. 하지만 각각의 재해 요소를 대상으로 하는 기술 분야가 상이하기 때문에 물리 모형 기반의 과학적 방법으로 복합적인 재해 요소를 고려한 침수 분석에 관한 연구는 제약되었다. 이 연구는 강우-유출 및 2차원 지표면 흐름 해석의 수공학적 분석 기술과 조석, 파랑, 월파 등의 해양공학적 기술을 연계하여 연안지역에 대한 복합 외력을 고려한 침수 분석 기술을 제시하는데 목적이 있다. 우선, 먼 바다로부터 예상되는 파랑, 조위 분석에는 ADCIRC와 UnSWAN 모형을 연계한 ADCSWAN이 사용되었다. 연안 주변의 복잡한 흐름 해석과 해안 구조물을 범람하여 발생하는 월파량 산정에는 FLOW-3D 모형을 이용하였다. 그리고 강우-유출 분석과 바다의 조위 및 월파량을 고려할 수 있을 뿐만 아니라 2차원 지표면 침수 해석이 가능한 XP-SWMM을 이용하여 연안지역의 침수 모의를 수행하였다. 모형 간 연계에 의한침수 해석의 적절성을 검토하기 위해 2016년 10월의 태풍 차바 시 대대적인 침수가 발생한 부산 마린시티 지역에 대하여 적용하였다. 침수 모의 결과는 당시의 현장 사진, 침수흔적도와 비교하여 검토되었고, 실제 침수 현상과 유사한 결과가 도출되었다. 이 연구는 연안지역의 복합적인 재해요인에 대한 침수 해석에 수문 분야와 해양공학 분야의 기술 연계를 통해 실제 현상의 재현성을 높인 것에 의의가 있다. 또한, 이 연구에서 제시한 해석 방법은 다양한 연안지역의 침수 원인 분석과 적절한 재해 방지 대책 수립에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.332-332
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• 2021

도시화가 상당히 이뤄지고 기습적인 폭우의 발생이 불확실하게 나타나는 시점에서 재산 및 인명피해를 야기할 수 있는 내수침수에 대한 위험도가 증가하고 있다. 내수침수에 대한 예측을 위하여 실측강우 또는 확률강우량 시나리오를 참조하고 연구대상 지역에 대한 1차원 그리고 2차원 수리학적 해석을 실시하는 연구가 오랫동안 진행되어 왔으나, 수치해석 모형의 경우 다양한 수문-지형학적 자료 및 계측 자료를 요구하고 집약적인 계산과정을 통한 단기간 예측에 어려움이 있음이 언급되어 왔다. 본 연구에서는 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 단일 도시 배수분구를 대상으로 관측 강우 자료, 1, 2차원 수치해석 모형, 기계학습 및 딥러닝 기법을 적용한 실시간 홍수위험지도 예측 모형을 개발하였다. 강우자료에 대하여 실시간으로 홍수량을 예측할 수 있도록 LSTM(Long-Short Term Memory) 기법을 적용하였으며, 전국단위 강우에 대한 다양한 1차원 도시유출해석 결과를 학습시킴으로써 예측을 수행하였다. 침수심의 공간적 분포의 경우 로지스틱 회귀를 이용하여, 기준 침수심에 대한 예측을 각각 수행하였다. 홍수위험 등급의 경우 침수심, 유속 그리고 잔해인자를 고려한 홍수위험등급 공식을 적용하여 산정하였으며, 이 결과를 랜덤포레스트(Random Forest)에 학습함으로써 실시간 예측을 수행할 수 있도록 개발하였다. 침수범위 및 홍수위험등급에 대한 예측은 격자 단위로 이뤄졌으며, 검증 자료의 부족으로 침수 흔적도를 통하여 검증된 2차원 침수해석 결과와 비교함으로써 예측력을 평가하였다. 본 기법은 특정 관측강우 또는 예측강우 자료가 입력되었을 때에, 도시 유역 단위로 접근이 불가하여 통제해야 할 구간을 실시간으로 예측하여 관리할 수 있을 것으로 판단된다.