• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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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.

• 한국재난정보학회:학술대회논문집
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• 한국재난정보학회 2016년 정기학술대회
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.278-278
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• 2018

현재 우리나라에서는 행정안전부의 풍수해저감종합계획, 사전재해영향성검토협의, 재해위험지구개선사업 등에 해외에서 개발된 상용프로그램이 사용돼 접근성 저하로 인해 지자체 방재담당자의 실무나 대학에서 연구용으로 다루기에는 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 내수침수, 외수침수, 2차원 침수해석으로 구성하여 GUI 기능을 강화한 통합침수재해지도 작성시스템(i-FIM, Integrated Flood Inundation Modeling system)을 개발하여 입력자료의 구성 및 매개변수의 수정이 용이하게 함으로써 하수관망 등에 부분적인 설계 변경이 있는 경우 지자체 방재담당자가 간단한 작업을 통해 침수영향 변화를 쉽게 파악할 수 있도록 하였다. 또한, 상세한 지형의 반영이 필요한 도시지역의 2차원 침수해석의 경우 계산격자 망의 크기가 작아질수록 소요되는 계산시간이 기하급수적으로 증가하는 한계가 있어 i-FIM에서는 계산격자를 $2{\times}2$, $3{\times}3$, $5{\times}5$ Subgrid 형태의 격자를 적용하고, 병렬프로그래밍과 계산시간조정 기능을 추가하여 2차원 침수해석 모형의 계산 속도를 향상시켰다. 이를 실무에 적용하기 앞서 2006년 집중호우로 인해 안성시에서 발생한 제방 붕괴사상, 2016년 태풍 차바로 인해 울산시에서 발생한 제방 월류 사상을 통해 침수흔적도와 비교하여 검증을 실시하였다. i-FIM에서 최종적인 2차원 침수해석 결과는 2017년에 개정된 '재해지도 작성 기준 등에 관한 지침'의 침수심 등급 구분의 색채 설정에 따라 각 격자별 침수심을 표출함으로써 표준화된 재해지도 작성이 가능하도록 하였다. 또한, 포털사이트의 지도 및 위성지도에 표출함으로써 침수 위험이 발생할 수 있는 지역의 현재 이용 용도를 파악하여 침수재해에 대한 상세한 대책을 마련할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.339-339
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• 2021

XP-SWMM은 유역의 강우-유출과 1차원 관망 해석 및 2차원 지표면 흐름 해석이 가능하여 도시지역의 침수 모의에 활용도가 높다. 하지만 대부분의 수학적 모형이 그러하듯 XP-SWMM은 많은 입력 변수를 포함하고 있어 사용자의 숙련도에 따라 모의 결과가 달라질 수 있다. 본 연구의 목적은 XP-SWMM을 이용한 침수 모의의 정확도를 향상시키기 위해 침수 모의에 영향을 줄 수 있는 인자를 검토하고, 민감도 분석을 통해 인자별 적정 범위를 제안하는 것이다. 다만, 유역의 강우-유출과 1차원 관망 해석에 사용되는 매개변수는 과거 많은 연구자들이 적정 범위를 제시하였으므로 본 연구에서는 2차원 지표면 흐름 해석에 관한 입력 변수만을 대상으로 하였다. 이를 위해 2차원 계산의 지배방정식인 천수방정식의 매개변수 중 XP-SWMM에서 제어할 수 있는 인자와 XP-SWMM의 사용자 편의환경(graphical user interface; GUI)에서 제어 가능한 인자를 고려하였다. 선정된 인자는 지표면 조도계수, 2차원 계산 시간 간격, 2D 집수유량 계수, Smagorinsky 계수, Wet/dry 깊이이다. 제시된 인자들을 대상으로 침수흔적도의 침수 면적을 기준으로 민감도 분석을 수행하였고, 인자의 변화율을 침수 면적의 변화율로 변화시키는 조건수(condition number)를 활용하여 인자별 민감 여부를 분석하였다. 또한, 영향 인자 변화에 따른 침수 면적과 침수흔적도의 상대오차를 분석하여 영향 인자의 적정 범위를 제안하였다. 그 결과, 지표면 조도계수의 적정범위는 0.02~0.05, 2차원 계산 시간 간격은 0.1-3.5초, Smagorinsky 계수는 0.06~1.0, Wet/dry 깊이는 0.001~0.02 m인 것으로 나타났다. 본 연구는 XP-SWMM을 이용한 2차원 침수 모의에 활용될 수 있는 영향 인자와 적정 범위를 제안한 연구로서, 향후 XP-SWMM을 이용한 많은 침수분석에 참고자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.343-343
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• 2016

기후변화에 따라 우리나라는 연안에 근접한 도시들에서 반복적으로 침수에 의한 재산 및 인명 피해가 나타나고 있다. 이러한 침수에는 크게 3가지 요인이 존재한다. 첫 번째는, 높은 강도의 폭우가 발생하고 증가와 펌프, 우수관 등의 불량으로 인하여 물이 하천으로 배수되지 못하는 내수침수이다. 두 번째는, 설계빈도를 넘는 수위가 발생하여 제방의 부실 등으로 하천이 월류하게 되는 외수범람이 있다. 마지막으로는 해수위가 상승하여 발생하는 해수침수이다. 본 연구에서는 내수침수와 외수범람에 의한 복합적인 침수해석을 하고자 한다. 기존의 연구에서는 각각의 범람요인들에 대해 독립적인 해석으로 개별적인 침수예상도가 산출되었다. 이렇게 개별 선정한 결과를 선형합으로 중첩하는 방법론의 오류 및 부적합성을 검토하고자 한다. HDM-2D(Song. 2011) 모델을 이용하여 내수침수와 외수범람을 복합적으로 모의하고 그 영향을 고려하고자 한다. ERG (Exponentially Growth Rate) 기법에 의한 생성/소멸 기작은 내수침수 해석 모듈에 적용되고 ERG항의 생성도를 범위를 변화시켜서 침수에 대한 민감도를 분석한다. 이를 통해 도시에서의 표고와 수위를 비교하여 침수지역과 비침수지역을 구분하여 침수구역 산정의 정확성을 향상시킨다. 차후에는 내수침수와 외수범람의 개별적인 모의를 통하여 개별 산정한 침수해석값과 복합요인에 의한 침수해석값을 비교하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1717-1721
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• 2008

집중호우로 인한 도시 내수배제 능력의 부족으로 월류가 발생하거나 하천의 제방붕괴, 통수능의 부족 등으로 인하여 범람이 발생하는 경우, 재해 예방차원에서 가장 근본적인 것은 침수의 양상을 파악할 수 있어야 한다. 즉, 어느 지역까지 침수지역이 확장될 것인가, 얼마나 빠르게 범람된 흐름이 흘러갈 것인가, 그리고 언제 홍수위가 감소할 것인가를 파악하는 것이 매우 중요하다. 그러므로 국내 도시지역 지형특성에 적합한 침수예측 모형의 개발이 필요하며, 이를 이용하여 다양한 범람 조건을 좀 더 합리적으로 모의할 수 있게 된다. 또한 물리적인 모형과의 비교를 통해 매우 복잡한 지형을 가진 도시침수계산 등이 이루어질 수 있으며, 침수구역에 대한 적절한 예 경보 및 피난대책의 수립이 가능하게 된다. 본 연구에서는 기존의 DEM 기반 침수해석 모형에서 계산시간이 오래 걸린다는 단점을 보완하기 위해 Sub-Grid를 적용한 침수해석 모형을 개발하였다. 하나의 격자는 $e_1$, $e_2$, $e_3$, $e_4$의 표고를 가지는 4개의 보조격자로 구성하였다. $25m{\times}25m$의 Sub-Grid를 갖는 $50m{\times}50m$의 격자에 대한 침수해석 결과와 Sub-Grid가 없이 $25m{\times}25m$ 및 $50m{\times}50m$ 격자로 구성된 대상유역에 대한 침수해석 결과를 비교하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.553-553
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• 2016

2011년 3월 일본 후쿠시마에서 대지진과 쓰나미로 인하여 대규모의 경제적 피해와 생명에 위협을 준 원전사고가 발생하였다. 이처럼 국가주요시설인 원전부지의 사고위험은 다양한 원인으로 인해 늘 위협받고 있으며, 최근 기후변화로 인하여 단시간의 지역적인 집중호우와 예상치 못한 폭우가 빈번하게 발생하고 있는 상황에서 극한홍수로 인한 사고 또한 중요한 원인으로 인식되고 있다. 하지만 우리나라에서는 원전부지에 대하여 PMP 등의 이상강우 조건 하에서 수공학적 안정도 평가와 국가 주요시설물 부지의 침수해석기법의 개발은 아직까지 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 원전부지 내에 영향을 미치는 극한강우를 다양한 기법으로 산정하여 가장 큰 피해를 미치는 극한강우 사상을 도출하였다. 도출한 극한강우를 유역유출분석을 통해 실제 원전부지 내로의 유입 경계조건으로 고려하여 2차원 침수해석을 실시하였다. 2차원 침수해석을 위해 원전부지 내 주요시설물, 도로, 하수관망 및 구조물 등을 반영하여 지형자료를 구축하였으며, 유출분석을 통해 유입되는 극한홍수량 외에 원전부지 내로 내리는 직접 강우도 함께 고려하였다. 그 결과를 통해 원전부지 내 침수심 및 유속 분포 등의 침수정보를 제공할 수 있는 침수위험도를 작성하였다. 본 연구를 통해 원전부지 내의 극한강우 산정 및 그로인한 침수위험도 작성으로 원전부지의 방재대책 수립시 기초자료로써 제공될 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제35권2호
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• pp.307-318
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• 2015

본 연구에서는 도시지역의 침수해석시간 단축을 위하여 도로네트워크를 활용한 2차원 침수해석의 효용성을 살펴보고자 한다. 이를 위하여, 세가지의 모의조건을 설정하였으며, Case 1은 도로만 침수가 발생하는 조건, Case 2와 3는 도로 및 건물지역 모두 침수가 발생하는 조건이다. 따라서 Case 1은 수치지형도로부터 추출한 도로네트워크를 따라 격자를 구성하였으며, Case 2와 3는 각각 전체 연구유역에 대해 정형격자 및 비정형격자로 구성하였다. 각 조건을 2010년 9월 21일 발생한 집중호우로 인하여 침수피해가 발생한 삼성배수분구에 적용하였다. Case 2와 3의 정확도 및 계산시간을 Case 1과 비교함으로써, 본 연구에서 제안한 도로네트워크를 활용한 2차원 침수해석기법의 효율성을 검증하였다. 해석 결과, 총 침수해석시간은 Case 1, Case 2, Case 3 순으로 빨랐으며, 각 조건별 도로영역 내 침수 적합도는 85% 이상을 보여주었다. 그리고 건물 영역에 대한 침수는 본 연구에서 제시한 건물영역 침수등급지수로 산정하였으며, 세 조건 모두 유사한 결과를 보여주었다. 그러므로 본 연구에서 제안한 도로네트워크를 활용한 침수해석방법과(Case 1), 건물영역 침수등급지수는 도시지역의 실시간 침수예경보 연구에 도움을 줄 수 있을 것으로 판단된다.