• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.37-37
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• 2017

홍수예 경보를 통해 도시하천에서 발생되는 내수침수피해를 예방하기 위해서는 공간데이터를 활용한 침수위험지역을 분석하는 것이 필요하다. 특히 강우 유출 모형을 사용하여 수문분석을 진행할 때에는 정확도와 신뢰도 높은 모형을 구축하는 것이 매우 중요하다. 그러나 대부분의 도시유역에서는 관망의 개수가 많고 구축된 SWMM 관망의 매개변수 추정을 위한 반복적인 계산으로 분석 런타임이 길어져 연구에 많은 어려움이 나타난다. 게다가 연구자의 주관에 따라 간소화된 하수관망의 유출분석 결과가 상이하게 나타나는 등 하수관망 간소화 분석에 대한 체계적인 연구가 부족하다. 본 연구에서는 이를 보완하기 위하여 상대적으로 도시화가 많이 진행된 서울시의 하천유역 중에서 상습침수로 많은 주목을 받고 있는 도림천 유역의 관망에 대해 누가유역면적을 바탕으로 관망의 간소화를 진행하였다. 이를 통해 관망 간소화에 따른 영향을 분석하고, 간소화별 case를 3가지로 나누어 분석하였다. 뿐만 아니라 누가유역면적에 따른 간소화 별 case를 Tuflow를 사용하여 2차원 분석을 진행하여 간소화에 따른 침수량 차이를 나타내어 최적의 간소화 방안을 제시하였다. 이는 보다 신속하고 신뢰도 높은 모형 구축에 크게 기여될 것으로 판단된다.

• 물과 미래
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• 제26권4호
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• pp.85-95
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• 1993

본 연구의 목적은 도시소유역에서의 부족한 유량 및 NPS 오염물 자료의 확충과 이를 통한 유출과 NPS 오염물 배출 간의 상관관계의 분석 및 월, 년 NPS 부하량 산정에 의한 물질수지의 분석에 있다. 본 연구를 위한 자료의 확충을 위해서 미국 EPA의 SWMM 모형을 사용하였으며, 상관관계의 분석 및 물질수지의 분석은 NPS 오염에 가장 영향이 큰 선행괘천기간을 긴 경우(CASE 1.)와 짧은 경우(CASE 2.)로 분리하여 수행하였으며, 연구 결과를 요약하면 다음과 같다. 1) 사상별 시간자료의 분석 : CASE 1.과 CASE 2. 모두, 유량과 농도간의 상관관계 보다는 유량과 부하량간의 상관관계가 좋았으며, 선형 상관관계보다는 비선형 상관관계가 좋았다. 결과적으로 두 CASE 모두 비유량-비부하율 관계는 비선형 산관관계가 가장 좋았다. 2) 사상별 총량자료의 분석 : CASE 1.은 비누적유량-비누적부하량의 선형상관관계가 CASE 2.는 비선형 상관관계가 좋았다. 3) 유역의 NPS 년비부하량 산정 결과, 년평균 단위 강우량당 비부하량은 CASE 1.이 CASE 2.보다 모든 오염물에서 약 2.5배였다. 4) 호우기와 갈수기의 NPS 오염물의 비교 결과, 갈수기의 CASE 1.의 비중이 훨씬 컸다. 5) NPS 년비부하량과 PS 년비부하량을 비교한 결과, NPS 오염물이 유역 및 하천의 오염에 상당히 기여함을 알 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제55권6호
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• pp.745-753
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• 2017

본 연구에서는 도시 개발에 따라 왜곡된 도시 물 순환을 LID 시설을 통하여 자연적인 물 순환으로 되돌리고자 하는 설계전략이 제안된다. 이는 도시 개발 전과 후의 유황곡선이 동일하게 유지되는 최적의 LID 시설 설계용량을 결정함으로서 구현된다. 부산 녹산 국가산업단지의 일부지역이 연구대상지역으로 선정되었으며, 다양한 토지이용시나리오 및 LID 시설 설계용량에 대한 강우유출수 모의를 위하여 EPA SWMM이 구축되었다. 연구대상지역이 개발이전에 임야지역 또는 농경지역이라 가정하였을 경우, 도시 개발 이후에도 유황곡선이 도시 개발 전과 동일하게 유지되기 위해서는 불투수지역의 7.3% 또는 5.5%를 생태저류지의 면적으로 할당해야 함을 확인하였다. 또한 지역별 강우특성에 따른 생태저류지 설계용량의 민감도 분석을 수행한 결과, 농경지역의 개발 시에는 불투수지역의 3.8~5.5% 정도의 설계용량이 필요한 것으로 나타남에 따라 지역별 강우특성에 따라 생태저류지의 최적용량이 유의하게 달라질 수 있음을 살펴볼 수 있었다. 반면에, 생태저류지 각 층별 깊이의 변화에 따른 설계용량의 민감도 및 처리대상구역의 크기에 따른 민감도를 분석한 결과, 생태저류지의 설계 제원 및 처리대상구역의 크기에 따른 최적설계용량의 민감도는 크지 않은 것으로 나타났다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권4호
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• pp.545-553
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• 2021

기후변화와 도시화로 인해 도시 내 수재해의 발생 빈도가 지속적으로 증가하고 있다. 이로 인한 수재해 피해를 감소하기 위해, 대처방안에 대한 연구가 수행되고 있다. 도시유역의 정량적인 유출량 예측과 홍수량 저감 연구를 위해 유출량에 영향을 미치는 매개변수 중 하나인 침투성을 기준으로한 분석이 필요하다. 본 연구에서는 부산의 대표적 도시하천인 온천천 유역을 대상으로 SWAT 모형을 모의하여 수문학적반응단위별로 CN 값을 산정하여 침투성 맵을 작성하였다. 작성한 침투성 맵을 바탕으로 EPA SWMM을 이용해 단기 강우사상에 대해 LID 기술 적용이 유역의 물순환에 미치는 영향을 분석하였다. 대상유역에 적용된 LID 요소기술로는 주거단지지에 옥상녹화, 도로에 투수성포장을 설치하였다. 침투성 맵을 기준으로 선정된 소유역의 토지피복 상태와 LID 기술 적용에 따라 유출량, 첨두유량, 유출율은 감소하였고 침투량은 증가한 것으로 나타나 LID 기술이 도시유역의 물순환에 긍정적인 효과를 내는 것으로 확인하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제42권3호
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• pp.333-342
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• 2022

기후변화의 영향으로 집중호우가 증가하고 있으며, 이로 인한 침수피해가 매년 발생하고 있다. 본 연구는 저영향개발(LID) 시설의 우수 유출저감 효과를 분석하기 위하여, 용두빗물펌프장 유역을 대상으로, 미국 환경보호청(EPA)의 우수유출관리모형(SWMM)을 이용하여, 과거와 미래의 대표 강우사상에 대한 유출분석을 수행하였다. 그 결과 과거 강우사상과 비교하여 미래 대표 강우사상에 대한 침투량은 3.17 % 증가하였지만, 지표면 유출량 및 첨두유량은 각각 32.50 % 및 128.77 % 증가하였다. 이러한 지표면 유출량과 첨두유량의 증가를 감소시키기 위하여 투수성 포장, 옥상녹화 및 빗물정원을 선정하였다. 세 가지 LID 시설의 매개변수와 설치 면적 비율을 조정하여 LID 시설의 적용성을 평가하였다. 그 결과 첨두유량과 지표 유출량을 감소시키고 침투량과 저류량를 증가시키는 투수성 포장, 옥상 정원 그리고 빗물 정원의 적정 매개변수를 찾을 수 있었다. 또한 투수성 포장, 옥상녹화, 빗물정원의 적용 비율이 2:1:3일 때, 첨두유량 26.85 %, 침투량 12.10 %, 지표면 유출량 15.11 %, 저류량 509.47 %의 저감효과가 나타났다. 재현기간별 우수 유출저감 효과를 분석한 결과, 재현기간이 증가할수록 첨두유량과 지표면 유출량의 비중은 늘어나고 침투량과 저류량의 비중은 줄어드는 것으로 나타났다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제8권5호
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• pp.129-135
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• 2008

본 연구에서 미국 환경청에서 개발한 SWMM5 모형에 배수갑문 모의기능을 추가하여 수정한 USWMM 모형을 개발했다. 개발된 USWMM의 적용성을 검증하기 위해 안성천 유역을 81개의 소유역으로 분할하고 실제 강우사상을 적용하여 배수위 해석을 수행하고 동연수위표와 평택수위표 및 배수갑문 지점의 관측수위를 대상으로 검 보증을 시도하였다. 그 결과 관측치와 매우 근사했으며, HEC-HMS와 HEC-RAS로 모의한 결과보다 우수한 것으로 나타났다. 그 이유는 USWMM은 HEC-RAS에서 누락된 불완전수중오리피스 흐름과 배수갑문의 관리수위를 설정할 수 있어 실제 배수갑문 운영 현장상황을 동일하게 모의할 수있기 때문으로 보인다. 따라서, 배수갑문과 연계된 하천 배수위 해석에서 USWMM을 범용적인 도구로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국지리정보학회지
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• 제9권2호
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• pp.115-126
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• 2006

본 연구의 목적은 도시지역에서의 침수시뮬레이션에 필요한 도시침수해석모형을 개발하고, 이를 GIS(geographic information system)와 연계 운영할 수 있는 시스템을 구축함에 있다. 이를 위해서 미국환경보호청(EPA)의 SWMM(storm water management model)모형을 이용하여 도시지역 배수 시스템에서의 도시유역 유출량 및 월류량을 계산하고, 지표면으로 월류된 유량에 대해 GIS를 이용한 침수해석을 실시하였다. GIS를 이용한 침수해석 모형으로는 Level-Pool 침수해석모형과 DEM 기반 침수해석모형을 개발하고 도시지역에서의 시간별 침수위 및 침수범위 등을 계산 할 수 있게 하였다. 도시배수시스템과 지표침수해석모형을 GIS를 이용하여 통합시킨 도시침수해석 모형을 통해서 배수 시설에서의 유출량 예측과 지표면에서의 월류유량의 전파특성을 예측할 수 있도록 구성하였다. 본 연구결과는 도시지역에서의 배수 시설의 설계 및 운영의 문제, 침수 예상도의 작성 및 각종 홍수 예경보 수립에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.387-387
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• 2015

최근 기후변화에 따른 국지성 집중호우 및 돌발홍수 증가로 도심지역에 많은 침수 피해가 발생하고 있다. 본 연구는 이러한 내외수에 영향을 받는 도시 중소하천의 침수 저감을 위하여 침수 예측모형에 적용 가능한 수리학적 계산모형을 개발하는 것이다. 일반적으로 자연하천은 수지형 수계가 대부분이며, 도시 우수관로와 관계배수 시스템 등은 폐합형 수계에 포함되어 수지형 계산모형으로는 도시 중소하천의 유출 모의를 할 수 없다. 폐합형 수계의 계산모형은 수지형에 비해 복잡하지만, 적용대상 수계가 폐합형이 아닌 경우에도 합류점의 유입량을 처리하기가 편리하고, 역방향의 월류 흐름이 존재하는 감조하천에서의 월류 흐름 모의가 가능한 장점을 갖고 있어 도시 내배수 시스템은 물론 자연하천에도 적용 할 수 있다. 본 모형은 절점, 수로 및 계산점으로 구성되는데 동력학적 방법인 1차원 Saint-Venant의 연속 방정식과 운동량 방정식에 수치해법을 이용하여 구하고자 하는 시간과 지점의 수위와 유량을 계산할 수 있게 구성하였다. 수치해법으로는 가장 보편적으로 사용되는 유한차분법 중 안정성과 정확성이 우수한 것으로 평가된 Preissmann의 4점 음해법으로 차분방정식에 Newton-Raphson 방법을 사용하여 유량과 수위 보정치에 Double Sweep 알고리즘을 적용하였다. 유한차분법은 안정성 문제를 수반할 수 있기에 시간 증분이 작을수록 Courant 조건을 만족할 수 있다. 모형 비교 검증을 위하여 동력학적 방법을 적용한 대표적인 폐합형 수계모형인 EPA SWMM을 지원하는 CHI사의 PC-SWMM 프로그램을 이용하여 가상의 폐합 수계를 구축하였다. 일반적으로 상류지점의 경계조건은 하류로 추적될 입력 자료로써, 상류지점과 합류지점은 유입되는 유량값을 그리고 하류지점은 유출되는 수위값을 경계조건으로 입력하였다. 운동량방정식의 에너지 경사와 마찰경사 항에 포함된 조도계수는 변화량에 중요한 물리적 요소이지만, 고정 상수값인 0.03을 적용하여 검증에 용의하도록 하였다. 구축된 모형과 PC-SWWM을 통해 산출된 계산점별 수위와 유량에 RMS 오차를 비교한 결과 만족할만한 결과를 얻을 수 있었다. 따라서 향후 내외수를 연계에 침수예측모형에 적용 가능할 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.269-269
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• 2023

기후 변화로 인한 강우 패턴의 변화는 도심지 방재성능 목표를 상회하는 홍수로 이어져 침수피해를 가중시키고 있다. 이로 인한 도시침수 피해를 저감하기 위하여 도시침수 예측모형 개발이 활발히 이루어지고 있으나, 대규모 관망으로 이루어진 복잡한 도심지 우수관망을 모의하기 때문에 분석속도가 느려 실시간 예측 적용에 한계점이 있다. 도시침수 분석에 가장 많이 활용되는 대표적인 모형인 SWMM(Storm Water Management Model)은 복잡한 관망을 비교적 빠르고 정확히 해석할 수 있어 유용하지만, 이 또한 대도심의 우수관망 모의 시 많은 시간이 소요되며, 관망 정밀도 기준이 정의되어 있지 않아 분석에 어려움이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 연구에서는 관망 간소화 기법(유역면적의 밀도, 관거 직경, 관로의 길이 등)을 적용하고, 이에 따른 주요 지선과 간선의 수위 변화와 침수흔적도를 비교하여 분석결과의 정확성을 담보하는 관망 간소화 수준을 파악하고 도시침수 분석 시 적정 간소화 기준과 자동 간소화 방안을 제시하고자 한다. 도시침수 분석 시 우수관망 자동 간소화를 위하여 Python을 활용한 코드를 작성하였으며, SWMM의 .inp 파일을 읽어들여 Dataframe형태로 저장한 후 분석을 위한 데이터 가공, 간소화 기준에 따른 분류, 간소화 대상 수리·수문인자 연산, 인접 간선에 연결, 간소화된 .inp파일 저장의 총 6단계로 구성하였다. 연구 대상지역은 도림천 유역으로 설정하였으며, 초기자료는 맨홀 30,469, 관거 32,443, 소유역 30,586개로 이루어져 있으며, 모의 시간은 약 2시간 30분이 소요되었다. 유역면적 100x100 미만을 대상으로 수행 시 맨홀 9,965, 관거 10,464, 소유역 9,240개로 관거의 복잡도가 약 1/3 감소하였으며, 모의 시간은 약 43분으로 기존대비 약 72% 단축되는 것으로 나타났다. 실제 침수가 발생한 주요지점들을 비교한 결과 R² 0.85 ~ 0.92로 예측모형의 정확도에 큰 영향을 끼치지 않는 것으로 나타났다. 도시침수모형 최적 간소화를 통해 모형의 복잡성을 줄이고, 계산량을 줄여 모형의 수행시간을 단축시킬 수 있으며, 불필요한 우수관망을 제거하거나 병합함으로써, 모형의 예측력 향상과 분석과 해석에 효율적으로 사용될 수 있을 것으로 기대한다.

• 한국습지학회지
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• 제16권3호
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• pp.411-421
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• 2014

지금까지 우리나라는 빗물을 빨리 그리고 많이 집수하여 배수하는 중앙 집중식 빗물관리 방식을 취하면서 도시 환경에 많은 악영향을 미쳐왔다. 이제는 개발 이전의 자연 상태에 최대한 근접하는 빗물 침투와 증발산이 이루어지도록 발생원에서 분산형으로 빗물을 관리하도록 개발할 필요가 있다. 이는 개발로 인한 영향을 최소화하는 저영향개발(LID; Low Impact Development)기법이기도 하다. 이러한 자연 순응형 빗물관리에 따라 개발로 인한 유출량 저감, 열섬 현상 저감 등 기후변화에 대응하는 새로운 도시 조성을 기대해 볼 수 있다. 이에 따라 신도시 개발 지구 등에서 LID 시설의 적용 계획에 따른 물순환 영향 연구 사례가 보고되고 있다. 다만, 단지나 신도시와 같이 대규모 개발 부지에서 LID 시설과 기법을 개발 초기부터 계획, 설계하여 적용한 사례가 거의 없다. 또한, 대규모 개발 사업의 LID 적용 계획에 따른 물순환 복원 효과 예측과 실제 적용 후 물순환 복원 효과를 연구한 사례도 많지 않다. 본 연구에서는 대규모 개발 부지에 계획한 아산 탕정 LID 물순환 시범도시의 물순환 개선 효과를 분석하였다. 이를 통하여 향후 개발에 따른 도시 물순환 회복을 위한 도시 물관리 계획 패러다임의 변화 여부를 검토하고자 한다. 도시 물순환 개선효과 모의는 최근 EPA(United States Environmental Protection Agency, 미국환경보호국)에서 LID 시설을 모의할 수 있도록 개선 개발한 SWMM5 모형을 이용하였다.