• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.422-422
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• 2017

기후변화로 인한 게릴라성 호우 및 국지성 호우의 증가, 급격한 도시화로 인한 불투수면적의 감소 등은 다양한 홍수피해와 물 순환 왜곡문제 등을 유발하고 있다. 서울시의 경우 2010년 9월 21일 시간 최대 75.5mm의 폭우로 광화문광장 및 백운동천 주변상가에서 약 15.7ha의 침수가 발생하였다. 이러한 침수발생에 대응하기 위한 대안으로 서울시에서는 저영향개발(LID, Low Impact Devleopment)기법을 도입하고 있다. 본 연구에서는 효자배수분구(광화문지역)의 LID 시설 도입을 위한 빗물관리 목표량 설정에 따른 홍수방어 개선효과를 분석하였다. 빗물관리량 산정을 위한 유출해석모형은 도시유출모형인 SWMM을 이용하다. SWMM의 입력자료인 우수관망도 자료는 서울시 우수관망 UIS 자료를 이용하여 구성하였으며 소유역분할은 유역의 경사 및 건물 등을 고려하여 정교하게 소유역을 구분하였다. 구분된 소유역은 293개이며 개별 소유역에 대한 토지이용도, 정밀토양도를 검토하여 소유역별 유출곡선지수 산정하여 모형 입력자료를 구축하였다. 효자배수분구(광화문지역) 전체유역 중 전원지역을 제외한 나머지 지역에 대하여 소배수구역별로 유출곡선지수(CN)값을 10-90%까지 감소시키면서 LID시설의 계획에 의한 빗물관리량(mm)에 따른 침수발생량($m^3$)의 변화를 분석하였다. 여기서, LID 시설의 빗물관리량은 유역의 현상태 직접 유출고에서 CN값 변화에 따라 계산된 직접유출고를 차감한 양이다. 연구결과, 효자배수분구의 경우 도시유역 전체에서 20mm의 우수를 관리하면 전체 침수발생량의 약 50%를 30mm의 우수를 관리하면 유역침수 침수발생량의 약 75%를 저감할 수 있는 것으로 분석되었다. 본 연구결과는 향후 개발된 도시지역에 대한 지구단위계획 수립시 LID 시설목표에 따른 홍수저감 효과를 비교적 효율적인 방법으로 검토하는 방안으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.91-91
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• 2023

General circulation models(GCMs)은 여러 국가 기관들의 물리적 기후 모의 프로세스를 기반으로 과거 및 미래 기후변화의 영향을 정량화하기 위해 개발되었으며 현재 미래 기후변화를 예측하는데 가장 효과적인 도구이다. 그러나 GCMs에 내포된 여러 불확실성 요소 및 넓은 격자형식의 기후 데이터는 GCMs 기후 데이터를 사용한 지역적 기후 모의 시 주요 걸림돌로 인식되어지고 있다. 편의보정 방법은 GCMs을 사용한 지역적 기후 모의 시 기후 모의 성능을 향상시키기 위해 여러 연구에서 사용되어져 왔으나 다른 연구에서는 이러한 편의보정 방법의 문제점을 언급했다. 따라서 본 연구는 편의보정 방법이 GCMs 기후 모의 결과에 미치는 영향을 정량화하고 더 나아가 GCMs 기후 변수에 따른 유량 모의 결과에 미치는 영향을 분석했다. 연구대상지 과거 기간 기후 모의를 위해 coupled model intercomparison project(CMIP)6의 GCMs을 사용했으며, 미래 기후 모의를 위해 shared socioeconomic pathway(SSP) 시나리오를 사용했다. 편의보정 방법으로는 분위사상법을 사용했으며, 편의보정 전후 GCMs 기후 모의 성능평가를 위해 5개 평가 지표를 사용했다. 연구대상지 장기 유출 모의를 위해 storm water management model(SWMM)이 사용되었으며, 기후 입력 자료로는 일 단위 강수량, 최고 및 최저온도를 고려했다. 미래 기후 및 유량 모의 결과의 불확실성은 square root of error variance(SREV) 방법을 통해 정량화됐다. 결과적으로 과거 기간 GCMs 기후 및 유량 모의성능은 편의보정 전보다 편의보정 후에서 향상되었으며 특히, 강수 및 유량 모의 성능이 크게 향상되었다. 미래 기간의 경우 편의보정 후에서 기후 및 유량의 극값을 더 잘 반영함을 확인했다. 본 연구의 결과는 GCMs 기후 변수를 사용한 지역적 기후 및 유량 모의 시 편의보정 방법이 미치는 영향에 대한 구체적인 정보를 제공할 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.407-407
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• 2023

최근 환경부에서 발표한 국가물관리기본계획에서 수자원 총량 중 생활·공업·농업·유지용수의 이용량은 365억m³/년으로 약 29.4%로 발표되었다. 유지용수를 제외한 농업용수 이용량의 비중은 약 60.5%이며, 이 중 약 80%가 논에서 활용되고 있다. 이러한 농업용수 이용량 중 사용되지 않고 하천으로의 방류량이 존재하는데 이를 관개회귀수량이라하며, 농업용수의 약 35%가 하천으로 회귀된다 발표하나 지역에 따른 편차가 존재하기에 정확한 회귀수량을 산정하기엔 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 네트워크 모형을 통한 용배수로 구축 이후 회귀수 정량화를 하고자 하며, 정량화를 위한 네트워크 모형은 EPA-SWMM(Storm Water Management Model) 모형을 활용하였다. 해당 모형은 미국 환경 보호국(U.S. Environmental Protection Agency, EPA)에서 개발한 네트워크 물리모형으로 다양한 환경적 요소에 따른 수문 영향을 확인 가능한 모형이다. 해당 모형의 다양한 네트워크 기능을 통해 논배수로 네트워크를 구축하여 회귀수 정량화를 진행하고자 한다. 논배수로 네트워크를 구축하기 이전 현장조사를 진행하였다. 현장조사를 통한 용수계통도를 작성하였으며, 모형의 입력자료로 필요한 네트워크 용배수로관 표고값을 측량하였다. 이후 현장조사 및 측량 자료를 활용하여 네트워크 물리모형의 입력자료 구축을 진행하였으며, 해당 자료 구축은 지리 정보 시스템 중 ArcGIS와의 연계를 통해 구축하였다. 모형의 수리학적 입력자료는 해당지역의 계측자료를 활용하였으며, 필지 사이의 내리흐름 및 펌프를 통한 용수 또한 네트워크 물리모형의 기능을 활용하여 구축하였다. 이후 계측자료와의 비교를 통한 매개변수 보정을 진행하였으며, 전체 논배수로에 대한 농업용수의 흐름 및 회귀수량을 분석하였다. 해당 연구를 통해 농업용수의 회귀수 산정 및 지역 편차에 따른 회귀수 정량화 등의 연구에 활용될 것으로 기대한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.424-424
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• 2021

서울시 전역의 하수관로는 4개의 처리구역, 16개의 배수구역, 163개의 배수분구, 748개의 소구역으로 분할하여 관리되고 있다. 하지만 지선관로와 간선관로가 상이한 설계빈도로 계획되어 가장 작은 관리단위인 소구역에서도 일정한 방재성능을 기대하기 어려운 실정이다. 따라서 본 연구에서는 소구역을 동일한 토출구를 갖는 유역으로 재정의하여 서울시 전역을 799개의 소구역으로 재분할한 후, 소구역 단위로 하수관로 방재성능을 분석하였다. 서울시 하수관로 방재성능 분석을 위해 도시유출모형은 SWMM, 도시침수모형은 2DIS를 활용하였다. 도시유출모형에서는 113,286개의 관로와 106,097개의 맨홀을 적용하였으며, 수리시설물은 서울시 관내에 위치한 31개의 모든 빗물저류조와 121개의 빗물펌프장 중 가용 가능한 117개의 빗물펌프장을 적용하였다. 하수관로의 외수위 경계조건은 하천기본계획에서 제시한 방류하천의 기점홍수위를 반영하였다. 도시침수모형에서는 5m 단위의 고해상도 지형자료와 토지피복도를 적용하여 2차원 침수모의를 수행하였으며, 799개의 소구역에 대한 방재성능 분석을 수행하여 이를 시스템에 적용하였다. 서울시 하수관로 방재성능 분석 시스템에서는 799개의 소구역을 대상으로 소구역 정보, 하수관로 정보, 수방시설물 정보, 방재성능 정보를 제공하고 있다. 소구역 정보는 해당 소구역에 대한 기본 정보 및 해당 소구역에 위치한 수리시설물에 대한 기본 정보를 제공한다. 하수관로 정보에서는 관로 및 맨홀을 선택하여 상세정보를 확인할 수 있다. 수방시설물 정보에서는 빗물펌프장, 빗물저류조, 강우관측소, 하천수위관측소, 관로수위관측소에 대한 상세정보를 제공한다. 마지막으로 방재성능 정보에서는 시나리오별 침수결과를 제공하며, 포인트 단위 침수취약지역을 표출한다. 서울시 하수관로 방재성능 분석 시스템은 하수도 정책 입안과 하수도 관련 사업 추진 시 데이터 기반의 신속하고 효율적인 의사결정 업무를 지원할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.180-180
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• 2020

최근 인구 증가, 도시화 및 산업의 발달로 인해 생활·공업용수의 수요가 증가하면서, 상대적으로 농업용수의 비율은 감소하고 있는 추세이다. 하지만 수자원이용 현황 중 농업용수는 전체 물 사용량의 48%로 여전히 가장 큰 비중을 차지하고 있다. 환경부 중심의 물관리 일원화 관련법 시행으로 국가 통합물관리 정책이 본격 추진됨에 따라 농업용수 가치의 재평가가 요구되고 있으며, 현재 수원공 확대의 경우 환경보호와 같은 이유로 농업용수 확보에 대한 많은 제약이 발생하고 있다. 공급된 농업용수 중 작물에 의해 소비되지 않고 하천으로 회귀되는 회귀수량은 하천 건천화 방지, 용수공급계획, 하천 유황예측 등 기여하는 바가 크다. 하지만 관개량과 회귀수량의 비로 나타내는 회귀율의 경우 지역에 따라 38.1%에서 70.5%로 큰 차이를 보이고 있으며, 지역별 회귀율 정량화에도 한계가 있다. 본 연구에서는 경기도 안성에 위치한 관개면적 429ha인 마둔 저수지를 대상으로 회귀율을 산정하고 농촌용수종합정보시스템 (Rural Agricultural Water Resource Information System, RAWRIS)에서 제공하는 저수지 수위 자료를 활용하여 마둔 저수지의 4월부터 9월 관개기 강수량, 저수율, 증발산량을 구축하였다. 물수지 분석 기반 회귀수량 산정모형으로부터 회귀율을 추정하였으며, 수로 네트워크 기반의 SWMM (Storm Water Management Model)과 비교를 통해 정량적인 회귀수량 및 회귀율을 산정하고자 한다. 본 연구의 결과를 통해 정량적인 회귀수량 및 회귀율 자료가 구축된다면, 농업용수의 재이용, 환경용수 및 하천유지용수, 용수공급계획 등 효율적인 농업 수자원관리에 기초자로로써 활용 가능할 것이라 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.240-240
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• 2020

강우 시 우수관로 내부의 수리 거동(유속, 수위)에 영향을 미치는 대표적인 매개변수는 관로의 조도계수와 손실계수 등이 있다. 이 중 조도계수는 관로 내부의 퇴적 및 협잡물로 인한 조도높이 변화에 따른 관로 내의 수리학적 거동을 평가할 수 있는 매개변수이며 손실계수는 관로의 확대, 축소, 만곡 등에 의한 에너지 감쇄 효과에 따른 관로 내 수리학적 변화를 평가할 수 있는 매개변수이다. 본 연구에서는 서울시 주요 배수구역에 대해 관로 조도계수 및 손실계수 변화에 따른 수위, 유속 변동성을 SWMM으로 분석하였다. 연구에 적용한 대상 배수구역은 반포 02 (방배1), 안양천 13 (봉천1), 성내 05 (길동), 안양천 11(신림4), 반포 03 (방배2), 안양천 01 (오류1), 성내 03 (천호)로 총 7개 배수구역이다. 모형수행을 위한 조건으로 조도계수는 0.015 ~ 0.120 구간에 대해 0.003 단위로 증가시키며 총 12개 CASE를 적용하였으며 손실계수는 0.0 ~ 0.5 구간에 대해 0.1 단위로 총 6개 CASE를 적용하였다. 관로 수리특성에 따른 수심, 유속의 변화량 분석 결과는 관로 및 유역의 크기별로 변화의 폭이 매우 크므로 상자-수염그림(Box-whisker plot) 이용하여 중간값의 변화 정도를 검토하였다. 조도계수 증가에 따른 수심증가, 유속 감소치의 중간값을 분석한 결과 조도계수가 0.013에서 0.034로 증가 시 수심은 40.6% 증가하고 유속은 47.4% 감소하는 것으로 검토되었다(그림 1, 2). 한편, 손실계수 증가에 따른 수심증가, 유속 감소치의 중간값을 분석한 결과 조도계수가 0.0에서 1.6으로 증가시 수심은 15.7% 증가하고 유속은 15.0% 감소하는 것으로 검토되었다. 이상과 같은 연구의 성과는 우수관로 내부의 다양한 여건 변화가 강우 시 관로 내 수리특성에 미치는 영향을 판단하기 위한 기초 자료로 활용할 수 있으며 향후, 우수관로 모니터링 결과와 연계하여 유지관리 방안 수립에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.285-285
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• 2021

급격한 기후변화의 영향으로 강수량은 증가하는 반면 강수일수는 점차 감소하며, 지속적인 도시화로 인해 불투수 면적이 증가하여 침투량은 감소하고 우수 유출량은 증가하고 있다. 이러한 우수 유출량의 증가로 인한 홍수피해에 대한 대책으로 분산형 유출저감 시설인 저영향개발(LID)이 해결방안으로 제시되고 있다. 기존연구에서는 대부분 LID 시설별 우수 유출 저감 효과를 분석하거나, LID 시설의 설치 비율과 강우빈도를 다양하게 적용하여 유출량과 침투량 등을 분석하였다. 그러나 기후변화로 인하여 미래 호우 패턴은 과거와는 다를 것으로 예상되므로 장기적인 측면에서 기후변화 시나리오에 따른 분석을 수행할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 대표농도경로(RCP)에 따른 기후변화를 반영한 미래 호우사상에 대하여 LID 적용 면적 대비 최고의 효율을 나타낼 수 있는 LID 적용 비율을 산정하였다. 이를 위해 빈번하게 침수피해가 발생하는 동대문구에 위치한 용두빗물펌프장 유역을 선정하였으며, 다양한 LID 기법 중 설치가 용이한 투수성 포장과 옥상녹화, 그리고 도로와 단지에 적용성이 높고 저류기능과 여과기능 등이 있는 식생 체류지를 대상 LID 기법으로 선정하였다. 과거와 미래의 대표 호우사상에 대한 유출량을 SWMM으로 산정한 결과, 강수량은 110.5 mm에서 319.42 mm로 증가하였고, 지표 유출량은 87.346 mm에서 294.63 mm로 증가하였다. 그리고 LID 기법 중 세 가지를 모두 적용한 경우 지표면 유출량이 294.63 mm에서 100.3 mm로 가장 큰 폭으로 감소하였다. 또한 저감 효율이 가장 좋은 설치 면적 비율을 도출하기 위하여 다양한 LID 설치면적 비율에 대한 분석을 하였으며, 유역전체면적대비 적용면적비에 따른 우수유출 저감율을 저감효율로 정의한 결과, LID 설치비율이 60%인 경우가 지표 유출량은 1.37, 저류량은 0.50으로 가장 큰 효율이 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.301-301
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• 2022

최근 우리나라는 지속적으로 국지성 집중호우 발생빈도와 총강우량이 증가하고 있다. 서울시와 같이 대부분의 지역이 도심지로 구성되어 있는 경우, 하천범람으로 인한 홍수피해 뿐만 아니라 하수관로의 성능부족으로 인해 침수가 빈번하게 발생하고 있다. 이에 서울시에서는 피해를 최소화하고 대응수준 향상을 위해 침수지역 및 통수능 부족 관로 예측이 가능한 서울시 하수관로 성능관리 시스템을 개발하여 활용하고 있다. 서울시 하수관로 성능관리시스템에서는 유역특성과 방류구를 기준으로 결정한 603개 소유역 단위로 하수관로에 관한 다양한 정보를 제공한다. 시스템은 소유역, 하수관로, 수방시설물, 방재성능 메뉴로 구성되어 있다. 소유역 메뉴에서는 603개 소유역별 제원정보, 하수관로 및 수방시설물 개수, 관측소 개수 등의 정보를 제공하며, 하수관로 메뉴에서는 소유역 내 600mm 이상의 관로 및 맨홀에 대한 제원정보를 제공하고, 수방시설물 메뉴에서는 소유역 내 빗물펌프장, 빗물저류조, 관측소에 대한 제원정보를 제공한다. 또한, 방재성능 메뉴에서는 총강우량, 기점수위, 빗물받이효율을 반영한 40개 시나리오 기반의 관로 단위 통수능 정보와 소유역 단위 침수 정보를 제공한다. 방재성능 및 침수정보 제공을 위해 분석모델은 1차원 관망해석에 SWMM(Storm Water Management Model)과 2차원 침수해석에 2DIS(2Dimension Inundation Solution)를 활용하였다. 적용자료는 서울시 내 600mm 이상의 우수관로체계, 빗물펌프장, 빗물저류조 등 수방시설물고, 5m 단위 고해상도 지형자료를 적용하였다. 서울시 하수관로 성능관리시스템은 현재 서울시 현업에서 활용 중에 있으며, 지속적인 운영과 개선을 통해 추후에는 하수관로 운영 및 관리의 효율성 증대와 데이터에 근거한 하수관로 정책입안과 하수관로 관련사업 추진이 가능할 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제48권5호
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• pp.345-355
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• 2015

본 연구에서는 고해상도 기후시나리오를 이용하여 국내 대표 도시 지역인 서울특별시를 대상으로 기준기간(1971~2000년) 대비 미래기간 2020s (2011~2040년), 2050s (2041~2070년), 2080s (2071~2100년)의 기후변화에 따른 배수시스템의 영향을 평가하였다. 이를 위해 과거 관측 강수량 자료는 기상청 관할 기상관측소와 자동기상관측망 자료를 이용하였으며, 기후변화 시나리오는 RegCM3과 Sub-BATS 기법을 통해 역학적 상세화된 $5{\times}5km$ 해상도 기반의 시단위 강수량 자료를 생산하였다. 과거기간 대비 미래기간 확률강우량의 변동성을 비교한 결과 과거기간 대비 2080s의 확률강우량 증가율은 28~54%로 나타났으며, 특히 지속시간 3시간, 6시간, 24시간 확률강우량의 증가폭이 크게 나타났다. 또한 배수시스템의 기후변화 영향을 직접적으로 분석하기 위해 XP-SWMM을 이용하여 유출해석을 수행하였다. 평가 결과, 강우강도 증가로 인해 과거기간 대비 미래 3기간에 공릉1, 서초2, 신림4 배수분구의 침수발생 맨홀 수와 월류량이 크게 증가하였다. 이러한 결과는 현재 구축되어 있는 서울시 배수시스템은 기후변화에 취약함을 나타내고 있으며, 이에 대응하기 위해 다양한 기후변화 적응대책이 요구됨을 의미한다.

• 상하수도학회지
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• 제27권2호
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• pp.251-259
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• 2013

Among various Green Infrastructure measures for urban stormwater management, effects of porous pavement were quantitatively examined in terms of hydrological cycle. Different scenarios for porous pavement were introduced on a SWMM model and the effects were compared and analysed using discharge hydrographs. Two types of pavements having different runoff coefficients (0.05 & 0.5) were introduced to cover different ratio of entire road areas (100 %, 77.5 % and 40.4 %) and these made up in total 6 different scenarios. Total runoff volume was reduced and peak flow was significantly decreased by applying the porous pavement. The highest reduction for total runoff was shown from S-6(covering area: 100 %, runoff coefficient: 0.05) as 19 % followed by S-5(covering area: 77.5 %, runoff coefficient: 0.05, 16 %), while that of S-2(covering area: 40.4 %, runoff coefficient: 0.05) and S-1(covering area: 40.4 %, runoff coefficient: 0.5) were the lowest with 8 % and 5 %. This proved that the application of porous pavement would improve urban hydrological cycle.