• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.62-62
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• 2019

본 연구에서는 기상청에서 제공하는 인공위성 관측자료와 레이더 자료를 합성하여 예측된 선행시간 2시간의 강수량 예측자료를 이용하여 도시유역의 침수 발생 여부를 확인할 수 있는 시스템을 개발하였다. 대상유역은 부산광역시에 위치하고 있는 유역면적 $54km^2$의 온천천유역으로, $10m{\times}10m$의 해상도로 지표면의 침수예측을 수행한다. 침수예측에 이용되는 모델은 지표면과 하수관망 사이의 상호작용을 효과적으로 고려할 수 있도록 지표면 2차원, 하수관망 1차원 모델을 연계하였으며, 침수예측에 소요되는 시간을 최소화하기 위하여 OpenMP기반의 병렬해석 기법을 적용하였다. 또한 초기조건에 의한 오차를 줄이기 위하여 하천수위 관측소에 관측된 수위자료를 예측모델의 초기조건으로 입력할 수 있도록 시스템을 구성하였으며 유역 하류단에서 경계조건으로 활용되는 예측수위자료는 시계열자료의 예측에 뛰어난 성능을 보여주는 것으로 알려진 LongShort-term Memory(LSTM) 기법을 적용하여 이용하였다. 본 연구에서 개발된 실시간 도시침수 예측 시스템은 집중호우 발생시 침수 발생 위치를 사전에 빠르게 예측하여 도시유역의 인적 물적 자원의 피해를 저감하는데 적극적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제41권3호
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• pp.219-227
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• 2021

불연속 지형을 지나는 천수 흐름을 해석할 수 있는 Hwang의 기법이 채택된 수치 모의를 댐 붕괴 흐름에 의한 직립 홍수터의 범람 실험과 비교하였다. 모의 결과는 저수지, 저수로, 홍수터로 이루어진 실험 수로에서 측정한 결과와 잘 일치하였다. 특히, 댐 붕괴 흐름이 직립 홍수터로 차고 빠지는 과정이 잘 모의되었다. 흐름 저항의 종류에 따른 모의 결과의 차이는 미미하였다. 이 연구를 바탕으로 도심 하천의 범람 예측에서 정확도를 높일 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.258-258
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• 2023

도시침수는 하천홍수와는 달리 짧은 시간에 발생하며 저지대 우수 유입, 배수관로 용량 부족등으로 인해 발생한다. 추가적 원인으로 국지성 집중호우가 있으며 짧은 시간에 많은 비가 집중적으로 내리는 현상을 의미한다. 한두 시간 혹은 몇 분 동안의 짧은 시간에 좁은 지역에서 발생하는특성 때문에 발생 시간, 지점, 강우량에 대한 정확한 예측이 어려워 도심지의 저지대가 침수되는등 예상치 못하는 침수피해가 자주 발생한다. 강우량별 피해 범위를 보면 시간당 30~40mm 정도에서 하수관이 역류하고, 시간당 50mm 강우량에서 지하실이나 지하상가와 같은 지하공간에서 침수피해가 발생할 수 있으며, 시간당 100mm 이상의 강우에서는 대규모 재해가 발생할 우려가 높아진다. 도시침수 피해를 줄이기 위해 지자체에서는 CCTV를 운영하여 위험을 감시하고 있지만다수의 인력과 환경에 따라 영상 확인의 한계가 있다. 그러나 침수센서는 침수 정도를 수치로 표현하여 데이터를 확보함과 동시에 다수의 지역을 모니터링하는데 유용하다. 또한 주변 환경에 상관없이 계측된 자료를 모니터링 할 수 있다. 기존 센서를 설계할 때는 도시 미관을 해치는 경우가있었으나 본 연구에서는 도심지의 여건에 맞추어 인도용, 차도용, 공원용의 용도에 맞는 센서를구축하여 미관을 해치지 않으면서 기존의 지형을 활용하고자 하였다. 이 후 구축된 센서를 이용하여 리빙랩 개념의 테스트베드를 통해 다양한 도시침수의 원인이 되는 조건을 검토하여 실증 실험을 진행할 예정이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.340-340
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• 2023

최근 전 세계가 극단적 집중호우로 인한 대규모 홍수로 인해 극심한 몸살을 앓고 있다. 특히, 설계빈도를 초과하는 강우로 인해 도시지역에서 발생하는 도시침수는 그 특성상 막대한 인명과 재산상의 피해를 유발하므로 이를 사전에 예방하고 피해를 줄이기 위한 노력이 매우 시급한 실정이다. 도시유역 침수 해석을 위한 수치모의는 대상 유역의 현재 대비 상황을 판단할 수 있을 뿐만 아니라 하수관로 증설 효과 파악, 빗물저류조의 침수저감 효과 분석, 빗물배수펌프장의 적정용량 파악 등에 매우 효율적이다. 정확도 높은 도시침수 해석을 위해서는 고해상도 DEM 또는 DSM 지형자료뿐만 아니라 토지이용도 및 지하에 매설되어 있는 하수관망(하수관로, 맨홀, 배수펌프장 등) 자료의 활용이 필수적이다. 그러나 저개발 국가나 미계측유역의 경우에는 신뢰도 높은 하수관망 자료를 얻기가 매우 어려울 뿐만 아니라 해당 자료가 존재하지 않는 경우도 빈번해 도시침수 해석이 곤란한 경우가 다수 발생한다. 따라서 본 연구에서는 GIS 형태로 제공되는 Open Street Map(OSM)의 도로망 정보를 이용해 가상의 하수관망을 생성하는 방법론을 제시하고 서울시 사당유역을 미계측유역으로 가정해 가상의 하수관망을 생성해 그 적용성을 평가하였다. 본 연구에서 제시된 결과는 하수관망 자료의 획득이 곤란한 지역의 도시침수 예측이나 효과적인 하수관망 설계에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.368-368
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• 2023

도심지에 위치하는 저지대의 경우 강우 발생 시 우수의 집중으로 인한 침수발생으로 매년 인명 및 재산피해가 발생하고 있다. 이를 개선하기 위해 현재 시행하고 있는 사업은 크게 두 가지로 구분할 수 있는데 이는 배수시설의 개선과 우수유출저감시설 설치사업이다. 첫 번째 배수시설의 개선은 배수유역의 우수를 하류하천 방류부까지 우수관거와 방수로, 대심도 터널 등을 통해 자연배수하거나 배수펌프를 통해 강제배수하여 내수배제가 원활하게 하는 방법이며, 우수유출저감시설은 저류시설을 설치하여 우수가 집중되는 시간을 지체시켜 첨두유출량을 저감하거나 침투시설을 설치하여 유출총량을 저감하여 우수유출량을 조절하는 방법이다. 다만 이 두 가지 방법은 토지이용이 고도화된 도심지에서는 기존 건축물 및 지하구조물 등으로 인해 부지의 확보가 어렵고 시공의 난이도가 높아 사업에 대한 시간과 비용이 크게 소요되는 어려움이 있다. 본 연구에서는 상류에서 하류로 갈수록 단계적으로 크게 설치되어 있는 기존의 우수관거를 상류 우수관거의 관경을 하류보다 크게 설계하여 배수유역 상류부 관거의 개선만으로 도시침수를 방지할 수 있는 방법을 연구하였으며 이를 통해 기존 시설물과 토지이용의 변경을 최소화할 수 있도록 하였다. 도시침수가 발생하는 연구대상 배수유역에 도시유출 해석모형인 SWMM을 이용하여 내림차순식 우수관망 배치의 침수방지 효과를 검토한 결과 배수유역 상류관거의 확장으로 유속의 저감과 우수관거 내 저류효과를 통해 하류부의 우수 집중시간을 지체시켜 하류부의 침수발생을 저감할 수 있을 것으로 검토되었다. 이를 통해 토지이용이 고도화되어 저류시설이나 자연 및 강제 배수시설의 설치가 어려운 하천변 저지대 도심지 지역의 침수피해 방지대책이 될 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.330-330
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• 2020

국지성 호우의 증가로 인해 설계빈도 이상의 강우가 빈번하게 발생함에 따라 도시 지역의 내수침수피해가 빈번하게 발생하고 있다. 국지성 호우의 영향으로 특히 하천변 및 저지대의 유출량이 증가함에 따라 기존 하수관거의 통수능 부족으로 침수피해가 증가하고 있는 실정이다. 따라서 내수침수피해 저감을 위한 다양한 노력들이 이루어지고 있으나 도시지역의 경우 노후화 된 하수관거 교체를 위한 예산이 부족하며 도시개발이 완료됨에 따라 지하저류조 등의 저류지설을 설치하기 위한 부지 확보가 어려운 실정이다. 도시 지역에서 강우의 유출은 대부분 하수관거 시설에 의해 처리되므로 하수관거 통수능 부족 시 침수피해가 발생하게 된다. 따라서 기존 하수관거와 연계할 수 있으며 설치 부지와 큰 예산이 소요되지 않는 새로운 유형의 유출저감시설을 적용할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 기존의 도로 배수시설에서 도로 표면 유출수의 수로역할을 하던 측구부를 도시지역의 상습침수 지역 및 개발지역 등 국지성 호우로 인한 내수침수 저감이 가능하며 기존 홍수방어시설에 비해 대규모의 부지와 예산이 소요되지 않는 새로운 우수저류시설을 개발하여 상습침수 지역에 개발된 저류시스템을 적용하여 측구 저류시스템의 용량에 따른 저류능력 및 내수침수 저감효과를 검토하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.302-302
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• 2020

최근 우리나라의 기후변화와 도시화로 인한 홍수피해 규모가 대형화 추세를 보이며, 그에 따른 도시침수의 발생이 증가하고 있다. 도시침수로 인한 피해는 파손보다는 침수가 대부분이고, 도시의 규모가 클수록 침수의 비중이 크게 나타난다. 그로 인한 피해는 인명피해 및 재산피해 이외에 여러 가지 피해를 유발하며 도시기능 마비가 일어난다. 이러한 도시지역의 침수피해는 넓은 불투수층으로 인해 홍수 도달시간이 감소하고, 급격한 도시화로 인한 건물, 이외에 하수 관망에 미치는 영향 등 여러 가지를 고려하여 침수해석이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 XP-SWMM 모형으로 도시지역의 불투수층의 면적비율, 건물의 영향 등을 고려하여 침수해석을 하고자 하였다. 또한 XP-SWMM 모형의 2차원 TUFLOW엔진을 기반으로 하는 2D 지표 유출 계산을 이용하여 대상 지역의 침수 취약지역을 예측할 수 있을 것이다. 최근 송도국제도시 개발이 이루어진 인천광역시 연수구를 대상지역으로 선정하여 도시지역의 특성을 고려하여 분석을 수행하였다. XP-SWMM 모형의 적용성을 평가하기 위해 대상지역의 도시침수 피해를 입은 강우사상을 선정하여 분석을 수행하였고, 유출량 및 침수면적을 산정하여 침수흔적도와 비교 및 적용성을 평가하였다. 본 연구는 도시지역 하수도 관거의 성능 및 도시지역의 특성을 고려하여 여러 강우 빈도를 이용해 집중호우로 인한 침수지역 및 침수면적 등 침수피해를 예측하여 수해 예방 발전에 기여할 수 있을것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.256-256
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• 2021

Saint-Venant 방정식은 수평규모가 수심규모보다 큰 천수흐름을 기술하는 수리동역학 모형으로 지난 수십년간 공학적 분야에서 널리 이용되어 왔다. 최근에도 기후변화에 따른 도시 홍수의 위기 증대로 홍수위기관리의 관심이 높아짐에 따라 홍수파(flood wave), 도시침수(urban inundation), 돌발홍수(flash flood) 등의 신속한 예측을 위한 Saint-Venant 방정식의 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 도시와 같은 인공구조물이 즐비한 상황에서 천수흐름을 해석하는 고전적인 수치해법들은 다양한 불연속 지형들의 존재로 인하여 불안정하며 지배방정식의 정해로 수치해가 잘 수렴하지 않는 문제가 있다. 지난 수년간 이를 해결하기 위해 불연속한 지형을 안정적으로 해결할 수 있는 수치기법의 연구가 진행되어 왔으나, 정해로의 수렴성, 정확성에 관하여 연구가 부족한 실정이다. 본 연구는 수치해법의 주요 구조를 구성하는 Saint-Venant 방정식의 불연속한 지형조건에 대한 리만 문제의 정해를 연구하였다. 쌍곡선형 시스템의 특징을 고려하여 요소파들(elementary waves)의 공식을 유도하였는데, 질량과 에너지의 보존법칙에 위배되지 않으며 운동량이송부의 비선형성과 지형의 불연속에 의한 비엄격성을 고려할 수 있는 조건을 제시하였다. 또한, 유도된 요소파들을 바탕으로 L-M & R-M 커브이론(Han et al. 2014)을 사용할 수 있는 조건과 당위성을 증명하였고, 이를 바탕으로 Saint-Venant 방정식의 정해법을 구성하였다. 리만문제의 다양한 초기조건들을 바탕으로 모든 경우의 정해 구조를 조사하였고, 이를 통해 불연속 지형에 대한 Saint-Venant 지배방정식의 정해가 다수해를 갖을 수 있음을 보였으며, 이를 근사할 수 있는 수치기법의 전략을 소개하였다.

• 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 2022년도 학술발표회
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• pp.359-359
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• 2022

빈번하게 발생되는 설계빈도 이상의 국지성 호우로 도시지역의 침수피해가 매년 증가하고 있고 특히 저지대의 경우 우수의 집중 및 하수관거의 통수능 부족으로 인한 우수의 배수 불량으로 다른 지역에 비해 침수피해의 규모가 크게 나타나고 있다. 매년 반복되는 피해를 저감하기 위하여 국가 및 지자체에서는 노후관거 개량 및 통수능 확보를 위한 하수관거 신설 등 다양한 방법을 동원하고 있으나 하수관거 개량 및 신설 또는 지하저류조 설치와 같은 사업들은 많은 예산이 필요하여 지자체의 규모에 따라 예산확보가 어려울 수 있고 해당 사업을 완료하기 위한 사업기간이 오래 걸리므로 즉각적인 효과를 기대하기 어려운 실정이다. 따라서 기존 침수저감을 위한 시설을 설치하기 위한 사업에 비해 예산이 적게 소모되며, 큰 설치부지를 요구하지 않는 유출저감시설이 필요하다고 판단된다. 본 연구에서는 도로부의 노면수를 배수하기 위한 시설인 측구를 우수의 저류를 위한 저류조로 활용한 측구 저류조 개념을 이용하여 도시지역에서 침수저감을 위한 적정규모 산정을 위한 연구를 진행하였다. 빈도 30년의 강우를 적용하여 일반적인 지하저류조를 설치하였을 경우와 측구 저류조를 설치하였을 때의 침수저감효과를 비교하고 지하저류조와 비슷한 저감효과를 나타내기 위한 적정규모 산정과 측구 저류조의 배치방법을 제시하고자 한다.