IoT 기반 지능형 홍수 위험도 해석 플랫폼 설계

박지훈 ( Jihoon Park ),강문성 ( Moon Seong Kang ),류정훈 ( Jeong Hoon Ryu ),송정헌 ( Jung Hun Song ),전상민 ( Sang Min Jun ),김계웅 ( Kyeung Kim ) 한국농공학회 2016 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2016 No.-

본 연구의 목적은 IoT (Internet of Things) 기반의 지능형 홍수 위험도 (flood risk) 해석 플랫폼을 설계하는 데 있다. 지능형 홍수 위험도 해석 플랫폼은 기후변화로 인해 실시간으로 변화하는 기상의 변동성과 유역의 환경 변화를 고려할 수 있는 피드백 과정에 기반을 둔다. 지능형 홍수 위험도 해석은 정보를 실시간으로 공유하는 초연결유역을 구현하여 수행할 수 있으며 최근 들어 부상하고 있는 IoT를 이용하여 이러한 환경을 조성할 수 있다. IoT 기반 지능형 홍수 위험도 해석 플랫폼은 오픈소스 기반의 라즈베리 파이 (Raspberry Pi)를 개발보드로 사용하여 개발하였다. IoT 기반 지능형 홍수 위험도 해석 플랫폼은 (1) 홍수 위험도 해석 관련 자료 구축 알고리즘, (2) 홍수량 산정 알고리즘, (3) 홍수 위험도 산정 알고리즘, (4) 피드백 과정 알고리즘으로 구성하였다. 첫 번째 단계에서는 홍수 위험도 해석에 필요한 수문자료를 수집하고 전처리 과정을 수행하여 데이터베이스를 구축하였다. 두 번째 단계에서는 대상 유역의 설계 홍수량을 산정하였다. 세 번째 단계에서는 확률론 기반의 홍수 위험도 평가를 수행하였다. 네 번째 단계에서는 실시간 자료 분석을 수행하여 홍수 위험도 해석의 피드백 과정을 수행하였다. 본 연구를 통해 개발한 IoT 기반 지능형 홍수 위험도 해석 플랫폼은 유동적으로 변화하는 유역의 정보와 환경 변화를 해석할 수 있으며 기후변화를 고려한 유역단위의 지능형 홍수 관리 기법에 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

낙동강 유역의 홍수위험도 평가

박승용,최현일,박무종 한국방재학회 2012 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.11 No.-

본 연구에서는 통합홍수위험관리 측면에서 중소하천유역의 홍수위험도를 평가하기 위한 홍수위험지수(Flood Risk Index, FRI) 산정방안을 제시하고, 낙동강 유역의 수자원단위지도 표준유역별 홍수위험도를 평가하였다. 홍수위험도 평가지표 선정을 위하여 치수특성 평가문제를 인과관계로 분석할 수 있는 P-S-R(Pressure-State-Response) 구조에 따라 분류되는 3개의 주요 홍수지수인 압력지수(Pressure Index, PI), 현상지수(State Index, SI), 대책지수(Response Index, RI)를 대표하는 총 12개 세부평가지표들을 엄선하였다. 선정된 홍수위험도 세부평가항목들은 관련 정부기관 및 지자체에서 제공하는 각종 최신 통계자료를 바탕으로 GIS를 통하여 데이터베이스화하였다. 각기 다른 범위와 단위로 측정된 세부평가지표들은 상대적인 비교를 위해 Re-Scaling 표준화방법을 사용하여 동일한 범위의 무차원값으로 변환되었다. 또한 엔트로피(Entropy) 가중치 산정방법에 의한 세부평가지표별 가중치를 추정하여 가중치 적용에 따른 주관적인 판정을 최소화하였다. 압력지수(PI), 현상지수(SI), 대책지수(RI)의 3개 지수를 통합하여 지역의 전반적인 홍수위험 상태를 파악할 수 있는 홍수위험지수(FRI)를 산정하고, 가중치 적용 유·무에 따른 홍수위험지수 산정결과의 비교를 통해 제안된 홍수위험지수의 적용성을 검토하였다.

홍수위험도 작성을 위한 낙동강 유역에서의 도달시간 산정

박준형,한건연,김병현 한국방재학회 2015 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.14 No.-

본 연구에서는 홍수위험도 작성을 위한 낙동강 유역에서의 도달시간을 산정하였다. 현재 국내에서 제작되고 있는 홍수위험지도는 홍수범람범위 및 홍수심을 표출하는 것을 목적으로 하는 Flood Hazard Map이다. 최근 발생하고 있는 홍수피해는 태풍이나 국지성 호우에 의한 피해가 대부분으로 이를 대비하기 위해서는 실시간 홍수예보가 중요하며, 나아가서는 실시간 홍수위험도 예측이 필요한 실정이다. 특히 실시간 홍수예경보가 이루어지고 있는 대하천의 경우 4대강 살리기 사업으로 인해 보 설치 및 하천 준설 등으로 인해 하천환경이 변화되어 하천의 흐름특성이 변화되었다. 따라서 변화된 하천 단면의 적용 및 보 등의 내부구조물을 고려한 수리학적 분석을 통한 실시간 홍수예경보 및 홍수위험도 작성이 필요하다. 본 연구에서는 현재 제작되고 있는 Flood Hazard Map들이 홍수범람범위와 침수심의 제한된 정보만을 포함하고 있는 한계를 벗어나 다양한 범람 시나리오에 대한 불확실성을 고려한 홍수위험도를 작성하기 위한 요소 중 홍수파 도달시간을 산정하였다. 도달시간 산정을 위해 본 연구에서는 FLDWAV 모형을 사용하였으며 태풍 산바 사상을 통한 검증 후 가상 홍수 시나리오에 대한 낙동강 유역에서의 도달시간을 산정하였다. 또한, 4대강 살리기 사업으로 설치된 보의 영향을 분석하기 위해 보 설치 전·후를 비교하였다. 홍수에 대한 여러 가지 불확실성이 있겠지만 홍수 발생시 중요하게 고려되는 홍수심, 유속 등을 추가로 고려하여 이를 바탕으로 나아가 불확실성을 고려한 홍수위험도를 작성하고자 한다.

홍수위험지구 선정을 위한 홍수위험도 분석

박승용,남영규,이종석,최현일 한국방재학회 2014 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.-

중소하천유역의 홍수예경보 체계 구축 및 통합홍수위험관리 측면에서 지역별 홍수방어대책의 우선순위 선정을 위하여, 본 연구에서는 홍수위험이 상대적으로 높은 홍수위험지구를 선정할 수 있는 홍수위험도 분석 방안을 수립하고 전국대상 유역에 적용하였다. 이를 위하여 우리나라의 홍수피해에 영향을 미치는 요인들을 P-S-R(Pressure-State-Response) 구성 체계로 분류하여 3개의 치수특성 평가지수인 압력지수, 현상지수, 대책지수를 대표하는 총 12개의 대표적인 홍수위험도 세부평가지표들을 선정하고, 분석가능한 전국대상 812개 수자원단위지도 표준유역 공간단위의 자료를 구축하였다. 또한 홍수위험도 평가에 있어서 세부평가항목별 표준화 방법 및 가중치 산정 방법은 매우 중요하고 신중히 결정되어야 하므로, 다양한 방법들을 적용하여 비교분석을 실시하였다. 12개 세부평가지표의 종합적인 평가를 위해 지표평균법에 의한 홍수위험도(Flood Risk Index, FRI)를 산정하고, 산정결과의 분류를 위해 순위에 따른 5등급 분류방법을 사용하였다. 분석결과에 의해 가장 높은 홍수위험등급(H등급)으로 분류된 162개 표준유역을 홍수위험지구로 선정하고, 선정된 홍수위험지구 중 하천종합관리지표의 홍수취약지수(2012)에서도 H등급에 속하는 동시에, 자연재해위험지구 중 침수위험지구로 지정(2011 현황)되어 있는 27개 표준유역을 특별관리대상구역으로 구분하였다. 선정된 홍수위험지구는 추후 현장조사 등 최종적인 검토를 통하여 최종 확정할 필요가 있다. 본 연구에서 제시한 홍수위험도 평가방법은 홍수의 원인, 피해 및 대응에 관한 역학관계의 결과로서, 홍수위험 관련 정보를 공간적으로 분석하여 정부 및 지자체의 홍수방재 관련 정책수립 등의 업무수행을 위한 보다 효과적인 의사결정에 도움을 줄 것으로 기대된다.

홍수위험도 평가를 활용한 인천광역시 복원탄력성 의사결정 지원

왕원준(Wang, Won-joon),김동현(Kim, Donghyun),유영훈(Yoo, Younghoon),이준형(Lee, Junhyeong),김경탁(Kim, Kyung Tak),김형수(Kim, Hung Soo) 한국방재학회 2021 한국방재학회논문집 Vol.21 No.4

인천광역시는 2020년 UNDRR 국제안전도시로 인정된 이후 향후 10년 동안 복원탄력성 강화를 목표로 관련 정책을 추진하고 있다. 복원탄력성 평가에서 사용되는 위험 평가 도구인 QRE (Quick Risk Estimation)는 복원탄력성 강화에 대한 전문가들의 의사결정을 지원한다. 하지만, QRE는 홍수와 같은 특정 재난에 대하여 상세한 분석이 어렵다는 한계가 있다. 그러므로 본 연구에서는 인천광역시 10개 시군구를 대상으로 2016~2019년까지 연도별 IBA (Indicator Based Approach) 기반 홍수위험도 평가를 수행하여 QRE 도구와 함께 인천광역시 복원탄력성 강화에 대한 전문가들의 의사결정을 지원하고자 한다. 홍수위험도 평가는 Hazard, Exposure, Vulnerability, Capacity 4개의 항목과 11개의 세부지표로 구성되어 있으며, 평가 단계별로 세부지표별 지수, 항목별 지수, 홍수위험도 지수를 산정하였다. 2019년 기준 시군구별 홍수위험도 지수는 강화군, 미추홀구, 중구, 서구, 옹진군 등의 순서로 크게 산정되었다. 최종적으로 홍수위험도 평가는 홍수위험에 대응하는 시군구별 상황과 위험에 노출된 지표들의 변화를 파악하여 복원탄력성 강화를 위한 합리적인 의사결정 지원에 기여할 수 있을 것으로 판단된다. Since it was recognized as a UNDRR international safety city in 2020, Incheon Metropolitan City has been promoting policies aiming to strengthen resilience strategies for the next 10 years. For the resilience assessment, a Quick Risk Estimation (QRE), which is a risk assessment tool for various disasters, can also be used to support the decision-making of experts on strengthening resilience strategies. However, QRE is unable to provide a detailed risk assessment of a specific disaster such as flood. Therefore, in this study, a flood risk assessment was performed from 2016 to 2019 using the Indicator Based Approach for the 10 cities and counties in Incheon city. The aforementioned method can also support the decision-making of experts for disaster management alongside QRE results. The flood risk assessment in this study consists of four items (hazard, exposure, vulnerability, and capacity) and 11 detailed indicators. The details for each index, item, and flood risk indices were calculated for each evaluation stage. As of 2019, the flood risk index had been calculated for Ganghwa-gun (county), Michuhol-gu (district), Jung-gu, Seo-gu, and Ongjin-gun, among others. The flood risk assessment conducted in this study is believed to be beneficial for a rational decision-making that can support the strengthening of resilience strategies by identifying changes in city- and county-specific situations and risk-exposed indicators in response to flood risks.

홍수피해예상지역을 고려한 홍수위험도 산정기법 개선방안 연구

홍승진,주홍준,김경탁 한국습지학회 2017 한국습지학회지 Vol.19 No.4

본 연구에서는 우리나라 수자원 관련 최상위계획인 수자원장기종합계획에서 활용했던 홍수위험도 산정 기법인 홍수피해잠재능 (PFD)와 홍수위험도지표에 대한 개선을 목표로 연구를 진행하였다. 두 방법론 모두 치수위험성을 평가하는 항목이지만 자료 활용에 대한 문제점과 특정지역에 발생한 피해를 평균개념으로 적용하였기 때문에 신뢰성에 문제가 지적되고 있다. 이에 본 연구에서는 1) 항목별 분석을 위한 분석자료 및 방법의 개선, 2) 홍수범람예상지역을 홍수피해범위로 제한하여 방향성을 설정하였다. 기법의 개선 및 최근 제공되는 GIS 자료를 홍수피해예상지역에 적용함으로써 기존 방법의 활용성을 높일 수 있는 개선방안을 제안하고, 기존 분석기법과 개선된 방법을 CASE별로 시범유역에 적용하여 비교·분석을 실시하였다. The aim of this study is to improve Potential Flood Damage(PFD) that a flood risk assessment technique used in the National Water Resource Plan comprehensive plan for water resources, which is a top-level plan related to domestic water resources and Flood Risk Indices. Both methods are used to evaluate flood control risks. However, there is a problem of reliability because the problem of data utilization and the damage that occurred in a specific area are applied as an average concept. Therefore, this study improved the method for analysis by components and the flood inundation area was limited to flood damage area. Also, the improvement of the method and the application of the recently provided GIS data to the flood damage prediction area were proposed to improve the usability of the existing method. The existing analysis method and the improved method were applied to the test watershed by each case.

빈도별 배제량에 따른 농업용저수지 하류하천 홍수위험도 평가

황순호 ( Soonho Hwang ),강문성 ( Moonseong Kang ),안지현 ( Jihyun An ),이상현 ( Sanghyun Lee ),최진용 ( Jinyong Choi ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

현재 전국적으로 96개 농업용저수지를 대상으로 농업용 저수지 둑 높임 사업이 이루어지고 있다. 둑 높임 사업 후 저수지 설계홍수량은 저수지 규모에 따라 설계빈도가 변화하지만, 저수지 하류 하천의 기점홍수량은 사업전과 동일하게 적용되어지고 있다. 이로 인해 둑 높임 사업 후 저수지 배제량으로 인한 하류하천 수위에 대한 영향을 평가해야 하며, 이를 바탕으로 하류 하천의 설계빈도를 재설정하여야 할 것이다. 규모가 큰 둑높임 대상 농업용저수지의 물넘이는 200년 빈도x1.2배 혹은 PMF설계홍수량을 기준으로 산정된 극치값에 해당하며, 이는 대부분의 경우 하류하천의 설계홍수량보다 큰 값을 나타냄으로 하류하천 위험도를 평가하기에는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 강우빈도별 물넘이 배제량 값을 산정하여, 그 배제량과 하류하천 기점홍수량을 비교함으로써 저수지 하류하천의 기점홍수량에 대한 홍수위험도를 평가하고자 하였다. 단일 저수지는 설계홍수량이 PMF로 설계된 황룡강 유역 내에 있는 장성호, 수양호 그리고 증암천 유역 내에 광주호 3개 저수지를 선정하여 하류하천 홍수위험도를 평가하였다. 저수지 군에 대한 평가는 황룡강 유역의 PMF 대상 저수지 2개와 둑 높임 대상 저수지인 유탕, 왕동 저수지를 포함하는 4개 저수지군을 선정하여 하류하천 홍수위험도를 평가하였다. 물넘이 배제량 산정은 다목적 저수지군 운영 프로그램인 HEC-5모형을 이용하였다. 기존의 농업용 저수지는 수문이 설치되어 있지 않아 홍수조절능력이 없는 것으로 나타났으나, 대규모 농업용 저수지 둑 높임사업의 경우에는 수문이 설치될 계획이다. 따라서 본 연구에서는 황룡강 유역 내의 수문 설치 예정인 장성, 수양 저수지에 대해서는 방류시기 및 방류량 등의 저수지 운영 조작을 고려하여 물넘이 배제량을 산정하였다. 본 연구에서는 단일 저수지 및 저수지 군에서의 물넘이 배제량을 산정하여 하류 하천의 기점 홍수량과 비교/평가하였으며, 하류 하천의 적정 설계빈도를 제시하였다.

지표평균법 및 PROMETHEE 결과 종합에 의한 홍수위험도 분석

이종석,남영규,최현일,조규태 한국방재학회 2016 한국방재학회논문집 Vol.16 No.1

This study has performed the flood risk assessment in order to provide preliminary information in the establishment of flood risk management and damage reduction strategies. The twelve representative flood risk factors were carefully selected for the flood risk assessment based on the P-S-R(Pressure-State-Response) classification system, and spatially constructed for the nationwide 812 standard watersheds of the national water resource unit map. The relative flood risk was estimated by the two methods; the one is a FRI(Flood Risk Index) by averaging the three flooding indexes such as PI(Pressure Index), SI(State Index), and RI(Response Index) by each four flood risk factor classified from the twelve factors, and the other is the PROMETHEE(Preference Ranking Organization METHod for Enrichment Evaluation) by estimating a complete outranking from the preference matrix analysis for the twelve alternatives. This study has newly presented the final flood risk determined by the higher risk value of two flood risk assessment results, which is expected to be used to identify flooding risk areas in terms of the integrated flood risk management. 본 연구에서는 홍수위험관리 및 홍수피해저감대책 수립에 필요한 예비정보를 제공하기 위하여 홍수위험도 분석을 수행하였다. 홍수위험도 분석을 위해 P-S-R(압력-상태-대책) 분류체계에 기초하여 12개의 대표적 홍수위험도 평가항목들을 선별하고, 전국 812개 수자원단위지도 표준유역에 대하여 자료를 구축하였다. 상대적 홍수위험도는 다음 두 가지 방법에 의해 산정되었는바, 첫 번째 방법은 12개의 평가지표를 3개로 분류하여 각각 4개의 평가지표로 PI(압력지수), SI(상태지수), RI(대책지수)를 산정하고 이를 종합한 FRI(홍수위험지수)이고, 다른 방법은 12개 평가지표들의 선호행렬분석에 따른 우선순위 산정에 의한 PROMETHEE이다. 본 연구에서 새로이 제시하는, 두 방법 결과 중 위험순위가 높은 값에 의해 결정된 최종적인 홍수위험도는 통합홍수위험관리 측면에서 홍수위험지구 선정에활용될 수 있을 것으로 기대한다.

홍수방어시설용량-피해 매트릭스를 이용한 서울시 행정구역별 고유홍수취약성 평가

김응석,최유진,최현일,정건희,Kim. Eung Seok,Choi. Yu Jin,Choi. Hyun Il,Chung. Gunhui 한국방재학회 2014 한국방재학회논문집 Vol.14 No.2

도시화의 속도가 빨라지고 있고, 기후변화 등으로 인해 극한 강우 등 이상기후현상이 자주 나타나고 있어 도시 홍수의 발생 빈도가 높아지고 있다. 그러므로 도시의 홍수취약성을 평가하고, 이에 따른 정책을 펼치는 것은 정책결정자에게 매우 중요한 일이며, 도시홍수방어의 역사가 길어짐에 따라 구조적인 홍수방어대책에 기 투자된 비용이 많은 지역은 과거와 달리 홍수피해가 거의 발생하지 않는 지역도 생기게 되었다. 그러므로 본 연구에서는 기존에 건설되었던 홍수방어시설이 작동하지 않을 경우, 특정 지역의 지형적인 요인 등으로 인해 필연적으로 홍수피해를 입어야만 하는 지역을 고유홍수취약성이 높은 지역이라고 정의하였다. 또한 제안된 고유홍수취약성과 현재의 홍수위험도를 나타내기 위한 방법으로 경영전략 분야에 자주 사용되는 BCG 매트릭스를 변형한 홍수방어시설용량-피해 매트릭스(PCD 매트릭스)를 제안하였다. PCD 매트릭스는 도시홍수방어를 위한 구조적 대책의 크기와 과거 홍수피해액을 이용하여 고유홍수취약성이 큰 지역과 현재 홍수위험도가 큰 지역을 구분한다. 서울시의 구별 자료를 활용하여 PCD 매트릭스를 그려본 결과, 상대적으로 홍수에 안전한 지역, 홍수에 취약한 지역, 고유홍수취약성이 커서 잠재적으로 홍수에 취약한 지역, 추가적인 홍수방어시설이 필요한 지역으로 구분하고, 기존의 취약성-탄력성 지수 결과와 비교하여, 기존의 방법에 비해 타당한 결과가 도출됨을 확인하였다. 예를 들어, 서울시의 송파구와 마포구의 경우 재정자립도가 높거나 홍수방어시설이 다수 구축되어 있어 기존 방법에 의하면 홍수취약성이 낮다고 알려져 있으나, 고유홍수취약성은 높은 지역으로 분류되었다. 이러한 결과는 홍수방재 정책 결정에 있어 보다 폭넓은 시각을 제공할 것으로 판단된다. Due to the rapid urbanization rate and extreme rainfall as a form of the abnormal climate, the urban flood frequency has been increased. Therefore, it is very important for the policy makers to evaluate the urban flood vulnerability and propose the corresponding flood mitigation policies. Since the interests on the urban flood mitigation is increased, many structural flood measures has been constructed. If a city has many structural flood measures, the city is considered as the flood safe city. In this study, inherent flood vulnerability is proposed using Flood Protection Capacity and Damage(PCD) matrix with the flood damage cost and constructed structural flood mitigation measures. The proposed inherent flood vulnerability method was applied in Seoul. The results are categorized by four areas such as relatively flood safe area, flood risk area, inherent flood vulnerable area, and the area where more structural flood measures are needed. Calculated inherent flood vulnerabilities were compared to the conventional flood vulnerability-resilience indices. The proposed inherent flood vulnerability showed more reasonable results. For example, Songpa and Mapo were considered as the flood safe districts because of its high financial independence rate and many constructed flood mitigation measures. However, their inherent flood vulnerability is relatively high. There results could show the comprehensive aspect on the flood mitigation policies.

돌발홍수 지수를 이용한 북한 홍수 위험도 평가 - 임진강 유역을 중심으로 -

곽창재,최우정,조재웅 한국수자원학회 2015 한국수자원학회논문집 Vol.48 No.12

북한의 대규모 자연재난은 홍수와 태풍 그리고 집중호우로 인한 수해피해가 대부분이며 이러한 피해는 1990년대 중반부 터 해마다 북한의 경제난을 악화시키고 있다. 북한 당국도 수해피해의 심각성을 인식하여, 1990년대 말부터 하천정리, 농경지 복구, 토지정리사업, 조림사업 등을 실시하였으나, 계속되는 수해피해를 막지 못하고 있다. 본 연구는 상습적으로 발생하는 북한의 홍수피해에 대한 위험도를 산정하기 위해 일반적인 위험도 평가과정은 동일하게 유지하되 대외적으로 수문자료 취득이 힘들고 지형자료가 공개되지 않은 미계측지역이라는 유역특성을 반영하여 강우-유출에 대한 모의를 추가적으로 실시하였다. 또한, 위험도 평가는 국제기구(IPCC)의 기준에 따라 홍수에 대한 위험성과 노출성, 취약성 인자들 을 선정하여 홍수 위험도를 판단하였다. The most of natural disasters that occur in North Korea are flood, typhoon and damage from heavy rain. The damage caused by those disasters since the mid-1990s is aggravating North Korea’s economic difficulties every year. By recognizing the seriousness of the damages from the floods, the North Korean government has carried out the river maintenance, farmland restoration, land readjustment and afforestation projects since the last-1990s, but it has failed preventing the damages. In order to estimate the degree of flood risk regarding damage from chronic floods that occur inveterately in North Korea, this research conducted an additional simulation for rainfall-runoff analysis to reflect the characteristics of the ungauged area that make foreign countries hard to obtain the hydrological data and do not open the topographical data to public. In addition, this research estimates the degree of flood risk by selecting the factors of the hazard, exposure and vulnerability by following the standards of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC).