2차원 침수모의를 위한 지형분석모델 영향 분석

손아롱,윤성심,이채연,이병주,최영진,한건연 한국방재학회 2014 한국방재학회논문집 Vol.14 No.5

In this study, 2-dimensional inundation analysis of flow aspect, inundation area, averaged inundation depth, maximum inundationdepth was implemented according to application of topographical data in urban area where the population and buildings are concentrated. In terms of building topographical data, there are several methods: DSM(Digital Surface Method) constructed around bigcity using LiDAR survey, digital map drawn on a scale of 1 to 1,000 and combination of DEM(Digital Elevation Method) removedbuilding, plants and trees and digital map. Also, the topographical data generated on the basis of above-mentioned methods were convertedother topographical data at resolution of 4m, 8m and 16m. The inundation caused by the localized heavy rain event on Sep. 21th, 2010 was analyzed in and around samsung drainage flooded at that time by each resolution. The results of inundation analysiswas expected to suggest optimal method for building topographical data and resolution in order to exactly and effectively analyzeinundation. Consequentially, in case of applying for generated topographical data by combining DEM and digital map data and higherthan 4m resolution, the superior result was shown. 본 연구에서는 건물과 도로가 밀집되어 있는 도시지역의 2차원 침수해석을 실시할 경우 지형자료의 구축방법에 따른 흐름의 양상, 침수면적, 평균침수심과 최대침수심을 분석하였다. 지형자료의 구축방법은 대도시를 중심으로 구축되고 있는 LiDAR 측량을 이용한DSM(Digital Surface Model) 및 1:1,000의 수치지형도를 이용하는 방법, 그리고 수치지형도와 빌딩과 초목이 제거된 DEM(DigitalElevation Model)을 합성하는 방법을 적용하였다. 또한 위 지형자료의 구축방법으로 생성된 자료를 4 m, 8 m, 16m 해 상도로 추출하였다. 2010년 9월 21일 발생한 집중호우로 인하여 그 당시 침수피해가 발생하였던 삼성배수분구를 중심으로 침수해석을 실시하였으며도시지역에서 효과적으로 정확하게 침수해석을 실시할 수 있는 지형자료의 구축방법과 해상도를 제시하였다. 침수해석 결과, 수치지형도와 LiDAR 원시 자료로부터 보정된 DEM을 합성한 지형자료 중 4 m이하의 해상도가 2차원 침수해석시 상대적으로 정확한 것으로 나타났다.

사행하천에서의 흐름특성 비교에 관한 연구

손아롱,류종현,한건연 한국방재학회 2011 한국방재학회논문집 Vol.11 No.3

Levee failure cause the huge amount of damage to human and property. Overflow and erosion of levee are primary cause of a break in a levee but the analysis of breach pattern and impact is partially inadequate. The flow characteristics of meandering rivers are very important in field of river hydraulics that should be studied in practical viewpoints relating to river levee. In meandering the secondary flow that rotary direction is changed reciprocally occurs in three dimension is known. In this study flow characteristics of local river are considered and of meandering channels are analyzed using CCHE2D and FLOW3D. The stability and accuracy of models are examined comparing the measuring and analyzed data for the experimental channel and natural river(Namgang). Consequently, the flow characteristics in a meandering river are suggested precisely and it is essential that river levees having meandering river should be analyzed. 제방의 붕괴로 인하여 인명 및 재산상의 막대한 피해가 발생한다. 제방의 붕괴는 월류 및 침식에 의한 붕괴가 대부분을 차지하고 있으나 이에 대한 분석이 제대로 이루어지지 않고 있다. 사행하천에서의 흐름특성은 하천제방과 관련하여 실용적인 관점에서 연구하여야 하는 하천 수리학에서는 중요한 주제이다. 사행하천에서는 회전방향이 교호적으로 바뀌는 나선형의 흐름(2차류)이 3차원적으로 발생하는 것으로 알려져 있다.. 이에 본 연구에서는 2차원 CCHE2D모형과 3차원 FLOW3D모형을 이용하여 하천 만곡부에서의 흐름특성을 분석하고자 하였다. 가상 하도에 대하여 수리모형 실험의 실측치와 비교하여 모형의 정확성과 안정성을 검증하였다. 그리고 모형의 적용성 검토를 위해 남강댐 하류에 대하여 만곡부의 흐름특성(유속분포 및 최대유속경로, 수위분포, 2차류 거동, 편수위, 전단응력 분포 등)을 분석하였다. 그 결과 하천 만곡부에서의 수리적 특성을 보다 정확하게 제시할 수 있었으며 하천의 제방 안정성 평가시 사행하천에 관한 수리적 특성을 효율적으로 활용하고자 한다.

도시지역 도로 네트워크를 활용한 침수지역 예측에 관한 연구

손아롱,김병현,한건연,Son, Ah Long,Kim, Byunghyun,Han, Kun Yeon 대한토목학회 2015 대한토목학회논문집 Vol.35 No.2

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. In this study, the efficiency of two-dimensional inundation analysis using road network was demonstrated in order to reduce the simulation time of numerical model in urban area. For this objective, three simulation conditions were set up: Case 1 considered only inundation within road zone, while Case 2 and 3 considered inundation within road and building zone together. Accordingly, Case 1 used grids generated based on road network, while Case 2 and 3 used uniform and non-uniform grids for whole study area, respectively. Three simulation conditions were applied to Samsung drainage where flood damage occurred due to storm event on Sep. 21, 2010. The efficiency of suggested method in this study was verified by comparison the accuracy and simulation time of Case 1 and those of Case 2 and 3. The results presented that the simulation time was fast in the order of Case 1, 2 and 3, and the fit of inundation area between each case was more than 85% within road zone. Additionally, inundation area of building zone estimated from inundation rating index gave a similar agreement under each case. As a result, it is helpful for study on real-time inundation forecast warning to use a proposed method based on road network and inundation rating index for building zone.

도시지상-지하공간 통합침수해석모형(UFAM) 소개

손아롱,조재웅,최승용,김윤태,최성열,Son, A-Rong,Jo, Jae-Ung,Choe, Seung-Yong,Kim, Yun-Tae,Choe, Seong-Yeol 한국수자원학회 2016 물과 미래(한국수자원학회지) Vol.49 No.1

강남역 고해상도 침수예측정보 생산 및 평가

손아롱,최수민,윤성심,이병주,최영진 한국기상학회 2014 한국기상학회 학술대회 논문집 Vol.2014 No.10

실시간 자료지향형 예측과 2차원 수리해석을 연계한 도시침수 저감모형 개발

손아롱,한건연,Son. Ah Long,Han. Kun Yeun 한국방재학회 2014 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.1

최근 빈번하게 발생하고 국지성 집중호우와 같이 갑작스럽게 발생한 높은 강도의 강우에 의한 유출량에 적절하게 대처하기 위하여 실시간 배수펌프장 운영기법의 개발 및 내수침수 예측이 가능한 시스템 개발이 요구된다. 본 연구의 목적은 최근 빈번하게 발생하고 있는 도시지역에서의 집중호우로 인한 내수침수에 대비하기 위하여, 내배수 시설의 실시간 운영 알고리즘을 개발하고 이러한 도시홍수 대책의 효과를 분석 및 향후 내수침수 예측을 위하여 내수침수 해석 모형을 개발하고자 한다. 개발한 모형의 적용성을 검증하기 위하여 마포배수구역에 발생한 2010년 9월 호우사상에 대하여 적용하였다. 뉴로-퍼지 모형은 불필요한 입력자료의 수는 모형의 규칙수를 증가시키고 오차를 유발하므로 최소한의 입력자료를 구성하기 위하여 크게 시간적 매개변수와 공간적 매개변수로 나누어 모형을 개발하였으며 가장 작은 오차과 큰 결정계수를 가지는 모형을 최종적으로 선택하였다. 이전 시간의 입력자료로부터 현재 시간의 수위를 예측하고 예측된 현재 시간의 수위를 바탕으로 작동 펌프의 수를 산정해야 한다. 이 과정에서 최적의 작동 펌프의 수를 계산하기 위하여 최적화 기법으로 수정된 유전자 알고리즘을 적용하였으며 여러 제약조건과 목적함수를 만족시키는 작동펌프의 수를 도출하였다. 계산된 작동 펌프의 수는 뉴로-퍼지모형의 입력자료가 되어 다음 시간의 수위 예측이 가능하도록 한다. 마포배수구역에 적용결과 모든 배수펌프장에서 최고수위와 최저수위를 만족하는 결과를 얻을 수 있었으며, 잦은 펌프의 작동과 정지상태를 피하여 운영비 측면에서도 효과적인 결과를 얻을 수 있을 것으로 예상된다. 또한 뉴로-퍼지를 이용한 실시간 배수펌프장 내수위 예측 값을 경계조건으로 하여 개발한 2차원 통합침수해석 모형의 적용성을 검증하였다. 모의결과의 검증을 위해 침수실적도와 2차원 통합침수해석모형에 의해 계산된 침수면적간의 적합도 비교결과 70~80% 범위를 보였다. 뉴로-퍼지 모형을 직접 가동 배수펌프의 수 혹은 토출량을 결정하도록 알고리즘을 구성하지 않음으로서 데이터 기반모형이 가지는 한계점을 극복하고자 우선 배수펌프장의 내수위를 예측하였고 예측된 수위로부터 운전자의 판단이 반영될 수 있으며 배수펌프장의 재난 비상상황시 재해정보지도를 구축함으로서 주민들에게 정보를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

실시간 자료지향형 예측과 2차원 수리해석을 연계한 도시침수 저감모형 개발

손아롱,한건연 한국방재학회 2014 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.-

최근 빈번하게 발생하고 국지성 집중호우와 같이 갑작스럽게 발생한 높은 강도의 강우에 의한 유출량에 적절하게 대처하기 위하여 실시간 배수펌프장 운영기법의 개발 및 내수침수 예측이 가능한 시스템 개발이 요구된다. 본 연구의 목적은 최근 빈번하게 발생하고 있는 도시지역에서의 집중호우로 인한 내수침수에 대비하기 위하여, 내배수 시설의 실시간 운영 알고리즘을 개발하고 이러한 도시홍수 대책의 효과를 분석 및 향후 내수침수 예측을 위하여 내수침수 해석 모형을 개발하고자 한다. 개발한 모형의 적용성을 검증하기 위하여 마포배수구역에 발생한 2010년 9월 호우사상에 대하여 적용하였다. 뉴로-퍼지 모형은 불필요한 입력자료의 수는 모형의 규칙수를 증가시키고 오차를 유발하므로 최소한의 입력자료를 구성하기 위하여 크게 시간적 매개변수와 공간적 매개변수로 나누어 모형을 개발하였으며 가장 작은 오차과 큰 결정계수를 가지는 모형을 최종적으로 선택하였다. 이전 시간의 입력자료로부터 현재 시간의 수위를 예측하고 예측된 현재 시간의 수위를 바탕으로 작동 펌프의 수를 산정해야 한다. 이 과정에서 최적의 작동 펌프의 수를 계산하기 위하여 최적화 기법으로 수정된 유전자 알고리즘을 적용하였으며 여러 제약조건과 목적함수를 만족시키는 작동 펌프의 수를 도출하였다. 계산된 작동 펌프의 수는 뉴로-퍼지모형의 입력자료가 되어 다음 시간의 수위 예측이 가능하도록 한다. 마포배수구역에 적용결과 모든 배수펌프장에서 최고수위와 최저수위를 만족하는 결과를 얻을 수 있었으며, 잦은 펌프의 작동과 정지상태를 피하여 운영비 측면에서도 효과적인 결과를 얻을 수 있을 것으로 예상된다. 또한 뉴로-퍼지를 이용한 실시간 배수펌프장 내수위 예측 값을 경계조건으로 하여 개발한 2차원 통합침수해석 모형의 적용성을 검증하였다. 모의결과의 검증을 위해 침수실적도와 2차원 통합침수해석모형에 의해 계산된 침수면적간의 적합도 비교 결과 70~80% 범위를 보였다. 뉴로-퍼지 모형을 직접 가동 배수펌프의 수 혹은 토출량을 결정하도록 알고리즘을 구성하지 않음으로서 데이터 기반모형이 가지는 한계점을 극복하고자 우선 배수펌프장의 내수위를 예측하였고 예측된 수위로부터 운전자의 판단이 반영될 수 있으며 배수펌프장의 재난 비상상황시 재해정보지도를 구축함으로서 주민들에게 정보를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

서울지역 강우의 시·공간적 특성 분석

손아롱,한건연,배성환 한국방재학회 2013 한국방재학회논문집 Vol.13 No.3

In this study, kriging and moving average method were applied in order to comprehend temporal and spatial characteristics of rainfall in Seoul area. Errors were estimated depending on weights of weighted moving average model and exponential moving average model for analyzing temporal characteristics of rainfall. According to the results of the analysis of rainfall database of the Seoul Meteorology Station and AWS(Automatic Weather Station) by using the weighted moving average model having minimum errors, rainfall was concentrated in the summer months except for the rainy season and tend to increase the total amount of rainfall. The kriging was applied for analyzing spatial characteristics of rainfall and the spherical model well depicted spatial distribution of urban heavy rain in target area. And parameters were calculated and analyzed in accordance with rainfall intensity. The result show area-averaged rainfall using kriging reduced risk of overestimation of area-averaged rainfall using Thiessen weighting method. 본 연구에서는 서울지역에서의 강우의 시․공간적 특성을 파악하기 위하여 크리깅 기법과 이동평균법을 적용하였다. 강우의 시간적 특성을 분석하기 위하여 가중이동평균법과 지수이동평균법을 적용하여 각각의 가중치에 따른 오차를 분석하였다. 최소오차가 발생하는 가중이동 평균법을 이용하여 서울기상대와 AWS자료를 분석한 결과, 여름강우 중 장마를 제외한 나머지 기간에 강우가 집중되고 있으며, 강우량 또한 증가하는 추세를 보였다. 강우의 공간적 특성을 분석하기 위하여 크리깅 기법을 적용하였으며, 크리깅 기법 중 spherical model이 대상지역의 집중호우에 대한 공간적 분포를 가장 잘 묘사하였다. 그리고 강우강도에 따라 매개변수를 산정하여 비교하였다. 분석결과 크리깅 기법을 적용한 면적평균강우량이 티센가중법에 의한 면적평균강우량 산정으로 인한 과대추정의 위험을 줄일 수 있을 것으로 판단된다.

수공구조물의 건설로 인한 하상변동과 안정성에 관한 연구

손아롱,한건연,권택훈 한국방재학회 2013 한국방재학회논문집 Vol.13 No.3

하천의 유황 및 하상재료의 인위적인 변화에 의한 장기적인 하상변동 효과를 예측하고 분석하는 것은 하천계획 및 관리 면에서 매우 중요하다. 국내에서 수행된 하상변동 예측에 관한 연구들은 대부분 1차원 모형이므로 하천의 사행의 진행이나 유사의 횡방향 분포 등은 고려할 수 없다. 그리고 지류가 유입하는 합류 지점, 교량, 보 등의 다양한 수공구조물이 존재하는 경우 또는 하도 형상의 변화에 따른 국부적인 흐름의 변화 양상의 해석이 어렵다. 본 논문에서는 실제하천을 대상으로 2차원 흐름 및 하상변동 수치모형인 CCHE2D 모형을 이용하여 하상변동 수치모의를 수행 비교·분석 하였다. 모형의 타당성 검증을 위해 자연 하천인 낙동강 일선교 ~ 왜관 수위관측소 구간을 선정하였으며, 대상구간내의 수공구조물인 칠곡보에 대해 50년, 100년, 200년 빈도별로 모의를 실시하였다. 모의 결과, 보 직하류를 제외한 구간에서 칠곡보 건설전보다 퇴적이 많이 발생하였으며, 보 직하류 구간에서 다량의 침식이 있음을 보였다. 침식이 계속 진행된다면 보유실과 같은 심각한 결과를 초래할 수 있기 때문에 침식을 방지 할 수 있는 바닥보호공의 안정성을 소류력을 통하여 검토하였으며 빈도별 홍수량에 안정한 것으로 판단된다. In terms of river planning and management, it is very important to predict and analyze the effect of long-term variation of river bed led by artificial changes in the materials of river regime and river bed. The country's studies on the prediction of river bed variation, mostly using one-dimensional model, can not consider the meandering course of the river or similar transverse distribution, and they suitable for application in case of local change in the river flow. The thesis targeting real rivers implemented simulations and made a comparative analysis using CCHE2D model that is a numerical model for two-dimensional flow and river bed variation. To verify the validity of the model, the area was selected between Ilseongyo in Nakdong River and Waegwan water level observatory as a real natural river in which the simulations were conducted according to the frequency of 50 years, 100years, 200years at Chilgokbo. The results of this analysis presented that sedimentation highly increased in the area except for right lower reach and show that a great quantity of erosion happen for right lower reach. Because continuous erosion lead to serious problem like weir being washed, stability of measures against erosion like bed pitching was reviewed according to tractive force and the result show that the measures are stable.

바닥보호공 설치에 따른 하상변동 특성 분석

손아롱,김병현,문보람,한건연,Son, Ah Long,Kim, Byung Hyun,Moon, Bo Ram,Han, Kun Yeun 대한토목학회 2015 대한토목학회논문집 Vol.35 No.4

본 연구에서는 세굴방지를 위하여 설치된 바닥보호공의 영향을 고려한 흐름특성 및 하상변동에 관한 연구를 수행하였다. 대상지역은 낙동강유역의 합천창녕보가 포함된 현풍 수위관측소에서부터 마수원 수위관측소까지의 구간이며, CCHE2D 모형을 적용하기 위하여 2010년 태풍 '곤파스'사상을 대상으로 검 보정하였다. 바닥보호공에 대한 영향을 분석하기 위하여 빈도별 호우사상(50년, 100년, 200년)에 대해 세 가지의 모의조건(Case 1, 2, 3)을 구성하였으며, Case 1은 보가 설치되기 이전의 조건, Case 2는 보가 설치된 이후의 조건, Case 3는 바닥보호공을 고려한 조건이다. 보의 설치로 인하여(Case 2) 고정보 및 전도게이트형 가동보 구간에는 퇴적량이 증가하였고, 리프트게이트형 가동보 구간은 높은 수위차로 인하여 보를 건설하기 이전(Case 1)보다 더 많은 세굴이 발생하였다. Case 3은 바닥보호공의 영향으로 보 직하구간(30m)에서 세굴이 발생하지 않았다. 그러나 바닥보호공이 설치되지 않은 보 하류구간(60m 이상)에서는 보가 설치되기 이전 조건(Case 1)보다 더 많은 세굴이 발생하였다. 이와 같은 결과를 통하여 본 연구결과는 실제 보에 대한 하상변동 예측과 보의 관리 및 운영에 대한 도움을 줄 수 있을 것으로 판단된다. This study presents the analysis of flow and bed change characteristics considering bed protection work built on the immediate downstream of weir to protect river bed from scouring. The study area is 37km reach from Hyunpoong station to Masuwon station including Hapcheon- Changryoung multi-function weir in the Nakdong river. CCHE2D model is calibrated and validated for evaluating the flow and bed change characteristics during Typhoon Kompasu in 2010. Three simulation conditions are set up: Case 1 is a natural channel without installation of weir. Case 2 involves an installation of weir in the natural channel. Case 3 involves an installation of weir with bed protection in the natural channel. Flood frequency (50, 100 and 200yr) is applied to each scenario to analyze the effects of bed protection work. While the sediment rate is increased in the downstream of fixed gate and sluice-type gate, river bed scouring rate is increased in the downstream of lift-type gate in Case 2 comparing with the results of Case 1. The river bed scouring is not occurred in the immediate downstream of weir (~30m) due to the effect of bed protection, but larger amount of sediment is occurred in the downstream of weir (60m~) which the bed protection is not installed comparing with the results Case 1. Through the results of simulation considering bed protection work, this study would be helpful to expect bed change and operate the weir as well as manage.