도심 단기 강우 특성을 반영한 복합터널 침수저감 효과 분석

장종환 대진대학교 대학원 2026 국내박사

최근 기후변화에 따른 기후적 비정상성이 심화되면서, 과거의 설계빈도를 상회하는 단시간 고강도 집중호우 발생 빈도와 강도가 급격히 증가하고 있다. 특히, 서울과 같이 밀도가 높은 도심지역은 급격한 도시화로 인해 불투수 면적의 확대와 맞물려, 강우가 발생하면 도달시간이 단축되고, 첨두 유출량의 증대라는 수문학적 변화를 겪고 있다. 과거에 하천을 복개하여 형성된 시가지나 노후 관거가 밀집된 지역에서는 하수도 시스템의 통수능력 부족과 중력식 배제 방식의 한계가 중첩되어 내수침수 위험이 가중되고 있는 실정이다. 이러한 복합적인 배수체계의 과부하 문제는 기존의 선형적인 관거 개량만으로는 대응에 한계가 있다. 이에 따라, 대규모 유출수를 일시적으로 저류하고, 외수로부터 신속히 배제할 수 있도록 설계된 복합터널이 도시의 홍수방어 시스템의 핵심적인 대책으로 대두되고 있다. 이에 본 연구에서는 서울특별시 동작구, 서초구, 관악구에 걸쳐 형성된 사당천 유역의 상습 침수 문제를 해결하기 위해 제안된 이수-과천 복합터널의 수리학적 적정성을 정량적으로 평가하였다. 최근의 극한 강우 사상을 반영하기 위해 대상 유역 인근 기상관측소의 2010년부터 2024년까지의 시우량 자료를 수집하고, 재현 기간별 확률강우량을 산정하였으며, Thiessen 가중법을 적용하여 유역 평균 강우량을 산출하였다. 설계 강우의 시간 분포는 강우 후반부에 첨두 유출량이 발생하여 하수도 시스템에 최대 부하를 유발하는 Huff의 3분위 누가곡선을 적용 하였다. 또한 구축한 수문 시나리오를 통해 유역 전반의 유출 및 배수과정을 해석하기 위해 수치해석 모델인 XP-SWMM을 구축하였다. 해당 모형을 통해 지표 유출량 산정은 물론, 복잡한 도심지 내 관거의 흐름과 복합터널의 핵심 기능인 저류와 배제 과정을 통합적으로 모사한 구조적인 대책으로서 복합터널의 홍수방어 성능과 수리적 타당성을 다각도로 검토하였다. 분석 결과, 현재 관거 체계는 10년 재현기간 강우에서도 침수가 발생하여, 30년 빈도 강우 발생시 사당역 및 이수역 일대에서 침수면적 약 49 ha가 발생 하는 것으로 나타났다. 복합터널의 수리적 안정성 검토 결과, 복합터널 설치 시 에는 전체 침수면적이 33.3~84.2% 이상 감소함을 확인하였으며, 첨두유출의 저감과 침수 지속시간이 단축되어 저류– 배제 병행 운영에 따른 침수 저감 효과가 있음을 확인하였다. 관거개선과 병행할 경우 특정 지속시간에서는 지류 유입 집중으로 인한 터널 저류 용량 포화가 일시적으로 발생하였다. 사당천 유역의 관거 개선을 통해 지류 관거의 통수능 부족으로 발생하던 침수가 저감 되었으나, 사당천 본류로 유입이 집중되면서 빗물 배수터널의 설계 저류 용량에 도달하여 일부 물량을 처리하지 못해 사당천 인근 지역에서 침수가 재발할 수 있는 가능성을 보여주었다. 이와 같은 분석 결과는 복합터널이 도심지 침수 저감을 위한 핵심 기반시설 로서 기능할 수 있음을 실증적으로 보여주며, 향후 실시간으로 제어하고, 유역 연계가 가능한 광역 복합배수체계로 발전시킬 필요가 있으며, 본 연구는 도시 홍수 대응을 위한 통합형 수문 인프라의 설계 및 운영 전략 수립에 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 저류조나 펌프장 등 추가적인 방재시설의 설치와 함께, 복합터널의 유입제어 및 단계별 배수 운영 방안을 제시하여 침수 발생을 보완하는 후속 연구가 필요할 것으로 판단된다. Recent intensification of climatic non-stationarity associated with climate change has led to a rapid increase in both the frequency and intensity of short-duration, high-intensity rainfall events that exceed historical design standards. In high-density urban areas such as Seoul, accelerated urbanization has expanded impervious surfaces and altered hydrological responses, leading to shortened times of concentration and increased peak runoff during rainfall events. In areas characterized by covered streams and aging sewer networks, limitations in conveyance capacity and reliance on gravity-based drainage systems have exacerbated pluvial flood risks. Under such conditions, conventional linear sewer rehabilitation alone is insufficient to address the complex overload of urban drainage systems. Accordingly, complex tunnel systems capable of temporarily storing large runoff volumes while rapidly discharging them to receiving waters have emerged as a key structural countermeasure for urban flood mitigation. This study quantitatively evaluates the hydraulic suitability of the Isu–Gwacheon complex tunnel proposed to mitigate recurrent flooding in the Sadangcheon watershed, which spans Dongjak-gu, Seocho-gu, and Gwanak-gu in Seoul, Republic of Korea. To reflect recent extreme rainfall characteristics, hourly rainfall records from nearby meteorological stations covering the period 2010–2024 were collected and used to estimate design rainfall depths for multiple return periods. Areal average rainfall was derived using the Thiessen weighting method, and the temporal distribution of design storms was represented by the third-quartile Huff cumulative rainfall curve, which induces peak runoff in the latter part of storm events and imposes maximum loading on urban drainage systems. An integrated hydrologic–hydraulic model was developed using XP-SWMM (Storm Water Management Model) to simulate surface runoff generation, sewer network hydraulics, and the combined storage–conveyance behavior of the complex tunnel system. Simulation results indicate that the existing sewer system experiences inundation even under a 10-year return period rainfall event. Under a 30-year design storm, an inundated area of approximately 49 ha was predicted in the vicinity of Sadang and Isu Stations. Hydraulic evaluation of the proposed complex tunnel demonstrated that its installation reduces the inundated area by approximately 33.3–84.2%, depending on rainfall frequency and duration. In addition, attenuation of peak runoff and shortening of inundation duration were confirmed, indicating that the combined storage–discharge operation of the complex tunnel provides effective inundation mitigation. However, when sewer rehabilitation was implemented concurrently with the complex tunnel, temporary saturation of the tunnel’s storage capacity occurred under specific storm durations due to concentrated tributary inflows. While sewer improvements effectively reduced flooding caused by insufficient tributary conveyance, the resulting concentration of inflow into the Sadangcheon main channel led to renewed inundation in adjacent areas once the tunnel’s design storage capacity was exceeded. Despite these limitations, the analysis demonstrates that the complex tunnel can function as a key infrastructure for urban flood mitigation. The results further indicate the need to advance toward a wide-area integrated drainage system incorporating real-time control and inter-basin connectivity. The outcomes of this study provide fundamental reference data for the design and operational planning of integrated hydrologic infrastructure for urban flood risk management. In addition, further studies are required to enhance system resilience under extreme rainfall conditions through the implementation of supplementary flood control facilities, such as additional storage reservoirs or pump stations, as well as refined inflow control and staged operational strategies for the complex tunnel.

GSSHA 모형을 활용한 미계측 유역 홍수량 산정과 임진강 하류 수리학적 홍수추적

조준원 대진대학교 대학원 2022 국내박사

최근 우리나라는 기후변화의 영향으로 여름철 집중호우로 인한 홍수규모와 빈도가 점차 증가하고 있는 추세로 침수피해를 예측하고, 대비하는 것은 매우 중요하다. 특히, 임진강은 약 66.7%가 북한에 포함되어있는 유역으로 관리하지 못하는 특수한 상황으로 과거에도 예고 없는 무단 방류로 인해 하류에 큰 피해가 발생한 사례가 다수 있고, 최근 2020년 8월에는 기왕최대강수량이 발생하여 유역 하류부에 큰 홍수가 발생하는 등 치수적인 관점에서 예측과 대비에 대한 불확실성이 크다. 이에 본 연구에서는 북측을 포함한 임진강 전체 유역을 대상으로 기존 확률강우량 산정 방법의 한계점과 개선사항을 분석하여 WMO에서 GTS를 통해 12시간 누적 자료로 제공하는 북측 관측소를 대상으로 시간 자료로 분포시키는 방법을 제시하고, 이를 적용하여 강우 빈도 해석을 실시하였다. 산정된 강우 자료를 바탕으로 분포형 강우-유출 모형인 GSSHA를 활용하여 100년 빈도와 기왕최대홍수량을 비교·검토 하였으며, 2차원 수치 모형인 HEC-RAS 2차원 모형에 미국지질조사국(USGS)의 댐 붕괴기준을 적용시켜 최대 유입 홍수량을 산정하였다. 마지막으로 HEC-RAS 1차원 부정류 모의를 통해 주요지점 댐 붕괴 시나리오에 따른 하류부 홍수위 분석을 실시하였고, 2차원 모의를 통해 침수해석을 실시하였다. 분석결과, 황강댐과 봉래댐, 황강댐 동시 붕괴 조건에서 군남홍수조절지에서 홍수도달시간을 1~4시간 늦출 수 있지만 제방고를 범람하여 임진강 유역에 홍수가 발생하는 것으로 분석되었다. 또한 홍수범람모의 결과, 비룡대교 수위관측소 하류지점부터 한강 합류지점까지 지류인 문산천을 범람하여 파주 도심지역과 사천 상류 지역인 개성공업지구까지 침수피해가 발생하는 것으로 분석되었다. 본 연구에서 제시한 임진강 유역 확률강우량 산정 방법을 적용하고, 분포형 강우-유출 모형인 GSSHA를 활용한다면 미계측 유역에서 정확한 확률홍수량을 산정할 수 있을 것이고, 주요 지점 홍수위 분석과 침수해석을 통해 하천 주요지점의 적절한 치수관리에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

Hydrological Simulation for Impact Assessment of Kaeng Sue Ten Dam in Thailand

Sasipat Apichitchat 忠南大學校 大學院 2014 국내석사

1980년부터 관개와 홍수저감을 위해 큰 댐건설 프로젝트인 “Kaeng Sue Ten(이하 KST)" 이 계획되었으며, 위치는 태국 Yom강 상류지역인 Phrae 주의 Song 지역이다. 하지만 환경파괴와 비정부단체(NGO)의 반대로 중지되었으며, 지금까지 착공되지 못하고 있다. 그러므로 이 지역 환경문제의 이해를 돕기 위해 Yom강 상류에 건설예정인 댐에 대한 평가에 노력을 기울여야 한다. Yom강에 건설예정인 댐의 영향을 분석하기 위하여 댐건설에 따른 계절별 유출량과 부유사 이동 변화를 1995년(Yom 강에 최대 유량이 발생한 대표 연도) 및 2001년(Yom 강에 평균 유량이 발생한 대표 연도) 자료를 사용하여 수문모의 하였다. 수문모의를 위하여 분포형 흐름 추적 모형인 1K-FRM(1-km distributed flow routing model)을 사용하였는데, 이 모형은 일본 교토대학에서 개발한 분포형 수문 모형으로써 동파이론을 기본으로 하고 있다. 모형 평가를 위하여 미공병단의 HEC-RAS를 사용하여 결과 값을 비교하였다. 모형 평가지표로는 NSE(Nash-Sutcliffe Efficiency), PEP(Percentage Error in Peak) 그리고 RSR (RMSE-observations standard deviation ratio)을 사용하였다. 일별 강수량 자료는 Yom강 유역 전역에 걸친 18개 관측소 자료를 사용하였으며, RID(Royal Irrigation Department)에서 제공받았다. 강수량 자료를 HEC-HMS 입력자료로 사용하기 위하여 티센폴리곤을 사용하였다. 1K-FRM 모형에서 초과 강우는 NRCS Runoff Curve Number 방법을 사용하여 계산하고, HydroSHED 자료(30초 단위 디지털표고 및 흐름방향 데이터)는 지형자료 정보에 활용된다. 입력자료에 따른 계절별 유출량 변화를 지정된 제어지점(1K-FRM : 5지점, HEC-RAS : 3지점)에서 계산하였다. 유사량은 세 관측소에서 월단위로 채취된 부유사 및 관측 유량 관계로부터 작성된 유량 유사량 곡선을 사용하여 계산하였다. 최종적으로 모의된 연간 유출량과 유량 유사량 곡선을 사용하여 연구 지역의 연간 유샤량을 추정하였다. 두 모형의 검보정 결과 Yom 강의 NSE 및 RSR 값에 대하여 IK-RPM 모형이 보다 우수함을 나타내었다. 반면에 PEP 값은 두 모형에 대하여 거의 같은 결과를 나타내었다. Yom 강 유역에 댐이 건설되는 경우 이에 따른 영향을 분석하는 모형으로써 1K-FRM 모형이 적합하다고 판단되는데, 그 이유는 유역이 크고 유역 전반에 걸쳐 매개변수의 변동이 크기 때문이다. 유역 내 임의의 시간과 공간에서 하천유량을 모의하기 위해서는 공간적으로 분포(격자 기반)된 수문 모형이 필요하다. 그러므로 1K-FRM 모형 내부의 분포된 매개변수들은 Yom 강 유역 전반에 걸쳐 발생하는 수문학적 과정의 변화를 구분하는 데에 적합하다. 댐건설 후 및 1995년 조건(고수위 유량)으로 모의운영을 하는 경우, 홍수기에서 적당한 유량 감소(HEC-HMS의 경우 최대감소량은 31.5%, 1K-FRM의 경우 최대감소량은 21.8%)를 나타내었고, 갈수기에서 적당한 유량 증가(HEC-HMS의 경우 최대증가량은 40.0%, 1K-FRM의 경우 최대증가량은 38.4%)를 나타내었다. 다음으로 2001년 조건(저수위 유량)으로 모의운영 하는 경우, 홍수기에서 약간의 유량 감소(HEC-HMS의 경우 최대감소량은 13.2%, 1K-FRM의 경우 최대감소량은 11.3%)를 나타내었고, 갈수기에서 약간의 유량 증가(HEC-HMS의 경우 최대증가량은 17.8%, 1K-FRM의 경우 최대증가량은 14.0%)를 나타내었다. 요약하면, 1995년 연간 최대 유량에 대하여 댐건설이 미치는 영향은 2001년 유량에 비하여 상당히 크며, 이는 KST를 운영할 경우 저수위 유량보다 고수위 유량에 대하여 미치는 영향이 더 큼을 나타낸다. 댐 건설 후 1995년 연간 유사 이동량은 Y.14 및 Y.6 관측소에서 부유유사 수치가 기존 수치 대비 각각 9.7% 및 4.0% 감소한 반면 Y.16 관측소에서 2.2% 증가하였는데, 이는 관측소가 유역의 하류에 위치하기 때문이다. 같은 조건의 2001년 결과로 Y.14 및 Y.6 관측소에서 부유사 이동량은 기존 수치 대비 각각 2.0% 및 3.0% 감소하였고, Y.16 관측소에서 1.0% 증가하였다. 이후 Yom 강에서 연간 퇴적량을 추정하였다. 이 결과 상류측에서 하상 저하가 발생하였고, 고수위 유량에서 하상 증가는 하류에 영향을 미치는 것을 알 수 있었는데 그 이유는 하류의 위치 때문이다. 대조적으로 2001년 에는 상류와 하류에서 모두 하상이 증가하였다. 향후 연구로는 수문모형의 합리적인 매개변수를 추정하는 방법이 중요하며, 최적화기법을 적용하는 Shuffled Complex Evolution(SCE-UA) 기법 등을 적용 할 수 있다. From 1980, large dam project “Kaeng Sue Ten” for irrigation and flood mitigation at Song district in Phrae province on the upstream of the Yom River in Thailand, has been stopped because of the destruction of the ecosystem and the dissent of Non-Governmental Organization (NGO). Until now, the Kaeng Sue Ten (KST) dam has not been launched yet. Therefore, we tried to evaluate the effect of a new dam construction on the Yom River to aid understanding of these watershed environmental issues. To analyze the effect, the change of the seasonal discharge and suspended sediment transport induced by dam construction at the Yom River are investigated using hydrological simulations for the event occurred in 1995 (representative year of the great flood in the Yom River) and 2001 (representative year of the normal flow in the Yom River). For hydrological simulations, the 1-km distributed flow routing model (1K-FRM), which is a distributed hydrologic model based on kinematic wave theory and is developed by Kyoto University, Japan was selected. To evaluate the model capabilities, Hydrologic Modeling System (HEC-HMS) of the U.S. Army Crops of Engineers was chosen in order to compare the output of models. Then, to check the performance of the models, Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE), Percentage Error in Peak (PEP), and RMSE-observations standard deviation ratio (RSR) are utilized. The daily rainfall data were collected from 18 stations throughout the Yom River Basin, which obtained from the Royal Irrigation Department (RID). To use precipitation data as an input data for HEC-HMS model, Thiessen polygons and precipitation data at each station are utilized. For 1K-FRM model, excess rainfall data is estimated by the NRCS Runoff Curve Number method, and HydroSHED data (30-second digital elevation and flow direction data) is utilized for topographic information. We calculate seasonal change of water discharge at designated outlets (five outlets in 1K-FRM and three outlets in HEC-HMS) based on the constructed input. Sediment loads at three gauging stations were estimated by the sediment rating curves, which are established from the finite samples composed of the monthly measured suspended sediment loads and the observed discharge at each gauging station. Finally we estimated annual sediment load along the study reach using both of the simulated annual hydrograph and the sediment rating curves. From the calibration and verification processes of two models, the 1K-FRM model shows better performance at the Yom River for NSE and RSR values. On the other hand, PEP values are almost same in both applications. It can be concluded that 1K-FRM model is a suitable model to evaluate the impact after dam construction in the Yom River Basin because the Yom River Basin is a large basin which has a variation of parameters across the watershed. It needs a spatially distributed (grid based) hydrologic model to perform continuous time simulation of river flows at any time step and at any location in the catchment. Therefore, the distributed parameters in 1K-FRM model is suitable to discriminate between changes in hydrologic processes of the Yom River Basin that occur throughout the basin area. In the case that the simulation conditions are same with 1995 (high-water year), after construction of dam, there was a moderate decrease (maximum decrease is 31.5% in HEC-HMS and 21.8% in 1K-FRM) of discharge in wet season and moderate increase (maximum increase is 40% in HEC-HMS and 38.4% in 1K-FRM) of discharge in dry season. Then, in the case that the simulation conditions are same with 2001 (low-water year), there was a small decrease (maximum decrease is 13.2% in HEC-HMS and 11.3% in (maximum increase is 17.8% in HEC-HMS and 14% in 1K-FRM) of discharge in dry season. In short, the impact of dam construction to the annual maximum discharge in water year 1995 was significantly larger than in water year 2001, indicating that the operation of KST will affect the discharge in high-water year more than in low-water year. The annual sediment transport showed that in water year 1995, after dam construction, the suspended sediment load decreased to about 9.7% and 4% from its former value at Y.14 and Y.6 stations, respectively, whereas the suspended sediment load at Y.16 station increased to 2.2% because the station is located at the downstream of basin. The corresponding results shows in water year 2001, the sediment transportation decreased 2% and 3% at Y.14 and Y.6 stations, respectively and increased to about 1% at station Y.16. After that, we estimated the annual sediment budget at the Yom River. We found that bed degradation could occur in the upper regime and the bed aggradation could affect in the lower regime in high-water year due to its downstream location. In contrast, both of the upper and lower regimes show an occurrence of bed aggradation in water year 2001. For further study, it is very important to estimate the reasonable parameters for a hydrologic model with the optimization methods such as the Shuffled Complex Evolution (SCE-UA) method.

사면구조 격자기반 모형의 홍수범람해석 적용성 평가

이대업 忠南大學校 大學院 2013 국내석사

최근 이상기후로 인해 홍수 등 자연재해의 강도 및 빈도가 증가하고 있다. 2002년 태풍 루사, 2003년 태풍 매미 등 집중호우에 따른 대규모 홍수로 인해 인명 및 재산피해의 급격한 증가가 나타났으며, 이는 불규칙한 기상변화에 대한 기존의 방재대책과 홍수예측시스템의 한계를 보여주고 있다. 이러한 이상홍수에 효율적으로 대응하기 위해서는 홍수범람 양상을 정확하게 모의할 수 있는 범람모형을 통해 효과적인 대응방안 마련하는 것이 중요하지만 기존의 홍수범람해석모형은 해석시간의 과다소요 및 해석결과의 정확성 등의 문제가 존재한다. 따라서 본 연구에서는 2002년 8월 집중호우로 인해 붕괴된 낙동강 유역의 백산제를 대상으로 쿼드트리격자를 사용하는 Gerris모형을 이용하여 홍수범람해석을 수행하였으며, 기존의 홍수범람모형 중 비구조격자를 사용하는 FLUMEN모형 및 실제 범람지역과의 비교를 통해 쿼드트리 격자기반 홍수범람모형의 적용성 및 효율성을 판단하고, Gerris모형의 치수경제성분석에 대한 적용성을 판단하였다. Lately, intensity and frequency of natural disasters such as flood are increasing because of abnormal climate. Casualties and property damages due to large-scale floods such as Typhoon Rusa in 2002 and Typhoon Maemi in 2003 rapidly increased, and it shows the limits of the existing disaster prevention measures and flood forecasting systems * A thesis submitted to the committee of Graduate School, Chungnam National University in a partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science in Civil Engineering conferred in February 2013. regarding irregular climate changes. In order to efficiently respond to extraordinary flood, it is important to provide effective countermeasures through an inundation model that can accurately simulate flood inundation patterns. However, the existing flood inundation analysis model has problems such as excessive take of analysis time and accuracy of the analyzed results. Therefore, this study conducted a flood inundation analysis by using the Gerris model that uses quadtree grid, targeting the Baeksan Levee in the Nakdong River Basin that collapsed because of a concentrated torrential rainfall in August, 2002. Through comparisons with the FLUMEN model that uses unstructured grid among the existing flood inundation models and the actual flooded areas, it determined the applicability and efficiency of the quadtree grid-based flood inundation model and the applicability of the flood control economic analysis of the Gerris model. The results drawn from the study above is like the following. 1. As the result of conducting a flood inundation analysis, Gerris showed simpler input and output data processing than FLUMEN. In fact, Gerris required approximately 30 minutes and FLUMEN approximately 8 hours for the time of flood inundation analysis, so the flood inundation analysis by quadtree grid shortened more time than the existing unstructured grid. 2. As the result of conducting the flood inundation analysis, a difference occurred in the results of inundation area and inundation depth of the Gerris and FLUMEN models. For only the difference in the area, the FLUMEN model showed closer value to the actual inundation area than the Gerris model, but the Gerris model reflected the form of the actually inundated geographical features well, so it was determined that the results of the flood inundation analysis that used the Gerris model’s quadtree grid were valid. 3. As the results of determining the applicability regarding the flood control economic analysis through the Gerris model, it was difficult to apply to the areas where the inundation depths were less than 1m. However, regarding the areas where the inundation depths were deeper than 1m, since probability of damage is determined based on the inundation depth, it is possible to calculate the damage and probability of damage, and since flood control economic analysis regarding damage by large-scale flood is important, it was determined that the applicability regarding the flood control economic analysis of the Gerris model was valid. Thus, the quadtree grid of the Gerris model has a huge advantage that it can shorten the time of input and output data processing and flood inundation analysis, and it applied the geographical features relatively correctly. For the analysis results as well, it showed relatively correct results, closer to the actual inundation patterns. It also has an advantage that it can conduct analysis, targeting even larger areas than the FLUMEN model could do, which has limits on the number of grid, so it is judged that it will have high utilization in establishing a flood inundation forecasting system. However, when the areas targeted for analysis become too large, the simulation time will take longer and inefficient results can come. Therefore, in order to apply it to the actual flood inundation forecasting system, sufficient simulation must be performed targeting various areas and flood events so that the basin can be efficiently divided and analysis conducted.

用水供給을 考慮한 가뭄監視 및 氣象學的 가뭄展望

고양수 忠南大學校 2011 국내박사

To efficiently manage droughts, a rapid change in crisis management is required from rehabilitation to preparedness. The objectives of this study are to analyze drought characteristics by investigating the trends of droughts and to develop a drought monitoring method which also takes into consideration water supply systems of study area through water management organizations. Additionally, a drought outlook method has been developed which calculates SPI and PDSI as a meteorological drought index, taking advantage of an ensemble of techniques in climate models using mid and long-term weather forecasting dataacquired from APCC. Through the development of a drought monitoring and drought outlook method, damages due to droughts can be reduced and disasters can be prevented. Using monthly SPI data from the period of 1980∼2009, annual, seasonal, and monthly trends have been estimated by applying the Mann-Kendall method to the Han River, Geum River, Nakdong River, Youngsan River and Sumjin River Basins. With the results from SPI(3), SPI(6) and a trend analysis, drought characteristics of river basins can be understood. This study also evaluates droughts using SPI, PDSI, and MSWSI, which are used worldwide, referring specifically to 1994, 1995 and 2001 drought damage surveys. In conclusion, the SPI and PSDI methods do not consider water supplies through water supply infrastructures such as dams and reservoirs. Though the MSWSI method considers water supply infrastructure, this method is difficult to apply in real drought situation because of its lack of accuracy and complexity in calculating rainfall, reservoir storage, stream flow and groundwater levels. This study established the importance of a drought index which can be used in real drought disaster situations and the study also emphases ways to find drought threshold factors depending on each region and area under consideration. Finally, this study developed a concept of drought monitoring in which the region is divided into areas with municipal water supply, areas with agriculture water supply, areas with groundwater effects, areas with stream flow effects and areas with no effects. This study also suggests the use of an appropriate drought index according to the classification of the region. This drought monitoring method makes use of information obtained through TM from measurement stations like multipurpose-dams, agricultural dams, weather stations, rainfall stations, groundwater stations and water level stations. From now on, it is possible to accurately predict droughts by specifying trigger levels at monitoring points through continuous monitoring. For predicting droughts, it is important to acquire reliable weather forecasting data to ensure better and more accurate drought analyses. According to similar studies, drought forecasting used past weather data, scenario assumptions, El-Nino, etc., to predict droughts. At present, most climate prediction models do not have good predictive capabilities for abnormal weather phenomena such as floods and droughts. So, establishment of reliable weather prediction techniques and drought outlook methods is imperative. When dam operators make plans for dam operations and countermeasures for droughts, they take into consideration the average precipitation by frequency and inflow. But the use of past recurring data might not be reliable because of climate changes and abnormal weather events which could have different patterns in the future. A Drought Outlook Map, therefore, with meteorological drought prospects was made by analyzing SPI and PDSI through the acquisition of downscaled weather data at observatory points, which is used for generating mid and long-term data (1∼3 months) by APCC. Drought monitoring and outlook techniques used in this study are more sophisticated drought evaluation techniques. But we need more detailed information and analysis that is reliable and accurate in real situations for disaster management of problems such as droughts. In the future, it is important to prepare for droughtsby developing a rainfall runoff watershed model which considers a drought information system. 효율적인 가뭄관리를 하기 위해서는 사후복구차원의 위기관리(Crisis management)에서 사전예방차원의 위험관리(Risk management)로 전환이 시급한 상황이다. 본 논문에서는 우리나라 가뭄의 경향성을 파악하여 가뭄특성을 분석하였으며, 물관리 전문기관에서 사용할 수 있는 실질적인 용수공급을 고려한 가뭄감시기법을 개발하였다, 또한 APCC 중장기 기상전망자료(1~3개월)의 수집 및 모델간 앙상블 기법을 이용하여 SPI와 PDSI를 산정하여, 기상학적으로 가뭄을 전망하는 방법을 개발하였다. 이런 가뭄감시 및 가뭄전망기법의 개발을 통하여 가뭄재난을 예방하고 피해를 경감할 수 있도록 하였다. (1) 1980년~2009년까지 30년간의 월별 SPI를 이용하여 한강, 금강, 낙동강, 영산강, 섬진강 유역을 대상으로 Mann-Kendall 검정을 실시하여 연평균, 계절별, 월별 경향성을 분석하였다. SPI(3)과 SPI(6)의 가뭄경향성 산정결과, 지속기간에 따른 유역별 가뭄경향 특성을 파악할 수 있었다. 또한 현재 국내․외에서 가장 많이 가뭄모니터링에 활용되고 있는 SPI, PDSI, MSWSI를 이용하여, 가뭄 연도별 가뭄 피해지역이 정확하게 조사된 1994, 1995, 2001년 기준의 가뭄을 평가하였고, 기존의 가뭄지수를 이용한 가뭄모니터링 및 평가방법에 대해서 검토하였다. 검토결과, SPI와 PDSI는 수리시설물로 인한 가뭄의 극복에 대한 직접적인 고려가 어려움을 알 수 있었고, MSWSI는 수리시설물이 고려되지만 수문인자에 대한 가중치를 부여하여 다양한 수문인자를 복합적으로 사용하여 산정함으로 지수의 정확도가 결여되어 재난으로써 가뭄의 모니터링 및 관리에 대한 효과적인 대응이 어려움을 알 수 있었다. (2) 이와 같은 문제점으로 인하여 실제 재난 개념에서의 활용이 가능한 가뭄지수가 필요하며, 이를 위하여 실제 지역에서 가장 가뭄이라고 느낄 수 있는 가뭄요소을 찾아내는 것이 중요하였다. 따라서 생공용수가 공급되는 지역, 농업용수가 공급되는 지역, 지하수가 공급되는 지역, 하천수의 영향을 받는 지역, 용수공급의 영향이 미미하여 기상학적으로 고려해야 하는 지역 등으로 지역을 분류하여 특성에 맞는 가뭄지수를 제시하는 것이, 가장 국민들이 느끼는 재난의 대비를 위한 가뭄모니터링 체계로 적합하다고 생각되었다. 따라서 현재 전국의 실시간으로 취득 가능한 다목적댐, 용수댐, 농업용저수지, 기상관측소, 강우관측소, 지하수위관측소, 수위-유량관측소 등을 최대한 반영하여, 실질적인 수리시설물의 용수공급능력을 고려한 통합가뭄지수 IDI(Intergrated Drought Index)를 개발하였다. 실제 모니터링되고 있는 자료와 관측된 자료가 영향을 미치는 지역에 대해서 표현하게 함으로써, 실시간으로 취득 가능한 자료로써 최대한 표현할 수 있는 가뭄을 표현하고자 하였다는 장점이 있으나, 향후 지속적인 모니터링을 통하여 모니터링 지점별 가뭄에 대한 Trigger Level을 지정해 줌으로써 좀 더 정확한 가뭄모니터링이 가능할 것으로 생각된다. (3) 가뭄의 경우에 현재의 기상 예측 자료만을 이용하여 예측하는 것이 불가능하며, 가뭄을 전망하기 위해서는 여러 가지 형태의 기상자료와 함께 가뭄지수가 동시에 예측되어야만 가능하기 때문에, 상당한 불확실성을 내포하게 된다. 기존의 가뭄전망 연구들이 단순히 강수량을 가정하거나 시나리오를 기반으로 가뭄을 전망하는데 그치고 있으며, 수문 및 기상자료의 예측을 이용한 연구 보다는 대부분이 가뭄주기 및 엘리뇨 현상을 이용한 가뭄의 예측이 주를 이루고 있다. 현재 대부분의 기후예측모델은 예측성이 낮아 홍수와 가뭄 등 이상기후 현상에 대한 대처 능력이 부족한 실정이며, 이에 따른 기후예측 기술개발이 요구되고 있는 상황이며 이를 활용한 가뭄전망기법의 구축이 시급한 실정으로 검토되었다. 또한 기존에는 댐운영계획 및 가뭄대처 계획수립시 예년평균 강수량, 빈도별 강수량 및 유입량을 고려하였으나, 기후변화와 이상기후로 인하여 과거의 재현사상의 반영은 신뢰도가 많이 결여된다고 할 수 있다. 따라서 APCC에서 제공하는 강수와 온도의 중장기 기상전망자료(1~3개월)를 이용한 기상관측소 지점의 Downscaling을 통한 물리적 기반의 기상자료를 취득하고, 이를 통하여 SPI와 PDSI를 산정하여 기상학적 가뭄전망과 가뭄전망도(Drought Outlook Map)을 작성하였다. 현재 본 연구를 통한 가뭄의 모니터링 및 전망은 매우 높은 수준이라고 할 수 있다. 그러나 가뭄으로써 재난의 관리를 위하여 좀 더 상세한 정보와 현실에 가까운 분석이 필요하며, 이를 위해서는 유출모델을 활용한 관측이 되지 못하는 지점에 대한 추정과 향후 강수전망기능을 활용한 유출 전망도를 추가함으로써 실제 물순환을 구현하고, 가뭄에 완벽하게 대비할 수 있는 체계를 갖출 수 있을 것이다.

도시화율과 강우 특성을 고려한 대심도 배수터널의 침수 저감 효과 분석

최선호 대진대학교 대학원 2026 국내박사

This study aims to quantitatively evaluate the flood mitigation efficiency of a deep underground drainage tunnel under the combined effects of rainfall duration and urbanization, in response to the growing frequency of extreme rainfall events driven by climate change and rapid urban expansion. The Dorimcheon basin, a representative urban catchment in Seoul with a history of recurrent flooding, was selected as the study area. A two-dimensional dual-drainage model was established using SWMM model to simulate hydraulic and hydrologic responses before and after the tunnel installation. Various rainfall scenarios were applied with durations of 60, 120, 180, and 200 minutes, while urbanization levels were adjusted by varying the impervious surface ratio within a range of ±20%. The analysis revealed that the tunnel’s efficiency changes nonlinearly according to both rainfall duration and degree of urbanization. Under short-duration rainfall (60 minutes), the tunnel demonstrated strong peak flow attenuation, reducing inundated areas by approximately 12–15%. For medium-duration rainfall (120 minutes), the tunnel achieved a balance between storage and discharge, resulting in the greatest reduction in 95 percentile and 90 percentile inundation depths (about 17–18%). In contrast, under long-duration rainfall (200 minutes), storage saturation occurred within the tunnel, and the efficiency declined to approximately 6%. Increased imperviousness led to higher initial efficiency but an earlier onset of storage saturation, whereas lower urbanization yielded lower but more sustainable efficiency over time. Simultaneous reductions in 95 percentile and 90 percentile inundation depths indicated that the tunnel effectively mitigates severe flooding in high-risk zones and suppresses the spatial expansion of inundation across the urban catchment. These results confirm that the tunnel functions as a fast-response infrastructure during short-term heavy rainfall, and as a buffering system that restrains inundation spread under long-duration storms. The findings highlight that the tunnel’s hydraulic performance is a nonlinear function of both temporal and spatial variables, necessitating differentiated installation strategies, duration-adaptive design concepts, and dynamic operation schemes based on rainfall persistence and urbanization level. Overall, this study demonstrates that deep drainage tunnels play a crucial role in stabilizing urban hydrologic systems and mitigating flood risk. Future studies should integrate real-time control modules, climate change scenarios (RCP/SSP), and economic feasibility assessments to establish a smart, adaptive, and integrated drainage management framework for resilient urban flood mitigation. 본 연구는 기후변화와 도시화의 가속화로 인해 빈발하는 집중호우에 대응하기 위한 대심도 배수터널의 홍수 저감 효율성을 정량적으로 평가하고, 강우 지속시간 및 도시화율 변화에 따른 수리적 반응특성을 규명하였다. 연구대상 지역은 반복적인 침수피해가 발생한 도림천 유역으로 선정하였으며, 미국 환경보호청(EPA)에서 개발한 SWMM 모형 기반의 수리·수문모형을 구축하여 배수터널 설치 전후의 침수면적 및 침수심 변화를 비교·분석하였다. 강우는 60분, 120분, 180분, 200분의 네 가지 지속시간으로 구분하였고, 도시화율은 불투수율 ±20% 범위 내에서 변화시켜 다양한 시나리오를 설정하였다. 분석 결과, 대심도 배수터널의 효율성은 강우 지속시간이 짧을수록 높고, 도시화율에 따른 불투수면적 증가 조건에서 높아 비선형적으로 변화하였다. 단기 강우인 60분 지속시간의 경우 첨두유출 저감 및 초기 배수효율 향상으로 침수면적이 약 12~15% 감소하였으며, 중기강우조건인 120분에서는 저류·배제의 균형효과로 95 퍼센타일 침수심 및 90 퍼센타일 침수심 저감효율이 각각 약 17~18% 저감되어 최대로 분석되었다. 반면 장기 강우인 200분에서는 터널의 저류공간이 포화되어 효율이 약 6% 수준으로 감소하였다. 도시화율이 높을수록 초기 효율은 향상되었으나 포화시점이 앞당겨졌으며, 도시화율이 낮을수록 효율은 낮지만 지속적으로 유지되는 상반된 경향을 보였다. 특히 상위 95 퍼센타일 침수심과 상위 90 퍼센타일 침수심의 동시 감소는 배수터널이 도시 내 고위험 침수구간의 수위를 완화하고, 침수피해의 공간적 확산을 억제하는 데 효과적임을 보여주었다. 이는 터널이 단기 집중호우에서는 신속한 첨두유출 완화 구조물로, 장기 강우에서는 침수확산 억제형 완충시설로 기능함을 의미한다. 이러한 결과는 대심도 배수터널의 효율이 강우특성과 도시화 수준의 복합적 함수임을 실증적으로 입증하였으며, 설계 및 운영단계에서 강우 지속시간별 대응전략과 도시화율 수준을 고려한 차등적 설치전략, 지속시간 적응형 설계의 필요성을 제시한다. 본 연구를 통하여 대심도 배수터널이 도시유역의 수문체계 안정화와 침수위험 저감에 기여하는 핵심 방재인프라임을 정량적으로 입증하였다. 또한 향후 기후변화 및 도시화가 심화되는 환경에서 실시간 제어 기반의 스마트 배수운영체계 구축과 시간·공간 복합요소를 반영한 통합적 설계·운영체계 필요성을 제안하였다.

기후 및 기상인자를 고려한 수문학적 가뭄 예측 연구

노선희 忠南大學校 大學院 2023 국내박사

가뭄은 강수량의 부족과 기온의 상승에서 비롯된다. 유역내에서 강수량이 부족하여 가뭄이 발생하면 댐의 저수율이 감소되고 이로인해 제한급수를 해야한다. 가뭄의 피해는 다양하며, 앞으로 지구기온의 상승으로 기후변화로 인해 더욱 증가할 것이다. 가뭄을 대응하기 위해서는 사전에 가뭄을 모니터링하고 예측해야 한다. 가뭄은 기후과정에 의해 유발되고 그 변동성으로 해석할 수 있기 때문에 고려해야 한다. 또한, 심각한 수문학적 가뭄의 원인은 기상학적 가뭄으로부터 발전하기 때문에 기상요소도 함께 고려해야 한다. 본 연구의 목적은 기후 및 기상요소만을 가지고 통계학적 방법론을 이용해서 수문학적 가뭄을 예측하였다. 통계학적 방법론은 회귀모형을 적용하였고 선형인 다중선형회귀모형과 비선형인 일반화가법모형으로 비교하였다. 회귀모형의 종속변수는 수문학적 가뭄지수인 SRI이고 독립변수는 기상학적 가뭄지수인 SPEI 그리고 기후지수이다. SRI의 시간척도는 6, 12, 24개월이며 보령댐과 용담댐유역의 수문학적 가뭄을 예측하였다. 통계적 변수선택법인 VIF, Stepwise, 모든 가능한 회귀접근법을 비교하여 유의한 독립변수를 선택하였고, k-fold 교차검증을 통해 최종적인 변수를 선택하였다. 회귀모형을 통해 인과관계의 변수를 분석하여 종속변수에 미치는 영향력을 상대적 가중치고 정량화 하였다. 기후지수의 변동성은 6개월의 SRI 변동에 영향을 많이 주고, 기상학적 가뭄지수(SPEI)의 변동성은 12개월의 SRI변동에 영향을 많이 주었다. 6개월 시간척도를 갖는 회귀모형에서는 두 연구대상지 해수면온도에 대한 평균이상값인 WHWP가 1순위의 영향을 미쳤다. 용담댐유역의 수문학적 가뭄예측모델은 엘니뇨 및 라니냐와 연관된 지수를 활용할 수 있다. 왜냐하면 SST기반의 ENSO지수가 모두 포함되었기 때문이다. ydSRI-6, ydSRI-12, ydSRI-24 모든 모델에 SST기반의 ENSO지수가 포함되었기 때문이다. GAM은 비선형 회귀선을 추정할 수 있는 모형이다. 독립변수와 종속변수간의 관계에 따라 선형(edf=1, K-index<0.95)과 비선형(edf≠1, K-index≥0.95)으로 배치하여 구축하였다. MLR과 GAM의 수문학적 모델성능의 지표값인 NSE는 각각 0.4269-0.6988, 0.4353-0.7253이다. 최소평가기준인 0.4이상으로 적합했다. 하지만 ydSRI-24는 다른 모형에 비해 상대적으로 평가성능값이 낮고 2018년의 가뭄이 잘 예측되지 못했으며 MLR과 GAM간의 큰 차이는 없다. 회귀모형을 통해 2021년의 수문학적 가뭄을 예측하는데 ydSRI-24의 모형은 관측값에 가깝게 예측하지 못했다. 하지만, brSRI-12, ydSRI-12에서는 (-)가뭄을 잘 예측한 것으로 나타나 연간가뭄예측모형에 본 연구의 회귀모형을 활용할 수 있다. 6개월의 시간척도를 갖는 회귀모델은 month의 새로운 독립변수를 추가하여 예측이 더 잘되었다. 비선형관계가 뚜렷하게 나타난 변수가 있을 때 GAM의 예측력이 높아질 것이다. Drought is caused by a lack of precipitation and a rise in temperature. If a drought occurs due to insufficient rainfall in the watershed, the water storage rate of the dam decreases, and therefore, water supply must be restricted. The damage of drought is diverse and will increase further due to climate change as global temperature rises in the future. In order to respond to drought, it is necessary to monitor and predict drought in advance. Since drought is caused by climatic processes and can be interpreted as its variability, climate indices should be considered. In addition, since the causes of severe hydrological drought develop from meteorological drought, meteorological factors must also be considered. The purpose of this study is to predict hydrologic drought using statistical methodology with only climate and meteorological factors. Statistical methodology applied a regression model, linear regression is a multiple linear regression(MLR), and nonlinear regression is a Generalized Additive Model(GAM). The dependent variable of the regression model is the hydrological drought index, SRI(Standardized Runoff Index), and the independent variables are the meteorological drought index, SPEI(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index), and the climate index. The time scale of SRI was 6, 12, and 24 months, and predicted hydrologic drought in the Boryeong Dam and Yongdam Dam watershed. Three statistical variable selection methods, VIF, Stepwise, and all possible regression approaches were compared to select significant independent variables, and final variables were selected through k-fold cross-validation. The causal relationship between variables was analyzed through a regression model, and the influence on the dependent variable was quantified as a relative weight. The variability of the climate index affected the 6-month SRI, and the variability of the meteorological drought index (SPEI) affected the 12-month SRI. In the regression model with a 6-month time scale, WHWP, which is related to sea surface temperature, had a high effect on all study sites. The hydrological drought prediction model of the Yongdam Dam watershed can utilize indices related to El Nino and La Nina. This is because the SST-based ENSO index was included in all models of ydSRI-6, ydSRI-12, and ydSRI-24. GAM is a model that can estimate a nonlinear regression line. Depending on the relationship between independent and dependent variables, linear (edf=1, K-index<0.95) and non-linear (edf≠1, K-index≥0.95) arrangements were constructed. The NSE values, which are indicators of the hydrological model performance of MLR and GAM, are 0.4269-0.6988 and 0.4353-0.7253, respectively. It was suitable for the minimum evaluation criterion of 0.4 or higher. However, ydSRI-24 had a relatively low evaluation performance value compared to other models and did not predict the drought in 2018 well. There is no significant difference in model performance between MLR and GAM for ydSRI-24. As a result of predicting the hydrologic drought in 2021 using MLR and GAM, the prediction model of ydSRI-24 fell far short of the observed value. However, in the models of brSRI-12 and ydSRI-12, the (-) index value was well predicted, so the regression model of this study can be used for the annual drought prediction model. The regression model with a timescale of 6 months got better predictions by adding a new independent variable of 'month'. The predictive power of GAM will increase when there is a variable with a clear non-linear relationship.

강우 및 지표흐름의 물리적 특성을 고려한 표토침식량의 산정

김성원 忠南大學校 大學院 2019 국내박사

최근 기후변화의 영향으로 단기간에 높은 강우강도를 가지는 호우가 증가하고 있다. 이러한 영향에 의해 짧은 시간에 토양침식이 발생될 위험성이 증가하고 있다. 침식된 토양입자는 강과 저수지에 퇴적되어 하천시설물들이 가지는 기능을 저하시키고, 수자원이용 및 하천환경에 많은 문제를 일으킨다. 토양침식예측을 위해 우리나라에서 적용하고 있는 토양침식예측모형은 월 또는 연평균 토양침식량을 계산하는 경험적인 공식으로 단기호우사상에 의한 토양침식을 예측하는데 있어 한계를 가진다. 따라서 본 연구에서는 단기 및 단일 강우사상에 의한 토양침식량을 예측하고자 하였다. 이를 위해 강우사상의 물리적 특성을 고려한 강우에너지 산정공식을 개발하였고 지표흐름이 가지는 유사이송능력을 고려하였다. 경험적 모형에서 채택하여 사용하고 있는 기존 강우에너지 산정공식과 개발된 강우에너지 산정공식 두 공식을 용담댐 상류유역인 천천유역에 적용한 결과, 경험적 모형의 강우에너지 산정공식을 적용하였을 경우 토양침식량이 과대하게 산정되었다. 단기호우사상에서의 토양침식량을 예측하기 위하여 SSEM과 강우에너지와 지표흐름이 가지는 토양이송능력을 고려된 M-SSEM을 적용한 결과 M-SSEM모형이 관측값을 잘 모의 하였다. 유사유출과 관련된 매개변수인 토양분리력은 Smets et al. (2011)가 실험을 통하여 0.1-0.5 (g/J)의 범위를 가지는 것으로 제안하였다. SSEM에서 0.003, M-SSEM은 0.5로 산정되어 본 연구를 통하여 개선된 토양침식모형인 M-SSEM의 결과가 물리적으로 타당한 것으로 판단된다. 개선된 모형은 강우와 지표유출에 의한 토양침식을 구분이 가능하다. 또한 지표수심 증가에 따른 강우 운동에너지 감소효과를 고려할 수 있어 그동안 어느 토양침식예측 모형에서도 분석하지 못하였던 강우가 토양침식에 직접적으로 미치는 영향을 양으로 추정할 수 있다. 따라서 제안 된 모형은 유역에 적용될 수 있으며 토양 손실을 줄이기 위해 설치되는 침식 제어 댐 (Erosion Control Dam)과 같은 퇴적물 저감 시설의 설치를 지원할 수있는 모델로 간주 될 수 있다.

홍수방어대안 선정을 위한 위험관리지수의 개발 및 적용

장대원 인하대학교 대학원 2010 국내박사

본 논문의 목적은 기후변화와 도시화로 인한 이상홍수 발생 상황을 고려하여 최선의 홍수대안설정 지점을 찾는 방법을 제시하는 것이다. 이를 위하여 기존의 홍수위험성 위주의 분석에 홍수취약성의 개념을 함께 고려하는 홍수위험관리 방법을 적용하기 위한 지수를 개발하였다. 지수개발을 위하여 크게 상향식, 하향식의 접근 방법으로 구분하고, 다시 이를 위험성, 취약성으로 구분하였다. 취약성은 기상학적 취약성, 사회-경제적 취약성, 홍수방어 취약성 및 시설물 취약성으로 구분하고 홍수에 영향을 주는 인자와, 홍수로 영향을 받는 인자 들을 고려하여 각 특성에 맞는 지표를 선정하였다. 각 지표별 자료를 안성천 유역을 대상으로 구축하고 이를 GIS tool을 이용해 레이어 중첩의 개념으로 분석을 수행하여 홍수관리지수를 제시하였다. 또한 기후변화 및 토지이용변화에 따른 홍수위험을 고려하기 위해 CA-Markov 이론을 적용하여 미래의 토지이용 상태를 추정하고, 기후변화 시나리오에 의한 극한변동지수를 이용하여 안성천 114개 소유역에 대한 홍수위험도를 평가하였다. 홍수위험도 평가를 위하여 각 취약성 지표별 가중치는 Entropy 방법과 Survey 방법의 결과를 조합하여 적용하였다. 또한 이상홍수를 고려 300년, 400년 빈도로 하천범람해석을 수행하여 범람 예상도를 작성하고 최종 지수를 산정한 결과 안성천 114개 대상 유역에서 10곳의 소유역이 매우 취약하게 나타났다. 개발된 지수의 활용 방법으로 지수의 값과 중요 시설물 정도, 홍수범람도 등을 고려하는 3단계 방법을 적용한 결과, 안성천 유역에서 홍수위험도에 따른 취약지역은 평택시의 수위관측소가 위치한 소유역으로 나타났으며, 지역의 중요도를 고려하여 100% 방재를 목적으로 홍수방어대안을 설정하여 수문-수리 해석을 수행한 결과 구조적 방법으로 하천개수가 가장 최선의 대안으로 선정되었다. 본 연구에서 제시한 홍수위험관리지수는 지역의 중요도에 따라 홍수방어 대안을 수립하는 새로운 방재 패러다임을 적용하는데 유용하게 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

江邊濾過水 開發對象地域 評價 및 開發可能量 算定에 관한 硏究

최승철 忠南大學校 2011 국내박사

The candidate areas reviewed for river bank filtration are scattered over tens of kilometer. To increase efficiency and cost-effectiveness, screening those candidates and selecting the optimum districts must be preceded before implementation. Based on the previous research data and information, a set of standards to conduct electrical specific resistance, boring tests, and pumping test was prepared. These surveys and tests were performed according to the standards. Based on the survey and test results, hydraulic conductivity, aquifer thickness, and the length for bank filtration were calculated. By assuming the use of horizontal collection wells, potential intake volumes were calculated through the primary MODFLOW modeling. As hydraulic conductivity, thickness of the major aquifer, and length are the most important factors in calculating intake volume, these three elements were given specific weight values to score the candidate districts. Using the scores, the candidate districts were ranked. The ranking was compared with the ranking acquired through the primary MODFLOW modeling to adjust the scoring methodology. From the ranked candidate list, pumping tests were conducted at the top 3 districts again to calculate accurate hydraulic conductivity. Those districts were scored again and the scores were compared with the secondary MODFLOW modeling results. Using the groudwater modeling program, FEFLOW, a model to estimate intake volume was prepared. Studies on the entire modeling processes from survey, and modeling to calibration, were conducted. The results, including the Definition of a modeling area, mesh and aquifer composition, FEFLOW modeling composition, application of hydraulic constants were analysed. The model was adjusted using the behaviour of static groundwater data before bank filtration; and calibrated using unsteady groundwater flow level to the function of timely changes of water level of the Nak-dong River. Groundwater flow was modeled by assuming 10 radial horizontal collection wells to evaluate intake volume. Additionally, in terms of water quality, oxidation processes of iron and manganese when bank filtered water with low DO and high iron and manganese is combined with water from the Nam-gang Dam with high content of DO were studied using EPANET-MSX (multi-species extension). Equations for reactions were developed and for the first time in Korea, by building a numeric model, concentrations of iron and manganese were predicted.