세계적으로 이상기후 현상으로 인해 자연재해 피해사례가 증가하고 있는 추세이며, 그 규모도 증대하고 있다. 국내의 경우 지리적인 영향으로 인해 여름철 집중호우 및 태풍의 발생이 빈번하다. 홍수시 급격히 증가한 유속으로 인해 교각 기초부의 국부세굴 발생은 교량 구조물에 심각한 손상을 일으킬 수 있다. 이러한 피해는 대부분이 중소하천 교량에서 발생하고 있다. 또한 최근 세계적으로 지진의 발생 빈도수가 증가하고 있는 추세이다. 우리나라의 경우 대륙판 내부에 위치하고 있어 지진으로부터 안전하다는 인식이 강했지만 최근 국내 지진 발생 빈도수의 증가로 더 이상 지진에 안전한 지역이 아니라고 판단할 수 있다. 지진은 발생 시기나 강도 등을 예측하기 어렵고 피해지역 또한 광범위하여 대규모의 재산 및 인명 피해를 초래할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 홍수로 인한 교량피해의 직접적인 원인인 교각 기초부의 국부세굴과 지진하중의 복합적인 영향을 받는 교량 구조물의 지진 응답 평가를 위해 강원권 하천의 수리 및 지반 자료를 이용하여 발생 가능한 국부세굴 심도를 고려하고 PEER Strong Motion Database에서 실제지진기록을 사용하였다. 설계기준에 의거하여 설계한 모의분석용 교량 구조물에 대해 OpenSEES 프로그램을 사용하여 비선형 시간 이력 해석을 수행하였으며, 해석 결과를 이용하여 교각의 지진취약도를 분석하였다.

면진장치 중에 하나인 마찰진자시스템(FPS)은 진자의 성질을 활용하여 면진된 구조물의 고유주기를 임의로 결정할 수 있는 지진격리장치이며, 면진장치의 진자운동으로 인하여 곡률반경과 중력에 의한 고유복원력과 마찰에 의한 감쇠력을 갖는다는 장점이 있다. 마찰진자시스템은 곡률반지름과 재료의 마찰계수를 기본적인 설계변수로 하며 면진장치를 설계할 때 중요하게 작용되는 변수 중 하나이다. Coulomb 마찰이론에 따르면, 마찰계수는 상재압이나 마찰속도에 따라 그 값은 변하지 않는 일정한 값을 지닌다고 정의하고 있다. 하지만 실제로 진자운동의 속도, 상부하중 및 유지시간, 외·내 온도 등과 같은 영향을 주는 인자에 따라 마찰계수는 변한다. 여기서 마찰계수는 크게 정지마찰계수, 운동 마찰계수로 나뉠 수 있으며, 정지마찰계수는 마찰에 의한 면진장치 거동 시, 실제 면진된 구조물이 거동하는데 큰 영향을 끼치지 않는 것으로 알고 있다. 하지만, 운동 마찰계수는 마찰진자시스템의 거동에 의한 속도에 의존하여 느린 속도에서의 저속마찰계수, 평균속도 이상에서의 고속마찰계수로 분류될 수 있으며, 구조물에 적지 않은 영향을 끼치는 것으로 알고 있다. 본 연구에서는 마찰진자시스템의 마찰계수의 변화에 따라 면진된 원전 구조물의 구조적 응답 비교를 실시하고 Coulomb 마찰이론의 일정한 마찰계수를 갖는 모델과 비교·분석하여 면진장치에서의 마찰계수 영향성에 대해 검토하고자 한다.

지진에 대한 재해 위험도를 평가할 때 재해에 대한 위험을 정량적으로 정의하고 대상 시스템이 재해에 어떻게 노출되어 있는지, 얼마나 취약하고, 재해에 대응할 수 있는 능력을 평가한다. 단순한 구조물의 피해가 아니라 대상 시스템이 재해에 대한 사회·경제적 영향을 고려할 수 있어야 한다. 본 연구는 서울을 대상 지역으로 사회·경제적 영향을 고려한 지진 재해 위험도를 산출하였다. 지진에 의한 시스템의 피해규모를 평가하기 위해서는 인명피해, 경제적 피해, 사회적 피해 등 다양한 형태로 나타나는 지진 재해의 영향을 정량화 할 수 있는 지표가 필요하다. 또한, 지진 재해 위험도를 평가하기 위해 기존의 간단한 위험요소의 특징을 이용한 방법보다 다양한 대내·외적 상황을 고려하였다. 지진 재해 위험도 평가를 위해서 구성체계를 4가지 주요소로 구성하였으며, 이는 위험요소, 노출요소, 취약요소, 대응 및 복구요소로 정의하였다. 4개의 주요소는 각각의 요소로 나누어 세분화하였고, 최종적으로 이를 정량화할 수 있는 세부 지표로 나타내었다. 각 지표는 Rossi and Gilmartin(1980)이 제안한 기준에 의해 맞도록 선정되었다. 주요소와 요소를 대표하는 지표들에 대한 가중치는 주관적인 방법과 객관적인 방법을 통합하여 산정하였고, 수학적 방법을 통해 최종 지진 재해 위험도를 도출하였다. 도출된 지진 재해 위험도를 통해 주요소 및 지표가 위험도에 미치는 영향을 평가하였다.

지진으로 유발되는 산사태의 잠재적 피해를 줄이기 위해 산사태 재해도에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 산사면의 경우, 대상 지역이 광범위하므로 동적해석을 평가하는 것이 불가하며 한계평형법이나 사면에 발생하는 영구변위로써 산사태 재해를 예측한다. 기존에 수행된 다양한 사례연구로부터 한계평형법에 기초한 안전율을 통한 평가방법의 부정확함은 입증되었으며 산사태 위험도는 영구변위를 이용하여 평가된다. 미국에서는 산사태 위험도를 영구변위에 따라서 4개의 등급으로 분류한다. 본 연구에서는 수정된 Newmark 변위법으로 산사태 위험도 등급을 평가하였으며 예측된 등급을 2차원 동적해석으로 수행된 해석 결과와 비교하여 정확도를 평가하였다. 비교 결과, 산사면의 증폭 특성을 고려하며 지진파의 최대지반가속도, 최대지반속도, Arias 진도, 평균주기를 고려할 경우, 예측된 위험도 등급의 신뢰도가 높은 것으로 나타났다. 반면, 산사면의 증폭특성을 고려하지 않을 경우, 지진으로 유발된 진동을 과대예측하는 것으로 나타났다.

본 연구에서는 공연문화시설에서의 고령 인구의 특성을 고려한 피난계획을 수립 및 평가하였다. 현재 우리 사회는 2014년 10월을 기준으로 65세 이상 고령 인구의 수가 총 인구수의 약 12.7%를 차지하고 있다. 서울시 노인 욕구 만족 결과를 살펴보면, 고령 인구의 여가시간 활용 분석 중 가장 높은 비율을 차지한 항목은 문화 및 영화 관람이다. 그러나 실제 국내 공연문화시설에서의 피난계획은 일반적인 건축법과 소방법에서의 피난성능만을 고려한 설계이며, 고령 인구의 인지능력과 행동특성을 고려한 피난계획은 이루어지지 않았다. 이에 서울지역의 영화관을 선정하여 공연문화시설에서의 고령 인구의 인지능력을 측정하여 비교하고, 인지특성을 설문을 통해 살펴보았다. 또한, 일본건축센터에서 사용하고 있는 건축방재지침에 의한 수리계산으로 고령 인구의 행동능력을 고려하여 화재 시나리오를 구성하여 피난 안전성 평가를 진행하였다. 그리고 고령 인구의 인지특성과 신체적 특성을 고려하여 비상 시 피난을 원활하게 할 수 있는 개선안을 제안하였다. 앞으로 공연문화시설을 이용하는 고령 인구의 인지능력과 행동 특성을 고려하여 비상 시 안전하게 피난할 수 있는 시스템이 갖추어져야 한다.

본 연구에서는 모듈러 DSCT 풍력 타워의 볼트접합방법을 택하여 해석하고 성능을 검토하였다. 기존방식은 용접을 활용한 접합방법이 많이 사용되어 왔다. 하지만 현장에서 시공하기에는 용접접합방법보다 볼트접합방법이 더 간편하고 효율적이라고 판단하였다. 볼트접합방법을 사용한 모듈러는 총 2가지 방법으로 Case1은 상단부의 10mm만을 강재판으로 용접하고 하단부 125mm는 볼트접합한 상태이며, Case2는 상단부 60mm을 H의 형태의 링에 용접하고 하단부 125mm는 볼트접합을 한 형태이다. 이를 범용 유한요소해석프로그램인 ABAQUS 6.12로 재료비선형해석을 수행하였다. 수행 전에 간단한 Mesh검증과 모델검증을 통하여 모델의 타당성을 증명하였다. 재료비선형해석을 수행한 결과 연결부를 사용하여 조립한 모듈러 DSCT 풍력타워와 일체형 DSCT 풍력타워의 전체거동은 거의 차이가 없었음을 확인하였다. 또한 2가지 형식 모두 연결부에서 국부적인 응력이 발생하지만 그 응력 값이 지점부에서 발생하는 응력보다 작기 때문에 모듈러 DSCT 풍력타워의 성능을 지배하는 요인은 단면이 갖고 있는 성능에 의해 지배된다는 것을 의미한다. 그러므로 현재 사용하고자 하는 볼트접합방법이 안전함을 보여주었다.

현대의 이상기후변화에 따른 국지성 집중호우로 도심 침수피해가 자주 발생하고 있으며, 특히 중소하천변이나 저지대 지역에서는 심각한 홍수재해로 확대되어 많은 인명피해와 도시 인프라의 손실을 가져오고 있다. 지역개발 사업에 의한 도시화로 인하여 녹지공간이 줄고 시가지 택지·도시건축물 건설과 차도·보도포장 조성은 불투수층 비율을 높여, 이로 인해 호우시 지표유출량과 첨두유량이 현저하게 증가한다. 도시개발 전에 비하여 개발 후 도시유역 수리수문특성이 변화하고 내수 침수 위험이 증가되므로, 도심지표유출을 저감하기 위하여 최근 국내에는 LID(Low impact development, 저영향개발)기반의 빗물침투형 도로교통시설 요소기술로 투수성·배수성 포장을 적용하고 있다. 그러나 이러한 투수성 포장형식은 임의의 배합설계에 따라 바인더 함량이 적고 주로 불량입도(Poor graded) 조골재로 구성되는 다공성 포장 재료를 사용하므로, 변형성 또는 강도특성 측면에서 재료 내구성이 저하되어 포장층의 균열, 변형, 탈락 또는 침하 현상 등이 일어날 수 있다. 그러므로 본 연구에서는 투수성포장내 표층 또는 기층부에 보강그리드를 설치함으로써 포장구조체의 내구성능을 개선하면서 강성을 향상시킬 수 있는 포장구조체를 제시하였고 실내 실험을 통하여 성능을 평가하였다. 실험 및 분석결과, 투수성 포장층에서 요구되는 1.0×10-2cm/sec 이상의 투수성능을 확보하면서 포장구조체내 보강그리드 적용으로 10%이상의 강성 증가를 확인하여 포장체 내구성능 개선효과를 확인하였다.

강바닥판은 콘크리트 바닥판에 비해 강성이 작아 차량의 윤하중에 의해 국부적으로 큰 변형이 발생하여 포장표면에 인장응력을 유발시켜 포장균열 발생의 원인이 된다. 또한, 용접이음부의 포장이 균일한 두께로 포설되지 않거나 강바닥판과 아스팔트 포장 사이의 부착성 부족으로 인해 공용 중 포장손상이 발생한다. 최근 이러한 문제점을 해결하기 위해 강바닥판 교량에 구스 아스팔트와 같은 부착성 및 내구성이 우수한 특수 아스팔트 포장을 실시하는 경우가 늘고 있으나 구스 아스팔트는 일반 아스팔트 보다 약 100℃정도 높은 고온상태에서 포설되기 때문에 강바닥판의 온도가 100℃~130℃ 정도 상승하게 된다. 이와 같은 온도상승은 포장 시공 중 강바닥판의 변형을 유발하고 포장 완료 후에도 강바닥판 교량의 품질에 악영향을 미친다. 이에 본 연구에서는 구스 아스팔트 포장온도가 강바닥판의 열변형에 미치는 영향을 검토하여 강상판 교량의 시공상에 문제점이 되고 있는 포장문제를 해결하고자 하였다. 해석결과, 지점과 교각의 2개의 교량받침과 Shear key가 설치되어 구스아스팔트 포장 시공 도중 문제시 되고 있는 지점의 부반력에 의한 받침의 들림이나 신축이음의 영향, 교축방향 변위의 영향은 모두 허용치 범위 내에 있는 것으로 나타났다. 또한, 보부재에 모델링된 U-리브, 종형 및 횡형의 단부부재에 발생하는 응력은 강바닥판 또는 평판에 발생하는 응력에 비하여 작은 것으로 나타났다.

산업의 발달 및 도시화에 따라 도시에 인구밀도가 높아지고 교통수단이 증가됨에 따라 도로 교통 소음과 관련된 피해가 해마다 급증하고 있는 추세이다. 최근에는 도로와 인접한 인구 밀집 지역인 주거지역, 학교, 병원 등에서 각종 소음에 대한 문제가 지속적으로 발생되고 있는 것으로 조사되었으며 환경분쟁위원회의 발표에 따르면 2014년까지의 환경분쟁 중 약 80%가 소음관련 문제로 해결책이 시급함을 알 수 있다. 본 연구는 복층 저소음 아스팔트 콘크리트 포장의 소음 저감효과 및 경제성에 관한 포스터이다. 본 연구에서는 콘크리트 포장의 시공 전, 후의 5분 등가소음도 측정을 실시하여 일반 밀입도 아스팔트 콘크리트 포장을 시공하였을 때와 복층 저소음 아스팔트를 시공하였을 때의 도로교통 소음 저감량을 비교하였다. 측정된 5분 등가 소음은 소음 예측 프로그램의 변수로 사용하여 복층 저소음 아스팔트 콘크리트 포장을 실시한 지역의 아파트의 15층 전체에 대한 도로교통 소음을 예측 하여 경제성 분석의 기초자료로 사용하였다. 소음 예측 결과를 바탕으로 소음 편익 비용을 산정하였으며 복층 저소음 아스팔트 콘크리트 포장과 일반 밀입도 아스팔트 콘크리트 포장의 생애주기 비용을 비교 분석하였다.

레고(Lego)식 차도블록 시스템은 도심지 도로굴착 공사 후 원상 복구공사 및 가설 도로 현장에서 안전하고 신속하게 임시 도로 포장면을 형성하는 것으로써 지금까지 없었던 선진국형의 획기적 공사 방법으로 교통체증, 교통사고, 비산먼지, 폐기물, 민원의 발생을 억제할 수 있다. 그리고 기술적으로는 다짐 불량으로 인한 부실공사를 방지하며, 재시공에 따른 공사비 과다 투입을 방지할 수 있는 경제적으로 예산 절감을, 사회적으로 국민의 안전과 건강을 지킬 수 있는 신개념·신기술의 친환경 건설을 제공하는 도로포장 복구용 블록 시스템이다. 레고식 차도블록 시스템의 주요 기능은 가설 포장도로 형성 및 자동 다짐, 비산먼지 덮개 기능, 견고한 상하·좌우 결합 및 결속 기능 그리고 과속방지, 야간 식별장치, 선형 변경 기능 등을 가지고 있다. 특히, 개발된 레고식 차도블록 시스템의 자동 다짐 기능은 블록 하부에 일정한 돌기형 몰드가 바닥판을 구성한 후 블록 상단으로 통행하는 차량의 윤하중에 의한 진동에너지를 이용하여 보조기층이 자동 다짐됨에 따라 단단하고 균등한 몰드가 형성되어 다짐 불량에 의한 부실시공이 자연적으로 제거될 뿐만 아니라 본 포장시 완벽한 포장을 가능케 한다. 본 연구에서는 선진국형 도로복구를 위해 개발된 레고식 차도블록 시스템의 다짐 성능에 대한 검증을 위해 실내 및 현장 시험을 수행하였으며, 레고식 차도블록이 하부지반의 다짐 및 강성에 미치는 영향을 검토하였다.

최근 10년(‘99~‘08년)간 재해로 인한 피해가 과거 10년(‘89~‘98년)에 비해 3년 이상 증가하는 등 피해 규모가 갈수록 증가하고 있는 추세다. 또한 상습침수지역에 반 지하주택의 건설 및 전기·가스시설 등으로 인하여 침수피해로 대피하는 주민들이 위험에 노출되어 있다. 이 때문에 전문가들은 급속한 경제 성장 과정에서 재해위험을 크게 고려하지 않고 도시계획 및 개발을 주요원인으로 지적하고 있다. 따라서 침수위험지역에서 일어나는 잠재위험성을 예측하고, 위험성에 따른 영역을 분석하기 위한 연구가 필요하다. 그래서 본 연구에서는 강우빈도에 따른 도시침수 영역을 분석하여 안전한 주민대피 방안을 제시하기 위하여, MIKE URBAN의 모형 중 도심지 배수시스템의 복잡한 수리학 및 유체역학적 모의가 가능한 MOUSE Model을 선정하였으며, 경사가 급하고 우수관로가 노후하여 침수피해가 빈번한 인천시 서구 지역을 대상으로 모의를 실시하였다. 입력 자료는 인천광역시 서구의 유출계수, 지반고, 우수 관망 자료를 이용하였다. 모의 결과는 강우빈도 10년부터 200년까지 조건으로 모의하였을 때, 발생되는 침수의 지역은 대체로 비슷하나 강우빈도가 높아질수록 수위와 침수범위가 증가하는 것으로 나타났다. 강우빈도에 따른 모의결과 비교검증을 통해 보다 정확한 결과를 도출할 것이며, 모의 결과를 바탕으로 강우빈도별 침수지역 및 범위에 따라 재난시 국가에서 지정된 대피소(학교, 공원 등)에 연령대별 자유보행속도를 고려하여 최단거리의 대피로를 산정 본 연구의 결과로 강우빈도에 맞는 시나리오 구성을 지역적 특성에 맞게 적용하여 주변 도시의 재해 위험성을 사전에 예측하고 재해 취약지점에 대비할 수 있는 기초자료를 제공 할 수 있을 것으로 기대한다.

최근 도로포장에 수분이 많이 침투한 상태에서 중차량 교통량의 증가로 아스팔트 포장에 파손이 증대되어 그 중 하나인 포트홀이 많이 발생한다. 이에 따라 도로안전운전에 심각한 장애가 되며 교통사고가 빈번하게 발생하여 기준에 미달하는 자재 사용으로 도로의 조기 파손을 불러온다는 지적이 제기되고 있다. 다양한 포트홀 보수 방법이 사용되고 있지만, 보수 후 포트홀 발생 부위에 적절하지 않은 보수 방법으로 인하여 다시 포트홀이 발생되고 있으며, 그로 인한 잦은 재보수로 유지 보수 비용역시 증가되고 있는 실정이다. 이에 따라 본 연구에서는 아스팔트 혼합물의 내구성을 증진하여 도로포장에 발생하는 포트홀을 방지할 수 있는 포장 재료를 개발하는데 목적이 있다. 산업 부산물인 유리섬유 파분을 이용하여 골재형태로 제조한 석분대체용 유리 파분 골재와 유리섬유를 이용하여 실내 실험에서 검증된 유리 섬유 혼합물을 현장 적용성을 평가 하였다. 실내 배합설계를 통하여 최적 보강 섬유량을 결정하였으며, 유리 섬유 보강 아스팔트 혼합물의 적정 생산 온도 및 다짐 횟수를 결정해 현장 적용을 실시하였다. 수원 국토 관리 사무소 관내 국도 38호선에 2회에 걸쳐 시험 포장을 진행하였고, 총 500m 구간 중 100m에 적용하였으며, 현장 적용도를 비교 평가하기 위해 1차 시험 포장의 경우 전체 생산 혼합물량 대비 유리 보강 섬유량 1.3%(유리 장섬유 펠렛 0.66%+ 리사이클 펠렛 0.66%), 2차 시험 포장의 경우 유리 보강 섬유량 1.0%(유리 장섬유 펠렛 0.5%+ 리사이클 펠렛 0.5%)로 각각 다른 보강 섬유량을 결정하여 생산하였다.

최근 이상기후 및 도시화로 인한 홍수가 빈번히 발생하고 있으며, 도시의 홍수피해는 대부분 우수관망의 통수능 부족으로 인한 내수 침수로 분석되고 있다. 또한, 홍수로 인한 인명 및 재산피해를 줄이기 위해서는 정확한 강우-유출 해석이 이루어져야 하지만, 강우-유출 해석시 사용되는 매개변수의 정확한 입력값 및 모형에서의 불확실성을 내포하고 있어 정확한 해석을 하는데 어려움이 있다. 따라서 본 연구 에서는 강우-유출 모형 및 빗물 펌프장 관련 불확실성 매개변수를 선정하였다. 또한, 주요 매개변수를 선정하기 위해 Pedigree matrix를 이용하였으나, 데이터 품질 평가시 어려움이 있어 본 연구에 맞게 Pedigree matrix를 수정하여 제안하였다. 본 연구에서는 불확실성 매개변수를 선정하기 위해 기존 문헌 등을 참고하여 선정하였다. 선정 결과, 모형에서의 불확실성 매개변수는 총 6개(유역폭, 불투수면적비율, 불투수유역의 조도계수, 투수 및 불투수유역의 조도계수, CN, 관 조도계수)이며, 빗물펌프장 관련 불확실성 매개변수는 펌프장 운영자료 4개(내수위, 외수위, 펌프 토출량, 강우량)로 선정하였다. 또한, 선정된 불확실성 매개변수의 정량적 평가를 위해 불확실성 산정 지수 공식 및 수정된 Pedigree matrix를 이용하여 주요 매개변수를 선정하였다. Heijungs (1996)가 제안한 사분면을 이용하였으며, 불확실성 지수 및 Pedigree matrix의 DQI를 이용하여 사분면으로 구분한 결과 1분면에 위치한 매개변수는 유역폭, 투수 및 불투수유역의 조도계수로 가장 불확실성 요소가 크게 나타났다. 불확실성이 높은 매개변수를 측정시 보다 정밀한 매개변수 측정이 필요하며, 강우-유출 해석 및 빗물펌프장 운영자료 검토시 주요 우선 매개변수 선정에 도움을 주리라 판단된다.

본 연구에서는 LID(Low Impact Development : 저영향개발) 시설의 우수유출저감 효과를 검증하기위한 모델 선정 및 모델링 기법 정립을 목적으로 XP-Drainage와 XP-SWMM을 적용하여 비교·검토하였다. 최근 도시의 외연적 확산으로 불투수지역이 증가하고 있으며, 중앙집중식 빗물처리시설에 의해 우수가 배제되고 있어 이상기후로 인한 집중호수 발생 시 도시유역에서 우수배제가 원활히 이루어지지 않고 있다. 그로인해 도시홍수, 비점오염원 유입으로 인한 하천 및 지하수 오염, 지하수·하천 건천화 등 다양한 환경문제를 야기하고 있으며, 도시 물순환 체계에 영향을 미치고 있는 실정이다. LID 시설은 기존의 빗물관리방식의 대안으로 도입된 사전 예방적 분산형 빗물관리기법으로 미국의 PGDER(Prince George's County, Maryland Department of Environmental Resources)에서 시작되었다. LID는 기존 우수 유출 관리에 적용되었던 방식이 아닌 녹색 공간 확보, 자연형 공간 조성, 자연상태의 수문순환 기능 유지 등을 활용한 개발 대상지에서의 우수유출 및 비점오염원의 영향을 최소화할 수 있는 기술이다. 현재 환경부는 개발사업에 대해 LID 적용을 의무화하는 방안을 추진 중이며, 이에 따라 LID 시설의 우수유출저감 효과를 사전에 분석하여 우리나라의 실정에 맞는 LID 시설의 도입 및 설치가 필요하다. XP-Drainage 모델은 기존에 개발된 LID 시설이 적용 가능한 모델 중 가장 적용성이 높고 다양한 LID 시설을 구축 및 유출·수질모의가 가능한 것으로 알려져 있어 우리나라의 특수한 여건을 반영한 LID 시설 유출해석 위한 기본모형으로 도입 시 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

가속화되는 도시화와 함께 기후변화로 인하여 가중되는 환경 측면의 수질, 생태, 기온, 에너지 이외에도 수문순환에서 발생되고 있는 변화는 우선적으로 해결되어야 하는 중요한 문제임이 확실하다. 이러한 요인은 도시유역 내 불투수면적의 증가에 따라 증발산량의 감소, 지표유출의 증가, 침투량 감소의 물순환 변화를 초래한다. 본 연구에서는 기후변화 및 도시화가 물순환 변동에 미치는 영향을 정량적으로 산정하고 이를 도시지역별로 평가하기 위해 주성분 분석(Principal Component Analysis) 기법을 적용하였다. 낙동강 유역 내 도시화 지역의 발달 정도에 따라 16곳의 동단위의 지역을 선정하였다. 선정된 지역은 면적 대비 도시화율이 10 % 이상인 곳을 기준으로 산정하였으며, 선정된 도시는 대구 동/북구/서구/달성군, 구미, 경산, 구미 및 칠곡, 밀양, 문경 등으로 도시화 정도에 따라 물순환 변동의 대조군을 위한 지역도 함께 선정하였다. 선정된 도시지역 내 물순환 변동 평가 지수에 따라 상관관계 분석을 통하여 주성분 분석의 입력변수를 선정하였다. 주성분 분석을 통하여 정보의 기여율이 98 %를 나타내는 PC3 (Principal Component 3)을 통하여 각 지역별 물순환 특성 변동 지수의 주성분 분석 결과를 선형결합하였다. 이로써 물순환 변동에 따른 종합 민감도 지수를 산출하였으며, 대구 지역이 약 23으로 가장 큰 민감도를 보였고 다음으로 부산, 구미 등으로 나타났다. 본 연구의 결과는 기후변화 및 도시화에 따른 물순환 변동의 결과를 지수로 정량화하여 각 도시별로 산정하였고 이를 주성분분석 기법에 적용함으로써 도시지역별 종합 지표를 산정하였다. 본 연구의 결과는 기후변화 및 불투수면적의 증가가 수문순환에 미치는 영향을 도시별로 가할 수 있으며 물순환 변동 평가기법은 지역을 상세화하여 최대 단위를 동으로 설정하여 적용한다면 도시 개발 및 계획 시 그 활용정도가 높을 것으로 판단된다.

유역내 홍수관리를 위한 타당한 설계홍수량의 결정은 기본적이고 중요한 사항이다. 홍수량 산정방법은 크게 계측유역의 홍수량 관측 자료로부터 결정하는 직접적인 방법과 미계측유역에서 수문모형의 이용에 의한 간접적인 방법으로 구분된다. Clark모형은 국내 미계측 유역에서 홍수량 산정 방법에 널리 적용되어 왔다. Clark 모형에서 적용되는 수문모형의 매개변수는 강우-유출 관측 자료에 의하여 보정되어야 하지만 관측자료의 부족으로 말미암아 실무에서는 경험적인 수치를 적용하는 것이 보편화되어 왔다. 유역의 도달시간과 밀접한 관련성이 있는 Clark 모형의 저류상수는 홍수수문곡선의 형상과 첨두유량의 크기에 영향을 미친다. 본 연구에서는 강우-유출 관측 자료를 통하여 저류상수를 결정하는 몇가지 방안을 제시하고 그의 분석 결과를 검토하였다. 강우-유출 사상은 안성천 유역과 임진강 유역에서 국토해양부 한강홍수통제소에서 운영하고 있는 강우 및 유량관측소로부터 수집하였다. 홍수량 산정 수문모형을 활용하여 저류상수의 민감도 분석을 실시하였으며 강우-유출 관측자료를 통하여 저류상수의 결정 방안을 제시하였다. 이에 관한 결과와 Clark 단위도 이론을 근거로 한 순간단위도 및 단위도와의표준제곱근오차의 산정을 통하여 제시된 저류상수 산정 방법의 타당성을 판단코자 하였다.

도시환경은 비슷할 수 있지만 도시를 구성하고 있는 산업단지, 주거단지 등 모든 구조가 다르기 때문에 똑같은 재난·재해 매뉴얼을 적용하다는 것은 효과적인 재난 예방을 담보하기 어려워 위험성이 크다. 따라서 각 도시에 맞는 재난·재해 대응 매뉴얼 개발이 필요하다. 또한 한정된 자원을 효과적으로 활용하기 위하여 위험의 규모와 확률을 계산하고 지역특성을 고려한 위험 요소의 가중치 산정을 통해 집중적인 예방활동을 하는 것이 필요하다. 본 연구는 대전시의 지역별 특성에 맞는 도시 위험요소를 선정하고 우선순위 결정을 위하여 델파이 기법과 AHP분석을 이용하였다. 또한 재난·재해를 사전에 예방하기 위하여 자연재난·재해와 사회재난·재해 요인으로 구분하여 평가지표를 제시하고자 하였다. 델파이 분석결과, 대전시는 산불과 산업사고, 폭염에 대한 대비는 우수한 것으로 나타났지만 풍수해, 가뭄, 낙뢰, 교통, 건물붕괴, 독극물(환경오염), 화재폭발, 감염병 경우 ‘보통(3점)’에서 ‘그렇다(4점)’사이의 인식을 나타냈다. 반면 지진 같은 경우에는 매우 우려되고 있는 것으로 나타났다. AHP 분석결과는 풍수해, 지진에 대한 중요도가 높은 것으로 나타났다. 또한 산불재난에 대한 대비와, 건물붕괴의 중요도가 높게 나타났다. 재난·재해를 예방하기 위하여 많은 노력과 준비가 필요하지만 한정된 자원과 시간 속에서 모든 재난·재해에 비용을 지출한다는 것은 너무 많은 순손실을 가져온다. 분석결과를 기초로 도시별 재난·재해 예방을 위한 안전계획 수립, 재난대응 매뉴얼 등에 반영된다면, 재난 발생시 인구기능 밀집 등으로 인한 연쇄·증폭 효과로 심각한 피해를 보다 효과적인 방법으로 대응할 수 있을 것으로 판단된다.

최근 기후변화로 인한 단시간의 집중호우와 돌발홍수의 증가로 도심지역의 침수피해가 빈번하게 발생하고 있다. 특히, 내륙에 위치한 도시지역과는 달리 해안에 접해있는 해안도시지역은 하천연장이 짧고, 급경사로 인하여 조위에 따라 홍수위가 크게 영향을 받기 때문에 동일한 강우라도 피해규모가 더 큰 특성을 가진다. 국내의 대표적인 해안지역인 창원시(구 마산)의 경우 2012년 9월 태풍 산바(Sanba)로 인해 상당한 침수피해와 인명피해가 발생하였다. 당시 최대 일강우량은 65mm로 창원시 하수관거의 설계강우량(258mm) 보다 훨씬 적었음에도 불구하고 많은 인명 및 재산 피해가 발생하였다. 이는 태풍의 남해안 상륙시각과 만조위(최대 265cm)가 겹치면서 도시의 배수시스템이 정상적으로 작동하지 못하였고, 이로 인해 심각한 침수피해가 발생하였다. 본 연구에서는 2차원 도시범람해석 모형인 XP-SWMM 모형을 이용하여 창원시(구 마산)내의 장군천 배수구역을 대상으로 빈도-지속기간별 강우와 조위의 영향을 고려한 침수모의를 수행하였다. 그 결과 AR4 기후변화 시나리오에 따른 목표기간별 발생 빈도와 지속기간이 증가함에 따라 침수피해가 가중되는 것을 알 수 있었다.

소방방재청에서는 2011년 5월부터 5개년 계획에 걸쳐 “중소하천 홍수예·경보 체계 구축” 연구사업의 진행을 통해 위에서 언급한 중소하천에서의 홍수예경보와 관련된 연구 및 예경보 시스템 구축을 진행하고 있으며, 이에 일환으로 본 연구에서는 서울시 동대문구 내 위치한 정릉천 유역을 대상으로 도시유역 중소하천 홍수예경보 발령 기준을 제시하였다. 이때 예경보 발령기준을 선정하기 위한 수위상승에 따른 복잡한 발령기준 산정 방안의 경우 Song. et al., (2014)이 제시한 “상·하류 관측수위 기반 도시 중소하천 홍수예경보 기준 강우량 산정기법”의 시나리오를 적용하여 분석을 실시하였다. 연구진행시 강우-유출 관계의 경우 HEC-HMS 모형을 적용하였으며, 유량-수위의 관계를 통한 분석은 HEC-RAS를 바탕으로 정릉천 유역을 구축함으로써 배수위 조건에 따른 경보발령 기준강우량을 산정하였다. 산정된 결과는 최종적으로 정릉천 내 실시간 수위 관측기록과 비교함으로써 도시유역 중소하천 홍수예경보 발령기준의 타당성을 고려하였다. 본 연구에서 제안한 도시 중소하천 홍수예경보 발령기준은 다양한 배수위 조건별 시나리오 기반에 의해 산정된 지속기간별 강우량을 통해 적정 예경보 발령 및 관련 대책 수립에 도움이 될 것으로 기대된다. 즉, 실시간으로 변하는 본류수위의 영향을 다양한 배수위 조건별로 고려함으로써 주요 지점에서의 예경보를 발령할 수 있는 방법론을 제시하였으며, 이는 실제 방재관련 담당자의 의사결정에 도움이 될 수 있을 것으로 판단된다.

최근 전 지구적인 온난화로 인한 이상기후에 따라 강수량이 증가하고, 특정지역에만 국한되어 집중적으로 비가 내리는 국지성 집중호우의 발생 빈도가 증가하여 이로 인한 극한 홍수나 강우로 인한 산사태 등의 재해가 반복적으로 발생하고 있다. 홍수는 재산 및 인명에 이르기까지 막대한 피해를 야기한다는 점에서 이를 대비하기 위한 방안이 필수적이다. 따라서, 국가적인 차원에서 홍수피해를 경감시키기 위한 여러 가지 구조적 또는 비구조적 대책들을 제시하고 있지만, 정확한 기상 변화의 예측이 어렵고 다양한 유발 원인들로부터 비롯된 홍수에 모두 대응할 수 있는 통합 대책 마련이 어려운 실정이다. 즉, 사전예방보다는 피해 복구에만 중점을 두고 있기 때문에 홍수 발생 유역의 지역적인 홍수피해 특성을 반영하지 못할 뿐만 아니라 어느 지역이 상대적으로 홍수피해의 위험성이 높은 지역인지도 파악하기 어렵다. 이러한 관점에서 본 연구에서는 관련문헌들로부터 도시홍수피해 및 취약성과 저감성에 영향을 미치는 대표적인 인자들을 도출하고 Arc-GIS와 도시유출모형인 XPSWMM을 활용하여, 서울시 상습침수구역인 도림천 유역에서의 피해규모와 치수부족지역 등이 고려된 잠재적 도시홍수피해의 위험성 정도를 제시함으로써 치수대책의 우선순위를 결정하고자 하였다. 또한, 본 연구의 결과를 토대로 향후 도시홍수피해의 잠재적 위험성이 높을 것으로 판단되는 유역에 대해서 활용방안을 제시하여 유역의 특성 및 중요도에 따른 치수사업의 우선순위를 결정하고 도시홍수로 인한 인명 및 재산의 피해를 최소화 하는 것에 목적이 있다.