최근 인터넷, 스마트기기의 발달과 소셜 미디어의 등장으로 데이터가 기하급수적으로 증가하는 빅데이터 시대가 도래하였다. 빅데이터는 IT 기기 및 사회발전과도 상호 연관적이다. 기존에 예측, 분석이 불가능하였던 데이터들을 여러 분석방법을 통하여 의미있는 데이터를 획득하기 위하여 여러 분야에서 연구되어지고 있다. 가뭄의 경우 발생범위와 심도를 예측하기 힘든 자연재해 중 하나이다. 본 연구에서는 가뭄심도를 파악하기 위하여 빅데이터 분석기법 중 데이터 마이닝(Data Mining)과 구글 트랜드(Google Trend)를 적용하였다. 이때, 구글 트랜드는 가뭄과 관련된 키워드(가뭄, Drought)를 분석하였고, 데이터 마이닝은 국내 3개 언론매체(경향신문, 매일신문, 연합뉴스)의 자료를 토대로 하였다. 빅데이터를 이용한 가뭄해석의 적정성을 평가하기 위하여 전국 6개 광역시, 2개 특별자치지구의 최근 4년간의 강수량을 바탕으로 표준강수지수(SPI)를 산정하고 구글 트랜드 결과와 비교분석 하였다. 본 연구를 통해 향후 가뭄에서의 빅데이터 활용 가능성을 확인하였고 관련 연구 및 방재정책수립의 기초자료로서 사용되길 기대한다.

최근 기후가 급변함에 따라 집중호우, 돌발홍수 등 기상이변이 급증하고 있으며, 도심지역 개발에 따른 불투수면적 증가로 첨두유량이 증가하여 집중호우로 인한 침수피해가 잦아지며 그 피해도 커지고 있다. 집중호우시 배수펌프장 운영에 있어 유수와 함께 떠내려 오는 각종 혼합물을 신속히 제거할 수 있어야 하며, 이를 위해 스크린과 제진기 설비를 설치하여야 한다. 하지만 다종의 유송잡물은 평시 둑이나 도로에 산재되어 있다가 비가 올 경우 일시에 하천 및 수로 등으로 유입되며, 배수장으로 이동할 경우 제진기의 작동을 곤란하게 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 펌프장 유입수로에 설치되는 제진기의 협잡물 퇴적에 따른 댐현상 및 목메임 현상으로 인해 스크린의 내구성 감소와 배수효율 저감되어 유량의 흐름이 줄어드는 것을 개선하기위한 제진기의 구조개선을 검토하였다.

본 연구는 도로의 Low Impact Development(LID) 시설에서 노면유출수의 저류와 토양내의 중금속 축적을 모니터링하였다. 경기도 A시에 위치한 시설로 기존가로수 하향식재와 나무화분 여과상자의 가로수 형태가 있으며, 식생 저류조 형태의 식생플랜트와 식생체류장치로 총 4개의 시설에 대하여 모니터링을 실시하였다. 강우에 실시된 4회의 모니터링에서 시설로 유입된 누적 강우유출수는 0.07~0.77 m3의 범위로 나타났으며, 가로수 형태 시설의 강우 유출수에 대한 시설 유입율은 평균 14.9%였다. 식생 저류조 형태의 경우 평균 4.6%의 유입율로 강우 유출수에 대한 저류능력을 나타내었다. 토양 의 중금속은 표층으로부터 10 cm의 토사를 채취하여 농도변화를 계절(여름, 가을, 겨울)에 따라 모니터링하였다. 타이어의 마모에 의해 발생하는 카드뮴(Cd)의 경우 식생플랜트 시설의 초기 기저농도 0.0014 mg/kg에서 겨울에는 0.0304 mg/kg으로 증가하였다. 나무화분 여과상자에서는 납(Pb)이 0.0263 mg/kg에서 0.0606 mg/kg으로 축적된 것을 확인하였다. 이러한 LID시설의 유량 저류는 도심의 불투수층에서 발생하는 강우 유출수가 하천으로 유입되어 유발되는 홍수 및 수해에 대한 방재 효과와 시설 내 중금속 저감을 기대 할 수 있는 것으로 나타났다.

하천에서 보는 일반적으로 수위를 조절하거나 용수공급 등 물을 이용할 목적으로 하천을 횡단하여 설치한다. 보는 높이가 고정된 고정보와 조절되는 가동보가 있다. 기존에 설치되어 있는 고정보는 콘크리트 형태로 보 하단에 흐름의 절체를 유발시켜서 수질을 악화시키고 어류의 이동을 단절시키는 등 환경 문제를 일으키고, 보 상류에 토사의 퇴적에 의한 상류의 수위 상승에 의하여 내수침수를 일으키는 등 치수적으로 문제를 일으키고 있다. 최근에 하천환경에 대한 관심이 늘어나면서 기존의 고정보의 문제점을 보완하기 위하여 다양한 방식의 가동보가 개발되고 있다. 그 중 국내 중소하천에 설치되고 있는 가동보의 주요 방식은 크게 개량형 공압식 가동보, 고무보, 유압식 가동보, 유선형 자동보로 분류된다. 그러나 이러한 가동보에 대한 흐름특성 및 정확한 유량을 추정하기 위한 유량계수 산정에 대한 연구가 거의 진행되고 있지 않으며, 실제 현장에서 적용가능한 가동보의 설계 및 월류량을 추정하는데 많은 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 실내실험을 통하여 수쉬감지에 의한 자동 기립 및 전도가 가능하고, 저층수배출 장치를 통한 가동보 상류의 수질악화 방지로 중소하천에 가장 많이 설치되고 있는 개량형 공압식 가동보를 대상으로 다양한 유량변화에 대한 흐름특성을 분석하였다(그림 1과 그림 2). 길이가 12 m, 폭 0.6 m, 높이 0.5 m인 가변형 경사 수로를 이용하였으며, 실험이 진행되는 동안 하류단 수위조건은 등류수심을 유지하였다. 하상경사는 국내 중쇼하천의 경사도 분석을 통해 1/1000로 하였으며, 가동보 기립각도를 5가지(완전도복인 5, 30, 40, 50, 60도)로 구분하여 실험하였다. 다양한 실험조건에 대한 수위-유량관계곡선식을 개발하였으며(그림 3), Froude 상사법칙에 따라 흐름에 영향을 주는 주요 매개변수에 흐름특성을 분석하였다. 가동보 기립각도에 따라 유량계수(Cd)값은 0.61~0.75로 산정되었으며, 각도별로 상대위어길이가 증가하면 Cd값이 감소하는 경향을 보였다. 그러나 기립각도와 상하류수심간의 관계에서는 yc/y1값과 yc/y2값, F2가 증가하면 Cd값은 증가하였다.

빗물펌프장에 설치된 펌프는 운영되는 동안 홍수시 변화하는 하도의 수위조건에 영향을 받는다. 이러한 하도수위변화는 펌프운영효율을 저하시키는 캐비테이션, 수격 및 서징 등의 현상을 발생시키는 원인이 될 수 있다. 펌프운영효율이 저하하게 된다며, 빗물펌프장으로 유입되는 홍수를 원활하게 배제시키지 못함으로써, 도시내수침수에 의한 홍수를 발생시킬 수 있다. 펌프의 효율을 떨어뜨리는 캐비테이션의 발생원인은 다양하지만, 흡수정 내에서는 흡입관 주위에서 vortex가 발생하여 물과 함께 공기가 유입되어 캐비테이션이 발생하게 된다. 이러한 vortex는 다양한 흐름조건에 의하여 형성되므로, 흡수정 내의 수위조건을 반영한 수치모의를 주로 수행하였다. 본 연구에서는 하천에서 발생한 홍수시 변화하는 수위를 수치모의에 반영하고 흡수정 내의 수위 조건에 따라서 발생하는 흡수정 내의 흐름특성을 분석하였다. 연구에서 적용된 빗물펌프장의 경상남도 김해시의 OO 빗물펌프장이다. 펌프가 단일 운영되는 조건과 다중 운영되는 조건에 대하여 수위변화를 적용하여 FLOW-3D 모형을 이용한 3차원 수치모의를 수행하였다.

하도육역화는 상류로부터 내려온 유사가 고수부지 또는 하도에 쌓여 하상이 상승하여 수역이 육역으로 변화하는 것을 말한다. 육역화는 통수단면의 감소로 인해 홍수위 상승이라는 문제를 야기한다. 홍수위가 상승하면 홍수위험도 함께 증가하기 때문에 하도육역화에 대한 관리가 필요하다. 이러한 하도육역화 방지 기술을 시험구간에 적용하여 실제 효과를 직접 검증하는 모니터링 연구가 진행중이며 본 연구에서는 수치모의를 통해서 모니터링으로 확인하기 힘든 유속의 분포와 유사의 이동경로 등을 확인하고자 한다. 유량조건은 평수기와 홍수기의 하천 모니터링 결과를 이용하였으며 동수역학적 특성은 유속분포와 난류강도 와도 등을 분석하였으며 유사이송적 특성은 FLOW-3D 상에서 입자(Particle)를 유하시켜 퇴적이 되는지 그대로 배제되는지를 분석하였다. 이 때 입자의 직경은 실제 하천에서의 중앙입경(d_50)으로 선정하였다. 본 연구에서는 하도육역화 방지기술의 설치 전후에 대한 비교를 통해 하도육역화 방지기술의 수리학적 성능을 검토하였다. 그 결과 현장적용된 하도육역화 방지기술은 고수부지 내 퇴적을 저감시키는 효과를 나타냈으며 유사의 연속성증진에 효과가 있는 것으로 나타났다. 추후 현장 모니터링 결과와 비교검증을 실시하면 보다 명확한 하도육역화 방지기술에 대한 수리학적 성능 검증뿐만아니라 수생태 건강성 증진에 대한 효과까지 검증이 될 수 있을 것이다.

기존의 파랑에 의한 부유체 해석은 유체에 의한 압력을 스프링 하중으로 가정하여 해석을 하거나 구조물의 변위가 커서 격자의 겹칩현상에 의한 제약으로 인해 파고가 비교적 작을 때에만 해석이 용이했었다. 본 연구에서는 국내적용이 가능하도록 저수지수면이나 연안과 같은 공유수면위에 띄어 발전을 하는 부유식 태양광 발전시스템의 안전성 검토를 위해 유체-구조 연성해석을 실시하였다. 기존 부유체 구조물 해석에서 파랑에의해 발생하는 구조체에서의 압력해석과 구조물의 응력해석을 따로 실시하였지만 본 연구에서는 동시에 해석이 가능하도록 하였다. 또한, 유체와 연동되는 부분을 부유체로 제한하여 격자의 겹침현상을 방지하였다. 이를 위해 구조해석 모듈과 유체해석 모듈이 함께 포함되어 있는 ANSYS 프로그램을 사용하였다. 파랑에 의해 부유체가 상하로 이동할 때 발생하는 응력을 검토하였으며 단위구조물 2개가 힌지로 연결되어 있는 경우에 대해서 구조체 프레임과 연결부의 안전성도 검토하였다. 풍속이 30 m/s 일 때와 45 m/s일 때로 풍파를 산정하여 파랑의 경계조건으로 사용하였다. 구조물 해석시 태양광 발전모듈에는 응력이 작용하지 않는다고 판단하여 본 해석에서는 제외하였다. 수치모의 결과 파고가 높은 경우가 응력의 최대값이 7.9~9.5 % 더 크게 산정되었으며 부유구조체의 지지점이 3개 일 때가 6개 일 때 보다 최대응력이 약 6배정도 크게 산정되었다.

보로 인한 상류부분 유속의 감소로 인해 보의 직상류 부분에 토사물이 퇴적되며 홍수시 수위가 증가하는 원인이 되어 치수 안정성을 저해하고 토사물의 퇴적과 함께 오염 물질도 같이 퇴적되어 수질 악화를 야기할 수 있다. 이러한 보의 단점을 개선하기 위해 본 연구에서 경사형, 슬롯형, 역쐐기 천공형 유사배제 래버린스 보를 제안하였다. 각각의 제안된 보의 수리학적 설계인자 도출을 위해 FLOW-3D를 이용하여 수치실험을 수행하였다. 역쐐기 천공형 래버린스 보의 경우 천공의 영향인자인 단면적, 천공갯수, 직경, 천공높이를 변화시키면서 동일 유량조건에서 수치실험을 수행하였다. 천공의 단면적은 월류고가 기존의 일반형 래버린스 보의 월류 수심보다 보다 10 % 이하로 감소하는 경우에는 수심유지효과가 확보되는 것으로 판단하여 천공의 지름을 결정하였다. 이 결과를 이용하여 슬롯형 유사배제 래버린스 보의 설계인자도 도출하였으며 수심이 10 %이상 감소하도록 설계하여 홍수시 치수안전성을 증가시킬 수 있도록 하였다. 또한, 유사배제효율을 확인하기 위해 보의 상류부분에 particle 형태의 유사를 유입하여 배제효과를 확인하였으며 유입유사 조건은 수리실험에서 주로 사용하는 주문진 표준사조건(d_50 =0.56 mm, σ_g = 1.48)을 적용하였다. 바닥부에서의 난류로 인한 유사배제율 변화를 확인하기 위해 천공의 간격과 높이를 변경하면서 수치실험을 수행하여 유사배제율이 최대가 되는간격과 높이를 도출하였다. 경사형 유사배제 래버린스 보의 경우에도 동일한 흐름 및 유사조건으로 수치모의를 수행하였으며 바닥의 경사를 변화시키면서 경사에 의한 유사배제율 변화를 분석하여 유사배제율이 최대가 되는 경사를 제시하였다. 본 연구에서 도출된 영향인자를 고려하여 유사배제 래버린스 보를 적용하면 기존 보의 단점인 보의 직상류 부분의 유사 퇴적 문제를 일정부분 해소하고 유사연속성을 증가시켜 생태건강성을 향상시킬 수 있을 것으로 판단되며 유사배제 래버린스 보의 활용성을 높일 수 있을 것이라 기대된다.

우리나라는 지형적인 특성과 높은 인구밀도로 인해 1인당 수자원 부존량이 부족한 상황이다. 이에 이상 기후현상과 여름에 집중되는 호우로 인한 가뭄이나 홍수에 효율적으로 대비하기 위해 2009년 하반기부터 4대강 사업이 추진되었고 2013년 현재 공사가 끝난 상황이다. 낙동강은 4대강 사업이 진행된 우리나라 주요 하천 중 사업이 진행된 길이가 가장 길고 수공구조물(보)이 가장 많이 설치되어 있다. 본 연구에서는 낙동강에 개설된 관측소들 중 다른 곳에 비해 지류의 유입이 적어 유량의 변화가 적고 그 사이에 수공구조물이 상대적으로 많이 설치되어 있는 낙동관측소와 왜관관측소를 연구대상으로 선정하였다. 보 설치 이전인 2009년 5,6,7월과 설치가 끝난 2013년 5,6,7월의 유량과 수위의 변화를 비교, 분석하여 수문변화에 대해 파악해 보았다. 수공구조물(보)가 설치되고 나서 상류(낙동관측소)와 하류(왜관관측소)간의 유량차가 감소하였고 상 하류 모두 강우량에 영향을 거의 받지 않고 낙동관측소와 왜관관측소에서 일정한 값의 수위를 유지하는 것을 알 수 있었다. 또한 최대 수위변화폭도 보 설치 이후인 2013년에 감소하였다. 이를 토대로 보 설치 이후 강우량에 의한 유량 및 수위변화가 적은 것으로 나타났으며 이상기후로 인해 발생하는 가뭄이나 홍수의 수문학적 영향이 적을 것으로 판단된다.

최근 도시지역의 내수침수로 인한 피해가 급증하고 있어 이에 대한 대책으로 제내지의 초과 우수를 하천으로 강제 배수시키는 빗물펌프장에 대한 설치 요구가 증대되고 있다. 빗물펌프장의 효율적 운영을 위해서는 내수와 외수의 변화를 충분히 고려하여야 한다. 또한 본류 수위 증가로 인해 배수위 영향을 받는 지천의 경우에는 본류 수위 변화를 고려해야 하고, 본류 합류부에 배수문이 설치되어 있을 경우에는 빗물펌프장의 운영뿐만 아니라 효율적인 배수문 조작이 요구된다. 따라서 빗물펌프장과 배수문의 최적 설계 및 운영 방법을 수립하기 위해서는 기존 수치모형을 이용한 결과뿐만 아니라 빗물펌프장 운영 시 실제 흐름특성 변화를 관측한 자료가 필요하다. 이를 위해 본 연구에서는 개봉1 빗물펌프장과 개봉1 배수문을 대상으로 홍수 시 빗물펌프장 운영에 따른 배수문 주변의 흐름특성을 측정하였다. 유속분포 측정은 표면영상유속계를 이용하였으며, 측정 구간은 배수문 직상류와 직하류에 대하여 실시하였다. 유속분포 측정 결과 홍수위 상승 시와 하강 시 배수문 주변의 흐름특성 변화뿐만 아니라 빗물펌프장 운영에 따른 배수문 주변의 흐름특성 변화도 확인할 수 있었다.

일반적으로 빗물펌프장의 운영은 유입부의 수위만을 고려하여 운영되고 있는데 이러한 운영 방식은 수위가 급격하게 변화할 경우 효율적으로 대처하기 어렵다는 한계를 가지고 있다. 이에 많은 연구자들은 다양한 모형을 이용하여 빗물펌프장의 효율을 극대화하기 위한 노력을 하였다. 하지만 빗물펌프장 주변의 흐름특성을 실제 측정한 결과가 없었기 때문에 이들 모형을 검증하기 어렵다는 한계가 있었다. 따라서 빗물펌프장 효율적 운영을 위한 모형들의 검증을 위한 빗물펌프장 운영 시 빗물펌프장 주변의 흐름특성을 실측한 자료가 필요하다. 이에 본 연구에서는 개봉1 빗물펌프장을 대상으로 표면영상유속계를 이용하여 빗물펌프장 운영 시 유수지 유입부와 빗물펌프장 토출부 주변의 유속분포를 측정하였다. 유속분포 측정은 2012년 8월 15일 발생한 홍수사상에 대하여 실시하였다. 빗물펌프장 주변의 유속분포 측정에 표면영상유속계를 적용한 결과 짧은 시간에 유속을 측정할 수 있기 때문에 급격한 수위 변화에 충분히 대응할 수 있어 빗물펌프장 주변의 평면유속분포 측정에 적용이 가능한 것을 확인하였으며 향후 빗물펌프장 주변에 고정으로 설치한다면 실시간 유속분포 측정도 가능할 것으로 판단된다.

도시의 발달은 도시의 인구집중, 산업화 등을 가져오며 특히 도심주변을 흐르는 하천에 많은 영향을 주곤 한다. 특히 도시개발을 위한 택지개발, 상업지구개발 등에 의해 인위적으로 하천의 유로를 변경하거나 복계하여 사용하는 지자체가 늘어나고 있다. 강원도 삼척시에 위치한 오십천도 예외는 아니다. 본 연구 대상지역은 오십천 하류부에 위치하고 있으며 1962년 오십천 수로변경공사로 인하여 하천의 직선화 되었다. 하천의 직선화로 인해 현재의 시가지가 발전하게 되었으며 인구의 변화, 토지의 이용 등 많은 변화가 생겼다. 하지만 여전히 2002 태풍루사, 2003 태풍매미 등 대형태풍이나 집중호우 기간 동안 침수피해가 발생하고 있다. <br> 본 연구에서는 국토지리정보원을 통하여 시대 별 지도를 획득하여 GIS를 통하여 유로변경 전·후의 고지도와 현재의 모습을 비교하고 1957년 고지도를 통하여 하폭을 결정하였다. 홍수터 개념을 적용하여 하폭을 다양한 경우의 수를 고려하여 산정한 후 하천정비기본계획에 제시된 표고 값으로 과거 지형을 재현하여 하류부에서 유로변경 전·후의 유속, 수위 등 수리특성의 변화를 비교 분석하였다.

유역의 수문학적 모형의 연구는 다양한 관점에 따라 연구되어져 있다. 개념적 강우 유출 모형은 실무적인 모형으로 폭넓게 사용되고 있으며 본 연구에서는 금강 18개의 계측 유역을 대상으로 빠른 지표반응을 고려한 확률분포형모형(Probability Distribution Model, PDM)을 적용하였다. 또한 물리적인 유역특성인자와의 성능 상관성을 검토하여 금강 유역의 수문학적 특성을 반영한 모형 개발에 기초가 되며 국내 유역의 적용성 평가 가능성을 검토한다. 본 연구에서는 2006·2012년 기간을 모형의 검정기간으로, 2001·2005 기간을 검증 기간으로 적용한다. 모형의 Nash Surcliffe Efficiency (NSE*) 적용 결과, 적합한 검정(12개 유역:0.3 이하) 및 검증(10개 유역:0.5이하) 결과를 나타내고 있으며 모의 수문곡선도 유역의 특성을 잘 반영하고 있다. 금강 유역의 모형의 성능과 유역특성인자(경사도, 강우량, CN)는 뚜렷한 상관관계가 없다. 그러나 중규모(250-1000㎢)유역에서는 일관되게 우수한 모의 성능을 나타냈다. 연구 결과 금강 유역의 PDM적용 가능함을 확인하였다.

안전한 하천구조물을 설계하기 위해서는 신뢰도 있는 홍수량 산정이 필요하다. 신뢰도 있는 홍수량 산정은 유역의 정확한 지역적 특성의 반영이 중요하지만, 실제적으로는 유역에 대한 지역적 특성의 정밀한 측정이 어렵다. 본 연구에서는 홍수량 산정 시 발생 할 수 있는 오차들을 최대한으로 줄이기 위하여 여러 개념적 강우 유출 모형을 적용 및 평가 하고자 한다. 이를 위하여 3개의 토양저류함수모형(Soil Moisture Accounting, SMA) 및 3개의 유역유출개념모형(Routing Modules)을 조합하여 총 9개의 모형을 금강의 22개소 유역에 적용한다. 적용결과 3개의 토양 저류 함수 모형 중 확률분포모형(Probability Distribution Model, PDM)이 Nash Surcliffe Efficiency (NSE*) 결과에서 타 토양 저류 함수 모형보다 우수하게 나타난다. 또한 유역유출모형에 대해서 우수한 NSE*값을 나타낸 모형은 2PMP(Micro-pre Approach parallel structure)모형으로 확인되었다. 따라서 금강 22개소 유역에서 두 모형의 조합인 PDM-2PMP모형이 적용 가능하다고 평가 할 수 있다. 이는 향후 금강유역의 지역화 연구 및 우리나라 전 유역에 적용 가능한 강우 유출모형 개발을 위한 기초연구로서 높은 활용가치를 가질 것으로 판단된다.

본 연구에서는 미공병단(1975)에서 제안한 경험적 지표인 용수부족지표(Shortage Index, SI)의 기본 개념을 근거로 국내에 적용 가능한 용수부족지표를 개발하고자 한다. SI는 용수공급 부족에 의한 피해규모를 추정할 수 있는 경우, 실제 피해 정도를 반영하여 용수부족 발생빈도, 지속기간 및 부족량에 대한 용수공급능력을 종합적으로 평가할 수 있다는 특징이 있다. 먼저, 용수부족지표의 공학적 특성을 분석하고, 지표를 구성하는 두 매개변수(k, 임계값)를 추정하는 방법을 제시하였다. 이를 근거로 1995년에 해당하는 자료들에 대한 수도산업의 총 파급효과(산업연관분석 결과)와 수자원 공급 비용 간의 관계로부터 국내에 적용 가능한 용수부족지표를 개발하였으며 낙동강 수계 내 5개의 다목적댐(안동댐, 합천댐, 임하댐, 남강댐, 밀양댐)을 대상으로 그 적용성을 평가하였다. 그 결과를 정리하면 다음과 같다. 1. 본 연구에서 고려한 용수부족지표(SI)는 수자원 부족으로 인한 사회·경제적 손실비용과 수자원 공급에 필요한 비용 특성을 반영하게 되며 SI가 1보다 크게 되면 용수공급 부족으로 인한 추가적인 수자원 개발이 필요하게 된다. 2. SI의 두 매개변수(k, 임계값) 중 k는 용수공급 부족으로 인한 사회·경제적 피해의 정도, 임계값은 수자원 부족률의 특성을 나타내는데 본 연구에서는 수도산업의 총 파급효과(산업연관분석 결과)와 수자원 공급비용 간의 관계로부터 국내에 적용 가능한 용수부족지표의 매개변수를 추정하였으며 k는 2, 임계값은 7.5%가 적절한 것으로 나타났다(미국의 경우, k=2, 임계값=10%). 3. 낙동강 수계에 대한 적용 결과, 1994-1995년 가뭄발생시 합천댐과 임하댐의 용수부족지표가 1보다 크게 나타났으며 용수공급능력 문제로 인한 추가적인 수자원 공급이 필요한 것으로 나타났다.

최근 전 세계적으로 이상기후에 따른 기후변화로 태풍과 집중호우의 발생빈도가 증가하고 있다. 특히 동해안에는 산지하천이 많아 집중호우 시 하천 상류지역의 유출량 증가로 인하여 하구부의 피해가 증가하고 있다. 해안과 만나는 하천의 하구부에서는 하천의 유황과 흐름에 따른 상류에서의 토사 유입량에 따라 하구부가 변화한다. 본 연구에서는 유한요소법을 이용한 2차원 흐름해석 모형인 RMA-2모형을 적용하여 가곡천 하구부의 흐름특성을 분석하였다. 모형 모의를 위하여 가곡천 하구부의 지형데이터를 이용하여 유한요소망을 구성하였다. 가곡천 하구부에 인접한 솔섬의 형태에 따라서 하구부의 흐름 특성을 분석하기 위하여 3가지 경우에 대한 유한요소망을 구성하였다. 입력자료인 유량은 2012년 9월 17일 내륙한 태풍 산바에 의한 영향을 분석하기 위하여 태풍 산바시 실측한 유량을 유입유량으로 RMA-2모형을 모의하였다. 그 결과 하구부에 인접한 솔섬의 영향으로 흐름이 좌우로 나누어지며 최대유속이 느리게 나타났다.

최근 도심지역에 국지성 집중호우가 자주 발생하고 불투수층 증가로 인해 유출량이 급격히 증가하면서 도심지역의 침수피해는 불가피한 상황이 되었다. 따라서 침수피해를 저감시킬 수 있는 대심도 배수터널의 필요성이 제기되고 있으나, 실제로 활용할만한 기술적 연구결과가 부족한 실정이다. 특히 대심도 터널의 구조 중 유입유량의 흐름특성을 결정하는 중요한 구조인 유입부의 경우 대심도 터널 설계 시 경제 및 시공적으로 우수하며, 유량배제효율이 양호한 유입구룰 선택하는것이 중요하다. 따라서 유입부 형태 중 설계인자가 적고 구조물 크기가 작아 시공 및 경제성이 우수한 접선식(Tangential) 유입구가 최근 대심도 배수터널의 유입구조물로서 많이 사용되고 있다. 하지만 접선식 유입구에 대한 효율검토 및 유량배제효율을 증가시킬 수 있는 실질적인 연구는 이루어지고 있지 않은 실정이다. 따라서 접선식 유입부의 흐름특성 분석을 실시하고, 접선식 유입부의 유량배제효율을 더 증대시킬 수 있는 구체적인 연구가 필요하다고 판단된다. 본 연구에서는 접선식(Tangential) 유입부의 흐름특성 분석을 통해 유량배제효율을 증가시킬 수 있는 구조적 개선안을 제안하여 개선안 적용에 따른 흐름특성 분석을 실시하였다. 유입부에 편경사를 고려한 접선식 유입부 구조를 제안하였고, 유입부의 편경사를 단계적으로 증가시킴으로서 수치모의를 수행하여 그 모의결과를 비교하였다. 유입부 내의 복잡한 흐름특성을 분석하기 위해 유체거동의 특성분석에 많이 사용되는 범용 CFD(Computational Fluid Dynamics)모형인 FLUENT 6.3모형을 선택하였으며, 유량 배제효율을 판단하는데 척도가 되는 접근수로에서의 평균수위와 수직 낙차부 내의 공기핵 크기를 계산하였다. 유입부 구조물의 격자망은 사면체와 다면체 격자 형태로 조밀하게 구성하였으며, 다상유동을 위해 VOF(Volume of Fluid)방법을 적용하였다. 수치해석 방법으로는 비정상류, 난류모형으로는 standard κ-ε모형을 적용하였다. 구조적 개선안 적용에 따른 접선식 유입부의 흐름특성을 수치 모의한 결과 접근수로의 평균수위는 구조 개선안 적용 전에 비해 유입부 편경사가 증가할수록 약 9.2%에서 25%의 수위감소 효과를 나타냈으며, 공기핵 크기는 약 15.6%에서 58%의 증가효과를 나타냈다. 이는 본 연구에서 제안한 구조적 개선안이 접선식 유입부의 구간평균수위를 낮추고 공기핵 크기를 증가시켜 접선식 유입부의 유량배제효율을 효과적으로 증가시킨다는 것으로 판단된다. 따라서 본 연구의 수치모의 조건하에서는 제안한 구조 개선안이 접선식 유입부의 유량배제효율 및 흐름안정성을 확보할 수 있으므로, 접선식 유입부에 본 연구에서 제안한 구조 개선안을 적용시키는 것이 용이하다고 판단된다.

최근 이상기후로 인한 집중호우와 태풍으로 인해 홍수피해가 증가하고 있으며, 특히 우리나라의 지형특성상 홍수에 취약하여 국민의 안전이 위협받고 재산상의 피해가 증가하고 있는 실정이다. 이에 유역별로 침수지역에 대한 공간적 분석과 사전 예측으로 위험도를 파악하여 피해를 예방하려는 노력이 필요하다. 분포형모형은 격자별로 지형특성과 수문현상을 효과적으로 반영하여 홍수피해를 최소화하기 위한 정확한 예측 및 해석이 가능하다. 본 연구에서는 우리나라의 117개 중권역을 대상으로 GIS를 통해 DEM, 토양도, 토지피복도의 지형자료로부터 수문매개변수들을 추출하였고, 분포형모형인 VfloTM모형을 이용하여 홍수유출해석을 실시하였다. 강우자료는 전국 69개 강우관측소의 100년빈도 확률강우량 자료를 수집하여, 24시간 확률강우량을 Huff 방법으로 분포시켜 사용하였다. 또한, VfloTM모형의 모듈인 Inundation Animator를 통해 시간의 경과에 따라 침수 지역을 분석하고 격자별로 최대, 최소, 평균침수심을 계산하였다. 본 연구를 통해 구축된 침수예측도는 홍수 피해를 예방하는데 도움이 될 것으로 사료된다.

소방방재청(2011)은 도시방재성능의 달성을 위하여 1시간, 2시간 및 3시간 강우지속기간을 갖는 목표강우량을 전국 지자체별로 제시한 바 있다. 지자체별로 제시된 목표강우량은 각 지역에서 확보하여야 할 최소한의 방재성능에 대응되는 강우량으로 정의하였다. 유하시설의 설계는 1hr 지속기간 목표강우량을 추천하였고 저류시설 및 유역대책은 2hr 및 3hr 지속기간 목표강우량을 추천하였다. 소방방재청(2012. 8)에서 제시한 “도시방재성능 개선 지침”은 하수도시설의 하수 및 우수관거 지선, 간선 등, 빗물펌프장 시설, 저류지, 각종 우수유출저감시설과 같은 방재시설 등과 같은 내수배제를 위한 시설물을 대상으로 도시유역내 방재 시설물이 우수관거, 저류시설, 펌프장시설 등이 포함된 경우 시스템에 관한 통합적 방재성능을 평가하고 개선코자 할 때는 1시간, 2시간 및 3시간 강우지속기간 목표강우량 및 강우분포를 모두 적용하여 수계내 침수가 발생하지 않도록 대책을 수립토록 해야 한다. 본 연구에서는 서울 신천지구, 용산지구, 목포시 1개동, 수원시 2개동 및 평택시 3개동, 여수시 3개동에 관하여 임계지속기간 및 강우지속기간별 첨두유량의 변화에 대한 유하시설 설계를 위한 목표강우량의 타당성에 대하여 분석 하였다. 그 외 수원시 1개동의 수원종합운동장의 저류시설과 신천지구 저류시설을 통한 첨두유량의 변화 및 방재조절지 106개 지구의 임계지속기간과 저류용량과 저감되는 첨두유량과의 관계를 분석하여 지속기간 1hr, 2hr 및 3hr의 목표강우량의 타당성을 판단코자 하였다.

최근 지구온난화로 인한 기상재해의 피해가 전 세계적으로 계속 증가하고 있다. 특히 집중호우는 시민들의 안전과 재산에 막대한 피해를 주고 있으며, 도시지역의 불투수성 포장은 홍수피해를 더욱 증가시키고 있다.(주진걸 2010, 전원준 2006) 따라서 도시지역의 홍수피해 및 저지대 내수침수 잠재 위험성을 방지하기 위하여 빗물펌프장이 각 도시지역에 설치되고 있으나, 연중 강우량의 절반이 여름에 밀집된 우리나라의 특성 상 빗물펌프장의 본연의 기능을 필요로 하는 강우계급은 강우빈도 중 20%에 그치고 있다(권용찬 2013, 박멱옥 2008). 본 연구에서는 한강으로 유입되는 A하천의 수위를 조절하기 위해 설치된 빗물펌프장에 생태유수지를 조성하여 강우 계급에 따른 홍수제방 효과 및 비점오염 저감효율을 평가하였다. 강우강도 1~2계급(10mm 이하, 10~30mm)에 대해 비점오염 저감시설로서 정상가동 되지만 3~4계급(30~50mm, 50mm 이상)이상의 강우량이 발생할 경우 시설이 침수되었다(국립환경과학원 강우유출수 조사방법, 2009). ROFM(강우량 빈도법) 산출 결과 1~2계급의 강우빈도는 연중 강우 빈도의 78.3%로 장마기간을 제외한 대부분을 차지하였으며, 비점오염원의 저감효율 평가결과 1계급 35.7%, 2계급 25.6%, 3계급 –25.8%, 4계급 –27.4%의 제거효율을 보였다. 이러한 강우모니터링 결과를 통해 빗물펌프장에 조성한 생태유수지가 비점오염저감 및 홍수제방 양쪽 모두 순기능을 하는 것으로 나타났다. 매년 강수량은 10년 강우 평균에 비해 갈수록 높아지고 있으며, 일 최대 강수량이 200mm 이상으로 발생하는 등 단기간 집중되는 높은 강도의 강우가 발생하고 있다. 그에 따라 시설이 파손되거나 침강지의 토사가 빠른 유속에 의해 유실되는 등 정상운영에 어려움을 겪고 있어 변화하는 강우사상에 따른 시설의 적정 운영 및 유지관리가 요구되고 있다.