강우의 변화가 없다고 가정하더라도 도시화가 진행될수록 불투수성 면적이 증가하고 유역 표면이 도시화 이전보다 매끈하게 진행됨에 따라 첨두유량의 크기는 증가하고 첨두유량이 발생하는 시간이 이전보다 빨라진다. 도시화 이전보다 침투량이 감소함에 따라 유출체적 또한 증가된다. 근래에는 기후 변화로 인하여 과거보다 강우량이 증가되어 도시 내 첨두유량과 유출체적은 크게 증가되는 추세에 있다. 그러므로 도시수문환경 변화의 주된 요인은 강우량의 증가, 불투수성면적 증가, 유역표면의 매끈함, 개발을 통한 배수구역의 변화, 과다한 지하수 채수 등이라 할 수 있다. 도시방재 측면에서 홍수량 변화에 영향을 주는 인자는 강우량의 증가는 차지하더라도 불투수성 면적의 증가이다. 그러므로 도시 유역내 홍수량의 저감을 통한 도시방재성능을 제고하기 위해서는 증가된 불투수성면적을 투수성면적으로 환원하는 방안이 근본적인 대책이라 할 수 있다. 하지만 거의 포화적으로 개발된 도시특성에 비추어 볼 때, 투수성 면적의 복원은 많은 시간과 예산이 수반된다. 더구나 투수성 면적 복원과 같은 유역대책은 도입되는 지역이 도심내 작은 규모로 산재되어 있고 그의 효과도 파격적으로 눈에 띄지 않아 정부나 지자체에서 적극적인 도입을 주저하고 있는 실정이다. 본 연구는 방재성능 제고에 통상 도입되고 있는 유하시설의 개선 방안과 저류시설의 도입 방안을 설정한 개선방안 절차를 제시하였다. 개선방안 절차의 적정성을 판단하기 위하여 용산배수구역을 표본지구로 선정하였으며 수문학 및 수리학적 분석과 경제성 분석을 통하여 개선방안 절차의 적용성 여부를 판단코자 하였다.

본 연구는 상습침수가 발생하는 도시의 소규모유역에서 flow nomograph를 작성하여 실시간 침수예측의 적용 가능성을 평가하고자 하였다. 하수관망에 의하여 배수가 되고 있는 소규모 도시유역에 대하여 지속시간별 강우량 자료를 SWMM 모형을 이용하여 유출모의를 수행하여 상습침수지역에서의 강우량에 따른 surcharge 발생, 침수발생시점 및 침수발생 등을 확인하여 flow nomograph를 작성하였다. 작성된 노모그래프에 대하여 기존 주요호우 및 동래예보 강우에 의한 침수예측과 이들 호우사상을 SWMM에 의하여 분석하여 비교하는 방법으로 홍수경보 가능성을 확인하였다. 소규모 도시유역특성상 강우에 의한 홍수도달시간이 짧고 빠르게 침수가 발생하는 특성상 실시간 호우에 의한 충분한 침수경보의 시간확보가 쉽지 않으나 작성된 모노그래프에 의한 침수경보 예측가능성이 있는 것으로 판단되었다. 동래예보의 경우 3시간 호우를 예보하고 있어서 보다 예보시간 확보가 수월하나 강우의 시간분포의 불확실성과 예측강우의 오차에 의한 유출의 오차를 극복해야 하는 문제가 있었다. 그럼에도 소규모 유역의 침수예측은 현재의 시점에서 볼 때 진보된 실무활용성이 있다고 판단된다.

최근 우리나라는 기상이상으로 인한 자연재해 현상의 증가뿐만 아니라 다양한 인적 및 사회적 재난이 증가로 매년 다양한 종류의 재난으로 인한 피해를 입음에도 불구하고 교통공학적으로 대응측면에서의 연구가 다양화되어 있지 않아 도로 파손, 차단 등의 상황이 발생한 경우 원활한 교통운영이 어려워 주변 도로는 극심한 정체를 겪는다. 이러한 문제는 최근 증가추세를 보이며, 특히 2011년 7월 서울 및 수도권 폭우로 인해 우면산 산사태 발생, 강남 및 서초구 일대의 도로 침수 발생으로 이 주변 일대의 교통이 마비가 되는 현상이 반복적으로 발생하였다. 재난 발생시 교통문제 발생 요인으로는 도로 자체가 파괴되어 통행이 불가능하게 되는 경우, 도로가 폐쇄되어 통행이 불가능하게 되는 경우, 대량의 자동차가 한정된 도로에 집중되는 경우 등으로 이를 해결하기 위해서는 도로망의 차단, O/D 변화 등을 고려한 대피방안 연구가 필요하다. 이에 따라 본 연구에서는 재난 발생시 최단시간 내에 도시망을 대피할 수 있는 신호운영 기본 설계원칙을 세워 대피 및 우회차량의 대피경로를 분석하여 최적의 교통운영기법을 선정하고자 한다.

본 연구의 목적은 도시개발의 영향을 평가하고 물순환 개선시설의 적절한 배치를 설계하기 위한 물순환 해석 모형을 개발하는 것이다. 개념적 매개변수를 사용하는 기존의 집중형 수문모형으로는 도시개발로 인한 토지이용 변화 등의 유역 특성 변화를 적절히 모의하는데 한계가 있으며, 최근 활발히 연구되고 있는 분포형 수문모형은 입력자료 구축 및 모형구동에 많은 시간과 노력이 필요하여 다양한 도시설계 대안을 평가하기에는적절하지못하다. 유역 물순환 해석 모형(Catchment hydrologic cycle Analysis Tool, 이하 CAT)은 이러한 배경을 토대로 개발된 물리적 매개변수 기반의 링크-노드 방식의 물순환 정량화 모형이다. CAT은 기존 개념적 매개변수 기반의 집중형 수문모형과 물리적 매개변수 기반의 분포형 수문모형의 장단점을 최대한 보완하여, 도시유역 개발 전 후의 장 단기적인 물순환 변화 특성을 정량적으로 평가하고 물순환 개선시설의 효과적인 설계를 지원하기 위한 물순환 해석 모형이다. 개발된 모형의 평가를 위하여 설마천 유역을 대상으로 모의를 수행하였으며 출구점인 전적비교의 6개년(2002～2007) 동안의 시간별 하천 유출량 자료를 이용하여 모형의 보정(2002～2004)과 검정(2005～2007)을 실시한 결과, 보정과 검정기간의 Nash-Sutcliffe 모형효율계수는 각각 0.75와 0.89로 나타났다.

최근 웹과 스마트폰 기술의 발전으로 수십 제타바이트를 다루는 빅데이터의 시대가 도래되었다. 이는 기존의 데이터 마이닝의 주 대상이었던 구조화된 데이터뿐만 아니라, 비정형 데이터를 처리가 필수적이 되었음을 의미한다. 시공간 데이터를 포함하는 지오데이터는 빅데이터의 주요한 특징이라 일컬어지는 3V(다양성, 속도, 규모)를 잘 나타낸다. 위성 영상을 포함하는 대용량 지도서비스가 스마트폰에서도 가능하게 되었으며, 센서웹을 통해 스트리밍 기술로 실시간으로 공간정보 확보가 가능하다. 또한, 페이스북, 트위터 등에서 GPS를 통한 위치정보 확보뿐만 아니라, 위치와 연관된 키워드분석을 통해 비정형의 지오데이터 확보가 가능하게 되었다. 그리고 웹상에서 지오데이터를 공개/공유하는 Geo-Linked Data 서비스는 빅데이터 처리의 효율성이 증대시키리라 예상된다. 본 논문은 앞서 언급한 지오 빅데이터의 기술특징을 살펴보고, EU, 미국, 호주 등의 사례와 함께 EU FP7 프로젝트로 제안중인 Stream City 프로젝트를 통해 홍수, 화재, 가스폭발 등 도시재해에 지오 빅데이터 기술의 적용방안을 전망해보고자 한다.

The seasonal variations of ozone (O3) concentrations were investigated with regard to the relationship between O3 and wind distributions at two different sites (Jung Ang (JA): a semi-closed topography and Seo Chang (SC): a closed topography) within a valley city (Yangsan) and their comparison between these sites (JA and SC) and two non-valley sites (Dae Jeo (DJ) and Sang Nam (SN)) located downwind from coastal cities (Busan and Ulsan). This analysis was performed using the data sets of hourly O3 concentrations, meteorological factors (especially, wind speed and direction), and those on high O3 days exceeding the 8-h standard (60 ppb) during 2008-2009. In summer and fall (especially in June and October), the monthly mean values of the daily maximum O3 concentrations and the number of high O3 days at JA (and SC) were relatively higher than those at DJ (and SN). The increase in daytime O3 concentrations at JA in June was likely to be primarily impacted by the transport of O3 and its precursors from the coastal emission sources in Busan along the dominant southwesterly winds (about 5 m/s) under the penetration of sea breeze condition, compared to other months and sites. Such a phenomenon at SC in October was likely to be mainly caused by the accumulation of O3 and its precursors due to the relatively weak winds under the localized stagnant weather condition rather than the contribution of regional transport from the emission sources in Busan and Ulsan.

지구온난화에 따른 기후변화로 인한 자연재해의 발생 빈도가 증가하고 있으며, 이에 따른 피해규모 또한 점점 커지고 있다. 이로 인하여, 최근 빈발하는 집중호우에 의한 자연재해는 생명과 재산에 직접적인 피해를 입히게 된다. 경제발전과 인구증가에 따른 도시지역의 침수는 심각한 인명 및 재산 피해를 야기하게 되었다. 특히 서울 지역을 비롯한 경기도 지역은 지역개발에 따른 도시의 특성상 침수로 인한 피해가 발생할 경우 사회기반시설에 큰 문제점을 야기하며, 기존 시설물 및 재산 피해 뿐 아니라 장래 생산성에 있어서도 막대한 경제적 손실을 일으킨다. 급속한 도시화로 인해 유역 내 불 투수 지역의 면적이 증가하고 있는데, 이는 자연유역에 비해 짧은 도달시간으로 인해 높은 첨두 홍수량을 유발하여 도시홍수 피해의 주된 원인이 되고 있다. 따라서 이러한 피해를 줄이고자 구조물적 또는 비구조물적 홍수방지 대책들을 마련하여 시행하고 있다. 본 연구에서는 기후변화 시나리오 및 기후모형들을 검토하여 적정 기후시나리오와 기후모형을 선정하고, 수집한 강우자료를 시간단위로 축소한 뒤 미래 기후변화의 영향으로 인해 발생할 수 있는 확률강우량을 구하였다. 기왕최대강우량 및 RCP 8.5 시나리오를 이용한 확률강우량을 XP-SWMM 모형에 적용해 도시배수시스템의 홍수유출량을 산정하였다. 대상지역에 월류가 발생할 것으로 예상되었으며, 따라서 이에 대한 적절한 대책 마련이 필요할 것으로 보여진다.

지구환경의 변화로 홍수빈도 및 강우강도가 증가하고 있다. 이에 따라 도시유역 내 홍수범람으로 인한 인명 및 재산 피해가 빈번히 발생하고 있다. 발생되는 피해에 대하여 과학적이고 기술적인 대응 방안이 필요하며 이를 위한 기술의 개발과 홍수예경보시스템의 연계에 관한 적정 방안을 필요로 하고 있다. 본 연구에서는 효율적인 통합중소하천의 예경보 시범유역을 선정하고 이를 위하여 부산시 소재 내 온천천 유역을 시범유역으로 선정하여 홍수예경보를 위한 10분 간격의 실시간 모니터링을 구축하였다. 이는 현장에 설치된 강우계, 수위계, 유량계를 설치하여 이를 원격 시스템으로 데이터를 전송하고 관리할 수 있는 웹사이트를 구축하였다(http://pnuhydro.pusan.ac.kr). 이를 통하여 구축된 DB를 활용하여 도시 유역 내 단기 수문예측모형을 개발하였다. 수문예측모형은 온천천 유역 내 설치되어 있는 실시간 유역 모니터링 시스템의 수집된 자료 중 홍수시 강우사상별로 수문예측모형의 입력자료로 사용하였다. 역전파알고리즘 기반의 인공신경망을 이용하여 2006-2012년의 기간 중 10분 간격의 수위 및 강우 자료를 이용하여 홍수기 시 강우사상별로 자료를 정리 한 후 4가지 강우사상에 대하여 training과 testing 기간으로 나누어 10분부터 60분까지의 수위 예측을 실시하였다. 그 결과 10분 간격의 수위예측에서 10분 간격으로 최대 60분까지 예측한 경우 예측 기간이 길어질수록 예측 정도가 단기 예측에 비하여 RMSE와 CC(상관계수) 값 중 RMSE 커지긴 하지만 상관분석의 결과 및 RMSE 모형 분석 결과는 대체적으로 60분까지 예측 성능이 우수한 편이었다. 이는 실시간 모니터링 시스템에 의하여 DB화한 수문관측자료를 이용하여 역전파알고리즘 기반의 수위예측모형은 도시 유역 내 돌발홍수 및 범람에 대비할 수 있는 대안책으로 추후 효율적인 모니터링 시스템의 운영과 관리에 의한 DB의 축적과 이를 통한 다양한 강우사상에 대한 수문예측모형의 적용으로 그 적용성 평가가 필요할 것으로 사료된다.

본 연구는 항만과 도시기능이 충돌하는 현상을 보이는 인천의 사례를 통하여 항만과 도시기능의 연계 방안을 도출하는 것을 연구의 목적으로 하였다. 연구의 분석방법으로 다차원 척도분석을 사용하였으며, 유사성을 갖는 항만도시로 그룹핑 하기 위하여 총 5개 지표(컨테이너 물동량, 인구수, 도시면적, 정기취항 선사 수, RCI[Relative Concentration Index])를 사용하였다. 연구대상은 Containerisation International Yearbook (2010)을 통하여 제시된 18개 아시아 항만도시를 연구대상으로 선정하였다. 분석 결과, 동종 항만도시 군내에 연계지수인 RCI가 인천보다 상회하는 요코하마를 벤치마킹 대상으로 선정하였다. 요코하마는 인천에 비해 항만배후단지의 활용 측면에서 다양하며 '미나토미라이 21'과 같은 항만과 도시의 일관된 정책 사례를 펼쳐 항만과 도시기능의 연계성을 높인 것으로 파악되었다.

우리나라의 기후변화영향은 전 세계 평균보다 빠르게 진행되는 추세이며, 최근 기후변화 영향으로 도시에서의 재해는 대형화, 다양화, 일상화되고 있다. 따라서 국토해양부는 국토의 계획 및 이용에 관한 법률(3조)를 개정하여 도시계획을 통해 기후변화에 대응하고 풍수해를 저감하여 국민의 생명과 재산을 보호할 수 있는 근거를 마련하였다. 특히, 광역도시계획, 도시기본계획, 도시관리계획 수립지침을 개정하여 도시계획 시 재해 취약성 분석 결과를 반영하도록 제도화하였다. 본 연구에서는 자연재해(홍수, 가뭄, 폭염, 폭설, 강풍, 해수면상승) 중 홍수에 대한 기존의 취약성 분석 방법론을 개선하여 분석 결과를 시스템화하고, 이를 도시관리계획에 활용할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.

토목구조물의 설계와 시공에 있어서 온도변화는 매우 중요한 요소 중 하나이다. 따라서 토목구조물의 설계 및 해석에 있어서 물성변화 특성을 고려한 대표적 기후조건에서 각각의 재료의 물성치를 적용하여, 설계 또는 구조해석을 실시하여야 한다. 본 연구에서는 토목구조물의 설계 및 해석 시 정확한 온도하중 산정을 위하여 기상청의 기후데이터를 이용하여 국내 대표 도시를 선정하여, 각 도시의 기상관측소 최대 30년(1982~2011) 기간의 일평균온도 데이터를 분석하였다. 각 데이터 값의 통계적 분석을 통하여 토목구조물 설계 및 시공에 있어 고려할 수 있는 최대/최소 온도 변화 값 및 국내 고유의 온도 변화에 관한 기초 자료를 제시하였다.

본 연구 (II)에서는 앞선 연구 (I)에서 개발된 지표 및 지표하 유출해석 모듈의 적용성과 수치해석적인 안정성에 대한 분석하였다. 개발 모듈의 유출해석에서 기존 강우-유출해석 모형에 비해 특징적인 침투해석에 관한 모의를 위해 침투해석 방식이 서로 다른 FFC2Q모형과 VfloTM을 비교대상으로 선정하여 동일한 투수층 유역에 적용하여 모의 결과를 비교분석해 보았으며, 강우의 크기와 토양의 유효토심 및 강우발생시점부터 강우종료 후 경과시간에 대한 모의조건을 설정하여 개발모듈의 적용성과 해석결과의 안정성을 검토해 보았다. 이상의 테스트에서 본 연구의 개발 모듈은 침투과정을 물리적으로 나타내는 전형적인 형태를 잘 나타내었으며, 토양조건 별 포화시점도 상이하였고, 수두가 증가되는 기울기도 다르게 구현함으로써 토양별 특성치를 비교적 잘 보여주었다. 또한, 강우강도가 유출에 미치는 영향과 시간분포에 대한 모의결과도 잘 반영하였으며, 마지막으로 타 모형과의 비교결과에서도 강우-유출해석에 대한 정확도가 높게 평가될 만한 결과를 도출하였다.

유역내에서 발생하는 유출은 지표 유출과 지표하 유출이 있으며, 서로 상호작용 상태를 유지하게 된다. 일반적으로 지표와 지표하 둘 중 한 가지 알고리즘으로 해석이 힘든 유역에 대해 지표와 지표하 사이의 동적인 관계를 상세하게 모의해야 하는 경우 상호작용에 관한 요소를 고려하여야 한다. 동적인 상호작용 시스템의 구동에서는 시·공간적인 매개변수가 중요하며, 적절한 모의를 위해 시·공간적인 매개변수는 시스템 상에서 지표와 지표하 항에 대한 복합적인 메카니즘으로 구성되어야 한다. 본 연구에서는 이러한 지표 및 지표하 유출의 상호작용에 관한 알고리즘을 위해 2차원 확산파 방정식을 이용하여 지표 유출을 해석하고, Darcy의 법칙과 Dupuit-Forchheimer의 가정을 이용한 Boussinesq 방정식을 적용하여 포화상태의 지표하 유출의 알고리즘을 구성하였다. 커플링 방정식으로 공간에 대해서는 유한체적법을 사용하고, 시간에 대해서는 Crank-Nicolson 방법을 이용하였으며, 지표와 지표하 흐름의 상호작용에 대해서는 질량보존의 법칙에 기반하여 구성하였다. 이상의 과정을 통하여 지표 유출해석, 지표하 유출해석, 상호작용, 수치해석 부분의 4가지 주요 모듈을 만들었으며, 4가지 주요 모듈을 통합하여 복합유역의 지표 및 지표하 유출해석 모듈을 개발하였다.

SWMM은 도시유역의 홍수유출 해석에 관한 대표적인 모형으로서 국 내외에서 활용도가 높은 반면, 다수의 불명확한 매개변수를 포함하고 있어 사용에 어려움이 있다. 본 연구에서는 SWMM에 집합체 혼합진화(SCE-UA) 알고리즘을 결합하여 자동 보정 모듈을 개발하였다. 최적화 문제는 목적함수에 따라 그 결과가 상이하게 도출될 수 있으므로 연구에서는 5개의 단일 목적함수를 적용하여 가장 적합한 목적함수를 도출하였다. 그리고 홍수유출 해석에는 첨두유량의 정확성이 중요하므로 이를 고려할 수 있는 다목적함수를 구성하였고, 파레토 최적해의 결정을 통해 결과를 도출하였다. 작성된 자동 보정 모듈은 구로1 빗물펌프장 유역에 내린 2009년 3개의 강우사상에 적용되었다. 다목적함수의 구성을 통해 자동 보정된 결과는 단일 목적함수에 의해 도출된 결과보다 첨두유량과 유출체적의 오차를 포함한 대부분의 모형평가 지표에서 우수한 것으로 나타났다. 또한, 다목적함수에 의해 보정된 모형의 검증 결과도 신뢰적인 것으로 분석되었다. 본 연구에서 개발된 SWMM의 자동 보정 프로그램은 도시유역의 다양한 홍수유출 해석 문제에 활용될 수 있을 것으로 전망된다.

The study analyzes groundwater balance with regard to the water recharge and discharge which contain urbanization components in Suyeong-gu, Busan. It also verifies the reliability and accuracy improvement on the analysis of the balance. The result of the study is viewed as preliminary data which are useful to develop, utilize and manage groundwater. The average quantity of groundwater recharge is 6,014.1 ㎥/day in the research area during the last ten year period(from 1998 to 2007). The outflow from drainage areas to rivers and coasts is 149.3 ㎥/day, the inflow from rivers and coasts to drainage area is 439.9 ㎥/day. The use of the water is 4,243.0 ㎥/day. The outflow caused by subway in line No.2 and No.3 through Suyeong-gu and the one by building an underground electric complex is 1,500.0 ㎥/day. The leakage of water works is 6514.9 ㎥/day. The inflow and outflow of sewerage is 5082.2 ㎥/day from groundwater to sewer. The amount of groundwater recharge, the inflow from rivers and coasts to drainage area, and the leakage of water works belong to the amount of groundwater inflow and the total amount is 12,968.9 ㎥/day. The amount of outflow from drainage area to rivers and coasts, the use of groundwater, outflow by subway and underground electric complex tunnel and the amount of inflow of the water to sewerage belong to the amount of outflow of groundwater and the sum amount is 13,031.5 ㎥/day. The gap between the amount of inflow and outflow of groundwater is 62.6 ㎥/day, which is considered to reflect the trend that the short term drop in the amount of rainfall results in the amount of groundwater recharge and that the amount of outflow from drainage area to rivers and coasts decreases.

This study aims at choosing indicators to measure the effect of utilizing biotop map, and analyzing its effect by an indicator from the perspective of performer. The Primary performance indicators are made through specialist survey using SMART. As a result, three indicators are chosen: “Discussion of the period of an environmental effects evaluation(reduced effect)”,“Plan and execution of environment and ecology plan in an urban development site”,“Minimizing ecological damage in an urban development.” The result in each indicator is as follows. The indicator of discussion of the period of an environmental effects evaluation(reduced effect), the average reduction rate in statistically meaningful level reduced 6.08% and 11.64% respectively in 2004-2005. In this period, environment information system was established and the reduction effect is shown in this period by reinforcing environment effect estimation using biotop map. As to the indicator of utilizing biotop map in an urban development site, the Seongnam P site case shows that biotop map was used when they set up an development plan. In case of minimizing ecological damage in an urban development, the Gwangjingu G-dong case shows that it was used to appoint preservation sit, and mediate development restrict area. Accordingly, the biotop map utilizing effect is confirmed through core performance indicators and verification of the indicators using SMART. The further research is encouraged to find evaluate indicators and verify the effect quantitatively to increase the use of biotop map.

우수관망의 최적 설계에 관한 기존의 연구 모형들은 설계강우에 대하여 관거의 연결, 관경 및 관 경사 등을 최소의 비용을 목적으로 최적화하여 왔다. 그런데 우수관망에서의 관거 내의 흐름은 관경, 관 경사와 특히 관망의 구성 형태에 따라서크게달라진다. 기존의최적우수관망설계모형들은설계유량을만족시키는것에국한되었으며, 설계기준을초과하는 강우에 따른 침수의 발생은 관망의 설계에 어떠한 고려도 되지 않았다. 본 연구에서는 우수관망을 구성함에 있어서 관거 내 흐름을