국내의 하천에는 많은 수의 보가 설치되어 있으며, 이러한 특성은 국외에서는 흔하지 않은 편이다. 흐름이 보와 같은 구조물을 통과하는 경우에는 불연속 흐름이 발생하게 되며, 수치모의 측면에서는 흐름항과 생성항의 균형 등의 문제로 수치적 안정성에 많은 영향을 준다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 경험식이나 해석기법의 단순화 등에 의존해 왔으며, 최근에 들어서는 보다 정확한 수치해석기법을 이용하려는 연구가 꾸준히 수행 되고 있다. K-River는 국내의 하천 특성을 반영하고, 불연속 흐름을 보다 정확히 계산하기 위한 목적으로 개발되었다. K-River의 검증을 위하여 1) 하상융기가 존재하는 개수로 수치실험 모의, 2) 도수현상 실내실험 모의, 3) 실제 하천의 수문 사상 모의를 수행하였다. 모든 모의에서 해석해 및 관측치와 유사한 결과를 모의하여 K-River의 적용성을 검증하였다.

본 연구에서는 적응적 분할격자기반 2차원 침수해석모형 K-Flood를 개발하였다. 분할격자기법은 흐름 특성을 기반으로 격자를 분할하여 흐름영역과 비흐름영역으로 구분하는 격자생성기법이며, 분할격자기법과 격자세분화기법을 동시에 활용하면 매우 적은 수의 격자로 복잡한 형상의 흐름 영역을 표현할 수 있어 효율적인 모의가 가능하다. 특히 최근 도시홍수에 대해 매우 정밀한 해상도의 자료와 격자를 이용하여 보다 정확한 침수해석 또는 예보를 하고자 하는 시도가 늘어나고 있으며, K-Flood는 이러한 복잡한 흐름영역의 계산 시 적응적 분할격자를 활용하여 효율적인 격자생성이 가능하다. 공간 및 시간에 대해 2차 정확도의 유한체적 수치해법이 적용되었다. K-Flood의 검증을 위해 2차원 침수해석모형의 검증에 널리 사용되고 있는 1) 원형 실린더에 의한 충격파 반사 모의, 2) 도시홍수실험 모의, 3) Malpasset 댐붕괴 모의를 수행하였다. 모든 모의에서 관측자료 및 과거의 모의결과와 비교하여 성공적으로 K-Flood의 성능을 검증하였다.

일반적으로수위-유량관계곡선식은선형성과등분산성가정을기반으로구축되지만, 측정단면의형태, 단면상·하류의지형요인등으로 인하여 영향을 받기 때문에 실질적인 수위 및 유량의 관계는 관계식 구축에 이용되는 가정에 위배된다. 이로 인한 오차를 줄이기 위하여 곡선식을분할하여이용하고있으나, 측정단면의변화를 고려한관계자의주관적인판단이구간분할의주요근거로이용되고있다. 따라서 본연구에서는이러한주관성을배제하고관측데이터를기반으로객관화된분할근거를제시하고자한다. 곡선식의구간분할을위하여변동계수 를이용한기존의연구를바탕으로변동계수가정규분포를따르는것으로가정하여, 계산된변동계수가전단계에서계산된95%신뢰구간 이내에존재하지않는경우구간을분할하였다. 즉, 변동계수를이용하여집단간의특성을비교하였으며, 변동계수의분포를이용하여분할을 위한기준값을제시하였다. 방법론의추정능력검토를위하여가상의곡선으로부터생성된데이터에제안된방법론을적용하였고, 실제유역에 적용성 검토를 위하여 금강에 위치한 무주 및 산계교 수위관측소 지점에 적용하였다. 결과적으로 자동으로 분할된 관계곡선식을 사용하여 추정의정확도를높일수있을뿐만아니라외삽을하는경우역시그정확도를향상할수있음을확인하였다. 마지막으로실측값을활용한 수위-유량관계곡선식의구축시구간분할전·후의잔차데이터에대하여Shapiro-wilk 정규성검정을수행하였으며, 구간분할후잔차가 정규성을 갖게 되는 것으로 나타났다.

최근 지구온난화로 인한 기상이변으로 전세계가 몸살을 앓고 있다. 우리나라도 같은 실정에 직면해 있으며 이에 대비하는 차원으로 대하천 정비사업을 실시한 바 있다. 제방에 대한 정비항목으로는 하천준설, 제내지와 제외지에 대한 성토 및 보강 등이 있으며 이로 인해 지하수 흐름양상이 변하게 될 것으로 추정된다. 그러므로 이와 같은 환경을 시뮬레이션을 통해 제내지와 제외지의 높이에 따른 제방의 파이핑 안정성을 분석해볼 필요가 있는 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 낙동강의 지류인 회천에 위치한 율지제를 중심으로 본 연구제방에 설치된 간극수압센서를 이용하여 제내지와 제외지의 표고변화에 따른 제방내부의 지하수 침투양상을 SEEP/W를 이용하여 정상류 및 부정류를 고려한 모의를 수행하고 안정성을 검토하였다. 모의결과, 제내지의 표고가 상승할수록 파이핑 안정성이 증가하는 것으로 나타났으며 제외지측은 표고와는 상관없이 하천수위에 따라 파이핑 안정성이 영향을 받는 것으로 나타났다. 그러므로 제방의 파이핑 안정성을 증대시키기 위해서는 제내지의 성토와 적정하천수위유지와 같은 제방의 외적 요소들도 함께 고려해야할 것으로 판단된다.

최근 공간정보 및 컴퓨터기술의 발달과 함께 시공간적인 토양침식의 프로세스를 구현할 수 있는 다양한 물리적 기반의 모델이 개발되고 있다. 비록 물리적 기반의 토양침식모델이 다양한 지점에서 다양한 형태로 발생하고 있는 침식, 이송 및 퇴적에 관한 일련의 정보를 제공하지만, 파라메타, 모델의 구조 및 관측 자료의 불확실성 등으로 인하여 모델을 예측 혹은 특정 목적을 위하여 활용하는 경우에는 많은 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 유역기반의 토양침식모델(CSEM)의 최적 파라메타의 추정 및 그 불확실성을 평가하기 위하여 자료동화기법 중의 하나인 파티클 필터를 적용하였다. 파티클 필터를 CSEM과 연계한 모형(CSEM-PF)은 비선형 시스템의 특성을 갖는 물리적 기반 모형인 CSEM의 파라메타를 추정하기 위하여 매 시간의 관측 유량 및 관측 유사량을 활용하여 각각의 가중치를 계산하고, 이를 바탕으로 필터링을 수행하여 유출량 및 유사량과 관련된 다양한 파라메타를 추정하였다. 또한 이를 통하여 각 파라메타에 대한 불확실성 뿐만 아니라, 시변성을 갖는 파라메타에 대한 특성을 고려할 수 있음을 확인하였다. CSEM-PF를 용담댐의 소유역을 대상으로 과거의 기록적인 3개의 태풍에 의하여 발생한 사상에 적용하여, 각 사상에 대한 최적의 파라메타를 추정하고, 그에 대한 불확실성 분석을 수행하였다.

It has been widely recognized that accurate landslide susceptibility assessments are essential and effective to prevent disasters and minimize casualties as well as property damages. In recent decades, many slope stability assessment models have been developed and applied, including both steady and transient (time-variant) modeling approaches. None of them, however, solve well the relationship between rainfall and slope instability due to many simplifications in the boundary conditions and the flow in soil. As another slope stability modeling method, a new time-variant slope stability model is introduced in this study, the proposed model is then applied to 2011 Mt. Umyeon landslide event for model verification. The integrated surface and subsurface flow model is used to assess time-varying subsurface water amount governed by hydrological processes. In this flow model, a two-dimensional shallow water equation with diffusion wave approximation and a three-dimensional Richards’ equation are used to formulate the surface flow system and the saturated–unsaturated subsurface flow system, respectively. A widely used time-variant slope stability analysis model, TRIGRS, is also applied to the same event for comparison. The proposed model produced significantly improved results as compared with those of TRIGRS in terms of agreement with observation.

최근 지구온난화 및 기후변화에 의한 재난이 빈발하고 있어 미국이나 네덜란드 같은 제방 선진국에서는 특수한 경우 적게는 500년, 크게는 10,000년 빈도의 홍수위까지도 고려하는 극단적인 수준의 제방설계기준을 적용하고 있다. 우리나라도 지난 몇 년간 국가하천을 중심으로 대하천 정비사업이 추진되었다. 주로 하천준설과 제방증축 및 신축 등으로 진행된 사업에 의해 하천환경이 광범위하게 변화되었으나 제방의 안전과 관련된 하천환경 변화에 대응하는 구체적인 대응방안을 제시하지는 못하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 제방침투감지시스템 Testbed가 구축되어 있는 낙동강 회천의 율지제를 대상으로 제방 안전성을 평가하였다. 평가방법은 간극수압 계측자료를 이용하여 2차원 지하수 침투모형인 SEEP/W를 이용하여 제방의 파이핑 현상을 분석하였으며, 제방의 형상과 홍수파형에 따른 침투현상을 모의하여 제방안정성을 평가하였다.

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 판단하였다.

최근 기후변화에 따른 집중호우의 증가 및 무분별한 유역개발에 의한 산사태 발생빈도 및 재해복구비용이 증가하고 있는 추세이다. 본 연구에서는 2011년 7월에 발생한 서울시 우면산 지역을 대상으로 뿌리 점착력을 고려한 GIS기반의 무한사면안정모형을 이용하여 사면안정해석을 수행하였다. 무한사면안정모형의 중요 매개변수인 습윤지수의 공간분포화를 위해 비 집수면적 개념을 도입하였으며, 세가지 기법(일방향 흐름기법, 다방향 흐름기법, 무한방향 흐름기법)를 이용하여 비 집수면적을 산정하고, 각 기법에 따른 대상유역내의 격자별 사면안전율의 변화양상을 분석하였다. 또한, 기존의 무한사면안정모형을 이용한 사면안정해석에 일반적으로 적용되고 있는 공간집중형 습윤지수 결과와의 비교를 통하여 우면산 지역의 사면안정 해석의 차이점을 비교·분석하였다. 무한사면안정모형을 이용하여 산정된 사면안전율 분석결과, 거주지 주변의 절개지 부근과 산지정상부근의 급경사지에서 불안정 지역이 집중적으로 분포하고 있음을 확인하였으며, IFD와 집중형 습윤지수에 의한 불안정지역은 유사하게 나타난 반면, SFD와 MFD에 의한 불안정지역은 앞선 두 가지 기법에 비해 작게 산정되었다.

적응적 메쉬세분화기법과 분할격자기법을 적용한 2차원 천수방정식모형을 활용하여 구조물을 고려한 극한 홍수 실험을 모의하였다. 본 연구에 사용된모형은 두 격자생성 기법을함께 사용함으로서 복잡한 경계를보다 적은 격자로 효율적으로 표현하는 것이 가능하며, 동적 적응 메쉬세분화기법을 사용하여 흐름이 빠르게 변하는 영역에서 정확도를 유지하면서도 효율적으로 계산하는 것이 가능하다. HLLC 리만근사해법과 MUSCL 기법을 적용하여 시공간상에서 2차정도를 유지하며,