Failure risk investigation of any structure in a seismic zone can be done by the seismic probabilistic risk assessment (SPRA), which became a very attractive area of research in terms of safety measurement. This paper introduces such kind of concept to identify which magnitude in a specific seismic zone will contribute more vulnerable failure point in a structure. Here, for implement this idea a case study on a concrete gravity dam has been carried out. In order to make a correlation between the magnitude and failure risk contribution based on different damage stage, a combination of seismic hazard analysis and the probability of structural collapse is adopted. Therefore, the deaggregation of the mean annual frequency of failure risk by magnitude is used in this study to quantify four different limit stages of failure identification criteria. Consequently, from analyzing the result, in case of concrete gravity dam, this deaggregation approach shows the tensile crack in the base looks more vulnerable damage stage for the specific seismic zone.

All over the world, concrete gravity dams have to withstand lots of environmental hazards and time-varying external loading during an earthquake. Therefore, the risk assessment of this structure with time may become an important study for the dam structure, which is related to the chemo-mechanical effect on the aging concrete. The focusing point of this study is to propose an earthquake assessment procedure to determine the failure probability with time of any concrete gravity dam for the future if we consider the material deterioration. This material decay is mainly associated with the modulus of elasticity of the concrete and it is explained briefly in the manuscript.

The earthquake risk prediction for dam structure has been considered as an important analysis. The dam has to interact with water in its lifetime, which maybe induces the chemo-mechanical phenomenon on the aging concrete and damage the capacity of the structure. The main aim of this research is to suggest a procedure to predict the operant condition of the dam based on Cumulative Absolute Velocity (CAV) values after some decades. CAV is a method ordinarily used in Nuclear Power Plant (NPP) fields, but in case of a concrete gravity dam, it will be the new addition along with the aging effect of concrete material.

댐 위험도 해석시 수문학적 변량(강수, 유출 및 수위)들의 상호관계를 고려한 체계적인 분석과정이 요구된다. 그러나 기존 댐 위험도 해석 연구에서는 변량간의 체계적인 관계 평가를 수행하는데 있어서 한계점을 나타내고 있다. 이러한 점에서, 본 연구에서는 수리·수문학적 변량간의 관계를 효과적으로 평가하고자 Bayesian Network 기반의 댐 위험도 해석 기법을 개발하였다. 실제 댐에 대해서 제안된 모형을 적용한 결과 파괴인자간의 상호관계 규명 및 불확실성을 평가하는데 있어서 기존 연구보다 쉽게 가장 큰 파괴인자를 파악할 수 있는 장점이 있었다. 이와 더불어 다양한 시나리오에 따른 댐의 안정성을 파괴확률 및 예상피해의 함수인 위험도로 평가할 수 있도록 하였다. 즉, 기존 댐 위험도 기법으로 수행한 결과에서는 월류 확률이 도출 되지 않았지만, Copula 함수를 도입하여 댐 초기수위를 고려한 결과 댐 월류 확률이 발생하였 으며, 피해결과 역시 크게 증가하고 있는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 기반으로 향후 댐의 보수보강 등의 우선순위 결정을 위한 도구로서 활용이 가능할 것으로 판단된다.

According to recent meterological disasters, social awareness for safety of infrastructure is heightened by increasing natural disasters such as Fukushima accident, landslide of Umyeon mountain. Also scale of landslide is increased in Korea but safety review of dam is insufficient. In this study, we reviewed data(reservoir capacity, type of dam, danger map of korea forest service, satellite pictures, geologic map, etc.) and conducted site investigation whose the area is the most dangerous. Based on the results, we choose the most dangerous dam and analysis site close examination, slope stability analysis, scale of debris flow, etc. As a result, we will conduct measures establish on reinforcement and final evaluation of landslide's hazard.

소규모 대댐과 저수지 시설물은 일상점검, 정기점검 등을 실시하도록 규정하고 있으나 시설물이 안정성을 파악하기 위한 점검 항목, 항목별 평가 방법이 정립되어 있지 못한 상태이다. 또한 관리 전문 인력의 부족, 점검 시 제도적 평가 기준의 미비 등으로 체계적인 유지관리가 이루어지지 못한 실정으로 규모가 큰 댐에 비해 저수지의 파괴 가능성이 높다고 할 수 있다. 실제 소규모 댐과 저수지는 규모가 큰 댐과 정밀안전진단 세부지침이 상이하여 기존의 평가기준을 적용하기엔 무리가 있으며, 소규모 댐과 저수지에 최적화된 안정성 평가 기법의 개발이 요구되고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 국내외 저수지 위험도 해석방안 조사 및 평가, 소규모 저수지 위험도 평가 및 DB 구축방안 수립, 수리수문학적/지반공학적/구조적 위험도 평가방안 마련, 저수지 붕괴로 인한 피해액 산정방법 검토에 대한 연구 방안을 수립하고자 한다. 최종적으로 저수지 위험도 평가 방안이 종합적으로 검토된 위험도 기반 저수지의 안전성 평가방안 수립하고 이를 활용한 저수지 재개발 우선순위 결정 모델을 개발하고자 한다.

수문학적 댐 위험도 분석은 복잡한 수문분석과 연계되어 있으며, 기본적으로 수문분석 과정과 모형에 사용되는 입력 자료에 대한 불확실성을 평가하는 과정이 필요하다. 그러나 체계적인 불확실성 분석 과정을 통한 댐 위험도 분석 절차에 대한 연구는 상대적으로 적은편이다. 이러한 점에서 본 연구에서는 기존 연구에 대해서 2가지 주요 개선점을 도출하여 댐 위험도 분석에 활용하였다. 첫째, 강우 분석 시 매개변수의 불확실성 분석이 가능한 Bayesian 모형 기반의 지역빈도해석 절차를 수립하였다. 둘째, 강우-유출 모형 매개변수의 사후분포를 정량적으로 추정하기 위하여 Bayesian 모형과 연계한 HEC-1모형을 도입하였다. 도출된 유입 시나리오를 댐의 수위로 환산하기 위하여 기존 저수지 운영기준에 근거하여 저수지 추적을 수행하였으며, 최종적으로 실행함수를 통하여 수문학적 위험도를 추정하였다. 실제 댐에 대해서 모형의 적합성을 평가하였으며, 초기수위 가정에 따른 수문학적 위험도에 민감도를 평가하였다.

According to recent meterological disasters, social awareness for safety of infrastructure is heightened by increasing natural disasters such as Fukushima accident, landslide of Umyeon mountain. Also scale of landslide is increased in Korea but safety review of dam is insufficient. In this study, we reviewed data(reservoir capacity, type of dam, danger map of korea forest service, satellite pictures, geologic map, etc.) and conducted site investigation whose the area is the most dangerous. Based on the results, we choose the most dangerous dam and analysis site close examination, slope stability analysis, scale of debris flow, etc. As a result, we will conduct measures establish on reinforcement and final evaluation of landslide's hazard.

In this year, dam risk analysis and assessment tool is developed D-SMART program, including analysis hydrological module, geotechnical module and consequence module. D-SMART is program of risk analysis and assessment utilize technique for dam safety evaluation. In the future, Dam risk assessment carried out step by step in K-water plans.

In this study, risk analysis and assessment was carried out by selecting pilot dams using D-SMART. D-SMART was risk-based evaluation tool of dam for dam safety and was developed in K-water. Dam risk assessment conducted for the first time using D-SMART and the future through additional research, system of risk assessment will be improve.

The first time in Korea risk analysis was carried out on dams and risk assessment was carried out by selecting a pilot dam. As a result, the dam risk assessment process was established, and also learned the importance of risk assessment. Dam risk assessment conducted for the first time, but the future through additional research, risk analysis is to develop the system.

기후변동성의 증가로 인한 댐의 안정성 확보가 주요 이슈로 부각되고 있으며 세계대댐회(ICOLD)에서는 이러한 점을 고려한 댐의 안정성 평가를 위해 위험도 해석 기반의 해석 절차를 추진하고 있다. 그러나 국내에서는 기존 댐 안정성 평가의 경우 치수적 관점에서 빈도해석기법과 정성적 평가 기반의 상태평가에 중점을 두고 있으며 정략적이며 구체적인 해석 방안에 대한 연구는 미비한 실정이다. 댐의 위험도 분석을 위해서는 구조물 자체적인 문제, 기상조건, 환경적인 요인 등 내부·외부 요인들에 대한 충분한 검토가 필수적으로 요구되며 고려된 요소들 간의 상호작용을 평가할 수 있는 Network 기반의 해석체계 구축이 필요하다. 또한 대부분의 위험도 해석과정에서 요구되는 매개변수들의 불확실성이 매우 크다는 점과 각 매개변수들의 불확실성이 전체 해석결과에 영향을 준다는 점을 고려해야 한다. 이러한 점에서 본 연구에서는 위험도 평가 수행 중 가장 중요한 위험요소들의 분류와 규명, 위험요소들간의 인과관계, 위험요소들의 발생확률 산정 등을 통해서 각각의 위험요소들의 발생경로와 발생확률 등을 체계적으로 추정할 수 있도록 다음과 같이 연구를 진행하였다. 첫째, 댐의 과거 피해사례, 계측 및 외관 조사, 다양한 댐 파괴인자 등을 고려하여 입력자료를 구축한다. 둘째, 도출된 위험 인자들을 토대로 댐 위험도 해석 모형을 개발하기 위해서 주요 파괴경로, 원인 인자와 결과간의 상관성을 고려하여 Bayesian Network 모형을 구축한다. Bayesian Network 노드에는 각 입력자료의 특성에 맞는 확률분포형이 부여되며, 각 노드간 조건부확률의 계산을 통해 댐의 위험도 평가를 수행하였다. 마지막으로 인명피해액 및 경제적인 피해액을 산정하여 댐 파괴시 총 피해액을 산정할 수 있도록 모형을 개발하였다. 본 연구를 통해서 댐 피해의 결과로 보수·보강의 계획 수립시 특정 위험인자에 대해 우선순위를 결정할 수 있으며, 각 댐의 특성에 맞는 효과적인 관리·운영을 할 수 있을 것으로 판단된다.

In this study is to develop hydrological and geotechnical analysis module and risk analysis and assessment tool for the development of the dam safety management decision-making support tool D-SMART. Analysis module is composed of two parts. One is the initial load probability result part to the hydrological and an earthquake characteristic, the other is system response probability result part.

The purpose of in this study to develop of the dam safety management assessment tool based risk assessment for the dam safety management paradigm shift. Therefore in this study is to develop hydrological and geotechnical analysis module and risk analysis and assessment tool for the development of the damsafety management decision-making support tool D-SMART.

Dam risk analysis and assessment, with the state-of the-art technology in developed countries being used. This technology is considered to require a paradigm shift in the national dam safety management. Therefore, this study is developed to utilized the risk-based dam safety management assessment tool.

우리나라의 댐 안정성 평가는 수문학적 안정성, 구조적 안정성, 지반공학적 안정성을 평가하며 현재의 댐 안정성 기준의 부합여부를 판단하는 것으로 그치고 있다. 그러나 댐의 악영향을 미치는 위험인자간의 상호 영향과 안정성 해석 시에 나타나는 모형 및 입력 자료의 불확실성을 고려하지 못하는 단점이 있다. 하지만 최근 증가하는 기상변동성을 능동적으로 고려하기 위해서는 위험도 해석 기반의 확률 및 통계학적 수공구조물 안정성 평가기법을 기반으로 하는 종합적인 위험도 해석 방안 수립이 요구된다. 따라서 본 연구에서는 위험도평가 수행 중 가장 중요한 위험요소들의 분류와 규명, 위험요소들간의 인과관계, 위험요소들의 발생확률 산정 등을 통해서 각각의 위험요소들의 발생경로와 발생확률 등을 체계적으로 추정할 수 있는 방안을 소개하고자 한다. 본 연구에서 제시하는 방법론은 정성적/정량적 방법으로 이루어지며 총 5단계로 구성된다. 첫째, 댐의 과거 피해사례, 계측 및 외관 조사, 댐 운영자들과의 면담 등을 통하여 댐의 문제점을 파악하는 과정으로서 공학적 판단(Engineering Assessment)을 실시한다. 둘째, 도출된 위험 인자들을 토대로 댐 위험도 해석 모형을 개발하기 위해서 주요 파괴경로, 원인 인자와 결과간의 상관성을 고려한 잠재적 파괴모드(Potential Failure Mode Analysis)를 결정한다. 셋째, 이들 파괴모드를 위험도 모형으로 구축하기 위해서 ETA(Event Tree Analysis) 방법을 도입하였다. 넷째, ETA를 구성하는 각 단계별로 반응확률(system response probability)을 추정하기 위해서 수문학적 및 지반공학적 위험도 해석 모듈을 개발하였으며 불확실성을 고려할 수 있는 알고리즘으로 확장하였다. 마지막으로 다양한 댐의 붕괴 모드를 고려하고 파괴 시나리오별 피해액을 산정할 수 있도록 모형을 구성하였으며 소양강댐에 대해서 모형의 적합성을 평가하였다.

현재 수문학적 댐 위험도 평가는 극한상황을 고려한 설계수문량과 같은 하중조건을 가정하여 댐의 안전을 판단하고 있다. 하지만 최근 증가하는 기상변동성을 능동적으로 고려하기 위해서는 확률·통계학적 수공구조물 안정성 평가기법을 기반으로 하는 위험도 해석 방안 수립이 요구된다. 본 연구에서는 소양강댐 유역에 12개 강우관측소에 공간상관성을 재현해주며 극치강우량의 변동성을 효과적으로 모의할 수 있는 불확실성을 고려한 Monte Carlo Simulation 모의를 실행하였다. 강우모의 기법을 통해 도출된 결과로 산출된 강수자료는 HEC-1 모형의 매개변수의 불확실성을 고려할 수 있는 Bayesian HEC-1 모형에 이용되었다. BHEC-1 모형을 통하여 산출된 10,000개의 Ensemble 자료를 댐 모의운영이 가능한 HEC-5 모형에 적용하였으며, 이때, 소양강 댐의 상시 만수위를 댐 초기수위로 적용하였으며, 소양강 댐의 여수로 수위-유량곡선을 이용한 일정률 조절방식을 홍수조절방식으로 채택하여 적용하였다. 본 연구는 기상변동성에 따른 강우에 불확실성을 고려하였으며, HEC-1 모형에 매개변수의 불확실성을 Bayesian 모형을 결합하여 정량화 하였으며, 여수로에 파괴에 따른 수위-유량곡선을 이용하여 여수로의 작동 여부에 따른 댐 운영 모의를 실시하여 강우 및 모의 모형과 댐에서 일어날 수 있는 상황을 고려하였다. 또한, 강우모의에서 저수지모의까지의 일련의 과정을 하나의 통합모형으로 구축하여 기존의 이분화된 모형 분석과정을 하나의 모형으로 통합하였다. 본 모형의 결과는 추후 댐 위험도 추정 도구인 ETA(Event Tree Analysis)에 수문학적 사건의 부하확률(Loading probability)로 이용될 수 있다.

본 연구에서는 국내외에서 대표적으로 이용되는 HEC-1 단일강우사상 모형과 HEC-5 저수지 운영 모형을 연계하여 댐의 수문학적 위험도 분석을 실시하였다. 이를 위해 Bayesian Markov Chain Monte Carlo(MCMC) 기반의 Bayesian HEC-1(BHEC-1) 통합 모델을 개발하였고, 극치강수량 재현에 유리한 다지점 강수모의기법으로 2,000년 빈도에 해당하는 일강수량을 모의하여 연최대강수계열을 추출하였다. 추출된 극치강수량은 BHEC-1모형과 연계하여 불확실성이 반영된 대청댐 유역의 홍수수문곡선 앙상블을 구축하고, HEC-5 모형을 통해 수위로 변환시켜 비상여수로 유무, 댐 연계 여부 등을 고려한 월류 여부를 종합적으로 평가하였다.

댐 안전성 평가의 주된 목적은 댐이 지니고 있는 잠재된 위험성을 미리 예측하고, 합리적인 방법으로 밝혀진 위험성을 줄여나가는 것이다. 본 연구에서는 위험도 해석기법을 이용하여 댐의 붕괴를 가져올 수 있는 각 상황별 댐의 위험성을 결정하였다. 또한, 댐의 위험성을 줄이기 위해 제시된 대안들에 대해서도 댐의 붕괴 위험성뿐 아니라 경제적인 측면에서의 비교, 평가를 실시하였다. 위험도 해석기법의 적용을 통해 댐의 안전을 책임지고 있는 관계자들은 댐의 위험성에

이수목적 수량관리를 위한 보장수량과 수력발전 등을 고려한 최적화 기법은 이상가뭄 또는 특이 수문년을 포함하는 경우에는 적용에 한계가 있다. 이러한 관점에서 Hashimoto 등(1982)에 의해 제안된 물부족에 관련된 3가지 평가기준을 혼합정수계획법을 통해 최적화모형에 반영하기 위한 Moy 등(1986)과 Srinivasan 등(1999)에 의해 제시된 바 있다. 그러나 이들 연구는 용수공급용 단일 저수지에 대해 한정되어 발전을 포함하는 다목적댐에 적용