하천의 생태 환경적인 측면을 고려하여 여러 가지 친환경적인 호안공법이 적용되어 시공되는 사례가 증가하고 있다. 친환경적인 호안공법으로는 식생공이 대표적이나 중량물을 시공하는 호안공법과 달리 식생매트를 고정핀으로 고정하는 방식의 식생매트와 같은 호안공법의 경우 중량물을 설계하는 여타의 공법과 달리 적합한 설계방법이 없어 경험적인 방법을 통해서 제 품의 개발과 시공이 이루어지고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 식생매트공법에 사용되는 고정핀과 고정핀이 정착된 지반을 모델링하고 유한요소법을 활용하여 호안식생매트의 안전성을 평가하였다. 해석결과 핀의 상단 부분에서 인발에 저항하기 위해 인장응력이 유발되고 있으며, 헤드 부분은 거의 응력이 작용하지 않는 것으로 나타났고, 핀의 Von Mises 응력값이 인장강 도에 비해 낮게 나타나 파괴모드가 재료 자체의 항복 또는 파쇄에 의한 파괴가 아닌 핀과 지반사이의 뽑힘이 전체 거동을 지배 한다고 평가하였다. 본 연구는 유한요소법을 통해서 식생매트공법의 안전성을 변위와 발생응력에 대하여 평가하였다.

수변 보 구조물의 내진설계는 ‘하천설계기준2009’에 따라 수행되어져야 하는데, 기본적인 내진설계 방법과 절차에 따르고 보 구조물은 기타 하천시설물로 구분되어 교량 설계기준이나 댐 설계기준을 준용할 수 있도록 규정하고 있다. 그리고 위에서 일반설계에서도 언급했듯이 보와 댐의 차이가 미미해지고 있어 댐 설계기준에 따라 적용해야 할 것으로 판단된다. 또한, 수변 보 구조물은 댐 설계기준에서 댐체, 여수로 및 부대시설물의 내진성능을 확보하기 위하여 필요한 기준을 규정하는 것으로서 신설되는 높이 15m 이상인 댐의 내진설계에 적용하고, 또한 높이 15m 미만인 소규모댐과 부대시설에 적용할 수 있다는 항목에 해당되는 것으로 보인다. 댐 설계는 “내진성능기준(1997)”에서 제시된 내진설계 성능기준을 기본으로 한다. 댐에 상당한 변형과 부분적손상이 발생하는 것은 허용할 수 있으나 지진시 또는 지진경과 후에도 댐의 저수기능은 유지되어야 하며 통제 불가능한 저수량의 유출상태는 있어서는 안 된다. 내진등급은 내진특등급 댐, 내진 I등급 댐2개의 등급으로 분류하나 고려하는 설계지진의 재현주기는 각각 1000년, 500년이어서 내진성능기준의 내진 I등급, 내진Ⅱ등급에 해당한다. 댐의 붕괴시 엄청난 인명피해와 재산피해를 고려할 때 내진등급을 내진특등급, 내진I등급으로 고려하는 것이 타당하나 댐의 거동특성으로 보아 완전한 소성설계를 할 수 없어 재현주기 2400년 지진에 대해 붕괴방지 수준으로 설계하는 것은 지나치게 지진하중을 크게 고려하게 된다. 따라서 이를 반영한 규정으로 생각할 수 있다. 지진하중은 설계진도로 산정하며 설계진도가 0.2g 이상이어서 우리나라보다 지진규모나 발생빈도가 훨씬 높은 나라에서 적용하는 진도보다 과다하다고 판단되는 경우에는 설계자는 적용설계진도를 0.2g이하로 조정할 수 있다.

Recently, the frequency of natural disasters in Korea is increasing due to the influence of global climate change, and the importance of quick and accurate monitoring and corresponding response is frequently and strongly stressed in terms of disaster management. In this regard, this study describes a development of realtime safety evaluation system (RSEE) which enables to carryout real-time measurement and safety evaluation of some important SOC water infrastructures (dams, weirs, cut slopes, retaining walls, levees and bridges) installed along the nation registered large scale rivers.

The Integrated Water Infrastructures Safety Management Platform(WINS+) provides safety information of water infrastructures such as dams, weirs, bridges, cut slopes, retaining walls and levees designated as the first class infrastructures to be maintained according to the nations’s safety law. The WINS+ is incorporated with a computerized Standard Operating Procedure (SOP) system that provides crisis warning level (green/blue/yellow/orange/red) to central and individual disaster response managers of waterside structures. Thus it is expected that by using the WINS+ we may strengthen disaster responsiveness and reduce the time for recovery and response at emergency.

A new array was suggested for effective leakage detection of concrete water facility. This array was modified to serve the purpose. Plus and minus currents have been installed respectively on the upstream and downstream water in order to detect the flow of water floating through the crack of facility. Potential poles in two lines have been installed closer than current sources to the weir to measure potential difference in upstream and downstream. Interpreting the potential difference data acquired by the new array, we could predict that where is the leakage zone. The possibility that can distinguish the leakage zone has been confirmed by numerical and physical modeling and problem position expected to leak was verified in field exploration.

Waterside structures such as dams or levees are essential for flood protection, and flood induced failures of such structures can cause serious damages. Real-time safety prediction can prevent most of the damages to inland or the consequential economic damages induced by flood hazards. This study introduces a method of real-time safety prediction by evaluating the correlation between numerical simulation, real-time measurement, and geo-centrifuge data.

A state-of-the-art safety management system of water infrastructures based on ICT Technology is now under development by incorporating 1) real-time safety evaluation system, 2) disaster risk management support system based on GIS, and 3) decision-making support system for damage restoration equipped with multi sensor information acquisition system such as UAV and CCTV. This study includes development of practical natural disaster scenarios for flooding, typhoon and earthquake events based on recorded data, and standardization of disaster management platform.

최근 들어 전 세계적 기상이변에 의한 자연재해의 피해가 급증하고 있으며, 재난·재해의 대형화, 집중화, 세계화로 인한 위험을 조기에 발견하고, 피해를 최소화하기 위해 IT 기술을 활용한 재난관리의 필요성이 증대되고 있다. 또한, 각종 재해를 분석하는데 있어서 기존의 2차원 종이지도를 이용하는 형태에서 벗어나 수치지도, 항공영상, 위성영상 등의 다양한 데이터를 융합하여 이용하는 추세이며, 실세계에서 발생하는 재해형태를 정밀하게 해석하기 위해 3차원 지형정보 이용에 대한 관심이 높아지고 있다. 본 연구에서는 태풍, 호우, 지진 등의 자연재해 발생 시 댐, 보, 교량, 제방, 옹벽, 절토사면 등 수변구조물의 효과적인 피해정보의 추출과 분석에 적합한 3차원 정밀 Reference 데이터 구축을 위해 항공라이다, 항공영상(UAV 포함), 지상라이다 측량 등의 다양한 센서 데이터를 융합하여 자료처리를 수행하고 정확도를 평가함으로써 수변구조물의 피해분석에 효율적인 데이터 구축 기법을 제시하였다. 또한, UAV 등을 이용하여 취득된 다중 항공영상에 최신의 영상매칭 기법을 적용하여 3차원 공간정보를 추출한 후 기 구축된 3차원 Reference 데이터와 비교함으로써 수변구조물의 정량적인 피해분석 가능성과 한계를 분석하였다.

수변구조물 스마트 피해복구 지원시스템은 태풍이나 홍수 등 자연재해에 의해 수변구조물에 피해가 발생했을 때, 대책본부가 피해 상황을 신속히 파악해 가장 적절한 피해복구가 이루어질 수 있도록 지원한다. 본 시스템은 실시간 피해분석, 1단계 복구(응급복구), 2단계 복구(장기복구) 지원 기능을 가지고 있으며, 각 단계별로 총 35개의 세부 기능으로 구성되도록 설계하였다. 신속하고 정확한 피해분석을 위하여 무인항공기 및 지상 CCTV 정보를 활용하여 피해가 발생한 시설물의 부위별 피해유형과 크기를 지능적으로 판단하며, 스마트 영상정보와 센서정보, 구조해석 정보를 바탕으로 피해의 유효성을 판단하여 응급 복구 가능성 여부를 판단하게 된다. 수재해에 의해서 주로 발생하는 수변구조물별 피해유형에 대해서 복구 시나리오를 사전에 구축하여 가장 적절한 복구 공종 및 공법을 자동으로 도출하며, 투입되는 복구 자원을 효과적으로 할당하고, 복구상황을 관리하게 된다. 긴급 상황이 종료되고 장기복구가 필요한 경우에는 장기복구 실행계획을 도출하여 복구계획 사용에 사용될 수 있도록 하였다. 아울러 이 시스템은 지속적인 복구관리가 가능하며 추가적인 피해 발생 요인도 예견할 수 있어, 현장에 적용되면 시설물 관리 책임자를 효과적으로 지원할 수 있을 것이다.

국내에서는 재난 및 안전관리 기본법에 명시된 재난관리 책임기관과 주관기관에 의해 재난안전관리가 수행되고 있으며, 각 기관들은 개별적으로 시스템을 개발 또는 운영 하고 있다. 정보기술의 발달과 더불어 다양한 시스템 개발이 진행되고 있지만, 시스템 개발과정에서 발생 가능한 여러 가지 문제들과 개발 후 시스템 적용에서 생긴 문제점들로 인해 실용화에 실패하였거나 유사한 시스템 개발로 인한 혼란 등이 야기되고 있다. 지금까지 개발된 시스템들의 경우, 이러한 문제점을 해결하기 위해 기존 서비스의 강화, 신규 서비스 추가 등을 통해 혼재된 시스템들이 하나로 통합되거나 기존의 다양한 시스템과 연계되어 만들어지고 있으나 시스템들이나 구조적 측면, 운영/관리 측면에서의 개선은 아직까지 이루어지고 있지 못한 실정이다. 본 연구에서는 국내외 재난방재분야 플랫폼 개발 현황을 조사 분석하고, 기존 시스템으로부터 파악된 문제점과 그에 대한 방안들을 현재 개발 중에 있는 수변구조물 통합안전관리 플랫폼의 설계 단계에서부터 개선 반영하도록 하여 시스템의 목적, 대상 시설물 그리고 시스템 사용자가 고려될 수 있는 효율적인 시스템 구축방안을 제시하고자 한다.

전통적인 구조물 안정성 평가는 안전율 개념에 바탕한 확정론적 평가를 하는 것이 일반적이나 세계적인 추세는 구조물에 발생할 수 있는 다양한 불확실성을 고려한 확률론적 안정성평가로 전환하고 있다. 국토진흥원의 “재난 시나리오(태풍, 호우, 지진) 기반 수변구조물 통합안전관리 기술 개발 연구단” 에서는 제방을 대상으로 지진에 대한 재난 시나리오를 개발하고, 시나리오에 대한 수변구조물의 안정성을 정량적으로 평가하기 위하여 실시간 개념으로 수변구조물의 안정성을 평가할 수 있는 시스템을 개발하고 있다. 한편, 실시간 개념의 안정성 해석은 슈퍼컴퓨터와 같이 대용량의 전산처리기기가 필요하여 그 실용성에 한계가 있다고 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 제방에 발생 가능한 시나리오에 대한 안정성 해석을 미리 수행하여, 확률론적인 개념을 도입한 취약도 곡선을 개발하고, 재난 발생시, 실시간으로 발생하는 계측정보와 해석결과를 이용하여 수변구조물의 통합적인 안전 모니터링을 수행할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.

최근 지구 온난화에 의한 이상기후는 복합적 자연재해를 유발하여 SOC(Social Overhead Capital) 구조물의 안전을 위협하고 있다. 국내의 경우도 기후패턴의 변화가 가속화 되면서 엘리뇨(El Nino)영향권에 포함되었다. 그 결과, 국지성 집중호우가 증가하고 태풍이 내습하는 현상이 빈번해지고 있어 자연재해에 따른 SOC 구조물 방재 대책에 관심이 집중되고 있다. 복합적 자연재해에 따른 SOC 시설물의 피해는 구조물 자체의 손실뿐만 아니라 설치 목적의 특성상 주변 지역 혹은 국가 전체에 직ㆍ간접적인 영향을 끼친다. 특히 수재해로 인한 수변구조물의 손상은 하천 범람 등의 현상을 유발하여 제내지 민간 건축물 및 공공 시설물의 막대한 자본 손실을 유발하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 자연재해에 효율적으로 대응할 수 있는 수변구조물(댐/보, 제방, 사면, 옹벽, 교량) 인벤토리 구축 방안을 제시하였다. 신속한 의사결정 정보제공을 위한 인벤토리는 재해대응 목적별 평가(중요도, 위험도, 피해도)를 위한 기반 자료로써 활용 할 수 있다. 이는 자본 집약적이며, 사회 기여적인 SOC 시설물의 효율적 관리측면에도 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

존 재난관리시스템은 피해상황을 실시간 입력이 아닌 우편물이나 팩스로 전송하여 입력하는 방식을 사용하여 실시간 처리가 안 되며, 지자체나 정부기관 등 기관이 조사하고 저장하고 있는 문서는 서로 상이한 형태나 내용으로 구성되어 전달 및 통합에 어려움이 있었다. 본 연구에서는 최근 증가하는 기상변동성 및 기후변화에 능동적으로 대처할 수 있도록 관련기관 및 관련자에게 수변구조물 피해정보와 복구지시를 정확하고 신속하게 전달을 위하여 e-문서 표준화 기술을 개발하였다. 기존 피해정보 및 복구지시 문서를 분석하여 가능한 모든 정보를 담고 유사한 항목을 하나의 항목으로 통일하여 중복정보를 제거하였다. 신속한 e-문서 전달을 위하여 e-문서 인터페이스를 구축하여 피해제보 및 피해 상황 보고 그리고 응급복구지시등의 표준 e-문서를 해당 기관에 신속하게 전달하고 해당 기관에 맞는 형태로 변환하여 전달하도록 설계하였다. 본 시스템을 활용하여 통합운영 및 전달 등의 연계기술 확보를 통한 선진국형 시설물 안전관리체계 구축 및 효율적인 재해대응으로 피해를 최소화하는데 도움을 줄 것으로 예상된다.

지구 온난화의 심화에 따라 인근 바닷가의 기온 상승으로 강도 높은 태풍이 한반도에 올 가능성이 증대되고 있다. 또한 거듭된 기후 변화에 따라 호우 일수가 증가하고 있으며 지난 30년간의 지진 통계에 따르면 평균 9회의 발생하고 있으며, 발생회수 매년 증가하고 있다. 이처럼 태풍, 호우, 지진으로 인한 재해의 발생 가능성이 증가하고 있으므로, 수변구조물에 대한 피해 정보의 정확한 파악이 더욱 필요하다. 본 연구에서는 수변구조물 방재를 위하여 자연재해로 인한 피해정보를 분류하고, 이 피해 정보를 관리하는 피해정보 관리 시스템을 설계하고 구축하였다. 피해정보 관리 시스템은 피해정보를 수집하여 피해분석 전문가의 현재 피해평가, 향후 피해예측을 지원하는 시스템으로 수집한 피해정보를 기반으로 국가과학기술표준분류체계에 근간하여 재해분류, 피해유형분류, 수변구조물분류로 계층적으로 분류한다. 그리고 분류 코드를 부여하여 데이터베이스에 직관적으로 피해가 분류되어 저장된다. 본 연구를 적용할 시 기대되는 효과로는 여러 기관에서 공통으로 사용할 수 있는 수변구조물에 대한 재해피해 데이터베이스 확보로 수변구조물에 대한 체계적인 파악과 관리가 가능할 것으로 기대된다.