하수관망의 간소화가 도시침수 모의에 미치는 영향 분석에 관한 연구

이승수,정관수,김연수,Lee, Seung-Soo,Pakdimanivong, Mary,Jung, Kwan-Sue,Kim, Yeonsu 한국수자원학회 2018 한국수자원학회논문집 Vol.51 No.4

도시유역에서 발생한 유출은 지표면뿐만 아니라 하수관망을 통해 배수되며, 도시침수 모의 수행시 하수관망을 수문학적 배수 시스템의 한 구성요로서 고려하는 것은 매우 중요하다. 그러나 도시 침수 모의를 수행하는 대부분의 연구자들이 적절한 기준에 준하지 않고 직관적으로 하수관망을 단순화시켜 모의를 수행하는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 1D-2D 결합 도시침수 해석 모형을 이용하여 수지상 구조에 구분법에 기반하여 단순화된 하수관망의 도시침수 해석 결과에 미치는 영향을 분석하였다. 하수관망 해석을 위한 1차원 모델은 Lee et al. (2017)에 의해 소개된 모형으로서 지표면과 하수관망 사이의 유입과 역류를 동시에 모의할 수 있고, 2차원 지표면 모델은 불규칙 삼각망을 이용하여 지표수 흐름을 모의하며 1차원 하수관망 해석모형과 연계되어 도시침수를 모의할 수 있다. 하수관망은 수지상 구조 구분법에 기반하여 2차, 3차 그리고 단순화 하지 않은 경우로 구분할 수 있으며, 구분된 각 하수관망은 서울시 사당역 인근에 많은 침수 피해를 발생시킨 2011년 7월 27일 강우 사상에 적용하여 제안된 방법의 적용성을 평가하였다. 모든 케이스에 대하여 침수면적, 지표면에서 하수관망으로의 유입 유량, 하수관망에서 지표면으로의 역류 유량 등을 비교하였으며, 마지막으로 하수관망 단순화를 위한 적절한 기준 제시에 대한 논의를 수행하였다. In urban areas, runoff flow is drained through sewer networks as well as surface areas. Therefore, it is very important to consider sewer networks as a component of hydrological drainage processes when conducting urban inundation modelling. However, most researchers who have implemented urban inundation/flood modelling, instinctively simplified the sewer networks without the appropriate criteria. In this research, a 1D-2D fully coupled urban inundation model is applied to estimate the influence of sewer network simplification on urban inundation modelling based on the dendritic network classification. The one-dimensional (1D) sewerage system analysis model, which was introduced by Lee et al. (2017), is used to simulate inlet and overflow phenomena by interacting with surface flow. Two-dimensional (2D) unstructured meshes are also applied to simulate surface flow and are combined with the 1D sewerage analysis model. Sewer network pipes are simplified based on the dendritic network classification method, namely the second and third order, and all cases of pipes are conducted as a control group. Each classified network case, including a control group, is evaluated through their application to the 27 July 2011 extreme rainfall event, which caused severe inundation damages in the Sadang area in Seoul, South Korea. All cases are compared together regarding inundation area, inflow discharge and overflow discharge. Finally, relevant criterion for the simplification method is recommended.

건설환경 공학에서 전산유체역학의 현재와 미래

이승수,Lee, Seung-Su 한국전산구조공학회 2012 전산구조공학 Vol.25 No.2

해안지역 교량 설계풍속 산정 가이드라인

이승수,김준영,김영민,Lee, Sungsu,Kim, Junyeong,Kim, Young-Min 한국전산구조공학회 2015 한국전산구조공학회논문집 Vol.28 No.6

최근 구조물이 장대화됨에 따라 풍하중의 중요성이 대두되고 있으며, 풍속에 영향을 미치는 지표조도 및 지형에 의한 할증효과를 합리적으로 반영한 기본풍속 산정절차에 대한 가이드라인의 필요성이 증대되고 있다. 국내의 많은 설계기준에서는 기본풍속 산정에 대한 절차를 제시하고 있으며, 전국의 기본풍속 지도 또는 표를 제공하여 이를 사용하도록 하고 있다. 하지만 제시된 기본풍속의 산정 방법 및 사용데이터는 풍속을 평가함에 있어 반영해야 하는 부분 중 일부만 반영하거나, 도로교설계기준(MOLTMA, 2010)의 경우 불분명한 실정이다. 본 연구에서는 국내의 설계기준에서 제시하고 있는 전국 기본풍속에 대해 한계점을 분석하였다. 또한 이러한 문제를 개선하기 위해 지표조도 및 지형할증의 영향을 반영한 기본풍속 산정절차에 대한 가이드라인을 제시하였으며. 이 절차에 따라 전국 15개 지점의 기본풍속을 산정하여, 도로교설계기준에서 제시하고 있는 기본풍속과 비교하였다. Estimation of wind load on bridges is one of the most important aspects in designing bridges in coastal region. Various design codes and researches have suggested the procedure to estimate design wind speed; however, they do not match one another due to many reasons such as incomplete data set, ignorance of wind environment and so on. For this reason, the necessity of guideline for estimation procedure of basic wind speed which reflect the roughness of surface and the topographical effect have been increasing. In this study, we have analysed limitations of the basic wind speed of nationwide suggested by Korea Building code(AIK, 2009) and Highway bridge design code(MOLTMA, 2010). In additional, we set forth guidelines considering the roughness of land surface and the topographical effect. Using the procedure, the basic wind speed were estimated for 15 coastal regions in Korea and compared with those listed in the existing codes.

자동화 굴삭로봇의 운용단위 작업계획수립을 위한 로컬영역설계모듈 개발

이승수,장준현,윤차웅,서종원,Lee, Seung-Soo,Jang, Jun-Hyun,Yoon, Cha-Woong,Seo, Jong-Won 대한토목학회 2013 대한토목학회논문집 Vol.33 No.1

오늘날 숙련된 굴삭기 운전자의 부족현상은 갈수록 심화되고 있으며, 자원개발 및 새로운 생활공간 창출 등을 목적으로 운전자가 접근하기 어려운 극한환경에서 토공작업의 필요성이 증가함에 따라 전 세계적으로 토공완전자동화를 위한 무인화 굴삭로봇 개발의 노력이 경주되고 있다. 국내에서도 지난 2006년 말부터 국토해양부 건설기술혁신사업의 일환으로 '지능형 굴삭시스템' 연구단을 구성하여 연구를 지속하고 있다. 본 논문에서는 지능형 굴삭시스템의 작업계획생성시스템이 갖추어야 할 세부요소기술 중, 굴착작업의 위치, 범위, 목표, 순차 등 굴삭로봇의 운용단위 작업명령정보를 생성하기 위한 정보화단위를 제공하는 로컬영역설계모듈의 연구개발내용에 대하여 설명한다. 로컬영역의 설계는 굴삭로봇의 제원, 작업메커니즘, 휴리스틱 및 구조적안전성 등 여러 영향요소가 고려되어야 안전하고 효율적인 굴착작업을 보장하는 작업계획을 생성할 수 있다. 따라서 로컬영역의 설계요소를 분석하기 위하여 현장조사를 통한 개념적 설계를 수행하고, 상세설계를 통해 설계변수를 도출하였으며, 휴리스틱 및 구조적 해석요건을 만족하도록 설계내용을 정량화하였다. 마지막으로 로컬영역설계모듈을 개발하기 위한 알고리즘을 구축하고, 개발된 모듈을 검증하였다. Today, a shortage of the skilled operator has been intensified gradually and the necessity of an earthwork in extreme environment operators are difficult to access is increasing for the purpose of resource development and new living space creation. For this reason, an effort to develop an unmanned excavation robot for fully automated earthwork system is continuing globally. In Korea, a research consortium called 'Intelligent Excavation System' has been formed since 2006 as a part of Construction Technology Innovation Program of Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs of Korea. Among detailed technologies of the Task Planning System is one of the core technologies of IES, this paper explains research and development process of the Local Area Design Module, which provides informatization unit to create automated excavators' work command information at operation level such as location, range, target, and sequence for excavation work. Designing of Local Area should be considered various influential factors such as excavator's specification, working mechanism, heuristics, and structural stability to create work plan guaranteed safety and effectiveness. For this research, conceptual and detail design of the Local Area is performed for analyzing design element and variable, and quantization method of design specification corresponding with heuristics and structural safety is generated. Finally, module is developed through constructed algorithm and developed module is verified.

Similarity Analysis of Indonesia Caldera to Mount Baekdu

이승수,이원호,Lee, Sungsu,Maharani, Yohana Noradika,Yi, Waon-Ho Computational Structural Engineering Institute of 2014 한국전산구조공학회논문집 Vol.27 No.6

칼데라는 저장되어 있는 마그마의 대규모 폭발적인 분화 다음에 발생하는 지반의 붕괴에 의해 형성된다. 지구상에서 칼데라는 수 킬로미터에서 수십 킬로미터의 크기에 이르는 다양성을 갖는다. 칼데라 붕괴에 관련된 인도네시아의 화산붕괴는 많은 사망자뿐만 아니라 전 지구적 영향을 미친 바 있다. 본 연구는 인도네시아 칼데라의 사례 연구를 통해 칼데라인 백두산과의 유상성을 분석하였다. 주요 분석 관점은 주요 위해 요인, 최근 화산활동의 증상 및 가까운 장래에 분화하는 경우의 위험성 등이며, Krakatau산, Tambora산, Ijen산, Tengger 칼데라, Rinjani산 및 Ranau 칼데라에 대한 가중 평가 매트릭스를 사용하여 유사성 분석을 수행하였다. Caldera is a large depression commonly formed by collapse of the ground following explosive eruption of a large body of stored magma. On earth, calderas and caldera complexes range in size from kilometers to tens of kilometers. Historical eruptions associated with caldera collapse have led to huge fatalities in Indonesia as well as left global impacts. This study presents case study on calderas in Indonesia which resembles to Mount Baekdu located at the border of China and North Korea; in the perspectives of similar characteristics, principal hazard, recent symptom of volcanic activity and the threat if eruption occurs in the near future. Calculation by using weighted evaluation matrix for Mount Krakatau, Mount Tambora, Mount Ijen, Tengger Caldera, Mount Rinjani and Ranau Caldera were taken for the selection of a site for future case study.

IPCC AR5 RCP 8.5 시나리오 기반 태풍발생 공간분석

이승수,김가영,Lee, Sungsu,Kim, Ga Young 한국공간정보학회 2014 한국공간정보학회지 Vol.22 No.4

Natural disasters of large scale such as typhoon, heat waves and snow storm have recently been increased because of climate change according to global warming which is most likely caused by greenhouse gas in the atmosphere. Increase of greenhouse gases concentration has caused the augmentation of earth's surface temperature, which raised the frequency of incidences of extreme weather in northern hemisphere. In this paper, we present spatial analysis of future typhoon genesis based on IPCC AR5 RCP 8.5 scenario, which applied latest carbon dioxide concentration trend. For this analysis, we firstly calculated GPI using RCP 8.5 monthly data during 1982~2100. By spatially comparing the monthly averaged GPIs and typhoon genesis locations of 1982~2010, a probability density distribution(PDF) of the typhoon genesis was estimated. Then, we defined 0.05GPI, 0.1GPI and 0.15GPI based on the GPI ranges which are corresponding to probability densities of 0.05, 0.1 and 0.15, respectively. Based on the PDF-related GPIs, spatial distributions of probability on the typhoon genesis were estimated for the periods of 1982~2010, 2011~2040, 2041~2070 and 2071~2100. Also, we analyzed area density using historical genesis points and spatial distributions. As the results, Philippines' east area corresponding to region of latitude $10^{\circ}{\sim}20^{\circ}$ shows high typhoon genesis probability in future. Using this result, we expect to estimate the potential region of typhoon genesis in the future and to develop the genesis model. 최근 전 세계적으로 지구온난화에 따른 기후변화로 태풍, 폭염, 폭설등과 같은 자연재해의 피해가 대규모로 확대되고 있다. 근본적으로 지구온난화를 유발하는 가장 큰 원인은 대기 중의 온실가스를 들 수 있으며, 온실가스의 농도 증가로 인해 우리나라가 속해있는 북반구는 점점 더 지구표면온도가 증가하고 있고, 그에 따른 극한 기상 발생률이 크게 증가하고 있다. 본 연구에서는 최근 이산화탄소 농도 추세를 반영한 RCP(Representative Concentration Pathway) 8.5 시나리오를 이용하여 미래의 태풍발생의 공간분포를 추정하였다. 공간분포를 추정하기 위해 먼저 RCP 8.5 월 자료를 사용하여 1982~2100년 기간 동안의 태풍발생지수(GPI; Genesis Potential Index)를 계산하였다. 1982~2010년 동안 발생한 태풍의 발생위치정보와 월평균 GPI 값을 이용하여 태풍발생의 확률분포(PDF)를 추정하였으며, PDF의 0.05, 0.1 및 0.15에 해당하는 GPI의 범위를 설정하여 0.05GPI, 0.1GPI 및 0.15GPI로 정의하였다. 이를 바탕으로 1982~2010년, 2011~2040년, 2041~2070년, 2071~2100년의 태풍발생의 공간 확률 분포를 추정 하였으며, 공간 확률 분포와 함께 과거 태풍발생정보를 이용하여 공간밀도를 분석하였다. 분석 결과, 미래에 태풍이 발생할 가능성이 높은 지역이 필리핀의 동쪽에 위치한 위도 $10^{\circ}{\sim}20^{\circ}$ 영역으로 나타났다. 이러한 결과를 통해 추후 미래의 태풍발생 가능지역을 추정하고, 이를 기반으로 태풍의 경로를 추정하는데 활용하여 태풍의 발생 위치에 따라 한반도에 미치는 영향을 추정하는데 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

LCCA기반 터널 자산관리 시스템 개발을 위한 연구개발 프레임웍 설계

이승수,김광염,김동규,신휴성,서종원,Lee, Seung Soo,Kim, Kwang Yeom,Kim, Dong-Gyou,Shin, Hyu-Soung,Seo, Jong Won 한국터널지하공간학회 2014 한국터널지하공간학회논문집 Vol.16 No.6

As many parts of Korea are mountainous, many tunnels have been constructed to be in step with rapid economic development since 1970's. However, the interest on maintenance of tunnels is far less than the awareness of need for tunnels. As the tunnel maintenance system is the responsive maintenance system which responds to the problems found during the inspection, it will be very difficult to respond to each problem with the limited budget and manpower of the government agencies when the number of aged tunnels rapidly increase in the future. As such, this study presents the need for the LCCA (Life Cycle Cost Analysis) based tunnel asset management system to transform the tunnel maintenance to a preventive management system in a strategic and long-term viewpoint and proposes the framework for development direction. It observed the asset management implementation cases of social infrastructure in other countries and analyzed the need for asset management technique to manage the tunnels in Korea. Moreover, it applied the LCCA model, which is the economic and engineering quantitative decision making technique, for tunnel asset management to present the concrete direction for development of an asset management model and designed the R&D framework to systemize it. 산악지형이 많은 우리나라는 1970년대 이후 급속한 경제발전과 함께 수많은 터널이 건설되어 왔으나 터널의 필요성에 대한 인식에 비해 터널의 유지관리에 대한 관심은 부족한 상태이다. 국내 터널의 유지관리체계는 점검 후 이상이 발견 되었을 때 대처하는 대응적 유지관리 체계로서, 앞으로 노후화 터널이 급격히 증가하면서 각 기관들의 제한된 예산의 범위와 인력으로는 일일이 대응하기 어려워질 것이다. 따라서 본 연구에서는 터널의 유지관리를 전략적이고 장기적인 관점에서의 예방적인 관리 체계로 변환시키기 위한 LCCA(Life Cycle Cost Analysis)기반 터널 자산관리 시스템의 필요성과 개발방향에 대한 프레임웍을 제시하고자 한다. 국외 선진국의 사회기반시설물에 대한 자산관리 수행사례를 살펴보고 국내 터널관리에서의 자산관리기법의 필요성을 분석하였다. 또한, 터널 자산관리에서 경제적, 공학적의 정량적 의사결정 기법인 LCCA 모델을 적용하여 자산관리모델이 개발되기 위한 구체적인 발전방향을 제시하고 이를 시스템화하기 위한 연구개발 프레임웍을 설계하였다.

태풍 시뮬레이션을 통한 한반도 극한풍속 추정

이승수,김가영,Lee, Sungsu,Kim, Ga Young 한국전산구조공학회 2016 한국전산구조공학회논문집 Vol.29 No.2

국내 서해대교, 인천대교와 같은 장대교량은 대부분 빈번하게 태풍에 의해 영향을 받는 해안에 위치하였으며, 교량의 길이가 긴 만큼 풍하중에 의한 영향이 다른 하중에 비해 상대적으로 크기 때문에 내풍 안정성을 확보하기 위해 정확한 설계풍속을 산정하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 태풍의 기후학적 특성 인자로 중심기압깊이, 태풍이동속도, 태풍이동방향, 최단접근거리를 결정하였으며, 태풍의 기후학적 특성들의 확률 분포를 추정하고, 바람장 모형과 중심기압상승 모형을 적용하여 몬테카를로 시뮬레이션을 실시하였다. 분석결과, 대체적으로 제주도와 남해안 지역의 재현기간 풍속이 크게 나오며 고위도로 갈수록 작아지는 특징을 나타냈다. 이와 같은 특징이 나타난 가장 큰 원인은 고위도 분석지점 표본 태풍의 중심기압이 저위도 분석지점 표본 태풍의 중심기압보다 높기 때문으로 판단되며, 또한 우리나라에 해상에서 육지로 이동하면서 쇠퇴기를 겪어 점차 약해지기 때문인 것으로 분석되었다. 또한, 시뮬레이션 결과를 도로교 설계기준 100년 재현기간 풍속(10분 평균, 지상 10m, 지표조도 II)과 비교한 결과, 태풍시뮬레이션의 결과가 낮게 나타났으며, 이러한 점을 볼 때 도로교 설계기준의 기본 풍속이 높게 산정되어 있다고 판단되며, 기상자료 분석과 같은 추가적인 연구를 통해 기본풍속 조정에 대한 연구가 수행 되어야 할 것으로 사료된다. The long-span bridges such as Incheon Bridge and Seohae Grand Bridge are located on the coastal region effected frequently by strong wind of typhoons. In order to ensure the wind-resistant performance of the structure, estimation of the proper design wind speed is very important. In this study, stochastic estimation of design wind speed incurred by typhoons is carried out. For this purpose, we first established probability distribution of climatological parameters such as central pressure depth, distance of closest approach, translation speed and heading to build statistical model of typhoons, which are employed in Monte Carlo simulation for hypothetical typhoons. Once a typhoon is generated with statistically justified parameters, wind speeds are estimated along its path using wind field model. Thousands of typhoons are generated and their peak wind speeds are utilized to establish the extreme wind speeds for different return period. The results are compared with design basic wind speeds in Korean Highway Bridge Design Code, showing that the present results agree well with similar studies while the existing code suggests higher design wind speed.

지리정보시스템을 이용한 태풍 위험 평가

이승수,장은미,Lee, Sung-Su,Chang, Eun-Mi 한국공간정보학회 2009 한국공간정보학회지 Vol.17 No.2

최근 10년간 발생한 자연재해 중 태풍의 피해는 전체의 60%를 넘을 정도로 풍수해의 피해는 막대하며, 지속적 산업화와 개발로 인해 피해 규모 역시 매년 1조원 이상을 상회하고 있어, 자연재해에 대한 피해 경감 노력이 매우 요구되고 있다. 이를 위하여 최근 풍수해의 피해를 사전에 예측함으로써 예방 및 대비는 물론 재해 발생에 따른 응급 대응 및 복구의 효율성을 제고를 목적으로 과학적 방법론 개발 및 연구가 진행되고 있다. 태풍에 의한 피해 예측은 위험도 (Hazard)의 추정, 피해 대상 자료의 구축 (Inventory) 및 피해대상의 취약도 (Fragility)의 세 가지 요소를 이용하여 수행되는 것이 일반적이다. 위험도는 자연재해의 특성인 강우, 풍속 등을 물리적으로 모델링함으로써 추정할 수 있으며, 피해 대상 자료는 공공 및 사유 시설물을 총 망라함으로써 피해의 사회, 경제적인 피해 규모 예측에 활용된다. 각각의 피해 대상이 위험도에 따라 갖는 취약도는 최종 피해 및 손실 규모의 평가 자료로 이용된다. 이때 위험도의 추정 및 피해 대상자료의 구축을 위한 핵심적인 방법론으로서 지리정보시스템의 활용이 크게 요구된다. 따라서 본 연구에서는 태풍 피해 예측을 위한 자연재해 위험성 평가 방법론에 있어서 매우 중요한 요소인 고도 및 자연 지형, 지표의 특성 및 활용도, 피해 대상인 인공 시설물 등의 자료 항목을 분류하여 지리정보시스템을 활용한 태풍 위험 평가 방안을 제시하였다. Damages from typhoon events have contributed more than 60 percent of total economic and social loss and the size of loss have been increased up to 800 million dollars per year in Korea, It is therefore necessary to make an effort to mitigate the loss of natural disasters. To facilitate the evaluation of damages in advance and to support the decision making to recover the damages, scientific methods have been adopted. With the effort, GIS data can provide various tools. Three components of hazard mapping are estimation of hazard, inventory for vulnerable features, and fragility of each feature. Vulnerability of natural disaster can be obtained by relation between loss and meteorological data such as precipitation and wind speed. Features can be categorized from other GIS data of public facilities and private properties, and then social and economic loss can be estimated. At this point, GIS data conversions for each model are required. In this study, we build a method to estimate typhoon risk based on GIS data such as DEM, land cover and land use map, facilities.

뇌우 동반 돌풍의 시공간분포 분석

이승수,김준영,Lee, Sung Su,Kim, Jun Yeong 한국공간정보학회 2013 한국공간정보학회지 Vol.21 No.4

본 연구는 2002년부터 2009년까지 국내에서 발생한 돌풍에 대한 시계열 및 공간분포를 분석하였다. 태풍 기간 동안에 발생한 돌풍에 대해서는 제외하였으며, 지형에 의한 풍속 할증 효과는 KBC 2005 기준을 적용하여 보정하였다. 분석 결과, 돌풍 발생 빈도는 해안지역을 따라 높은 빈도가 나타났으며, 대상 기간 중 최대 286회의 발생 빈도를 보였다. 본 연구에서는 뇌우에 의한 돌풍과 종관 기상에 의해 발생한 돌풍의 시계열 분포의 비교를 통해 뇌우에 의한 돌풍의 불확실성이 높음을 확인하였다. 또한 누적운량과 뇌우 돌풍의 공간적 상관분석을 통해 두 인자간 높은 상관관계가 있음을 근거로 하여 돌풍에 대한 공간적 위험도를 평가하는데 활용할 수 있음을 제시하였다. This study presents the analysis of temporal and spatial distribution of occurrences of wind gust over Korea from 2002 to 2009. The events during typhoons are excluded and the topographical effects on the wind speed are also corrected using KBC (2005). As the results, the frequency of the occurrences is as high as 286 and the higher occurrences appear mainly along the coastal area. This study also shows that the uncertainty of the appearance of wind gust during thunderstorm is much higher than in synoptic wind by comparing wind speed records for both events. This study also found that the spatial distribution of cumulative cloud quotient is closely correlated to that of occurrences of thunderstorm wind gust, which suggests the possible utilization of the cloud quotient as weighting factors in assessing wind gust risk.