Journal of Korean Society of Disaster and Security ISSN:2466-1147(Print) 2508-285X(Online) 한국방재안전학회 논문집

본 연구에서는 강우재현주기의 내용을 포함하고 있는 고속도로 토석류 평가를 기초로 하여 고속도로 조기경보 시스템 개발을 위한 강우기준을 제안하였다. 강우기준은 주의경보와 위험경보로 구분하여 선행연구결과를 기초로 하여 적절한 강우기준이 추천되었으며 추천된 기준은 재현주기에 따른 토석류 평가등급별 1시간, 6시간, 3일 확률 강우량이다. 이때, 연구대상은 강원지역으로 하였으며 강원지역 8개 관측소의 확률 강우량을 수집하였다. 또한, 8개 자료의 확률 분석을 통해 강원지역 고속도로 토석류 조기경보에 이용될 1시간, 6시간, 3일 강우기준에 대한 확률분포를 산정하였다. 또한, 강우기준으로 선택된 3가지 강우정보와 실제 토석류 피해와의 연관성 분석을 실제 토석류가 발생한 강원지역 고속도로 7개 노선, 12개 지점의 피해발생시의 강우자료를 수집하여 검토에 이용하였다. 이때, 확률분포 상의 강우기준을 평균값과 하한값을 구분하여 검토하였다. 검토결과, 재현주기별 강우량의 하한값을 사용하는 경우가 실제 토석류 피해시의 상황을 잘 모사하는 것으로 나타났다.

선행연구에서는 강원지역을 대상으로 실제 고속도로 토석류가 발생한 지점의 시계열 강우정보와 강원지역의 강우정보를 이용하여 1시간, 6시간, 3일 확률 강우량을 고속도로 토석류 평가등급에 따라 강우기준으로 사용하는 연구를 수행하였다. 이 연구에서는 선행연구를 통해서 선정된 3가지 강우기준의 적절한 조합과 토석류 평가등급에 따른 강우기준 조정을 통해 실제 고속도로 토석류 조기경보기준을 제안하였다. 또한, 2013년 토석류가 발생한 5개 지점에 대해서는 강수량이 많았던 2010~2012년 시계열 강우자료를 이용하여 모의평가를 수행하였다. 연구결과, 적절한 조합의 고속도로 토석류 조기경보를 위한 기준이 마련되었으며 등급별 기준조정의 경우에는 토석류 평가등급 C, D, E의 경우는 현실적인 점을 고려하여 B등급의 값으로 통일하여 적용하는 것이 바람직할 것으로 판단된다. 또한, 모니터링의 피로도가 문제가 되지 않는다면, 그 이상인 A 또는 S로 조정하는 것도 고속도로 토석류 발생에 대해 적극적으로 대처하는 방법이 될 수 있다고 판단된다.

본 연구에서는 산화구 방법으로 하수처리를 하는 공공 하수처리장을 선정하여 통계적인 방법으로 처리장의 수질 및 운영의 효율을 분석하였다. 얻어진 수질 데이터는 유입수 및 배출수의 pH, 온도, BOD, SS, T-N, NH4+-N 및 T-P였다. 데이터 분석은 군집분석, 상관분석, ANOVA 분석, 클러스터 분석으로 수행되었다. 통계분석 결과, 하수 처리장의 유입 유량은 여름에 가장 높았으며 평균 유속은 3.000 m3/s이었다. Box plot 결과에 따르면, 하수의 COD, 총인 농도는 계절에 변화에 따라 크게 차이가 없었다. Pearson 상관관계 분석 결과는 유입수에서 BOD, COD, T-N 및 T-P 간에 강한 양의 상관관계를 보였다. 계절변화에 따른 BOD와 T-N 농도는 겨울철에 가장 높았고, 계절에 따른 온도의 영향은 COD와 T-P가 가장 높았다. BOD는 수온과 음의 상관관계를 보였으나 HRT, SRT, C/N과 같은 공정인자는 양의 상관관계를 나타내었다. 유입수 온도가 높을수록 BOD 농도가 낮아지는 현상을 보였으며, 체류 시간이 단축될수록 BOD의 처리 효율이 저하되었다. T-N은 효율적인 처리를 위해 긴 체류 시간이 필요했으나 T-P는 공정인자의 변화에 따른 상관관계도에서 다소 적게 나타났다.

인위적인 하도의 확대 및 축소는 유수의 흐름을 변화시킬 뿐만 아니라 침퇴적 양상에 변화를 가져와 홍수의 원활한 소통에 지장을 초래할 수 있다. 이에 본 연구는 하도의 급확대가 하상의 변화와 하천 흐름의 변화에 미치는 영향을 분석하는데 목적이 있다. 이를 위하여 고향의 강 조성사업으로 하도의 일부 구간이 2~3배 이상 확폭 된 지방하천인 경포천을 대상으로 RMA-2 및 SED-2D모형을 이용하여 하도의 확폭으로 인한 흐름특성의 변화와 하상변동을 모의하였다. 연구결과, 경포천 하도의 확폭은 확폭 전에 비해 치수적 안정성을 확보하고 있는 것으로 나타났으나, 연구대상 구간의 침수빈도는 연중 1회 이상으로 향후 유지관리에 많은 비용과 시간이 필요할 것으로 분석되었다.

주차장 화재 시 다량의 연기 발생으로 소방대원이 화점에 진입하기 곤란한 문제점을 극복하고자 최근 주차장 환기 목적으로 설치된 급․배기팬과 유인팬(Jet fan)을 이용하여 연기를 배출하는 방법을 이용하고 있다. 본 연구에서는 급배기팬만 동작하는 조건과 유인팬이 함께 동작하는 2가지 조건에서 연기층의 유동변화를 CCTV를 이용하여 관찰하였으며, 또한 hot smoke test가 주차장 환기 성능평가 방법으로서의 적정성을 평가하기 위해 플럼 주위의 온도를 Alpert eq.과 비교 분석하였다. 그 결과 jet fan을 동시에 동작시키는 경우 연기층이 교란될 수 있음을 확인할 수 있었으며, 그로인하여 초기 피난 장애 우려가 있을 것을 것으로 분석되었다. 다만, jet fan이 추가로 작동됨에 따라 배기성능은 향상되는 것을 관찰용 CCTV로 확인할 수 있었으며, 이는 진압전술을 펴는데 도움이 될 것으로 판단된다. 플럼 주변의 온도를 측정하여 Alpert eq과 비교한 결과 Plume 중심축에서 약 2°C 낮고 연기가 배출되는 방향으로 8 m에서는 9.0°C 높은 것으로 분석되었다. Plume 주변의 온도 측정 결과는 AS 4391-1999의 예상 최대 온도보다 낮았고 실험으로 인한 예상 온도 위험을 초과하지 않았다. 이 결과와 같이 고온 연기 시험의 진행으로 인한 온도 위험성이 예측 가능하기 때문에 관련 기준이 없는 주차장의 연기 제어 성능 평가를 위한 일반적인 평가 방법 중 하나로 활용 가능할 것이다.

서울시에서 2010년부터 2016년까지 발생한 도로함몰 발생 건수는 총 4,737건으로 매년 증가하여 사회문제도 대두되고 있다. 특히 도로함몰은 충적층이 두껍게 분포하는 송파구와 구로구에 집중되어 나타나는데 이는 하수관로 또는 지하철이 통과하는 지역의 지반특성이 큰 영향을 미치기 때문이다. 도로함몰에 대한 대책방안을 수립하기 위해서는 누수가 발생하는 구간에서의 지반특성과 지반거동의 관계를 정확하게 규명하는 것이 필요하다. 이 논문에서는 충적층에 가장 흔하게 나타나는 사질토와 점성토를 대상으로 개별요소법 프로그램 중 하나인 EDEM 프로그램을 이용하여 지층 내 공동의 위치 및 크기를 달리하여 시뮬레이션을 수행하였다. 그 결과 점성토 지반보다 사질토 지반에서 함몰 규모가 크게 발생한 것으로 나타났으며, 점착력이 없는 사질토 지반에서는 지하 공동의 깊이가 깊고 지하 공동의 규모가 증가할수록 도로함몰이 쉽게 발생하는 양상을 보인 반면, 점착력이 있는 점성토 모델에서는 지하 공동의 깊이가 얕을수록 도로함몰이 쉽게 발생하는 양상을 보였다.

한국은 국토의 64%이상이 산지로 구성되어 있어 산지재해에 취약한 지형적 특성을 가진다. 연구대상지역인 태백산국립공원 당골유역은 탐방로 대부분이 급경사지와 인접해 있어 집중호우 시 산사태와 토석류에 취약한 지역이다. 본 연구에서는 결정론적 분석방법인 사면안정성 모델을 이용하여 사면재해 발생예측 가능성을 검토하였다. 모델의 매개변수는 정밀토양도의 토양분류에 따라 토질의 단위중량, 유효점착력, 흙의 내부마찰각, 유효토심, 지표경사 등을 이용하였고 1 m격자의 DEM을 바탕으로 사면안정성 평가를 실시하였다. 사면안정성평가 분석결과 지하수/ 유효토심과의 비가 1.0에 가까워질수록 위험지역이 높게 나타났으며, 국립공원 하류지역의 민가와 상업시설 상당수가 위험에 노출된 것으로 나타났다.

최근 이상기후로 인한 집중호우에 따른 하천변 사회기반시설의 침수피해가 증가하고 있으며, 침수 가능성 여부에 대한 신속한 예·경보가 필요한 실정이다. 일반적인 홍수 예·경보는 하천수위를 이용하고 있으며, 수치모형을 이용하여 하천수위를 예측하는 연구가 대부분이었다. 그러나 수치모형을 이용한 하천수위 예측은 결과가 정확한 반면 수치모의 시간이 오래 소요된다는 한계점이 있어 최근에는 인공신경망 등을 적용한 자료기반의 수위예측 모형이 많이 이용되고 있다. 하지만 기존의 인공신경망을 활용한 수위예측 연구는 시간적 매개변수를 고려하지 못하였다는 한계점이 존재한다. 본 연구에서는 시간적 매개변수(Time delay= 2시간)를 고려한 NARX 신경망 모형을 사용하여 한강대교의 수위를 예측하였다. 또한 NARX 모형의 적합성을 판단하기 위하여 인공신경망(ANN) 모형과, 순환신경망(RNN)모형의 결과와 비교하였다. 2009년에서 2018년까지 10년간의 수문자료를 이용하여 70%를 학습시키고 검정과 평가에 15%를 사용하여 2018년의 한강대교 3시간 후 수위를 예측한 결과 평균제곱근오차(RMSE)의 경우 ANN, RNN, NARX model이 각각 0.20 m, 0.11 m, 0.09 m, 평균절대오차(MAE)의 경우, 각각 0.12 m, 0.06 m, 0.05 m, 첨두수위 오차(Peak Error)는 각각 1.56 m, 0.55 m, 0.10 m로 나타났다. 연구 대상지역에 대한 시간적 매개변수를 고려한 예측 결과의 오차분석을 통하여 NARX 신경망 모형을 사용하는 것이 수위예측 모형 구축이 가장 적합한 것으로 나타났다. 이는 NARX 신경망 모형이 과거의 입력자료를 고려함으로써 시계열 자료의 변동 추세도 학습 할 수 있으며, 또한 모형 내 활성함수를 쌍곡선탄젠트(Hyperbolic tangent) 및 Rectified Linear Unit(ReLU) 함수를 사용하여 고수위 예측 시에도 정확한 예측 값을 도출할 수 있기 때문이다. 그러나 NARX 신경망 모형은 시퀀스 길이가 길어짐에 따라 기울기 소실문제(Vanishing gradient)가 발생하는 한계점이 있어 향후에는 이를 보완한 LSTM(Long Short Term Model)모형을 이용하여 수위예측의 정확도를 검토하고자 한다.