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

본 연구는 정사각형 단면을 갖는 덕트 내 완전 발달된 난류 자기유체역학(magnetohydrodynamic, MHD) 유동에서 자기장이 평균속도와 난류 특성에 미치는 영향을 이해하기 위하여 수행되었다. 결합된 형태의 나비에-스토크스(Navier-Stokes) MHD 방정식들을 기반으로 로렌츠 힘 효과를 포함한 확장된 형태의 레이놀즈응력 수송 모형을 적용하였으며, 이 해석은 전산 유체역학을 위한 자체 개발 코드로 수행되었다. 난류 MHD 유동에 로렌츠 힘 효과를 직접적으로 부여하기 위하여 레이놀즈응력과 소멸률 방정식들에 로렌츠 힘 관련 생성과 소멸에 관한 모형들을 추가하였으며, 레이놀즈응력 방정식의 속도-압력구배 상관관계 모형의 수정을 통해서도 간접적인 효과를 발휘하도록 고려하였다. 또한, 본 연구에서는 타원-혼합 레이놀즈응력 모형과 연계되도록 로렌츠 힘과 관련된 모형계수들을 완전 발달된 평판 MHD 자료들을 활용하여 조율하는 과정을 거친 후에 사각덕트 유동을 해석하였다. 예측된 결과는 Chaudhary et al.(2010)의 직접수치모사(direct numerical simulation, DNS) 자료와 비교하여 타당성을 검증하였으며, 평균속도 분포의 평탄화와 난류강도 및 전단응력의 억제 경향을 확인하였다. 해석 결과는 제안한 확장형 모형이 자기장 영향을 받는 유동장의 예측 정확도 향상에 기여할 수 있음을 보여주고 복잡한 경계조건을 갖는 다양한 공학적 응용 분야에서 활용 가능성을 제시한다.

최근 건설분야에 정보기술 활용이 일상화 되었다. 본 연구는 산사태 등의 위험관리와 구조물 안전관리를 목적으로 기울기와 변위량만을 기준으로 계측하는 기존 범위를 벗어나, 이상징후를 실시간으로 관리하는 ‘스마트 노출 경사계를 활용한 구조물 안전관리 모니터링 시스템’에 관한 실증연구이다. 연구범위는 센서 부분, 정보시스템을 관리하는 서버, 정보를 소통하는 모니터링으로 나뉘며 다양한 구조물에 설치가 가능하다. 자동 지중 경사계 모니터링 시스템과 비교하여 36%의 비용 절감과 12일의 공기단축 효과를 나타냈다. 향후 다양한 현장 실증과 추가 연구를 통해 상시 계측 모니터링 시스템을 효율화 시킬 수 있을 것이다.

최근 국지적 집중호우로 인해 도시 지역의 홍수 피해가 증가하고 있으며, 특히 우리나라는 급격한 도시화로 불투수면이 확대되면서 하천의 홍수 유출량이 증가하는 추세를 보이고 있다. 본 연구는 강원도 원주시 원주교 유역을 대상으로, 연대별 토지피복 변화에 따른 SCS-CN(유출곡선지수)를 산정하고, ｢홍수량 산정 표준지침｣의 전국에 적용되는 단일 매개변수 경험식과 HEC-HMS 모형의 최적화 기능을 활용하여 도출한 매개변수를 비교 ‧ 분석하였다. SCS-CN 산정에는 환경부 토지피복도와 농촌진흥청 정밀토양도를 활용하였으며, 도달시간(Tc)과 저류상수(K)는 전국에 적용되는 단일 매개변수 경험공식과 HEC-HMS의 최적화 기능을 통해 산정하였다. 또한, WAMIS에서 제공하는 수위 및 강우 자료를 바탕으로 각 연대별 대표 4개 단기 홍수사상을 선정하였다. 연구 결과, 최적화된 매개변수를 적용한 경우 관측된 첨두홍수량과 유사한 값이 산정되었고, 모의 정확도를 나타내는 NSE 값도 최대 0.86증가하여 1.0에 근접하여 모의 성능이 향상됨을 확인하였다. 이는 도시화가 진행된 유역에서는 전국에 적용되는 단일 매개변수 경험공식의 일반화된 매개변수보다 유역 특성을 반영한 최적화 매개변수가 홍수 유출 특성을 더 정확하게 반영함을 시사한다. 본 연구 결과를 바탕으로, 향후 홍수 예측 및 수문 모의 시 유역 특성을 고려한 최적화 기법 적용을 통해 정확도 높은 모의가 가능할 것으로 사료된다.

전 세계적으로 심각한 문제로 대두되고 있는 기후변화는 집중호우의 빈도와 강도를 증가시키고 있으며, 여기에 도시화와 무분별한 개발로 인한 불투수면적 확대는 유출량 증가와 피해 심화를 초래하고 있다. 특히 대규모 시가지 및 산업단지를 통과하는 하천의 경우, 제방 중심의 기존 하도 대응 치수대책만으로는 치수계획빈도를 초과하는 홍수에 대응하는 데 한계가 있다. 이에 따라 유역 중심의 구조적 홍수대책(댐, 저수지 등)이 필요하다. 본 연구는 2022년 경상북도 포항시 냉천 유역을 강타한 태풍 힌남노를 사례로, 실측 강우량을 기반으로 홍수량을 산정하고, 하도와 유역 간 통합적 치수대책을 수립하였다. 천변저류지, 홍수조절지, 방수로, 신규 댐 ‧ 기존 저수지 연계운영 등의 구조적 대안을 검토하였으며, 하천과 유역 간 홍수 분담을 고려한 실질적인 대응전략을 제시하였다. 연구 결과는 향후 중소도시 유역의 기후위기 대응형 방재계획 수립 및 치수 인프라 구축을 위한 실무적 기준으로 활용될 수 있다.

저수지의 붕괴 사례는 지속적으로 보고되고 있으며, 기후변화로 인한 국지성 호우를 적절히 방어하지 못하여 발생하고 있다. 저수지는 약 17,066개의 농업용 저수지중 14,877개의 저수지가 축조된지 50년 이상 경과한 저수지로 최근 발생하고 있는 강력한 집중호우 및 변화된 설계기준에 소규모 저수지가 적절히 대응하기 어려울 것으로 예상된다. 본 연구에서는 건설된지 40년 이상, 저류용량 10만 톤 이하의 소규모 저수지를 대상으로 하며 충청북도 지역의 기상관측소의 자료가 중복되지 않도록 관측 자료가 최소 30년 이상 보유하고 있는 4개의 관측소를 대상으로 저수지를 선정하고 관측소에 따른 기간별 홍수량 변동에 대한 경향성을 분석하고, 관측소별 홍수량 변동을 비교하여 소규모 저수지의 유지관리 방안 마련 시 순위를 결정에 활용할 수 있도록 하였다. 관측소별 기간을 20년 단위로 나누어 분석하였으며 Case 1(1973~1992년), Case 2(1983~2002년), Case 3(1993~2012년), Case 4(2003~2023년)로 분류하여 설계홍수량 증감률을 비교한 결과 지역적 경향성을 뚜렷이 나타냈다. 설계홍수량을 토대로 저수지 홍수추적을 수행하여 저수지별 댐마루 높이의 적성성 여부를 검토한 결과 대상 저수지 전체 Case에서 댐마루 높이가 부족한 것이 확인 되었으며, 소규모 저수지의 경우 지방자치단체에서 관리하고 있는 저수지이며, 전문기관(한국농어촌공사, 수자원공사 등)을 통해 관리되고 있는 저수지들은 주기적으로 진단 및 관리가 이루어지고 있다. 하지만 지방자치단체에서 관리하고 있는 소규모 저수지 중 대다수는 관리가 미흡하여 잠재적인 위험을 안고 있는 만큼 본 연구 결과를 기초하여 소규모 저수지의 안정성 향상을 위한 지방자치단체의 운영관리 방안을 수립이 필요하다.