Journal of Korea Water Resources Association ISSN:2799-8746(Print) 2799-8754(Online) 한국수자원학회 논문집

기후 변화로 인해 돌발 홍수가 증가함에 따라 실시간 홍수 탐지 방법이 주목받고 있다. 실시간 홍수 탐지 목적으로는 주로 지상 카메라 이미지가 사용되며, 위성 이미지와는 달리 변동성이 큰 수체 영역 분할을 위해 딥러닝 기반 수체 영역 분할 기법이 적용되고 있다. 방대한 양의 참값 이미지 구축의 어려움을 해결하기 위해 파운데이션 모델과 프롬프트 개념을 기반으로 한 Segment Anything Model 2(SAM 2)가 제안되었으며, 이를 홍수 탐지에 적용하면 비교적 적은 학습 데이터로도 미세 조정을 통해 높은 정확도의 수체 영역 분할이 가능할 것으로 예상된다. 본 연구에서는 SAM 2 모델의 구조를 개선하여 수체 영역 분할 모델을 구축하고, 기존 모델(V-FloodNet)과의 성능을 비교하였다. 프롬프트를 선택적으로 적용하도록 개선된 모델은 기존 모델 대비 성능이 10% 향상되었으며, 더 높은 정확성과 분할 과정에서의 효율성을 확보한 것으로 확인되었다.

기후 변화로 인한 집중 강우의 빈번한 발생은 도시 및 지하 공간의 침수 위험을 증가시키며, 지하철역과 같은 지하 공간에서 보행자의 안전성을 심각하게 위협한다. 본 연구에서는 이러한 침수 상황에서 지하철 플랫폼 내 보행자의 보행 안정성을 평가하기 위한 보행 한계 조건 도출을 위한 실험을 수행했다. 실험실 규모에서 침수 흐름에 의해 인체가 균형을 잃고 넘어지는 현상을 재현하기 위해 질량 상사(mass similitude)를 고려한 인체모형을 제작했다. 침수 흐름 조건을 변화시키며 인체모형이 넘어지는 흐름조건을 도출하였으며, 이 결과로부터 보행 한계 유속-수심 관계(U-H 관계)를 제시했다. U-H 관계로부터 유속 증가에 따라 보행 한계 수심이 비선형적으로 감소하는 경향을 보여주며, 이 결과는 보행자가 유속 증가에 따라 안정성을 잃는 조건을 정량적으로 평가하는데 활용 가능하다. 실험실 규모에서 도출된 U-H 관계의 실제 침수 흐름 상황에 대한 적용 가능성 평가를 위해 실규모 보행 안전 실험 결과와 비교하였으며, 기존 인체모형 실험 결과와 비교하여 실제 보행 한계 흐름 조건을 더 적절하게 제시했다.

농업용수의 정량적인 물수지 파악은 물관리 정책 및 농업용수의 정량화, 과학적 관리 측면에서 핵심적인 요소이다. 현재 농업용수는 국가 주요 물관리 계획에서 수행되고 있는 물수지 분석을 통해 추정하고 있으나 기초자료 확보 및 방법론적 측면에서 한계가 있다. 주요한 한계점으로 첫째, 제1차 국가물관리계획 내 농업용수 분석은 저수지와 하천시설과 같은 수원공 구분이 적용되지 않아 실제와는 다른 농업용수 공급 개념이 반영되어 있으며, 이에 따라 부족량 및 회귀량 산정에 왜곡이 발생하고 있다. 둘째, 순물소모량 개념의 일률적 회귀율 반영으로 농업용수 공급량의 왜곡 및 하천 물수지에서의 회귀량 왜곡이 발생하고 있다. 셋째, 농어촌용수 이용 합리화계획의 경우 하천 물수지를 배제하여 시설물 및 하천 기반의 연계가 누락되어 있다. 본 연구에서는 이러한 한계점을 개선하고자, 기존 모델의 네트워크 및 주요 인자 개선과 하천 물수지 알고리즘을 포함한 모델을 개발하고 국가 물수지 모델인 MODSIM 연계를 통해 활용성을 평가하고자 한다. 안성천 중권역을 대상으로 소유역 내 하천 흐름에 따른 개별 시설물의 위상 관계를 정립하였으며, 유역 연계 기반 물수지 네트워크를 구축하였다. 용수구역 내 수원공별 물수지 분석 결과 중 연별 수요량과 회귀율 결과를 국가 물수급 모델에 연계 적용하였으며, 연 단위 일별 수요 패턴을 반영하여 농업용수 물수지를 분석하였다. 또한, 안성천 중권역을 대상으로 용수구역 내 수원공별 물수지 분석 결과 중 연별 수요량과 회귀율 결과를 MODSIM에 연계 적용하였다.

본 연구에서는 영산강 중상류 유역을 대상으로 유출 저감 성능과 경제성을 고려한 최적 Low Impact Development (LID) 적용 방안을 결정하였다. 강우-유출 및 LID 적용 전략을 모의하기 위해 Storm Water Management Model (SWMM)을 사용하였으며, 불투수면적 비율 50% 이상 지역에 대해 Permeable Pavement (PP), Infiltration Trench (IT), Bio-Retention Cell (BRC), Rain Garden(RG)의 최적 설계 인자 결정 및 유출 저감 성능을 비교했다. 최적 설계 인자는 영역 전체의 유출량을 최소화하는 단일 설계 인자를 결정하는 방법(Case 1)과 개별 소유역의 유출량을 최소화하는 개별 설계 인자를 결정하는 방법(Case 2)을 각각 적용하여 결정했다. Case 1과 Case 2에서 결정된 최적 설계 인자를 적용하여 유출 저감 성능을 비교한 결과, Case 1보다 Case 2의 설계 인자를 적용했을 때 유출 저감 능력이 향상되었다. Case 1의 설계 인자를 적용했을 때 모든 소유역에서 IT가 최적 시설로 결정됐고 Case 2에서는 유역의 유출 특성에 따라 서로 다른 최적 LID 시설 유형이 결정됐고 이중 BRC가 가장 많은 소유역에서 최적 시설로 결정됐다. LID의 설치 및 유지관리 비용의 경제성을 함께 고려한 경우에는 Case 1과 Case 2 모두 RG의 비용 대비 홍수 저감 효율이 다른 시설에 비해 효과적인 것으로 나타났다. 이에 따라 유출 저감 성능과 경제성을 모두 고려한 LID 시설 최적 배치안을 적용한 경우 Case 1에서는 6.36%, Case 2에서 7.16%의 총유출량 저감 효과를 나타냈다.

본 연구는 부정류 유입 흐름으로 배수관로에서 발생하는 혼합 흐름 특성을 수치모형을 이용하여 분석하였다. 수치모형은 OpenFoam의 interIsoFoam 솔버를 이용하여 공기와 물의 경계면을 보다 정확하게 모의하고자 하였다. 모형 검증을 위해 슬러그 흐름 실험에 적용하였으며, 수면 처오름에 의한 슬러그 형성과 슬러그의 이동 및 발달 과정을 잘 재현하는 것으로 나타났다. 다양한 공기와 물의 유입 조건에 따라 관로 내의 혼합 흐름 특성을 연직 2차원으로 모의하였다. 유입 경계에서 수면의 부정류 특성을 재현하기 위하여 사인함수 형태의 연직 유속 경계를 설정하였으며 혼합 흐름에 의한 유량 변동성을 해석하기 위하여 유입 유량에 대한 최대 유출 유량을 계산하여 비교하였다. 9개 조건의 혼합 흐름 모의를 수행하였으며 모의 결과에 의하면 물 유속과 공기 유속이 어느 정도 큰 경우 슬러그가 형성되어 발달하게 되며 이 경우에 유량 변동성이 최대 112.5%로 크게 나타났다. 3차원 모의에서는 압력 흐름이 보다 지배적이며 공기층의 형성과 발달이 상이함을 확인하였다. 배수관로는 유입 경계의 수위 요동으로 혼합 흐름이 형성될 가능성이 높으나 관로를 따라 혼합 흐름이 지속되고 유량 변동성이 커지기 위해서는 슬러그의 지속 또는 발달이 필요한데, 이는 물 유속과 공기 유속의 크기와 두 유속의 상대적 크기에 의존하는 것으로 판단된다.

본 연구는 2024년 발간된 유엔환경계획(United Nations Environment Programme, UNEP)의 SDG 6.5.1 지표 보고서를 중심으로, 한국의 통합물관리 거버넌스를 진단하고 개선 방향을 제시한 것이다. 이를 위해 (1) SDG 6.5.1 지표에 대한 글로벌 이행 동향 분석, (2) 우리나라의 연도별 점수 변화 및 특성 평가, (3) 범주별 비교 및 SWOT 분석, (4) 정책적 시사점 도출을 수행하였다. 분석 결과, 한국은 제도 정비와 정책 체계 부문에서 높은 점수를 기록했으나, 지방정부의 실행 역량, 재정 구조의 다양성, 시민 참여 기반의 거버넌스 확보 측면에서는 한계가 확인되었다. 또한 전 세계적으로 SDG 6.5.1 지표의 이행 속도는 목표 연도인 2030년 달성을 보장하기 어려운 수준이며, 이에 따라 단기 성과주의를 넘는 중장기 전략의 수립이 필요함을 제언한다. 또한 본 연구는 SDG 6.5.1 지표가 단순한 보고 지표를 넘어, 국내 물 정책 평가와 국제 협력의 매개로 활용될 수 있는 가능성도 제시하고자 한다.