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요약문
SUMMARY
목차
1. 추진 필요성 및 목적 11
1.1. 최근의 기상이변과 수재해 증가 11
1.2. 기후변화와 수재해 전망 15
1.3. 현재 수재해 대응의 문제점 및 고수문연구의 필요성 21
2. 국내외 정책 및 기술개발 동향 23
2.1. 기후변화 대비 국가 수자원관리 정책방향 23
2.1.1. 국내 정책 23
2.1.2. 국외 정책 27
2.2. 국내외 고홍수 복원 연구 29
3. 연구개발 목표 31
4. 연구내용 및 범위 32
4.1. 홍수범람해석 32
4.1.1. 홍수범람 해석 순서 32
4.1.2. 홍수범람모형적용 35
4.2. 수문현상의 역탐색 52
4.2.1. 수학적 준비 54
4.2.2. 유출기구와 유량시계열의 성분분리 66
4.2.3. AR계수의 결정 - 시스템 동정 75
4.2.4. 강우시계열의 역추정 81
4.3. 고홍수 홍수량 복원 92
4.3.1. 고홍수 수문연구 개요 92
4.3.2. Slackwater deposit-paleostage indicator(SWD-PSI) 93
4.3.3. 지질연대측정법 95
4.3.4. 과거 시기별 고식생지도 복원 97
4.3.5. 수리모델링 98
4.4. 고홍수 복원을 위한 기반암 하상 지형 연구 104
4.4.1. 서론 104
4.4.2. 기반암 하상 하천의 출현 105
4.4.3. 기반암 하상 하천의 침식과정 107
4.4.4. 기반암 침식에 따른 지형발달 118
4.4.5. 기반암 하상 침식률의 연구 129
4.4.6. 우주기원핵종 분석의 이론적 배경 133
4.4.7. 우리나라의 기반암 하상 하천연구 137
4.5. 고홍수량 및 이의 강수량 복원 연구의 경제적 효과 140
4.5.1. 문제의 제기 140
4.5.2. 홍수의 방어 정책 및 기후변화의 영향 141
4.5.3. 홍수의 비용편익 분석 146
4.5.4. 비용편익분석의 순 현재가치(NPV) 산정 158
4.5.5. 종합 및 비교분석 159
5. 연구개발 추진전략 및 체계 162
5.1. 추진전략 162
5.2. 추진체계 164
5.3. SWOT 분석 167
5.4. 기술개발경로 168
6. 기대성과 및 활용방안 169
6.1. 기대성과 169
6.2. 활용방안 169
7. 소요예산 170
7.1. 총 연구비 170
7.2. 사업별 연구비 170
8. 참고문헌 172
부록 180
표 2.1. 기후변화에 대비한 정부의 주요 물관리 시스템 정책 현황 25
표 2.2. 해외 고홍수 사례연구의 예 29
표 4.1.1. RMA-2 모형에 사용되는 와점성계수 50
표 4.1.2. RMA-2 모형에 사용되는 조도계수 50
표 4.3.1. 국제 고홍수 컨퍼런스/윅샵들(수)과 관련 회의들 93
표 4.4.1. 구성물질에 따른 하천의 구분 105
표 4.4.2. 기반암 하상지형의 분류 119
표 4.4.3. 기반암 하상지형의 분류(Richardson and Carling, 2005) 120
표 4.5.1. 정부의 주요 홍수방어 정책 추이 144
표 4.5.2. 강수량과 피해액의 ANOVA Table(1965-2009) 152
표 4.5.3. 강수량과 피해액의 ANOVA Table(1965-1986) 153
표 4.5.4. 강수량과 피해액의 ANOVA Table(1987-2009) 154
표 4.5.5. 평균이상 초과강수량과 피해액의 ANOVA Table(1965-2009) 155
표 4.5.6. 전국 다목적 댐의 예상 최고수위와 안정성 156
표 4.5.7. 기상이변 관련연구의 경제적 순편익 160
그림 1.1. 지구촌 덮친 한파와 물난리(서울신문, 2011.01.19.) 11
그림 1.2. 아시아 3국 폭우 피해 12
그림 1.3. 파키스탄 홍수 12
그림 1.4. 전국 호우피해 속출 13
그림 1.5. 추석 전 서울 침수 13
그림 1.6. 자연재해 및 물관련 재해발생현황(김병식, 2009) 14
그림 1.7. 한국의 연평균 기온의 평균변화(Jung et al., 2002) 15
그림 1.8. 2일 동안 1년 빈도의 폭우 수의 변화(Jung et al., 2002) 15
그림 1.9. 1981~2000년과 2081~2100년의 연간평균표면기온과 강우량 변화 예측결과 16
그림 1.10. Marshall-Palmer 식에 의해 구해진 강도에 따른 입자크기분포 변화 17
그림 1.11. 강우에너지에 따른 최종침투능 변화 19
그림 1.12. Decadal extratropical flood frequencies for observations and scenario experiments (Milly et al., 2002) 20
그림 1.13. 기후변화로 인한 현재와 미래의 극치사상의 발생 변화와 확률분포형의 변화 개념 21
그림 4.1.1. 홍수범람해석 순서도 34
그림 4.1.2. FLDWAV를 이용한 홍수범람도 작성절차 38
그림 4.1.3. FLDWAV 모형을 이용한 범람해석결과(김병현, 2005) 39
그림 4.1.4. HEC-RAS를 이용한 홍수범람도 작성절차 41
그림 4.1.5. HEC-RAS를 이용한 홍수범람구역의 산정(유형규, 2007) 42
그림 4.1.6. FLUMEN에서의 지형데이터 처리절차 44
그림 4.1.7. FLUMEN을 이용한 홍수범람 해석(이승수, 2010) 47
그림 4.1.8. SMS을 이용한 홍수범람 해석(USGS, 2006) 51
그림 4.2.1. 시스템의 추정과 동정 53
그림 4.2.2. 저주파 필터 61
그림 4.2.3. 질량-댐퍼계 61
그림 4.2.4. 질량-댐퍼계의 누파특성 63
그림 4.2.5. 강우-유출과정의 모식도 66
그림 4.2.6. 강유-유출계 시스템 개념도(시간강우의 경우) 67
그림 4.2.7. 체감기의 홍수유량곡선의 반대수 - 그림에서 시매개변수 Tc(=1/a)의 결정 68
그림 4.2.8. 체감기의 홍수유량곡선의 반대수 - 그림에서 시매개변수 Tc(=1/a)의 결정 68
그림 4.2.9. 체감기의 홍수유량곡서의 반대수 - 그림에서 시매개변수 Tc(=1/a)의 결정 69
그림 4.2.10. 유량시계열의 성분분리 (1) 72
그림 4.2.11. 유량시계열의 성분분리 (2) 73
그림 4.2.12. 유량시계열의 성분분리 (3) 74
그림 4.2.13. 유량시계열의 성분분리 (4) 75
그림 4.2.14. 성분단위도 79
그림 4.2.15. 성분단위도 79
그림 4.2.16. 성분단위도(표면유출)(좌), AR모형의 최적차수 판정의 예(우) 80
그림 4.2.17. 지하수유출에 기여하는 역추정 강우 x1의 신장효과 및 y1과 y1의 비교 84
그림 4.2.18. 역추정 강우 86
그림 4.2.19. 지하수 성분이 되는 강우 x(1)과 유효강우 fㆍF 87
그림 4.2.20. 지연시간과 초기유량 qA 88
그림 4.2.21. 신장배율과 초기유량 qA 88
그림 4.2.22. 역추정 강우 x과 유효실제강우 fㆍx의 비교 89
그림 4.2.23. 역추정 강우 x과 유효실제강우 fㆍx의 비교 90
그림 4.2.24. 역추정 강우 x과 유효실제강우 fㆍx의 비교 91
그림 4.3.1. 중부 아리조나 Salr River에서의 하류방향으로의 기반암 돌출부에서의 slackwater deposits의 축적 95
그림 4.3.2. 방사성탄소연대를 적용한 Flood slackwater deposit stratigraphy의 예 96
그림 4.3.3. 루미네선스 메커니즘 97
그림 4.3.4. Manning의 조도계수의 예 99
그림 4.3.5. 조사와 모델을 통해 구해진 고홍수 홍수위종단곡선의 예 100
그림 4.3.6. 유역 유출의 일반적 HEC-HMS 표현 101
그림 4.3.7. 측정자료를 기초로 구한 홍수재현곡선과 고홍수 자료와의 비교 103
그림 4.4.1. PSI의 사례 104
그림 4.4.2. 하천의 종류와 하도경사, 유역면적과의 관계 106
그림 4.4.3. 기반암 하상하천의 침식력과 저항력 107
그림 4.4.4. 엽리를 따라 발생한 기반암의 침식 사례(가평천) 108
그림 4.4.5. 엽리를 따라 발생한 기반암의 침식 사례(가평천) 108
그림 4.4.6. Entrance furrow를 수반하는 절리를 따라 형성된 포트홀 109
그림 4.4.7. 절리를 따라 형성된 Longitudinal furrow들 109
그림 4.4.8. 절리를 따른 침식의 진행 사례 110
그림 4.4.9. 절리면을 따라 박힌 퇴적물질 사례 111
그림 4.4.10. 암석 균열 내에 포획된 퇴적물질 사례 112
그림 4.4.11. 굴식에 의해 형성된 기반암의 파쇄면 사례 112
그림 4.4.12. 돌출한 기반암 면에서의 수류특징 113
그림 4.4.13. 마식에 의해 형성된 기반암면의 사례. 이 면은 유수의 하류방향이 강한 마식 작용을 받았으며 그림 4.4.12.에 설명된 와류의 작용에 의한 것으로 추정됨. 114
그림 4.4.14. 하상에 형성된 마식면. 부드러운 면의 존재는 마식작용의 증거이다. 114
그림 4.4.15. 굴식면와 마식면의 대비. 상류 방향은 굴식 이후 마식을 받아 부드러운데 비하여 굴식에 의해 물질이 제거된 면은 거친 표면의 형태를 드러낸다. 115
그림 4.4.16. 유수의 영향을 지속적으로 받는 부분의 마식 특성 116
그림 4.4.17. 기반암하상 하천체계의 여러 변수들 117
그림 4.4.18. 유기된 기반암면과 furrow 118
그림 4.4.19. 식생이 정착한 기반암면의 사례 118
그림 4.4.20. 중규모 지형의 위상 체계 120
그림 4.4.21. 기반암 하상에 발달한 Flute. 사진 좌측이 상류이며 사진의 하부에 나타나는 와지는 furrow이다. 123
그림 4.4.22. 기반암 하상에 발달한 Broad Flute. 깊이에 비해서 상당히 넓은 형상을 지니고 있다. 123
그림 4.4.23. Runnel 내부에 있는 furrow 124
그림 4.4.24. 상류방향에서 본 shute furrow 125
그림 4.4.25. Chute furrow의 평면 125
그림 4.4.26. 기반암면을 관통하는 유로사례 126
그림 4.4.27. 저수위시의 chute channel 126
그림 4.4.28. 저수위시의 chute channel 127
그림 4.4.29. 기반암 step에서의 분류 하도의 사례 127
그림 4.4.30. furrow에 의한 분류 하도의 사례 128
그림 4.4.31. 기반암 하상하천의 퇴적물질 129
그림 4.4.32. 불규칙한 기반암 하상 129
그림 4.4.33. 기반암 하상하천에서의 침식율 산정 사례1 130
그림 4.4.34. 기반암 하상하천에서의 침식율 산정 사례2(Anderson and Anderson, 2010) 131
그림 4.4.35. 마식이 우세한 환경의 사례 1. 다수의 furrow가 관찰되며 기반암면은 매우 매끄러운 모습을 지니고 있다. 132
그림 4.4.36. 마식이 우세한 기반암 하상 환경 사례 2 132
그림 4.4.37. 우주기원핵종의 형성 모식도(Anderson and Anderson, 2010) 133
그림 4.4.38. 가평천의 포트홀 139
그림 4.5.1. 강수량 국제비교 140
그림 4.5.2. 기후변화에 의한 강우확률 변화 142
그림 4.5.3. 기후변화에 따른 수공구조물의 잠재유량 변화 143
그림 4.5.4. 우리나라 댐의 목적별 분포도 145
그림 4.5.5. 홍수방지의 비용-편익 분석 곡선 147
그림 4.5.6. 연도별 강수량과 피해액 149
그림 4.5.7. 돌발 강수량과 피해액 150
그림 4.5.8. 평균이상 돌발 강수량과 피해액의 상관관계 및 모델 151
그림 4.5.9. 댐의 구조 및 설계기준 157
그림 4.5.10. 각국 재해 비용의 비교(김선근, 2007) 160
그림 5.1. 추진전략 162
그림 5.2. 추진체계 164
표 1. 강수량 및 피해액 그리고 GDP Deflator 182
표 2. 각국의 댐 설계기준 비교표 184
표 3. 우리나라 댐 설계기준표 상세 185
표 4. 우리나라의 다목적 댐 현황 186
그림 1. 연도별 강수량 및 피해액 181
그림 2. 연도별 돌발 강수량과 피해액 182
원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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