홍수피해자료를 이용한 주요 공공시설물의 다변량 손실함수 개발에 관한 연구 :A Study on the Development of Multivariable Loss Function for Main Public Facilities using Flood Damage Data

황신범

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자료유형: 학위논문

저자정보: 황신범 (상지대학교, 상지대학교 일반대학원)

지도교수: 김상호

발행연도: 2020

저작권: 상지대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수15

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2020

홍수피해자료를 이용한 주요 공공시설물의 다변량 손실함수 개발에 관한 연구

황신범 2020.01 학위논문

2019

호우·태풍에 의한 지방하천시설물 피해액 추정에 관한 연구

황신범 , 김상호 대한토목학회 학술대회 2019.10 학술대회자료

2018

교통시설물에 대한 피해액 추정을 위한 손실함수 개발에 관한 연구

황신범 , 심준혁 , 김상호 외 1명 한국수자원학회 학술발표회 2018.01 학술대회자료

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최근 10년간 자연재해로 인한 피해액 통계를 살펴보면, 재해 원인별로는 호우와 태풍에 의한 홍수재해의 피해액이 그리고 시설물별로는 공공시설물의 피해액이 전체 피해액의 대부분을 차지하고 있다. 공공시설물에 대한 홍수재해를 감소시키기 위해 재난 예방과 대응에 활용될 합리적인 피해액 추정 방법이 필요하다. 그러나, 국내의 경우 사유시설물의 피해액에 공공시설물별 비율계수를 적용하는 간접적인 방법인 다차원법을 이용하여 공공시설물에 대한 홍수피해액 규모를 추정하고 있다.
본 연구에서는 과거 발생한 홍수피해 자료로부터 공공시설물에 대한 홍수피해액을 추정할 수 있는 손실함수를 개발하고자 하였다. 공공시설물 중 재해 발생 시 인명 대피와 복구물자의 이동 등 재해 상황에 적극적으로 활용되는 사회기반시설인 도로시설물과 필수 사용 시설물인 상·하수도시설물, 공공시설물 중 가장 큰 피해액 규모를 보이는 하천시설물을 손실함수 개발 대상시설물로 선정하였다. 국가재난관리정보시스템(National Disaster Management System, NDMS) DB의 시설물별 피해자료와 과거 침수흔적도, 각 시설물별 현황자료 및 피해를 발생시키는데 영향을 끼치는 인자들을 검토하여 각 시설물별로 피해액을 추정하기 위한 손실함수의 주요 인자들을 선정하였다. 도로시설물에서는 KRF 유역 내 있는 도로시설물의 피해액, 침수면적, 도로면적을 선정하였으며, 상·하수도시설물은 KRF 유역 내 상·하수도시설물의 피해액, 침수면적, 유역면적을 선정하였고, 하천시설물은 홍수량 산정구간의 유속, 피해길이와 하천의 만곡도를 선정하였다.
이와 같은 함수 인자들에 대한 재해자료의 신뢰성을 확보하기 위해 정규분포 상자도표법이나 경험분포 신뢰구간 추정을 통해 이상자료를 제거하고, 표준화 잔차, 쿡의 거리, 표준화 DFFIT와 같은 통계학적 이상자료 제거 방법을 이용하여 2단계에 걸쳐 이상자료들을 제거하였다. 시설물별 손실함수를 개발하기 위하여 다양한 형태의 회귀방정식을 개발하여 결정계수(R2)와 함수의 적용성 등을 검토한 후 시설물별 최종 손실함수를 선정하였다. 또한, 도로와 상·하수도시설물에 대해서는 2차원 수리해석 모형인 FLO-2D 모형의 분석 결과를 이용하여 피해 발생위치의 수리특성인 침수심과 유속에 따른 홍수피해액을 추정할 수 있도록 손실함수를 개발하였다.
본 연구에서 개발된 공공시설물별 손실함수는 과거 발생한 재해특성을 기반으로 미래 발생될 홍수재해에 대한 공공시설물의 피해액을 추정하여 재해저감 대책 마련에 필요한 기초정보를 제공함으로써 재해 예방정책 수립을 위한 의사결정 지원에 활용될 것으로 기대한다.

According to the statistics of damage cost by natural disasters for last ten years, the flood disaster damage cost by heavy rain and typhoon in each cause for disaster, and the public facilities damage cost in each facilities account for most of the whole damage cost. In order to decrease the flood disaster of public facilities, there should be a rational method to estimate the damage cost, which could be used for disaster prevention and response. However, in case of Korea, the scale of flood damage cost of public facilities is estimated by using the multidimensional method which is an indirect method applying the ratio coefficient of each public facilities to the damage cost of private facilities.
Based on the past flood damage data, this study aimed to develop the loss function for estimating the flood damage cost of public facilities. As the subjects of development of loss function, this study selected the road facilities as the social infrastructure actively used for disaster situations such as evacuation of lives and movement of restoration supplies, the water and sewerage facilities as essential use facilities, and the river facilities showing the biggest scale of damage cost from public facilities. By reviewing the damage data of each facilities, inundation trace map in the past, the current status data of each facilities, and factors having effects on the occurrence of damage in the DB of National Disaster Management System(NDMS), this study selected the main factors of loss function for estimating the damage cost of each facilities. This study selected the damage cost, area of inundation, and area of road for road facilities within KRF basin, the damage cost, area of inundation, and area of basin for water and sewerage facilities within KRF basin, and the flow velocity in the section for estimating the flood discharge, length of damage, and Sinuosity of river for river facilities.
To secure the reliability of disaster data of function factors, the abnormal data was removed through the normal distribution box plot or empirical distribution confidence interval estimation. And then, using the statistical methods to remove abnormal data such as Standardized Residuals, Cook’s Distance, and Standardized DFFIT, the abnormal data was removed again. In order to develop the loss function of each facilities, diverse-types of regression equations were developed. After reviewing the applicability of coefficient of determination(R2) and function, the final loss functions of each facilities were selected. Also, regarding the road and water and sewerage facilities, the loss function was developed to be able to estimate the flood damage cost according to the hydraulic characteristics of damage occurrence location such as inundation depth and flow velocity, by using the results of analyzing the two-dimensional hydraulic analysis model, FLO-2D.
The loss function of each public facilities developed by this study could be utilized for decision-making support for establishing the disaster preventive policies by estimating the damage cost of public facilities caused by flood disaster in the future based on the characteristics of disaster in the past, and then providing the basic data necessary for the establishment of disaster reduction measures through the estimation.

#공공시설물 #도로시설물 #상·하수도시설물 #하천시설물 #손실함수 #홍수피해액 #FLO-2D

목 차 ⅰ
그 림 목 차 iv
표 목 차 x
기 호 xiv
국 문 요 약 xvi
제 1 장 서 론 1
1.1 연구 필요성 및 목적 1
1.2 연구 동향 3
1.3 연구 내용 6
제 2 장 공공시설물 피해자료의 분석 9
2.1 피해자료 수집 9
2.1.1 공공시설물의 정의 9
2.1.2 도로시설물 11
2.1.3 상·하수도시설물 14
2.1.4 하천시설물 16
2.2 피해자료 분석 16
2.2.1 지형공간 자료 구축 16
2.2.2 지형공간 자료 보정 18
2.2.3 피해자료 위치 분석 21
2.2.4 피해액 기준가 보정 29
2.3 수리특성 분석 31
2.3.1 1차원 수리해석 31
2.3.2 2차원 수리해석 36
제 3 장 공공시설물 손실함수의 개발 41
3.1 도로시설물 41
3.1.1 피해특성 기반 함수 개발 41
3.1.2 수리특성 기반 함수 개발 77
3.2 상·하수도시설물 83
3.2.1 피해특성 기반 함수 개발 83
3.2.2 수리특성 기반 함수 개발 93
3.3 하천시설물 99
3.3.1 평균유속식 개발 99
3.3.2 수리특성 기반 함수 개발 104
제 4 장 공공시설물 손실함수의 적용 118
4.1 적용 절차 118
4.1.1 도로 및 상·하수도시설물 119
4.1.2 하천시설물 131
4.2 적용 결과 136
4.2.1 도로시설물 136
4.2.2 상·하수도시설물 140
4.2.2 하천시설물 142
4.3 재해연보 피해액 143
제 5 장 결 론 147
참 고 문 헌 150
부 록 162

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