• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2009.05a
• /
• pp.1822-1826
• /
• 2009

최근 국내 하천복원사업의 방향(패러다임)이 구하도를 포함한 홍수터의 중요성을 인식하게 됨에따라 과거 하천사업 시 발생되었던 폐천구역을 가능한 한 하천구역에 편입하여 보존하려는 노력이 시도되고 있다. 본 연구는 하천복원사업의 일환으로 함평천 구하도 복원을 함으로써 발생할 수 있는 흐름특성변화 및 하상변화를 파악하기 위한 목적으로 수리모형실험과 수치모의를 수행하였다. 실험대상구간은 함평천 중류 구하도 복원구간(1.34 km)이며, 수리모형은 Froude 상사법칙에 따라 수평축척 1/50, 연직축척 1/25의 모형으로 제작하였다. 실험조건으로는 재현기간 50년, 100년의 홍수량과 강턱유량 두 케이스$(100\;m^3/s$, $120\;m^3/s)$를 적용하였고, 구하도 복원수로의 흐름특성은 고정상 조건에 대해 분석하였다. 구하도 복원전/후의 홍수위 비교를 통해 구하도 복원후의 하도에서는 단면확대로 인한 통수능 증가로 홍수위 저감효과를 확인 할 수 있었다. 구하도 복원후의 유속변화는 통수능의 증가로 복원전에 비해 저감되었다. 기존하도와 복원하도간의 유속차가 다소 크게 나타났는데 이는 복원하도의 단면형상과 와류발생으로 인해 나타난 것으로 판단된다. 복원하도내의 유황은 일부구간에서 흐름정체현상과 역류현상이 발생되는데 이 구간에는 퇴적현상이 예측된다. 수리모형실험의 유사퇴적경향과 FESWMS 모형의 하상전단력을 비교한 결과는 유사하게 나타났으며, 복원하도의 넓은 둔치지역에 넓은 퇴적층이 형성되어 차후 환경구조물 등을 이용한 흐름제어 및 유지관리대책에 의한 문제해결이필요할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2009.05a
• /
• pp.678-682
• /
• 2009

하천의 합류부에서는 홍수시 침수피해가 빈번하게 발생 하거나 하안침식, 강턱붕괴, 하천의 장갑화 등의 악영향이 발생하는데, 이러한 현상의 원인 규명을 위해 본류와 지류의 유량비에 의해 혹은 지류의 유입각에 의해 다양한 흐름 특성을 가정하고 개수로 장치를 이용하거나 수치모형 실험을 통하여 연구되고 있다. 본 연구에서는 미시시피 대학 연구기관인 NCCHE(Natioanl Center for Computational Hydroscience an Engineering)에서 개발한 CCHE2D 2차원 수치모형을 이용하여, 개수로 합류부에서 흐름 및 하상변동 특성을 분석하였다. 수치모의 결과는 "Experiments on Flow at a $90^{\circ}$ Open-Channel Junction", Journal of Hydraulic Engineering, May 2001, Vol. 127, No. 5, 340-350.에 기재되었던 논문의 실내실험 결과와 비교분석하였으며, 유속의 분포는 $0.01{\sim}1.0$ m정도로 개수로 관측치와 비교적 유사하게 모의 되었다. 또한 하상 변동 모의 결과 Biron 등(1996)이 제안한 합류부에서 6구역의 흐름 정의도와 대체적으로 유사하게 모의 되었으며, 최대 유속 구간에서 $-0.2m{\sim}0.03m$의 침식이 발생하고, 정체 구간과 분리구간에서 $0.01{\sim}0.02m$의 퇴적이 발생하였다. 본 연구의 결과는 하천의 물리적 특성을 파악하고 하천공사나 수리구조물 설계의 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2021.06a
• /
• pp.3-3
• /
• 2021

하천의 식생은 생태서식처 제공, 강턱이나 하안 경사의 안정, 영양염류나 오염물 차단에 의한 수질 개선 등의 다양한 생태서비스를 제공하는 반면, 과도하고 편중된 식생 분포로 인해 흐름저항이 증가하고 이로 인한 홍수위 상승과 홍수피해 위험이 가중될 수 있다. 기후변화 영향과 토지이용 변화에 따른 수리수문 특성 변화와 유역으로부터 영양염류의 유입은 하천내 식생이 과도하게 퍼지는 직접적인 원인이 될 수 있다. 과도한 식생분포로 인한 흐름저항과 홍수위 상승을 평가하기 위해 식생하도의 흐름저항과 관련된 매개변수의 다양성과 복잡성에 따른 해석상의 한계에도 불구하고 이에 대한 이론적 해석과 수학모형의 개발, 실험실 수로와 하천현장조사, 수치모형을 이용한 예측 등의 다양한 연구가 수행되고 있다. 본 연구에서는 소규모 실험실 수로에서 단순화된 식생 구조와 배열이 적용되는 한계성과 상류에서 유입되는 유량과 유속 등의 수리조건을 통제할 수 없는 현장실험의 한계성을 보완하고자 목본류 형태의 식생패치를 실규모 하천실험 수로에 조성하여 통제된 수리조건에서의 식생하도의 구간 흐름저항을 추정하기 위한 계측 실험을 수행하였다. 실규모 실험에서는 피에조미터 형식의 정밀 압력식 센서를 이용하여 수위와 수면경사를 계측하였으며, 실험구간의 접근 수로에서 ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler)를 이용하여 유입 유량에 대한 정보를 수집하였다. 전체 수로 길이 약 600 m, 하폭 11 m, 깊이 2 m 규모의 실규모 하도 일부 80 m 완경사 구간에 식생패치를 설치하고 구간 수면경사를 실측함으로써 식생하도의 흐름저항을 직접 산정하였다. 이러한 실규모 식생하도의 실험을 통해 식생패치의 밀도, 횡적 차단면적, 구간 차단부피, 목본 식생의 물리적 특성, 식생패치의 배열 등의 다양한 식생분포 조건에 따른 수리조건별 흐름저항 값의 변화를 분석할 수 있다. 식생하도에 대한 정확한 흐름저항 추정과 홍수위 변화에 대한 해석은 하천 식생의 생태서비스와 홍수방어의 하천 치수효과의 최적 솔루션을 제시하기 위한 하도관리의 다양한 방안을 제시하는데 필수적인 정보로 활용될 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2009.05a
• /
• pp.728-733
• /
• 2009

지금까지의 하천 설계는 하천의 유량, 유사량, 하상토 입도분포, 강턱의 입자 또는 하도 표면의 특성, 하곡의 경사 등을 고려하여 안정한 횡단면을 결정하기 위한 목적으로 발전되어 왔다. 하지만, 하천 복원에 있어서 이동 하상의 안정 하도 및 하천을 설계하는 작업은 수리학적, 하천 형태학적, 그리고 유사 수리학적 측면에서 매우 복잡한 문제들을 포함하고 있으며 더 나아가 다양한 생태서식처 및 환경을 제공할 수 있는 측면까지도 고려하도록 요구되어 지고 있다. 자연하천 복원 설계시 가장 선행되어야 할 작업은 복원하고자 하는 현재의 하천 및 하도의 안정성에 대한 평가이며 이러한 과정에서 평형 하천의 개념을 반드시 고려해야 한다. 안정하도 및 평형하천 형태를 계산하는 방법들이 여러 연구자들에 의해 제안되어 왔고 여러 해석적 방법들 중 Copeland의 방법은 실제로 충적하천에서의 안정 하도 평가 및 설계에 가장 많이 이용되고 있으며 미공병단에 의해 개발된 SAM(Stable Channel Analysis Model) 모형에서 채택하고 있는 해석적 방법 중 하나이다. 본 연구에서는 Copeland의 해석적 안정하도 분석 방법을 기본 모듈로 채택하고 있는 미공병단에서 개발한 SAM(Stable Channel Analysis Model)의 기본적인 특성과 활용도에 대해서 알아보고 이를 남한강 제1지류인 청미천의 구하도 복원 예정 구간에 적용시켜 현재하도의 안정성을 평가하였다. 분석 결과, 안정하도 경사는 현재 하도 경사보다 완만한 것으로 나타났으나 SAM에서 예측하고 있는 청미천의 안정 하폭은 현재 하도의 하폭보다 훨씬 작은 것으로 나타났다. 이는 현재 청미천의 복원 구간에서 사주가 많이 발생하는 이유를 뒷받침 하는 결과라고 할 수 있다. 안정수심은 현재 하도의 수심보다 깊은 것으로 계산되었다. SAM을 이용한 계산 결과들은 현재하도의 안정성 평가뿐만 아니라 복원 구간의 안정하도 설계를 위한 기초자료로 활용될 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2006.05a
• /
• pp.1073-1077
• /
• 2006

급속한 산업화로 인한 오염물질의 증가와 생물서식처의 감소는 수자원과 생태계를 위협하고 있다. 국내의 경우 수자원의 질을 개선하기 위해 '90년대 초부터 하수처리시설 등의 저감시설을 대폭 확충하였으나 현재까지 팔당호 등 주요상수원이 목표수질에 못 미치고 있으며 그 원인은 유입오염물질의 $22{\sim}37%$를 차지하는 비점오염원으로 지목되고 있다. 또한 생태.경관적 가치가 높은 수변지역은 각종 개발로 생물서식처가 급속도로 감소하여 종 다양성 보전 측면에서 대책마련이 시급한 실정이다. 이와 유사한 상황에 직면한 선진외국에서는 '하천회랑(river corridor)' 또는 '토양 및 생태시스템을 포함하는 수역과 육역의 점이(漸移)지대'를 의미하는 이른바 '수변완충지대(Riparian Buffer Zones)'의 오염정화 및 생태조성 효과 등의 연구를 통해 효율적 조성방안을 제시하고 있으며 다양한 형태로 현장에 적용하고 있다. RBZs의 일반적인 기능으로는, 유사나 오염물질의 여과 및 차단(필터링 효과), 영양염류의 저감, 하천변 식생을 통한 수자원의 정화 및 강턱의 안정화, 홍수로 인한 하천침식의 방지, 수변 생물 서식처 제공, 수변 그늘 제공에 의한 수온상승 방지, 심미 교육 위락 공간 제공 등이다. 본 연구에서는 외국의 RBZs(Riparian Buffer Zones)가이드라인을 참고하여 국내실정에 맞는 파일럿 규모의 시험완충지를 설계 및 조성하였다. 시험완충지는 남한강 연안에 초본류, 갈대류, 관목류, 자연식생, 혼합식생 등 5가지 'dry biotope'형태로 설치하여 1년간 계절별로 운영하였다. 또한 실험의 정량화와 다양한 조건변화를 위해 차수막, 위어, 유량.농도 조절장치, 라이시미터 등 보조시설을 설치하였고, 정기적인 모니터링을 실시하였다. 조사결과 외국사례를 살펴보면 RBZs의 적정 폭은 수질정화기능의 경우 $15{\sim}30m$, 생태서식처 기능은 최소 90m이상으로 제시되며, 시험완충지의 수질정화효과는 SS, T-N, T-P, TOC의 평균저감율이 각각 50%이상으로 나타났다. 식생모니터링 결과, 환삼덩굴 등 우점종의 잠식속도는 약 15일이며 갈대와 갯버들의 경우 우기시 인공목책호안과 동일한 침식방지 효과를 보이는 것으로 관찰되어 식생의 주기적인 모니터링과 지역 특성에 적합한 우점종 선정이 매우 중요한 것으로 판단된다.