• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.175-175
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• 2011

하천을 횡단하는 구조물은 흐름을 지체시켜 상 하류에 급격한 수위차를 발생시키며, 이에 동반되는 국부유속의 증가는 제방 및 하상을 세굴시킨다. 제방 및 하상 세굴은 하천횡단구조물의 구조적 안정성에 영향을 주어 불안정한 상태에 이르게 할 수 있다. 이와 같은 현상을 방지하기 위하여 하상유지시설 및 제방 보호공 등의 대책을 하천설계기준에 제시하고 있다. 하천설계기준에는 하천횡단구조물 보호시설의 종류, 설치길이 등이 명시되어 있으나, 보호공 제원 선정에 대한 구체적인 설계공식을 제시하지 않아 보완이 필요한 상황이다. 보호공 제원 선정 설계기준은 설계유속을 1차원 단면평균 유속으로 활용하는 국외의 설계공식을 활용할 수 있다. 그러나, 하천횡단구조물 주변의 흐름은 매우 복잡하므로 국외 설계공식을 그대로 적용하기에 앞서서 이에 대한 검토가 필요하다. 본 연구에서는 하천횡단구조물 주변의 흐름을 2차원 수치모형으로 재현하고 그 결과를 1차원 수치모의 결과 및 수리실험 관측결과와 비교하였다. 실험수로에 각기 다른 제원의 보호공을 설치하고 관측한 임계상태의 수리상황을 1, 2차원 수치모형으로 재현하였다. 각각의 모형에서 도출된 수리상황 결과를 비교 분석하여 보호공 제원 결정 공식을 검토하였다. 또한, 실제 하천구간에 임의의 보와 수제를 설치하고, 계획홍수량에서의 흐름특성을 비교하였다. 1, 2차원 모형에 의하여 도출된 관계를 분석함으로써, 하천횡단구조물 설계시 적용할 수 있는 보호공 제원 결정 설계공식을 제안하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제49권3호
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• pp.241-252
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• 2016

본 연구에서는 2차원 수치모형을 이용하여 수제의 설치간격과 길이변화에 따라 흐름특성과 하도의 변화 특성을 파악하였다. 최상류에 설치된 수제는 흐름의 영향을 직접 받으며, 단독 수제와 같은 특성이 있다. 또한 시간이 증가할수록 국부세굴은 흐름과 수제의 외측 가장자리가 만나는 지점에서 발생하며, 수제 상류로 이동한다. 하상토 퇴적은 통수초기에 수제 후면에서 발생하지만 시간이 지날수록 하류 전체에 걸쳐 나타난다. 최상류단 수제에서 무차원 수제 간격(L/b)이 클수록 세굴공 깊이는 작으나, 동적평형상태에 도달하였을 경우에 세굴공 깊이는 일정하게 유지되었다. L/b이 클수록 무차원 세굴심($y_s/H$)은 증가하지만, L/b이 10이상인 경우에는 독립성이 강해지면서 하류에 위치한 수제는 단독 수제와 같은 특성을 보였다. 그러나 L/b이 4이하인 경우에는 하류에 설치된 수제의 간섭을 받아 하류에 설치된 수제 상류에서 퇴적이 발생하였다. 따라서, 무차원 수제 간격이 4~10인 경우에 군수제의 역할이 감소되었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제41권4호
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• pp.365-376
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• 2021

일반적인 국내 하천은 모래, 자갈하상으로 이루어진 충적하천으로 구성되어 있다. 이러한 하천들은 홍수나 집중호우, 폭우등의 급격한 유량변화로인해 침식 및 세굴등의 하상변화를 초래할 수 있다. 특히 세굴현상은 하천형상의 변화로 인해 발생하는 수축세굴이나 교각, 교대, 제방 등 흐름의 장애물 주위에서 발생하는 국부세굴등 다양한 형태의 세굴이 있다. 또한 유량이나 유속, 소류력등의 한계력에 의해 정적세굴이나 동적세굴등의 다양한 형태로 하천의 변화가 발생할 수 있다. 본 연구에서는 다양한 하천구조물 중 인명피해와 직결되는 제방에 발생하는 세굴에 초점을 두었으며, 자연형 호안재료의 특성과 세굴에 대한 방어능력등의 특성을 파악하고 자연재료의 강도를 증진시켜 강도증진의 변화를 파악하기 위해, 증진된 강도를 한계 유속과 한계소류력을 산정하여 제방 재료의 강도평가에 관한 연구를 진행하였다. 하상의 재료의 종류, 입자의 특성, 입자의 크기에 따라 재료가 가지는 한계를 호안 재료의 부피 변화인 토양 유실율을 이용하여 연구를 진행하였으며, 재료의 안전성에 대한 평가를 통해 하천설계 및 피해복구 시 활용할 수 있는 기초자료로 활용하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1931-1935
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• 2010

최근 기후변화에 의한 강우량 및 집중호우의 증가로 인하여 설계규모를 초과하는 홍수발생 가능성이 커지고, 이에 따라 제방월류 위험성이 증대되고 있다. 특히, 하천을 횡단하는 보 또는 낙차공이 있는 경우, 구조물 영향에 의해 국부적으로 유속이 증가하여 연결호안을 유실시킴으로서 제방붕괴에 의해 홍수피해가 가중될 수 있다. 과거 피해사례를 보면 횡단구조물과 제방과의 연결부가 세굴되어 파괴되는 사례가 많이 발생하고 있으며, 이는 하천횡단구조물 주위에 설치되는 연결호안에 대한 정량적인 설계기법이 정립되어야 할 필요성을 보여 준다. 경험적인 요소만으로 연결호안의 안정성을 판단함으로써, 과소설계에 의한 홍수피해가 발생하거나, 과대설계에 의한 비용손실을 초래하게 된다. 본 연구에서는 기존에 제시되어 있는 호안설계식을 연결부에서의 국부유속증가특성을 고려하여 적용한 결과를 비교하였다. 비교 결과, 연결부에서의 호안 크기가 증가될 필요가 있으며, 이에 대한 실험 실증적 연구가 필요한 것으로 분석되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.429-429
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• 2016

하천에 포함되는 각종 시설물을 설계하는데 있어 기준이 되는 하천설계기준에는 대부분 하천의 대표유속을 통해 시설물의 규모와 형태를 결정하는 공식이 제시되어 있다. 이러한 대표유속의 경우 대부분 평균유속을 사용하고 있으며 하천의 형태와 시설 등에 의한 영향으로 국부적으로 유속이 증가하는 경우 유속보정계수를 이용하여 평균유속을 보정하여 사용한다. 이러한 유속보정계수는 만곡, 세굴, 저수로 간섭, 근고공 및 수제공 등에 적용되며 본 연구에서는 하천의 곡률에 의한 유속보정계수를 수치모의를 통해 검증하고자 한다. 하도 중심의 곡률반경의 변화에 따른 평균 유속과 국부유속의 차이를 계산하고 기 제시된 보정계수 산정식과 비교하여 산정식의 활용성에 대한 검증을 수행하였다. 본 연구를 통해 유속보정계수의 중요성과 활용성을 제고하고 하천시설물의 설계 시에 평균유속이 아닌 보정된 대표유속을 활용한다면 하천시설물에 대한 안전성을 향상시킬 수 있을 것으로 예상된다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2009년도 춘계 학술발표회
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• pp.38-47
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• 2009

Scour means the erosion of bed material by flow change when a bridge is constructed in a stream. Scour is one of the critical factors of a bridge failure. There are several methods for the monitoring of scour near bridge foundations; Sounding rods, Magnetic sliding collar System, Sonar system, underwater camera system and so on. In general, Sonar system is preferred due to its convenience and good accuracy. In this study, the new scour monitoring system was developed using profiling sonar sensor. The new system can measure a line profile of a seabed and has small size due to the effectively designed data logger. The performance of the new scour monitoring system was evaluated at a bridge pier in tidal environment. The measured local scour depths were discussed with the result of the empirical formulas; CSU, Froehlich, Laursen and Neill.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.63-63
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• 2018

최근 이상기후로 인한 국지성 호우의 발생빈도 및 강우강도의 증가는 하천횡단구조물의 안정성에 문제가 되고 있다. 하천 횡단구조물(보, 물받이공 등)의 파괴는 국부 세굴(bed scour), 파이핑(piping), 구조물 본체의 불안정성 등의 원인으로 발생되고 있으며, 이 중에서 구조물 본체의 불안정성은 도수(hydraulic jump)로 인한 압력변이도 주요 원인이 될 수 있다 (Bower and Toso, 1988; Kazemi, F. et al., 2016). 그러나, 현재 직접적인 파괴 원인인 세굴 등에 대한 연구에 비해 압력변이로 인한 구조물의 파괴원인을 분석하는 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 다양한 흐름조건을 발생시켜, 하천횡단구조물 주변의 도수특성 및 도수로 인한 압력변이에 대하여 수리실험 및 수치모의를 통하여 검토하고자 한다. 수리실험에 사용하는 수로는 길이 10 m, 폭 0.3 m, 높이 0.4 m이며 상류로부터 2.5 m 떨어진 곳에 보(weir)를 설치하였다. 실험조건은 다양한 흐름조건에 따른 도수 발생을 검토하고자 상하류 수위를 조절을 통해 Froude 수의 범위를 1 < Fr < 10로 설정하였다. 압력변이는 전압형 압력계(Model : UNIK 5000, 압력 측정 변위 : -2 ~ 5 kPa)를 사용하였으며, 보(weir) 하류단에서 2.5 cm 간격으로 천공하여 측정하였다. 또한 3차원 모형인 FLOW-3D 모형을 이용하여 실험수로를 재현하였으며, 도수 발생 위치, 도수 길이, 도수 발생 시 압력변이에 대하여 실험결과와 수치모의 결과를 비교하여 수치모형을 검증하였다. 최종적으로 Froude 수에 따른 도수특성(도수 발생위치, 도수 길이 등) 및 최대 압력변이를 무차원화 하여 나타내었다. 본 연구는 도수 발생 시 압력변이로 인한 구조물 파괴분석에 대한 기초가 되는 기본적인 연구이나, 향후에는 물받이공 길이, 두께 등 하천횡단 구조물 설계인자 도출에 선행연구로 발전할 수 있다고 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.277-277
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• 2022

급경사 산지하천은 호우 시 퇴적 하상이 붕괴하여 하천 유사량을 급격히 증가시키는 계곡형 토석류가 발생하고 도로와 교량에 피해를 일으키기도 한다. 이러한 하천재해를 저감하기 위하여 돌망태 낙차공을 설치하여 하상 안정을 강화하고 급경사에 따른 유수에너지를 줄일 수 있다. 급경사 하상에 설치한 돌망태 낙차공은 하류부 하상의 국부세굴에 따른 파괴위험이 완경사 하상의 경우에 비하여 높으므로 이를 줄이기 위한 연구가 필요하다. 이 연구에서는 광폭경사조절 개수로에 돌망태 낙차공을 설치하고 낙차공의 채움재가 복류의 특성에 미치는 영향을 파악하기 위하여 수리실험을 하였다. 수리실험에서는 최대 20º까지 경사를 조절할 수 있는 길이 1.44m, 폭 0.14m인 직사각형 단면 개수로에 SUS304 구슬을 사용하여 하상과 돌망태 낙차공을 설치하고 실험하였다. 구슬은 크기에 따라 작은구슬(10.31mm), 중간구슬(15.08mm), 큰구슬(20.63mm)을 사용하고, 하상에는 작은구슬을 깔았다. 낙차공의 크기는 길이 16cm이고 폭과 높이는 12cm이며, 돌망태는 작은구슬을 사용한 단일돌망태와 구슬 크기를 달리한 계층돌망태로 구분하였다. 계층돌망태의 상층은 작은구슬, 중층은 중간구슬, 하층은 큰구슬이 채움재로 사용되었다. 단일돌망태의 공극율은 0.399이고 계층돌망태의 공극률은 상층 0.393, 중층 0.517, 하층 0.54이다. 실험유량의 변화는 낙차공 하단부에서 표면류가 발생하지 않는 범위로 한정하였다. 낙차공 하단에서 상류 68cm 지점의 소류력과 낙차공 내부 복류의 수면경사를 측정하였다. 그 결과 단일돌망태보다 계층돌망태가 소류력과 수면경사가 더 작은 것으로 나타났으며 돌망태의 공극을 통한 통수능 차이 때문인 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.605-605
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• 2012

최근 통계자료에 의하면 국내 제방붕괴 유형 중 11.5%가 제체 불안정에 의한 붕괴로 보고되고 있다. 홍수시 노후화된 제방이 붕괴하여 발생하는 인명 및 재산피해는 점차 증가하고 있는 상황이어서, 이에 대한 제방 시설물의 보강 및 안전관리 대책이 필요한 상황이다. 하천시설물 주변의 흐름특성에 의하여 세굴이 발생할 수 있는 지점에는 보호공을 설치하여 시설물의 안정성을 확보하도록 하천설계기준 해설(2009)에서 제안하고 있다. 그러나 구조물을 보완하는 보호공의 공종 및 규격 등을 설계하기 위한 세부적인 설계지침이 미흡하여 외국의 연구 또는 설계사례를 참고하여 국내 하천에 적용하고 있는 상황이다. 해외의 연구사례를 살펴보면, 설계공식에 적용된 설계인자인 유속 및 수심 등을 1차원 단면평균값을 활용하는 경우가 많아서 복잡한 하천의 흐름특성을 반영하기에 미흡한 상황이다. 본 연구에서는 국내 하천해석에서 주로 활용되고 있는 수치모형을 이용하여 실험수로의 흐름을 재현하고 수리실험을 통하여 관측한 유속 및 수위분포 결과와 비교하였다. 2차원 수치모형으로는 RMA2, CCHE2D, FLUMEN 등의 상용모형과 최근 연구가 활발히 진행되고 있는 Approximate Riemann 기법을 적용하여 개발된 유한체적모형을 적용하였다. 제방 부근에서 형성되는 흐름을 상세하게 모의하기 위하여 국내 하천시설물 설계에서 많이 활용되고 있는 FLOW-3D 모형을 적용하여 3차원 모의결과와 수리실험결과를 비교하였다. 수리실험에서 관측된 사석호안공의 이탈시 흐름현상을 재현하여 호안공 이탈에 영향을 미치는 국부유속 및 전단응력을 산정하여 호안설계에 적합한 설계인자를 분석하였다. 연구결과를 활용하여 사석호안공 설계 기법에 적용되는 수치모형을 통하여 산정되는 설계인자의 정확성을 향상시킴으로써, 정량적이고 합리적인 사석호안공 설계기법개발에 도움이 될 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제21권5호
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• pp.93-101
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• 2005

산업의 발달과 도시의 수평적 팽창에 따른 도로개설, 단지개발 등 토목사업의 경우 산지가 $70\%$ 이상을 차지하는 국내지형 특성을 고려할 때 경사면의 발생은 필연적이다. 또한 국내기후 특성상 연평균 강수량의 2/3 이상이 여름철에 집중되곤 또한 국부적인 게릴라성 집중호우의 발생 등으로 사면의 안정성이 매우 중요한 사안으로 되는 경우가 빈번히 발생한다. 이러한 외부환경에 의하여 일부 토사사면에서는 고함수비를 함유한 토사의 쇄설성 유동으로 인한 국부적 파괴가 종종 발생하고 있다. 이와 같은 쇄설성 유동으로 인하여 사면이 파괴되었을 경우, 원상태로의 복구가 거의 불가능하게 되어 불안정해진 사면토체가 충분히 안정할 수 있도록 경사를 조정하여 절취하는 대책공법이 주로 적용되고 있고, 보강사면의 녹화는 별도의 공종으로 처리하고 있다. 이러한 쇄설성 유동파괴 토사사면에 보강토 공법을 이용하여 원상태로의 복구가 가능하고, 보다 큰 안정성의 확보가 이루어짐과 동시에 표면녹화가 이루어질 수 있는 방법을 개발하였다. 본 논문은 쇄설성 유동파괴 사면에 대하여 토목섬유 보강성토체를 조성하여 강우에 의한 침투수 유입방지와 세굴방지 등에 의한 경사면 안정성 확보 및 녹화가 진행되어 자연 친화적인 사면을 형성할 수 있었다.