• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.261-261
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• 2021

자연하천은 직선하천보다 만곡하천으로 존재하는 경우가 많다. 하천의 만곡부에서 2차류 흐름과 나선형 흐름, 원심력이 수충부와 외측제방에 작용하여 하상에 국부적인 세굴이 발생한다. 세굴이 발생하게 되면 수충부나 외측제방에 붕괴나 피해가 일어날 수 있다. 세굴의 피해를 줄이고 만곡부유로를 조정하기 위해 날개형 수제를 설치할 수 있다. 날개형 수제를 설치한 하상은 수제의 두께, 길이, 높이, 간격, 위치, 배열 등에 따라 다르게 반응한다. 본 연구에서는 만곡 개수로에 잠긴 날개형 수제를 설치할 때 만곡 외측에서 수제 열까지의 거리가 만곡부의 유심선 변화에 미치는 영향을 이동상 개수로 수리실험으로 조사하였다. 이동상 수리실험은 폭 1.16 m, 깊이 1 m, 길이 24 m인 90° 만곡 개수로에 d₅₀이 3.3mm인 잔자갈을 깔아 하상경사 1/300로 정리한 후 수제를 설치하는 순서로 이루어졌다. 수제는 폭 20mm, 길이 70mm의 직사각형 단면 목재로 제작하여 설치하였고, 실험별 이격거리는 외측 제방으로부터 8.4 cm, 14 cm, 19.6 cm로 하였다. 실험유량은 140l/s로 3시간 동안 흘린 뒤 하상측정장치를 이용하여 주요 횡단면별 하상고를 측정하였다. 측정한 데이터를 이용하여 최심하상고의 크기와 위치, 유심선의 변화 등을 분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.948-952
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• 2008

하천에서 세굴은 하천공학에 있어서 중요한 요소이며, 이러한 세굴은 주로 하천 만곡부에서 발생하게 된다. 하천 만곡부에서의 세굴은 하천 제방 등 하천 환경 제반 상황의 안정성에 지대한 영향을 미치는 요소이다. 만곡부 내 세굴의 진전 상황에 따라 제방 침식이 발생할 것이며, 최악의 경우 홍수시에는 이로 인해 하천 제방의 파제에 까지 이르러 하천 범람의 원인을 제공하게 된다. 본 연구에서는 이러한 위험성이 상존하고 있는 하천 만곡부에서의 세굴 특성을 실내 실험을 통해 밝히고자 하였다. 이를 위해 곡률반경 4.5m, 곡률 $45^{\circ}$의 만곡부를 가지며, 수로폭이 1.5m인 실험수로에서 실험을 진행하였다. 실험은 만곡부에 하천 구조물 설치 유무에 따른 흐름특성, 최대 세굴심, 세굴 범위 등에 관해 검토하기 위해 몇가지 경우에 대하여 실시하였다. 그 결과 하천 구조물을 만곡부에 설치한 경우 설치전과 다른 세굴양상과 수리특성을 보여주었으며, 설치 범위 및 설치 구조물의 형상에 의해서도 세굴 및 수리특성이 변화되는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.241-241
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• 2022

우리나라의 자연하천은 대부분 사행하천으로 이루어져 있다. 특히 사행하천의 만곡부에서는 2차류가 발생할 수 있으며, 이는 만곡부의 흐름에 비선형적인 영향을 미치게 되어 흐름과 유사이송에 대해 복잡한 상호작용을 하게 된다. 하천에 서식하고 있는 식생 또한 흐름에 영향을 줄 수 있다. 더군다나, 댐으로 인한 유사의 차단과 방류량 통제는 댐 하류 구간에 영향을 주게 되어 식생활착을 야기할 수 있으며 활착 이후에는 통제가 어려울 정도로 식생밀도가 증가하며 번성하기도 한다. 이러한 현상이 지속되면 식생으로 인해 통수능이 저하되기도 하며, 홍수범람이 발생할 수 있다. 따라서 만곡부 하도식생에 의한 흐름변화를 연구하는 것은 치수적인 측면에서 중요하다. 본 연구에서는 이러한 필요성을 고려하여, 2차원 흐름모형인 Nays2D를 활용하여 식생대의 밀도변화에 따른 흐름변화 예측모의를 위한 수치실험을 수행하였다. 연구지역은 사행하천으로서 식생대가 발달한 대청댐 하류 구간이다. 본 연구에서는 현장조사를 통해 구축한 식생특성을 반영하여 예측모의를 수행하였으며, 이를 위해 부등류를 기반으로 식생밀도에 따라 2021년의 식생현황, 전체벌채(식생없음), 솎아베기(2021년 식생밀도의 0.5배), 존치(2021년 식생밀도의 2배)로 가정하여 모형을 구축하였다. 모의결과, 전체벌채의 경우, 2차류에 의해 흐름이 만곡부 외측으로 집중되었기 때문에 만곡부 외측에서 수심과 유속이 증가하였다. 2021년 식생현황과 솎아베기, 그리고 존치의 경우, 공통적으로 만곡부 외측에 식생이 존재하고 있기 때문에 전체벌채보다 수심이 증가하고 유속이 감소하였으며 식생대 주변과 하도중앙으로 흐름이 집중되는 경향을 나타났다. 이를 통해, 전체벌채의 경우 치수적으로 만곡부 외측에서 2차류의 발달로 세굴을 야기할 가능성을 확인할 수 있었으며 식생이 존재하는 경우에는 만곡부 외측에 퇴적이 발생할 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 식생과 흐름만을 고려하여 수치모의를 수행하였으나 추후 연구에서는 흐름과 하상변동을 모두 고려하여 수치모의를 수행한다면 보다 세부적으로 식생밀도가 하천환경에 미치는 영향 이해할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제48권8호
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• pp.635-645
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• 2015

본 연구에서는 하도 내 수제 형 수리구조물을 설치하였을 때, 만곡수로와 수충부에서의 흐름 양상 변화를 3차원 유속 측정을 통해 확인하였다. 연구를 위해 길이 24.4m, 폭 1.5m, 하상경사 2%의 만곡수로에서 실험을 수행하였다. 실험은 단일 수제의 설치 여부에 따라 크게 두 가지 경우로 나누어 수행하였다. 유속의 측정에는 3차원 초음파 유속계(Acoustic Doppler velocimeter, ADV)를 사용하였으며 각 단면 당 약60개의 측점을 선정하여 일정한 시간 동안 측정하였다. 측정된 유속들은 시간 평균하였으며, 각 단면에서의 측정결과를 연결하여 만곡수로의 수면유속을 파악하였다. 그 결과, 수제설치로 인해 구조물 하류에 위치한 만곡부 외측에서의 유속이 현저하게 감소하였고 제방을 향했던 흐름의 방향이 내측으로 변화하였음을 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.86-86
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• 2019

일반적으로 하천에 설치하는 각종 이수 및 치수 시설물들은 각각의 고유기능을 충분히 발휘하도록 계획하고 설치하고 있으나, 이러한 하천 시설물 중에는 하천의 자연 환경에 부정적인 영향을 일으킬 수 있는 환경과 조화롭지 못한 시설물이 있기도 하다. 하도 만곡부에 설치하는 전통적인 수제, 즉 하안부에서 수로 중심방향으로 돌출하는 형식의 횡수제, 역시 외곽부 하안의 침식을 방지하기 위해 설치하는 시설물이지만 하천의 자연환경 측면에서는 바람직하지 못 한 현상을 일으키기도 한다. 본 연구에서 소개하는 잠형의 방틀공 수제는 하안부에 돌출하여 설치하는 기존 수제와 달리 만곡부 외측 하안에 근접하여 유수 방향으로 하상에 고정시키고 홍수 시에는 잠길 수 있는 높이로 방틀공을 설치하여 하천수의 흐름을 제어하는 시설물이다. 이와 같은 시설물은 만곡부에서 발생하는 2차류 흐름을 방지하고 유수의 수충력을 흡수 혹은 반사시킴으로써 하안부를 세굴로부터 보호할 뿐만 아니라 심각한 하상 세굴과 퇴적을 완화하는 하도의 안정 기능도 발휘하게 된다. 치수의 기능 외에도 하천 환경 측면에서는 수제의 안쪽에 형성되는 못 (pool)에 다양한 생물이 서식하는 서식기능을 담당하기도 한다. 본 고에서는 현재까지 국내에 설치한 사례가 없는 잠형 방틀형 수제의 효과를 검증하기 위해 강원도 양양 남대천에 구축하는 Test bed를 소개하고자 한다. 산지하천의 만곡부 하안부를 세굴로부터 보호하기 위해 설치하는 잠형 수제에 대한 Test bed 구축 배경과 설치 과정 등을 소개하여 이와 관련한 하천 기술자들에게 새로운 패러다임의 수제 설계가 이루어질 수 있는 계기를 제공하고자 한다.

• 한국방재안전학회논문집
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• 제8권1호
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• pp.5-13
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• 2015

본 연구는 수치모형을 이용하여 만곡수로 외측에 설치된 횡월류 위어의 곡률반경에 대한 횡월류 유량계수를 분석한 연구이다. 곡률반경의 변화에 따른 만곡부의 중심각이 $180^{\circ}$인 수로모형을 설계하였으며, FLOW-3D모형에 적용하여 유량계수를 산정하고 직선 수로와 비교하는 방법으로 유량계수의 특성을 분석하였다. 모형의 적용성 검증을 위해 기존에 연구되었던 수리실험과 동일한 조건의 수치모의를 수행하였다. 하폭(b)을 고정시키고 곡률반경($R_c$)을 변화시킴으로써 $R_c/b$의 변화에 따른 유량계수($C_M$)의 변화를 분석하고, 만곡수로의 월류량($Q_{wc}$)에 대한 직선수로의 월류량($Q_{wc}$)의 비를 분석하였다. 분석결과 유량계수는 상류수심, 만곡수로의 곡률반경의 변화에 따라 유량계수는 변화하였으며, 직선과 만곡수로에 대해 분석을 수행하였기 때문에 직선수로의 영향인자를 이용하여 만곡수로에 설치된 횡월류 위어의 월류량과 유량계수를 추정 가능 할 것이라 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.155-159
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• 2011

본 연구는 만곡수로 외측에 횡월류 위어를 설치하여 곡률반경에 대한 횡월류 유량계수의 특성을 분석하였다. 곡률반경의 변화에 따른 만곡부의 중심각이 180인 수로모형을 설계하였으며, FLOW-3D모형에 적용하여 유량계수를 산정하고 직선 수로와 비교하여 유량계수의 특성을 분석하는데 목적이 있다. 난류모형은 RNG-$\in$ 모형을 사용하였으며, 수치기법으로는 유한체적법을 사용하였다. 모형의 적용성 검정을 위해 기존에 연구되었던 수리실험과 동일한 조건의 수치모의를 수행하여 모형의 적용성을 확인하였다. 본 연구에서는 하폭를 고정시키고 곡률반경를 변화시킴으로써 $R_c/b$의 변화에 따른 유량계수(C)의 변화를 분석하고, 만곡수로의 월류량($Q_{wc}$)에 대한 직선수로의 월류량($Q_{ws}$)의 비, 만곡수로의 평균 월류 수심에 대한 직선수로의 평균 월류 수심($y_{cave}/y_{save}$)과 $R_c/b$의 관계를 분석하였다. 분석결과 유량계수는 상류수심, 월류량, 만곡수로의 곡률반경 등의 변화에 따라 유량계수는 변화하였으며, 직선과 만곡수로에 대해 분석을 수행하였기 때문에 직선수로의 영향인자를 이용하여 만곡수로에 설치된 횡월류 위어의 월류량과 유량계수를 추정 가능할 것이라 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제47권12호
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• pp.1165-1176
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• 2014

홍수 시 하천 만곡부에서 유수의 원심력에 의한 횡단 수면경사가 발생한다. 하천 경사와 유량이 증가하면 그 수면경사는 더욱 커진다. 경사가 급한 산지하천 만곡부는 제방의 여유고보다 수면상승이 큰 경우가 빈번하게 발생하기 때문에 홍수피해가 크다. 따라서 편수위에 따른 수면 상승효과는 산지하천 만곡부의 설계를 위해 고려되어야 한다. 본 연구에서는 산지하천 만곡부의 편수위를 산정할 수 있는 기법을 제안하고, 편수인자들의 곱으로 편수위계수를 정의하였다. 양양남대천 만곡부에서 측정한 편수위와 $90^{\circ}$ 만곡 자갈하상에 대한 수리실험에서 측정한 편수위 자료를 이용하여 편수인자별 영향인자 값을 제시하였다. 내린천 만곡부에서 측정한 편수위를 이용하여 편수위 산정기법의 적용성을 검증하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.474-478
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• 2011

하천의 만곡부는 원심력으로 만곡 내측의 수면이 낮아지고 만곡 외측의 수면이 높아지는 수면 경사가 발생되며, 2차류 등의 발달로 흐름이 매우 복잡해진다. 특히 산지가 89%를 차지하는 강원도는 하천과 도로가 근접 발달되어 있어서 하천 만곡부의 편수위에 의한 수면상승과 세굴은 하천제방을 파괴시키고 도로 피해로 이어진다. 산지하천 만곡부 곳곳에 많이 노출되어 있는 암초는 홍수시 유수의 원활한 소통을 막고, 편수위 상승을 더욱 가중시키고 있다. 만곡부의 편수위에 대해서는 이론적으로나 실험적으로 많은 연구가 이루어지고 있으나 암초와 같은 장애물이 많고 경사가 급한 산지하천을 대상으로 편수위를 연구는 사례는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 양양남대천 중상류의 법수치리 면옥치천 합류 전 만곡부에서 홍수시 편수위를 측정하고, 내린천의 인제군 미산리와 홍천군 광원리 각 만곡부에 수위측정장치를 설치해 편수위를 조사하였다. 양양남대천 법수치 만곡부는 그림 1과 같이 하도 내에 있는 암반의 영향으로 편수위가 2.145m를 나타내었고, 내린천은 광원지점에서 최대 1.15m, 미산지점에서는 1.18m로 관측되었다. 특히 내리천 미산지점의 만곡접근부에서는 하도 내에 있는 암초장애물의 영향으로 편수위가 2.17m로 기록되었다. 산지하천 만곡부 수충부에 존재하는 암초 장애물은 편수위를 더욱 가중시킬 수도 있고 계방천 송전교와 같이 저감시키는 역할을 할수 있다는 것이 본 조사연구에서 확인되었다. 하도 내 암초 장애물은 산지하천 만곡부에서 매우 흔하게 발견되는 특성이므로 자연장애물이 편수위에 미치는 영향에 대하여 향후 지속적으로 연구하고자 한다.

• 물과 미래
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• 제21권4호
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• pp.399-406
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• 1988

만곡수로에서의 흐름, ice jam의 형성 및 분포특성을 규명하기 위하여 기본이론을 분석하고, 실험수로로는 연속 만곡수로와 단일 만곡수로를 사용하였다. 연속 만곡수로는 13개의 중심각 $90^{\circ}$만곡부가 연결된 수로이며 하폭에 대한 수심의 비가 2이며 단일 만곡수로는 중심각 $180^{\circ}$이며 하폭에 대한 수심의 비가 4로 비교적 수심이 얕은 수로이다. 실험에 사용된 얼음재료는 폴리에칠렌과 폴리프로필렌 구슬(bead)와 조각(block)이다. 연속 만곡수로에서는 저면유속이 표면유속보다 크며 ice jam의 형성으로 이러한 현상은 더욱 크게 나타났다. Jam의 두께는 일반적으로 내측이 외측보다 두꺼웠으며 최대 유속선은 ice jam의 발생으로 인하여 더욱 내측으로 편이되었다. 횡방향 jam의 두께는 하폭에 대한 얼음 조각의 길이 비가 증가함에 따라 규칙적으로 분포 되었다. 단일 만곡수로에서의 jam hed는 얼음의 운송량이 일정한 경우 외측이 내측 보다 빨리 진행되었으며 그 속도는 비교적 일정하였다. Froude 수가 증가되므로 jam 두께는 횡단면에 걸쳐 불균일하게 되며, 내측과 jam 끝부분이 두껍게 된다. Two-Layer model은 수심이 얕은 만곡부에서 적용가능하며, 2차 흐름의 분포는 상하 2개의 cell이 존재함을 알 수 있었다.