• 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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.164-164
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• 2011

우리나라는 하상의 평균경사가 급하고 하상계수가 크게 나타나며, 소하천에서의 돌발홍수가 빈발하게 일어나 국내 실정에 적합한 하천 해석 기술을 이용한 바람직한 하천 거동해석이 매우 중요하다고 할 수 있다. 홍수 시 하천의 만곡부나 협착부에서의 흐름은 기본적으로 2차원 흐름으로 서 이 경우 하천 흐름의 수위와 유속 분포는 1차원 하천 모형으로 모의할 수 없다. 특히 우리나라와 같이 하천에 하구둑, 보, 기타 하천 구조물이 많은 경우에는 2차원적인 흐름 해석은 경우에 따라 필수적이다. 본 연구에서는 개발모형인 RAM2 모형을 4대강 살리기 사업이 진행되고 있는 실제유역인 낙동강유역에 적용하여 모형의 적용성을 검증을 위해 그 결과를 실측치와 기존의 법용 프로그램인 RMA-2 모형과 비교하여 모형의 적용성을 입증하였다. 또한 보와 교각과 같은 수공구조물의 설치에 따른 하천흐름의 양상을 파악하기 위하여 RAM2 모형을 달성보 구간에 적용하여 보의 설치 전 후에 대하여 모의를 실시함으로써 모형의 적용성을 입증하였다. 본 연구에 적용된 달성보 구간은 낙동강 살리기 22공구 사업구간으로 중심부에 다기능보가 위치하고 있다. 하천 준설 후, 대상구간 내 보를 설치함으로 인하여 보설치 전 후의 대상구간의 상 하류 하도의 홍수위와 유속분포 등 하천흐름의 양상을 검토하였다. 4대강 살리기 사업에 따라 실제하천의 준설 후 구간내의 전체하도 및 주요 시설물 주위의 하천 흐름을 정확하게 재현하기 위하여 요소망을 조밀하게 구성하고, 안정적인 해를 구하기 위하여 사각형과 삼각형의 복합망으로 낙동강하천정비계획의 측량자료와 GIS프로그램과 SMS를 이용하여 수치모형을 위한 2차원 유한요소망을 구성하였다. 본 연구에서는 보설치 전 후의 대상구간의 상 하류의 홍수위 영향과 유속분포 등 하천흐름의 양상을 연구하기 위하여 대상구간에 대하여 100년 빈도, 500년 빈도의 홍수사상에 대하여 모의를 실시하고 결과를 분석하였다. 하천에서의 흐름, 유사, 오염물 해석을 위한 2차원 유한요소모형은 수자원의 지속적 확보기술의 초석이 될 뿐만 아니라, 필요에 따라서는 하천생태계 보존 및 관리를 위해서도 적용될 수 있어, 수생태계 개선과 친수환경 조성에 크게 기여할 수 있겠다. 또한 하천에서의 흐름, 유사, 오염물 해석을 위한 2차원 유한요소모형을 활용하여 적절한 하천개발 및 관리가 이루어질 경우, 하천의 홍수, 갈수, 환경오염에 따른 사회적인 손실을 방지할 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제37권12호
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• pp.979-991
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• 2004

본 연구에서는 사행하는 자연하천에 유입된 오염물질의 2차원 확산 특성을 모의하기 위하여 2차원 수심적분 모형인 RMA2와 RMA4를 사용하였다. 먼저 2차원 동수역학적인 모형인 RMA2를 사용하여 흐름장을 모의한 후 이 결과를 2차원 수질모형인 RMA4에 입력하여 농도장을 모의하였다. 수치모형을 S자형 사행수로에서 측정한 흐름 및 추적자 농도자료를 이용하여 검증한 결과, RMA4 모형은 최대유속선이 만곡의 내측에 치우쳐 나타나는 현상을 잘 모의하고 있었으며, RMA4 모형은 오염운의 전반적인 확산 특성과 분리 현상을 적절하게 모의하고 있었다. 수치모형을 실제 하천에 적용하여 현장 실험 결과를 비교한 결과, RMA2 모형은 전체적인 흐름 특성 및 만곡의 외측 제방으로 치우치는 최대유속선의 경향 등을 잘 모의하였으며, RMA4모형은 오염운이 최대유속선을 따라 이동하는 경향 등을 적절하게 재현하는 것으로 밝혀졌다. 본 연구에서 분산계수는 실측 농도분포로부터 계산한 값을 미세 조정하여 사용하였으며, 이는 기존의 추정식에 의한 추정치와도 잘 부합하는 것으로 밝혀졌다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.483-483
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• 2017

하천제방의 설계 시 침식 및 세굴에 대한 보호를 위해 호안을 설치하도록 하고 있으나 확실한 설계기준이 없는 실정이며 호안이 설치된 이후에도 호안에 대한 관리나 안전성 검사가 수행되지 않고 있다. 홍수로 인해 제방이나 호안의 손실이 발생하면 피해복구를 실시하는 수준에서 하천의 제방관리가 이뤄지고 있다. 따라서 본 연구에서는 하천흐름에 대한 호안의 안전도를 산정하여 도상에 표시해 제방의 유지관리에 활용할 수 있는 세굴안전도맵을 제시하였다. 세굴안전도는 호안의 형식별로 하천흐름에 대한 외력과 호안자체의 저항을 나타내는 내력을 비로 산정하였으며 매우안전, 안전, 보통, 위험, 매우위험의 5단계로 평가하였다. 남강유역을 시범유역으로 하여 남강댐 하류부터 낙동강 합류부까지의 모든 제방에 대해서 안전도를 평가하였다. 우선적으로 현장조사를 통해 제방호안에 대한 설계도서와 현장시공결과를 비교하였으며 호안의 확인이 어렵거나 호안설치가 되지 않는 제방에 대해서는 무호안 또는 식생호안으로 가정하였다. 산정된 하천제방 세굴안전도를 GIS를 활용하여 맵으로 도시한 결과 만곡부 또는 합류부에서의 세굴안전도가 낮게 평가되는 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 산정된 하천제방 세굴안전도 맵을 하천관리에 활용한다면 직관적으로 위험제방에 대한 파악이 가능하고 투자우선순위를 결정하는데 기초자료로 활용되어 하천관리 업무의 효율성을 높일 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.436-436
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• 2018

하천의 조도계수는 하상 입자들의 크기 및 형상, 식생, 수로의 만곡 등 흐름특성에 영향을 주는 복합적인 경험적 매개변수이므로 그 값을 정확히 산정하는 것은 매우 어렵다(Chow, 1959). 제주도 산지하천은 하상이 매우 불규칙하고 조도계수의 불확실성으로 인해 정확한 홍수위, 홍수량 산정이 어렵다. 또한 하상경사가 매우 급하여 상류와 사류가 복합적으로 발생하므로 수치모의 시 수위차가 크게 발생할 우려가 있다. 따라서 현장실측 기반의 하천 조도계수 산정을 통한 홍수위, 홍수량 산정에 정확도를 향상시킬 필요가 있다. 이 연구에서는 제주도 북부지역의 건천(한천, 병문천, 독사천, 산지천)을 대상으로 하상재료를 직접 실측하여 하상 입경을 이용한 조도계수를 산정하였다. 실측 방법은 대상하천의 현장답사 및 현장조사를 사전에 실시하였으며, 하천의 종단 방향으로 1km 간격, 100개 이상의 하상재료를 표본으로 취하고 선격자법을 적용하였다. 대상하천 하류부의 좌안, 우안은 대부분 하천 정비에 의한 제방 구축이 되었으며, 상류부는 경사가 급한 암질로 구성되어 있으므로 하상을 중심으로 구성물질의 입경과 조고를 측정하여 상류 흐름의 영향범위를 고려한 조도계수를 산정하였다. 표본 측정시 점 사주, 여울, 웅덩이 등 국부적으로 하상재료의 변화가 심한 구역은 피하고 가급적 해당 구역에서 보편적으로 산재된 하상재료를 선택하였다. 향후 부정류 모형인 HEC-RAS를 이용하여 실측 유량과 수위를 적용한 조도계수를 산정한다면 보다 정밀한 조도계수를 산정할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.439-443
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• 2005

교호사주의 기본적인 특성 중에서 하안 침식과 사행의 발달을 일으키는 기본적인 요소인 사주의 이동 특성을 파악하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 제시된 2차원 수치모형을 이용하여 사행에 따른 사주의 이동특성을 파악하였다. 본 2차원 수치모형의 특징으로는 직교좌표계를 변환하여, 하천의 형상에 적합하도록 일반좌표계를 사용하였으며, 하천의 만곡부에서 2차원 흐름특성을 계산하고, 하상변동을 모의하여 사주의 거동을 모의하였다. 사행수로의 사행파장과 하폭의 비가 사주의 이동특성에 미치는 영향에 대하여 분석하였으며, Kinoshita와 Miwa(1974)에 의해 제시된 한계세굴각과 비교하였으며, 잘 일치하였다. 그 결과로는 사행하천에서 사행의 각도가 클수록 강한 강제효과(forcing effect)에 의해 사주의 이동이 정지되었다. 하폭이 클수록 사주의 이동에 대한 강제효과가 적어 이동한계각이 큰 것을 알 수 있었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제30권1호
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• pp.15-22
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• 1997

하천형성의 중요한 요인이 되는 사행하천의 흐름은 막곡호안에 많은 영향을 준다. 특정한 하천에 대해 하도개량을 적용시키기 위한 일반적인 기준을 기술하기는 어려우나 토목 설계자에게 어떤 원칙과 지침을 제공하는 것은 대단히 중요하다. 본 고정상 실험연구의 목적은 평균유속과 유로만곡부에서의 곡률변경으로 최대 유속의 크기를 구하여 매번의 수리모형실험을 실시하지 않고도 중소하천의 개수에 이용할 수 있는 자료를 제공함에 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.516-516
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• 2023

하천 만곡부 외곽 하안부의 빠른 유속은 침식을 유발하고 내측의 느린 유속은 토사 퇴적의 원인이 된다. 이는 하천 지형을 지속적으로 변화시키는 원인이 되고 나아가 하천 주변의 환경뿐만 아니라 안정성에도 문제를 일으킨다. 하천의 안정성과 수생태계 보존을 위해서는 수제와 같은 인공 구조물을 설치하여 하도의 안정을 유지할 수 있다. 수제는 후류에 느린 유속을 발생시켜 침식을 예방하고 제방과 하안을 보호한다. 그러나 수제 주변에서 발생하는 강한 와류는 국부 세굴을 유발하여 구조물의 안정성을 저해하기도 한다. 본 연구에서는 이동상 수리실험을 통해 수제 주변에서 발생하는 국부 세굴 및 후류에서의 하상 변동을 측정하였다. 수리실험은 길이 10 m, 폭 0.44 m, 높이 0.59 m인 수로에서 D50 = 2.98 mm인 모래를 사용하였고 하상변동은 하상이 평형상태에 이르렀을 때 물의 흐름을 멈추고 측정하였다. 실험 결과를 바탕으로 평형상태의 하상변동과 시간 변화에 따른 세굴심 변화를 도출하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제37권5호
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• pp.387-395
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• 2004

본 논문에서는 하상변동 및 유사입자의 시간적 공간적 분포를 동시에 모의할 수 있는 2차원 수치모형을 제시하였다. 사행수로의 하상변동은 만곡부의 외측에서는 하상이 세굴되고 훨씬 더 거친 입경의 재료로 구성되며, 만곡부의 내측에서는 하상이 상승하고, 세립토로 구성되었다. 또한 사행하천에서 흐름의 방향에 대한 입자분포 과정은 상류의 변곡점에서 시작하여, 하류 변곡점에서 마치게 되는 것을 보여주었다. 하천의 경계가 불규칙하고 복잡한 하천에서는 혼합사호 형성된 하천에서보다 균일사로 이루어진 하천에서 하상이 깊게 세굴되는 현상을 보여준다. 혼합사로 이루어진 하천에서의 공간적 입도 분포는 사행하천에서와 마찬가지로 하상이 퇴적되는 사행의 내측에서는 세립토로 구성되고 하상이 세굴되는 외측에서는 굵은 입자로 구성되는 것을 보여주었으며, 하천 폭이 좁은 부분에서는 하상의 세출 및 하상재료가 굵게 변화되는 것을 보여주었다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제2권1호
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• pp.42-53
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• 2015

수제군 주변의 유동장 및 지형학적 변화에 대한 수리학적 효과를 분석하기 위하여, 본 연구는 영천강 만곡부에 설치된 저수 수제군 주변의 하도지형 특성의 변화에 대하여 모니터링과 수치모의를 수행하였다. 연구 대상지는 연장 190m로서 2008년 3월에 저수 수제군이 설치되었다. 현장 모니터링을 2008년 5월부터 2014년 4월까지 수행하였다. 설계된 수제 높이 보다 홍수시 수위가 더 높아져도 수제는 하안으로부터 흐름을 하도의 중심으로 밀어낸다. 따라서, 만곡부의 하도 안정을 위하여 설치된 수제군은 어느 정도 효과적으로 수리적 기능을 수행하고 있다. 시간의 경과에 따라 주수로가 하도의 중심으로 이동하면서 안정되었으며, 국소세굴에 의하여 수제 선단부 주변에 소가 형성되었다. 또한, 수제 사이에는 유사가 퇴적되었고, 하도에는 여울-소가 형성됨으로써 부수적으로 수제가 하도의 지형적 측면에서 다양한 물리적 특성을 창출함을 확인하였다.