• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.146-150
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• 2011

본 연구에서는 길이 35.6m, 폭 4m, 사행도 1.8의 2회 사행하는 복단면 사행하도의 상류 직선부와 만곡 정점부 6개 지점에 폭 0.4m, 길이 0.8m의 타원기둥 형태의 부유 구조물을 구성하여, 0.25m, 0.40m의 수심 조건으로 수치모의를 수행하였다. 수치모의 결과자료 중에서 부유 구조물 주변의 흐름특성을 국부적으로 분석해 본 결과 부유 구조물이 없을 때의 흐름과는 상당히 다른 흐름특성들이 발견되었는데, 특히 그 중에서도 부유 구조물 아래에서 작용하는 상승류와 부유 구조물로 인한 단면 이차류의 분리가 두드러졌다. 이와 함께 수로 유입부와 유출부 사이의 총 수두 값 변화도 수로 내 부유 구조물의 유무에 따라 다르게 나타났다. 그리고 이러한 결과들 모두 동일 측선 상에서라도 부유 구조물의 위치가 바뀌면 다른 양상으로 나타났다. 본 연구에서는 하도 내에 부유 구조물이 있을 때 부유 구조물의 위치에 따른 통수능 및 흐름특성의 변화를 3차원 수치모의 결과를 통하여 보여준다. 그리고 그 결과들은 하도 내 부유 구조물을 설치 할 때, 검토대상에 부유 구조물 뿐 아니라 하도형태 및 하천의 흐름특성도 함께 포함되어야 함을 뒷받침해준다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.694-698
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• 2010

하천의 만곡부에서는 유량에 따라 흐름특성이 달라지고, 하도의 변화가 끊임없이 일어난다. 만곡부의 흐름변화 현상을 파악하기위해 정형화된 하도를 가정하여 개수로 실험을 하거나 수치모형을 이용하여 연구하고 있다. 하지만 실제 자연 하천에 적용한 사례는 많지 않은 실정이다. 본 연구에서는 만곡 자연하천에 대한 흐름특성을 분석하기위해 2차원 수치모의 모형인 CCHE2D 모형을 이용하여 평창강 본류 청령포 만곡부를 모의하였다. 평창강의 계획빈도인 50년, 100년 및 200년 빈도별 확률 홍수량을 적용하여 대상하천을 분석하였다. 모의 결과 유속분포는 만곡부 외측보다 내측에서 유속이 빠르게 나타나며, 최대 유속선은 최단거리에 근접하는 것을 볼 수 있었다. 만곡부 외측에서는 흐름분리가 발생하였으며 와류의 발생을 볼 수 있었다. 또한 홍수시 청령포의 요곡사주부분이 침수되어 침식을 예상할 수 있었다. 본 연구에서는 기존의 개수로 실험 연구와 비교하여 만곡부에 적용 시 불안정한 해석과 계산 결과를 산정하는 2차원 수치모형의 실제 하천에 적용성을 검증하였고, 평창강의 빈도별 홍수량을 모의하여 비교 분석함으로써 홍수시 사행하천의 흐름특성과 침식에 대한 기초자료를 제시하였다.

• 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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.1661-1665
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• 2006

실제 자연하천은 사행의 외측과 내측에 따라서 하도의 단면형이 변화한다. 일반적으로 만곡부의 외측은 수심이 깊어지고, 내측은 얕게 된다. 사행에 따른 이러한 단면의 횡단적 변화는 베타분포에 의해서 설명될 수 있다. 본 연구의 흐름 모의는 주흐름과 이차류의 양상을 살피는 것을 주목적으로 하여, 3차원 수치모의 되었다. 흐름의 3차원 모의는 범용 프로그램인 FLOW-3D 모형을 이용하여 이루어졌으며, LES 방법을 사용하였다. 베타 분포를 이용한 자연수로의 횡단형에 모르타르, 자갈, 식생 등으로 하상이 피복되어 있는 상태를 가정하여 조고를 대입하고, 유량과 수위가 다른 조건에서 3차원 흐름모의를 실시하고, 그 결과를 이용하여 수로내의 주흐름도, 이차류의 형태 등을 정량적으로 분석하였다. 분석 결과, 수로에서의 주흐름은 만곡부의 정점을 약간 지난 지점에서 가장 만곡부 외측으로 치우치는 특성을 확인할 수 있었다. 이차류의 경우에는 흐름이 만곡부 외측 하상 근처에서 회전하고, 이 부근에서의 유속이 가장 큰 값을 나타냄을 확인할 수 있었다. 이를 통해 하상 및 저수호안의 재료가 만곡부 외측에서 침식되어 만곡부 내측에서 퇴적되는 현상을 이해할 수 있을 것으로 생각된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.242-242
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• 2022

실제 자연하천은 하천의 만곡, 사행 정도와 교각 및 암거와 같은 구조물로 인하여 발생하는 복잡한 흐름현상이 빈번하게 발생하며, 이를 반영하기 위해서는 2차원 흐름해석 모형의 적용이 필요하다. 이러한 필요성이 있음에도 현재 하천흐름해석 분야 실무에서 사용되는 모형은 1차원 모형이 주를 이루고 있으며, 그 이유는 현재 제공되고 있는 하천 단면 자료와의 높은 적용성 때문이라고 할 수 있다. 현행 제공되고 있는 하천 단면 자료는 인력 위주의 측량 자료로서 하천 연장의 일정구간 간격으로 단면 자료를 제공하고 있기 때문에 2차원 흐름해석 모형에 적용하기 위해서는 보간 작업이 필수적이며, 정확성 또한 낮아 적용성이 떨어지는 문제점이 있다. 하지만 최근 드론을 이용한 측량 기술의 발전으로 LiDAR, 초분광을 활용한 양질의 2차원 하천 하상 자료를 산출하기 시작하였으며, 하천흐름해석 분야에서 2차원 흐름해석 모형의 적용성이 높아지고 있다. 본 연구에서는 기존에 적용하기 어려웠던 사행도가 높은 하천에 대하여 드론 측량 자료를 활용한 2차원 흐름해석 모형 결과와 기존의 측량 방식을 적용한 2차원 흐름해석 모형 결과 비교를 통하여 드론 측량 자료를 활용한 2차원 흐름해석 모형의 적용성 평가를 수행하고자 한다.

• 대한토목학회논문집
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• 제34권6호
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• pp.1753-1764
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• 2014

하천의 흐름장을 모의하는 수치모형들은 연구 및 실무에서 다양한 목적의 유동해석에 광범위하게 활용되어오고 있다. 그러나, 수치모의 결과에 대한 검증은 현장 실측자료의 한계로 수리모형실험이나 매우 제한된 현장자료를 기반으로 수행되어 보다 정밀한 검증이 요구되어 왔다. 특히, 사행하천과 같이 기하학적 구조 및 흐름이 복잡한 형태를 갖는 경우는 수치모형이 얼마나 정확한 유속분포 모의를 할 수 있는지 알기 힘들었다. 최근, 초음파도플러유속계(ADCP) 등 최신 현장 계측기기의 발달로 하천 흐름의 정밀한 유속 및 하상 자료를 매우 효율적으로 측정 가능하게 되었다. 따라서, 기존 수치모형들을 실제 하천에서 공간적으로 정밀하게 측정된 유속자료를 기반으로 성능을 검증할 수 있는 기술적인 기반이 마련되었다고 할 수 있다. 이에 본 연구에서는 사행하천에서 정밀하게 측정된 ADCP 유속 자료를 기반으로 최근 국내에 도입된 FaSTMECH 모형을 대상으로 사행하천의 수위와 유속 분포 모의 결과를 검증하였다. 적용 구간은 한국건설기술연구원 하천실험센터의 폭 6.5 m, 평균수심 0.38 m, 유량 $1.54m^3/s$, 평균유속 0.61 m/s, 만곡도 1.2의 실규모 사행하천이다. FaSTMECH 모형의 적용성을 검토한 결과, 사행수로에 대한 수위 모의는 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났으나, 만곡부에서 편향되는 횡방향 유속 분포를 잘 모의하지 못하는 것으로 나타났다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.209-209
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• 2011

산지하천의 비율이 높은 국내 하천은 주로 만곡도가 높은 사행하천으로 이루어져 있으며, 만곡부가 교호적으로 나타나는 사행하천의 흐름구조는 매우 복잡하다. 산지하천의 특성상 홍수시에는 유속이 매우 빠르게 나타나며 하천의 수위가 상승하게 될 때 만곡부에서의 흐름 회전 방향이 나선형 흐름으로 바뀌어 하류방향으로 주 흐름에 중첩하여 발생하는 이차류로 인해 하도가 불안정해지고 내 외측의 수위차가 발생하는 편수위가 발생하면서 하도 바깥쪽으로 수위가 상승하는 현상이 나타나게 된다. 따라서 집중호우로 인해 하천에서 발생하는 재해는 주로 만곡부를 중심으로 발생하게 된다. 본 연구에서는 이와 같은 만곡부의 외측부에서 발생하는 수위상승으로 인해 제방의 월류 피해와 이차류로 인한 침식피해를 유발하게 되는 문제를 사전에 예측하기 위하여 $90^{\circ}$ 실험하도와 $180^{\circ}$ Sharp 실험하도에 2차원 유한요소 모형인 RAMS 모형을 적용하여 수리특성을 살펴보았으며, 모의 결과에 대한 정확도를 살펴보기 위해 실측자료와 비교 검토하였다. 이와 같은 연구결과는 만곡부에서 발생가능한 제방침식이나 월류로 인한 하천에서의 피해 방지에 크게 기여할 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.976-980
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• 2005

자연하천과 같은 사행수로에서 발생하는 이차류는 흐름 분포를 왜곡시킴으로써, 유사이동, 하상과 제방침식, 하천의 지형변형 등에 매우 큰 영향을 미치게 된다. 또한, 이차류는 주 흐름방향에 수직으로 발생하기 때문에 자연하천에 유입된 오염물의 횡방향 혼합에도 지대한 역할을 한다. 따라서, 본 연구에서는 사행수로에서 이차류의 특성을 정량적으로 분석하고자 중심각이 $120^{\circ}$인 두 개의 만곡부로 이루어진 사행수로에서 실험을 수행하였다. 실험수로는 직사각형 단면과 자연형 단면 두 가지 형태로 제작하였으며, 자연형 단면 하상은 베타함수를 이용하여 제작하였다. 이차류의 정확한 측정을 위해 3차원 유속측정 장치인 micro-ADV를 이용하였다. 실험조건으로는 직사각형 단면과 자연형 단면에서 평균수심과 유량을 달리하여 실험을 총 12회 수행하였다. 실험결과, 직사각형 단면수로에서의 주 흐름의 최대유속선은 수로의 가장 짧은 경로를 따라 발생하였는데, 이는 Shiono와 Muto (1998)의 결과와 일치한다. 자연형 단면 수로에서의 주 흐름은 직사각형 단면 수로에서의 주 흐름 거동과 비슷한 양상을 보였다. 이것은 실제 자연하천 만곡부에서의 주흐름 거동(최대유속선이 최심선을 따라 발생)과는 상이한 결과였다. 그 첫째 원인은 실험수로의 조도가 일반적인 실제하천의 조도를 상사법칙에 맞게 계산한 값보다 작았기 때문이다. 그리고 두 번째 원인은 실험수로의 하폭대 수심비율은 실제하천의 하폭대 수심비율보다 컸기 때문인 것으로 사료된다. 이차류의 정량적인 분석을 위해 각 측정지점별로 횡방향, 수심방향 유속을 그려본 결과, 직사각형 단면에서는 하나의 셀이 존재하는 반면에 자연형 단면에서는 셀이 두개 존재함을 알 수 있었다. 이는 자연하천에서도 발견되는 현상이다. 실제 자연하천에서는 주 셀이 바깥제방 셀보다 큰 형태를 보이지만, 실험수의에서의 셀의 형태는 주 셀보다 바깥제방 셀이 더 크게 발생하는 것으로 밝혀졌다. 이는 앞서 언급한 바와 같이 조도가 작음으로 인한 것으로 판단된다. 이차류 강도를 계산한 결과, 직사각형 단면 수로의 최대값은 두 번째 만곡 유입부지점(U2)에서 가장 크게 나타났으며. 자연형 단면 수로에서 최대값은 두 번째 만곡을 조금 지난 (U4)지점에서 가장 크게 나타났다. 자연형 단면에서는 하폭 대 수심비가 커질수록 이차류강도가 크게 나왔으나, 직사각형 단면에서는 반대로 나왔다. 그리고, 자연형 단면의 이차류 강도는 직사각형 단면보다 크게 나타났다. 특히, 직사각형 단면의 이차류강도는 첫 번째 만곡부분보다 두 번째 만곡부분이 더 크게 나타나는 현상만 보였지만, 자연형 단면의 이차류 강도는 앞서 언급한 특징 외에 만곡부에서 증가하고, 직선부에서 감소하는 주기적인 형태를 보였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권2B호
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• pp.209-216
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• 2006

본 연구에서는 2차원 수치모형을 이용하여 사행하천에서 하안 침식과 사행의 발달을 일으키는 기본적인 요소인 사주의 이동 특성을 파악하였다. 본 2차원 수치모형에서는 직교좌표계를 변환하여 하천의 형상에 적합하도록 일반좌표계를 사용하였다. 본 연구의 수치모형을 이용하여 하천의 만곡부에서 2차원 흐름특성을 계산하고, 하상변동을 모의하여 사주의 거동을 모의하였다. 수치모의에서는 이용하여 사행수로의 사행파장 대 하폭 비가 사주의 이동특성에 미치는 영향을 분석하였으며, 모의 결과를 Kinoshita와 Miwa(1974)에 의해 제시된 한계이동각과 비교한 결과, 상대적으로 잘 일치하였다. 그리고 사행하천에서 사행의 파장이 크고, 하폭이 넓을수록 사주의 이동에 대한 강제효과의 영향을 작게 받기 때문에 사주의 이동속도가 빠르고, 사주의 이동한계에 대한 사행 각도가 크며, 사주의 이동한계 사행각에 접근할 때 사주의 이동속도가 급격하게 감소되는 것을 알 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.351-351
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• 2016

본 연구는 최근 기후변화로 인해 유출량이 많이 증가하고 있으며, 또한 하도의 제내측에 많은 피해가 발생하고 있다. 우리나라의 하도는 산지위치하고 있으며, 만곡의 형상을 많이 지니고 있다. 또한 유출량의 증가로 하도 만곡부에 하상의 퇴적으로 인해 월류 및 제방이 파괴 되는 현상도 발생되고 있다. 만곡부의 흐름은 만곡도의 수공구조물을 설치하므로 유수의 흐름에 민감하게 변화하여 흐름변화를 예측하기 어렵다. 그래서 자연하고 만곡부에 하상의 변화에 따른 수리학적 문제와 제내측의 안정성을 확보하기 위해 만곡지점에 수제를 설치하여 하도의 흐름과 하상의 안정성에 필요하다고 사료되어 연구를 하였다. 본 연구는 만곡지점에 수리실험 모형을 설치하여 결과를 도출하는 방법도 있으나, 축소모형은 하도의 특성을 반영하기 결과도축에 제약이 있어 금회 연구는 수치모형은 2차원 수치모형인 RMA-2를 사용하여 하도의 특성을 파악하고자 한다. 먼저 만곡형상이 뚜렷한 지점을 파악하고 하천설계기준의 수제를 설치하여 흐름의 변화 및 유속변화를 분석하고 만곡부에서 기준수제의 길이를 여러 CASE로 변화를 주어 수리학적 특성을 분석하고자 하며, 이에 따른 수제부에서 발생하는 퇴적구간과 범위, 최대유속지점과 세굴지점에 대한 연구를 진행하여 하도 만곡부에 수제를 설치하여 합리적인 결과를 제시 할 수 있으며, 설계실무와 하천방재 관련 문제에서도 반영하여 이용 될 수 있을 것이다.