• 한국수자원학회논문집
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• 제55권1호
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• pp.33-42
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• 2022

본 연구에서는 3차원 상용 수치모형 Flow-3D를 활용하여 상류 수위(유입유량) 변동, 격벽의 간격(pool의 길이) 변화, 잠공 유무 등에 따른 아이스 하버 어도 내 흐름 양상을 분석하였다. 수치모의 결과의 적합성을 입증하기 위해 경안천 대곡교 하류에 설치된 실제 어도에서 3차원 초음파 유속계를 사용하여 어도 출구부 단면 유속과 유량을 관측하였다. Flow-3D 모형에는 난류 모듈로 4가지를 선택할 수 있는데, 관측 자료로 검증 결과 RNG 모형이 아이스하버 어도 내 흐름 특성을 가장 잘 재현하였다. 하천의 유량 전량이 어도로만 유입되어 흐른다는 조건에서 수위 변화에 따른 어도 내 유속구조를 모의해 보았다. 그 결과 최저수위에서는 잠입류와 표면류가 혼재하여 발생하였는데, 최저수위에서 약 10 cm 이상만 수위가 상승하여도 모든 pool에서 잠입류가 사라지고 오직 표면류만 발생하였다. 예상과 달리 수위가 조금 상승해도 흐름이 꽤 단순하게 표면류 위주로 발생하였다. 격벽간 간격을 늘려주면 수위가 상승하더라도 잠입류와 표면류가 혼재되어 나타나는 현상이 지속되었다. 그리고 격벽 하단에 잠공이 있는 경우가 없는 경우에 비해 잠입류가 여러 pool에서 생성되는 경향을 보였다. 보다 적극적인 어도 사후 관리로 잠공 폐색을 막아 어도 내 다양한 흐름이 생성될 수 있도록 유도하는 것이 필요해 보인다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권4호
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• pp.279-289
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• 2022

기후변화로 집중호우의 강도가 증가함에 따라 하천에서 기왕의 관측 자료가 없는 고수위가 관측되고 있다. 수위-유량 관계 곡선식은 기왕 관측 자료를 바탕으로 수위를 유량으로 환산하기 때문에 관측 자료가 부족한 경우, 유량 자료 생산에 있어서 불확실성이 커지고 정확성이 떨어지게 된다. 부족한 자료를 보완하고 유량자료의 정확성을 높이기 위하여 본 연구에서는 1차원 수치해석 모형을 기반으로 한 Monte Carlo 모의를 이용하여 대상 지역의 유량을 수리학적으로 추정하는 방법을 제시하였다. 기존에 작성되어있는 수위-유량 관계곡선식을 바탕으로 경사, 조도계수, 하폭 등의 영향을 받는 계수와 흐름의 조건에 따라 영향을 받는 지수를 난수로 발생시켜 다수의 가상 곡선식을 생성하였다. 가상의 곡선식과 주요지점의 관측수위를 활용한 수치모의 결과를 비교하여 홍수위의 재현성이 좋은 최적 샘플의 곡선식을 상류 경계 지점의 곡선식으로 선정하였다. 제안한 방법론을 섬진강 요천 합류부를 대상으로 적용하였으며, 그 결과 수위 재현성이 큰 폭으로 개선된 것을 확인하였다. 또한, 제안한 방법론의 적용 시 해당 샘플의 수리해석 결과를 바탕으로 모의단면의 수위와 유량을 수리학적으로 추정할 수 있다는 장점이 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.1113-1117
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• 2005

보 상류의 유속 및 수심과 같은 흐름 조건은 보, 하천 형상, 그리고 하류 흐름 특성에 의해 좌우된다. 본 연구에서는 하류 조건에 따라 보 상류의 흐름 특성에 미치는 영향을 검토하였다. 이를 위해 구형단면의 수로에 하천설계지침(2002)에 따라 보를 제작하여 설치하였으며 보에서의 임계수심 및 이에 따른 유량의 변화를 파악하였으며 실험결과를 기존 문헌과 비교$\cdot$분석하였다. 또한 자유 월류로 빠른 유속을 지닌 흐름이 수로의 마찰저항과 하류 배수효과에 의해 에너지 소멸로 나타나는 도수현상을 관측하여 발생특성을 파악하였다. 도수의 발생조건은 Posey와 Hsing(1938)에 제시한 결과와 유사한 결과를 보였으며 하류영향에 따른 도수 발생 위치는 하류단 수위와 일정한 관계를 갖고 있으나 유량과는 선형적인 관계를 보이지 않는 것을 알 수 있었다. 또한 임계수심 설정에 대해 Knap(1960)이 제시한 산정식과 비교한 결과 유량이 작은 경우 거의 일치하는 결과를 보였으나 유량이 증가할수록 오차가 커졌다. 임계수심 전$\cdot$후의 유량계수를 살펴본 결과 하류 조건에 의해 임계수심을 넘으면 유량계수가 자유 월류 시보다 약 $2\%\~6.5\%의 감소를 나타냈으며 공급유량이 $0.05m^3/s$ 일 경우 유량계수의 차이가 가장 큰 것을 알 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.321-321
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• 2011

최근 기상이변으로 인하여 예측이 어려운 게릴라성 집중호우 등의 증가로 재해 및 재난이 빈번하게 발생하고 있으며, 특히 도시지역에서의 홍수피해로 막대한 인명과 재산피해가 발생하고 있다. 도시지역내로 유입되는 홍수는 다양한 형태와 크기를 가지는 건물과 도로의 배치에 의해 크게 영향을 받으며, 매우 복잡한 흐름특성을 나타내는 것으로 알려져 있다. 도시지역이 조밀한 건물군으로 구성되어 있을 경우 홍수의 대부분은 도로와 교차점을 통해 흐르므로 도시지역 내에서 홍수로 인한 피해를 저감하기 위해서는 도로 교차로에서의 홍수파의 전파특성을 분석하는 것이 중요하다. 교차로는 세 개 또는 네 개의 도로가 대칭 또는 비대칭으로 연결되어 있으며, 일반적으로 교차로에서의 흐름은 유입되는 유량이 상대적으로 적고 도로의 경사가 비교적 완만한 경우 상류 특성을 나타내나 이와 반대일 경우에는 상류 및 사류가 공존하는 복잡한 수면형을 나타낸다. 본 연구에서는 도지지역 내 도로 교차점에서 유입경사 변화에 따른 도로 교차부에서의 흐름특성을 수치모의 결과와 수리실험 결과와 비교하였다. Case 1은 수로의 유입경사가 3%일 경우 도로 교차로에서 수위 및 흐름특성을 수치모의결과와 비교한 결과 조도계수가 0.0086일 경우 RMSE 값은 X축에서는 0.0023, Y축에서는 0.0042로 수로중심에서의 수심분포가 잘 일치 하였으며, 흐름특성 또한 수치모의결과와 잘 일치하는 경향을 보였다. Case 2에서는 검증결과를 바탕으로 유입경사가 3%와 5%일 경우 도로와 교차점에서의 흐름특성을 수치적 방법을 통해 분석하였으며, 유입경사가 변화함에 따른 수면흐름특성을 모의하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.316-316
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• 2011

본 연구에서는 고수호안의 수리학적 안정성을 검토하는 것이다. 수리학적 안정성 검토를 위해 수리실험과 원형실험을 실시하였으며 이에 따른 수치모형도 병행 하였다. 수리 실험에 실험수로 제원은 총 길이가 14 m(정류부 3 m, 안정화 구간 3 m, 세굴측정구간 6 m, 하류부 2 m)로서 폭은 1.2 m이고, 높이는 0.6 m이다. 하류부에는 수위 조절을 위한 수문이 설치되어져 있는 곳에서 다양한 수리학적 조건 등을 실험을 실시하였다. 유실율 산정은 사면측정기를 활용하여 2 cm 간격으로 통수전 후의 세굴심을 측정하여 산정하였다. 유속분포에 관한 측정은 통수 시 3차원 VECTRINO MICRO ADV(N-7781)를 이용하여 측정하였다. 원형실험은 안동에 위치한 하천 종합실험센터에서 실시하였으며 사용한 A1 수로는 총연장 594.0m, 상류단과 하류단의 표고차는 4.50m이며, 단단면 하도로 구성되어져 있고, 실험 수로 연장은 434.0m이며, 상류단과 하류단의 표고차는 3.70m이며, 흐름안정구간, 호안공 검 인증 구간, 조도계수 연구구간으로 구성되어져 있는 곳에서 다양한 유량조건에 따른 실험을 실시하였다. 유실율 산정은 세굴봉을 활용하여 5 cm 간격으로 통수전 후의 세굴심을 측정하여 산정하였다. 유속분포에 관한 측정은 통수 시 흐름을 감안하여 프라이스컵을 이용하여 측정하였다. 수리학적 안정성은 각 실험에 측정한 유속분포와 유속을 이용한 소류력 산정 그리고 유실율 산정 등을 통해 수리학적 안정성을 확보하기 위한 분석하였다.

• 물과 미래
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• 제27권2호
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• pp.85-96
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• 1994

자연하천의 부정류에 Preissmann 기법을 적용시 나타나는 수치 불안정성의 원인을 규명하고 불안정성을 극복하기 위한 적절한 대책을 제시하였다. 주된 불안정성의 원인으로는 천이류, 하도단면의 급격한 변화, 부적절한 조도계수, 계산시간 및 거리간격, 급격하게 증가하는 유입수문곡선, 그리고 마른 하상 등이다. 이런 불안정성의 주된 원인은 천이류의 발생과 관계가 있으며 상류-사류가 공존하는 자연 하도에서 천이류를 해석할 수 있는 모형을 제안하였다. 가상하도를 통하여 모의 수치실험을 수행한 결과 전하도구간에 대하여 안정성있게 수렴하고 있었으며, 일관성있는 유량, 수위자료를 얻을 수 있었다. 본 연구의 모형은 앞으로 실제 하천자료를 통해 적용성의 검증이 이루어진다면 천이류로 발생하는 수치계산의 어려움의 해결에 기여할 수 있다고 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.664-668
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• 2010

유역 내 효율적 수자원관리 및 이 치수 계획수립을 위해 수계별 혹은 지역별로 다양한 형태의 하천정비 사업이 시행되고 있으며, 사업의 대부분은 통수능 확보를 위한 확폭 및 홍수피해방지를 위한 제방의 보강이 주를 이루고 있다. 그러나 이러한 하천정비사업 계획의 검토를 위하여 횡방향 흐름을 고려할 수 없는 1차원 HEC-RAS 모형이 주로 이용되고 있으며, 이는 만곡부와 같은 복잡한 흐름특성이 발생하는 구간에서의 정비 사업 후 흐름특성 변화 및 하상의 안정성에 대한 평가를 위해 1차원 수치모형의 적용이 제약적임을 의미한다. 본 연구에서는 용담댐 하류부 대유리에 위치한 만곡부를 대상으로 2차원 수치모형인 CCHE2D를 이용하여 정비사업 전 후의 흐름특성 변화에 대한 분석을 수행하였다. 분석결과, 만곡부 정점부의 단면축소로 흐름의 통제가 발생하던 구간에서 정비사업 후 유속과 소류력이 감소되었으며, 상류측으로 수위가 크게 저하하였다. 또한, 정비사업 후 상류측에서 유속과 소류력의 증가가 관측되었으며, 만곡부 내측으로 유속과 소류력의 중심이 이동함에 따라 제방의 안정성에 영향을 줄 수 있음을 확인할 수 있었다. CCHE2D모형은 자연하천의 만곡부와 같은 복잡한 흐름이 발생하는 구간의 분석을 위하여 효율적으로 이용될 수 있으며, 모형 내 하상변동 모듈과의 연계모의를 통해 제방의 안정성 및 하상의 안정성 평가를 위한 수리학적 기초자료를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

• 환경영향평가
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• 제21권1호
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• pp.171-184
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• 2012

하천 수위를 유지하거나 농업용수를 취수 할 목적으로 조성되는 크고 작은 보는 용수공급 시설로 이용되고 있으나, 하천 생물이동의 차단, 보 상류부의 수질악화, 수변 생물서식처의 변화, 하천경관 훼손과 같은 환경적 문제를 초래하고 있다. 더욱이 도시화가 진행됨에 따라 토지이용의 변화, 시설의 노후화 등으로 매년 50~150개 정도의 보가 폐기되고 있는 현실이다. 본 연구는 하천에 설치되었으나 용도와 기능이 상실된 보를 철거하여 생태적 연속성을 확보하고 하천 본래의 모습으로 되돌려 주며, 하천의 생태적 건강성을 회복 및 향상 시키고자 하였다. 보 철거 시범사업으로 공릉천에 설치된 길이 76m, 높이 1.5m의 공릉2보와, 한탄강에 설치된 길이 190m, 높이 2.8m의 고탄보를 철거하였고, 각 시범사업 대상지의 물리/화학/생태특성 모니터링 분석을 수행하였다. 그 결과 철거 직후 보의 직 상류부에 전체적으로 침식이 발생하고, 보 하류부는 여울, 하중도, 사주, 침식 등 다양한 지형으로 변모되었다. 본 연구를 통하여 하천복원의 취지에 맞는 하천 본래의 모습에 가까운 하천으로 복원하기 위해서는 기능 및 용도가 상실된 보의 경우는 기존의 보체를 개량하거나 어도를 설치하여 주는 것 보다 구조물 자체의 완전철거를 통한 생물 이동통로 조성이 바람직하다고 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.588-592
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• 2012

저수지에서 퇴사가 저수지에 미치는 영향으로는 저수용량의 감소로 인한 용수공급량 저하, 상류하천 수위 상승에 따른 홍수소통능력 감소로 인한 배수위 상승, 퇴적토의 용출에 의한 부영양화 촉진 및 중금속 퇴적 등의 수질변화, 퇴사로 인한 어류서식처 환경의 변화 등이 있다. 또한, 저수지로 유입되는 유사에 대한 정확한 예측은 댐의 계획 및 운영과 관련된 저수지 퇴사관계를 이해하는데 필수 요소이다. 즉, 저수지 퇴사에 관한 예측 자료는 댐 설계시에 장래 50년 및 100년 후의 저수위-저수용량 관계곡선을 결정하고, 댐의 사수위를 결정하는데 중요한 기본자료이며, 또한 댐 건설후의 저수지내로 유입되는 유사의 공간적 퇴적분포를 예측하고, 기능별 저수지 용량배분, 본체 및 취수구 등 각종 수리구조물의 안정, 저수지 상류 퇴사로 인한 홍수위의 상승 등 저수지 제 기능의 적정 관리를 계획하는데 필요한 기본자료이기 때문이다. 본 연구에서는 저수지 내에서의 2차원적 하상변동을 해석하기 위한 퇴사 모델링 방법으로 2차원 정상 및 동수역학적인 유사이송과 하상변동을 모의할 수 있으며, 침식과 포착 및 이송 그리고 퇴적의 각 단계에 따라 세부모의가 가능할 뿐만 아니라 RMA2와 SMS 프로그램과 상호 연계가 자유로운 SED-2D 모형을 이용하여 댐 축조로 인한 저수지내의 퇴사거동을 모의한 후 하상변동을 분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.737-741
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• 2012

본 연구에서는 2011년 7월 27일 집중호우로 인한 서울시 우면산 산사태 지역을 대상으로 뿌리의 보강효과와 분포형 습윤지수를 고려한 GIS기반의 무한사면안 해석기법을 이용하여 사면안정해석을 실시하였다. 사면안정해석을 위한 지형 지질학적 매개변수는 수치지도, 정밀토양도 및 임상도(임상도와 영급도)로부터 추출하여 $10m{\times}10m$ 해상도의 공간분 포형 데이터베이스로 변환하였다. 또한, 분포형 습윤지수의 산정을 위한 비집수면적(specific catchment area)은 무한방향흐름 기법(IFD, infinity flow direction)을 이용하여 결정하였으며, 모형의 입력 강우자료는 서울시 서초와 남현 AWS의 산사태 발생초기와 종기시의 평균 일강우량을 적용하였다. 대상유역의 사면안정해석을 위해 격자별 안전률은 4개의 등급(unstable, quasi stable, moderately stable, stable)으로 구분하여 도시하였다. 산사태 발생인자별 분석결과, 무한사면안정해석기법을 이용하여 산정된 사면안전률은 사면경사에 매우 민감하게 반응하는 것으로 분석되었으며, 거주지 주변의 절개지 부근과 산지정상부근의 급경사지에서 불안정 지역이 집중적으로 분포하고 있음을 확인하였다.