• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.174-174
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• 2015

국내의 국지성 집중호우와 같은 기후변화와 토지피복율 증가 등 복합적인 원인으로 인한 표면 유출수의 증가로 도시에서의 내수침수가 매년 빈번하게 발생하고 있다. 이러한 도심지 돌발홍수로 인한 피해에 대한 구조적인 대책으로 지하방수로가 효과적인 방안으로 대두되고 있으며, 현재 신월빗물저류배수시설이 설계단계에 있다. 그러나 미국, 일본 등의 국외의 기설치된 지하방수로에서 발생되는 Geyser 현상으로 인한 피해에 대한 연구는 국외에 비해 미비한 편이므로, 선행적으로 Geyser에 대한 물리기반의 동수역학적인 이해가 필요한 실정이다. Geyser는 홍수 시 급격한 유량의 유입으로 단파가 발생하여 지하방수로 내 공기의 압축이 발생하고 수직관을 통해 공기가 물과 함께 지상으로 분출되면서 발생된다. 따라서 공기와 물의 혼합 유동을 모의해야 하며 동시에 단파의 불연속성을 모의하기 위해서는 기존의 상용프로그램으로는 다소 어려움이 있다. 이에 본 연구에서는 지하방수로의 Geyser 현상의 발생 예측을 위해 1차원 Saint-Venant 방정식을 지배방정식으로 선정하였으며, 단파 발생을 수치적으로 안정적으로 모의하기 위해 Roe Approximate Riemann 수치기법을 사용하였다. 또한 공기의 압력항을 고려하기 위해서 수정된 형태의 Preissmann slot 모형을 적용하였다. Geyser 현상의 영향인자로서 지하방수로 수평관의 직경, 마찰계수, 바닥경사, 초기수위, 유입유량을 고려하였으며 상류에서 유입되는 유량에 의한 하류에서의 동수역학적 거동을 분석하였다. 5개의 영향인자의 변화에 따른 단파의 유입속도 및 공기부 압력의 변화를 관찰하여 Geyser 현상에 대한 동수역학적 검토를 수행하였다. 추후 본 연구결과를 적절히 활용한다면 지하방수로의 사용 안정성을 확보하고, 홍수발생 시 모니터링 인자도출에 도움이 될 것으로 예상된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.358-358
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• 2016

본 연구에 앞서 가뭄에 따른 충청남도 서부권의 물 부족을 해결하기 위하여 금강 본류로부터 보령댐으로 일정 유량을 도수(diversion)하는 계획이 금강 본류에 미치는 수리적 영향을 1차원 비정상류 해석(unsteady flow analysis)을 통하여 분석하였으며, 본 연구에서는 수리모형 결과와 연계하여 수질 모형을 구축하여 금강 본류 수질에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 조위 영향에 따른 염도의 역류 모의를 위하여 전자해도와 위성영상자료를 활용하여 금강 하굿둑에서 외해 방향으로 약 9km에 이르는 모의 구간을 확장하였으며, 상류단의 진두수위표를 포함한 8개 지천의 유입유량 및 수질, 하구의 조위와 염도, 농공용수 취수시설의 취수량 및 회귀수 수질, 금강 배수갑문 운영, 대상 구간에 인접한 기상대의 기상자료 등을 고려하고 금강 본류를 따라 9개 수질측정소의 수질자료를 이용하여 모형의 보정을 실시하였다. 또한 대상 구간 내 2015년의 갈수기 유황 분석을 토대로 비선형 회귀분석식을 도출하여 2016년 갈수기 예측 유량과 함께 수질-유량 관계식을 도출하여 대상 구간의 수온, 염도, 용존산소(DO), BOD, 조류 등 영향을 분석하였다. 수온 분석 결과, 지점에 따라 2015년 유황 대비 평균 수온 1.79~3.83도, 최고 수온 1.74~4.30도 상승할 것으로 모의되었으며, 염도는 2016년 갈수기 동안의 금강 하굿둑 외해 염도는 담수 방류량의 감소로 전년 동기 대비 평균 53% 증가하는 것으로 모의되어 기수역 생태계에 상당한 영향을 줄 것으로 분석되었으며, 갈수기 동안의 금강 하굿둑 내수의 염도는 배수갑문 개방 빈도, 개방 시간, 개방 정도의 감소에 따른 해수 역류의 감소로 전년 동기 대비 크게 감소할 것으로 모의되었다. 용존산소는 2016년 갈수기 동안의 용존산소 농도는 지점에 따라 전년 동기 대비 평균 4~11% 감소하는 것으로 모의되었으며, 2016년 갈수기 동안의 BOD 농도는 지점에 따라 전년 동기 대비 평균 30~57% 증가하는 것으로 분석되었다. 조류는 지점에 따라 전년 동기 대비 평균 29~67% 증가하는 것으로 모의되었다. 유량의 감소에 따른 수온 증가 및 수질 악화의 영향이 있을 것으로 분석되나, 도수에 따른 영향은 상대적으로 제한적인 것으로 분석되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.164-164
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• 2017

토지이용 및 토지피복 변화는 인간의 활동에 따른 결과를 반영하며 자연환경의 변화와도 밀접한 관련이 있다. 수문환경의 변화는 수로 건설이나 하천정비, 사진개간, 도시화 등과 같은 인위적인 변화와 지구온난화에 따라 변화하는 기후 패턴에도 많은 영향을 받고 있다. 본 연구에서는 안성천 공도수위관측소 상류유역을 대상으로 SWAT(Soil and Water Assessment) 모형을 이용하여 현재의 유역 수문환경조건을 보다 현실적으로 분석하기 위해 연구를 실시하였다. 유역의 수문환경 조건을 정량적으로 파악하기 위하여 CLUE-s 모형을 이용한 토지이용변화가 기후변화 시나리오에 따른 수문학적 거동(지표유출, 증발산량, 총유출량, 수질거동)에 미치는 영향을 SWAT모형을 이용하여 파악하고자 하였다. 안성천의 공도 수위관측소($366.5km^2$)을 대상으로 유역 내 3지점의 기상관측소(이천, 수원, 천안)를 대상으로 40년(1976~2015)동안의 일 기상자료를 수집하여 SWAT 모형을 구축하였다. 평년 및 가뭄년을 포함하는 선별된 기간에 대하여 다양한 목적함수($R^2$, NSE, RMSE)를 활용하여 일반적인 전체기간 검보정 방법이 아닌 각각의 조합된 기간의 극단적 유출특성에 초점을 맞추어 검보정을 수행하였다. 이와 같이, 앞서 실시한 연구로 모형의 매개변수들을 해당 유역에 가뭄과 같은 극단적 유출상황에 따라 선행보정 실시하였으며, 이는 이번 연구에서의 모형의 신뢰성 있는 수문 및 수질 거동 분석을 할 수 있을 것이라 생각된다. 선행 연구 자료를 이용하여 토지이용변화를 고려한 본 연구를 통해 미래의 유역 수문환경조건 변화에 따라 수자원을 정량적으로 파악하는 데에 도움이 될 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.37-37
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• 2018

메콩강 유역은 중국, 미얀마, 라오스, 태국, 캄보디아 및 베트남의 6개국이 공유하는 국제하천으로 각국의 안보, 경제성장 및 발전 등에 밀접한 영향을 주며 유역의 개발과정에서 국가별 개발전략 및 경제발전의 차이, 환경문제에 대한 입장의 차이로 인한 다양한 문제가 발생하고 있다. 특히 상류인 중국의 댐 건설 이후 갈수기에 메콩 강 하류지역의 수위가 매년 하락하는 현상이 발생하면서 중국의 수자원 무기화에 대한 우려가 심화되고 있다. 이와 같은 수자원의 통제는 메콩 강 하류 국가의 홍수나 가뭄조절에 대한 대응을 어렵게 하며 최근 급격한 기후변화로 인한 재난위험의 증가는 이에 대한 우려를 심화시키고 있다. 이에 대한 대응으로 하류 국가들 또한 메콩 강 곳곳에 댐을 건설하려는 계획을 수립하고 있어 메콩 강 유역의 무분별한 댐 건설에 대한 문제들이 제기되고 있다. 이러한 문제의 해결방안 마련을 위해서는 기후변화 또는 유역개발이 사회 경제 및 환경에 미치는 영향에 대한 사전분석이 매우 중요하며 기본적으로 강우-유출해석 시스템의 구축을 통한 사회 경제적 영향에 대한 예측 및 검토는 정책결정 및 수자원관리측면에서 매우 중요한 요소이다. 본 연구에서는 메콩강 유역을 대상으로 준 분포형 모형인 SWAT 모형에 전 세계적으로 구축되어 제공되는 범용 공간정보자료 및 기후변화 시나리오를 이용하여 강우-유출해석 시스템을 구축하고 메콩강 유역의 2100년까지의 미래 유출변화를 분석하였다. 이를 위해 메콩강유역을 총 33개의 소유역으로 분할하고 HadGEM의 RCP45 및 RCP85 기후변화시나리오를 소유역별 과거자료를 이용한 임의보정의 과정을 거쳐 적용하였다. 본 연구의 결과는 미래 메콩강 유역개발 및 수자원 관리 및 다양한 시나리오 적용을 위한 기초자료로 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단되며, 앞서 밝힌바와 같이 현재 메콩 강은 댐에 의한 수자원 통제의 영향이 커지고 있음에도 불구하고 방류데이터 등의 비공개로 이에 대한 영향은 고려하지 못하는 한계가 존재하기에 향후 이와 관련한 시나리오의 적용 등 추가적인 연구 또한 필요하다고 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.454-454
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• 2016

하천의 치수안정성 확보 및 수심유지, 생태복원 등과 같은 다양한 요구를 충족하기 위한 보의 성능 개선에 대한 연구가 필요하며, 계단형 보는 재료에 의한 폭기효과 및 서식처 효과 등의 환경적요소를 내포하고 있다. 기존 연구는 표면류 흐름특성을 검증하고 유량변화에 따른 하류단 도수발생위치 변화를 분석하는 등 계단형 보에 대해 수리특성을 정량화한 연구가 대부분이며 흐름변화에 따른 유속장에 관한 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구는 기능성 친환경 횡단 구조물 유형 중 하나인 계단형 보의 안정성 검토를 위한 수리적 특성을 분석하고자 함으로써 구조물 안정성에 영향을 줄 수 있는 자체 및 하류 보호공 주변의 유속 분석을 통한 흐름 특성을 검토하고 설계시 외력 고려를 위한 자료를 제공하기 위한 목적이 있다. 이를 위해 계단형 보모형에 대해 수리모형실험을 수행하였다. 폭 0.24 m, 총 길이 3.70 m, 높이 0.30 m인 순환실험수로를 이용하였으며, 계단형 보 모형은 5단으로 단 높이 2 cm와 단 길이 5 cm이며, 보 높이는 10 cm, 보 길이는 25 cm 모형으로 실험하였다. 하류에 전도식 게이트를 설치하여 하류 수위를 증가시키면서 보 하류부에서 발생하는 완전도수부터 하류수심이 보 높이를 초과하는 잠김흐름 조건에 대해 실험하였다. 측정기법은 입자영상측정계(Particle Image Velocimetry; PIV)를 이용하였으며, 상류영역부터 하류영역에 대해 보 주변 흐름의 순간적 유속분포를 확인하였다. 또한 측정된 전반적 흐름 양상에 대해 통계적 수리분석을 수행하였다. 흐름특성에 대한 연구는 향후 계단형 보의 물받이 길이 및 보의 적정 규모 설계시 중요한 자료가 될 것으로 기대한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.513-513
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• 2017

홍수 시 하천을 따라 유하되는 유송잡물은 구조물에 집적을 통해 유수의 흐름을 방해하고 구조물 주변의 지반을 약화시키거나 월류로 인한 심각한 피해를 야기 시킨다. 교량의 경우 유송잡물의 집적은 교각의 항력을 증가시켜 전도파괴를 유발시킬 수 있으며, 교각주변 흐름교란을 통한 하상 세굴로 인해 기초부를 파괴시키기도 한다. 또한 통수단면적 증가로 인해 높아진 수위는 제방월류로 인해 재산 및 인명피해를 유발하기도 한다. 본 연구는 이러한 유송잡물의 집적을 억제시키는 저감시설물을 대상으로 연구를 수행하고자 한다. 유송잡물 저감시설 중 우회말뚝을 대상으로 수리모형실험을 수행하고 실규모 실험을 통해 저감효과를 검토하였다. 우회말뚝은 교각 전면부에 상류방향으로 이격되어 설치되는 말뚝형태의 구조물로 유송잡물의 우회를 통해 교각에 집적을 저감하는 목적으로 설치된다. 본 연구에서는 수리실험 및 실규모실험을 통해 우회말뚝의 저감능력 검토를 수행하였으며, 1개의 말뚝을 대상으로 교각과의 이격거리와의 관계를 검토하고자 하였다. 수리모형실험의 결과 유송잡물의 길이가 경간장의 100% 일 경우 저감시설이 없을 경우 교각에 87.6% 집적이 발생하였으나 말뚝이 설치되었을 경우 교각에 직접적으로 집적되는 유송잡물은 없으며 31.7% 유송잡물은 우회말뚝에 집적되는 것으로 나타났다. 실규모 실험의 경우 우회말뚝이 없는 경우 집적률은 60%의 집적이 이루어졌으나 우회말뚝을 설치한 경우 10%의 집적률로 나타났다. 우회 말뚝설치에 따른 저감효과는 발생하였으나 이격거리에 대한 저감능력의 차이는 없는 것으로 나타났다. 그러나 우회말뚝의 이격거리가 길어질수록 말뚝주변에서 회전되어진 유송잡물이 교각에 간헐적으로 집적되는 현상이 관측되었다. 따라서 말뚝의 위치를 선정하기 위해서는 유송잡물의 길이를 고려하여 설치하는 것이 유리할 것으로 판단된다.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.32 no.5
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• pp.323-331
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• 2019

In this study, a computational model approach for the modeling of hydrodynamic pressures acting on radial gates during strong earthquakes is proposed. The use of the dynamic layering method with the Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) algorithm and the SIMPLE method for simulating free reservoir surface flow in addition to moving boundary interfaces between the fluid domain and a structure due to earthquake excitation are suggested. The verification and validation of the proposed approach are realized by comparisons performed using the renowned formulation derived by the experimental results for vertical and inclined dam surfaces subjected to earthquake excitation. A parameter study for the truncated lengths of the two-dimensional fluid domain demonstrates that twice the water level leads to efficient and converged computational results. Finally, numerical simulations for large radial gates with different curvatures subjected to two strong earthquakes are successfully performed using the suggested computational model.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.54 no.3
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• pp.203-215
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• 2021

In the present study, hydrologic data and topographical data from 2010 to 2019 were collected from three gauging stations placed in the watershed of Naeseong stream to determine changes and rates of changes in rainfall, water level & mean velocity, and water level & discharge, together with changes in rates of erosion and deposition at cross-sections of the river. Besides, effects of regulated and non-regulated rivers according to the presence of artificial regulation of flow rate of the river via artificial structure located at Seo stream (Yeongju si (Wolhogyo) station), the tributary free from construction of dams, were compared and analyzed. Results of analyses conducted in the present study revealed vegetational establishment and landforming due to increasing area of vegetational sandbar evolved in the flood plain (intermediate- or high- water level) by the drought sustained from 2013 to 2015. Continuous erosion of river bed was appeared because of narrowed flow area with low water level and increased velocity and tractive force on river bed.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.283-283
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• 2023

만경강은 전라북도 북부를 남서쪽으로 흐르는 하천으로 유로연장 80.86km, 유역면적 1,504.35km²에 이르며 유로는 영산강에 이어 6번째, 유역면적은 안성천, 삽교천에 이어 8번째에 해당하는 하천이다. 만경강은 금강, 동진강 등과 함께 호남평야의 중앙을 서쪽으로 흐르며 호남평야에 농업용수를 공급하고, 전주시와 완주군, 김제시에 공업용수를 공급하는 중요한 하천 중 하나이다. 만경강 상류에는 대아저수지, 경천저수지 등 다수의 농업용 저수지가 설치되어 있으며, 농업용수 공급을 위한 다수의 취입보와 양수장이 설치·운용되고 있다. 만경강 중상류에서 위치한 취입보 중 가장 큰 비중을 차지하고 있는 것은 완주군(오성교)관측소와 완주군(용봉교)관측소 사이에 위치한 어우 취입보로 최대 허가량은 약 10m³/s이며, 연간 취수량은 약 1억 4천만톤이다. 어우 취입보에서 취수한 용수는 대간 도수로를 통해 새만금간척지까지 농업용수를 공급한 후 완주군(삼례교)관측소 하류에 위치한 비비정 배수갑문을 통하여 만경강으로 회귀한다. 어우 취입보의 영향으로 인하여 만경강 중상류에 위치한 3개의 관측소(완주군(오성교), 완주군(용봉교), 완주군(하리교))는 비정상적인 상하류 관계가 발생하고 있다. 만경강은 이와 같은 다수의 취입보와 양수장 운영으로 상하류 역전이 발생하고 있으나, 유역 내 물수지 분석을 통해 실제 취수량 등을 고려할 경우 농번기에도 정상적인 상하류 관계가 발생하는 것을 확인할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 만경강에 위치한 저수지 3개소(경천저수지, 용담댐, 대아저수지)의 방류량과 고산정수장의 회귀수 자료, 어우 취입보에 설치된 자동유량자료 및 취입보(7개소)의 허가량과 취수량 자료를 확보하여 물수지 분석을 실시하였다. 또한, 만경강 중상류에 위치한 관측소의 2022년 개발된 수위-유량관계곡선식을 활용하여 환산유량을 산정하였으며 물수지 분석을 실시하여 상하류 검토와 누가유출 및 유출률을 검토한 결과 상하류 관계가 비교적 안정적인 것으로 확인되었다.