• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.317-317
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• 2015

강이나 하천에 이수 및 치수의 목적으로 소규모 댐이나 보 등의 수리구조물을 설치한다. 수리구조물의 상하류부에는 하천 하상의 극심한 침식인 국부세굴현상을 방지하여 수리구조물의 안정성을 확보하기 위해 하상보호구조물을 설치하는데, 특히 하류부에 설치하는 하상보호구조물에는 크게, 다양한 형식과 크기의 물받이공, 에너지 감세공, 그리고 끝턱구조물 등이 이에 속한다. 지금까지 국내 외 수리구조물 설계지침에서는 하상보호공의 적절한 길이규모를 산정하기 위한 다양한 공식이 개발 및 적용되었지만, 최근 들어 다양한 목적을 위해 복잡해진 수리구조물의 형식과 다양한 운영방식에 따른 수리학적 분석내용이 적절하게 반영되지 않은 경험공식이 대부분 적용되었다. 따라서 예상보다 매우 큰 하상유실이 발생 하여, 하상보호구조물의 설치역할을 제대로 수행하지 못하고 오히려 수리구조물의 안정성에 위협을 주는 주요한 요인이 되었다. 그리고 최근 국내에는 4 대강 유역에 16개 중 대규모의 다목적 보가 설치되었으나 앞서 언급한 바와 같이 미흡한 설계지침을 기반으로 설치된 보 및 하상보호구조물의 기능이 저하되어 극심한 세굴현상이 발생하였다. 또한 이를 보강하기 위한 추가적인 공사 등으로 경제적인 손실을 야기하였다. 반면 외국의 최근 설계지침에는 하상보호구조물 하류부에서 발생하는 평형최대세굴심의 규모를 고려하거나 흐름 및 난류분포를 고려한 수리학적 분석이 반영되어 있지만 국내 설계지침에는 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 기존 국내 설계지침의 한계를 조사하고 현재 외국에서 적절하게 제안되어 적용 중인 하상보호구조물 설계지침을 검토하였다. 특히 수리학적 거동특성과 유사분포 특성이 고려된 최대세굴심 산정공식과 설계지침을 검토하였고, 평형상태에 도달한 세굴공 내에서의 수리학적 특성을 고려하여 하상보호구조물의 길이를 적절히 산정할 수 있는 기존 연구결과를 토대로, 하상보호구조물 길이 산정공식을 제안하였다. 본 연구에서 검토된 외국 설계지침과 함께 수리학적 거동특성이 고려된 하상보호구조물의 길이 산정공식은, 향후 수리구조물의 안정성 확보를 위한 하상보호구조물의 설계에 반영될 필요가 있으며, 이를 통해 수리구조물의 효율적이고 경제적인 유지관리를 위해 적절히 활용될 수 있다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권12호
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• pp.8-14
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• 2019

대표적인 하천횡단구조물 중 하나인 낙차공은 하천하상의 안정을 목적으로 설치되지만 이는 하천환경의 연속성을 차단하고, 수생태환경의 파괴를 야기하는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 생태통로로서의 기능을 갖는 저낙차 자연형 낙차공을 모형으로 제작하여 실험실 실험을 수행하고, 적절한 지배인자 사이의 관계를 도출하여 국부세굴공 규모의 예측식을 제안하였다. 직선형과 6가지 상향 V 자형의 낙차공 모형에 대하여 각각 실험유량은 4가지로 총 28개의 조건에 대해서 실험을 수행하였다. 각각의 실험조건별 세굴실험 결과를 바탕으로 기존에 제안된 세굴심 추정식을 적용한 결과보다 최대세굴심이 다소 크게 발생함을 확인하였다. 따라서 낙차공 직하류부에서 발생하는 세굴공 발생 주요인자들 사이의 상관관계를 분석한 결과, 낙차공으로의 유입흐름 특성과 낙차공의 높이, 낙차공의 총횡단길이와의 상관관계가 높게 나타남을 확인하였다. 또한 이를 토대로 각 실험조건별 세굴심과 세굴길이에 상관관계가 높다고 판단되는 변수들을 무차원화하여 최대세굴공의 깊이와 길이 산정식을 각각 제안하였다. 향후 추가적으로 다양한 하상토 재료와 수심변화를 고려한 실험적 연구 및 수치해석 연구를 병행하여 보다 정확한 세굴심 산정식을 도출할 수 있다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제20권2호
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• pp.84-90
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• 2017

본 연구는 3차원 CFD(Computational Fluid Dynamics)이용하여 모노파일 기초 주변의 환형 세굴방지공에 의한 세굴방지 효과를 파악하였다. Torsethaugen(1975)의 수리모형 실험결과를 바탕으로 FLOW-3D의 해석결과를 검증하였다. 검증결과를 바탕으로 유속변화에 따른 세굴을 연구한 결과, 유속이 증가할수록 최대 세굴심과 세굴폭 또한 증가하는 경향을 확인하였다. 모노파일 기초 주변에 세굴방지 효과 연구를 위해 바닥면에 환형 세굴방지공을 부착하여 수치실험을 수행하였으며, 약 68.5%의 세굴 감소 효과를 확인했다. 또한 하강 유속과 구조물 주변 저층 유속이 감소한 것을 확인하였고, 이는 세굴방지공이 세굴에 영향을 미치는 하강류의 저감 효과를 보이는 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.94-94
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• 2019

보의 주요한 기능은 수위 및 유량을 조절이며, 수심을 확보하거나 하상 경사를 조절하기 위하여 설치된다. 보의 설치는 평균 흐름뿐만 아니라 강한 난류 흐름을 생성한다. 보의 실용적인 측면에도 불구하고, 이러한 흐름의 교란은 보의 상류뿐만 아니라 하류에 하상 변화를 초래한다. 이는 종종 하천의 안정뿐만 아니라 보 자체의 안전에도 영향을 미친다. 보 하류의 국부 세굴은 보를 지나는 3차원 흐름 특성을 가지는 복잡한 조직구조에서 기인한다. 특히, 이러한 흐름은 보에서 발생하는 큰 박리 흐름과 이어서 나타나는 재순환 영역 및 강한 하강류로 특징지을 수 있다. 보 하류 흐름에 관한 많은 실험 및 수치모의 연구가 수행되어왔다. 그러나 실험은 보 또는 하상과 같은 벽 경계면과 수면 근처의 세밀한 흐름 특성을 파악하기 어렵다. 또한, 기존의 RANS (Reynolds averaged navier-stokes) 모형은 조직구조와 같은 3차원 흐름 특성을 파악하기에 적합하지 않다. 본 연구에서는 큰 와 수치모의 (large eddy simulation)을 이용하여 세굴공이 발달한 경우와 그렇지 않은 경우의 보 하류의 흐름 특성을 분석하였다. 보에 의해 발생한 재순환 흐름은 세굴공이 발달하면서 그 영역이 확장되며, 재순환 흐름의 하강류의 세기는 약해지는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 세굴공이 발달하면서 최대 세굴심의 위치는 재순환 흐름의 하단 끝 부분과 일치하는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제34권6호
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• pp.641-649
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• 2001

본 연구에서는 군말뚝 교각 주위에서의 세굴특성을 실험을 통하여 파악하였다. 실험은 4개, 9개, 15개, 35개의 파일로 구성된 군말뚝에 대해 수행하여 파일수, 유속, 접근각에 따른 세굴형상, 최대세굴심의 깊이 및 위치의 변화를 살펴보았다. 실험결과에 의하면, 4개 및 9개로 구성된 군말뚝의 경우 유속비와 상관없이 단일교각의 최대세굴심과 흡사하였고, 15개와 35개로 구성된 군말뚝의 경우 유속비가 증가함에 따라 최대세굴심도 급격히 증가하여 단일교각 세굴심 의 약 2.2배 증가함을 알 수 있었다. 또한 세굴형태는 말뚝간격이 조밀해질수록 원형의 세굴공이 중첩되어 전체적으로 직사각형의 형태를 띠는 것으로 나타났다. 75개의 파일로 구성된 군말뚝에 대한 접근각의 영향을 살펴본 결과 세굴심은 접근각이 35$^{\circ}$에서 최대가 되었으며 이때의 세굴공은 대각선 방향으로 형성됨을 알 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.345-345
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• 2011

최근 각종 하천 개발 사업이 활발히 진행되면서 하천환경변화에 따라 발생 가능한 다양한 현상 예측 및 그에 대한 대책수립이 요구되는 실정이다. 특히 하도안정 및 평면적 유로를 유지하기 위해서는 수제와 같은 수공 구조물이 효과적인 것으로 알려져 있다. 그러나 국내에서는 제한적인 연구와 소수의 수제 설치만 진행되었을 뿐 실용화를 위한 기술 개발 연구는 미흡한 실정이다. 단일 수제의 기하학적 특성에 의한 세굴 및 퇴적 등 하상의 변화에 관한 연구는 다수 진행되었으나 연속 수제에 대한 연구는 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 이동상 수리실험을 통하여 단일수제와 연속수제 설치에 따른 세굴깊이와 길이, 폭 등 하상변화의 기하학적 형상을 지배하는 월류비와 후루이드 수 등 수제설계 지배인자에 대한 특성을 검토하였다. 단일수제와 연속수제에 대하여 월류조건과 비월류조건의 경우로 분류하여 후루이드 수의 영향을 검토하였다. 실험분석 결과 후루이드 수와 월류비가 수제 설치에 따른 세굴 깊이, 세굴 길이 및 세굴 폭의 지배인자임을 확인하였다. 후루이드 수가 증가할수록 세굴깊이와 길이, 폭은 증가하는 것으로 나타났으나 월류비가 증가할수록 세굴깊이와 길이, 폭은 감소하는 것으로 나타났다. 연속수제의 경우 첫 번째 수제 주변의 하상변화는 단일수제와 그 규모가 유사한 것으로 나타났으나 두 번째 또는 세 번째 수제부터의 하상변화 규모는 첫 번째 수제에 비해 작아지는 것으로 나타났다. 또한 세번째 수제 이후 모든 수제에서의 하상변화 규모는 거의 일정한 것으로 확인되었다. 본 연구에서 제시한 하상변화 지배인자와 단일수제, 연속수제 별 세굴공의 기하학적 특성과의 관계는 하상의 안정성 확보를 위한 수제 설계를 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2009년도 정기 학술발표대회
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• pp.164.2-164.2
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• 2009

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.237-237
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• 2019

현재 한반도에서는 대규모 하천정비가 지속적으로 진행되고 있다. 그 결과 하천은 평형상태를 맞추기 위하여 여러 가지 현상들이 발생하는데, 대표적인 현상 중 하나는 세굴현상이 있다. 이는 하천의 호안, 교각, 교대 등에 일어나 구조물의 안전성을 떨어뜨리고 큰 피해를 발생시킬 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 설치 할 수 있는 구조물이 날개공이다. 본 연구에서는 곡선수로의 연속식, 흐름 방향의 운동방정식 및 와도 방정식을 수치모의기법을 통해서 날개공의 위치 및 개수, 크기, 각도, 간격 등에 따라 유속의 변화를 살펴보고 그에 따른 외안부근에서의 하상변화를 분석하였다. 분석 결과 날개공을 일정 간격별로 설치 하였을 때 개수에 따라 각각 날개공으로 인한 유속 및 수면유속의 감소가 크게 일어났고, 유속감소로 인해 하천의 횡단 방향하상 단면의 변화가 줄어들어 세굴현상이 감소되는 결과가 나왔다. 또한 날개공의 크기 및 모형에 따라서도 유속 및 수면 유속등의 큰 차이가 생겨 이에 따라 세굴 현상이 감소되는 결과가 나왔다. 본 연구 결과를 발전시켜 실제 하천에 적용할 수 있는 날개공 설치의 가이드라인을 제시한다면 현재 대규모하천정비에 따른 많은 문제점들을 해결할 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.142-142
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• 2011

자연형 하천 복원 사업은 하천 복원 사업과 함께 친환경적 기능을 중시하는 연구가 활발하게 진행중이다. 본 연구에서는 계단형 낙차공의 평면형상의 곡선형 낙차공에서의 수리모형 실험과 수치모의를 통해 흐름 특성 및 형상을 검증하였다. 계단형 낙차공으로 수리모형 실험과 수치모의를 한 결과 복잡한 수공 구조물의 흐름 특성은 동일하게 나타났다. 본 연구에서 수리모형과 수치모형은 동일한 SCALE과 실험조건으로 하였다. 계단형 낙차공은 우측에어도가 설치되어 있어 흐름이 우측으로 많이 편향 되어 세굴심이 일어나는 것을 확인 할수 있다. 이러한 세굴 특성은 실제 자연형 하천에 적용 되었을 경우 문제점을 야기 시킬 수 있으므로 본 연구 결과를 분석하여 물받이공 산정 등에 활용될 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제41권8호
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• pp.845-854
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• 2008

하천과 관련된 역사와 문화를 지닌 신라의 옛 교량 월정교는 우리나라의 고대 교량의 축조방법과 토목기술을 보여주고 있으며 국내에서 가장 오래된 석교로써 복원사업이 현재 수행되고 있고 교량뿐만 아니라 주변 지형까지 복원하는 방식으로 수행되고 있다. 본 연구에서는 수리모형실험을 통해 월정교 영역의 수위와 유속 등의 수리특성 및 교각세굴과 옛 방식의 격자판과 사석을 조합한 세굴보호공의 안정성을 분석하였다. 실험 결과 빈도별 홍수 발생시 교각 복원으로 인한 수위 상승은 30cm 내외였으며 최대 상류 200m까지 영향을 미쳤다. 최대세굴심은 4번 교각에서 5.4m로 나타났으며 세굴보호공 실험은 경험공식을 이용하여 계산된 사석크기와 기존에 설치되었던 보호공 영역을 그대로 적용한 조건에 대해서 실험을 실시하였고 기존에 설치된 조건에서의 실험 결과 세굴보호공의 전면부에서 사석이 이탈하였으나 세굴보호공 영역을 국부세굴이 발생하는 세굴영역까지 확장한 조건에서 추가 실험을 실시한 결과 안정적인 것으로 나타났다.