• 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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.943-947
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• 2008

월정교는 국내에서 가장 크고 오래된 석교로써 복원 사업이 수행되고 있으며 문화재 자체만의 복원이 아닌 주변 지형까지 복원하는 방식으로 진행되고 있다. 월정교는 발굴정보에 따라 4개의 교각을 옛 모습 그대로 복원하고, 격자판 형식의 세굴보호공 역시 그대로 재현하도록 계획되었다. 복원교량의 설치는 기존 하도의 통수능 감소와 상류부 수위상승을 가져올 수 있고 교각주변에 발생되는 와류는 국부세굴의 원인이 될 수 있다. 따라서 수리영향에 의한 설계의 적정성 및 수리 안정성 검토와 세굴영향 분석이 반드시 필요하다. 또한 교각 주변의 하상 보호를 위해 설치된 옛 방식의 격자형 틀을 이용한 사석보호공은 옛 모습 그대로의 복원에 앞서 반드시 사석의 전단붕괴, 유사이탈붕괴 등의 수리학적 안정성에 대해 검토가 이루어져야 할 것이다. 본 실험의 목적은 수리모형실험을 통해 남천에 대해 기 수립된 하천계획 하에서 월정교 복원시 치수안전성을 검토하고 복원될 월정교 안전성을 평가하는 것이며 특히, 교각 주변에 설치될 옛방식의 격자판 세굴보호공의 수리학적 안정성을 평가하기 위한 것이다. 본 실험에서는 기 수립된 하천계획 상에서 허용되는 홍수들을 모형에서 재현하여 해당 홍수발생시 관심지역의 수위, 유속, 유황 등을 계측, 평가함으로써 치수안전성을 검토하였다. 세굴에 대한 안전성 평가를 위해 교각주변을 이동상으로 제작하여 모형사를 포설한 후 세굴영향을 측정하고, 계획된 보호공의 세굴 방지 효과를 검토하였다.

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

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.99-99
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• 2011

하천에서 위어 하류단의 세굴은 매우 중요한 현상이며 위어 형상에 따른 수리학적 흐름특성이 세굴거리 및 세굴심에도 영향을 미치므로, 적절한 하상보호공 설계를 위해 다양한 위어 하류단의 세굴 규모 및 세굴 형상을 산정하는 연구가 필요하다. 본 연구에서는 사다리꼴 래버린스 위어를 적용하여 일반적인 직선형 위어와 비교하였으며, 3차원 수치모의를 통해 하류단의 세굴 규모를 분석하였다. 현재 세굴 방지를 위하여 설치되는 위어 하류부 물받이 및 하상보호공의 설계 기준은 월류흐름에 의해 발생되는 하류부 세굴영향에 대한 고려가 미흡하며, 대부분 설계자료가 광정위어 및 예연 위어 형태만을 고려하고 있어 위어의 형상변화에 따른 고려 또한 부족한 실정이다. 따라서 하류부 세굴방지공의 안전하고 경제적인 설계를 위하여 위어의 형상 변화에 따른 위어 하류부 세굴 특성 분석에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서 적용한 래버린스(labyrinth) 위어는 수로 내에 설치된 횡방향 직선형 위어의 단면 형상을 변경하여 월류길이를 증가시킨 긴 마루(long crested) 위어 형태의 일종이다. 일반적으로 래버린스 위어는 월류량 증대, 수질개선 및 수심유지 효과가 필요한 수공구조물에 이용되어 하천에 적용될 경우, 관련 수공구조물의 수심 확보 측면에서 기여할 수 있는 구조물로 잘 알려져 있다. 수로폭과 유입유량을 알고 있을 경우 기존 연구자들에 의해 제시한 공식에 의해 직선형 위어의 하류단의 세굴거리와 세굴심을 산정할 수 있으며, 본 연구에서 제시한 세굴거리 비와 세굴심 비를 통해 래버린스 위어의 세굴거리 및 세굴심을 예측할 수 있었다. 분석결과 래버린스 위어의 하류단의 세굴거리는 직선형 위어에 비해 감소하고 세굴심은 증가하였으며, 총 마루길이 당 유입유량과 유입유량 조건에 따른 세굴거리 비 및 세굴심 비 변화를 통해 통수능 및 래버린스 위어의 마루길이 변화에 따른 세굴 영향범위를 조절할 수 있는 것으로 분석되었다. 추후 다양한 유량조건과 확폭비를 고려한 연구를 수행한다면 래버린스 위어의 마루길이에 따라 하상보호공 설계시 중요한 인자인 세굴거리와 세굴심을 조절할 수 있으며, 위어 형상에 따른 하류단 세굴 규모를 산정과 더불어 확장된 하상보호공 설계자료로 이용할 수 있을 것이다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제5권1호
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• pp.45-53
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• 2005

우리나라와 같이 홍수시 단기간에 걸쳐 유량이 급증하는 경우 유속에 의한 교량 기초의 급격한 세굴은 예상치 못한 교량 붕괴사고를 초래할 수 있다. 세굴은 교량의 수명이나 안정성 유지에 중요한 요인으로 작용한다. 국내의 경우, 매년 약 100여 개의 크고 작은 교량이 세굴로 인하여 붕괴 및 손상을 입고 있음에도 불구하고 장 단기간에 걸친 세굴보호대책은 충분하지 않은 상태이며, 세굴의 진행정도도 얼마나 심각한 상태인지 완전히 파악되지 않은 실정이다. 이 연구에서는 우리나라 중부지역의 중 소하천을 택하여 세굴 현황 및 세굴 보호공에 관한 실태를 조사하였다. 조사 결과 교량 288개소 중에서 보호공이 있는 교량수는 전체교량의 7.3%에 불과하여 세굴에 대한 대비가 거의 없는 것으로 나타났다.

• 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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.519-523
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• 2008

하천의 보와 같은 횡방향 구조물은 홍수시 구조물에 의한 세굴이 발생하고, 그로인해 구조물의 불안정을 초래한다. 본 연구에서는 apron 하류에 하상보호공을 설치하였을 때 하상보호공의 안정성과 하류의 세굴양상에 대해 연구하였다. Apron 상류로부터 유사의 유입이 없도록 apron 하류에 체결된 블록을 설치한 개수로에서 블록의 설치길이와 채움재를 변화시켜 수리모형 실험을 실시하여 블록의 설치길이와 채움재에 따른 안정성과 하류세굴양상을 평가하였다. Apron하류의 블록 내부에서 세굴 깊이는 블록의 설치길이, 채움재의 직경, 유량, Reynolds 수, Froude 수 등에 따라 달라진다. 세굴에 대한 블록의 안정성은 블록의 설치길이와 채움재의 직경에 가장 큰 영향을 받는다. 블록의 설치 길이와 채움재의 직경을 증가시킴으로써 블록의 안정성을 확보할 수 있다. 실험결과 블록의 설치길이가 13.35m이상일 때 블록의 안정성이 확보될 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2004년도 학술발표회
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• pp.424-428
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• 2004

본 연구는 장기하상변동, 단면축소세굴, 국부세굴로 일반적으로 분류되는 세굴형태 중 국부세굴의 방지를 위하여 교자 전면에서 발생하는 하강류를 차단함으로써 교각 및 교각기초를 세굴로부터 보호하여 세굴심을 감소시키기 위한 실험적 인구로서, 동시에 경제성을 확보하는 것을 목적으로 한다. 교각의 기초부의 전면에 유수방향과 대응되도록 세굴방지구조물을 설치하여 세굴방지구조물의 상부 끝단에 하강류를 방지하기 위하여 차단각을 주었고 세굴방지구조물의 폭은 교자의 폭을 고려하여 설계하였다. 이러한 세굴방지구조물은 기초에 하강류 차단 방지시설을 설치하여 세굴심의 방지효과가 약 $20\~40\%$로 나타났으며 기존의 교자기초에 설치하던 매트 및 사석보호공에 비해 경제적 시공이 가능하며, 지속적인 효과를 볼 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.479-479
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• 2016

국내 하천에는 하천을 가로지르는 보나 낙차공과 같은 횡단구조물이 약 5만여개에 달하고 있다. 이러한 보/낙차공과 같은 하천횡단구조물에는 구조물을 월류하여 떨어지는 부분의 세굴을 막기 위하여 apron(물받이공)을 조성하도록 되어있고, 물받이공 하류부 세굴을 막기 위하여 사석을 깔거나, 돌망태를 설치하여 이 부분에서의 세굴을 막아 하상을 보호하도록 하고 있다. 그러나 사석이나 돌망태공, 블록을 이용한 보호공은 한 번 설치되면 이들 공법이 제자리에 남아 있는 한 세굴 방지에 좋은 효과를 발휘한다는 장점이 있지만 포설된 공법은 시간이 지남에 따라 혹은 홍수로 인해 이동되거나 소실되는 문제가 발생되며, 최종적으로 하천횡단구조물의 안전성에도 영향을 미치게 된다. 이와 더불어 강우량의 증대 및 집중호우 등 돌변하는 기후변화로 하천환경변화에 대한 적용 가능한 기술이 미비하다. 따라서 하천에 유해한 물질을 방출시키지 않고 하천환경 및 하천 생물의 생활사에 영향을 주지 않는 무 저독성 소재를 활용하여 치수적으로 수리적 안정성을 강화시키고, 생태적으로도 건강한 생태하천 복원 기술개발이 요구되는 실정이다. 본 연구에서는 무독성 소재를 활용하여 보 하류부에 자연친화적인 하상보호공으로 다층다공성 하상보호기술을 개발하였으며, 개발된 하상보호기술을 CFD 3차원 수치해석과 실내실험을 통하여 수리적 안전성을 검토하였다. 또한 개발된 기술은 김해시 대청천 하류 일부구간에 시범적으로 적용하였고, 시범사업 시공 전 중 후 각 단계에서 물리, 화학, 생물 모니터링을 통하여 개발기술의 현장 적용성을 검증하였다.

• 한국지반공학회지:지반
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• 제19권7호
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• pp.29-36
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• 2003