• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1750-1754
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• 2010

구조물 주변의 국부세굴에 대한 예측은 현장관측 및 수리실험 결과를 이용한 다양한 경험식과 수리모형 실험, 수치 모의 등을 통하여 이루어진다. 본 연구에서는 최근 국내에서 많이 사용되고 있는 3차원 수치모형인 FLOW-3D의 세굴분석 능력 검토를 제고하기 위하여 민감도 분석을 실시하였다. FLOW 3D의 입력 매개변수는 평균입경(Average particle diameter), 유사 비중(Density of the sediment particle), 한계 무차원 소류력(Critical Shields number), 세굴 조절개수(Scour erosion adjustment), 한계 유사비(Critical sediment fraction), 점착성 유사비(Cohesive sediment fraction), 유사 항력(sediment drag force), 안식각(Angle of repose)이 있다. 이 중에서 평균입경, 안식각, 세굴조절개수, 한계 유사 fraction 등의 매개변수에 대해 초기값을 중심으로 일정 비율로 구분하여 민감도 분석을 실시하였다. 주요 매개변수의 민감도 분석 결과는 수리실험 결과치와 비교 검토 후에 민감도의 변화 범위와 선행하여 조정할 수 있는 매개변수를 제시할 수 있다. 이러한 결과를 바탕으로 수공구조물 주변의 국부 세굴에 관한 해석시 FLOW-3D를 이용한 분석에서 보다 신뢰도 높은 결과 산출이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제20권3호
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• pp.67-74
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• 2004

사례 연구를 통해서 실제 세립토 교량현장에 대해 기존 교량세굴 해석모델들의 적용성을 분석하였다. 하상이 실트질 점토로 구성된 강화 초지대교를 대상교량으로 선정하여 현장조사를 실시하였다. 초음파 센서장비를 이용하여 교각주변의 세굴심을 직접 측정하였으며, 불교란시료를 채취하여 지반공학적 특성을 결정하고, 또한 세굴률 실험을 통해 대상 지반의 유속별 세굴률을 분석하였다. 그 결과를 바탕으로 기존에 제안된 대표적인 교량세굴 해석모델들을 이용하여 주요 교각의 세굴심을 예측하여 실측 세굴심과 비교하였다. 지반의 침식특성을 고려하지 않는 기존의 교량세굴 해석모델들은 모두 3.6∼6.5의 비율로 세굴심을 과대평가하는 경향을 보였으며, SRICOS 방법은 실측세굴심에 비해 1.7배의 합리적인 결과를 보여주었다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.98-98
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• 2011

중소규모 하천에서 많이 설치되어 있는 경사형보를 대상으로 하류부 세굴에 대한 수리모형실험과 수치모의를 통하여 경사형보 하류부 세굴특성과 세굴영향인자들에 대한 민감도 분석을 실시하였다. 수리모형실험은 폭 0.8m, 길이 20m의 가변경사 직선 개수로에서 1 : 2(H/L)경사를 가지는 경사형보의 높이, 월류수심, 하류부 수심 변화에 따른 최대 세굴심과 세굴길이의 변화를 관측하였고, 수치모의는 유사이동 모의가 가능한 3차원 수치모형인 FLOW-3D를 이용하여 경사형 보의 경사 변화에 따른 하류부 세굴특성을 모의하였다. 수리모형실험 결과 최대 세굴심 및 세굴길이에 가장 영향을 크게 미치는 인자는 월류고이며, 하류부 수심은 최대 세굴심과 세굴길이의 감소효과 뿐만 아니라 세굴공의 형상에도 영향을 미쳤다. 낙하류의 유입 각도가 예연보에 비하여 작은 경사보는 예연보에 비하여 수평방향 유속이 상대적으로 증가하여 세굴길이가 증가하였으며 이로 인하여 세굴공 하류부 천이영역의 사면경사가 상대적으로 완만하게 형성되었다. 세굴공의 상류부에 재순환 영역이 발생되어 천이영역에서 이송되는 유사의 최대세굴심 발생 위치에 퇴적되는 현상을 방해하며 세굴공의 모양은 완전히 발달된 이중(double) 세굴공을 생성하였으며, 특히 낙하류의 유입각도와 하류부 수위의 영향으로 하류수심($h_t$)과 낙차고(H)의 비($h_t/H$)가 1.0 미만인 경우에 이중(double) 세굴공이 발생하였다. 경사형보의 경사각 영향에 따른 하류부 세굴 영향은 3차원 수치모형을 이용하여 모의하였으며, 경사각을 1V/2H, 1V/3H, 1V/4H로 변화시키며 수치모의를 수행하였다. 수치모의 결과 경사각이 증가할수록 최대 세굴심은 증가하는 경향을 보이고 그에 따른 증가율은 감소하였다. 보 높이, 월류고, 하류부 수심, 경사각 변화에 따른 세굴심의 변화는 상대민감도 방법을 이용하여 비교하였으며 주요 영향인자에 대한 민감도비는 월류고가 보 하류부 세굴에 가장 큰 영향을 미치고, 경사각, 보 높이, 하류부 수심 순이다. 특히 보 하류부의 수심은 음의 민감도를 보이며, 이는 보 하류부 수심이 증가할수록 세굴심이 감소하는 것을 의미한다. 추후 보완 실험 및 수치모의를 추가 활용한다면, 경사형보 하류부 물받이 및 하상보호공 설계를 위한 정량적인 기초자료를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.521-521
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• 2012

우리나라는 산악지역이 국토의 대부분을 차지하고 있어 전체유역을 놓고 볼 때 대하천이 차지하는 부분보다는 중소하천이 차지하는 부분이 상대적으로 크고, 교량의 길이가 짧은 소교량이 수적으로 많은 부분을 차지하고 있다. 그중에서도 특히 중소하천의 유량은 시간적으로 매우 빠르게 변화하며 유속 또한 급속히 빨라져 하상의 변형이 순식간에 일어나고 있다. 이와 같은 시간적, 공간적인 호우특성과 지형특성으로 인하여 중소하천에 위치한 교량은 특히 세굴에 매우 취약함을 보여주고 있다. 하천에 건설되는 교량의 수명이나 안정성에 세굴이 미치는 영향은 매우 크며, 특히 우리나라와 같이 홍수 시 단기간에 걸쳐 유량이 급증하는 경우 유속에 의한 교량 기초의 급격한 세굴은 예상치 못한 교량 붕괴 사고를 초래할 수 있다. 현재 국내 소하천에 설치된 교량은 약 3,470개소(지방도 기준)로 다양한 하부구조로 설계되어 있다. 이렇게 하천 내에 세워진 교량과 같은 횡단 구조물들은 그 크기에 상관없이 하천의 형태에 영향을 미치게 된다. 그중에서 교량 세굴은 하천 횡단구조물로 인하여 발생되는 가장 중요한 문제 중의 하나로써 교량 건설 시 교각에 영향을 주는 세굴을 예측하고 방어하기 위하여 다양한 방정식을 통하여 신설교량의 교각세굴을 예측한다. 하지만 대부분의 교량 세굴 공식들은 실험실에서의 실험 결과를 토대로 개발되었기 때문에 이들 공식들이 산정한 국소 세굴량이 얼마나 정확한지는 실제 현장 관측 자료와의 비교를 통해서만 검증할 수 있다. 세굴 공식들의 산정 결과를 현장 실측자료와 비교하는 연구는 그 동안 다양하게 시도되었으나, 통일된 결론에는 도달하지 못하고 있다. 본 연구에서는 기존의 세굴깊이 산정 시 일반적으로 사용되어지고 있는 세굴공식들 중 소하천 교량 규모에 적용 가능한 공식들을 선별하고, 각 세굴심 추정공식에 속한 변수별 특성분석을 위하여, 5가지의 독립변수를 설정하여 국부세굴의 현장 측정값과 예측공식의 비교결과에 대하여 불일치율을 비교분석하였다. 그 결과, 모든 공식들의 불일치율의 기하 평균이 1보다 큰 것을 보여주고 있다. 즉, 모든 공식들이 과대 추정의 의미로 정확성면에서 우수한 공식들은 불일치율의 기하 평균이 1에 가깝고 기하 표준편차가 작은 공식들이 나타났으며, 이런 점에서 Froehlich 공식, Inglis-Poona II, Blench-Inglis I, Breusers 공식 등의 기하평균이 1에 가장 근접한 결과를 나타내었다. 각 세굴공식 세굴심 산정결과의 불일치율을 각각 5가지의 변수별로 도시하여 분석하였으며, 그 결과로 소하천에 대하여 적용 가능한 공식과 소하천에 적용 시에는 과다추정의 우려가 있는 공식으로 분류되어 면밀한 검토가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제21권6호
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• pp.470-479
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• 2009

파에 의한 국부세굴은 하상재료의 지질학적 특성과 해저 하상의 유동은 물론, 수리학적 조건에 의해서도 영향을 받게되는 매우 복잡한 종합적 과정으로 생각할 수 있다. 지금까지의 대부분의 연구는 세굴심을 중점 대상으로 하였으나 전체 국부 세굴량 산정에 있어서 세굴 폭과의 관련성은 상대적으로 미미하게 다루어져왔다. 많은 국부세굴 영향인자 중에서도 파의 크기 혹은 해저 바닥에서의 유속은 국부세굴의 직접적인 원인으로서 작용하며, 이를 포함하는 Ursell 수나 KC 수 등의 무차원 매개변수는 세굴 영역과의 상관성 분석을 통해 세굴심이나 세굴폭을 예측할 수 있는 수단이 될 수 있다. 본 논문에서는 이러한 무차원 매개변수와 세굴 폭과의 관계를 규명하기 위해, 관경, 파고, 주기를 변화시키며 실험을 수행 및 분석하였다. 그 결과, Re 수나 주기 매개변수 등은 국부세굴 폭과 큰 분산을 보인 반면에 shields 수와 KC 수, Ursell 수는 좋은 상관성을 나타내었다. 특히 shields 수는 세굴심에 큰 영향을 주지 못하는 반면 세굴 폭과는 밀접한 관계를 보이고 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.57-61
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• 2016

교각 주위에서의 국부세굴은 교각을 지나는 유체의 복잡한 흐름에 의해 발생한다. 이를 해석하기 위하여 많은 난류모형을 이용한 실내실험 및 수치실험을 수행하였으나 발생하는 와류를 하천 규모에서 전부 계산하기는 매우 어려운 문제다. 따라서 국부세굴 관련으로 최대 관심사인 최대 세굴심은 인공지능 기술에 근거한 다양한 기법을 적용해 계산하여 예측하기도 한다. 본 연구에서는 기계학습 분야 중 하나인 서포트 벡터 머신 (Support Vector Machines)을 이용하여 교각주위 국부세굴을 예측하였다. SVM은 본래 초평면을 이용하여 데이터를 분류시키는 기법이나 Vapnik(1995)이 제안한 ${\varepsilon}$ 서포트 벡터 회귀 (${\varepsilon}$-support vector regression)방법을 통해 회귀분석에도 활용할 수 있게 되었다. 학습을 위해 Charbert and Engeldinger (1956), Shen et al. (1969), Jain and Fischer (1979), 그리고 Dey et al. (1995)의 실험 자료를 이용하였고 검증을 위해 Yanmaz and Altinbilek (1991)의 실험 자료를 이용하였다. 커널함수로는 다항식 함수와 방사 기저 함수를 이용하였고 각 계수는 적합한 값을 찾기 위해 시행착오법을 사용하였다. 민감도 분석을 통해 각 계수들 중 ${\varepsilon}$의 변화가 결과에 가장 민감하게 변화를 일으키는 것을 확인하였고 검증 결과 SVM가 충분히 국부세굴을 잘 예측하는 것을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.9-13
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• 2017

본 연구에서는 실내실험을 통하여 보의 경사변화에 따른 흐름특성과 보 상류에서 유사의 퇴적과정을 정량적으로 분석하고, 보 하류에서 세굴 및 지형변화 과정을 분석하였다. 보의 설치각도가 커질수록 보에 의항 굴절되는 유선의 각도가 증가하며, 하류에서 수충부가 형성되고 사수역의 크기가 증가한다. 즉, 보의 길이 대 수로 폭의 비로 정의되는 무차원 수로폭이 증가할수록 무차원 유효길이는 감소하였다. 보 상류에서는 보에 의하여 형성된 배수의 영향이 끝나는 지점에서 delta가 형성되며, 보 하류에서는 흐름이 집중되어 보 직하류 하상은 세굴되고 반대쪽에서는 이동성이 없는 교호사주가 형성되었다. 또한 충부에서는 깊게 세굴되었으며, 보의 설치 각도가 커질수록 수충부가 집중되면서 깊게 세굴되고, 세굴범위는 좁게 나타났다. 무차원 하상고가 증가할수록 유속과 delta의 이동속도의 비인 무차원 속도는 감소하며, 무차원 보의 길이가 증가함에 따라, 무차원 사주의 파장이 감소하였다. 무차원 보의 길이가 증가함에 따라 보에 의하여 굴절되는 흐름의 각이 크므로, 흐름이 집중되어 하상이 깊게 세굴되고 무차원 사주의 파고가 증가하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2000년도 학술발표회 논문집
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• pp.579-585
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• 2000

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.233-233
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• 2019

본 연구에서는 3형식 다공성 인공어초의 국부세굴 발생에 따른 인공어초의 안정성 검토를 위하여 3차원 수치모형인 FLOW-3D의 Sediment 모듈을 적용하여 분석을 실시하였다. 실험파랑 설정을 위하여 인공어초 설치 예정지인 서해 대상해역(대청도, 연평도 인근)의 100년 빈도 설계파랑을 적용하였으며, Bretschneider-Mitsuyasu 스펙트럼 기법을 통하여 파랑을 재현하였다. 원형상격자 조건은 최대 0.1m~2.0m에 해당하며, 수치모형실험 해석 시간을 고려하여 입사파랑의 진행방향으로 인공어초의 1/2 폭에 해당하는 X축(190개), Y축(80개), Z축(110~180개) 영역에 대한 격자조건 설정하고 분석을 실시하였다. 분석은 인공어초 하중에 따른 동적 거동을 반영하는 FSI(Flood Structure Interaction)기법을 적용하였으며, 분석결과 인공어초 구조물 하단의 돌출부분에서 세굴발생이 확인되었으며, 최대세굴심은 3형식 인공어초의 규격 및 단위체적당 중량이 클수록 높게 발생하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.340-340
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• 2011

자연하천의 안정은 하상경사, 유사이동, 원지반의 상태, 저수로의 깊이, 하도 및 하안의 구조와 하안식생 등에 달려있다. 이 중 하상경사는 가장 중요한 요소로써 하도의 안정을 위해서는 무엇보다도 이를 적절하게 유지하는 방안을 모색하여야 한다(김혜주 등, 2003). 이러한 자연하천의 안정을 위하여 주로 하상유지시설을 설치하는 것이 보편적이다. 이러한 낙차공의 설치는 하천설계기준을 근거로 하상의 안정성 확보라는 설치 목적에 맞게 설계 및 시공이 이루어져 하도의 안정에는 나름대로 효과적이지만 하천환경의 연속성 차단 등 다양한 생태·환경적 폐해가 나타나고 있는 것으로 알려져 있다(김혜주 등, 2003). 이러한 단점을 보완하기 위해 낙차공과 같은 횡단구조물의 본체에 어도를 설치하거나 계단형 또는 경사형 본체를 갖는 구조물이 제안되고 있으나 현재까지 제안된 보완적인 방법들로는 근본적인 생태단절을 해소하기에는 무리가 있다. 따라서 낙차공 등 하천 수공구조물 설치로 인해 야기되는 생태 환경적 문제를 해결하기 위해서는 대상하천에 서식하는 생물에 대한 이해가 우선 이루어져야 하며 이를 바탕으로 설계 및 시공하는 것이 가장 효과적이다. 이를 위해서는 구조물 설치에 따라 변화되는 수리현상에 대한 정확한 분석이 필요하다. 이에 본 연구에서는 국내외에서 제안되고 있는 낙차공 중 통나무를 이용한 낙차공의 평면형태에 따른 하류부 세굴현상을 수리실험을 통해 분석하였다. 본 연구에서는 평면형태(horizontal)에 따른 세굴영향을 파악하고자 평면각을 $70^{\circ}$에서 최대 $180^{\circ}$로 변화시켜 세굴 실험을 수행하였다. 상향 V형만을 고려한 이유는 하향 V형의 경우($\theta$>$180^{\circ}$)에는 낙차공을 월류하는 흐름으로 인해 구조물 하류부 좌 우안측에 세굴이 발생하기 쉽기 때문에 자연하천의 경우 호안측 침식이 발생한 수 있고 또한 실험수로 벽면영향으로 인해 세굴형태가 왜곡될 우려가 있어 하향 형태의 낙차공은 실험대상에서 제외하였다. 낙차공의 평면 형태가 세굴심에 미치는 영향을 검토한 결과, 유입 Froude 수( )에 대해 높은 상관이 있으며 또한 평면각도에 따라 변하는 낙차공의 횡단길이가 낙차공 하류부의 세굴심에 큰 영향을 미치고 있음을 확인할 수 있었고, 세굴길이의 경우, 평면형태에 따른 세굴길이와 세굴심의 비는 낙차공의 평면각도의 증가에 따라 세굴 길이가 짧아짐을 확인할 수 있었다.