• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.172-172
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• 2015

하천에서 발생하는 소류력은 하상 변동을 발생시키기 때문에 주변 구조물이나 하천의 흐름특성 등을 변화시키게 되며, 유사이송, 침식 및 퇴적, 유동해석 등에 매우 중요한 하천 계수이다. 하천에서 소류력의 직접 측정은 매우 어려워 직접 측정 대신 하천경사 및 동수반경을 기반한 단면 평균소류력 산정 공식을 일반적으로 이용한다. 그러나, 이러한 방식은 상세한 유사이송, 세굴 등의 해석에는 한계가 있기 때문에 국부적인 소류력이 필요하다. 실내 실험에서는 프레스톤게이지를 활용한 직접 측정이나, 난류측정을 통한 레이놀즈 분포를 외삽하여 단면에서 국부적인 소류력을 측정하는 방식이 사용되어 왔다. 반면, 실제 하천에서는 국부 소류력 직접측정 및 난류 산정이 거의 불가능하거나 비효율적이므로 대안으로 하천의 연직유속분포에 대수분포를 적용하여 소류력을 추정하는 간접적인 방법이 제시되어 왔다. 일부 실내실험에서 대수법칙을 통한 소류력 산정 방식은 직접 측정을 통해 검증한 바가 있으나 실제 하천은 난류의 공간 시간적 스케일이 실내 규모와 상이하여 국부 소류력에 영향을 미칠 수 있어 이러한 검증결과를 현장 적용하기에는 한계가 있다. 본 연구에서는 실제 규모 하천에서 대수법칙을 활용한 국부 소류력 산정 결과와 레이놀즈 응력의 연직분포 측정을 통해 산정한 값과 비교하여 대수법칙 활용 소류력 산정 방식의 적용성을 검토하였다. 실험은 중소규모의 하천을 재현한 한국건설기술연구원 안동하천실험센터 직선(A1) 및 사행(A2) 하천의 유속측정을 수행하였으며, 유속 측정에는 정밀도가 높으나 실내에서 주로 사용된 초음파지점유속계(Micro ADV)를 현장에 설치하여 사용하였다. ADV의 관측 시간은 90초이며, 직선수로에서는 횡방향으로 25 cm 간격, 수심방향으로는 5 ~ 10 cm 간격으로 측정하였고, 사행수로는 횡방향으로 50 cm 간격, 수심방향 5 ~ 10 cm 간격으로 측정을 수행하였다. 실험결과 대수법칙과 레이놀즈 분포로부터 산정된 국부 소류력은 사행과 직선 모두 상당한 이격을 보였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.21-21
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• 2022

충적하천의 하상과 제방은 흐름에 의해 쉽게 침식되는 사립자들로 구성되어 있다. 흐름이 더욱 강해지면 커다란 입자들도 움직이게 되고 더욱 커지면 결국 모든 입자들이 움직인다. 이렇게 흐름에 의해 하상과 제방을 구성하는 사립자들이 움직이기 시작하는 상태를 한계운동이라 하며, 이때의 흐름조건을 한계조건이라 한다. 한계조건은 이동상 수리학의 시작으로, 이때부터 흐름은 물과 유사의 혼합이라는 이상류가 되어 순수한 물의 흐름보다 더 복잡하게 된다. 개수로는 관수로와 달리 반드시 자유수면이 있으며, 따라서 물과 공기와의 마찰은 상대적으로 매우 작으므로 개수로의 전단응력 분포는 관수로와 달리 근본적으로 비대칭이다. 따라서 전단응력은 수로 바닥이나 측벽에서만 작용하게 된다. 한계조건은 이러한 추상적인 의미에 앞서 바닥이 침식되지 않는 하도나 수로의 설계 등에 기본적인 자료가 된다. 개수로에서 경계면의 전단응력을 힘으로 표시하는 것을 통상 소류력이라 하며, 개수로 경계면에서 전단응력의 분포도; 이른바 단면의 평균 전단응력의 개념을 도입하여 해석하고 설계기준으로 제시되고 있다. 본 연구에서는 자연하천과 유사한 조건의 건설기술연구원 하천실험센터의 급경사수로에서 연구를 진행하였으며, 기존 연구를 바탕으로 제작된 소류력 측정장치를 이용하였다. 하천의 설계나 평가에 적용되는 평균 소류력 개념은 복잡한 난류흐름에서 평가지표로써 대표하기 힘들기 때문에 유사 하천환경의 바닥에서 발생하는 소류력을 직접 측정하고자 연구를 진행하였고, 연구결과를 기존의 소류력 산정방법과 비교하였다. 본 연구에 사용된 장치는 실규모 실험을 위해 제작되었으며, 실규모 적용성 검토를 위해 실험실에서 충분한 검증실험을 거친 후 실규모 실험에 적용하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제45권6호
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• pp.583-596
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• 2012

호안은 제방을 보호하기 위하여 제방법면에 설치되는 구조물로써, 국내 외 설계기준에 의하여 호안을 설계할 때, 하상과 호안법면에서의 최대 소류력을 산정하여 제방 사면에 평균적인 개념으로 적용하고 있다. 제방 사면의 허용소류력을 산정하는 경우에는 비점착성 토사를 기준으로 사면의 흘러내림을 고려하지만, 본 연구에서는 0 < ${\Phi}$ < $90^{\circ}$ 의 경사를 갖는 점착성 제방 단면의 구간별 소류력 공식을 제안하였으며, 호안의 식생밀도와 공법 재료 변화에 따른 허용소류력을 산정하였다. 구간별 소류력을 산정하기 위하여 길이 20m, 폭 2m의 개수로를 설치하였고, 유량 조건을 변화하면서 수리모형실험을 수행하였다. 제방 사면의 구간별 허용소류력을 산정한 결과 호안 재료 변화에 따라서는 조도가 큰 공법의 허용소류력이 가장 크게 산정되었으며, 식생밀도에 의한 영향으로는 식생이 있는 경우 저항에 의하여 허용소류력이 증가되었지만, 밀도변화에 의하여는 큰 차이가 나타나지 않았다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제8권5호
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• pp.147-153
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• 2008

저수호안에 작용하는 외력들 중에서 유수에 의한 소류력과 항행하는 선박에 의한 항주파는 호안의 안정성에 가장 큰 영향을 미칠 수 있는 항목들이다. 본 연구에서는 이러한 외력들에 대해 호안의 안정성을 분석하였다. 분석대상지역은 서울시의 한강인공호안을 생태녹지공간으로 조성하는 시험시공구간이다. RMA-2모형을 이용하여 계산된 유속을 사용하여 소류력을 산정하고, 안정성은 대상구간에 대해 계산한 계산소류력과 호안재료의 허용소류력을 비교하여 분석하였다. 분석결과 측점 93의 200년빈도 계산소류력이 허용소류력을 초과하여 이 지점은 수리적안정성이 확보되지 않는 지점으로 판단할 수 있었다. 2007년 8월 10일의 강우에 대해서는 전구간에서 계산소류력이 허용소류력보다 작게 모의되었다. 따라서 소류력에 대해서는 안정하다고 판단할 수 있으나 부분적으로 호안이 침수된 부분에 세굴이 발생한 이유는 시공후 식생이 활착할 시간이 부족한 상태에서 작은 소류력에 대해서도 세굴이 발생하였으며, 항주파 등의 다른 외력과 중첩되어 발생하였다고 생각된다. 한강을 운행하는 한강유람선과 수상택시에 의해 발생하는 항주파를 계산하였으며 이를 이용하여 호안에 미치는 파력을 산정하여 호안재료에 따른 지지력과 비교하였다. 그 결과 한강을 운항하는 선박들이 호안에 미치는 외력은 허용지지력보다 매우 작은 값으로 판단되므로 호안은 항주파에 대해서는 안정하다고 판단할 수 있으나 소류력 등의 다른 외력과 동시에 작용할 경우소류력 등의 다른 외력과 동시에 작용할 경우에는 복합적인 외력을 고려해야 할 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.14-14
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• 2021

개수로에서는 반드시 자유수면이 있으며, 따라서 물과 공기와의 마찰은 관수로에 비해 상대적으로 매우 작고, 개수로의 전단응력 분포는 관수로와 달리 근본적으로 비대칭이다. 따라서 전단응력은 수로 바닥이나 측면에서만 작용하게 된다. 이러한 평균 전단응력 개념은 흐름에 의해 경계면 구성재료가 이동하는 이동상 수리학에서 유사이송 능력을 해석하는 기준이 되며, 경계면의 전단응력은 힘으로 표시하여 통상 소류력이라 한다. 이러한 복잡한 유체거동은 하천시설물 설계, 시공 및 관리에 있어서 구성재료의 보호능력에 따라 예상하지 못한 조건에서 쉽게 파손될 수 있다. 국내 하천의 경우 한계유속과 한계소류력에 의해 하천설계에 적용되고 있다. 한계 유속의 경우 간단한 수식에 의해 산정될 수 있지만 실제 하천의 보호능력을 대표하기는 힘들기 때문에 한계소류력이 동시에 고려되어야 한다. 한계소류력은 개수로 흐름에서 복잡하게 발생하는 이차류나, 난류 특성에 의해 산정하거나 예측하기는 매우 어렵다. 한계 소류력 뿐만 아니라 하천을 구성하는 재질의 조도계수 역시 균일하지 못하고 매우 예측하기 어렵다. 따라서 본 연구에서는 이러한 복잡한 양상을 나타내는 수리학적 요소에 대해 표준화된 실험수로에서 실험을 통해 평가하고, 체계화된 설계 지침이 되고자 연구를 진행하였다. 본 연구에서는 자연하천과 유사한 조건의 경사를 가지는 경사수로와 경사의 영향에서 자유롭게 평가를 진행하고자 기존 연구를 바탕으로 제작된 소류력 측정장치를 이용하였다. 하천의 설계나 평가에 적용되는 평균 소류력 개념은 복잡한 난류흐름에서 평가지표로써 대표하기 힘들기 때문에 유사 하천환경의 바닥에서 발생하는 소류력을 직접 측정하였다. 본 연구에 사용된 장치는 난류유속 u', v'을 이용하여 Reynolds stress산정하여 Total shear stress를 추정하는 기법을 사용하여 검증하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.1388-1392
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• 2005

호안 Mattress/Filter는 철망구조 내에 채움재를 채운 다공성 구조로서 다양한 크기의 채움재를 사용할 수 있고 이로 인하여 다양한 공극을 형성할 수 있다. 이러한 Mattress/Filter의 다공성 구조는 통수성을 증가시키기 때문에 호안부에서 흐름의 에너지 및 유속을 감소시키며, 이로 인해서 소류력이 감소되어 호안의 침식을 완화시킨다. 또한 Mattress/filter에 사용되는 채움재는 자갈, 폐콘크리트 및 슬래그를 사용하기 때문에 표면이 거칠고 조도계수가 증가하게 되며, 호안에서의 조도계수의 증가는 유속의 감소와 소류력 감소를 가져온다. 한편 Mattress/Filter가 시공되고 수개월이 경과되어 식생발달 및 안정화가 이루어진 후에는 식생과 Mattress/Filter가 일체화되며, Mattress/Filter와 식생에 의해 조도계수의 증가 및 유속감소의 효과가 더욱 커지면서 결과적으로 소류력 감소효과는 증가하게 된다. Mattress/Filter의 다공성 구조는 호안의 통수성 및 조도계수를 증가시켜 호안부의 유속 및 소류력을 감소시키기 때문에 침식 및 식생유실을 완화시키게 된다. 시공 초기 식생이 발달하기 전에 복토된 토양의 유실 우려가 있을 경우 Mattress/Filter의 표면에 토양유실방지매트를 설치하여 복토된 토양이 유수에 의해 침식되는 현상을 방지할 수 있다. Mattress/Filter 시공후 수개월이 경과한 뒤에는 식생이 발달하여 유속 및 소류력 저감효과가 더욱 증가하며, 이로 인해서 더욱 안정된 식생군락을 형성시킬 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.55-55
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• 2020

개수로 흐름에서 유체특성을 파악하는 것은 매우 중요하다. 특히 홍수가 발생하거나 유속의 증가에 따라 유체의 거동은 복잡하고 예측하기 어려워진다. 이러한 복잡한 유체거동은 하천시설물 설계, 시공 및 관리에 있어서 구성재료의 보호능력에 따라 예상하지 못한 조건에서 쉽게 파손될 수 있다. 국내 하천의 경우 한계유속과 한계소류력에 의해 하천설계에 적용되고 있다. 한계 유속의 경우 간단한 수식에 의해 산정될 수 있지만 실제 하천의 보호능력을 대표하기는 힘들기 때문에 한계소류력이 동시에 고려되어야 한다. 한계소류력은 개수로 흐름에서 복잡하게 발생하는 이차류나, 난류 특성에 의해 산정하거나 예측하기는 매우 어렵다. 한계 소류력 뿐만 아니라 하천을 구성하는 재질의 조도계수 역시 균일하지 못하고 매우 예측하기 어렵다. 따라서 본 연구에서는 이러한 복잡한 양상을 나타내는 수리학적 요소에 대해 표준화된 실험수로에서 실험을 통해 평가하고, 체계화된 설계지침이 되고자 연구를 진행하였다. 본 연구에서는 자연하천과 유사한 조건의 경사를 가지는 경사수로와 경사의 영향에서 자유롭게 평가를 진행하고자 무경사수로에서 실험연구를 통해 제방 재료의 안정성 평가방법을 제시하고, 재체의 안정성 평가를 위한 실험진행은 기 개발된 바닥응력을 직접측정하는 장치와 PIV시스템을 이용하여 수리특성을 측정하였다.(Park J.H. et al. 2016, Flow Measurment and instrumentation.) 하천의 설계나 평가에 적용되는 평균 소류력 개념은 복잡한 난류흐름에서 평가지표로써 대표하기 힘들기 때문에 바닥에서 발생하는 소류력을 직접 측정하고, 측정된 소류력을 검증하고자 난류유속 u', v'을 이용하여 Reynolds stress산정하여 Total shear stress를 추정하는 기법을 사용하여 검증하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.445-445
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• 2016

급변하는 개수로 흐름에서 발생하는 바닥전단응력의 분포는 하천구조물 설계에 있어 매우 중요한 요소이다. 하천 구조물 중 호안에 대한 하천설계기준 '설계편 제 24장 호안'에는 호안 설계에 대한 일반적인 사항이 제시 되어 있으나, 구체적인 소류력 또는 유속에 대한 기준, 각 호안공법들의 안정성을 평가하기 위한 시험법 등에 대한 구체적인 기준이 부족한 상황이다. 소류력 측정방법에는 간접측정법과 직접측정법이 있다. 간접측정법에는 Reach-Average공식, Reynolds Stress, TKE공식 (Turbulent Kinetic Energy)이 있고 직접측정법에는 Shear Meter, Preston Tube 등이 있다. 본 연구에서는 바닥전단응력을 직접 측정할 수 있는 1차원 소류력 측정장치를 개발하고, 최대유속 5m/s 가변형 고속수로 실험을 통하여 Reach-Average 공식, Reynolds Stress, TKE 공식으로 산정한 바닥전단응력 값과 1차원 소류력 측정장치 값을 비교 분석하였다. 실험케이스는 총 3개로, 22.42???, 30.00???, 41.00??? 유량을 사류이면서 난류인 상태로 실험을 수행하였다. 분석 결과, 본 연구에서 개발한 1차원 소류력 측정장치의 측정값은 TKE공식과 약 2.3% 차이가 났으며, Reach-Average공식과 약 8.1%, Reynolds Stress는 약 22.1% 차이가 났다. 즉, 본 연구에서 개발한 1차원 소류력 측정장치는 유속 범위(1m/s ~1.6m/s )에서 TKE공식을 이용한 바닥전단 응력과 가장 근사하게 나타나는 것으로 분석되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1398-1402
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• 2008

본 연구는 하천 호안의 안정성에 대한 값들을 체계적으로 정리하고 관련 기법을 컴퓨터 프로그램으로 개발하여 실무자들이 호안의 시공 설계시 안정성에 대한 평가를 쉽게 할 수 있도록 개발된 프로그램이다. 프로그램의 사용을 쉽게 하기 위해 GUI(Graphical User Interface)의 기능이 뛰어난 Visual Basic을 사용하였으며, Data-Base를 기반으로 하는 Menu-Driven 방식을 채택하였다. 프로그램의 기본구성은 호안의 수리적 안정성연구를 바탕으로 국내의 하천에서 가장 많이 사용되고 있는 식생호안공, 돌망태공, 식생호안 블록공의 3가지로 구성 되어 있으며 각 호안공의 소류력에 필요한 수리 특성 자료와 각종 계수, 호안에서 측정되어진 값을 산정 후 각 호안의 내력 소류력 값과 외력 소류력 값을 산출 한 뒤 이 들 값을 비교하여 호안의 안정성을 평가하였다. 호안의 안정성평가 프로그램을 바탕으로 하천호안의 축조 및 최근의 생태성이 강조된 하천의 호안 시공 설계 시 많은 사용이 기대된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제31권1B호
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• pp.57-62
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• 2011

하천에 설치되는 수공구조물은 유수흐름, 소류력 등에 변화를 주어 하천재해의 원인이 된다. 따라서 본 연구에서는 홍수통제 등의 목적으로 설치되는 횡월류위어에 의한 에너지변화와 소류력변화를 수리실험을 통하여 분석하였다. 실험수로는 사다리꼴 형태, 수로경사는 0.1%-1.0% 범위, 유량은 25 l/sec의 조건으로 횡월류위어 설치 전 후에 대한 실험을 수행하였다. 실험결과, 경사가 커질수록 비에너지비가 증가하였고, 경사가 1.0%에서는 비에너지비가 1보다 큰 지점이 나타났다. 소류력비는 경사가 커질수록 작아지지만, 소류력비가 1보다 큰 구간은 하류방향으로 더 넓게 분포하는 것으로 나타났고, 계산된 소류력비는 약 1.3이다.