• 한국수자원학회논문집
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• 제54권8호
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• pp.629-641
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• 2021

본 연구에서는 2차원 수치모형(Nays2DH)을 적용하여 금강에 건설된 세종보를 중심으로 보 개방 후에 홍수량 변화에 의한 하도의 지형변화 과정을 분석하였다. 이를 위해 부등류, 부정류(단일사상), 연속홍수사상을 수문특성을 반영한 흐름조건으로 수치모의를 수행하였다. 부등류 수치모의 조건은 유황에 따른 정상유량으로 상류단 경계조건을 가정하였다. 부정류와 연속홍수사상의 경우에는 실제 홍수사상들로부터 정규 수문곡선 (normalized hydrograph)을 산정 한 후, 시나리오에 따른 첨두유량으로 정규 수문곡선을 재구성하여 상류단 유량으로 가정하였다. 본 연구에서는 지형학적 변화를 정량적으로 평가하기 위해 하상기복지수(BRI)를 산정하여 시간에 따른 하상변동을 분석하였으며, 연구지역의 항공사진과 수치모의 결과를 정성적으로 비교하였다. 부등류 수치모의 결과, 각 유황별 유량이 증가하면 하폭 대 수심의 비는 감소하고, 사주의 이동속도는 증가하였다. 하상기복지수는 초기에는 증가하지만, 시간이 증가함에 따라 변화량이 작아졌다. 또한 유량이 증가하면 하상기 복지수가 증가했다. 부정류 수치모의 결과 사주의 이동속도는 유량의 변화에 따라 감소했다. 또한 첨두홍수에 대한 지형적 반응에서 시간지체(time lag)가 발생했다. 즉, 부정류에서는 하상고의 변화는 수리학적 조건에 대하여 위상지연(Phase lag) 이 나타났다. 연속홍수사상 발생에 의한 부정류 수치모의 결과에서는 각각 첨두홍수 발생에 따른 사주의 이동속도는 홍수발생이 반복됨에도 불구하고 급격하게 감소했다. 또한 부정류 수치모의 결과와 마찬가지로 위상지연이 나타났으며 사주의 이동속도는 지수적으로 감소하는 특성을 보였다. 하상기복지수는 시간경과에 따라 증가하였으나, 첨두홍수가 연속으로 발생하였음에도 불구하고 하상기복지수의 증가율은 완만하였다. 본 연구를 통해 하천의 수문특성을 반영한 지형변화 과정을 수치모의를 수행하여 분석하였으며, 이를 통해 흐름특성에 따른 하상변동의 정량적인 예측모의를 현장에 적용할 수 있는 방법을 제시할 수 있을 것으로 판단된다.

• 청정기술
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• 제28권1호
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• pp.79-93
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• 2022

본 연구에서는 Part I에서 제안한 첨단 전자산업 폐수처리시설 특화 Water Digital Twin모델인 e-ASM을 이용하여 랩-파일럿 처리장 데이터를 바탕으로 모델 보정(Calibration), 유입 성상에 따른 제거 효율, 유출수 예측 및 최적 공법 선정을 수행하였다. 첨단 전자산업 폐수처리시설의 특화 모델링을 위하여, 민감도 분석을 통해 e-ASM 모델의 정합성과 상관성이 높은 동역학적 파라미터를 선정하였고, 다중반응표면분석법 (Multiple response surface methodology, MRS)을 이용하여 동역학적 파라미터를 보정하였다. e-ASM 모델의 보정 결과, Lab-scale, Pilot-scale 단위의 실험데이터와 90% 이상의 높은 정합성을 보였다. 그리고 4가지 유기폐수 처리처리공법인 MLE, A2/O, 4-stage MLE-MBR, Bardenpho-MBR을 제안한 Water Digital Twin으로 구현하여 유입 폐수의 성상별 운전조건에 따라 제거효율을 분석하였으며, Bardenpho-MBR이 C/N ratio 변화에서도 안정적으로 COD (Chemical oxygen demand)를 90% 이상 제거하며 높은 총 질소 제거 효율을 보였다. 그리고 유입 폐수의 조건별 Bardenpho-MBR공정의 수리학적 체류시간(Hydraulic retention time, HRT)이 3일 이상일 때 1,800 mg L-1의 고농도 TMAH 폐수를 98% 이상 제거할 수 있음을 확인할 수 있었다. 이와 같이, 본 연구에서 개발한 e-ASM은 전자산업 제조시설별, 유입 폐수의 성상별 특화 모델링을 통해 높은 정합성을 가진 전자산업 폐수처리공정의 Water Digital Twin를 구현할 수 있고, 최적운전, Water AI, 최적가용기법 선정 등의 응용 가능성을 바탕으로 지속 가능한 첨단전자 산업을 위해 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

• 헤리티지:역사와 과학
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• 제55권2호
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• pp.102-111
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• 2022

흰개미는 사회성 곤충의 일종으로 목조건축문화재의 주요 손상 원인 중 하나이다. 흰개미 피해는 문화재의 원형 가치와 구조적 안정성을 저해하므로 흰개미 피해가 발생하기 전 예방하는 것이 중요하다. 본 연구는 목조건축문화재 흰개미 피해 예방을 위한 기초 연구로, 전국에 분포한 국가지정 목조건축문화재의 흰개미 피해 현황을 파악하고자 하였다. 국가지정 목조건축문화재 362건(국보 25건, 보물 157건, 국가민속문화재 180건), 1,104동을 대상으로 국립문화재연구원이 2016~2019년 실시한 '목조문화재 가해 생물종 조사' 결과를 통해 각 문화재별 흰개미 피해 현황을 정성적·정량적으로 확인하고 지역별로 비교 분석하였다. 그 결과 362건 중 317건(87.6%)의 문화재에서 흰개미 탐지견의 반응이 확인되었으며, 185건(51.1%)에서 육안으로 확인 가능한 흰개미 피해가 나타났고 두 방법(탐지견, 육안 조사) 중 하나라도 피해가 확인된 대상은 324건(89.5%)에 달했다. 1,104동의 건물 중 668동(60.5%)에서 흰개미 탐지견의 반응이 확인되었으며, 339동(30.7%)에서 육안으로 확인 가능한 흰개미 피해가 나타났고 두 방법 중 하나라도 피해가 확인된 대상은 702동(63.6%)에 달했다. 전국을 9개 지역(수도권·강원·충북·충남권·전북·전남·경북권·경남권·제주)으로 구분하여 흰개미 피해율과 각 문화재의 피해 정도를 확인하였다. 그 결과 모든 지역에서 70% 이상의 문화재들이 흰개미 탐지견 반응이 나타났으며 육안 피해는 수도권(32.1%)과 강원(21.4%)이 적고 충남권(65.6%), 전남(67.3%), 경남권(68.2%)이 높은 피해율을 보였다. 총 부재 중 흰개미 피해가 발생한 부재의 비율로 각 문화재의 흰개미 피해 정도를 정량화한 결과 전국 문화재의 평균 흰개미 피해 정도는 9.2%로 나타났으며, 각 지역별 분산분석 결과 전북.전남의 문화재들은 수도권·충북·경북권의 문화재들에 비해 통계적으로 유의미하게 높은 흰개미 피해 정도가 나타났다. 본 논문을 통해 전국의 국가지정 목조건축문화재 흰개미 피해 현황을 세부적으로 파악하였으며, 이 결과는 향후 문화재 보존관리 정책 수립에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 지질공학
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• 제32권2호
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• pp.257-270
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• 2022

본 연구에서는 제주도 전역에 대해 발생하고 있는 지하수위 저하 현상의 원인을 평가하기 위한 분석이 실시되었다. 이를 위해 지하수위, 강수, 지하수 이용량 시계열 자료 및 토지 이용에 대한 정보를 취득하고 이들 간의 상관성을 분석하여 지하수위 저하 원인을 파악하고자 하였다. 반응표면 분석법 및 민감도 분석법을 이용하여 지역별 강수 및 지하수 이용량 변화가 지하수위 변동에 미치는 영향력을 정량화하였으며, 획득된 영향력 지도 및 다양한 공간통계 자료를 비교 분석함으로써 지하수위 하강 원인을 분석하고, 이를 통해 지역별 지하수량 관리를 위한 방안을 고찰하였다. 분석 결과, 서부지역의 지하수위 하강률이 동부지역에 비하여 큰 것으로 나타났으며, 특히, 서부지역은 지하수 이용량이 지하수위 변동에 큰 영향력을 가지는 것으로 나타났다. 반면, 동부지역의 경우, 지하수위 변동에 대한 강수의 영향력이 크게 나타났으며, 지하수위 저하율은 상대적으로 작게 나타나고 있다. 하지만, 강수량 대비 지하수 이용량의 증가율이 서부지역에 비하여 빠르게 발생하고 있고, 동부지역의 넓은 기저 지하수대 형성 양상 및 해수 침투가 지속적으로 보고되고 있는 점에서 미루어 보았을 때, 지하수 이용량이 증가함에 따라 지하수의 절대량은 줄어들었음에도 염수압으로 인하여 지하수위 저하가 크지 않은 것처럼 나타났을 가능성이 있는 것으로 평가되었다. 이를 종합하였을 때, 서부지역에 대한 지하수량 관리를 위해서는 강수 및 지하수 이용량에 대한 정보가 필수적으로 고려되어야 할 것으로 판단되며, 동부지역은 이 외 광역적인 수리학적 스트레스를 가할 수 있는 요소(해수면 변동, 염수-담수 경계 위치, 등)에 대한 면밀한 연구가 필요할 것으로 판단된다. 또한, 동부 및 서부지역의 지하수위의 변동 특징이 비교적 뚜렷하게 구분됨에 따라 보다 효율적 지하수량 관리를 위해 각 지역에 최적화된 관리 방안이 제시 및 적용되어야 할 것으로 판단된다.

• 터널과지하공간
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• 제32권1호
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• pp.30-58
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• 2022

고준위방사성폐기물 심지층처분장은 공학적방벽과 천연방벽의 다중방벽으로 이루어져 있으며 각 방벽재 사이의 상호작용에 의해 처분시스템의 전반적인 장기 건전성이 영향을 받게 된다. 특히 공학적방벽재인 압축 벤토나이트 완충재와 천연방벽인 근계암반의 상호작용에 의한 완충재의 침식 및 파이핑 현상은 사용후핵연료의 붕괴열 발산, 지하수 유입 저지 및 핵종 이동 저지의 역할을 수행하는 완충재의 성능을 저하시키기 된다. 처분 초기에 벤토나이트 완충재가 흡수할 수 있는 물의 양보다 많은 유량이 근계암반의 절리로부터 유입되면 잉여 지하수로 인한 수압이 발생하고 이로 인해 완충재 자체 및 갭채움재 주변으로 파이핑 현상이 발생할 수 있다. 또한 지하수와 벤토나이트 완충재의 물리-화학적 상호작용으로 인하여 완충재의 표면의 팽윤 및 겔/졸화로 인하여 완충재의 표면에서 침식이 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 침식 및 파이핑 현상이 발생하는 조건과 이로 인한 완충재의 건전성을 명확하게 평가하는 것이 처분장의 장기건전성 평가를 위해 반드시 필요하다. 처분선진국들에서는 주로 실내 및 공학규모 실험이 수행되고 있으며 일부 전산 모델 개발이 진행되고 있는 상황이지만 실험에서 관측된 현상들을 복합적으로 모사할 수 있는 전산 모델은 개발되지 않았다. 국내에서도 다양한 침식/파이핑 시나리오에 대한 연구나 열-수리-역학-화학적 복합거동을 고려한 연구는 수행되지 않았다. 본 기술 보고에서는 현재까지 수행된 국내외 벤토나이트 침식 및 파이핑 연구와 이들이 주로 고려한 영향인자를 파악하였다. 실험값을 검증하기 위해 제안된 전산 모델들을 소개하고 향후 완충재 침식 및 파이핑 현상 규명을 위한 연구 수행 방향에 대해 정리하였다. 본 논문에서 검토한 다양한 시험 및 모델링 사례를 바탕으로 향후 국내 심층처분장환경을 고려한 압축 벤토나이트 완충재 침식 및 파이핑 관련 연구가 필요하다고 판단된다.

• 헤리티지:역사와 과학
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• 제55권1호
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• pp.243-263
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• 2022

조선 왕실에서는 영원불멸한 왕의 존재와 권위를 나타내고자 일월오봉도로 병풍을 만들어 왕의 공간마다 설치하였다. 일월오봉도는 궁궐의 가장 대표적인 의장물로 알려져 있지만, 다양한 형태로 제작했던 병풍의 실체에 대해서는 제대로 연구된 바가 없다. 이것은 현재 전하는 유물이 기록과 일치하지 않은 경우가 많기 때문이다. 본 글에서는 의궤를 중심으로, 왕실 의례에 사용했던 일월오봉도 병풍의 다양한 생김새와 장황 재료에 대해 살펴보았다. 그리고 그동안 제대로 알려지지 않았던 일월오봉도 병풍의 원형과 변형 과정까지 함께 고찰하였다. 의례용으로 제작한 왕실의 병풍들은 예식과 법도에 따라 엄격하게 제작되었고, 각각이 갖는 위상에 따라 장황에 사용하는 재료 또한 차등을 두었다. 궁궐의 정전(正殿)과 빈전(殯殿), 혼전(魂殿), 진전(眞殿)에 설치했던 오봉병과 궁중연향을 위해 제작했던 오봉병은 생김새와 크기는 모두 다르지만, 병풍을 꾸미는 비단 회장(回粧)은 일치하였다. 대체로 초록색 비단으로 가장자리를 두르고, 그 위에 꽃문양의 금박을 장식하였다. 쪽풀로 염색한 초록색 비단은 원료를 수입해야 하는 값비싼 붉은 색 비단을 대신하였으며, 영조22년 '문단(紋緞) 금지 조치' 이후에는 무늬없는 초록색 평직 비단을 사용했다. 그나마 비단에 올린 금박 첩금으로 인해 사대부가의 병풍과 차별되는 궁중 의례용 병풍의 장식미를 더하였다. 일제강점기 동안 방치되었던 조선왕실의 병풍들은 1960년대부터 유물을 관리하는 차원에서, 보존처리가 이루어졌다. 그 과정에서 장황이 개장(改粧)되었고, 원형의 모습을 많이 잃게 되었다. 이것은 전통의 장황 문화가 단절된 것이 가장 주된 원인이었다. 과거에는 고증의 부족으로 문화재를 온전하게 보존하는 데 한계가 있었다면, 지금부터는 각 분야에 축적된 연구 성과를 바탕으로 고증을 철저히 하고, 문화재의 수리 이력에 대한 정보까지 체계적으로 보존하고, 관리하는 노력이 필요할 것이다.

• 한국전통조경학회지
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• 제40권1호
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• pp.1-14
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• 2022

본 연구는 전통도시인 조선시대 무장읍치(茂長邑治)의 입지특성을 고찰하여 원형경관을 규명하는데 주력하였다. 요약된 결과는 다음과 같다. 무장읍치는 태종17년(1417)에 축조된 무장읍성(茂長邑城)을 중심으로 동쪽에 향교를 세워 문묘를 조성하고, 서쪽에 사직단을 두었으며, 읍성 내에 성황사를 세웠고, 북쪽의 진산(鎭山)인 한제산에 성황단과 여단을 배치한 유교적 공간체계를 보였다. 진산에 위치한 성황단의 경우 읍성 내의 성황사와 공존체제를 유지한 것으로 판단되었다. 읍성의 남문 앞으로 V자형 풍수계(風水溪)가 흘러 안산(案山)인 남산 앞에서 수구(水口)를 이루는데, 고을의 기운을 보호하기 위해 남지(南池)인 홍문제(紅門堤)를 조성하고 관풍정(觀豊亭)을 조영하였다. 19세기에 홍문제는 무흥제(茂興堤)로, 관풍정은 무흥당(茂興堂)으로 개칭된 것으로 보았다. 남지에는 원도를 비롯하여 읍수(邑藪)가 식재되고 송덕비와 당산목, 돌당산이 수구막이 역할을 하며 읍치 입구를 비보한 특징을 보였다. 그러나 1955년경에 남지가 매몰되고 이후 시장이 들어서면서 원형의 모습을 잃은 것으로 판단되었다. 1914년 일제강점기 부군면 통폐합(府郡面 統廢合)으로 멸실 위기에 처한 고을의 칠거리 명칭과 위치를 구명하였다. 칠거리당산은 음양론에 따라 주로 할아버지당산 입석과 할머니당산 신목이 구성의 주체가 되었다. 칠거리당산은 마을을 수호하려는 공동체적 신앙장소로서 마을 경계에서 출입을 관장하는 일곱 관문 역할과 읍치내맥을 비보하는 입지특성을 보였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제54권spc1호
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• pp.1107-1118
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• 2021

지구온난화로 인해 발생한 기후변화는 한반도의 홍수, 가뭄 등의 발생빈도를 증가시켰으며, 이로 인해 인적, 물적 피해가 증가한 것으로 나타났다. 수재해 대비 및 대응을 위해서는 국가 차원의 수자원 관리 계획 수립이 필요하며, 유역 단위 수자원 관리를 위해서는 장기간 관측된 유량 자료를 이용하여 도출된 유량지속곡선이 필요하다. 전통적으로 수자원 분야에서 유량지속곡선을 도출하기 위하여 물리적 기반의 강우-유출 모형이 많이 사용되고 있으며, 최근에는 데이터 기반의 딥러닝 기법을 이용한 유출량 예측 기법에 관한 연구가 진행된 바 있다. 물리적 기반의 모형은 수문학적으로 신뢰도 높은 결과를 도출할 수 있으나, 사용자의 높은 이해도가 요구되며, 모형 구동 시간이 오래 걸릴 수 있는 단점이 있다. 데이터 기반의 딥러닝 기법의 경우 입력 자료가 간단하며, 모형 구동 시간이 비교적 짧으나 입력 및 출력자료 간의 관계가 블랙박스로 처리되어 수리·수문학적 특성을 반영할 수 없는 단점이 있다. 본 연구에서는 물리적 기반 모형으로 국내외에서 적용성이 검증된 Soil Water Assessment Tool (SWAT)의 매개변수 보정(Calibration)을 통해 장기간의 결측치 없는 데이터를 산출하고, 이를 데이터 기반 딥러닝 기법인 Long Short-term Memory (LSTM)의 훈련(Training) 데이터로 활용하였다. 시계열 데이터 분석 결과 검·보정 전체 기간('07-'18) 동안 Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE)와 적합도 비교를 위한 결정계수는 각각 0.04, 0.03 높게 도출되어 모형에서 도출된 SWAT의 결과가 LSTM보다 전반적으로 우수한 것으로 나타났다. 또한, 모형에서 도출된 연도별 시계열 자료를 내림차순하여 산정된 유량지속곡선과 관측유량 기반의 유량지속곡선과 비교한 결과 NSE는 SWAT과 LSTM 각각 0.95, 0.91로 나타났으며, 결정계수는 0.96, 0.92로 두 모형 모두 우수한 성능을 보였다. LSTM 모형의 경우 저유량 부분 모의의 정확도 개선이 필요하나, 방대한 입력 자료로 인해 모형 구축 및 구동 시간이 오래 걸리는 대유역과 입력 자료가 부족한 미계측 유역의 유량지속곡선 산정 등에 활용성이 높을 것으로 판단된다.

• 자원환경지질
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• 제55권1호
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• pp.97-109
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• 2022

화력발전소 연소부산물로 형성된 바닥재와 바이오차는 건식 매립 시 강수와 혼합되어 토양 하부로 침투할 가능성이 있다. 이 연구에서는 강수와 혼합된 바닥재 성분이 토양 및 지하수 환경에 미칠 수 있는 물리화학적 영향을 예측하고자 하였다. 아이스 칼럼 및 침투실험을 통해 미립자인 바닥재는 대부분 증류수에 용해되어 토출구로 배수되나, 바이오차(숯가루)는 매질에 여과되는 것을 시각적으로 관찰하였다. 칼럼 실험 용출액의 이온 분석(Al, As, Cu, Cd, Cr, Pb, Fe, Mn, Ca, K, Si, F, NO₃, SO₄) 결과, 숯가루 충진 칼럼은 K가 상당히 높은 농도(0.5 cm 충진 시 19.8 mg·L^-1, 1 cm 충진 시 126 mg·L^-1)로 검출되었으나 시간에 따라 점차 농도가 감소하였다. Al과 Ca는 미량으로 검출되었으나 시간에 따라 농도가 상승하는 것이 관찰되었다. 바닥재 충진 칼럼은 실험 초기부터 Ca와 SO₄가 고농도로 검출되었으며 24시간 동안 각각 30 mg·L^-1, 67 mg·L^-1가 감소하였다. 연구 결과에 근거하여, 투수성이 좋고 포화대가 지표에 가까운 토양의 경우 오랜 시간 강수가 지속된다면, 상당량의 바닥재는 강수와 혼합되어 지하수면 아래로 침투할 수 있을 것으로 예상된다. 그러나 바이오차는 불포화대에서 걸러지며, 포화대에 도달하여도 지하수에 녹지 않아 직접적인 오염을 일으킬 가능성은 낮다고 여겨진다. 바닥재와 바이오차의 침투에 의한 토양 및 지하수 환경의 교란은 자연적 완충작용에 의해 보완되나, 실제 매립지는 대용량 고농도의 매질과 반응이 이뤄지므로 일반화를 위해서는 더욱 큰 규모의 연구가 필요할 것이다.

• 한국방재안전학회논문집
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• 제14권4호
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• pp.47-60
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• 2021

최근 기후변동성으로 인하여 집중호우의 발생빈도 및 강우강도 증가로 노후화된 여수로 바닥슬래브 표면에서의 손상이 발생하여 잦은 보수·보강이 필요한 실정이다. 이를 위해 현장조사, 수리모형 실험 및 수치모형 실험을 통하여 여수로 방류에 따른 손상발생 원인 검토에 관한 연구가 많이 진행되어 왔다. 그러나 대부분의 연구는 일반적으로 여수로의 흐름특성 및 압력분포에 대한 검토를 수행하였을 뿐 손상의 근본적인 발생원인 규명에 관한 연구는 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 여수로 바닥슬래브 손상발생 원인을 도출하기 위해 공동침식 및 수력잭킹(hydraulic jacking)으로 인한 콘크리트 탈락관점에서 3차원 수치모형인 FLOW-3D와 COMSOL Multiphysics를 사용하여 검토하였다. 또한 공동지수를 산정하고 압력분포로 인하여 구조물이 받는 응력과 콘크리트의 인장·굽힘강도를 비교하여 공동침식 및 수력잭킹으로 인한 콘크리트 탈락 발생 가능성을 확인하였다. 수문 완전개도 조건에서 여수로 방류에 따른 공동침식 및 수력잭킹에 대하여 수치모의를 수행한 결과, 여수로 하류부에서 공동지수가 0.3 미만으로 공동침식 발생 가능성을 확인하였고, 공동부 및 균열부에서 압력분포에 따라 콘크리트가 받는 응력은 4.6~5.0 MPa로 콘크리트 인장강도와 굽힘강도와 비교를 통하여 지속적인 압력변동으로 인한 콘크리트의 피로파괴 또는 휨파괴 가능성을 확인하였다. 따라서 여수로 고유속 흐름에 의한 공동 현상 및 수력잭킹이 여수로 바닥슬래브 손상발생의 다양한 원인 중 하나로 판단하였다. 그러나 본 연구는 다양한 형상 조건 및 방류 시나리오를 적용하고 유체-구조물 상호작용(Fluid-Structure Interaction, FSI)모의를 수행하지 못하였다는 한계점이 있다. 이에 향후에는 한계점을 보완하여 검토한다면 보다 효율적이고 효과적인 여수로 유지관리 방안 도출이 가능할 것으로 기대한다.