• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.6 no.2
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• pp.139-149
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• 1994

In this paper, a finite element technique is applied to the prediction of the wave resonance phenomena in harbors. The mild-slope equation is used with a partial reflection boundary condition introduced to model the energy dissipating effects on the solid boundary. For an efficient modeling of the radiation condition at infinity, a new infinite element is developed. The shape function of the infinite element is derived from the asymptotic behavior of the first kind of the Hankel's function in the analytical boundary series solutions. For the computational efficiency, the system matrices of the element are constructed by performing the relevant integrations in the infinite direction analytically. Comparisons with the results from experiments and other solution methods show that the present model gives fairly good results. Numerical experiments are also carried out to determine the proper distance to the infinite elements from the mouth of the halter, which directly affect the accuracy and efficiency of the solution.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.15 no.2
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• pp.86-96
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• 2003

A fracture or breakage of the concrete armor units in the primary cover layer of breakwaters is studied by using the reliability analysis which may be defined as the structural stability. The reliability function can be derived as a function of the angle of rotation that represents the rocking of armor units quantitatively. The relative influences of all of random variables related to the material and geometric properties on the fracture of armor units is analyzed in detail. In addition, the probability of failure for the fracture of individual armor unit can be evaluated as a function of the incident wave height. Finally, Bernoulli random process and the allowable fracture ratio may be introduced together in this paper, by which the probability of failure of a breakwater due to the fracture of armer units can be obtained straightforwardly. It is found that the probability of failure of a breakwater due to the fracture of armor units may be varied with the several allowable fracture ratios. Therefore, it should be necessary to consider the structural stability as well as the hydraulic stability for the design of breakwaters with multi-leg slender concrete armor units of large size under wave action in deep water.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.1729-1733
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• 2010

본 연구에서는 7개 지점(여주, 적성, 왜관, 진동, 공주, 구례2, 나주)에 대해 유사량 특성 분석을 수행하였다. 부유사량은 강우가 집중되는 홍수기와 이의 전 후시기인 저 평수기(2회)로 나누어 왕복수심적분법(D-74)으로 측정하였고, 하상토는 BM-54, Grab Sampler(60 L), 선격자 등을 이용하여 홍수기 전 후로 2회 채취하였다. 채취된 시료는 그 목적에 따라 여과법(부유사농도), BW관법(부유사입도분포), 체분석법(하상토입도분포)으로 분석하였고, 그 결과로 작성된 평균 부유사농도 및 Oden Curve와 입도분포곡선과 수리량(수위, 유속, 측정수심, 수면폭, 수면경사, 수온)등의 자료를 이용하여 총유사량(미측정구간의 유사량 포함)을 추정(실측+계산: Modified Einstein)하였다. 총유사량 추정시, 세류사량을 제외한 부유사량을 적용하였다. 유량-부유사농도와 부유사량 및 총유사량 관계에 대한 결과는 다음과 같다: 1) 하나의 강우사상의 수위 상승-첨두-하강에 대한 측정성과는 대체적으로 Loop 형태를 보였고 이로 인해 일부 지점에서 측정성과들 간의 산포도가 다소 크게 나타났으며 수위 하강 때보다 상승시 초기 탁도의 증가 현상으로 부유사농도가 더 높은 것을 볼 수 있었다. 2) 유량-부유사농도, 부유사량, 총유사량 관계에서 왜관과 공주 지점의 경우, 첨두 수위에서 값들의 최고치를 보였고 나머지 지점들은 첨두 수위의 앞선 측정 수위에서 최고치를 보였다. 이는 강우사상별, 강우강도, 댐 방류량, 수위 상승-하강부, 유량에 따른 부유사농도와 부유사량의 특성이 각각 다른 점과 총유사량 추정시, 추정방법에서 추천하는 범위에서 벗어나는 자료를 적용해서 나타나는 결과로 판단된다. 여기서 유량, 수심, 하상토의 입도크기 등 자료의 범위가 추정공식들이 추천하는 범위에서 벗어나면 그 분석 결과도 서로 다르게 나타난다는 것은 그만큼 총유사량 공식의 범용성이 적다는 것을 의미한다. 이러한 점에서 때로는 자료 전체에 대해 전반적으로 양호한 결과를 보이는 공식보다는 정확한 답을 원하는 자료의 범위 내에서 예측하는 공식을 선정하는 것이 필요하다. 즉, 공식을 적용하여 유사량을 추정하고자 하는 하천이나 수로의 특성에 맞는 유사량 공식을 선정하는 것이 중요하다는 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.714-714
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• 2012

금강 하류부의 경우 '97년 금강홍수예경보 자료를 활용하고 있으나, 수치모형 결과 자료로 실측에 의한 검증이 이루어지지 않았으며, 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 평수기 및 홍수기의 하류도달시간 실측 기술을 확보하여 실측을 통한 수치모형의 검증 및 보완이 필요한 실정이다. 또한, 보정된 수치모형을 이용한 도달시간 실시간 예측을 통해 댐 보 운영의 효율성을 확보하고 대 내외에 검증 결과를 제시할 필요가 있다. 하천 전 구간에서 실측할 수 있는 센서기술을 활용하여 금강의 일부 보 구간에 대하여 계측을 수행하였다. 계측결과 유출량-평균도달시간에 영향을 미치는 요인으로는 하상경사, 하폭, 지류유입량, 강우량, 식생, 하천구조물 등이 있으며, 이러한 요인을 수리학적 모형을 적용하여 모든 사상에 대해 정확한 해석을 한다는 것은 매우 어려운 일이다. 이로 인해 유출량-평균도달시간과의 관계 분석을 위해서는 여러 하도구간에 대한 지속적이고 많은 계측이 수반되어야 하며, 이로부터 얻어진 계측 결과를 토대로 각 하천별 유출량별 평균도달시간 관계에 대한 해석 방법을 제안할 수 있을 것으로 기대한다. 본 연구의 계측결과는 홍수기 8회, 평수기 10회를 통해 보 건설에 따른 하류 도달시간의 영향을 분석하기에는 계측 자료가 매우 부족한 실정이며, 향후 지속적인 관측자료 확보를 통해서 보 운영에 따른 도달시간의 영향을 분석할 수 있는 기초자료 확보가 매우 중요할 것이다. 또한, 지류 유입량을 고려한 실측자료를 기초로 기존 도달시간 산정 방법을 개선하고, 도달시간 계측 결과의 신뢰성 확보를 위한 지속적인 연구개발 수행하여 금강 전 유역으로 확대 적용하기 위한 방안 마련이 필요하다. 이를 통해 4대강살리기 사업 전 후의 도달, 지체시간 분석하여 사업구간에 대한 계측을 통한 금강에서의 보 건설 전 후의 영향 검토에 반영할 수 있도록 하여 수계별 관계분석 자료로 활용할 수 있도록 제공하여야 할 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.878-878
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• 2012

도시개발에 따른 인구증가와 강수의 계절적 편중 등으로 인하여 우리나라의 수자원량은 부족한 실정이다. 따라서 이러한 수자원을 효율적으로 이용하기 위해서는 유역의 가용 수자원량의 파악과 이에 따른 최적배분이 필요하다. 이러한 하천유량은 우량이나 수위와 같이 연속관측이 어렵기 때문에 관측치가 한정되어 있는 것이 일반적이며 자연하천에서 실시간으로 유량자료를 생산하는 것은 많은 인력과 장비, 경비가 필요하게 된다. 따라서 본 연구에서는 유량자료의 생산에 있어서 시간과 비용의 경제성 등을 고려하고 좀 더 효율적인 방법을 찾기 위하여 낙동강 유역의 제 1지류인 금호강 유역 내에 위치한 동촌 수위관측소의 유량자료를 이용하여 상류에 위치한 금호 단포교 지점을 미계측 유역이라 가정한 후 유량추정방법에 따른 적용성 검토를 위해 강우-유출모형인 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)과 유역면적만을 활용하는 비유량법(Drainage-area ratio method), 유출에 영향을 주는 지형인자를 이용하는 지역회귀방법(Regional regression method)을 적용하여 그 타당성을 비교하였다. 모의된 결과, 동촌 금호 단포교 지점의 연간 상하류 유량비교에서 유량반전은 없었으며 비유량법의 유량추정에서는 높은 상관성을 보였으나 2008년과 2009년의 가뭄으로 인하여 강우-유출모형의 유량추정에서는 낮은 상관성을 보여주었다. 지역회귀방법에서는 수위관측소별 유황자료를 종속변수로 유역면적, 유역평균경사, 유로연장을 독립변수로 하는 회귀식을 산정하여 비교하였으나 본 연구에서는 사용된 자료수가 적고 수리구조물을 이용한 회귀수량 등으로 인하여 갈수량이 실측유량과는 다소 차이가 발생하였다. 미계측 유역의 유량추정시에는 자료의 축척기간과 연도별로 안정된 호우사상, 유역의 적절한 배분에 따라 결과치가 좌우되며 본 연구에서 사용된 유량추정은 관측 자료를 기초로 한 간접적인 방법들이였다. 결과적으로 금호강 유역의 동촌 지점을 이용하여 유량추정방법들을 적용해본 결과 비유량법과 강우-유출모형을 사용하는 것이 적정하였으나 관측 자료의 축적기간이 길고 상하류 간의 유량이 안정된 유역에서는 지역회귀방법의 적용으로도 안정된 유량을 산정할 것이라고 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.291-291
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• 2018

하천 및 수자원의 효율적인 관리와 더불어 다양한 수공구조물의 운영 및 관리를 위해서 구조물 주변에서 발생하는 불연속 흐름 및 급변류 등의 현상과 구조물 운영을 반영한 수치해석 기법을 이용한 모델 개발의 중요성이 커지고 있다. 본 연구에서는 하천의 불연속 흐름을 모의하기 위한 1차원 흐름해석 모형(K-River)을 개발하였다. 본 모형은 천이류와 급변류를 수치적으로 안정하게 처리하기 위하여 지배방정식을 보존형 Saint-Venant 방정식으로 선정하고, FVM과 Forward Euler 방법을 이용하여 이산화를 수행하였다. 수치흐름률을 계산하기 위해서 불규칙 단면과 하상의 급경사 등에 신뢰도가 높은 기법으로 판단되는 근사 Riemann해법 중 하나인 HLL flux를 이용하였다. 개발된 K-river 모형의 검증을 위해서 해석해가 존재하는 타원형의 하상융기가 있는 하도에 적용하였으며, 국내에서 하천 설계 및 관리를 위해서 광범위하게 이용되고 있는 1차원 흐름해석 모형인 FDM기반의 HEC-RAS 모의결과와 비교 검토를 수행하였다. 그 결과, FDM기법에서는 모의되지 않는 일부 급변류 패턴을 개발 모형을 통해 모의가능하였으며, 전체적으로 K-River가 기존 모형 보다 해석해에 근사한 결과를 나타내었다. 또한, 배수문을 비롯하여 합류부, 분류부, 펌프장, 암거 등이 설치되어 운영되고 있는 아라뱃길에 적용하여 K-River의 적용성을 평가하였다. K-River를 이용하여 아라뱃길의 흐름분석을 수행한 경우가 HEC-RAS를 이용한 경우보다 수위와 유량의 유동을 시간에 따라 세밀하게 모의하였으며, 이는 배수효과에 의한 파의 전달이 FDM기법 대비 정확히 모의되기 때문으로 판단된다. 추후 연구에서는 현재보다 시간간격을 상세화 하여 수집된 관측수위를 통해 추가적인 검증을 수행하고, 다양한 특성을 가진 타 하천 등에 적용하여 모형의 적용성을 확대하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.274-274
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• 2018

최근 지표수-지하수 혼합대 흐름은 하천의 지형학적 및 생태학적으로 그 중요성이 인지되고 있으며, 이에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 혼합대 흐름 특성에 영향을 미치는 다양한 요소들 중 하상형태 변화는 혼합대 흐름의 체류시간 및 이동경로에 가장 큰 영향을 미친다. 따라서 하상형태는 혼합대 흐름 특성 분석을 위한 수리학적 변수로 활용 될 수 있다. 일반적으로 다양한 지형측량 장비를 활용하여 종횡단으로 하상형태를 확인할 수 있으며, 최근 온도 센서를 활용하여 장기간 하상형태를 모니터링 하는 방법이 제시된 바 있다. 온도 센서를 이용하여 하상변화를 예측하는 방법은 하상변화 측정의 지속성 및 효율성을 고려한 적절한 측정 방법 중 하나이다. 온도 센서를 활용한 하상변화 예측 방법은 하상에 온도 분포 센서를 설치한 후 하상 온도 및 수온을 일정한 간격으로 장기간 측정하여 기존에 제시된 공식을 통해 시간에 따른 하상 변동고를 산정하는 방식이다. 이러한 온도 분포 센싱을 활용한 계측방법은 하천에서 발생하는 침식 및 퇴적의 시간적 변화를 모니터링 하는데 매우 경제적이며 효과적인 것으로 알려져 있다. 따라서, 온도 분포 센서를 활용하여 시간에 따른 하상형태 변화를 계측하고, 측정 결과는 하상형태에 따른 혼합대 흐름체류시간 및 이동성 분석을 할 수 있는 기초자료로 활용할 수 있다. 이에 본 연구에서는 온도 센서를 활용하여 하상형태 예측 및 하상 변동고를 산정하기 위해 한국건설기술연구원 안동하천실험센터 급경사수로에 온도 센서를 설치하여 하상 온도와 수온을 약 72시간 측정하였고 유량을 공급하기 전과 후에 Total Station으로 지형 측량을 수행하였다. 온도센서로부터 측정된 결과로 하상 변동고를 산정하였고 이를 Total Station으로 측량한 결과와 비교분석하였다. 또한, 하상 온도와 수온의 시간에 따른 변화 패턴을 확인하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.279-279
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• 2019

본 연구는 안동 하천실증연구센터에서 수행된 RIED 실험의 일환으로 실험수로내 식재된 버드나무 식생패치의 밀도에 따른 표면흐름의 특성을 검토하는 실험이다. 실험의 목적은 식생의 침수수위에 따른 식생주변 및 하도의 흐름특성을 검토하는 것으로 침수 수위조건은 유량공급조건의 변화를 통해 재현하였다. 본 연구에 사용된 LSPIV 기법은 하도내 입자투여를 통해 영상을 이용하여 입자간 이동속도를 분석하여 흐름장을 분석하는 것으로 본 연구에서 사용된 입자는 강랭이를 사용하였으며, 영상촬영은 크레인을 이용하여 캠코더를 이용하여 수로 상부에서 흐름영상을 취득하였다. 실험수로는 저면폭 3m, 만제폭 11m 사면경사 1:2의 구조로 이루어진 사다리꼴 형태의 직선수로로 이루어져 있다. 식생패치는 동일수로내 상부기준 32m 간격으로 설치되어 있으며 패치의 크기는 $4{\times}1.5m$의 크기로 이루어져 있다. 그림 1은 상공에서 촬영된 영상을 나타낸 그림으로 실험수로 및 LSPIV 분석을 위해 투하된 입자를 나타내는 그림이다. PIV 분석프로그램을 이용하여 분석된 식생대 및 하도영역에서의 유속장은 그림 2와 같다. 영상분석은 30초영상(900 frame)을 이용하여 분석하였다. 실험결과 식생패치 설치지점에서는 주흐름이 발생하는 우안측에서 높은 유속이 발생하고 약간의 편향된 흐름이 나타나는 것으로 확인되었다. 식생후면에서는 식생으로 인한 흐름의 차단 및 스크린효과로 인해 유속의 저감되는 것을 확인할 수 있다. 밀도에 따른 패치 후면부에서는 높은 밀도를 갖는 첫 번째 패치에서 유속의 저감효과가 높게 나타났으나 유량조건에 차이가 발생하는 것으로 나타났는데 이는 수위상승으로 인한 식생의 침수면적과 관계가 있는 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.465-465
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• 2016

관거시설은 관거, 맨홀(manhole), 우수토실, 물받이, 연결관, 침투시설, 저류시설, 펌프장 등을 포함하는 시설들로 구성되어 있다. 여기서 맨홀은 배수시설의 유지와 관리를 위하여 일정거리마다 설치되고 있으며, 관거의 기점, 방향, 경사 및 관경이 변하는 곳, 단차가 발생하는 곳, 관거가 합류하는 곳에는 반드시 설치한다(환경부, 2011). 그러나 하수도시설기준(환경부, 2011)에서 합류맨홀의 설치에 관한 사항은 T형 합류맨홀에 관한 개략적인 표만 제시되어 있을 뿐, 4방향 합류맨홀에 대한 구체적인 설치 기준이 제시되어 있지 않은 실정이다. 또한 에너지 손실의 저감 및 배수능력을 증대시키기 위하여 맨홀내 설치되는 인버트는 미국의 형태 및 기준을 그대로 적용하고 있으므로 관거시설의 시설의 합리적인 설계기준을 제시하기 위하여 인버트가 설치된 4방향 합류맨홀에서의 흐름특성 및 수두 손실을 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 인버트가 설치된 4방향 합류맨홀 손실계수 산정 및 흐름특성을 분석하기 위하여 문헌조사 및 현장조사를 실시하여 수리실험 장치를 제작하였다. 실험에 사용된 맨홀은 하수도시설기준(환경부, 2011)의 표준 1호 맨홀을 1/5로 축소하였고, 인버트는 설치되지 않은 조건(CASE A), 반원형 인버트(CASE B), U형 인버트(CASE C)를 각각 실험하였으며, 실험유량으로 총 유출량 (Qout)은 $2{\sim}5{\ell}/sec$, 총 유출량에 대한 측면 유입량($Q_{Lat}$)의 비($Q_{Lat}/Q_{out}$)는 0~1 조건으로 변화시키면서 흐름특성 및 손실계수를 산정하였다. 실험결과 측면유량비가 증가함에 따라 CASE B와 CASE C는 CASE A보다 맨홀 내 수심이 약 3~7%정도 증가되는 경향을 나타내고 있었으며, 측면유량비의 증가에 따른 손실계수 산정 결과, CASE B는 CASE A 보다 약 30%정도 손실계수가 증가하였으며, CASE C는 CASE A보다 약 35%정도 손실계수가 증가하는 것으로 나타났다. 이는 기존에 사용되고 있는 인버트의 형상이 4방향 합류맨홀에서의 손실 저감 및 배수능력을 증대시키기 보다는 오히려 맨홀 내 통수능력을 저하시켜 4방향 합류맨홀에서의 배수능력을 저감시키는 것으로 분석되었다. 그러므로 기 사용되는 인버트의 개선이 필요하며 관거시설의 배수능력을 증대하기 위하여 지속적인 연구를 통한 개선된 인버트의 형상 제시가 필요할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.338-338
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• 2016

준설은 흙 또는 모래, 자갈을 파내는 작업을 말하는 것으로, 준설의 목적은 수로, 하천, 항만공사에서 수심의 증가 및 수심을 유지하기 위함이다(산업안전대사전, 2004). 이러한 준설은 하천의 흐름 특성 및 제반 여건 변화를 수반하기도 한다. 준설 직후 낮아진 하상으로 인하여 수위가 감소되는 경우가 있으며, 반면에 수위 저하를 동반하지 않는 경우(저수지와 연결된 준설), 준설 부근에 퇴적이 발생하며 이는 하천의 수위 상승으로 연결될 수 있다. 이러한 수위 상승은 홍수 시 제방의 월류 가능성을 높이는 등 하천의 치수 안전성에 문제를 야기할 수 있다. 본 연구에서는 준설로 인한 하천의 수위 상승에 초점을 맞추었다. 기존 연구에서는 대부분 이러한 현상분석을 위해 수치해석을 이용하였으며, HEC-6, CCHE2D, GSTARS 등의 1, 2차원 수치해석 프로그램을 이용하였다. 그러나 1, 2 차원 수치모형은 수심에 따른 흐름특성을 충분히 반영하지 못하는 한계점을 가진다. 이에 본 연구에서는 3차원 수치해석 모형인 SCHISM을 이용하였다. SCHISM은 하구역의 흐름특성을 분석하기 위해 개발된 프로그램으로, 본 연구와 같이 단면의 급 확대부의 수치해석에 적합한 프로그램이라고 판단된다. 기존연구를 바탕으로 하상변동에 영향을 주는 인자를 산정하여 무차원화 하였으며, 하상 변동량 및 수위상승 영향의 민감도 분석을 수행하였다. 무차원인자는 준설깊이/상류수심(H/hu), 하류하폭/상류하폭($W_d/W_u$), 하류수심/상류수심($h_d/h_u$), 유량(Q)으로 결정하였다. 수치해석에 이용된 지형은 1: 2 경사의 제방을 가진 직선수로이며, 준설 구간을 기준으로 상 하류 각각 1,000 m의 길이를 확보하였다. SCHISM 수치모의를 통하여 민감도 분석을 수행한 결과 모든 수치해석 case에서 퇴적으로 인한 상류수위의 증가를 확인 할 수 있었다. 또한 하류수심/상류수심은 준설부 퇴적 및 상류 수위 상승에 가장 큰 영향을 주는 인자로 나타났다. 본 연구는 하천 준설 계획 시 참고자료로 활용이 가능할 것이며, 준설로 인한 하천수리특성 변화의 선행연구로써 의미가 있다고 판단된다.