• 한국방재학회:학술대회논문집
• /
• 2011.02a
• /
• pp.59-59
• /
• 2011

파랑의 전파와 변형에 대한 연구에는 수심방향으로 적분한 2차원방정식인 완경사방정식과 Boussinesq 방정식을 기반으로 한 수치모형을 이용한 연구가 최근까지 가장 활발하게 진행되어 오고 있다. 그러나 실제 구조물의 설계에는 2차원 수치모형에서 고려할 수 없는 수심방향 유속에 기인한 정확도의 문제로 인해 구조물의 형상과 재원을 설계하기 위한 정교한 수치모형실험이 어려워 주로 수리모형실험에 의존해 왔다. 수리모형실험은 실제 현상을 가장 잘 재현해낼 수 있어 신뢰성이 매우 높지만 다양한 실험을 수행하기가 어렵고 많은 시간과 비용이 소요되는 단점이 있다. 이에 따라 최근 수심방향으로 완전한 운동방정식인 Navier-Stokes 방정식을 푸는 3차원 수치모형에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이론적으로 매우 우수한 모형이긴 하나 정확도 높은 결과를 얻기 위해서는 매우 조밀한 격자를 필요로 하기 때문에 아직까지 막대한 계산시간이 필요하다는 단점이 있으나 컴퓨터 기술이 급격한 속도로 발전하고 있어 Navier-Stokes 방정식 모형의 적용 가능성은 계속 높아지고 있다. 파랑변형을 다루는 수치모형실험을 수행할 때 외부조파를 사용할 경우 구조물이나 지형에 의해 반사되어 나온 파랑이 조파지점에 도달할 때 실험영역으로 재 반사되는 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위해 내부조파기법의 개발에 대한 연구가 필수적이었으며, 자유수면변위를 변수로 사용하는 모형의 경우 그 연구가 매우 활발하게 진행되어 왔다. 한편, Navier-Stokes 방정식 모형의 경우 자유수면변위를 변수로 사용하는 2차원 모형에 비해 상대적으로 연구가 미흡하였다. 본 연구에서는 기존의 연직 2차원 Navier-Stokes 방정식 모형에 사용된 연속방정식에 질량 원천항을 추가하는 내부조파기법을 도입하여 3차원 수치모형에서 고립파를 내부조파하고, 급경사에서의 고립파의 처오름 및 처내림 현상을 수리모형 실험결과와 비교 및 분석하였다. 수치모형은 Navier-Stokes 방정식을 엇갈림 격자체계에서 계산하는 동수압 모형으로서, Two-step projection 기법을 사용하는 유한차분모형을 사용하였다. 본 수치모형은 난류의 해석을 위해서 상대적으로 큰 에디(eddy)만을 고려하는 SANS(spatially averaged Navier-Stokes) 방정식을 계산하는 LES(large-eddy-simulation) 기반의 수치모형으로, 난류 모델링을 위해 Smagorinsky LES 모형을 사용한다. 또한, 압력장의 계산을 위해 Bi-CGSTAB 기법을 이용하여 Poisson 방정식의 해를 구하였으며, 자유수면 추적을 위하여 2차 정확도의 VOF(volume-of-fluid) 기법을 사용하였다. 수치모형실험이 전체적으로 수리모형실험에서 관측한 파랑의 처오름 및 처내림 현상을 잘 재현하고 있는 것으로 나타났으며, 정량적인 비교를 통해 수치모형의 성능을 검증하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2007.05a
• /
• pp.941-945
• /
• 2007

도시하천에서 환경적 기능이 중요성을 더해가면서 복단면의 홍수터에 교목이 식재 되어지는 경우가 있다. 그러나 식생은 하천의 흐름저항을 크게 하고 통수능을 감소시켜 수위상승이나 국부적인 유속 증가를 유발할 수 있으므로 하천에 식생대를 조성하거나 향후 관리를 위해서는 식재로 인해 변화되는 수리학적 특성들을 이해하는 것이 무엇보다 중요하다. 따라서 본 연구에서는 하천복원의 주 대상이 될 수 있는 도시하천의 홍수터에 교목의 식재 가능성을 알아보기 위해 수리실험을 실시하였다. 실험수로는 우리나라 도시하천의 대부분이 홍수터를 갖는 복단면임을 고려하여 복단면 형태로 제작하였으며, 실험은 길이 16 m, 폭 0.8 m, 높이 0.9 m이고 벽면이 아크릴로 된 직사각형 가변 경사 개수로 실험 장치를 이용하였다. 수로경사는 0.5 %, 실험 식생의 밀도는 4.4 %로 고정하고, 실험유량을 $0.03{\sim}0.04\;m^3/s$, 수심(h)과 홍수터 폭(w)의 비(h/w)를 1.2, 1.7, 2.2로 변화시키면서 실험을 실시하였다. 실험결과 최대 수심변화는 유량이 $0.04\;m^3/s$이고 수심/홍수터 폭 비가 1.2일때 약 4 %로 측정되었고, 저수로에서의 유속의 증가 범위는 단면 평균유속에 비교하여 약 $50{\sim}85\;%$로 확인되었다. 이는 복단면에서의 저수로 유속은 홍수터에 식재가 되었을 경우가 그렇지 않은 경우에 비해 더욱 빨라짐을 의미한다. 따라서 복단면의 홍수터에 교목을 식재할 경우에는 식재에 의한 수위상승 영향 보다는 저수로에서의 유속증가에 더 많은 관심을 가질 필요가 있다고 판단된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
• /
• v.47 no.1
• /
• pp.63-70
• /
• 2014

Hydraulic habitat analysis of Benthic Macroinvertebrates was performed at Gapyeong stream. Among the kinds of the Benthic Macroinvertebrates, the most representative ones are the Ecdyonurus kibunensis from the clingers, Paraleptophlebia cocorata from the swimmers, Chironomidae spp from the burrowers, Psilotreta kisoensis iwata from the sprawlers. They showed different habitat types by the hydraulic conditions such as flow velocity, depth and particle size of riverbed materials. Habitat conditions of swimmers were determined mainly by the flow velocity rather than flow depth or riverbed materials. Burrowers prefer sand and silt, and inhabited at the riverbed. Sprawlers prefer cobble or boulder and inhabited for velocity of 0.05~0.15 m/s. Clingers prefer pebble or cobble and inhabited for velocity of 0.06~0.15 m/s. Although the habitats of each groups are different by the hydraulic properties, they were found to be different mainly by the water velocity.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2010.05a
• /
• pp.1936-1940
• /
• 2010

본 연구에서는 갑작스런 호우로 인한 다목적댐 저수지 수위의 급격한 상승에도 유기적으로 대응할 수 있도록 우리나라 기후 맞춤형 수위연동 장치를 고안하였다. 현재 기본적인 제작은 완료되었으며, 수위변동으로 인한 장치의 인장 및 수축 시 균등한 측정간격을 유지할 수 있는 연동 기능의 확인 및 검증을 위한 현장 실험을 수행하고 있다. 실험결과는 2010 년 1월 1일부터 약 41일간의 수심별 수온 및 수위변화에 따른 장치의 연동특성에 나타내었다. 각 수온 자료의 측정수심은 앵커에 설치한 수위계를 이용하여 확보하였으며, 또한 각 수심별로 설치한 수위계를 이용하여 취득된 수온의 측정 위치를 확인하였다. 본 장치는 현재 약 60 m의 최대 수심을 고려하였으며, 저수지 수위변동 시 수표 면으로부터 동일 수심에서의 수온모니터링 및 부력재를 이용한 수위변동 시 등간격 연동 측정이 가능하다. 또한 향후 4 대강 및 저수지에서의 수위변화에 연동한 수온 조사 뿐 만 아니라 유속, 탁도 및 염분 등 수리특성 조사 업무까지 활용범위 확대가 가능하다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2020.06a
• /
• pp.46-46
• /
• 2020

하천의 합류부는 지류와 본류가 만나 수리 및 수질 특성이 변화하는 구간으로 매우 중요한 지점이다. 따라서, 최근에는 ADCP와 같은 측정장비를 활용하여 실제하천을 대상으로 합류부의 수리학적 혼합거동을 분석하는 많은 연구들이 수행되고 있다. 하지만 기존의 연구들은 대부분 중소하천 규모의 합류부를 대상으로 연구가 수행되었고, 유속이 존재하는 하천을 대상으로 연구가 수행되었다. 그리고 기존의 연구들은 대부분 수리특성을 활용하여 합류부의 지형학적 특성을 함께 고려한 연구가 대부분 수행되어 합류부의 수질적인 혼합거동을 분석한 사례는 매우 드물다. 이에 본 연구에서는 낙동강과 황강합류부에서 ADCP와 YSI를 활용하여 본류의 유량이 지류에 비해 매우 크고 저유속인 대하천에 유입되는 지류를 대상으로 수리·수질 특성을 기반으로 혼합 패턴을 분석하였다. 수리특성 분석을 위해 ADCP를 활용하여 수심평균유속분포, 2차류를 분석하였고, 수질특성을 분석하기 위해 YSI의 전기전도도(EC)를 수질인자로 활용하여 합류부의 혼합 거동을 분석하였다. YSI 장비는 보트에 장착하여 단면 혹은 수심방향으로 이동식으로 적용하였고, 공간위치는 동시에 운용된 ADCP의 GPS자료와 연동하였다. 분석결과, 기존의 ADCP의 유속측정 결과로는 본 연구대상과 같은 저유속 대하천에서 공간적 혼합 거동을 포착하는데 한계가 나타났다. 반면에, 수질인자(EC)를 연계하여 합류부 수질의 공간분포를 나타낼 경우 본 대상인 황강-낙동강 합류부와 같은 평수기 저유속 대하천의 혼합거동을 포착 및 분석할 수 있는 것으로 나타났다. 따라서, 대하천의 저유속인 합류부의 혼합 거동 분석은 유속분포와 같은 수리특성과 함께 수질인자(EC)를 연계한 분석을 통할 경우 혼합 거동의 분석이 용이해짐을 확인할 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2008.05a
• /
• pp.650-654
• /
• 2008

친환경 공법의 수리적인 안전성 검토는 식생 및 자연재료의 물리적 특성, 하천의 수리 수문학적 특성, 유사특성과 이들의 상호관계 등에 대한 분석이 요구되며, 이에 선행하여 분석에 이용되는 장기간의 충분한 자료가 구축되어 있어야 한다. 그러나 우리나라의 경우 이러한 자료는 부족한 실정이며, 주로 시범구간을 통한 제한된 자료만이 이용되고 있을 뿐이므로 수리학적 치수방재적 측면에서 친환경 공법의 안전성 평가에 있어 많은 어려움을 겪고 있다. 본 연구에서 수질정화체의 배치 변화를 통한 수치해석 통하여 수심 및 유속분포를 비교 분석하여 수로의 3차원적 흐름특성을 파악하고, 실제 대상수로에 수질정화체를 설치하여 수로의 수리적 안정성을 연구하였다. FLOW-3D와 수리모형시험 그리고 대상수로 모니터링을 각 경우에 따라 유속, 수위를 측정하여 다양한 조건에 대한 흐름 특성을 연구하였다.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
• /
• v.24 no.3
• /
• pp.228-234
• /
• 2012

Two-dimensional hydraulic experiments for wave overtopping under non-breaking wave condition are conducted. The wave overtopping formula for vertical structure is suggested and the results are compared with EurOtop (2007). The relative water depth coefficient (${\gamma}_{kh}$) shows that almost the same coefficient is obtained for certain range (kh > 1.55) regardless of relative water depth, that is, although the relative water depth becomes larger, the relative water depth coefficient is almost same. When the wave steepness becomes larger the wave steepness coefficient decreases. The overtopping formula are expressed by relative freeboard(R) and non-dimensional wave overtopping rate(Q) and this formula has the form of exponential function. In this formula, the effects of wave period on wave overtopping are quantitatively investigated and suggested through the relative water depth coefficient(${\gamma}_{kh}$) and wave steepness coefficient(${\gamma}_s$).

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2016.05a
• /
• pp.101-101
• /
• 2016

하천원격탐사는 원격탐사의 하위 개념으로서 계측하고자 하는 대상인 하천이나 호소 수체에서 발생하는 빛의 반사, 복사 또는 방출되는 양을 획득하고 분석하여 수리량, 지형 등 하천 조사에 활용하는 기법이다. 일반적으로 원격탐사는 주로 위성영상 자료를 활용하여 수행되어 자료취득비용이 고가이고 해외 위성자료에 의존하여 시공간적인 해상도가 매우 낮아 유역에 비해 공간적인 규모가 작고 변동 시간이 짧은 하천에 적용하는 데 한계가 있어 왔다. 또한, 단순한 사진촬영으로 도출할 수 있는 정보에 한계가 있고 자료를 저장 및 분석할 수 있는 기법도 부족하여 하천조사에 원격탐사를 활용한 사례가 드물었다. 그러나, 최근 드론과 같은 운반체 기술이 획기적으로 개선되고 있고 다양한 영상촬영장비의 개발과 IT기술의 발전으로 인해 위성영상에 비해 시공간적 해상도가 매우 정밀한 자료를 저렴한 비용으로 획득 가능해졌다. 또한, 매우 조밀한 파장대로 세분된 빛의 세기를 측정할 수 있는 초분광 영상을 이용한 원격탐사기법도 하천과 같은 좁은 영역에 적용이 가능해졌다. 초분광영상은 가시광선 외에 자외선과 적외선 영역에 해당하는 반사광을 200개 이상의 조밀한 파장대로 나누어 측정할 수 있어 수리량, 하상, 식생 등 하천 수체와 관련된 정보를 조사할 가능성이 증가하였다. 본 연구에서는 하천 수체에서 취득한 초분광 영상을 이용하여 하천특성과의 상관관계를 규명하고 이를 통해 초분광 영상 기반의 하천특성 계측 기법을 개발하고자 하였다. 드론과 같은 항공영상에 적용하기 전에, 우선 지상에서 측정된 초분광 영상과 하상재료 및 수심과의 상관관계를 규명하여 초분광 영상의 하천조사로의 사용 가능성을 점검해 보았다. 폭 10m, 수심 1m의 저수심의 소하천에 적용한 결과, 초분광 영상의 표준화 및 패턴 분석을 통해 수중에 위치한 하상재료를 구분할 수 있었고 주성분분석 등을 통해 수심과 상관성도 일부 도출되어 하천조사에 초분광영상이 활용될 수 있음을 확인하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2018.05a
• /
• pp.479-479
• /
• 2018

하천의 수심, 유속, 하상경사, 하상재료, 만곡도 등과 같은 물리적 특성에 따라 생물서식처로서 다양한 특성을 나타내고 그 특성들에 의해 서식처의 유형을 구분할 수 있다. 이러한 서식처 유형에 따라 수중음향의 특성이 달라지며, 수중음향의 서식지의 양적 표시자로서 잠재력으로 인해 최근 많은 연구들이 시도되고 있다. 본 연구에서는 인공적인 영향을 적게 받은 자연하천으로 양양 남대천 12개 지점을 대상으로 하여 서식지의 형태에 따른 수중음향과 하천의 수리적 인자에 따른 관계를 파악하고자 하였다. 서식처 유형으로는 빠른 유속에 얕은 수심을 가지고 있는 여울(riffle), 수심이 깊고 유속이 느린 소(pool), 낙차가 있는 계단형 여울(step riffle)에 대해 조사하였다. 수중배경음은 여울과 계단형 여울이 유사하게 나타났으며 소는 상대적으로 낮은 배경음을 나타내었다. H2, H4, H5, H9, H10 지점은 여울 형태로 유속에 따라 H2, H5, H4, H9 지점 순으로 음압레벨이 낮아지는 경향을 보였으며, H10지점은 H9, H4 지점에 비해 낮은 유속임에도 높은 음압레벨을 보였다. 이는 H10 지점의 하상이 조도가 매우 큰 전석으로 이루어져 나타나는 현상으로 판단된다. H3, H6, H7, H8, H12 지점은 소 형태로 H12 지점을 제외하고 대체로 낮은 음압레벨을 보였으며, H3과 H6지점에서는 저주파수에서 높은 음압레벨을 보였다. 이는 수심이 깊은 경우 상류의 저주파수의 음파가 잘 전달되기 때문으로 판단된다. H1과 H11지점은 계단형 여울로 낮은 수심에서 빠른 유속을 가진 H11지점과 느린 유속을 가진 H1 지점에서 대체로 높은 음압레벨을 나타내었다. 이는 낙차에 의한 수중음향 발생에 의한 것으로 판단된다. 세 가지 유형에 따른 수중 음향을 비교하였을 때 음압레벨은 계단형 여울, 여울, 소 순서로 높게 나타났다. 결과적으로 수중음향이 서식처의 수리적 특성에 따라 다양한 특성을 나타내고 있으며, 이를 통해 생물서식처를 평가하기 위한 새로운 방법으로 수중음향의 활용 가능성을 제시하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2017.05a
• /
• pp.522-522
• /
• 2017

하천에서 식생은 하도내 흐름저항과 항력을 증가시켜 유속과 유사이동을 감소시킨다. 유속의 감소로 인해 유사가 퇴적되어 사주 발생이 증가하며 이는 하도 지형변화의 중요한 요인이 된다. 하천내 식생은 하천생물의 서식과 밀접한 관련이 있는 물리적인 서식환경을 변화시키게 된다. 이러한 물리적인 서식환경 변화는 수중음향으로 표현되는 하천의 음환경(Soundscape) 변화로 연결된다. 본 연구는 하천 식생대에서의 수중 음향변화를 식생유무, 수온, 수심에 따라 분석하고 수리학적 특성과의 상관관계를 파악하고자 한다. 실규모 하천 수로에 식생 38 주/$m^2$를 식재하고 1 m정도 성장시킨 후 식생을 완전 침수시켜 $3.2m^3/s$의 유량을 공급하여 유속의 변화와 수중음향을 측정하였다. 오후시간대와 새벽시간대를 이용하여 수온이 다른 조건에서 측정하였고, 수심은 표면 3 cm, 40 cm, 80 cm 깊이에서 각각 측정하였다. 측정지점은 식생구간의 상류지점(A), 식생구간(B), 식생구간의 하류지점(C) 세 곳을 선정하였고, 유속은 micro-ADV, 수중 음향은 Hydrophone을 사용하여 5분간 측정하였다. 측정 주파수 spectrum은 1/3 Octave band로 처리하여 음압을 비교분석하였다. 주파수에 따른 음압을 분석한 결과 측정지점에 관계없이 주로 125 Hz, 315 Hz에서 높게 나타났다. 수심에 따른 음향을 분석한 결과 식생이 없는 상류(A)지점에서는 수중음향의 차이가 크게 나타났으며, 식생지점(B)과 식생이 없는 하류(C)지점에서는 수중음향이 유사하게 나타났다. 이는 식생에 의한 유속의 저하로 인해 흐름이 안정화되어 나타나는 현상으로 판단된다. 수온에 따라서는 식생구간(B)과 하류(C)지점에서 대체로 큰 차이를 보이지 않았으나 상류(A)지점에서는 수온이 높을 때 음압이 더 크게 나타났다. 이는 온도가 높을수록 소리의 전달속도가 더 빨라지기 때문으로 판단된다. 이처럼 식생의 유무와 수심, 온도에 따라 하천의 수리학적 특성이 달라지고 이에 따른 수중음향도 달라지므로 하천의 물리적 서식환경을 평가하기 위한 인자로 수중음향을 활용할 수 있을 것으로 사료된다.