• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.734-738
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• 2010

현재 우리나라는 이상기후 현상이 발생하여 계획홍수위를 초과하는 극한홍수에 의한 피해가 심각해지고 있는 실정이다. 또한 도심지역에서 제방이 붕괴된다면 범람홍수파에 의해 적지 않은 인명 및 재산피해가 발생할 수 있다. 이와 같은 피해를 줄이려면 제방붕괴시 범람홍수파의 수리학적 거동특성을 명확히 규명하고 이에 따른 대피체계가 수립되어야한다. 이에 본 연구는 기존의 3차원 수치모형인 FLOW-3D를 통한 범람홍수파 특성연구에 조도계수 및 GMO(General Moving Object)를 추가하여 점진적인 제방붕괴로 인한 제내지에서 범람홍수파의 수리학적 거통 특성을 모의하였다. 높이 0.6m의 제방붕괴 단면이 시간에 따라 일정하게 넓어지면서 제내지로 홍수파가 유입되어 들어오도록 모의하였다. 수치모의 된 결과를 선행연구의 수리실험결과와 비교 검증을 수행하였다. 또한 수치모형 값에 조도계수를 입력하여 기존연구와 비교분석하였다. GMO를 이용하여 붕괴속도($v_0$)에 변화를 준 경우, 유속($v_{max}$) 및 수위($h_{max}$)변화에 큰 차이를 보이지 않았고, 초기 월류수심($h_0$) 변화에 따른 범람홍수파의 영향을 분석한 결과 붕괴속도 보다 큰 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 본 연구결과의 활용방안으로 제방붕괴시 홍수범람에 의한 비상대처계획(EAP) 수립에 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1629-1633
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• 2008

댐 붕괴에 따른 홍수파의 전파 및 이에 따른 하류 제내지 범람은 그 영향범위가 매우 광범위하고, 흐름 양상이 복잡하며, 하도와 범람원 사이의 제방 붕괴특성에 따라 모의 결과가 달라지는 특징이 있으나, 이러한 요소를 모두 만족스럽게 재현하기가 어려운 실정이다. 본 연구에서는 1차원(1-D) 홍수파 해석 모형과 2차원(2-D) 제내지 범람모형을 제방붕괴 모듈로 연계하여, 1-2차원 연계 극대홍수파 해석 모형(2DFM)을 개발하였다. 제방의 붕괴 원인은 여러 가지가 있을 수 있으나, 하천의 수위가 제방고를 초과하는 경우 월류에 의한 제방의 붕괴가 시작되는 것으로 설정하였으며, 제방붕괴 과정은 시간경과에 따른 붕괴폭과 붕괴심의 변화를 설정하여 파제부의 월류량으로 범람홍수량을 결정하고 2차원 범람모형과 연계하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1639-1643
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• 2008

국내에서의 범람홍수 및 범람으로 인한 제방붕괴 특성은 그 해석상의 어려움으로 인해 주로 과거 범람상황 및 지형도를 통한 경험적 추정 등에 의존해 오고 있는 실정으로 정교한 물리학적 이론에 근거하지 못하였으므로 범람홍수량, 제방의 붕괴폭 등을 정확하게 예측하기에는 미흡한 점이 많았다. 도시하천과 같이 제방 인접한 곳에 주거, 산업시설 등이 밀집하고 있는 지역에서의 제방붕괴로 인한 홍수류의 범람은 막대한 인명 및 재산피해를 발생시키는 큰 재해가 될 수 있다. 본 연구를 통해서 홍수시 제방월류로 인한 제방붕괴 양상을 예측하고 이를 통해 범람유량의 정확한 예측을 통하여 도시하천 제방 계획시 홍수피해와 투자액을 감안한 경제적인 하천 제방단면 결정을 위한 기본자료로 활용될 수 있고, 도시 중요시설물의 입지 선정시 홍수피해에 대한 판단자료로 이용될 수 있을 것이다. 본 연구에서 개발된 모형을 이용하여 Teton 댐, Mantaro landslide 댐, Spirit Lake 장애물 댐 등에 적용하여 개발된 모형의 정확성을 입증하였다. 적용결과 개발된 모형은 기존의 모형과 같은 결과를 나타내어 국내 계산환경에 적용가능함을 보여 앞으로 이용가능성이 큰것을 알 수 있었다. 적용결과 파이핑의 발생위치의 영향은 대체로 파이핑의 위치가 제체의 윗부분에 위치할수록 최대 유출량은 커지는 것으로 나타났으나 Lawn Lake 댐의 경우에는 사면의 식생의 영향으로 다른 결과를 나타내었다. 점착력은 경우에는 점착력이 클수록 유출량의 크기는 감소하는 것으로 나타났으며 마찰각은 최대 붕괴폭의 크기 및 발생시간, 댐의 높이와 폭, 저수용량 등과 유출량이 연관있어 좀 더 많은 계산결과를 이용하여 심도있는 고찰이 요구되었다. 입자의 중간크기, 공극률, 균일성의 경우 적용된 댐들 모두 유사한 결과를 나타내었고 변수들이 커질수록 유출량도 증가하였다. 댐 사면 경사의 경우에는 상,하류 사면 모두 경사가 완만할수록 유출량이 감소하였다. 위의 결과를 통해 개발된 제방붕괴 해석모형은 좀 더 많은 연구와 적용을 통해 개선과 검증이 이루어진다면 국내 제방붕괴해석에 필요한 해석모형이 될 수 있다고 판단되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.606-606
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• 2012

최근 지구 환경변화에 따른 기후변화의 영향으로 이상홍수 발생의 위험성이 증가하고, 상습적으로 홍수피해가 반복되고 있다. 홍수피해의 원인 중 하나인 하천제방의 붕괴는 월류, 침식, 제체불안정, 구조물에 의한 파괴 등으로 구분되고 이 중 월류 및 침식은 제방 파괴의 주된 원인으로 최근 통계자료에 보고되고 있다. 제방붕괴의 주된 원인 중 하나인 침식파괴로부터 제방을 보호하기 위해 제내지 사면에 호안공을 설치하며, 하천설계기준 해설(2009)에서는 제방 또는 하안을 유수에 의한 파괴와 침식으로부터 직접 보호하기 위해 제방 앞비탈에 설치하는 구조물로 정의하고 있다. 특히 사행하천의 만곡부에서는 제방파괴의 위험성이 높을 뿐만 아니라 국부적으로 집중되는 유속분포는 제방의 안정성을 위협한다. 또한 원심력, 2차류(secondary flow) 등에 의한 수위상승 등에 의해 제방이 파괴되고 월류되어 홍수피해가 발생할 가능성이 큰 취약지점이라고 할 수 있다. 본 연구에서는 2차원 수치모형을 이용하여 만곡부 흐름 특성을 분석하고 수리실험을 통해 측정된 유속 및 수위분포 결과와 비교하여 분석하였다. 또한 수리실험에서 도출된 호안 붕괴 시의 흐름을 구현하여 호안 붕괴 시 국부유속 및 전단응력을 계산하고 만곡부 호안의 안정성을 위한 설계인자를 분석하였다. 연구결과로 제시된 만곡부 안정성을 위한 설계인자는 국외 호안공 설계식과 비교하여 국부유속 및 전단응력의 설계인자의 적합성을 검토하고 국내 만곡부 호안의 안정성 설계기법개발에 도움이 될 수 있는 설계인자를 제시하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.869-873
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• 2009

도시지역에서 하천제방의 붕괴로 인해 제내지 범람 홍수파가 발생하였을 경우에 적지 않은 인명 및 재산 피해가 발생할 수 있다. 피해를 줄이기 위해서는 제내지 범람 홍수파의 거동특성을 명확히 밝혀낸 후, 제방 붕괴에 의한 홍수범람에 대한 대피 체계를 설립하는 것이 바람직하다. 본 연구는 범람 홍수파가 발생하였을 경우에 제내지에서의 범람 홍수파의 영향을 3차원 수치모형인 Flow-3D를 이용하여 모의하였다. 또한 비교 검토를 위하여 구조물이 없는 평탄지형에 대해서도 수치모의를 수행하였다. 높이 0.6m의 제방이 붕괴되어 붕괴 폭 변화와 제내지의 구조물의 유무에 따른 제내지 범람 홍수파의 속도 및 수심의 변화를 분석 하였다. 모의 결과 제방 붕괴 시 붕괴 폭의 변화에 따른 홍수파 전파속도는 별 차이가 없는 걸로 나타났다. 수심의 변화는 제방붕괴지점으로부터 멀어질수록 낮아졌고, 수심 변화폭도 일정하게 유지되었다. 또한 구조물이 있는 경우가 그렇지 않는 경우에 비해 제방 붕괴부 주위에서의 수심은 증가하는 것으로 나타났다. 본 연구결과를 비롯한 수치모의결과를 적절하게 활용하게 되면 제방붕괴에 의한 홍수범람에 대한 대피체계(EAP)를 수립하는데 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.1021-1025
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• 2005

물리적 파괴력을 가진 하천의 유수 및 토사가 주택, 농경지, 시설 등에 피해를 입히는 것을 방지하거나 저감하기 위해서는 홍수방어 및 조절 계획에 따라 구조적 대책과 비구조적 대책을 적절히 강구해야 한다. 구조적 대책 중에서도 제방은 기본적이고도 중요한 역할을 차지한다. 하천제방이 붕괴되었을 때 발생하는 홍수범람구역의 정확한 추정과 홍수파가 제내지에서 거동하는 양상을 파악하는 것은 홍수피해를 저감하는 데 있어서 매우 중요한 과제이다. 이는 홍수전에는 치수사업 계획시 좀더 정확한 경제성 분석을 하는데 필요한 입력자료와 효율적인 계획수립에 있어서 그 범위를 결정하는 중요한 역할을 하며, 홍수시에는 신속한 대피를 유도하고, 긴급한 수방대책을 수립하는데 적용할 수 있기 때문이다. 제내지 범람 홍수파에 대한 수치해석은 여러 차례 수행된 바 있으나, 범람홍수파의 수리특성 규명이나 수치모형 검증을 위한 수리실험은 거의 수행되지 않은 것으로 알려져 있다. 제방붕괴의 원인에 따라 붕괴형태나 과정은 많은 차이를 보이겠으나 제방이 붕괴되는 과정에서 홍수류가 제내지로 어떠한 양상으로 유입되는지를 분석하기 위하여 국내외에서 수행된 실험을 분석한 후, 제내지 범람 수리실험 방안을 수립하였다. 본 논문은 제방붕괴에 의한 홍수범람에 대한 대피체계를 설립하기 위한 기초자료를 제공학기 위해 수행되었으며, 수리실험은 홍수터에서 홍수의 거동을 연구하기 위해 실시되었다. 본 논문에서는 제방붕괴와 홍수터에서의 홍수파 유속, 최대수심, 수면곡선의 관계에 대하여 연구하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.605-605
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• 2012

최근 통계자료에 의하면 국내 제방붕괴 유형 중 11.5%가 제체 불안정에 의한 붕괴로 보고되고 있다. 홍수시 노후화된 제방이 붕괴하여 발생하는 인명 및 재산피해는 점차 증가하고 있는 상황이어서, 이에 대한 제방 시설물의 보강 및 안전관리 대책이 필요한 상황이다. 하천시설물 주변의 흐름특성에 의하여 세굴이 발생할 수 있는 지점에는 보호공을 설치하여 시설물의 안정성을 확보하도록 하천설계기준 해설(2009)에서 제안하고 있다. 그러나 구조물을 보완하는 보호공의 공종 및 규격 등을 설계하기 위한 세부적인 설계지침이 미흡하여 외국의 연구 또는 설계사례를 참고하여 국내 하천에 적용하고 있는 상황이다. 해외의 연구사례를 살펴보면, 설계공식에 적용된 설계인자인 유속 및 수심 등을 1차원 단면평균값을 활용하는 경우가 많아서 복잡한 하천의 흐름특성을 반영하기에 미흡한 상황이다. 본 연구에서는 국내 하천해석에서 주로 활용되고 있는 수치모형을 이용하여 실험수로의 흐름을 재현하고 수리실험을 통하여 관측한 유속 및 수위분포 결과와 비교하였다. 2차원 수치모형으로는 RMA2, CCHE2D, FLUMEN 등의 상용모형과 최근 연구가 활발히 진행되고 있는 Approximate Riemann 기법을 적용하여 개발된 유한체적모형을 적용하였다. 제방 부근에서 형성되는 흐름을 상세하게 모의하기 위하여 국내 하천시설물 설계에서 많이 활용되고 있는 FLOW-3D 모형을 적용하여 3차원 모의결과와 수리실험결과를 비교하였다. 수리실험에서 관측된 사석호안공의 이탈시 흐름현상을 재현하여 호안공 이탈에 영향을 미치는 국부유속 및 전단응력을 산정하여 호안설계에 적합한 설계인자를 분석하였다. 연구결과를 활용하여 사석호안공 설계 기법에 적용되는 수치모형을 통하여 산정되는 설계인자의 정확성을 향상시킴으로써, 정량적이고 합리적인 사석호안공 설계기법개발에 도움이 될 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.565-569
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• 2009

제방붕괴에 의한 홍수범람파에 의한 제내지의 위험은 수치모의 및 수리모형에 의해 관측되는 수심과 유속에 의해서만 정의되기 어렵다. 현재, 국내의 비구조물적인 대책으로 수치모의에 의해 계산되는 최대침수심 만을 홍수위험도로 산정하여 도시화하고, 홍수위험도를 제작하고 있다. 미국과 일본의 연구 및 비구조물적인 대책도 수치모의에 의한 최대침수심 산정결과만을 홍수위험도에 반영하고 있으므로, 유수에 의한 위험도를 다양하게 반영하지 못하고 있는 상황이다. 유럽의 연구결과를 살펴보면, 제방붕괴에 의한 위험은 빠른 유속과 수심의 복합적인 결과로 나타남을 알 수 있다. 그러므로, 본 연구에서는 유럽의 연구결과를 참고하여 수심과 유속의 복합적인 결과인 범람강도를 산정하여 제방붕괴 발생 후, 구조물 주변의 위험도를 산정하였다. 구조물의 배열 및 월류수심을 다양하게 변화시키며 구조물 주변의 수심, 유속 및 범람강도의 증가비율을 산정하여 비교하였다. 흐름특성변화율을 산정하여 비교한 결과, 수심과 유속을 각각 산정하여 도시하여 고찰할 수 없었던 구조물 사이 및 구조물 주변의 위험도를 산정할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.379-379
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• 2015

최근 몇 년간 기록적인 집중호우와 태풍으로 인해 홍수피해가 점점 증가하고 있다. 국내 대부분의 하천은 고수부지 또는 제방으로 정비되어있다. 국지적으로 발생되는 집중호우는 수위를 급격하게 증가시켜 하천의 고수부지 또는 제방범람을 야기한다. 집중호우로 인한 흐름이 고수부지 또는 제방을 지나면 흐름양상은 매우 복잡하게 변화한다. 그러나 급격히 증가하는 흐름에 의해 하천의 제방, 옹벽 또는 계단지형으로 형성된 고수부지 등을 지나는 흐름특성을 분석하는 것은 매우 어렵고 이러한 불연속 단면을 고려하여 예측하기는 불가능하다. 이와 같이 급변하는 흐름이 계단형 구조물을 지날 때 잠김/드러남 특성을 조사하기위해 수리 실험을 실시하였다. 수리실험은 길이 6 m, 폭 0.4 m로 제작된 직선수로에서 수행되었다. 급격히 증가하는 댐 붕괴 흐름을 재현하기위해 수로중간에 게이트를 설치하고 상류에 물을 채운 후 빠른 속도로 게이트를 개방하였다. 하류에는 수로를 따라 계단형 구조물을 설치하고 하류경계는 물이 빠져나갈 수 있게 하였다. 하류 초기수위는 첫 번째 계단보다 약간 낮게 설정하였다. 계단형 구조물과 그 주변에 파고계를 설치하여 시간에 따른 수위변화를 측정하였다. 다양한 수리조건을 적용하여 수리실험을 수행하였고 측정된 데이터를 이용하여 급변한 비정상흐름이 계단형 구조물을 지날 때 잠김/드러남 특성을 분석하였다. 차후 이 실험 결과는 하천의 제방 및 계단지형을 고려할 수 있는 고정확도 수치모형을 개발하는 검증자료로 유용하게 사용될 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제38권4호
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• pp.259-269
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• 2005

본 연구에서는 제방의 월류 및 붕괴에 따른 홍수파가 제내지로 전파되는 경우의 물리적인 특성을 고려하여 하천에 대한 홍수류 해석은 Preissmann 기법을 적용하였으며, 제내지에서의 범람해석을 위해 2차원 모형을 적용하여 해석할 수 있도록 구성하였고, 이들 두 모형이 상호 작용할 수 있는 하도-제내지 연결부 수치해석 모형을 개발하였다. 본 모형에서는 잠수효과의 해석을 위한 관련방정식을 도입하여 제내지에서의 수위 상승에 따른 하천으로부터의 월류량을 정확하게 계산할 수 있도록 구성하였다. 본 연구모형을 2002년 9월 낙동강 유역 실제 제방붕괴의 경우에 적용하여 제내지에서의 2차원 범람양상을 유속분포와 범람수심에 대해서 주요 시간대별로 계산하여 도시하였으며 모의결과는 당시의 실측자료 및 홍수범람범위와 잘 일치되는 것으로 나타났다.