• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.238-238
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• 2022

합천댐의 건설 이후, 댐직하류 구간에서는 10년 동안의 방류량 감소와 기후변화로 인한 강우패턴의 변화로 하도식생의 활착이 발생하여 식생이 증식하고 밀도가 점차 증가하고 있다. 식생밀도의 증가는 흐름에 대한 항력을 증가시켜 유속을 감소시키고 수심을 증가시킨다. 이는 통수능 저하를 초래하며, 홍수 시 수위증가에 따른 홍수범람의 위험성 증가시킨다. 따라서 식생영향에 대한 심화적인 이해를 제고하여 적절한 식생관리대책을 구축할 필요가 있다. 본 연구에서는 이러한 필요성에 맞추어 식생대 영향에 따른 흐름의 변화를 예측모의하여 흐름과 식생대의 상호작용에 대한 분석을 수행하였다. 이를 위해 2차원 흐름모형인 Nays2D를 이용하여 합천댐 직하류 구간을 대상으로 식생밀도의 변화에 따른 흐름의 변화를 부등류를 기반으로 모의하였다. 상류단의 경계조건은 162.99 m³/s(실운영 방류량), 995 m³/s(2년빈도 댐 조절 방류량), 2670 m³/s(100년빈도 댐 조절 방류량)로 3개의 유량으로 구분하여 모의하였다. 식생의 특성은 현장조사를 통해 밀도를 산정하여 수치모의에 적용하였다. 식생밀도는 4가지로 구분하여 모의시나리오를 구축하였으며 현장조사를 통해 산정된 2021년도 식생밀도를 기준으로 식생밀도를 증감하여 수치모의를 수행하였다. 수치모의 조건은 2021년 식생현황, 식생개선, 식생존치, 전벌채로서 식생개선의 경우, 2021년 식생밀도의 0.5배로, 식생존치의 경우, 식생밀도를 2배로 적용하였다. 전벌채는 식생이 없는 것으로 가정하였다. 수치모의 결과, 식생개선이 2021년 식생현황과 식생존치보다 상대적으로 수심이 낮게 나타났다. 식생을 전벌채한 경우, 식생이 존재하는 조건보다 수심이 낮고 유속이 빠르게 나타났으며 특히, 만곡부의 외측에서는 2차류의 발달로 흐름이 집중되었다. 이를 통해 식생개선의 경우, 식생현황과 식생존치보다 홍수범람의 가능성이 적을 것으로 판단되며 전벌채의 경우, 만곡부 외측에서 2차류 발달에 의한 세굴을 야기하여 제방의 안정성에 영향을 줄 것으로 예측된다. 본 연구는 댐 직하류에 식생대 밀도변화가 흐름변화에 미치는 영향을 분석한 수치모의 사례로서 이는 추후 식생을 고려하는 하천관리방안을 수립 시, 식생관리방법에 대한 근거자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.93-93
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• 2019

식생이 있는 개수로 흐름의 분석이 중요한 이유는 식생이 흐름 특성과 유사이송 및 하상변동에 영향을 주어 복잡한 흐름 현상을 만들어 내기 때문이다. 식생 밀도, 식생 길이, 식생이 식재된 형태에 따라 흐름의 현상이 달라지며, 흐름 특성의 변화로 인해 하상 및 주변 하천구조물에 영향을 줄 수 있다. 하천의 식생은 대부분 폭과 길이가 제한된 모습으로 존재하는 경우가 많으며, 식생이 존재하는 영역에서는 식생항력에 의해 유속이 감소하고 식생이 없는 영역에서 유속이 증가한다. 식생항력에 의해 변화된 흐름 특성은 일정 거리를 지나면 평형상태에 도달하게 되며, 식생의 경계면에서는 전단층이 발달하여 모멘텀의 교환이 활발하게 발생하는 현상을 보인다. 식생 흐름의 특성을 분석하기 위해 수치모형으로는 식생 흐름의 강한 비등방성을 모의할 수 있는 비등방성 수치모형이 적합하다. 본 연구에서는 부분 식생이 식재된 개수로에서 RSM (Reynolds stress model)을 이용하여 식생과 식생 주변의 흐름 특성 및 난류량을 분석하였다. 흐름의 변화에 따라 크게 3 구간으로 나누어 흐름 특성을 파악할 수 있으며, 식생의 밀도와 식생 영역의 폭의 길이에 따라 각 구간의 길이가 달라지는 것을 확인하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.132-132
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• 2023

본 연구에서는 식생대 퇴적과 침식, 하안침식을 고려한 식생대의 발달과정을 실내실험을 수행하여 정량적으로 분석하고 하도의 지형변화를 해석하는데 중요한 결과를 도출하였다. 식생대 입구와 중류부에서 식생대 좌완과 우안으로 흐름이 집중되며, 유속이 빠르다. 식생대와 식생이 없는 좌안과 우안의 유속차에 의하여 전단층이 형성되고 조직와가 발생하였다. 식생하도의 지형변화는 초기에 하안침식이 발생하고, 하폭이 증가하면 상류 유입구에서 중앙사주가 발달하였다. 시간이 증가하면서 사주는 하류로 이동하였다. 식생대에서 흐름이 분리되면서, 좌안와 우안에서수충부가 형성되고 하안이 침식되었다. 식생대 전면부에서 유사가 퇴적되며, 후면부에서 침식이 발생하였다. 식생밀도가 증가하면서 퇴적량은 증가하지만, 한계 이상으로 증가하면 퇴적량은 감소하였다. 수치모의 결과, 식생의 밀도가 증가함에 따라, 식생대 전면부에서 유사가 퇴적이 되고, 사주가 상류로 성장하면서 하안침식이 발생하였다. 또한 식생대에 의해 유사가 포착되면서, 식생대 후미에서 하상이 침식되었다. 식생대의 밀도가 증가하면서, 식생대 후미에서 침식이 발생하는 지점은 상류로 전파되었다. 식생대에 의해 발달한 사주는 실내실험에서 식생대 하류에서 성장하지만, 수치모의 결과는 식생대 상류에서 성장하는 특성을 보여주었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.177-177
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• 2015

개수로에서 식생은 항력을 발생하여 평균유속을 감소시킬 뿐만 아니라, 식생영역과 비식생영역의 경계에서 유속 차를 발생시켜 일반 개수로 흐름보다 복잡한 흐름구조를 형성한다. 또한, 식생은 개수로 흐름에서 부피를 차지하여 식생영역의 유량을 감소시킨다. 일반적으로 식생이 식재된 개수로 흐름을 수치모의 할 경우 체적비를 고려하지 않을 때가 많다. 하지만 물과 식생의 체적비가 높을 경우, 식생에 의한 부피를 고려하지 않으면 실제 유속을 과다산정 하여 흐름모의가 정확하지 않다. 그러므로 식생이 있는 흐름을 정확히 수치모의하기 위해 식생의 체적비를 고려하여 실제 유속을 산정하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 식생된 개수로 흐름의 수치모의에서 체적비 도입의 필요성을 분석하였다. $k-{\varepsilon}$ 난류모형을 이용하여 수치모의를 수행하였고, 지배방정식에 식생항을 추가하여 식생이 식재된 개수로 흐름을 모의하였다. 식생 체적비를 고려하기 위해 지배방정식에 식생 체적비에 관한 항을 추가하였다. 체적비 도입의 필요성을 알아보기 위해 선행연구의 침수식생 실험수로를 대상으로 수치모의하였다. 식생밀도가 낮은 경우 식생 체적비의 고려 유 무가 모의결과에 미치는 영향이 작았으나, 식생밀도가 높은 경우에는 식생 체적비를 고려한 경우가 보다 정확한 모의결과를 도출 할 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.22-22
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• 2016

우리나라 하천에서 식생의 변화가 매우 빠르게 진행되고 있다. 최근들어 하천내에서 식생이 차지하는 면적이 증가하는 경향이 뚜렷하게 확인되고 있기 때문이다. 댐 등 하천구조물로 인한 유황변화에 의해 봄철 발아기 유량 및 수위 저하가 발생하고 이로 인해 식생의 유입된다는 것은 이미 많은 연구에서 증명되고 논의된 바 있다. 그러나 댐과 같은 구조물이 없는 자연하천이나 소하천의 경우에도 식생 유입이 빠르게 진행되고 있는 것은 전국적인 경향이라고 할 수 있다. 우리나라 뿐만아니라 일본의 경우에도 대부분의 하천에서 식생이 과도하게 유입되는 현상이 발생하고 있다. 식생의 발생, 발달, 번무 등에 대한 원인은 다양하다고 할 수 있다. 산지지역의 산림 변화로 인한 유사유출 저감, 농업으로 인한 영양염류 증대, 하천정비로 인한 고수부지 확대 등이 주요원인으로 추정되고 있지만 아직까지 정확한 식생 발생 메카니즘에 대한 분석은 이루어지지 않은 상황이다. 일본의 경우 식생의 발생과 진행에 대한 모형을 구축하고 여러 하천에 적용하여 검증하는 연구가 다양하게 진행되고 있지만 지역에 따라 다르게 발생하는 식생의 원인을 단정적으로 결론내리지는 못하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 하천내 식생 유입 현황을 분석하고 발생 원인에 대해 검토하였다. 먼저 우리나라 하천에서 식생 발생은 전국적인 현상으로 확인되었다. 과거와 달리 하천의 특정지점에서 식생이 발생하는 것이 아니라 하천의 규모나 지역 등에 관계없이 전국적으로 식생이 발생하고 있는 것이 식생면적 분석으로 확인되었다. 또한 식생 면적이 최근 들어 더 증가하고 있음도 확인되었다. 본 연구에서는 강우의 연도별 변화가 식생발생에 미치는 영향을 분석하였다. 봄철(4월, 5월, 6월)의 연도별 강우량 변화가 식생 발생에 미치는 영향을 분석하였는데 이 기간 동안의 강우가 줄어듦에 따라 식생 발생이 더 활발하게 진행될 수 있는 것으로 나타났다. 또한 봄철의 가뭄과 여름철 홍수 미발생이 이어지는 경우 식생이 더 활발하게 발생할 수 있는 것으로 나타났다. 하천 구조물에 의한 하천유황 변화가 식생 발생에 큰 영향을 미치듯이 강우 발생 양상의 변화로 인한 유황 변화가 식생 발생에 영향을 미칠 수 있는 것으로 나타난 것이다. 또한 일본의 경우에도 이와 같은 경향이 유사하게 나타나는 것으로 분석되었다. 일본의 식생조사 결과와 강우 패턴을 비교한 결과 우리나라와 같이 일본에서도 유사한 경향이 나타났다. 본 연구 결과로 추정해 볼 때 강우 패터의 변화가 식생의 유입에 큰 영향을 미치며, 특히 기후변화로 인해 발생하는 봄철 강우의 감소가 주요원인중 하나로 추정될 수 있다고 할 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.127-127
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• 2017

침수식생이 식재된 개수로에서 식생밀도에 따라 유동 및 난류의 특성이 변화된다. 이러한 특성은 식생에서의 유사, 영양물질, 용존 산소 등에 영향을 미치며 수중 생물의 서식에 변화를 준다. 따라서 침수식생이 식재된 개수로 흐름을 이해하는 것은 중요하게 여겨지고 있으며 많은 선행연구자들에 의해 실험 및 수치모의를 통해 활발히 연구되고 있다. 하지만 대부분의 RANS(Reynolds-Averaged Navier-Stokes)를 기반으로 한 선행연구에서는 침수식생의 흐름 특성을 반영하지 않은 모형을 이용하여 정확한 모의 결과를 도출하지 못 하였다. 이에 정확한 침수식생 흐름을 수치모의하기 위해서는 침수식생 흐름의 특성을 반영한 지배방정식을 이용해야 한다. 본 연구의 목적은 침수식생 흐름의 특성을 RANS 모형 중의 하나인 SA (Spalart-Allmaras) model에 반영하고, 식생밀도에 따른 유동 및 난류량을 실측치와 비교하는 것이다. RANS 방정식을 이용하여 난류모델링을 하였으며, 난류폐합문제를 해결하기 위해서 modified SA model을 이용하였다. 침수식생에서의 흐름을 해석하기 위해 운동량방정식에 식생항력을 추가하였다. 선행연구자의 식생수로 실험을 바탕으로 모형검증을 하였으며, 식생밀도에 따라 평균유속 및 난류구조를 확인하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.206-206
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• 2019

이 연구는 유출토사량의 저감을 위해 설치되는 식생대의 특성에 따른 효율을 살펴보는 것을 목적으로 한다. 검토하는 식생대의 특성으로는 식생의 종류와 식생대의 높이가 포함된다. 식생대의 효율을 평가하기 위해서는 VFSMOD-W 프로그램을 이용한다. 식생대가 적용되는 대상지역은 금강의 지류인 금마천이다. 금마천 유역은 나지를 다수 포함하고 있어 식생대의 설치에 따른 변화를 잘 살펴볼 수 있는 지역으로 판단된다. 해당 지역에서의 강우량은 시간당 최대강우량이다. 식생대의 특성을 나타내기 위해 보정되는 매개변수는 조고이며 VFSMOD-W 프로그램에서 제공하는 식생의 종류를 입력하였다. 사용된 프로그램에서는 식생대의 간격, 규모 등을 고려할 수 있므려 총 36개 종류의 식생대가 검토된다. 본 연구의 결과를 통해서 가장 먼저 나타나는 점은 식생대의 설치간격이 좁아질 때 보다 많은 양의 토사를 저감할 수 있다는 것이다. 하천으로 유출되는 유역토사의 저감을 식생대를 좁게 설치하는 과정을 통해 유도할 수 있다는 점이 확인된다. 식생대의 조도계수 역시 토사저감에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 나지의 경우 0.012, Bermuda Grass의 경우 0.41로 조도계수를 설정하고 수치실험을 시행한 결과 조도계수의 증가가 유출 토사량 감소에 큰 영향을 준다는 점이 확인된다. 식생대의 최대 높이가 주는 영향을 살피기 위해서 1 cm에서부터 100 cm까지의 식생대 높이를 적용하고 결과를 분석하였다. 식생대의 특성 및 설치방식을 고정된 조건으로 두고 식생대의 높이에 따른 영향만 살펴보았다. 그 결과 식생대의 최대높이는 유출 토사량에 큰 영향을 주지 않는 것이 나타났다. 이를 통해 유출 토사량 저감 효율을 증가시키고자 할 때 식생의 높이보다는 식생의 종류와 조고 등에 보다 집중하여 식생대를 조성하는 것이 바람직하다는 점을 알 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.539-543
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• 2017

본 연구에서는 2차원 수치모형을 이용하여 하도식생의 성장과 소멸 고려한 교호사주의 거동을 분석하였다. 식생의 성장과 소멸은 식생의 밀도에 영향을 준다. 식생이 성장하면 식생밀도가 증가하고 식생이 소멸하면 식생의 밀도 감소한다. 식생이 성장하면서, 교호사주의 이동은 정지되고, 식생대에서 퇴적이 발생하며, 사주의 파고가 증가하였다. 식생의 성장률이 증가하면서 식생대에서 유사는 퇴적되어 사주의 면적은 증가하였으며, 식생이 성장과 사주의 변화과정은 일치하였다. 첨두유출시간의 변화에 따른 사주의 변화와 식생성장률의 변화를 분석하였다. 첨두유출 시간이 짧아서 첨두홍수가 일찍 도달하는 조건에서 사주의 파장은 상대적으로 작고, 하상고의 변화가 작은 특성을 보여주었다. 첨두유출 시간이 길어서 첨두홍수가 늦게 도달하는 조건에서 사주의 파장은 길고, 유사의 퇴적 면적이 증가하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.406-410
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• 2016

하도 식생은 흐름 및 유사의 거동에 영향을 미치며, 하도의 지형변화를 일으킨다. 또한 하천에서 생태계 서식처 형성을 하는데 영향을 주며 하천경관을 향상시킨다. 그러나 홍수시에 흐름의 저항을 증가시키고 수위를 상승하여 하천범람을 일으킨다. 따라서 홍수에 안전하고 하천 경관을 유지하면서 하천환경과 조화를 이루는 하도 식생관리 기술이 요구되고 있다. 본 연구에서는 실내실험을 통하여 유량의 변화에 따른 식생대에서 퇴적과정과 하도의 변화 과정을 분석하였다. 실내실험은 길이가 10 m이고, 수로 폭이 0.6 m인 가변형 경사수로에서 수행하였다. 식생패치는 폭이 0.28 m, 길이 1.0 m로 2.0m 간격으로 교대로 3개 설치하였다. 식생패치는 지름이 5 mm이고, 길이는 0.25 cm인 아크릴봉을 이용하여 제작되었으며, 식생 밀도는 $1.76m^{-1}$이었다. 흐름은 식생이 없는 주수로에 집중되었고, 식생대와 주수로 사이에 와류가 형성되면서 하상이 세굴되었다. 식생대에서는 흐름이 감소되면서 유사가 퇴적되었다. 식생대를 따라 교호사주가 형성되었으며, 사행이 형성되었다. 유량이 증가하면서 식생대에서 퇴적 면적은 증가하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.4-4
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• 2021

하도 식생은 하천의 지형변화에 많은 영향을 준다. 식생밀도가 증가하면, 하안의 안정성이 증가하고 하안침식이 감소하며, 사주의 형상과 거동에 영향을 준다. 특히, 사주의 이동은 저수로의 변화에 영향을 주다. 따라서 본 연구에서는 식생하도에서 사주의 이동과 사행의 발달과정을 실내실험과 수치모의를 통하여 분석하였다. 하안의 안정성은 홍수터의 하도식생의 밀도에 영향을 받게 된다. 하안의 안정성을 변화시키기 위하여 실제 식생인 알팔파 밀도를 조절하여 성장시켰다. 초기에 하안침식이 발생하고, 하폭이 증가하였다. 시간이 증가하면서 상류에서 교호사주 발생하고, 하류로 이동하면서 선택적으로 하안이 침식하였다. 시간이 증가함에 따라, 하폭은 증가하고 사주의 이동속도는 감소하며 사주의 파장도 증가하였다. 홍수터 식생이 없는 조건에서는 하안침식이 빠르고 사행의 발달이 크지 않았다. 그러나 식생 밀도가 증가함에 따라, 하안에서 부분 침식이 발달하였다. 식생이 없는 조건에서는 곡률반경 대 하폭의 비인 무차원곡률반경과 하안침식속도에 영향을 주지 않지만, 식생의 밀도가 증가함에 따라, 무차원곡률반경과 하안침식속도가 증가하였다. 사주의 이동이 정지됨에 따라, 식생이 없는 조건에서는 사행의 만곡부에서 저수로의 폭이 크지만, 홍수터 식생이 있는 조건에서는 저수로의 폭이 일정하게 유지된 상태로 사행이 발달하였다. 이는 식생 식생이 없는 조건에서 유출되는 유사량은 불규칙하게 배출되었으며, 이는 하안침식과 사주의 이동에 의하여 영향을 받기 때문이다. 그러나 식생이 있는 하도에서 유사유출량은 감소하고 상대적으로 일정하게 배출되었다. 이는 저수로 폭이 일정하게 유지되고 사주의 발달도 크지 않아서 발달한 것으로 판단된다.