• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.395-395
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• 2015

하천 내 식생은 수리학, 지형학 및 생태학적으로 매우 중요하다. 식생은 하천 수생물들의 서식처를 제공할 뿐만 아니라 필터와 같은 역할을 함으로써 부유사에 의한 하천오염물의 퇴적을 유발하여 하천의 수질을 개선시킨다. 더욱이, 하천 내 흐름 및 난류구조를 변경시킴으로써 식생주변의 유사 퇴적량 및 분포에 크게 영향을 미치고, 결국 하천의 지형을 변화시킨다. 개수로의 식생에 대한 영향은 주로 실험 및 수치모델을 이용하여 연구되었고 전단면이 식재된 조건에서 식생의 항력계수, 식생역내의 부유사 및 확산에 관한 연구가 진행되어왔다. 이러한 연구를 통해 식생역 내의 전단력이 감소하여 부유사퇴적이 증가하고 식생역과 비식생역 사이의 운동량 교환에 의해 부유사 퇴적이 증가함을 보였다. 그러나 개수로에서 존재하는 유한한 크기의 식생에 의한 흐름 및 유사분포에 관한 연구는 아직 미흡하다. 이에 본 연구에서는 침수하지 않은 원형 식생 주변에서 발생하는 흐름특성을 수치모의 하였다. 침수하지 않은 원형식생 하류에서 발생하는 흐름을 계산하기 위해 2차원 수치모형을 적용하였다. 식생에 의한 저항을 고려하기 위해 운동량 방정식에 식생항을 추가하였고 $k-{\varepsilon}$ 난류모형을 적용하였다. 수치모의 조건은 Zong and Nepf (2012)의 수리실험을 참고하여 수로의 길이는 12 m, 폭은 1.2 m로 설정하였다. 0.13 m 수심을 갖는 개수로에 0.22 m 지름을 갖는 원형식생을 상류경계로부터 1.0 m 떨어진 곳에 설정하였다. 식생의 밀도($6{\sim}77m^{-1}$)를 변화시키면서 원형식생 하류의 흐름거동을 분석하였다. 식생밀도가 높은 경우에는 원형식생 양 측면에서 유발된 전단층들의 상호작용에 의해 하류에서 와류가 발생하였다. 와류가 발생하는 위치에서 난류강도가 가장 크게 나타났다. 그러나 식생밀도가 일정 값보다 낮아지면 와류가 발생하지 않는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.57-57
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• 2020

최근들어 우리나라 하천에는 많은 식생이 발생하고 있다. 과거 댐에 의한 유황 조절효과로 댐 하류에 식생이 과도하게 발생하는 사례는 많았지만 최근 발생하는 식생은 댐의 유무에 직접 관련되지 않고 있다. 또한 하천의 규모나 위치 등과도 관계없이 거의 모든 하천에서 대규모로 발생하고 있다. 이와같은 식생은 하천의 통수능을 줄여서 홍수위를 상승시키는 역할과 더불어 하천의 육역화를 일으켜서 하천의 모습을 상실하게 하는 역할도 한다. 일본 등의 경우에도 하천에 과도하게 발생하고 있는 식생으로 인해 하천관리의 문제로 대두되고 있다. 해외의 경우 하천내 식생 발생 메카니즘에 대한 연구가 다양하게 진행되고 있다. 유황의 변화, 하천 지형의 변화, 영양물질의 변화 등으로 인해 발생하는 식생의 현황과 원인을 규명하고 있다. 더불어 식생의 지속적인 제거를 위해서 기계적인 방법, 화학적인 방법, 수문학적 방법 등의 개발과 적용에 대해서도 다양한 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 국내 중소하천에서 발생하고 있는 식생의 현황을 파악하고 하천내 지형조건과 식생 발생의 연결 고리를 분석하였다. 최근 10년 이내 많은 중소하천에서 하천내 많은 면적을 식생이 차지하게 되었는데 이와 같은 현상의 원인은 크게 두 가지로 분석되었다. 첫 번째는 유황의 변화이다. 최근들어 대규모의 홍수발생 빈도가 급격하게 줄어들어 식생이 발생할 수 있는 조건이 크게 확대된 것으로 파악되었다. 홍수 발생 감소로 봄이나 여름철에 하천내 흐름이 발생하여 씨앗이나 어린 식생이 쓸려 내려갈 기회가 감소되었다. 두 번째는 과거 조성된 복단면 형상으로 인해 고수부지의 경우 흐름이 발생할 기회가 현저하게 감소하여 고수부지가 육역화되는 현상이 발생하고 있다. 특히 이 두가지 요인이 중첩되면서 하천내 식생의 증가는 급속하게 발생되고 있는 것으로 분석되었다. 본 연구에서는 하천 단면 지형의 연도별 변화, 수위의 변화, 식생의 변화를 연계하여 식생의 발생 원인을 물리적으로 규명하였다. 본 연구의 결과를 활용하면 하천에서 발생하고 있는 과도한 식생의 원인을 추정할 수 있고 이를 해소하기 위한 대안으로 하천 단면의 관리 방안을 검토할 수 있다. 기후변화 등의 외부적인 요인으로 인해 발생하는 유황의 변화가 과거와는 다르게 발생하고 있는 점을 감안하면 하천내 식생의 발생 현황 및 제거 방안을 도출하는 것은 시급한 과제라고 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.665-665
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• 2012

식생의 물리적 특성에 따라 조도의 관점에서 식생이 흐름에 미치는 영향도 많이 달라지게 된다. 일반적인 식생 조도 실험은 초본류를 대상으로 하고 있지만, 초본류 식생은 매우 유연하기 때문에 단일 개채가 흐름에 미치는 영향을 정량적으로 파악하는 것이 매우 힘들다. 따라서 단일 개체에 의한 조도 특성 보다는 식생군에 의한 조도계수 변화 특성을 알아내는 것이 보통 중요해진다. 하지만 조도의 관점에서 초본류와 달리 목본류는 삭생의 강성이 매우 크기 때문에 식생군의 군집으로서 특징보다는 개별 식생의 형상이 큰 역할을 수행하게 된다. 일반적으로 목본류는 수심에 따라 흐름에 영향을 주는 생체량(biosmass)이 수심에 따라 변화하지만, 줄기(trunk)의 경우 수심에 따라 생체량의 변화가 거의 없으며, 줄기의 강성 및 단면 모양이 큰 역할을 하게 된다. 또한 목본류는 실험 수로에 고밀도의 수목군을 형성하여 실험을 수행하는 것이 쉽지 않으므로 개별 식생이나 소규모 군체에 대하여 항력을 측정하여 조도를 평가하는 것이 일반적이다. 따라서 본 연구에서는 목본류의 줄기 부분이 흐름에 미치는 영향을 파악하기 위한 기초 연구로서 원기둥이나 사각기둥과 같은 식생 모형 요소를 이용하여 식생 줄기를 구현하였고, 식생 형상 및 식생 직경 등을 달리하여 침수 조건 변화에 따른 항력 변화 특성을 검토하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.368-368
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• 2015

본 연구에서는 식생이 활착된 식생매트 제품의 유속 저항 성능을 평가하기 위하여 식생매트의 설치 및 식생의 활착이 가능한 이동식 bed를 개발하고, 개발된 이동식 bed에서 식생매트 설치 및 식생의 활착을 완료한 후, 이동식 bed를 폭 11m 규모의 수로에 설치하여 실규모의 수리 실험을 수행하였다. 실험을 위하여 미국의 식생매트 제품의 시험방법인 ASTM D 6460을 참고하였다. 실험에 사용된 식생매트는 국내에서 통상적으로 사용되는 야자섬유 매트를 사용하였으며, 식생매트의 식생은 토심이 얕은 이동식 bed의 생육환경에서도 뿌리가 잘 발달할 수 있는 수크령을 선택하여 활착시켜 사용하였다. 실험은 봄 활착 및 가을 활착 두 가지 조건에 대하여 수행하였으며, 두 실험 조건의 결과 비교를 통하여 식생매트의 계절에 따른 식생활착 특성과 유속저항 성능 차이를 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.141-141
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• 2018

자연하천에 존재하는 식생은 동식물에게 주거지를 제공할 뿐만 아니라 영양염류 흡착 및 정화작용을 통해 수질을 개선시키는 역할을 한다. 이러한 식생하천에 오염물질이 유입될 경우 식생에 의한 흐름 교란 작용으로 인해 오염물의 확산거동에 큰 영향을 주게 된다. 본 연구에서는 식생하천에서의 오염물질 혼합특성을 분석하기 위해 식생모형 실험을 수행하였고, Fischer et al (1979)이 제시한 이론식을 실험결과에 적용하여 종분산계수를 산정하고자 한다. 본 연구에서는 자연하천을 재현하기 위해 실험수로에 수중식생 모형을 설치한 후 ADV-Vectrino유속계를 이용하여 유속을 측정하였으며 실험을 통해 식생흐름에서의 유속분포 자료를 취득하고 이를 바탕으로 종분산계수를 산정하였다. 먼저 수중 식생흐름에서 연직유속분포를 측정한 결과, 식생이 존재하는 바닥근처에서는 유속이 느리다가 비식생 구간으로 가면서 유속이 증가하는 분포를 나타낸다. 또한 이 설치된 테스트 구간에 밀도와 유량변화에 따른 케이스를 적용하여 비교 및 분석을 한 결과 식생 밀도를 고정시키고 유량을 증가 시켰을 때 식생구간과 식생이 없는 구간에서의 유속도 증가하는 경향을 보였으며, 유량을 고정시키고 식생의 밀도를 순차적으로 높였을 경우 식생구간에서의 유속이 점차적으로 줄어드는 경향을 보였다. 다음으로 분산계수를 결정하는 방법에는 농도자료를 이용하는 방법과 유속자료를 이용하는 방법이 있는데 본 연구에서는 유속자료를 Fischer et al. (1979)의 이론식에 적용하여 분산계수를 산정하는 방법을 적용하였다. Fischer et al. (1979)가 제시한 식에서 먼저 전단 유속 값을 산정하기 위해 벽법칙 (Karman, 1930), 레이놀즈 전단응력 그리고, 난류운동에너지 (Graf, 1998) 방법을 사용한 후 복잡한 난류 흐름에 적용하기 가장 적합하다는 난류운동에너지 방법을 적용하여 전단 응력이 가장 크게 나온 식생모델 끝단에서의 값을 사용하였다. 그 결과, 수중 식생이 존재하는 흐름에서 무차원화 시킨 종분산계수는 6.89-9.78로 나타났다, 이는 Elder (1959)의 수심 적분을 통해 제시한 종분산계수 값 5.93보다 크다. 즉, 수중 식생이 존재할 경우 종분산계수는 식생이 존재 하지 않을 때 보다 증가하는 것으로 보여 진다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.3-3
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• 2021

하천의 식생은 생태서식처 제공, 강턱이나 하안 경사의 안정, 영양염류나 오염물 차단에 의한 수질 개선 등의 다양한 생태서비스를 제공하는 반면, 과도하고 편중된 식생 분포로 인해 흐름저항이 증가하고 이로 인한 홍수위 상승과 홍수피해 위험이 가중될 수 있다. 기후변화 영향과 토지이용 변화에 따른 수리수문 특성 변화와 유역으로부터 영양염류의 유입은 하천내 식생이 과도하게 퍼지는 직접적인 원인이 될 수 있다. 과도한 식생분포로 인한 흐름저항과 홍수위 상승을 평가하기 위해 식생하도의 흐름저항과 관련된 매개변수의 다양성과 복잡성에 따른 해석상의 한계에도 불구하고 이에 대한 이론적 해석과 수학모형의 개발, 실험실 수로와 하천현장조사, 수치모형을 이용한 예측 등의 다양한 연구가 수행되고 있다. 본 연구에서는 소규모 실험실 수로에서 단순화된 식생 구조와 배열이 적용되는 한계성과 상류에서 유입되는 유량과 유속 등의 수리조건을 통제할 수 없는 현장실험의 한계성을 보완하고자 목본류 형태의 식생패치를 실규모 하천실험 수로에 조성하여 통제된 수리조건에서의 식생하도의 구간 흐름저항을 추정하기 위한 계측 실험을 수행하였다. 실규모 실험에서는 피에조미터 형식의 정밀 압력식 센서를 이용하여 수위와 수면경사를 계측하였으며, 실험구간의 접근 수로에서 ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler)를 이용하여 유입 유량에 대한 정보를 수집하였다. 전체 수로 길이 약 600 m, 하폭 11 m, 깊이 2 m 규모의 실규모 하도 일부 80 m 완경사 구간에 식생패치를 설치하고 구간 수면경사를 실측함으로써 식생하도의 흐름저항을 직접 산정하였다. 이러한 실규모 식생하도의 실험을 통해 식생패치의 밀도, 횡적 차단면적, 구간 차단부피, 목본 식생의 물리적 특성, 식생패치의 배열 등의 다양한 식생분포 조건에 따른 수리조건별 흐름저항 값의 변화를 분석할 수 있다. 식생하도에 대한 정확한 흐름저항 추정과 홍수위 변화에 대한 해석은 하천 식생의 생태서비스와 홍수방어의 하천 치수효과의 최적 솔루션을 제시하기 위한 하도관리의 다양한 방안을 제시하는데 필수적인 정보로 활용될 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.409-409
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• 2021

하천 내의 식생은 발달시기에 따라 휴지기, 성장기, 소멸기로 구분되며 각 시기에 따라 수위-유량관계곡선에 많은 전이가 발생한다. 이러한 식생의 성장과 소멸 뿐만 아니라 하도와 하안영역의 식생 군락의 밀도 증감에 따라서도 다양한 형태의 수위-유량관계곡선식의 전이가 발생한다. 식생의 성장기에는 식생의 밀도가 서서히 증가하여 수위-유량관계곡선식의 (-)전이가 발생하며, 식생의 소멸기에는 식생의 밀도가 서서히 감소하여 수위-유량관계곡선식의 (+)전이가 발생한다. 식생에 의한 수위-유량관계곡선식의 변동성은 식생의 성장과 소멸뿐만 아니라 하도와 하안영역의 식생 군락의 식생 밀도 역시 많은 영향을 끼치고 있다. 우리나라의 강우는 특정기간(6월~10월)에 집중되는 경향으로 인하여 식생의 성장과 소멸에 따른 수위-유량관계곡선식의 변동성 확인이 용이하였다. 그러나 최근 과거와 다른 형태의 강우패턴으로 인한 하천의 단면형상 변화로 인하여 하도와 하안영역의 식생영향이 감소하는 경향이 발생하고 있다. 이러한 단면변화로 인하여 하천 내의 하안영역과 식생 밀도 감소에 따른 수위-유량관계곡선식의 변동성이 발생하였다. 본 연구에서는 만경강 유역에 위치한 완주군(소양용연교)관측소를 대상으로 2018년과 2020년의 식생밀도와 식생 및 하도 모니터링을 통한 수위-유량관계 변화를 분석하였다. 2018년에는 식생의 활착, 성장, 소멸에 따라 다양한 기간분리가 발생하였으며, 2020년에는 식생의 활착, 성장, 소멸 뿐만 아니라 홍수 전후 식생 밀도 감소에 따른 기간분리가 추가로 발생하였다. 2020년은 과거와 달리 집중호우가 장기간(약34일)발생하였으며 그에 따라 홍수 전후 단면변화가 과거에 비해 매우 큰 것으로 확인되었다. 이로 인해 2018년과 2020년 측정성과 검토 결과 유사한 수위에서 약 3배의 유량차가 발생하였다. 결과적으로 본 연구에서는 하천 내의 식생밀도 변화로 흐름 특성이 변화하는 기간의 유량측정성과 확보를 통한 신뢰도 높은 수위-유량관계곡선식을 개발하였고 이를 통해 생산된 유량자료는 정확도가 매우 높은 것으로 분석되었다.

• 환경영향평가
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• 제25권6호
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• pp.384-401
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• 2016

본 연구는 하천환경평가체계 구축의 일환으로서 식생 평가 지표 및 평가 기준의 검증을 목적으로 수행하였다. 본 연구를 위해 5개 시험하천을 대상으로 68개의 평가단위에서 총 204개의 식생 표본조사구를 설정하였으며, 표본조사구별 상관-종조성 수준에서 식생군집의 분류 및 현존식생도를 작성하였다. 현존식생도를 기준으로 식생자료의 분석을 통해 표본조사의 적정 규모, 식생 지수의 점수 기준, 식생 군집분류의 표준화, 그리고 식생평가지표의 등급화를 위한 종합 점수기준을 검토하였다. 하천 식생 평가를 위해 개발된 식생 다양도 지수와 식생 복잡도, 그리고 식생자연도 지수로 이루어진 식생평가지표의 종합점수 산정 및 등급화는 타당한 것으로 판단되었다. 식생평가지표의 등급화에 대한 식생지수의 기여도를 분석한 결과 식생자연도 지수가 다른 지수에 비해 보다 큰 역할을 하는 것으로 판단되었으나 세부 식생지수 사이의 상호보완적인 관계가 성립되어 있음을 확인할 수 있었다. 또한, 선행 연구에서의 기준의 재검토 및 식생군집 분류의 표준화 작업 등을 통해 개정된 기준을 적용한 결과 식생평가등급 간 변별력이 크게 확보되었음을 확인 할 수 있었으나, 하천구간의 유형에 따른 식생 지수 및 식생평가지표의 등급화는 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.545-549
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• 2009

본 연구에서는 주흐름방향으로 식생 영역이 교차적으로 존재하는 개수로 흐름에 대한 3차원 수치 모의를 수행하였다. 지배방정식의 난류 폐합을 위해 $k-{\varepsilon}$ 난류모형을 이용하였다. 먼저, 하상의 일부만 식재된 부분 식생 수로를 수치모의 하고 기존의 실험 결과와 비교하였다. 그 결과 본 모형이 평균유속 분포를 매우 잘 예측하는 것으로 나타났으나, 레이놀즈응력 분포는 실험 결과에 비해 비식생영역에서는 다소 과소 산정하고 식생영역에서는 과대 산정하는 것으로 나타났다. 이는 본 모형이 등방성 모형이기 때문에 식생 경계부에서 발생되는 난류의 비등방성 효과를 정확히 예측 할 수 없기 때문인 것으로 판단된다. 또한 주흐름방향으로 식생 영역이 교차적으로 존재하는 대응 식생 수로를 수치모의하고, 계산 결과를 기존의 실험 결과와 비교하였다. 그 결과 본 모형이 대응 식생 수로에서의 유속 분포를 매우 잘 예측하는 것으로 나타났다. 또한 식생 밀도가 증가함에 따라 식생이 흐름 방향을 변화시켜 점차 만곡수로와 유사한 형태의 흐름이 형성되는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.291-291
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• 2019

하천에서 식생은 자연적으로 존재하는 수생식물의 집단을 의미하기도 하지만 자연 저항체로서 하천의 평균 흐름을 교란하고 변화시킨다. 식생의 성장은 흐름 저항을 발생시켜 일시적으로 수위유량관계의 전이(shift)를 유발한다. 이러한 수위-유량관계의 전이는 식생의 성장 및 전도와 소멸로 발생하는 식생의 구조변화에 따라 측정 단면에 대한 평균유속의 변화를 발생시킨다. 본 연구에서는 식생의 구조변화에 따른 평균유속 특성의 변화를 사례를 통해 살펴보았다. 고령군(귀원교) 지점은 하천 좌우안 식생의 흐름 저항을 받아 측정 평균유속의 영향을 받는 지점으로, 식생 변화에 대한 모니터링 결과를 토대로 수리특성을 분석하여, 식생의 활착 및 전도에 따른 평균유속의 변화를 분석하였다. 고령군(귀원교) 지점의 수위-평균유속 관계는 식생의 활착 또는 전도에 따라 서로 다른 형태의 고리형태(loop)를 보이는 것으로 확인되었다. 식생이 활착 후 전도되면서 측정된 유속성과는 수위하강시 유속이 증가하는 역 고리형태(loop)를 보이는 것으로 관찰되었다. 식생이 전도된 이후의 측정성과는 수위가 상승함에 따라 유속이 증가하는 정상적인 수위-유속의 고리형태(loop)를 보인다.