• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1378-1382
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• 2007

과거에는 치수적인 측면에서 하상과 둔치에 자생하는 식생이 홍수시 하천의 통수능을 줄인다는 이유로 기피 대상이 됐으나, 근래에 들어 생활수준의 향상과 더불어 국민의 여가생활에 있어서 하천의 친환경적인 역할이 증대되고 있다. 하천에서의 식생은 토사의 침식을 억제하여 탁도를 줄이며, 수중야생 동 식물들의 서식처를 제공하고, 제방의 식생은 제방의 안정에 기여한다. 뿐만 아니라 식생은 첨두홍수량을 줄이는데 기여하고, 유출에 의한 오염물질을 여과시킨다. 과거에는 하천 식생을 고려하기 위해 Manning 공식 등을 이용하여 단순히 경험적으로 조도계수만을 증가시키는 방법을 사용하였다. 단순히 조도계수를 증가시킬 경우, 식생이 수로에 존재하면 전체적인 흐름저항은 증가하지만, 하상 전단력은 감소한다는 개념과 맞지 않게 된다. 또한 기존 식생수로에 관한 연구의 초점은 주로 수직모형에 의한 수직 흐름구조 변화에 있어 왔다. 하지만 수직모형을 실제 자연하천에 적용하기란 쉽지 않고, 실무적인 측면에서 비실용적이다. 따라서 본 연구에서는 실무적으로 적용성 및 활용도가 높은, 식생항력 개념을 적용시킨, 수심 평균된 2차원 수치모형을 개발하였으며, 직선수로에 식재구간을 설정하여 식생에 의한 흐름특성 변화를 살펴보았다. 식생이 존재함으로써 수면의 상승이 유발되었고, 비식재 구간에서의 평균유속이 상대적으로 높은 증가율을 보였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제44권1호
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• pp.9-22
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• 2011

본 연구에서는 에너지 방정식에 기초하여 정수 식생이 존재하는 자연하도에 적용 가능한 1차원 수치모형을 제시하였다. 수위계산을 위한 마찰경사는 Darcy-Weisbach의 마찰식에 의해 계산되었다. 각 단면의 전체 Darcy-Weisbach 마찰계수는 하상조도높이, 식생, 식생구역과 비식생구역 사이의 전단저항, 그리고 홍수터와 주수로의 경계면 전단저항을 고려하여 산정하였다. 경계면 마찰계수는 Mertens방법과 Nuding방법에 의해 계산되었다. 제시된 모형을 가상하도에 적용하고 HEC-RAS모형 모의결과와 비교, 검증하였고, 식생밀도 등에 대하여 마찰계수의 민감도 분석을 실시하였다. 모형의 적용성검토를 위하여 독일 Enz강 일부구간을 대상으로 수치모의를 실시하고 실측수위와 비교하였다. 식생이 존재하는 Enz강의 실측수위와 계산수위를 비교한 결과 식생의 영향을 거의 받지 않고 주수로에 흐름이 형성되는 저유량의 경우와 식생의 영향을 지배적으로 받는 고유량 흐름 모두에서 합리적인 수위를 예측하여 제시된 모형의 적용 가능성을 확인하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제44권6호
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• pp.487-495
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• 2011

본 연구는 식생호안의 안정성 평가에 중요한 인자인 식생 근모량의 채취와 산정방법을 제시하였다. 또한 근모량에 따른 식생호안의 침식특성을 수리모형실험을 통하여 분석하였다. 수리모형실험에 사용한 식생으로는 국내 최우점종으로 확인된 달뿌리풀과 잔디이다. 유속별 근모량에 따른 침식특성으로 침식깊이와 침식률을 분석하고 그 관계식을 제시하였다. 실험결과 근모량이 증가함에 따라 침식깊이가 현저하게 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 침식률의 산정결과 근모량이 증가함에 따라 침식에 대한 저항능력이 현저하게 증가함을 알 수 있었으며, 달뿌리풀과 잔디 각각의 식생별 및 전체 cases별 관계곡선식을 도출하여 높은 결정계수를 가짐을 확인하였다. 또한 달뿌리풀보다 잔디의 침식저항능력이 더욱 뛰어남을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.224-224
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• 2020

새롭게 개발된 미생물의 부산물인 바이오 폴리머는 토양의 강도를 높이고, 식물의 생장을 촉진시킨다. 본 연구에서는 실규모 수리 실험을 수행하여 바이오 폴리머를 이용한 호안 공법의 침식 저항 성능을 평가하였다. 실험을 위하여 다수의 호안 공법 시험체를 제작하였고, 이 시험체를 실 규모 실험수로에 설치하고 수리 실험을 통해 토양 손실과 이에 따른 한계 소류력을 결정하였다. 실험에는 일반 흙을 피복한 시험체, 바이오 폴리머와 혼합한 흙을 피복한 시험체, 식생매트와 바이오 폴리머 혼합토를 결합한 시험체 등이 사용되었다. 실험결과 재료나 식생의 활착도에 따른 차이는 있었으나 바이오 폴리머를 이용한 시험체의 침식 저항 성능이 바이오 폴리머를 이용하지 않은 시험체에 비해 높게 나타나는 것은 일관되게 확인 할 수 있었다. 이러한 결과는 바이오 폴리머를 이용한 호안공법이 기존 호안 공법의 침식 저항성능을 향상 시킬 수 있음을 보여준다. 바이오 폴리머를 제방 호안 시공에 활용한다면 홍수로 인한 제방의 유실이나 파괴를 상당 부분 예방할 수 있을 것이다.

• 한국콘텐츠학회:학술대회논문집
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• 한국콘텐츠학회 2011년도 춘계 종합학술대회 논문집
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• pp.315-316
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• 2011

하천에 침입한 식생은 흐름 저항을 증가시키며, 이로 인해 유속이 감소하고 홍수위가 증가하며 하천 지형 변화에도 상당한 영향을 미치게 된다. 이 연구는 한강하류부에 위치한 장항습지 식생이 홍수위에 미치는 영향을 분석하기 위한 연구이다. 홍수 흐름 예측에는 이차원 흐름모형을 사용하였으며, 식생의 영향은 조도계수를 변화시키는 방법을 사용하였다. 장항습지의 수목 밀생지역에서 유속이 약 60% 이상 감소되는 것으로 나타났으며, 저수로에서 유속은 약 20~30% 증가되는 것으로 나타났다. 좌안으로 접근할수록 유속의 증가가 두드러지는 것으로 예측되었다. 식생을 고려했을 때, 유속이 좌안으로 치우치고 장항습지의 경계 부근에서 줄어드는 현상은 장항습지의 성장과도 관련이 있는 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2004년도 학술발표회
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• pp.1418-1423
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• 2004

본 연구에서는 유연한 식생이 식재된 개수로흐름에서의 유속분포 예측 모형을 제시하였다. 유속의 산정은 Klopstra 등(1997)이 제안한 해석해를 이용하였으며, 식생의 변형은 Tsujimoto 등(1996)이 사용한 외팔보 이론을 적용하여 해석하였다. 제안한 모형의 검증을 위하여 수리실험을 실시하였다. 검증실험에서 유속의 측정은 micro-ADV를 이용하였으며, 수위는 servo형 수위계를 이용하였다. 검증 실험 걸과 본 연구에서 제안한 모형이 식생층에서는 비교적 정확하게 유속을 예측하였으며, 수면층에서는 실험값보다 다소 작게 예측하는 것으로 나타났다. 본 연구에서 제안한 유속예측 모형은 향후 식생된 개수로흐름의 부유사 농도분포 예측의 중요 매개변수인 와확산계수 등의 예측에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.1291-1294
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• 2006

최근 자연형 하천에 대한 인식이 개선됨에 따라 식생은 하천 환경 개선과 하천 복원을 위해 가장 중요하게 여겨지는 요소이다. 제방 및 호안에 사용된 식생은 하천의 심미적 가치와 환경적인 가치를 증가시키며, 다른 재료와 복합적으로 사용되는 식생의 경우, 예를 들어 사석 갯버들 호안 등은 상당히 우수한 치수 안정성을 가지는 것으로 알려져 있다. 하지만 이러한 식생의 활용은 홍수 시 흐름 저항을 증가시켜 수위를 증가시키기 때문에 하천 설계 시 식생의 조도 계수를 정확히 평가하여 사용하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 이러한 식생 조도 계수 산정에 관한 연구의 일환으로 일반 개수로에서 현재 제방에 널리 사용되고 있는 한국 잔디(금잔디) 및 양잔디(Perennial Ryegrass)를 선정하여 실험하였다. 두 식생 모두 완전 침수(fully submerged) 상태에서 실험을 수행하였으며, 유사한 유량 범위에 대하여 실험을 수행한 후 그 결과를 비교 분석하였다. 실험 결과 단위 폭 당 유량이 증가함에 따라 한국 잔디에 대해서는 매닝 조도 계수가 0.03 부근에 수렴하는 것으로 나타났으며, 양잔디에 대해서는 마찬가지로 단위 폭 당 유량이 증가함에 따라 0.06 부근으로 수렴하는 것으로 나타났다. 특히 한국 잔디에 대한 실험 결과는 기존 매닝 조도 계수 연구 결과 중 '홍수터-초지(작은 풀)' 조건에 대하여 설계 제안치로 제시되는 수치와 유사한 결과를 나타내는 것 을 확인할 수 있었다.

• 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 2023년도 학술발표회
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• pp.313-313
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• 2023

이 연구에서는 침수식생 조건에서 식생 형태 별 frontal area, solid volume fraction이 유속 분포에 미치는 영향을 분석하고, 흐름측정결과로부터 식생 형태에 따른 난류흐름특성을 분석하기 위하여 수행 되었다. 식생흐름 구현을 위하여 5 cm의 간격으로 총 257개의 모형식생을 전체 영역에 배치했다. 유속측정위치는 수위측정결과에 따라 흐름이 안정화되는 구간에서 연직방향으로 17개 지점에서 측정한 후 앙상블 평균하여 분석했다. Branch의 유무에 따라 Type I과 II로 구분하여 각 식생에 대해 유속의 연직분포를 측정한 결과, Branch가 없는 Type I에서는 유속이 지속적으로 감소하는 반면, Type 2에서는 Frontal area가 급격히 증가하는 Branch 구간에서 유속이 급격히 감소한 후 Trunk 구간에서 유속이 다시 증가하는 변화를 보였다. Velocity Spectrum 분석 결과, 모든 지점에 대해 평균한 결과 고주파수 영역에서 -5/3 law를 따르는 것으로 나타나 전체 영역에서 isotropic & homogeneous 난류흐름이 발생함을 확인했다. 난류흐름특성 계산결과, Turbulent kinetic energy(k)를 mean kinetic energy(K)로 무차원화하여 연직분포를 비교했을 때 -k/K는 모두 식생에 근접하며 증가했다. Shear production(P_s)의 계산결과로부터 전단흐름에 의한 난류운동에너지 생성영향분석결과, Type I과 II가 식생경계의 mixing interface 부근에서 급격히 증가하는 분포를 보였으며, 이는 시간평균유속분포에서 분석한 결과와 일치한다. Wake production(P_w)의 연직분포계산결과, P_s와 유사하게 식생경계 부근에서 상승하는 결과가 나타났으며, 이는 식생경계에서 발생하는 Large scale eddy로 인해 발생함을 알 수 있다. 마지막으로 x-방향 난류확산계수로부터 scale factor(α_x)의 연직분포를 계산한 결과, 식생경계부근의 mixing interface에서 증가한 후 식생영역 내에서 감소하는 분포를 나타냈다. z-방향 난류확산 계수의 scale factor(α_z)는 α_x에 비해 작게 계산되었다. 이러한 결과는 오염물질의 연직확산이 식생경계에서 증가한 후 식생 내부에서 감소하여 오염물질, 부유사 등의 축적이 이뤄질 것으로 예상된다. 이는 가지로 인해 식생저항이 증가할 경우 용존성 물질의 혼합이 감소하여 식생의 저장대 효과가 증가함을 의미한다.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권6B호
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• pp.345-354
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• 2012

본 연구의 목적은 국내 대표 수변 식생에 대한 조도 실험을 수행하여 n-VR 방법에 기초하여 각 식생에 대한 조도계수 산정식을 개발하고, 이를 하천설계시 조도계수 선정을 위한 가이드라인으로 활용하는 것이다. 실험 대상으로는 달뿌리풀, 물억새, 갈대를 선정하여 완전침수조건과 부분침수조건을 구현하여 실험을 수행하였으며, 실험결과 분석을 통해서 각 식생에 대한 n-VR 관계를 제시하였다. 달뿌리풀, 물억새 및 갈대 등은 유사한 조도계수를 가지는 식생군으로 묶어서 분류하는 것은 가능하나 식생 강성의 영향을 크게 받는 것으로 나타났다. 또한 갈대의 실험 결과 비교를 통해서 식생의 성장 시기에 따라 조도계수의 특성이 변화하는 것으로 나타났다.