• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2021.06a
• /
• pp.409-409
• /
• 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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2019.05a
• /
• pp.93-93
• /
• 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
• /
• 2020.06a
• /
• pp.310-310
• /
• 2020

자연하천에서 식생의 성장은 유속 및 수위 변화에 중요한 영향을 미치며, 따라서 식생으로 인한 흐름저항은 흐름과 유사이송 모델링을 위한 중요 매개 변수가 된다. 즉, 수치 모델을 활용함에 있어 식생의 흐름 저항을 정확하게 추정하는 것이 매우 중요하며, 보다 정확한 추정을 위해 실험 혹은 현장 데이터를 활용한 보정과정이 필수적으로 요구된다. 본 연구에서는 식생 패치를 포함한 인공 수로의 흐름 모의를 위해 실규모 실험 수로에서 측정된 유속 및 수위 데이터를 활용하여 모델보정을 수행하고자 한다. 이를 위해 공간 분포 별로 각기 다른 흐름 저항식의 적용이 가능하며, 식생 저항 공식을 포함하고 있는 Delft3D 모델을 활용하였다. 또한 실규모 수로에서의 유속 및 수위 데이터 수집을 위해 한국건설기술연구원 하천연구센터에서 실험을 수행하였다. 실험 구간의 길이는 약 120 m이고 하폭은 11 m이며, 국내 하천에서 보이는 식생패치의 유사한 형태를 재현하기 위해 하천 내 가장 많이 활착되어있는 버드나무와 유사한 형태의 인공식생을 제작하였다. 인공 식생은 지그재그로 배치되었으며, 식생의 전체 높이는 1.1 m이고, 각 패치 당 23그루의 인공 식생이 총 8개 패치에 식재되었다. 모의 조건은 상류단 유입 유량 2.805 ㎥/s, 하류단수위 98.764 m의 정류 조건을 적용하였다. 또한 식생 패치 구간에서의 흐름 저항 추정을 위해 Delft3D 모델 내에서 선택가능 한 Baptist의 비침수(Non-submerged)식을 적용하였으며, 항력계수 결정을 위해 1과 1.5를 적용하여 측정 수위와 비교하였다. Delft3D의 흐름 모의 결과, 항력계수 1.5를 적용했을 때, 측정 수위와 거의 일치하는 것으로 나타났으며, 항력계수 1.0을 적용했을 경우, 측정 수위에 비해 다소 낮게 모의되는 것으로 나타났다. 또한 항력계수 1.5인 경우 식생 패치 구간에서 평균 0.65 m/s의 유속이 발생하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2009.05a
• /
• pp.545-549
• /
• 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.

• Journal of Korea Water Resources Association
• /
• v.56 no.2
• /
• pp.139-150
• /
• 2023

Terretial LiDAR surveying is highly useful for maintenance of civil facilities as it can easily detect the temporal deformation of structures or topography. However, for river facilities such as levess, it is difficult to detect the deformation of the topography or structure under vegetations due to the influence of vegetation. Vegetation filters can be divided into color filters and morphological filters. In this study, combined filters with color and morphology are developed to improve the accuracy of vegetation filters. 8 color filters, 6 morphological filters, and 4 combined filters are applied to the vegetation removal on the embankment slope, and their accuracy and calculation time are compared. Color filters show a short calculation time, but the accuracy was low in the vegetation area. Morphological filters show high accuracy in the vegetation area, but low accuracy in places with severe local topographical changes such as heavy rocks. Combined filters also show a tendency similar to morphological filters, but in the case of ExGGM, the accuracy is excellent in both the vegetation and rock area. Considering the accuracy and calculation time, the combined filter ExGGM is suitable for general cases, and the shape filter GrMIn or the complex filter ExGISL is suitable for cases where the local topographical change is not severe.

• Ecology and Resilient Infrastructure
• /
• v.8 no.4
• /
• pp.233-244
• /
• 2021

This study investigated the application of terrestrial light detection and ranging (LiDAR) to inspect the defects of the vegetated levee. The accuracy of vegetation filtering techniques was compared by applying filtering techniques on photogrammetric point clouds of a vegetated levee generated by terrestrial LiDAR. Representative 10 vegetation filters such as CIVE, ExG, ExGR, ExR, MExG, NGRDI, VEG, VVI, ATIN, and ISL were applied to point cloud data of the Imjin River levee. The accuracy order of the 10 techniques based on the results was ISL, ATIN, ExR, NGRDI, ExGR, ExG, MExG, VVI, VEG, and CIVE. Color filters show certain limitations in the classification of vegetation and ground and classify grass flower image as ground. Morphological filters show a high accuracy of the classification, but they classify rocks as vegetation. Overall, morphological filters are superior to color filters; however, they take 10 times more computation time. For the improvement of the vegetation removal, combined filters of color and morphology should be studied.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
• /
• v.40 no.6
• /
• pp.571-581
• /
• 2020

Vegetation affects water level change and flow resistance in rivers and impacts waterway ecosystems as a whole. Therefore, it is important to have accurate information about the species, shape, and size of any river vegetation. However, it is not easy to collect full vegetation data on-site, so recent studies have attempted to obtain large amounts of vegetation data using terrestrial laser scanning (TLS). Also, due to the complex shape of vegetation, it is not easy to obtain accurate information about the canopy area, and there are limitations due to a complex range of variables. Therefore, the physical structure of vegetation was analyzed in this study by reconfiguring high-resolution point cloud data collected through 3-dimensional terrestrial laser scanning (3D TLS) in a voxel. Each physical structure was analyzed under three different conditions: a simple vegetation formation without leaves, a complete formation with leaves, and a patch-scale vegetation formation. In the raw data, the outlier and unnecessary data were filtered and removed by Statistical Outlier Removal (SOR), resulting in 17%, 26%, and 25% of data being removed, respectively. Also, vegetation volume by voxel size was reconfigured from post-processed point clouds and compared with vegetation volume; the analysis showed that the margin of error was 8%, 25%, and 63% for each condition, respectively. The larger the size of the target sample, the larger the error. The vegetation surface looked visually similar when resizing the voxel; however, the volume of the entire vegetation was susceptible to error.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2006.05a
• /
• pp.447-451
• /
• 2006

하천 식생은 흐름에 의해 영향을 받으며, 역으로 식생은 흐름에 영향을 주기도 한다. 이처럼 식생과 흐름은 상호 유기적인 관련성을 가진다. 또한 식생에 의한 흐름의 변동은 하천 유사이동에도 영향을 주어 하상변동을 발생시킨다. 본 논문은 흐름에 의한 식생영역의 변동을 다루었으며, 각 식생별 흐름에 따른 하상 세굴과 퇴적 양상, 식생 종류별 서식에 적합한 흐름 특성 여건과 수질 특성을 검토하였다. 검토 결과 개여뀌는 홍수 전에는 왕성한 성장을 하였으나, 홍수 이후 높은 소류력과 토사 이동에 의해 쉽게 유실된 것으로 판명되었다. 반면 달뿌리풀은 홍수 이후 비교적 높은 소류력과 유속 및 토사 이동에도 견디며 훼손 정도가 크지 않았다. 달뿌리 풀은 개여뀌에 비해 유속이 빠르고 수심이 낮아 Froude수가 큰 범위의 흐름 조건에서 서식하였다. 또한 달뿌리풀 영역에는 세굴이, 고마리 영역에서는 주로 퇴적이 발생되었다. 한편 달뿌리풀은 흐름의 유속을 줄이게 하여 하상세굴이 더 이상 진전되지 않도록 하는 세굴악화 방지기능을 가짐을 알 수 있었다. 수질특성과 관련하여, 달뿌리풀은 DO가 높은 범위에서 서식하고 있으며 다른 식물에 비해 비교적 T-N이 작고 BOD가 낮은 범위에 서식함을 알 수 있는데, 이는 하천의 상류에 서식하는 전형적인 형태라고 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2019.05a
• /
• pp.67-67
• /
• 2019

내성천은 경북 북부지역을 흐르는 모래하천으로 계절적 변동이 큰 수문학적 특성에 반응하여 발달하는 모래 하상의 역동성과 이른바 '화이트리버'라고 하는 경관상 고유성이 대표적인 하천이다. 하지만, 2010년부터 영주댐이 건설되기 시작하였고, 2015년 전후로 식생이 광범위하게 활착하는 등 하천 변화가 발생하였다. 본 연구에서는 이러한 변화를 객관적으로 분석하기 위해 영주댐 하류내성천을 대상으로 장기 모니터링을 실시하였으며 이 논문은 2012~2018년 기간에 대해 기상 수문 수질, 하도 형태, 하천 지형 및 식생 등 다각적인 측면의 조사 자료를 제공하는데 그 목적이 있다. 조사 방법으로는 자료 수집, 수위계 운영, 드론/지상 사진 촬영, LiDAR 항공측량, 현장 조사 등을 포함되었다. 장기 모니터링을 통해 발견한 주요한 사실들은 다음과 같다. 2015년은 1982년 다음으로 심한 가뭄이 발생하였으며 이로 인해 여름철 첨두유량은 50년래 최저를 기록하였다. 내성천 하도의 식생 활착은 1987년부터 시작되었으며, 2013년 이전에는 하류 구간에서, 그 이후로는 전체 구간에서 식생 활착이 발생하였다. 그 중 일부 지점은 홍수로 인해 재나지화 되었으나 여러구간은 목본이 활착하였고, 퇴적으로 인해 하도의 형태 변화가 발생하기도 하였다. 내성천은 모래 하상의 본질적 특성을 유지해 왔지만, 최근 약간의 조립화 경향이 나타났으며, 조사 단면에서 최심하상의 저하가 관찰되었다. 조사 결과를 종합하여 볼 때, 내성천에 나타난 변화는 주로 가뭄에 의한 것임을 확인하였다. 이와 함께 영주댐이 하도 변화에 미친 영향에 대해 고찰하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2006.05a
• /
• pp.1102-1106
• /
• 2006

본 연구에서는 현재 제방 사면에 적용된 자연친화적인 호안공 중 블록공을 대상으로 수리적인 안정성 및 식생 활착성 등을 검토하는 것을 주요 목적으로 하였다. 일반적으로 블록 호안공은 수리적인 안정성을 갖지만, 호안공 배면에 토사유출 방지를 목적으로 부직포를 설치하는데, 이 경우 호안공 두께가 그리 크지 않아 홍수시 또는 인위적인 행위에 의해 호안공이 쉽게 어긋날 우려가 있다. 또한 부직포 위에 호안공을 설치하는 까닭에 마찰이 적어 홍수시 흐름의 소류력에 의해 쉽게 미끄러질 우려가 있으며, 경사면과 부직포 사이로 물이 들어갈 경우 부직포가 배수가 되지 않기 때문에 부직포 배면의 토사는 부분 흘러내림 현상으로 토사 유출에 따른 부등침하와 블록의 내려앉음 현상이 발생되는 우려가 발생된다. 현지조사 결과 블록공 배면에 설치되는 부직포는 식물 뿌리가 뚫고 들어가지 못하므로 식생활착이 불충분함이 나타났다. 따라서 상기 결과를 종합하여 볼 때, 수리적인 안정성과 식생 활착을 동시 만족시키는 호안공은 부직포가 설치된 호안공으로서 부직포는 식물 뿌리가 뚫고 들어갈 수 있는 형태이어야 하며, 호안공 공극에 충분한 식생이 활착할 수 있는 면적을 갖는 형태이어야 한다.