• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.485-490
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• 2009

강원도의 약 89%가 산지로 되어 있기 때문에 강원지역 주민의 거주지는 대부분 홍수 피해를 강하게 받는 계곡이나 하천변에 잡고 있으며 매년 반복되는 홍수의 피해 위험이 높다. 따라서 홍수 시 생활공간을 보호하기 위한 제방의 안전성을 확보하는 것은 강원도의 하천관리에서 가장 중요한 점이다. 호안공법은 일반적으로 하천의 생태계나 경관적인 측면에서 부정적인 경우가 많은 인공시설물이기 때문에 최근에는 자연과 어울리는 친자연형 호안공법을 추구한다. 본 연구는 강원도 내 1개 국가하천 6개 지점, 214개 지방하천 2,760개 지점에 대한 하천 호안공법의 종류, 식생상태, 하천특성, 호안파괴 특성 등을 조사하고 하천호안공법 적용 하천특성과 호안공법, 식생 등의 관계를 분석하여 강원도형 호안공법 개발의 기초자료를 제공하는 데 목적이 있다. 강원도에 설치된 호안공법은 망태형, 붙임형, 블록형, 쌓기형, 옹벽형으로 구분할 수 있으며, 영동지역은 망태형 25%, 옹벽형 20.1.%, 블록형 18.3%를 차지하고 있으나 영서지역 하천은 쌓기형 32.9%, 망태형 19.2%, 옹벽형 16.6%를 나타내고 있다. 두 지역에서 옹벽이 16%이상을 차지하는 것은 하천경사가 급하고 만곡 수충부가 많아 홍수 시 구조적인 안정성이 큰 옹벽을 통한 호안보호에 따른 것으로 판단된다. 옹벽을 제외하면 하천평면이 호안공법 선택에 큰 영향을 미치지 않은 것으로 보이며 오히려 하천경사나 하천재료 특성이 반영된 것으로 판단된다. 호안파괴의 원인은 홍수 시 하상의 세굴이다. 그러나 옹벽호안은 국부적인 하상세굴에도 콘크리트 구조특성으로 쉽게 파괴되지는 않는 것으로 판단된다. 보 하류지점에 설치된 돌망태 호안은 하상저하와 보에 의한 유향변동으로 발생된 강한 수충현상에 의해 파괴되는 것으로 조사되었다. 호안의 식생 활착은 블록형, 망태형, 쌓기형 호안의 순으로 양호한 것으로 나타났다. 망태형이나 쌓기형 호안은 영동지역보다는 영서지역에서 높은 식생 피복도를 나타냈으며, 이는 하천의 경사와 호안의 침수빈도와 관계가 큰 것으로 판단된다. 식생블록형 호안은 지역 구분 없이 식생피복도가 높고 하천경사나 재료특성에도 불구하고 강원도의 하천호안공법으로 우수한 기능을 한다. 시급히 식생을 도입하고자 하는 경우 식생블록형 호안이 추천되며 호안공의 안정성과 식생의 다양성 측면에서는 망태형 호안공법이 추천된다.

• 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 2022년도 학술발표회
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• pp.54-54
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• 2022

수변식생(riparian vegetation)은 하천 지형학적 프로세스에 영향을 미치는 요인 중 하나로, 최근 기후변화와 더불어 중요성이 커지고 있다. 내성천은 사질 곡류 하천으로, 2014년과 2015년 유량 감소에 의해 급격한 식생의 정착이 나타났다. 내성천 수변식생의 정착 및 활착은 수문-지형학적 프로세스에 영향을 미쳤고, 결과적으로 하도와 범람원의 형태를 변화시켰다. 이와 같은 변화를 예측하고 분석하는 것은 이수, 치수 및 방재 정책과 생태계 사이의 균형 및 조화를 추구하는 정책결정에 필수적이다. 그러나 식생을 고려하지 않은 기존의 수문-지형 모델링에서는 이와 같은 변화를 재현할 수 없다. 본 연구의 목적은 흐름, 식생, 지형의 상호작용이 하천 지형에 미치는 영향을 시각화 및 분석하고, 식생을 고려하지 않은 기존의 모델들의 결과와 비교하고자 한다. 본 초록은 이를 위해 수문-지형학 모델인 D-Flow-FM을 수변 식생 모델과 결합한 커플링 모델(Van Oorschot et al., 2016)을 활용하여 내성천에서 2013년부터 2019년까지의 발생한 지형학적 프로세스와 식생 사이의 상호작용을 재현한 예비결과이다. 식생 모델 결과는 내성천 현장조사 자료와 원격탐사 자료를 이용해 검보정하였다. 식생을 고려한 모델의 하천 형태는 식생을 고려하지 않은 모델의 결과에 비해 좁고 깊은 형태로 나타났으며, 지형학적 변동성이 적게 나타났다. 이는 유량 변화와 관련하여 생태-지형학적 프로세스로 인한 수변 식생 변동성이 강의 형태에 영향을 미쳤다는 것을 보여준다. 모의된 하천의 형태학적 특성이나 식생의 분포 특성은 항공사진과 비교했을 때 준수한 수준이다. 본 모델은 기후변화에 따른 식생의 변동성이 하천에 미치는 영향을 연구하는 데에 활용할 수 있으며, 수문-생태-지형학적 프로세스에 의한 하천의 변화를 예측하고 분석하는 데에 유용하게 활용할 수 있을 것이다.

• 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 2015년도 학술발표회
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• pp.347-355
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• 2015

최근 활발한 하천개발을 통하여 하안에는 많은 식생도입이 주류를 이루고 있다. 통상 하안에 자생하고 있는 조밀한 식생은 수리학적 저항이 증가되고 통수능이 감소되어 수위상승을 초래한다. 본 논문에서는 수리 해석 모형을 활용하여 중소규모 3개소의 하천을 대상으로 자연 상태와 조밀한 식생 분포에 해당하는 11가지 조도계수 모델조건을 적용하여 수리특성 변화를 분석하였다. 각 하천별 전 구간에서 식생에 의하여 하천정비계획에서 분석된 수위보다 1.2~2.7m가 상승하는 것으로 분석되었다. 각 하천별로 계획된 여유고 0.6~1.2m를 감안하면 계획홍수 이상의 강우가 발생될 경우 적절한 대책수립이 필요한 것으로 분석되었다. 분석 결과에 의하면, 하천변 식생이 활착되면 하천의 규모, 하상경사에 관계없이 수리학적 흐름 특성은 매우 민감하게 변화되는 것을 알 수 있었다.

• 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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.271-271
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• 2019

하천에서의 식생은 하천의 조도 및 흐름특성을 변화시키는 요인 중 하나로서 하천 내의 식생밀도 변화로 인하여 발생한 하상변동은 장기적으로 하천내의 하중도가 발생하거나, 식생으로 인해한 방향으로 편중된 흐름으로 인하여 제내지 방향으로의 하천 침식이 발생하고, 이에 따라 구조물의 안정성에 영향을 미치는 등 하천의 중 장기 계획 시 고려해야할 중요한 요인이다. 이에 따라 식생 모형을 이용한 다양한 흐름특성 분석 실험들이 수행되었으나, 대부분의 연구에서는 식생을 단순화하여 모형으로 사용하였기 때문에 실제 식생에 대한 영향성을 보기에는 한계가 존재한다. 건설기술연구원의 하천실증연구센터에서는 이러한 식생의 영향을 분석하기 위하여 네덜란드의 Deltares, 핀란드의 Aalto 대학 등과 함께 다년간 국제공동연구를 수행하였으며, 금번 소개하는 실험에서는 식생밀도에 따른 흐름변화, 하상변동 및 환경 변화 등의 검토를 목적으로 하였다. 실험은 총 2가지 유량 조건에 대하여 수행되었으며, 실험 중 흐름의 안정화를 확인하기 위하여, 유출수조에는 6개의 압력식 수위계를 설치하여 실험기간동안 유출수조에서의 수심변화를 측정하였고, 하도에는 실험구간 상 하류에 SonTek의 SL-1500 및 SL-3000을 이용하여 지속적으로 수심을 측정하고, 이 외에도 하류단에 2개의 압력식 수위 측정장비를 설치하여 수심을 모니터링하였다. 실험에 사용된 식생은 높이 약 1.5m의 2가지 밀도로 폭 2m, 길이 4m의 규모로 설치하였고, 광파기와 3차원 레이저 스캐너를 이용하여 실험 전 후의 식생 주변 및 전 실험구간의 하상을 측량하였다. 흐름특성 분석을 위한 수리 측정은 Nortek사의 Vectrino를 이용하여 측정하였고, 총 24개 측선에 대하여 각 측선별 5 ~ 10개의 유속자료를 측정하였으며, 각 측점별로 90초간 자료를 수집하였다. 흐름특성 분석에 사용된 유속자료는 이상치를 제거한 후 수행되었으며, 이상치의 제거는 표준편차의 3배 이상의 편차를 갖거나, 측정자료의 자기상관도가 70% 이하인 값들은 제거한 후 분석을 수행하였다. 흐름 분석을 위한 측정자료를 이 외에도 캠코더를 이용한 표면유속영상 측정기법과 ADCP를 이용한 측정도 병행하였으나, 본 연구에서는 Vectrino로 측정된 결과만을 소개하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.115-115
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• 2011

본 연구에서는 자갈사주의 식생 이입 과정을 밝히고, 식생 이입에 영향을 미치는 수리적 특성을 규명하기 위한 현지조사 방안을 제시하였다. 자갈사주의 식생이입은 조절 하천과 비조절 하천에서의 이입 과정이 다르며, 본 연구에서는 비조절 하천을 대상으로 하였다. 따라서 상류에 댐이나 저수지가 없는 자연에 가까운 하천을 고려하였으며, 장기적으로는 조절 하천의 식생이입 과정과의 비교를 위해 임하댐의 반변천과 가까운 길안천의 중류 구간을 선정하였다. 자갈사주의 식생이입 과정을 모니터링하기 위해, 자갈사주를 전구역과 세부구역으로 나누어 같은 지점에서 같은 배율로 사진을 촬영하였다. 전자는 자갈사주 전체를 대상으로 촬영하며, 이를 위한 view point 선정이 중요하고 선정에 적절한 지점을 제시하였다. 후자의 경우 식생의 이입 정도를 왕성, 보통, 미약, 없음(4단계)로 구분하기 위해 대상 지점을 matrix가 50% 이상인 지점 ; 식생이입 왕성 (2개 지점), matrix가 50% 이하인 지점 ; 식생이입 보통, 또는 미약 (2개 지점), matrix가 없는 자갈만의 지점 ; 식생이입 없음 (1개 지점)을 선정하였다. 식생이입에 영향을 미치는 변수로는 하상토의 입경과 흐름의 특성(수심, 유속, 하상 소류력 등)을 들 수 있으며, 이들 조사를 위한 방법을 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.356-360
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• 2015

기존의 하천관리는 이 치수에 중점을 두었다면 최근에는 환경의 중요성을 인식하고 하천복원사업을 통해 주변환경을 개선하여 자연과 공존하는 방향으로 바뀌고 있다. 하천에 분포하는 다양한 종류의 식생은 지형변화, 유속 및 수위 변화 등 직 간접적으로 하천에 영향을 미치고 있다. 따라서 효과적인 하천관리를 위해서는 하천흐름에 대한 식생의 영향을 이해하고 분석하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 다차원 수리 수질 통합분석이 가능한 EFDC모형을 이용하여 홍수터 식생에 의한 하천의 수리특성 변화를 모의하였다. 금강수계 공주보~백제보 구간에 대한 수치지도 및 수심측량 정보를 바탕으로 작성된 3차원 정밀지형도와 30~50 m 간격의 직교곡선격자망을 이용하여 지형을 구축하고, 홍수터 식생에 의한 흐름저항을 반영하기 위한 현장조사를 통해 작성된 식생분포지도를 토대로 교목류(Tree), 관목류(Shrub), 초본류(Herb), 수체(Water) 4가지로 구분하여 분포밀도, 흉고직경, 교목의 높이를 모형에 적용하였다. 2일 간의 보 운영조건에 따라 상류의 공주보 방류량과 하류의 백제보 수위를 경계조건으로 분석을 실시하고, 동일기간 61개 관측지점 중에서 상 중 하류 4개의 임의지점에 대하여 유속측정결과와 모의결과의 비교를 통해 모형을 검증하였다. 홍수터가 완전히 잠겨 식생의 영향을 크게 받는 고유량 조건에 대하여 식생의 적용 여부에 따른 수리특성 변화를 살펴본 결과 홍수터의 경우 일부구간에서 유속이 감소하였으나 인근 주수로의 유속은 증가하는 것으로 나타났다. 하천수위의 변화는 미미한 것으로 나타났다.