• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.223-223
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• 2021

호안은 유수로부터 제방과 하안을 보호하는 구조물로 태풍 또는 집중호우로 인한 홍수로부터의 안정성이 확보되어야 한다. 적정한 호안공법 또는 제품의 선정을 위해서는 유속, 소류력 등이 반영된 수리 안정성 검토가 필요하나 현재 국내에는 이와 관련한 객관적인 평가나 시험 기준이 제시되어있지 않기 때문에 국내에서는 실제 수리실험을 통한 호안제품 및 공법의 수리학적 안정성을 제공하는 경우는 찾아보기 어려운 것이 현실이다. 본 연구는 호안공법 중 친환경적 재료를 사용하여 개발된 스톤매트리스 호안공법의 수리적 안정성을 검토하기 위해 수행되었다. 스톤매트리스 공법은 상부망과 하부망의 체결을 통해 돌을 군체로 일체화 시킴으로써 치수 안정성이 매우 뛰어나며, 충분한 식생공간을 확보한 공법으로 재료의 2차 변형 방지가 가능하며 안전한 군체 유지가 가능한 공법이다. 이러한 공법에 대한 안정성 검토를 위한 실규모 실험은 안동 하천연구센터에서 수행하였다. 실험에 사용된 수로는 8°의 경사를 갖는 급경사수로에서 수행되었다. 수로의 제원은 폭 3m, 길이 30m 의 직사각형 형태의 직선수로로 이루어져 있다. 시험체는 실규모로 제작되며 2m × 10m 의 제원을 갖는 별도의 트레이에 시공되어 실험시 크레인을 이용하여 실험수로에 안착시킨다. 수리 안정성 실험은 실험대상유량을 단계별로 나누어 점차적으로 증가시키며, 시험체의 이탈, 파괴 등의 큰 변화가 발생하였을 경우 실험을 종료한다. 수리량 측정은 유속측정, 수위관측 등으로 이루어지며, 재료의 변형은 3D스캐너를 이용하여 변위를 검토하였다. 총 3회에 걸친 실험결과 실험수로에서 발생가능한 최대유량인 4.34cms 조건에서 실험체 바닥에서의 소류력은 약 300N/m² 의 소류력이 발생하는 것으로 확인되었다. 또한 재료의 수직변위는 최대 1.8mm로 계측기 오차범위에 근접한 수치를 보이는 것으로 실험체의 이동이나 석재의 파손은 발생하지 않은 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.250-250
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• 2022

호안은 유수로부터 제방과 하안을 보호하는 구조물로 태풍 또는 집중호우로 인한 홍수로부터의 안정성이 확보되어야 한다. 일반적으로 호안공법은 강성호안과 연성호안으로 구분되는데 호안재료로써의 기준과 설치 및 유지상태 기준에 따라 다르게 해석되고 있는 것이 현실이다. 최근에는 호안공법의 재료의 연결성에 따라 강성호안과 연성호안을 구분짓는다고 언급되기도 한다. 본 연구에서는 친환경 석재를 사용하고 재료와 기반재의 체결을 통해 연결성을 확보하고 굴요성을 갖게 하는 연성호안공법에 대해 실규모 실험을 계획하였다. 수리 안정성 검토를 위한 실규모 실험은 안동 하천실험센터에서 수행하였다. 실험에 사용된 수로는 8°의 경사를 갖는 급경사수로에서 수행하였으며, 수로의 제원은 폭 3m, 길이 30m 의 직사각형 형태의 직선수로로 이루어져 있다. 시험체는 실규모로 제작되며 실험수로 내 2m × 10m 의 제원을 갖는 공간에 제작된 호안공을 크레인을 이용하여 실험수로에 설치하였다. 수리 안정성 실험은 실험대상유량을 단계별로 나누어 점차적으로 증가시키고, 시험체의 이탈, 파괴 등의 큰 변화가 발생(미국 재료시험학회 연결형 콘크리트 블록 시험방법, ASTM D 7277)하였을 경우 실험을 종료하도록 계획하였다. 수리량 측정항목은 유속, 수위 등이 있으며, 호안공 의 물리적 변화는 3D스캐너를 이용하여 설치 전·후 변위를 검토하였다. 총 3회에 걸쳐 실험을 수행하였으며 실험조건에 따라 일부 시험체에서 돌출 또는 침하현상이 발생하기도 하였으나 호안의 손상이나 이탈, 연성기반재의 찢어짐 등 안정정을 저해하는 호안공 시험체의 변화는 발생하지 않는 것으로 확인되었다. 실험결과 실험수로에서 발생가능한 최대유량인 4.6cms 조건에서 본 호안공법은 약 337.7N/m² 의 소류력을 확보하는 것으로 확인되었다.

• 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.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 2015년도 학술발표회
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• pp.380-380
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• 2015

국내 소하천에 설치된 대표적인 수공구조물은 교량, 보, 암거 등이 있으며 소교량은 전체 소하천 구조물의 56%를 차지하고 있어 태풍 및 집중호우로 인한 피해사례가 다양하게 보고되고 있다. 소교량에서의 대표적인 피해는 교각기초의 세굴, 여유고 부족으로 인한 파괴 등이 대표적인 피해사례로 알려져 있다. 이와 더불어 유송잡물 집적으로 인한 피해사례가 발생하고 있는데 교량에서의 유송잡물에 대한 피해는 유송잡물 집적으로 인한 교량전도, 수위상승으로 인한 제방월류, 압력흐름 증가로 인한 하상세굴 등의 피해 등 다양한 피해가 발생하는 것으로 보고되고 있다. 이러한 유송잡물로 인한 피해를 저감하기 방법으로는 유송잡물 차단, 우회시설을 설치하거나 충분한 교량의 여유고를 확보하는 방법 등이 있다. 여유고 확보를 위해서는 유송잡물로 인한 교각에서의 수위변동 특성을 검토할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 유송잡물의 크기변화에 따른 교각주변에서의 수위변동을 실규모-모형실험으로 연계하여 영향을 검토하고자 하였다. 수리실험은 소교량 대상 실규모 유송잡물 집적실험과 집적형태를 반영한 수리특성실험으로 구성하였다. 이를 위해 1/1 규모의 실규모 소교량 교각모형을 대상으로 유송잡물(목본류, 초본+목본류)에 대한 집적실험을 수행하고 집적형태를 파악하였다. 집적형태를 반영한 수리실험은 실규모 실험결과를 토대로 유송잡물 모형을 제작하였으며 잡물의 크기변화에 따른 수위변동 영향을 검토하였다. 실험결과 유송잡물의 집적형태는 전반적으로 직사각형 형태로 집적이 이루어지고 있는 것으로 나타났다. 이러한 형태를 반영한 수리실험결과 유송잡물의 높이가 교각두께의 1배 미만일 경우 상류단에서의 수위변동이 미미한 것으로 나타났다. 폭비와 길이비 변화에 따른 수위변동은 폭비변화에 비해 높이비 변화에 민감하게 영향을 받는 것으로 나타났다. Fr에 따른 수리실험에서도 높이비가 1이상일 경우 상류단에서의 수위상승이 발생하는 것으로 확인되었다.

• 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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.257-257
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• 2022

댐 건설은 홍수 및 가뭄에 대응하기 위한 구조적 방법으로써 우리나라와 같이 지표수에 의존적인 지역에서는 가용 수자원을 확보하기 위한 확실한 수단으로 활용되어왔다. 신규 댐의 건설은 대상 하천의 수리학적 특성에 큰 변화를 야기할 수 있으며, 댐의 안정성 및 하천의 하도보호를 위해 댐 주변의 수리적 특성의 변화에 대해서도 사전에 인지하여 설계 시 반영할 필요가 있다. 수공구조물 신설에 따라 변화되는 수리학적 특성을 분석하는 방법으로는 그 수단에 따라 상사법칙을 적용한 수리모형실험과 수치기법을 활용한 수치모형실험으로 나눌 수 있다. 본 연구에서는 수리모형실험을 통한 실험적 방법을 이용하여 댐 상하류 구간의 수리학적 특성을 분석하였다. 해당 실험은 한국농어촌공사 농어촌연구원의 대형수리모형실험시설에서 수행되었다. 적용대상 댐의 제원은 높이 약 70m, 길이 약 230m이며, 폭 55m의 여수로를 포함하는 구조로 설정하였다. 수리모형은 Froude 상사법칙을 적용하여 1/30 규모로 축소하였으며, 콘크리트 및 아크릴 재료를 이용하여 제작되었다. 댐 모형이 설치되는 하천구간은 댐 구조물을 포함하여 실규모를 기준으로 흐름방향으로 약 800m, 하폭방향으로 약 450m의 범위를 포함하도록 설계되었으며, 하류구간에 사행하천이 존재하는 것이 특징이다. 본 실험에서 유량은 총 12개의 펌프를 이용하여 공급되었으며, 최대 4cms에 해당하는 유량공급이 가능하도록 설계하였다. 공급유량은 정교한 절차에 의해 보정된 전자식 유량계를 통해 통제되었으며, 사용된 유량계의 허용오차는 약 0.5% 수준인 것으로 나타났다. 수위 측정은 오차범위 0.05mm 수준의 초음파 수위측정기를 이용하였으며, 유속측정은 약 0.5cm/s의 정확도를 지닌 3차원 전자기 유속계를 이용한 접촉식 측정과 흐름구조 가시화를 위한 비접촉식 입자추적기법을 병행하였다. 실험조건은 실규모 기준으로 방류량 3,000~5,000cms에 대해 수행하였으며, 각 방류량별 댐 상하류의 흐름패턴에 대해 정량적으로 분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.667-667
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• 2012

호안블록을 설치하는 목적은 제방의 비탈면 및 저수로 하안을 강수나 유수에 의한 침식작용으로부터 보호하는데 있다. 근래에 들어서는 친수성, 경관, 생태계 보전 및 재생 등과 같은 기능을 가진 다양한 호안블록의 시공이 이루어지고 있는데 이러한 국내 상황은 호안블록에 관한 수리적 연구와 안정성 검토의 필요성을 증가시키고 있다. 현재 국내에서는 호안의 설계 및 시공시에는 하천공사 표준시방서 등을 이용하고 호안블록 제작에는 콘크리트 표준 시방서 등을 이용하고 있다. 그리고 이런 시방서의 내용들은 호안블록 설치 후 호안의 안정성을 보장하는 듯 하다. 하지만 이는 모두 호안블록의 재료 및 설치 기준에 관한 지침서일 뿐이며, 어느것도 호안블록 설치 이후에 호안의 안정성을 보장하지는 않는다. 따라서 현재 국내 상황을 고려한 호안블록 주변의 수리특성에 관한 연구와 안정성 평가 기법의 개발은 매우 시급한 과제이다. 본 연구에서는 한국건설기술연구원 안동 하천실험센터 실규모 수로에 최근 미국과 일본에서 적용하고 있는 호안블록의 안정성 평가 지침을 참고하여 호안블록 시험구간을 설치한 뒤, 서로 다른 형태의 호안블록 두 종류에 대하여 실험을 수행하였다. 실험에 사용된 호안블록은 실재 현장에서 사용되는 블록과 동일한 제품을 사용하였다. 실험 결과 두 종류의 호안블록에서 모두 기반 토층의 침하 현상이 발견되었으며, 그 중에서 블록 중앙에 구멍이 있는 형태의 호안블록의 경우에는 구멍 내부에서 발생한 강한 세굴 현상이 침하로 이어져 결국에는 호안블록이 설치된 구간 전체가 파손되는 양상을 보였다. 또한 유속이 빠른 구간에서 블록의 파손이 더 심화되는 양상도 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.513-513
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• 2017

홍수 시 하천을 따라 유하되는 유송잡물은 구조물에 집적을 통해 유수의 흐름을 방해하고 구조물 주변의 지반을 약화시키거나 월류로 인한 심각한 피해를 야기 시킨다. 교량의 경우 유송잡물의 집적은 교각의 항력을 증가시켜 전도파괴를 유발시킬 수 있으며, 교각주변 흐름교란을 통한 하상 세굴로 인해 기초부를 파괴시키기도 한다. 또한 통수단면적 증가로 인해 높아진 수위는 제방월류로 인해 재산 및 인명피해를 유발하기도 한다. 본 연구는 이러한 유송잡물의 집적을 억제시키는 저감시설물을 대상으로 연구를 수행하고자 한다. 유송잡물 저감시설 중 우회말뚝을 대상으로 수리모형실험을 수행하고 실규모 실험을 통해 저감효과를 검토하였다. 우회말뚝은 교각 전면부에 상류방향으로 이격되어 설치되는 말뚝형태의 구조물로 유송잡물의 우회를 통해 교각에 집적을 저감하는 목적으로 설치된다. 본 연구에서는 수리실험 및 실규모실험을 통해 우회말뚝의 저감능력 검토를 수행하였으며, 1개의 말뚝을 대상으로 교각과의 이격거리와의 관계를 검토하고자 하였다. 수리모형실험의 결과 유송잡물의 길이가 경간장의 100% 일 경우 저감시설이 없을 경우 교각에 87.6% 집적이 발생하였으나 말뚝이 설치되었을 경우 교각에 직접적으로 집적되는 유송잡물은 없으며 31.7% 유송잡물은 우회말뚝에 집적되는 것으로 나타났다. 실규모 실험의 경우 우회말뚝이 없는 경우 집적률은 60%의 집적이 이루어졌으나 우회말뚝을 설치한 경우 10%의 집적률로 나타났다. 우회 말뚝설치에 따른 저감효과는 발생하였으나 이격거리에 대한 저감능력의 차이는 없는 것으로 나타났다. 그러나 우회말뚝의 이격거리가 길어질수록 말뚝주변에서 회전되어진 유송잡물이 교각에 간헐적으로 집적되는 현상이 관측되었다. 따라서 말뚝의 위치를 선정하기 위해서는 유송잡물의 길이를 고려하여 설치하는 것이 유리할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.21-21
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• 2022

충적하천의 하상과 제방은 흐름에 의해 쉽게 침식되는 사립자들로 구성되어 있다. 흐름이 더욱 강해지면 커다란 입자들도 움직이게 되고 더욱 커지면 결국 모든 입자들이 움직인다. 이렇게 흐름에 의해 하상과 제방을 구성하는 사립자들이 움직이기 시작하는 상태를 한계운동이라 하며, 이때의 흐름조건을 한계조건이라 한다. 한계조건은 이동상 수리학의 시작으로, 이때부터 흐름은 물과 유사의 혼합이라는 이상류가 되어 순수한 물의 흐름보다 더 복잡하게 된다. 개수로는 관수로와 달리 반드시 자유수면이 있으며, 따라서 물과 공기와의 마찰은 상대적으로 매우 작으므로 개수로의 전단응력 분포는 관수로와 달리 근본적으로 비대칭이다. 따라서 전단응력은 수로 바닥이나 측벽에서만 작용하게 된다. 한계조건은 이러한 추상적인 의미에 앞서 바닥이 침식되지 않는 하도나 수로의 설계 등에 기본적인 자료가 된다. 개수로에서 경계면의 전단응력을 힘으로 표시하는 것을 통상 소류력이라 하며, 개수로 경계면에서 전단응력의 분포도; 이른바 단면의 평균 전단응력의 개념을 도입하여 해석하고 설계기준으로 제시되고 있다. 본 연구에서는 자연하천과 유사한 조건의 건설기술연구원 하천실험센터의 급경사수로에서 연구를 진행하였으며, 기존 연구를 바탕으로 제작된 소류력 측정장치를 이용하였다. 하천의 설계나 평가에 적용되는 평균 소류력 개념은 복잡한 난류흐름에서 평가지표로써 대표하기 힘들기 때문에 유사 하천환경의 바닥에서 발생하는 소류력을 직접 측정하고자 연구를 진행하였고, 연구결과를 기존의 소류력 산정방법과 비교하였다. 본 연구에 사용된 장치는 실규모 실험을 위해 제작되었으며, 실규모 적용성 검토를 위해 실험실에서 충분한 검증실험을 거친 후 실규모 실험에 적용하였다.