• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.480-480
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• 2018

전 세계적으로 자연 친화, 하천생태계 보전, 친수하천 등을 조성하기 위한 대대적인 하천 정비사업이 활발히 진행 중에 있다. 최근 홍수로 인한 제방 붕괴에 대응하기 위한 제방의 안정화 및 개선을 위한 방법으로 기존의 시멘트와 같은 혼합물질을 사용하지 않고 환경 친화적이고 지속 가능한 대안에 대한 수요가 증가되고 있는 추세이며 현재 노후화 된 불안정 제방에 대한 보강대책을 수립해나가는 과정으로써 친환경 신소재를 활용하여 제방을 보호하는 연구가 수행되고 있다. 제방사면에 적용되는 신소재는 바이오폴리머를 활용한 재료로써 공동연구기관 카이스트에서 개발된 환경 친화적인 물질로 미생물에 의해 유도된 고인장 및 인체 무해성 등의 특성을 갖고 있으며 경제적 타당성인 측면에서 시멘트와 비교 분석 되어야 하고 실제 현장에서의 적용 가능성, 신뢰성 및 내구성 검토 등 성능을 보장하기 위한 지속적인 연구가 필요한 상황이다. 이에 본 안동하천실험센터에서는 중규모 제방을 직접 제작하여 수리모형실험을 통한 친환경 신소재 활용 제방의 안정성 및 성능 평가를 실시하였다. 수리실험 조건은 카이스트에서 제시된 레시피를 기반으로 먼저 분말형태의 바이이폴리머를 물과 희석하여 만들어진 바이오폴리머 용액을 흙과 혼합한 뒤 제방표면에 직접 미장작업을 수행하여 실험조건에 따라 일정한 두께(1cm, 3cm, 5cm)로 피복하였다. 이후 월류 붕괴 실험이 가능한 3 - 5일 정도의 양생기간을 거쳐 실험을 진행하였다. 실험결과는 다수의 고프로(GoPro) 및 비디오 카메라 등 다양한 영상장치를 이용하여 픽셀기반의 영상분석기법을 활용한 시간 흐름에 따른 제방 사면에서의 붕괴규모를 산정하여 신소재의 피복 두께에 따른 제체의 붕괴 거동 및 안정성을 평가하였으며, 또한 제방 파괴부에서의 흐름 상황 및 유속이 붕괴 발달에 미치는 영향을 분석하기 위하여 PIV 분석을 실시하였다. 이번 연구의 최종목표는 지속적인 예비실험을 수행하여 월류 및 침투, 파이핑 등 파괴 인자 별 신소재의 성능 개선 및 개발된 새로운 공법에 대한 효과 검토를 통한 최적안을 도출함으로써 향후 실규모 실험실증을 통한 신소재 시공 및 공법에 대한 현장적용 가능성 검증을 거쳐 최종적으로 신소재 제방 공법 설계 기술, 신소재 및 공법 표준안, 제방공법 안정성 평가 가이드라인 등을 제시하고자 하며, 이러한 실험데이터를 축적함으로써 실제 제방 붕괴 시 비상대처계획 수립에 필요한 기초자료로 활용이 가능할 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.349-349
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• 2020

기후변화로 인한 돌발홍수와 같은 집중적인 강우현상은 노후화된 제방의 안정성 저하 및 붕괴 등을 야기시킨다. 향후 홍수량이 증가함에 따라 하천의 통수면적이 부족하여 침수 및 범람의 위험성이 증가할 것으로 생각된다. 계획규모 이상의 홍수가 발생하여 홍수위가 제방고보다 높을 때 월류에 의한 제방붕괴로 이어지며, 이러한 월류에 의한 제방붕괴는 가장 전형적인 것이다. 지금까지 월류에 의한 제방붕괴에 관한 연구는 연구자의 다양한 관점 및 방법을 통해 진행되고 있다. 실제 제방붕괴를 관측하는 것은 불가능하므로 기존의 소규모 수리실험 및 모델링을 통한 제방붕괴 메커니즘 분석에는 사실상 한계가 있다. 이러한 점에서 실규모 수리실험을 통한 월류에 의한 제방붕괴 메커니즘을 3차원으로 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 드론 영상을 이용하여 제방붕괴 메커니즘 분석 연구를 수행하였다. 제방은 시간의 흐름에 따라 붕괴양상이 발전한다는 점 등에서 매우 복잡한 물리적 특성이 있다. 드론의 오토촬영 기법을 통한 제방이 붕괴되는 순간을 촬영하기는 쉽지 않기 때문에 셔터스피드촬영 기법을 적용하였다. 특히, 짧은 시간에 변화되는 제방의 붕괴양상을 구체적으로 표현하기 위해 두 대의 드론을 횡·종 방향으로 동시에 비행하여 분석 시 3차원 입체감을 최대화하였다. 이후 횡·종 방향에서 동 시간대 수집된 드론 이미지를 분류하여 PIX4D 매핑 기법을 활용한 최소 정합을 통하여 드론을 활용한 제방붕괴 메커니즘 분석의 활용 가능성을 제시하였다. 향후 스마트 시대의 물산업 경쟁력을 제고함에 있어, 폭이 좁은 하천에 효율적이며 고해상도 시공간 자료를 확보할 수 있는 드론을 활용한 스마트 하천재해 예측 및 관리기술 개발을 통한 하천 원격탐사의 경쟁력을 확보하는 것이 중요하다고 사료된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.53 no.3
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• pp.167-179
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• 2020

Recently, new levee material has been developed to enhance natural soil strength and vegetation growth using biopolymer. In the study, critical tractive force of vegetated mats mixed with biopolymer mixed soil has been evaluated to apply the mixed soil to levee construction material. The mixed soil has been produced by mixing beta-glucan, clay, and sand. Full scale test bodies have been constructed with 3 cm thick of the mixed soil. Total 4 test bodies have been constructed and experimented. Critical tractive forces have been evaluated by observation and measurement of failure conditions and soil loss. Although performance of the vegetated revetments are affected by vegetation coverage conditions, the critical tractive forces are shown about 40 N/㎡ and the critical velocities are shown about 4 m/sec by full scale experiment. Erosion resistance is also enhanced by combination of root and net with mat materials.

• Journal of the Korean GEO-environmental Society
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• v.22 no.12
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• pp.65-70
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• 2021

River-side Embankment collapse involves various causes. The embankment collapse due to internal erosion around embedded structures reaches up to more than 10% in Korea. Many studies are being attempted to prevent from the collapse of the embankment rooted from overtopping and instability as well as internal erosion. One of them is the study on the application of biopolymers. The application of biopolymers to soils are divided into enhancing strength, vegetation and erosion resistance. This study investigated the effect of biopolymer treated soil on erosion resistance. The main goal of the study is to obtain basic data for real-scale experiments to verify the effectiveness of biopolymer treated soil embankment including a review of the collapse pattern in the model embankment with various test conditions. The optimized experimental conditions were selected by examining the erosion patterns according to each induction path with three compaction degree of the model embankment. As a result of the experiment, the internal erosion rate in the embankment to which the biopolymer treated soil was applied is greatly reduced, and it could be concluded that it might be applied to the actual embankment. However, in this study, the conclusion was drawn only within the scaled-down model embankment. In order to practically apply the biopolymer treated soil to the embankment, the study considering the scale effect would be needed.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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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.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.54 no.3
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• pp.181-190
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• 2021

In this study, a large-scale levee breach experiment from lateral overflow was conducted to verify the effect of the new reinforcement method applied to the levee's surface. The new method could prevent levee failure and minimize damage caused by overflow in rivers. The levee was designed at the height of 2.5 m, a length of 12 m, and a slope of 1:2. A new material mixed with biopolymer powder, water, weathered granite, and loess in an appropriate ratio was sprayed on the levee body's surface at a thickness of about 5 cm, and vegetation recruitment was also monitored. At the Andong River Experiment Center, a flow (4 ㎥/s) was introduced from the upstream of the A3 channel to induce the lateral overflow. The change of lateral overflow was measured using an acoustic doppler current profiler in the upstream and downstream. Additionally, cameras and drones were used to analyze the process of the levee breach. Also, a new method using 3D point cloud for calculating the surface loss rate of the levee over time was suggested to evaluate the performance of the levee reinforcement method. It was compared to existing method based on image analysis and the result was reasonable. The proposed 3D point cloud methodology could be a solution for evaluating the performance of levee reinforcement methods.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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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.