• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.1266-1270
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• 2006

최근 도시개발이나 주택단지개발사업의 경우 토지이용의 극대화 및 경제적인 측면에서 저류지의 면적을 충분히 확보하기 어려우므로 첨두홍수량 조절방식인 하도외(off-line) 저류지가 검토되고 일부 설치되고 있으며, 증가된 홍수량을 저류지로 전환하는 방법에는 일반적으로 횡월류위어가 이용되고 있다. 현재 off-line 저류지 횡월류량 산정시 사용되고 있는 De Marchi공식의 유량계수를 0.623이라는 고정된 값을 사용하고 있으나, 횡월류위어의 유량계수는 본류 흐름 조건 및 위어의 기하학적 조건에 따라 달라지기 때문에 이에 대한 문제점을 갖고 있다. 또한 횡월류부의 적정폭이 제시되어 있지 않으므로 계획빈도 이상의 수위가 전량 저류지로 유입되는지 이에 대한 실험 및 검증이 요구된다. 본 연구에서는 수리실험을 통하여 설계빈도 이상의 초과홍수량을 전량 월류시킬 목적으로 사용되는 off-line 저류지 횡월류위어의 적정폭을 산정하고, 본류 흐름 조건 및 위어의 기하학적 조건 등을 고려한 횡월류위어의 유량계수를 산정하였다. 적정폭 산정 결과 본 실험조건에서는 횡월류 위어폭이 본류폭의 6배인 3.6m(L/B=6.0)이상일 때 모든 조건에서 위어정점부 이상의 수위에 대한 유량을 전량 월류시킬 수 있는 것으로 나타났다. L/B=6.0일 때 $Fr_u,\;W/y_u$와 $S_o$를 고려한 중회귀분석을 통해 off-line 저류지에 적합한 횡월류 위어의 유량계수식을 제안하였으며, off-line 저류지의 횡월류위어 설계시 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.880-884
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• 2009

여름철 강우시 저수지로 유입하는 고탁도의 하천수는 저수지 주변 수체에 비해 낮은 수온과 높은 부유물질 농도(SS)로 인해 상대적으로 높은 밀도를 가지며, 저수지 내에서 동일 밀도층을 따라 분포하며 밀도류를 형성하게 된다. 탁수는 대부분 장기간 저수지에 체류하며 수질과 수생태계에 큰 영향을 주게 된다. 따라서 저수지로 유입한 탁수의 밀도류 거동특성을 파악하는 것은 저수지 운영, 수질관리 및 수생태계 보호를 위한 관리대책 수립에 있어서 중요한 요소이다. 본 연구의 목적은 횡방향 평균 2차원 수치모델을 이용하여 초기수위별 다양한 유량규모에서 소양호로 유입하는 밀도류의 거동특성(유입경계지점 수심($h_0$), 침강점 수심($d_p$)과 거리($X_p$), 분리점 수심($d_s$), 중층류 관입두께($h_i$), 댐 축 도달시간($t_a$), 희석율(${\beta}$))을 분석하여 저수지 수질관리를 위한 의사결정지원 기초정보를 제공하는데 있다. 밀도류의 거동분석을 위해 사용된 유량조건은 그동안 소양호에서 발생한 홍수크기를 바탕으로 7개의 등급으로 나누었으며, 각각의 유량조건별 수문곡선은 2007년 수문사상 중 7월 30일부터 8월 30일까지의 수문사상을 바탕으로 수정가우시안 공식을 사용하여 산정하였다. 탁수 거동 특성의 모의는 서로 다른 초기 수위 및 유량조건하에서의 탁수거동을 나타냈고, SS농도 25 mg/L 이상을 기준으로 하여 탁수층의 $d_p$, $X_p$, $d_s$, $h_i$, $t_a$, ${\beta}$를 산정하였다. 일반적으로 유량규모가 커질수록 $d_p$와 $d_s$는 증가하였고, $X_p$는 댐 축으로부터 가까워짐이 확인되었으나, 동일 유량규모에 대해 초기 수위가 증가함에 따라 $X_p$는 대체로 댐으로부터 멀어졌다. $h_i$는 유량규모가 증가함에 따라 완만하게 증가하는 경향을 보였고, $t_a$는 초기수위가 EL. 165 m일 때 유량이 2,000 CMS 미만인 경우 댐 앞까지 도달하지 못하는 것으로 나타났으며, 나머지 수위조건에서는 유량이 3,000 CMS 미만인 경우 댐 앞까지 도달하지 못하는 것으로 나타났다. 유량 규모에 따라 $X_p$가 0 km인 지점과 19 km인 지점에서의 ${\beta}$ 값을 산정한 결과 일반적으로 유량규모가 커질수록 유입수의 희석효과는 작아지며 초기수위가 커질수록 증가하는 경향을 나타냈다. 연구 결과는 탁수 발생 초기 저수지 운영 실무자들이 유량규모 및 초기 수위조건에 따른 밀도류의 거동특성을 신속히 예측하는 목적으로 사용될 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.361-361
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• 2016

기상이변으로 인하여 최근 10년 동안 해마다 홍수와 가뭄 피해가 극심하였고 그에 따른 경제적 손실 또한 증가하고 있다. 이에 우리나라에서는 4대강 살리기 사업으로 다기능보 건설 및 준설을 통하여 용수확보 및 홍수조절능력을 향상시키고자 하였다. 하지만 그로인해 하천환경이 많이 변하였으며, 그에 따른 하도의 안정성 확보 및 효율적인 유지관리가 요구되는 상황이다. 체계적인 하천관리를 위해서는 24시간/365일 하천상황 분석과 함께 실시간 수리학적 체류시간 분석 등을 통한 하천 및 하도내 수자원 관리 기초자료 필요성이 요구된다. 따라서 본 연구에서는 변화된 하천을 정확히 반영하고, 보의 운영조건을 고려한 2차원 수리해석을 실시하여 하천관리를 위한 기초 자료를 제공하고자 한다. 다기능보의 지형조건과 운영조건을 반영할 수 있는 EFDC 모형을 이용하여 낙동강에 대해 2차원 수리모형을 구축하였다. 자료기반모형을 이용하여 지류 유입량을 예측하여 적용하였으며, 보 상류 및 하류부 수위를 상 하류단 경계조건으로 구성하였다. 이를 통해 보별 유입량 및 보 상류의 주요지점의 수위, 유량에 대한 다양한 조건을 확정론적 방법과 추계학적 방법으로 분석하여 주요지점에서의 유량 및 수위 수문곡선, 수위/유량 종단양상, 주요지점별 도달 시간 등을 제시하였다. 또한 확정론적 수위 및 유량의 홍수기 및 저 갈수기, 계절 및 분기, 일단위및 시단위 등의 시계열 결과를 도출하였으며, 유량규모별 전파 양상을 분석하여 강우-유량-도달 시간의 조건표를 제시하여 보의 운영에 직접적으로 활용할 수 있도록 하였다. 본 연구를 통해 낙동강에서의 하천관리를 위한 기초자료를 제공할 수 있으며, 다양한 조건에 대한 보 운영 및 하천 유지관리의 가이드라인을 제시할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.501-501
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• 2023

하천에서의 여가활동에 대한 수요가 증가함에 따라 각종 친수활동에 대한 안전도 평가가 사고예방을 위해 중요해지고 있다. 친수 활동의 안전은 수리 및 수질 인자에 크게 영향을 받지만 기존 친수지수는 수질 인자에만 집중되어 개발되어왔다. 하지만, 세일링, 패들링, 저동력보트 등 입수형 친수활동의 경우, 다양한 수리 현상에 큰 영향을 받기 때문에 유속, 흐름 방향, 수심 및 수면 폭 등의 수리인자를 친수지수에 반영할 필요가 있다. 또한, 친수활동에 위험이 되는 수리적 조건은 유량 조건과 하천의 평면적 공간에 따라 상이하게 발생하기에 이를 공간적으로 평가하는 것 역시 필요한 실정이다. 본 연구에서는 수리학적 요소를 기반으로 하천 친수 활동에 대한 안전도를 평가하기 위해 공간적으로 친수활동의 안정성을 평가할 수 있는 SRRI (Spatial River Recreation Index)를 제안하였다. SRRI의 개발을 위해 1단계에서는 다양한 유량 조건에서 EFDC 동수역학모형을 이용하여 수리 인자들의 공간적 분포를 재현한 후, 2단계에서는 퍼지합성법 (FSE)를 적용하여 수리인자의 모든 소속도와 가중치를 종합하여 하천 지점별 하천친수지수를 산정하였다. 개발한 SRRI를 낙동강-금호강 합류부에 적용한 결과, 유량 및 지형 조건에 따라 각 수리인자가 친수활동 안전성에 미치는 영향이 공간적으로 매우 상이하게 나타났다. 유향(흐름 방향)은 합류지점 부근에서 친수활동의 위험성을 크게 증가시키는 반면, 사행구간에서는 수심이 중요한 요인으로 나타났다. 고유량 조건에서는 유속이 세일링 및 패들링에서 가장 큰 영향을 미치는 요소로 작용하였다. 특히 세일링은 유량 변화에 민감하여 고유량시에는 주흐름부와 합류부 부근을 제외하고 일부 공간에서만 안전하게 이용이 가능한 것으로 나타났다. 반면 무동력 및 저동력보트는 유량 변화에 덜 민감하여 고유량 조건에서도 부분적으로 허용될 수 있었지만 사행구간의 고수심부에서는 위험 등급으로 권고되었다. 이러한 결과를 바탕으로 SRRI는 다양한 수리학적 조건을 기반으로 공간적 안전정보를 제공함으로써 많은 이용자들이 하천에서 보다 안전한 친수활동을 즐기는 데에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.547-547
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• 2015

본 연구에서는 달천구간 (괴산댐~송동보)에서 어류 군집 (Fish Community)을 고려한 생태학적 최적유량 (Ecological Optimum Discharge)을 산정하였다. 이를 위해 유량증진방법론(IFIM: Instream Flow Incremental Methodology)을 기반으로 한 2차원 모형인 River-2D를 적용하여 수리해석 및 대상어종 (Target Fishes)에 대한 가중가용면적 (WUA: Weighted Usable Area)을 산정하였다. 모형 검증을 위해 김원 등 (2007)에 의해 수행된 과업구간 내 수위 및 유량 모니터링 자료를 활용하였으며, 하류경계조건은 김지성 등 (2007)에 의한 수위-유량 관계곡선식을 활용하였다. 또한 평저류량 조건에서의 조도높이 (Roughness Height) 산정을 위해 유량 및 하상재료의 영향을 고려할 수 있는 멱함수 및 반대수함수 형태의 조도계수 공식을 적용하였다. 모형검증 결과 River-2D에 의해 계산된 수위값이 모니터링값과 비교적 잘 일치함을 알 수 있었다. 대상유역에 대한 어류 모니터링 (에코리버21사업단, 2007~2010) 결과를 바탕으로, 과업지역내 우점종 (피라미), 아우점종 (쉬리 등 3개 어종), 멸종위기어종 (묵납자루)을 대상어종으로 선정하였으며, 대상어종에 대한 서식도적합도지수 (HSI, Habitat Suitability Index) 산정을 위해 IFASG (Instream Flow and Aquatic Systems Group) 방법 및 WDWF (Washington Department of Fish and Wildlife) 방법을 적용하였다. 수심, 유속, 하상재료 및 하상형상에 대한 서식도적합도지수가 5가지 대상어종에 대해 각각 산정되었으며, 복합적합도지수 (CSI : Combined Suitability Index)를 고려한 과업대상 위치별 어류의 발생확률이 모의되었다. 어류 군집에 대한 가중가용면적 (WUA)이 최대로 되는 생태학적 최적유량 산정 결과, Type I~III의 경우 모두 $10m^3/s$ 이하의 유량조건에 대해서 WUA가 최대값을 갖는 것을 확인할 수 있었으며, 납자루속의 어류 (Type III)의 WUA가 000 및 000속 (Type II)의 어류에 비해서 작은 유량에서 더 큰 값을 갖으며, $10m^3/$s 초과 유량에 대해서는 반대의 경향이 나타나는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1279-1283
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• 2010

미국의 경우 1994년 발생한 대홍수(Great Flood)에 대해 사건조사를 수행하면서 예측에 포함되는 불확실성 정도를 제공하지 못하는 확정적 예측의 위험성 및 확률유량예측에 대한 필요성이 부각되었으며, 앙상블 유량예측(Ensemble Streamflow Prediction, ESP) 기법을 활용한 확률유량예측 방안에 대해 지속적으로 연구가 수행되고 있다. 국내에서도 확률예측에 대한 필요성이 인식되면서 기존 국외 연구사례를 토대로 국내 환경에 적용 가능한 방안에 대한 연구가 진행되었으며, 중장기 앙상블 유량예측의 경우 현업에서 다양한 형태로 활용되고 있다. 앙상블 유량예측의 기본이론은 예측시점의 초기조건 하에서 예측기간에 발생 가능한 기상 앙상블 시나리오를 수문모형의 입력자료로 사용하여 불확실성 범위를 설명 가능한 유량 앙상블을 모의하는 기법이다. 이러한 이론적 단순함 때문에 쉽게 현업의 유량예측 시스템 내에서 사용할 수 있다는 장점이 있으나, 동시에 기법적 특성으로 인하여 유량예측의 신뢰도가 현업에서 활용되기 어려울 정도로 낮아지는 관계로, 이러한 한계점을 극복하기 위해 그동안 기상자료 및 수문모형으로 인한 불확실성 저감에 대한 연구가 수행되었다. 하지만 예측 및 시나리오 기간의 잘못된 설정으로 기존의 불확실성 저감을 위한 연구의 적용에도 불구하고 앙상블 유량예측의 신뢰도가 오히려 낮아질 수 있으므로, 본 연구는 시나리오 기간에 따른 오차의 양상과 예측기간의 증가에 따른 초기조건의 영향을 분석하여 앙상블 유량예측의 기법적 특성 하에서 신뢰도 높은 예측을 기대할 수 있는 예측 및 시나리오 기간을 제안하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.318-318
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• 2023

수자원개발과 관리 측면에서 하천에서 흐르는 유량을 정확히 산정하는 것은 이수와 치수 두 측면에서 모두 매우 중요한 문제이다. 과거의 유량측정성과를 이용하여 수위-유량 관계 곡선식을 구하면, 현재 관측된 수위만으로도 유량을 간단히 산정할 수 있기 때문에 유량 산정에서 있어서, 수위-유량 관계 곡선식을 사용하는 것이 일반적이며, 따라서 수위-유량 관계식의 신뢰도에 의해 유량 산정의 정확성이 좌우되는 것이 사실이다. 과거 일반적인 단일 수위-유량 곡선의 적용으로는 유량추정에 높은 불확실성이 존재할 수 있음이 확인되어, 하천의 단면변화, 식생변화, 유사이동, 비정상류 등 영향인자를 파악하고 수위-유량 관계의 동적 변화를 추정하는 기술의 고도화가 다양하게 시도되고 있다. 기존 연구에서는 하천의 수위에 따른 단면 변화율 차이 등을 가정하고 수위구간을 구분 다른 수위-유량 관계식으로 추정하는 방안이 제안되거나, 부정류, 하상경사, 그리고 조도계수 변화에 따른 수위-유량 관계 변화 가정하고 특정 조건에 따라서 수위-유량 관계가 변화하는 특성이 연구되었다. 하지만, 검토한 바에 따르면 기존 연구에서는 대부분 수위 관측 지점에 한하여 단면 및 하상특성 등의 영향을 고려하였으며, 수km 떨어진 원거리 하류 범위에서의 하상 등 동적 변화로 인한 상류 지점의 수위-유량 관계의 영향에 대해서는 정량적 분석이 미진한 것으로 파악되었다. 따라서, 본 연구에서는 이러한 조건에 따른 복잡한 동적 수위-유량 관계를 분석하기 위한 기계학습 기반 데이터 분석기술의 활용 방안을 검토하고, 시범적으로 금강 세종보가 가동중이였던 2017년 관측된 보상류 5km 지점의 수위와 유량 데이터 분석에 적용하였다. 분석 결과 하류 5km 범위에서의 하상변화는 즉각적으로 상류의 수위-유량 관계를 변화시키는 것으로 확인되었다. 이러한 결과로부터 하류에서의 준설, 퇴적, 교량 및 보건설, 가동보 운영 등이 있을 경우 수km 떨어진 상류에서 수위-유량 관계는 크게 변화함을 예상할 수 있으며, 따라서 유량산정의 신뢰도 제고를 위해서는 본 연구에서 제안된 방안과 같이 동적 수위-유량 관계를 추정하는 기술이 점차 확대 적용되어야 할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.545-545
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• 2015

금호강은 포항시 북구 죽장면에서 발원하여 낙동강으로 합류하는 낙동강 제1지류로 유로연장은 114.6km이며, 영천과 경산지역의 생활 및 공업용수, 대구지역의 공업용수로 사용된다. 금호강의 평균 BOD는 1983년 191.2mg/L로 하수도나 산업폐수 처리 전 원수 정도의 수준이었으나, 2014년에는 3.6mg/L로 낮아져 수질개선율이 98.1%를 나타냈다. 이를 위해서 하 폐수 처리장 건설과 아울러 포항철강산업단지의 공업용수 공급을 위한 영천댐에 임하댐과 도수터널 52km를 연결하여 2001년부터 금호강에 하천유지용수로 $3.463m^3/s$를 공급하였다. 금호강 유역에서 오염총량제 목표수질은 금호B 지점이 BOD 3.8mg/L, TP 0.236mg/L이며, 금호C 지점은 BOD 4.0mg/L, TP 0.254mg/L이다. 분석기간인 2013년에서 2014년의 평균 수질은 모두 기준을 만족하고 있으나, 수질악화시에 금호B 지점에서 최대 BOD 8.6mg/L, TP 0.511mg/L, 금호C 지점에서 최대 BOD 8.5mg/L, TP 0.449mg/L을 나타내었다. 이에 영천댐의 탄력적인 유량방류로 수질악화시에 추가 방류를 수행하여 수질을 안정화시키고, 물공급의 안정화가 필요한 상황이다. 본 연구에서는 갈수기 및 이수기에 영천댐에서 하천유지용수보다 많은 유량을 탄력적으로 방류하는 가상조건을 설정하여, 하천유지유량과 목표수질을 만족하는 유량분석을 수행하였다. 이를 위해 QUALKO2 모형을 적용하였으며, 상류단 경계조건을 영천댐으로 설정하고 낙동강에 합류하기까지 약 86km 구간에 대해서 유량과 수질모의를 수행하였다. 모형적용을 위해서는 23개의 reach와 86개 element를 사용하였으며, 주요지류로는 신령천, 청통천, 부기천, 오목천, 남천, 동화천, 신천, 팔거천, 달서천, 이언천를 적용하고, 주요 하 폐수 처리시설을 점오염원으로 입력하였다. 실측자료는 2013년과 2014년의 월자료를 사용하였으며, 유량시나리오는 상류단 영천댐 방류량 조건을 반영하여, 실방류량 조건과 하천유지용수 방류조건, 유지용수 외 추가 25%, 50% 방류조건, 목표수질을 달성하는 방류조건으로 총 5가지의 시나리오를 수행하였다. 상류단 유량이 증가하면 금호강 전반적으로 수질이 개선되나 수질 악화시에는 과도한 방류량을 요구하게 되어, 수질 악화시를 위한 구조적 비구조적 대책도 필요한 상황으로 분석된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.64-64
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• 2015

하천에서 토사유출, 하상변동, 제방유실 등과 같은 현상은 유사 이송과정에 관련되어 있다. 하천에 대한 다양한 공학적 문제들을 해결하기 위한 첫 단계로서 유사이송의 특성을 파악하는 것은 중요하다. 유수에 의한 하상재료 이송과정은 핵심 기작에 따라 부유사와 소류사로 구분할 수 있으며 이들의 합이 총유사량이다. 하천에서 유사이송을 정량적으로 이해하기 위해서는 부유사량과 소류사량을 측정할 필요가 있다. 소류사가 부유사에 비하여 측정이 어렵고 많은 시간이 소요되기 때문에 소류사량은 현장실측 자료의 수가 매우 부족하나 부유사량 자료의 수는 상대적으로 많은 실정이다. 홍수 시 하천에서 부유사량은 측정하고 소류사량은 기존 유사량 공식을 이용해 산정하여 총유사량을 추정하기도 한다. 이 같은 총유사량의 신뢰한계는 소류사량 추정 공식에 의존될 수밖에 없다. 본 연구에서는 자갈하상 하천에서 측정한 총유사량 중에 소류사량이 차지하는 정도를 조사하였다. 일반적으로 자갈하천은 모래하천에 비하여 경사가 급하고 유속이 빠르며 산지하천이 이 경우에 속한다. 산지하천에서 부유사량의 변동은 하상조건보다는 유역에서 공급되는 토사유출량의 크기에 좌우되나 소류사량은 주로 하상조건에 영향을 받는다. 양양남대천의 실측 유사량에 대한 유사량-유량의 관계곡선 기울기를 보면 부유사보다 소류사의 경우가 더 크며 서로 교차하는 유량조건, 즉 유사량비(=소류사량/부유사량)가 1인 한계유량이 존재한다. 유량이 적을 때는 소류사가 이동하지 않더라도 부유사량이 존재하였으나 유량이 한계유량보다 크면 소류사량이 더 많았다. 소규모 자갈하천인 Oak Creek (Milhous, 1973)에서 조사한 총유사량에서도 한계유량이 확인되고 있다. 모래로 된 대하천에서 유사량비는 현저히 작으며 한계유량도 확인되지 않고 있으나 경사가 급한 자갈하천에서는 한계유량이 존재한다. 이는 하천에서 유량이 증가하고 하상재료가 커지면 총유사량에서 소류사량의 중요성이 증가한다는 것을 의미한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1407-1411
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• 2007

현재까지 우리나라에서 주로 사용되고 있는 2차원 흐름 해석모형은 미연방 도로국(U.S. Federal Highway Administration)과 연계하여 Brigham Young University에서 개발된 SMS(Surface-Water Modeling System) 모형이다. SMS모형 중 이송 확산 모형으로는 RMA-4가 포함되나 이 모형은 최신 수치기법을 반영하지 못하는 등의 문제점들로 인해 실제 물리적 현상 모의에 있어서 한계를 가지고 있다. 따라서 물리적 현상에 대한 적절한 모의를 위한 개선과정을 통하여 RAM4가 개발되었다. 본 연구에서는 현장실측 자료를 바탕으로 RMA-4와의 모의결과 비교를 통하여 오염 확산 해석모형인 RAM4의 적용성을 검증하고자 하였다. RAM4와 RMA-4 모의에 있어서 격자구성과 경계조건은 동일하게 설정하였으며, 유량조건은 평수량과 갈수량으로 선정하였다. 각각의 유량시 수위조건이 틀려지므로 각 유량조건에 대한 격자구성을 달리하였다. 모의구간은 낙동강 본류의 수산대교에서 삼랑진 철교까지의 약 13km 구간을 대상으로 하였다. 모의 구간내에는 밀양-하남 하수처리장이 상류 좌안측에 위치하고 있고, 만곡, 단면의 축소 및 확대, 하중도, 합류 등의 지형학적 특징들이 비교적 짧은 구간에 나타나고 있어 모형의 검증에 적합하다고 판단된다.