• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.200-200
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• 2021

하천은 용수공급, 관개, 친수활동, 산업활동 등 인간의 활동에 중요한 역할을 한다. 이에 따라 수질관리는 필수적이며 유기물, 중금속, 화학물질 등의 용존물질들은 수질문제에 직접적으로 영향을 미친다. 따라서 하천에서의 용존물질의 혼합 거동을 파악하기 위한 연구가 지난 수십년간 이루어지고 있다. 하천 흐름에 따른 오염물질의 이동 및 확산 거동을 예측하기 위하여 1차원 추적모형이 활용되는데, 그 중 하천저장대 모형(Transient Storage Model, TSM)은 자연하천의 복잡하고 불규칙한 수리·지형적인 특성을 단순하게 반영할 수 있다는 장점때문에 가장 많이 사용된다. 하지만 TSM은 매개변수에 대한 의존성과 불확도가 크며, TSM의 저장대에서의 농도분포에 대한 지수함수형태의 모델링이 하상간극수역(Hyporheic zone)에서의 저장대 특성을 반영하기에 구조적으로 부정확하다는 단점이 제기되고 있다. 최근 이러한 TSM의 단점을 보완하고 하천에서의 저장대 메커니즘을 보다 정확하게 구현하고자 체류시간분포(residence time distribution)를 이용한 확률론적 저장대 모델링 프레임워크가 등장하고 있다. 본 연구에서는 본류대와 저장대에서의 오염물질의 체류시간분포를 분리하여 해석하고 이를 전달함수(transfer function)를 이용한 합성곱으로 결합한 형태의 프레임워크를 적용하여 모델링하였다. 상기의 모형을 검증하기 위하여 2019년 감천의 4.85km 구간에서 추적자 실험을 실시하였다. 실험 당시 유량은 12.9 m³/s로 풍수기에 해당되며 평균 유속은 약 0.6 m/s로 측정되었다. 모형의 매개변수는 추적자 실험으로부터 최적화 기법을 통해 역모델링기법으로 결정하였다. 제안된 모형에 의한 모의 결과를 추적자 실험에서의 농도측정자료와 비교한 결과, 평균 0.988의 결정계수를 보여 매우 높은 정확도를 보이고 있음을 알 수 있었다. 저장대특성을 나타내는 농도곡선의 꼬리부에 대하여 같은 조건에서 1차원 이송-분산(ADE) 모형, TSM의 모의결과와도 비교한 결과 본 모형은 추적자 실험 농도측정 결과와 평균 0.195의 오차율을 보이며, 이는 ADE 모형과 TSM의 오차율인 14.03과 1.866에 비해 매우 정확한 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.341-345
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• 2011

본 연구는 충청북도 충주시 동량면과 금가면에 위치하고 있는 대전천을 대상으로 하상토 입경, 수위-유량의 변화에 따른 유사량 특성을 분석하였다. 하상재료 조사는 매 0.5 km 마다 17개 지점의 시료를 채취하였으며, 현장에서 채취한 하상토는 흙의 입도분포(KSF2302)시험법에 따라서 입경분석을 하였다. 측정 지점은 흐름이 안정적이며, 와류, 사수, 역류가 없고 접근이 용이하며 하상변동이 적은 지점을 고려하여 선정하였고, 유사의 이동이 활발한 시기인 7월에서 9월까지 평 저수기 20회, 홍수기 24회, 총 44회에 걸쳐 유량 및 부유사량을 현장 관측하였다. 평 저수시의 유속측정을 위해 초음파유속계를 사용하였으며, 홍수시에는 표면 부자를 사용하였다. 유량계산시에 면적은 중간단면법을 사용하여 유량을 계산하였다. 유량측정과 동시에 부유사 시료를 채취하였으며 부유사 관측에는 수심적분 채취접을 적용, 부유사농도는 여과법을 시행하였다. 본 하천의 현장실험 측정성과와 수리특성을 기초자료로 하여 각 회차에 걸친 총유사량의 산정을 SCST(Solution for Computing Sediment Transport)를 사용하였으며, 총유사량을 산정하는 Einstein공식, van Rijn공식, Toffaleti공식, Shen&Hung공식, Yang(1979)공식, Ackers & White공식, Engelud&Hansen공식, Ranga Raju공식 등 10개 공식을 적용하여 비교 분석을 수행하였다. 이중에서 관측된 부유사량을 고려하여 검토한 결과 Yang(1979)공식을 이용하여 추정한 총유사량이 가장 적합한 것으로 판단되었다. 그 결과 수위-유량관계곡선 및 유량-총유사량 관계곡선을 개발하였으며, 효과적인 치수 및 이수계획의 수립 등 수자원 기본자료로서 이용될 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.317-321
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• 2017

본 연구는 황구지천 인접 지역의 홍수지도를 작성하기 위하여 황구지천 제방 파제시 홍수범람 모의를 실행하였다. 홍수범람모의에 적용한 수치모형은 FLUMEN이며 황구지천 세마교부터 수직교 구간 인접지역의 홍수범람을 모의하였다. 수치지형도에 의한 지형자료와 함께 조도계수 및 홍수수문곡선운 황구지천 관련 계획보고서의 자료를 인용하였다. 월류에 의한 범람 양상을 파악하기 위하여 확률홍수시 현 제방고를 적용한 초기 침수 빈도를 적용하였다. 범람시나리오를 작성하기 위하여 2개의 파제위치를 선정한 후 범람 모의를 수행하였다. FLUMEN은 미리 제방을 파제한 후 처오름 해석으로 모의하는 방법과 하도에 물이 가득 찬 후 제방을 파괴하는 방법이 있으며 본 연구에서는 전자의 방법을 적용하였다. 제방의 범람에 따른 침수시간, 유속분포의 변화, 침수심, 침수면적 등을 산정하고 제방의 파제에 따른 침수시 파제폭에 관한 변화를 주어 범람면적의 변화 및 시간의 변화 수문곡선상 문제점을 검토하여 해당지점의 적정한 파제폭, 침수심, 침수시간 등을 제시하여 홍수지도 작성시 필요한 자료를 제시하였다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제11권3호
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• pp.157-163
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• 2011

본 연구에서는 대상유역을 지표면과 하천 격자로 분할한 후, Manning 식을 기반으로 각 격자 중심에서 유역 출구점까지의 유하시간을 계산하여 등시간별 체적유량을 산정하였으며, 이로부터 유역의 동수역학적 특성인 특성유속을 고려한 직접유출수문 곡선을 도출하였다. 대상유역은 보청천유역의 산성유역을 선정하였다. 대상유역에 대한 매개변수 산정 결과 흐름누적값은 3800, K는 3.3으로 결정되었다. 보정된 매개변수를 실제사상에 대해 적용하여 검증한 결과 첨두유량과 첨두시간의 평균 절대오차는 각각 3.41%, 0.67 hr로 비교적 양호한 모의결과를 나타냈다. 또한 유효우량에 따른 유하시간별 기여면적 주상도를 분석한 결과 본 연구에서 적용된 모형은 강우강도에 따른 유역의 수리학적 특성을 잘 표현하고 있음을 알 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.88-88
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• 2020

수심평균 2차원 혼합모형은 하천환경에서 다양한 용존성 오염물질의 혼합현상을 모의하기 위해 널리 활용되어왔다. 2차원 혼합모형에서 분산계수는 하천의 전단 흐름에 의해 야기되는 오염물질의 퍼짐 현상을 표현하는 중요한 인자로서 작용하기 때문에 정교한 오염물질 혼합거동을 모의하기 위해서는 적합한 분산계수를 산정하는 것이 필수적이다. 분산계수를 실험적으로 산정하는 방법으로는 크게 모멘트법과 추적법으로 나뉘며, 비정상상태의 혼합거동에 대해 종방향 및 횡방향 분산계수를 동시에 산정할 수 있는 방법은 추적법 계열의 2차원 유관추적법(2D STRP)이 유일하다. 본 연구에서는 하천에 유입된 오염물질의 2차원 혼합해석을 위한 수치모형을 개발하였으며, 개발된 모형의 수치해를 바탕으로 다양한 Peclet 수의 범위에 대해 기존연구에서 제시된 2D STRP의 적용범위 및 성능을 정량적으로 분석하였다. 분석된 정보를 바탕으로 기존 2D STRP의 한계를 극복하기 위한 개선된 2차원 유관추적법(2D STRP-i)을 개발하고, 사행하천을 모형화한 실규모 하천실험시설에서 검증하였다. 기존 2D STRP의 성능평가 결과, Peclet 수가 낮은 조건일수록 농도분포의 예측 정확도가 감소하는 경향을 보였으며, 하안 경계에 도달하는 농도가 증가할수록 부정확한 결과를 초래하는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 기존 2D STRP의 한계를 보완하여 더욱 정확한 분산계수를 산정하고자 하안 경계면 조건을 고려한 2차원 유관추적법(2D STRP-i)을 개발하였다. 2D STRP-i는 직교-곡선좌표계 기반의 2차원 이송-분산 방정식을 바탕으로 횡방향 유속분포 및 하안 경계조건을 고려할 수 있도록 개선되었다. 2D STRP-i는 공간적으로 상이한 이송효과 및 하안경계 조건을 적절히 반영함으로써 농도분포의 예측 정확도를 개선 시키는 것으로 평가되었으며, 하안경계면에서 농도가 증가하는 구간에서 기존 2D STRP의 결과와 비교하여 더욱 정확한 농도분포 및 분산계수를 제공하는 것으로 밝혀졌다.

• 한국습지학회지
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• 제23권1호
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• pp.85-93
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• 2021

유역으로부터 발생되는 강우유출수가 하수관거로 유입되는 것을 방지하기 위하여 별도의 우수전용관을 설치하는 것은 많은 비용이 수반되며 현장 시공여건에 따라 대단히 어려운 경우가 있다. 본 논문에서는 교통 및 도로 여건상 시공이 어려운 곳에 경제적인 접근방법으로 기존의 하수관거에 별도의 하수분리관을 설치하는 단순하면서 혁신적인 방안에 관한 연구결과를 제시하였다. 실험실 규모의 하수관거 실험장치를 통하여 얻은 결과에 따르면 기존의 관거를 하수 및 우수전용 공간으로 분리할 경우 관내유속을 증가시켜TSS, TCOD, TN, TP 퇴적율을 각각 74-88%, 79-90%, 75%, and 67-90%, 정도 감소시킬 수 있는 것으로 나타났다. 또한 3차원 수리유동 모의결과 하수분리관의 설치가 직선구간, 접속구간, 곡선 및 낙차구간에서 하수의 흐름 및 유속분포에 미치는 영향이 미미한 것으로 분석되었다. 그러나 접속구간에 분리관을 설치할 경우 접속면 지역은 유입되는 강우유출수의 운동에너지에 의한 구조물 훼손을 방지하기 위하여 보강해야 할 것으로 판단된다. 또한 곡선부에서 분리관은 곡선부의 안쪽보다는 외곽쪽에 설치하는 것이 구조적으로 안정 적인 것으로 분석된다. 이와 같은 연구결과를 바탕으로 폭 3 m 제원을 갖는 하수관거에는 약 0.4 m × 0.4 m 분리관 설치가 적합한 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1729-1733
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• 2010

본 연구에서는 7개 지점(여주, 적성, 왜관, 진동, 공주, 구례2, 나주)에 대해 유사량 특성 분석을 수행하였다. 부유사량은 강우가 집중되는 홍수기와 이의 전 후시기인 저 평수기(2회)로 나누어 왕복수심적분법(D-74)으로 측정하였고, 하상토는 BM-54, Grab Sampler(60 L), 선격자 등을 이용하여 홍수기 전 후로 2회 채취하였다. 채취된 시료는 그 목적에 따라 여과법(부유사농도), BW관법(부유사입도분포), 체분석법(하상토입도분포)으로 분석하였고, 그 결과로 작성된 평균 부유사농도 및 Oden Curve와 입도분포곡선과 수리량(수위, 유속, 측정수심, 수면폭, 수면경사, 수온)등의 자료를 이용하여 총유사량(미측정구간의 유사량 포함)을 추정(실측+계산: Modified Einstein)하였다. 총유사량 추정시, 세류사량을 제외한 부유사량을 적용하였다. 유량-부유사농도와 부유사량 및 총유사량 관계에 대한 결과는 다음과 같다: 1) 하나의 강우사상의 수위 상승-첨두-하강에 대한 측정성과는 대체적으로 Loop 형태를 보였고 이로 인해 일부 지점에서 측정성과들 간의 산포도가 다소 크게 나타났으며 수위 하강 때보다 상승시 초기 탁도의 증가 현상으로 부유사농도가 더 높은 것을 볼 수 있었다. 2) 유량-부유사농도, 부유사량, 총유사량 관계에서 왜관과 공주 지점의 경우, 첨두 수위에서 값들의 최고치를 보였고 나머지 지점들은 첨두 수위의 앞선 측정 수위에서 최고치를 보였다. 이는 강우사상별, 강우강도, 댐 방류량, 수위 상승-하강부, 유량에 따른 부유사농도와 부유사량의 특성이 각각 다른 점과 총유사량 추정시, 추정방법에서 추천하는 범위에서 벗어나는 자료를 적용해서 나타나는 결과로 판단된다. 여기서 유량, 수심, 하상토의 입도크기 등 자료의 범위가 추정공식들이 추천하는 범위에서 벗어나면 그 분석 결과도 서로 다르게 나타난다는 것은 그만큼 총유사량 공식의 범용성이 적다는 것을 의미한다. 이러한 점에서 때로는 자료 전체에 대해 전반적으로 양호한 결과를 보이는 공식보다는 정확한 답을 원하는 자료의 범위 내에서 예측하는 공식을 선정하는 것이 필요하다. 즉, 공식을 적용하여 유사량을 추정하고자 하는 하천이나 수로의 특성에 맞는 유사량 공식을 선정하는 것이 중요하다는 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.293-293
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• 2017

하천복원 또는 서식환경조성에 있어서 흐름영역을 통한 하천생태계 서식처 공간의 조성은 매우 중요하며 최적서식공간을 조성하기 위한 공간 확보 및 복원의 기술은 가장 중요하게 개발해야할 대상이다. 본 연구에서는 공간 확대에 따른 수환경 변화가 어류 물리서식처에 미치는 영향을 분석하기 위해 2차원 물리서식처 모형인 River2D를 적용하였다. River2D의 구동에 필요한 지형데이터는 만경강 유역의 봉동, 소양, 하리 3개의 지점을 경계지점으로 하여 대상영역 내 저지대 상습 침수구역인 만경강 본류와 소양천 합류지점을 복원대상지로 선정 후, 이 구역의 현재하도(공간복원전)와 합류부에서 제방을 없애 공간을 확보한(공간 복원후) 하도의 지형을 구축하였다. 그리고 과거 만경강 봉동일대에서 출현하였던 감돌고기를 대상어종으로 하여 감돌고기에 대한 생애주기별 서식처 적합도 지수(HSC)를 산정한 결과를 분석에 이용하였고, 유황조건은 IHA를 이용하여 산정된 5가지 유황조건을 경계조건으로 하여 분석을 실시하였다. 가중가용면적-유량관계곡선의 도출을 통해서 최적유량 산정시 중요한 지표인 WUA의 산정결과 현재 하천공간보다 공간 복원후 하천공간이 더 많은 가중가용면적을 확보하고 있음을 알 수 있고 동일한 유황의 조건에서 하천공간의 확보 및 복원을 통해 최소유량의 최대서식처 개선효과를 확인할 수 있었다. 또한 공간복원 후에 감돌고기에 대한 최대 가중가용면적은 20.4% 증가하였고, 최적유량변동은 20m3(57.1%) 저감하는 것을 확인할 수 있었다. 감돌고기의 생애주기별 복합서식처 적합도 분포결과는 복원후 전체 공간분포 중 소양천 합류부 및 복원 홍수터에서 서식처 적합도의 공간분포가 높게 나타났고 가중가용면적도 복원후 산란기(4~6월)에 57.7%, 성장기(7~8월)에 6.0%, 성어기(9~11월)에 41.9%로 가중가용 면적이 증가하였으며, 특히 산란기와 성어기의 가중가용면적이 하천공간 확보를 통해 크게 증가되었다. 이러한 결과들을 바탕으로 수생태계에서 하천어류의 서식환경을 보호하고 유지하기 위해서 적절한 서식공간의 확보가 선행되어야 하며 복원사업에 따른 제방제거 및 하상변동으로 발생하는 유속의 변화로 인한 다양한 영향을 충분히 검토하여야 할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.34-34
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• 2021

본 연구에서는 격자기반 분포형 수문모델링을 통해 하천갈수량을 추정하고자 한다. 분포형 수문모형은 단방향흐름 알고리즘에 의한 토양 물수지식을 기반으로 개발되었으며 운동파(kinematic wave) 이론을 적용하여 지표 및 지표하 유출을 모의한다. 또한, 격자별로 수문학적 물수지요소인 차단량, 증발산량, 침투 및 침루량, 지하수충전량 등을 계산하며, 댐·보 방류량을 해당 지점 격자의 물수지에 적용할 수 있도록 개발하였다. 본 모형은 2개의 다목적댐과 3개의 다기능보가 위치한 금강유역(9,645.5 km²)에 적용하였으며, 유역 면적과 하천 유속을 고려하여 1 km × 1 km 격자를 구성하고 10분 간격으로 2013년부터 2020년까지 수문모의를 진행하였다. 모형의 입력자료로 유역 인근의 12개 기상관측소로부터 시단위 기상자료를 구축하였으며, 모형의 검보정은 일단위 관측유량(Q), 플럭스 타워 증발산량, 실측 토양수분 및 지하수위 자료를 구축하여 활용하였다. 댐 및 보 지점에 대해 Q와 1/Q로 검보정을 수행한 결과, 평균 결정계수(R²)는 댐 지점에서 0.53~0.65, 보 지점에서 0.46~0.69의 값을 나타냈으며, Nash-Shtcliffe efficiency(NSE)는 댐 지점에서 0.46~0.55, 보 지점에서 0.31~0.65의 값을 나타냈다. 공간 보정을 위해 증발산량, 토양수분, 지하수위에 대한 검보정을 수행할 예정이며, 유황곡선을 활용하여 하천차수, 토양속성 및 토지이용에 따른 하천갈수량을 분석할 예정이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1209-1213
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• 2007

하천 수치모델링을 통한 흐름, 오염물질 거동, 지형변화 해석 등은 효율적인 하천 수질 관리를 위해서 상당히 중요한 부분은 차지한다. 수질이나 지형변화를 보다 정확하게 예측하기 위해서는 하천 흐름 예측의 정확도 향상이 중요한 역할을 하게 된다. 본 연구는 평면 이차원 하상변동 및 수질예측 수치모형인 KU-RLMS 모형을 이용하여 낙동강 상류의 반변천 합류부의 흐름 특성을 규명하고, 수질 모형을 수행하기 위한 흐름 계산 결과를 제공하기 위해 수행하였다. KU-RLMS 모형은 하천 및 저수지의 국부적인 수리, 수질, 유사이동 해석을 위해 개발된 평면 이차원 비정상 수치모형이다. 직사각형 격자를 사용하는 유한차분법의 단점을 보완하기 위해, 흐름 계산을 위한 지배방정식은 3차원 Reynolds 방정식으로부터 수심적분된 2차원 연속방정식과 운동량방정식을 불규칙한 경계를 현실적으로 모사할 수 있는 직교곡선 좌표계로 변환한 방정식을 사용한다. 수치모형 적용을 위한 현황분석으로 안동 및 임하 조정지댐의 방류량, 안동 수위관측소의 자료를 분석하였다. 흐름 모형을 보정하기 위해 안동대교 지점에서 횡유속 분포를 측정하였으며, 이 결과를 사용하여 흐름 모형의 매개변수인 Manning 계수와 공간가중계수를 추정 및 검증하였다. 안동다목적댐과 임하다목적댐의 방류량을 고려하여 수치모의조건을 결정하였으며, 각 조건에 대한 흐름 변화 특성을 분석하였다.