• 한국수자원학회논문집
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• 제50권2호
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• pp.129-138
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• 2017

대심도 저류 및 배수터널은 기 개발된 도시의 부족한 배수관망 능력을 보강하기 위하여 지하에 설치하는 대규모 도시홍수 배제 시설물로 원활한 홍수 유입을 위해 적정한 규모의 수직유입구가 요구되어진다. 접선형 수직유입구 설계 시 유입구의 능력을 평가하는 중요인자로 Yu and Lee(2009)가 지배유량개념을 소개하였는데, 본 연구에서는 서울시에 설치하고자 하는 신월빗물저류배수시설의 수직유입구 3개소를 대상으로 수리모형실험을 실시하고 제안된 지배유량 개념의 적정성을 평가하였다. 지배유량 이론식($Q_{cp}$)을 이용하여 실제 측정된 지배유량($Q_{cm}$)과 비교 분석하였는데, 그 결과 이론식 대비 66~69%로 이론식이 지배유량을 과대 산정하는 것으로 평가되었다. 지배유량 이론식의 과대산정 원인을 분석하기 위하여 Yu and Lee (2009)가 사용한 자료들과 본 연구에서 측정된 자료들을 활용하여 지배유량비($Q_{cm}/Q_{cp}$)를 3가지 영역으로 분류하고 각 인자에 대한 민감도 분석을 실시하였다. Yu and Lee (2009)가 제안한 지배유량식은 접선형 수직유입구 설계인자인 B, z, ${\beta}$, e/B에 대한 영향만 고려하였으나 ${\theta}$, L과 연계된 변수들로 복합적으로 고려하는 식의 개선이 필요한 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제47권1호
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• pp.83-93
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• 2014

기후변화 및 도시화 등의 요인으로 인하여 증가하는 불확실성에 대처하기 위하여 건설되는 홍수저류지 형태의 치수시설물이 기존의 치수시설물과 연계되어 치수능력을 극대화 할 수 있는 설계기준과 절차의 제시를 위하여 본 연구가 수행되었다. 본류의 홍수위 증가량에 대비할 수 있는 저류지용량결정, 저류지용량이 주어져 있을 경우의 본류의 홍수위 저감효과산정 등에 적용할 수 있는 다양한 시나리오 하에서의 분석을 위한 절차를 제시하였다. 기존 설계홍수량 산정절차에 근거한 IDQ (Intensity-Duration-Quantity) 분석을 이용하여 임의지속시간에서의 설계홍수수문곡선 산정기법을 제시하였고 그 활용사례를 제시하였다. IDQ 분석을 통해 산정한 강우량을 기반으로 등가첨두 수문곡선을 산정할 수 있으며, 기존 수문곡선과 동일한 지속시간 하에서 하천의 수위가 높아질 수 있는 저빈도 수문곡선과, 기존 수문곡선과 동일한 첨두홍수량을 지니지만 강우지속기간의 증가로 인해 유출체적이 증가하는 수문곡선, 기존 수문곡선에 비해 하천의 수위 및 수문곡선의 부피 모두 증가하는 수문곡선 등 다양한 형태의 수문곡선에 대한 시나리오해석을 가능하게 한다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제52권5호
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• pp.313-323
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• 2019

대심도 터널은 기 개발된 도시의 부족한 배수관망 능력을 보강하기 위하여 지하에 설치하는 대규모 도시홍수 배제 시설물로 역 사이펀 관로 형태를 하고 있는 시설물이다. 대심도 터널과 같은 구조에서는 하류에서 발생한 불규칙 단파에 의하여 터널의 수리적 안정성에 문제가 발생한다. 본 연구에서는 국내 최초로 건설 중인 '신월 빗물저류배수시설'의 수리적 안정성에 불규칙 단파가 미치는 영향을 알아보기 위하여 다양한 홍수유입 시나리오에 대하여 수리모형실험을 실시하였다. 본 연구에서 수행한 수리모형실험 결과 하류에서 발생한 불규칙 단파가 상류로 이동하면서 관 내 포집되어 압축상태인 공기덩어리를 밀어내는데, 이 공기덩어리가 상류 수직유입구를 통하여 급배기 되는 과정에 수직유입구를 질식시키고 홍수유입을 차단하여 월류가 발생하는 것으로 판단된다. 또한 불규칙 단파의 이동속도를 분석한 결과 불규칙 단파가 이동하면서 에너지를 전달하고 이때 관 내 압력 상승 및 불규칙 단파의 속도 증가분이 발생하는 것으로 판단된다. 대심도 터널의 수리적 안정성에 중요한 역할을 하는 불규칙 단파의 크기 및 속도 예측을 위한 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.1103-1107
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• 2009

최근 기상이변에 따른 국지성 호우 등으로 인하여 지역별로 홍수량 차이가 많이 나고 있는 상황으로 유역내 중요시설물 및 인명의 보호를 위해서는 유역의 특성을 정확하게 반영한 홍수분석이 필수적인 실정이다. 유역 주요지점의 정확한 홍수량을 산정하기 위해서는 지역특성이 반영된 호우를 선정하고, 유출모의를 위한 유역특성이 잘 구현되어야 한다. 이를 위해서는 홍수량산정에 영향을 주는 매개변수의 정확한 산정이 필요하며 본 연구에서는 미공병단(US Army Corps)에서 개발하여 배포한 차세대 프로그램인 HEC-HMS(v3.3)를 이용하여 집중시간, 저류상수, Curved Number, 감수상수, 초기손실, 초기기저유량, Threshold 등 7가지 매개변수에 대한 최적화를 수행하였다. 종래에는 첨두홍수량을 중시하여 집중시간과 저류상수는 최적화하고 나머지 변수들은 실측치 및 계산값을 적용하였으나, 금번 연구에서는 첨두홍수량 및 총유출량 모두 관측값에 최대한 일치하도록 7가지 매개변수를 최적화하는 방안 및 최적화시 초기값 선정이 매개변수 최적화에 미치는 영향을 연구하였다. 매개변수 최적화 순서는 먼저 전체적인 평균유출량 또는 평균유출고가 실측치와 모의치 간에 일치하도록 CN, RC를 보정하고 다음 단계로 첨두발생시간이 일치하도록 Tc, K를 보정하고, 마지막으로 홍수 수문곡선의 형태를 결정하는 나머지 매개변수를 조정하여 전체적인 수문곡선의 형태와 첨두홍수량이 일치하도록 수행하였으며, Tc, K, CN 등의 중요 매개변수는 신뢰구간(계산치의 0.8${\sim}$1.2)을 설정하여 목적함수의 수렴을 유도하였다. 위를 이용하여 수렴된 매개변수들로 강우-유출 모의를 분석한 결과를 기존 홍수사상과 비교한 결과 상당히 근접한 결과를 도출할 수 있어, 매개변수는 7가지 모두에 대한 최적화를 가능한 것으로 연구되었으나 목적함수들의 수렴되는 과정에 대해서는 좀 더 심도있는 고찰이 필요할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.228-228
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• 2018

강변여과는 지하수 인공함양 방식 중 유도함양(induced recharge) 또는 간접함양 방식에 속한다. 이는 하천 및 강변 부근에 집수시설을 설치한 후, 미고결층 대수층(unconsolidated aquifer)의 자연 오염 저감능을 이용하여 지표수를 간접 취수하는 방식으로 수질이 불량한 지표수가 대수층을 관류하면서 희석, 화학적 이온 교환 및 반응, 흡착, 생물막(biofilm; 미생물에 의한 자연저감), 여과 등을 통하여 수질이 개선된다. 강변여과수내의 용존 농도가 높은 철과 망간은 수처리 비용증가, 용수관정 및 시설물의 수명단축을 초래한다. 따라서 강변여과 지역의 미고결 대수층에서 효과적인 철과 망간 동시 제거(vyredox)를 위해 에어서징(air surging)과 블록 서징(block surging)을 실시하기 위해서 실내 물탱크 모델(water tank model)에서 에어서징에 따른 공기 순환 우물시스템을 관찰하였으며, 이를 바탕으로 현장시험(Test bed)에 적용하였다. 미고결 대층수층에서의 철 망간은 음용수 기준치(각각 0.3 mg/L)를 초과하고 있으며, 강변여과 취수 개발 및 이용을 제한하는 요인이 되고 있다. 본 연구에서 사용된 에어서징과 블록서지 기술은 자갈층 및 미고결 대수층에 충진된 슬라임 및 폐색(clogging)을 제거함과 동시에 관정 주변의 대수층의 투수성 개선과 산화환경으로 치환되며, 대수층에 잔존하는 철/망간의 산화물들을 관정내로 빼낼 수 있는 방법이다. 따라서 서징에 따른 폐색 제거효율을 검토한 결과에서 철 망간 이온농도 저감효과와 관정 주변의 수리전도도(hydraulic conductivity) 및 저류계수(coefficient of storage)가 증가한 것으로 나타났다. 이와 같이 강변여과에 의한 폐색은 미고결층내 공기주입 및 블록서지를 통하여 철/망간 이온농도 저감 및 수리특성 개선 효과에 유용한 것으로 평가된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.302-302
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• 2023

최근 도시의 왜곡된 물순환 문제를 해결하기 위해서 저영향개발(Low Impact Development, LID) 기법을 적극적으로 도입하고 있다. 저영향개발은 자연의 침투, 증발산, 여과 등의 자연기작을 모방하여 강우유출수를 침투 및 저류시키는 기법으로 물순환 체계를 회복시킬 수 있다. 저영향개발 기법의 하나인 벽면녹화는 건축물이나 기반 시설물의 벽면과 같은 인공지반에 기반을 조성하고 식물을 식재하는 시설로 짧은 시간에 녹지 면적을 만들 수 있다. 또한, 건축물로 인해 생겨난 수직적인 면을 녹지로 활용할 수 있어 도시에 매우 특화된 시설이다. 본 연구는 벽면녹화의 저영향개발 시설로서의 성능을 확인하기 위해 실내 실험을 진행하여 강우유출수 저감효과 및 지체시간 지연효과를 확인하였다. 강우유출수 저감효과는 유입량 대비 저류량을 기준으로 유출저감률을 산정하여 분석하였으며, 총 유출시간을 측정하여 지연효과를 판단하였다. 벽면녹화 현장실험 대상지는 경상남도 양산시 물금읍 부산대학교 양산캠퍼스에 위치한 한국 녹색인프라저영향개발센터이며, 실내에 플랜터형 벽면녹화 시스템을 적용하였다. 부산시 금정구 2012년~2021년의 강수량을 사용해 백분위수 강우사상을 기준으로 30, 50, 70mm/hr의 강우 시나리오를 선정하였다. 물순환 효과를 판단하기 위해 불투수면을 대조군으로 설정하여 불투수면의 유출이 종료되는 시점까지 지표면 유출을 모니터링 하였다. 그 결과, 30, 50, 70mm/hr 시나리오별 유출률은 91.76%, 92.18%, 94.54%로 불투수면과 대비하여 유출이 적게 발생하였으며 총 유출시간은 불투수면대비 47분, 88분, 58분 증가하여 지연효과가 있음을 확인하였다. 본 연구는 실험을 통해 벽면녹화의 수문학적 성능을 분석하고자 유출량 저감효과와 지연효과를 확인하였다. 추후 다양한 강우 시나리오와 제원에 따라 실험이 수행된다면 더 정확히 벽면녹화의 물순환 효과를 확인할 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.214-214
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• 2011

우리나라는 연 강수량의 약 70%가 6~9월까지의 기간에 집중되어 발생하는 특성을 가지고 있으며, 이러한 특성은 효율적인 수자원 관리에 많은 어려움을 야기하고 있다. 6~9월을 제외한 기간에는 강수량이 부족하여 빈번한 가뭄을 경험하고 있으며, 물 공급의 안정성을 확보하기 위해 많은 노력이 이루어지고 있다. 물 공급의 안정성을 확보하기 위한 노력 중 가장 대표적인 것은 다목적댐 등 저수지를 통한 수자원 확보이며, 우리나라의 경우 우기에 발생한 강수량을 상당 부분 댐 등 저수지에 저류하여 건기에 이를 활용하는 체계를 갖추고 있다. 현재 우리나라에는 18,000 여개의 댐 및 저수지가 건설되어 운영되고 있으며, 이 중 가장 중요한 역할을 수행하고 있는 시설물은 16개의 다목적댐이라 할 수 있다. 다목적댐은 홍수조절, 안정적인 물 공급 등 다양한 기능을 수행하도록 건설된 시설물로 이수 차원에서 가장 중요한 역할은 수자원 확보를 통한 물 부족 피해의 예방이라 할 수 있다. 다목적댐의 용수 공급은 댐의 유효저수용량을 기준으로 이루어지며, 유효저수용량은 총 저수용량에서 홍수조절용량 및 저수(低水)용량을 제외한 양으로 산정된다. 다목적댐의 효율적인 운영은 국가적인 물 안보 차원에서 매우 중요한 의미를 갖고 있으며, 최근 들어 발생하고 있는 기후변화 등을 고려할 경우 그 중요성을 더욱 증가할 것으로 예상할 수 있다. 따라서 가뭄 정도에 따라 다목적댐의 용수공급능력이 어떻게 변화할 것인지에 대한 정보를 정량화하여 제시할 필요가 있다. 본 연구에서는 우리나라 5대강 유역에서 운영되고 있는 다목적댐을 중심으로 가뭄의 빈도에 따른 용수공급능력 변화를 검토하여 제시하였다. 이를 위해 수자원장기종합계획을 통해 제시된 장래 용수 수요량을 바탕으로 물수지 분석을 수행하였으며, 그 결과에 대한 검토를 통해 가뭄빈도별 다목적댐의 용수공급능력을 분석하였다. 분석 결과 가뭄빈도가 증가할수록 다목적댐의 공급능력은 현저히 낮아지는 것을 확인할 수 있었으며, 이러한 정보는 향후 수자원계획 수립 및 효과적인 가뭄 대응 계획 수립 시 유용하게 이용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1084-1088
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• 2007

국내에서 농업용수 취수, 수위 유지 등의 목적으로 18,000 개의 크고 작은 보가 하천에 설치되어 있으나 농경지의 도시화, 비닐하우스 단지화 등 토지이용의 변화와 대형 저수지의 축조/양수장 설치 등에 따른 취수 시설물의 통합 및 보체의 노후화 등으로 매년 50-150개의 보가 본래의 기능을 상실하여 용도 폐기되고 있다. 그러나 폐기된 보들이 철거 되지 않고 하천에 존치되어 하천생태통로의 단절, 수질 악화 등의 문제가 지속적으로 야기되고 있다. 외국의 경우에는 1970년대부터 본격적으로 기능을 상실한 보, 소형댐 등은 물론 일부 기능이 있는 하천횡단 시설물을 철거하여 하천환경복원을 추진하고 있다. 우리나라의 경우에는 최근 들어 기능을 상실한 보나 소형 댐 등에 한하여 하천생태통로 및 생태환경 복원 차원에서 철거의 필요성이 대두되기 시작하였다. 실제 철거도 이루어지고 있으나 체계적인 연구나 가이드라인 없이 지자체에 의해 이루어지고 있는 실정이다. 보는 하천을 횡단하는 구조물로 보의 상류에 저류지가 형성되고 많은 양의 퇴적물이 쌓여 그에 따른 하상의 단차가 형성된다. 이런 보가 철거됨으로 인해 막대한 양의 유사가 이동하게 되고, 철거 형태에 따라 하상 침 퇴적이 발생하고 그 위치나 양에 따라 하천 형태가 변할 수 있다. 이런 변화를 예측하여 철거에 따른 문제 등을 사전에 방지할 수 있는 기술이 필요하고, 철거에 대한 가이드라인 등이 마련되어야 할 것이다. 본 연구는 한강 제 1지류인 곡릉천에 위치한 곡릉2보의 철거에 따른 하상 변동, 하천 형태 변화 등 물리적 영향을 조사하고, 보 철거 후 장 단기적인 하도 및 하상 변동 등을 예측하는 기술을 개발하는 것이다. 연구 대상 보인 곡릉2보의 철거에 따른 모니터링 결과, 하상의 종단 변화는 그리 크게 생기지 않았으며 보 상 하류 횡단면에서 변화가 다소 큰 것으로 나타났다. 또한, 하상 재료의 부분적 변화도 발견되었으나, 전반적인 하천의 변화는 크지 않은 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.259-259
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• 2018

최근 우리나라는 기후변화에 따른 태풍발생빈도 증가 및 이상강우, 유역내 토지이용의 고도화로 인한 유역특성 변화로 유역내 홍수량은 증가하고 홍수 도달시간이 짧아지는 양상을 보이고 있다. 이로 인해 홍수에 따른 치수방어 대책으로 하천의 제방축조 및 보강방법이 주로 채택되었으나, 최근에는 홍수시 직접적인 하천내 수위 저감을 위한 방안으로 하도내 저류효과를 확대하기 위한 보 설치 및 하도정비를 통한 하도준설을 시행하고 있다. 그러나 본류 하상저하에 따른 지류하천의 하상변동(두부침식)으로 하도내 세굴 침식에 의한 하천시설물 피해 사례가 늘게 되면서 과거 홍수에 의한 제방월류 피해에서 하상변동에 의한 하천시설물 붕괴로 하천피해 양상이 바뀌게 되었다. 이와 같은 피해를 방지하기 위해 지류하천 합류부에 하상변동 방지책으로 하상유지공을 설치하고 있지만 국내에는 이와 관련된 구체적 설계기준 및 연구가 미비하여 일선에서는 아직도 하천구조물의 용도가 다른 보나 낙차공의 설계기준을 준용하는 등 하상유지공 용도에 특성화된 설계기준(최적 위치선정 및 형식 등)이 없는 실정이다. 본 연구에서는 감천(낙동강 지류하천)유역내 하도준설 및 홍수로 인한 하상유지공의 유실에 따른 지류하천의 피해사례를 통해 수치해석결과 및 실측자료를 바탕으로 하상유지공 계획의 중요성을 검증하고자 하였다. 또한 하도준설로 생성된 지류합류부의 단차구간에 안정성을 확보한 최적의 하상유지공 위치 및 형식 등을 선정 검토하고 설치 유 무에 따른 유수흐름 및 하상변화양상을 비교 분석하였다. 본 연구의 결과를 토대로 향후 하도굴착 및 하상유지공 계획시 고려해야할 사항(지형현황 및 수리특성 등)을 인지하고 극한상황에서도 안전한 하상유지공의 위치 및 형식 등을 선정하는데 활용 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제53권4호
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• pp.303-312
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• 2020

지하 대심도 터널은 도시 홍수방어구조물로 역 사이펀 형태의 시설물이다. 본 연구에서는 국내 최초로 건설중인 '신월 빗물저류배수시설'을 대상으로 다양한 홍수시나리오에서 불규칙 단파와 압축공기가 시설의 수리적 안정성에 미치는 영향을 확인하기 위하여 수리모형실험을 수행하였다. 본 연구 결과 하류에서 발생한 불규칙 단파가 상류로 이동하면서 시설 내 포집되어 있던 압축공기를 상류로 밀어내고 이 때 관내 압력이 상승하는 것으로 분석되었다. 또한 불규칙 단파가 통과할 때의 압력이 당시 정압력과 동압력의 합보다 큰 것으로 분석되었으며 압축공기 단면의 크기가 터널 단면적의 40% 이상인 경우 월류가 발생하는 것으로 분석되었다. 이는 시설 내 포집되어 있는 압축공기의 부피와 상관이 있는 것으로 판단되며 향후 불규칙 단파 속도와 압축공기 부피와의 관계에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다.