• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.907-911
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• 2010

최근 이상기후로 인한 홍수피해가 급증하고 있으며, 이에 대한 홍수피해 영향 및 대책 수립이 절실한 실정이다. 2006년 7월에 전국적으로 발생한 홍수가 대표적인 예이며, 월류에 의해 하천제방 붕괴되면서 제내지가 침수되는 피해를 입었다. 제방붕괴의 원인 중 대부분이 월류 및 침식에 의해서 발생하고 최근에는 월류에 의한 제방붕괴 피해가 증가하는 추세이다. 월류에 의한 제방붕괴는 계획홍수량을 초과하는 홍수에 의해 발생하므로, 수위가 높은 상태에서 제방이 붕괴됨에 따라 침식, 구조물에 의한 파괴, 제체불안정 등에 의한 피해보다 그 위험성이 크다. 따라서, 계획홍수량을 초과하는 홍수에 대한 대책의 마련이 시급한 실정이다. 이러한 측면에서 수퍼제방은 홍수에 대한 취약성이 큰 지역에 적용될 수 있는 구조물적 대책의 하나이며, 근본적으로 치수안전도와 부지 활용도를 높인다는 관점에서 적극적으로 고려해 볼 수 있는 대책이 될 수 있다. 본 연구에서는 수퍼제방의 도입 목적과 기능을 이해하고, 제반 안정성을 확보될 수 있는 공학적 설계방법에 대해 고찰함으로써 국내 여건에 적합한 수퍼제방 도입 방안과 수퍼제방 도입에 따른 시행착오를 최소화하기 위한 설계 고려 사항을 검토하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1858-1862
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• 2008

최근에 발생하는 이상홍수로 인하여 설계규모를 초과하는 홍수가 발생하여 월류에 의한 제방붕괴 피해가 증가하고 있다. 초과규모의 홍수가 유하하더라도 월류에 의해서 제방이 붕괴되는 것과 붕괴되지 않고 단순히 월류하는 경우의 피해 정도는 매우 다른 양상으로 나타난다. 제방이 붕괴되는 경우, 제내지 유입량 및 유입기간의 증가로 인명 및 재산피해가 가중된다. 따라서 인구가 집중되고 재산이 밀집되어 있는 지역에 대해서는 제방붕괴에 의한 피해를 감소시키기 위한 특별한 대책이 필요하다. 본 연구에서는 기존 제방의 식생이 제방 월류 붕괴에 미치는 영향을 추정하기 위하여 수리실험을 수행하였다. 실험수로에 제작된 제방 뒷비탈에 인조식생을 부착시켜 유량에 따른 수심과 유속을 측정하였으며, 측정결과를 이용하여 조도계수를 산정하였다. 산정된 조도계수를 CIRIA(1987)의 보고서에 조도계수 산정 방법과 비교하고 분석하였다. 분석 결과, CIRIA(1987)에서 제시하고 있는 1V:2H제방의 조도계수 0.02보다 큰 값이 산정되었음을 알 수 있었다. 향후, 실제 식생에 대한 실험을 수행하여 흐름특성별 조도계수에 대한 추가적인 검토가 필요할 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.481-481
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• 2023

제방은 홍수로부터 주변 주거지와 농경지를 보호하는 가장 전통적이고 기본적인 구조물이다. 개발된 제방보강기술은 파이오폴리머와 골재를 혼합하여 제방표면을 강화하여 월류 등으로 인한 제방붕괴를 대응할 수 있는 친환경 제방보강기술로 제방의 세굴 및 붕괴 등을 억제하는 목적이 있다. 개발 기술은 하천호안 사면 및 제방을 안전하게 보호하기 위한 기술로 치수방재사업과 자연재해 영향을 저감시키는 사업에 활용가능하며 시공성이 수월하여 월류파괴에 대한 대응 기술로 적용이 용이하다. 개발된 기술을 현장에 적용하기 위해서는 기술의 안전성을 확보해야 하므로 현장시범사업 등 실제 적용에 대한 연구가 필요하다. 하지만 월류 파괴는 현장에서 시범사업을 수행할 수 없으므로 본 연구에서는 실규모 실험을 통해 현장 적용성 연구를 수행하였다. 실규모 실험은 안동에 위치한 하천실험센터에서 수행하였으며, 인위적인 월류를 통하여 제방 세굴 및 붕괴 상황을 검토하였다. 실험결과 대조조건으로 식생 제방의 경우 25분경에 붕괴되었고, 개발 기술은 월류 발생 후 2시간 동안 제내지 경사면에서 균열이 발생하지 않았다. 개발기술이 월류파괴에 대해 대응 가능하고 붕괴를 억제할 수 있는 기술로의 실증 결과를 파악 할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.50-50
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• 2019

최근 국지성 호우 및 하천 제방의 노후화로 인한 제방 붕괴 피해가 빈번히 발생하면서 제방의 안정성 및 표면 보강을 위한 다양한 연구가 시도되고 있다. 본 연구에서는 제방 붕괴에 따른 피해 최소화 및 대책을 수립하기 위한 방법으로 시멘트와 같은 지구온난화를 야기시키는 물질이 아닌 친환경 신소재 바이오폴리머를 흙과 혼합한 재료를 활용하여 제방의 내구성을 강화하기 위한 연구가 수행되고 있다. 이에 안동하천실증연구센터에서는 현장토를 사용하여 높이 1 m, 폭 3 m, 사면경사 1 : 2, 총 길이 5 m 의 중규모 제방모형을 제작하였으며, 공동연구기관인 카이스트에서 개발된 바이오폴리머와 흙을 적정 비율로 혼합한 바이오-소일을 제방 전면에 일정 두께로 피복하여 월류 발생에 따른 제방 안정성 평가 실험을 수행하였다. 1차 실험은 흙 제방 조건이며, 2 3차 실험은 제방 표면에 5 cm 두께로 신소재가 피복된 조건으로 안정된 결과 도출을 위해 반복 실험을 수행하였다. 제방 천단면 및 사면에서의 유속분포를 측정하기 위해 드론 및 비디오카메라를 활용한 LSPIV 기법을 적용하여 실험조건에 따른 표면유속과 월류 흐름이 제방 붕괴에 미치는 영향에 대해 비교분석하였다. 또한 그래픽 소프트웨어를 이용한 픽셀기반 영상분석 기법을 적용하여 시간에 따른 제방사면의 붕괴면적을 산정하여 신소재 피복에 따른 붕괴 지연효과 분석을 통한 신소재 활용 제방의 현장 적용가능성 및 안정성을 평가하였다. 본 연구결과, 흙 제방의 경우 월류 흐름 발생 직후 침식현상이 전개되어 유속분포가 집중되고 있었으며, 이후 발생하는 강한 수직흐름으로 인해 입자추적을 통한 분석이 더 이상 불가능하였다. 신소재 제방의 경우 월류 흐름 발생 직후 침식은 발생하지 않았으며 일정시간동안 유속분포가 유지되었다. 지속적인 월류 흐름으로 인해 제방 끝단에서 침식이 발생하였으며 이때 최대 유속은 3.3 m/s 로 나타났다. 또한 픽셀기반 분석을 통해 30초 단위로 표면손실률을 산정한 결과, 신소재 활용 제방(2, 3차)의 경우 같은 실험조건에도 불구하고 최종 붕괴시간은 약 3배의 차이를 보였으며, 양생 과정에서의 크랙 발생을 최소화한다면 월류 발생 시 상당한 붕괴지연효과가 있는 것으로 판단된다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제16권1호
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• pp.41-52
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• 2017

본 연구에서는 월류에 의한 붕괴 메커니즘의 규명을 위해 모형제방(제방고 0.4~0.8m)과 실물제방(제방고 1.0m)을 대상으로 월류 붕괴실험을 수행하였다. 월류에 의한 제방붕괴는 1단계에서는 월류에 의해 비탈표면에서 세굴이 발생되었으며, 월류의 유속은 완만히 증가되었다. 2단계에서는 붕괴단면이 커지고 유속도 급격히 증가되었다. 3단계에서는 월류에 의해 제방 단면이 완전히 붕괴되고 붕괴면적이 넓어져 유속이 상대적으로 감소되었다. 월류에 의한 제방의 붕괴각(${\theta}$)은 큰 자중, 감소된 전단저항력 및 월류의 흐름에 의한 추가 소류력으로 인해 랭킨토압의 사면붕괴각보다 크게 나타났다. 제방고(H)가 증가될수록 월류에 의한 제방의 월류 유속(${\upsilon}$)이 증가되었으며, 이로 인해 소류력이 추가로 작용되어 제방의 붕괴각(${\theta}$)과 붕괴면적(A)이 함께 증가되었다. 모형실험과 실물실험에 사용된 모래 시료가 동일한 입경크기로 한계세굴유속이 같아 월류 유속변화에 의해 세굴 특성이 지배되는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.148-148
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• 2012

제방의 붕괴는 전체 수공구조물 중 70%를 차지하고 있으며, 그 중 월류에 의한 피해가 40%로 가장 많은 비율을 차지하고 있다. 제방을 월류하여 제내지로 유입되는 붕괴유량은 높은 속도로 제내지로 전파된다. 제방붕괴로 인한 피해를 줄이기 위해서는 이러한 붕괴파의 거동에 대한 연구가 필요하다. 기존의 연구들에서는 제방의 붕괴를 수문의 개방으로 가정하여 제내지 유입을 재현하였다. 본 연구에서는 제방의 규격은 높이 3 m, 정부폭 3 m, 사면경사가 1:2인 제방에 대해서 1/10 축척으로 수리모형실험을 실시하였으며 제방의 붕괴부를 모래를 축조하여 이동상으로 제작하였고 이동상 제방의 길이는 4 m이다. 제방에 월류를 유도하여 붕괴를 유발하였으며 홍수파가 제내지로 유입되는 속도 및 경향을 기록하였다. 제내지는 길이 6 m, 폭 6 m로 수평하게 제작하였다(그림 1 참조). Froude 수 변화에 따라 제내지로 유입되는 범람홍수파의 전파 경향을 분석하였으며 그 결과 Froude 수가 클수록 선단 홍수파의 방향이 하류방향으로 전파되는 경향을 나타냈다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.113-113
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• 2017

중소하천에서 홍수 시 보 주변 흐름은 잠수월류(submerged overflow)의 형태이고, 이러한 조건 하의 보 파괴원인 중 가장 큰 부분은 제방과의 연결부에서 발생하는 세굴로 인한 것이다. 그러나 하천설계기준(2009)에서는 보 연결부 보호공에 대해 수리학적 특성과 유사적 특성을 고려한 적절한 세굴 범위를 제시하지 못하고 있는 실정이다. 또한 기존의 연구들은 주로 고정상 실험결과를 이용하여 세굴범위를 제시하고 있으며, 제체의 재료적 특성을 고려한 연구가 상대적으로 미약한 실정이다. 이에 본 연구에서는 제체의 재료적 특성(점성을 가진 유사 특성)을 고려하여 잠수월류 시 보 하류부 제방의 세굴길이를 도출하였다. 본 연구방법으로 이론적 접근에서 보 연결부 세굴을 유발하는 주요인자들을 활용하여 관계식을 제안하였고, 수리실험을 통해 제안된 식의 검증을 수행하였다. 수리실험은 균일 사다리꼴 단면의 직선 수로($7.0m(L){\times}2.0m(B){\times}0.5m(H)$)에서 이동상 제방구간(2.0m)과 고정상 제방구간을 나누어 실험의 효율성을 높이고자 하였으며, 이동상 제방 전용 다짐판 및 다짐 봉 등 자체적으로 제작된 실험 장비들이 이용되었다. 실험결과와 제시된 이론적 접근의 비교를 통해 제시된 이론식이 제체의 다짐도의 영향이 고려가 되지 않았음을 가정하였으며, Lee et al.(2001)의 연구를 참고하여 제체에 대한 다짐의 영향을 고려한 후 두 값들이 선형적인 비례 관계가 나타남을 확인하였다. 최종적으로 이러한 관계를 모두 고려한 잠수월류 시 보 하류부 세굴길이에 대한 예측식을 제안하였다. 본 예측식은 하천 계획 및 설계시 호안의 범위를 산정하는데 참고자료로 유용할 것으로 판단된다. 향후에는 완전월류(perfect overflow)에서 보 연결부 세굴에 대한 연구를 수행하여, 월류 형태 별 제방 세굴길이에 대한 연구를 완성하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1415-1419
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• 2010

하천의 제방은 홍수 시, 유수를 원활하게 소통시키고, 제내지를 보호하기 위해 하천을 따라 축조한 시설이다. 이러한 제방의 설계에는 제방의 재료에 대한 기준뿐만 아니라 수리/수문학적 요소, 지반공학적 요소, 구조적 요소들이 요구된다. 본 연구에서는 제방의 설계 요소 가운데 수리/수문학적 요소의 하나인 월류에 대한 기준을 검토하였다. 우리나라는 제방의 설계 시, 월류에 대한 안전성 확보를 위해 여유고를 설정하고 있는데, 여유고의 기준은 계획홍수량의 규모에 따라 결정되어 있다. 반면에 미국은 제방 월류에 대한 안전성 평가 지표로서 여유고와 위험도 개념의 조건부 비 초과 확률(conditional nonexceedance probability; CNP)을 사용하고 있다. 조건부 비 초과 확률이란, 주어진 홍수의 정도 아래에서 목표 수위(target stage)가 초과되지 않을 확률이다. 본 연구에서는 국내에서 기 수립된 실제 하천의 제방고와 조건부 비 초과 확률, 여유고가 고려된 미국의 기준을 적용하여 도출된 제방 소요 높이에 근거하여 국내 기준의 적절성을 검토하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권2호
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• pp.1-8
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• 2018

최근 전 세계적으로 이상기후에 따른 국지성 폭우로 인한 홍수 발생과 하천제방의 노후화로 인하여 제방이 소실되고 저지대에서의 엄청난 재산 피해 및 인명 피해가 발생되고 있다. 특히 월류에 의한 제방붕괴는 약 40%에 달하는 것으로 보고되고 있다. 본 연구는 월류에 의한 제방붕괴의 원인 및 메커니즘을 파악하기 위해 수리모형실험을 수행하였고 제방의 내구성 향상을 위한 친환경 신소재인 바이오폴리머를 이용하여 월류에 따른 제방사면의 안정성 및 붕괴지연효과 등을 평가하였다. 영상계측장치를 이용한 실험분석 결과, 제방사면에 신소재 적용 시 총 제방붕괴시간은 흙 제방과 비교했을 때 약 2.25배의 차이를 보였고 신소재가 적용되지 않은 흙 제방의 경우 초기 붕괴발달속도가 약 1.43배 빠르게 나타났으며 시간이 지날수록 제체가 급격하게 붕괴되는 것을 관찰할 수 있었다. 또한 신소재 적용 제방의 붕괴메커니즘은 흙 제방에 비해 확연히 다르게 나타났으며 월류 흐름에 저항하여 사면침식속도를 경감시킴으로써 급격한 제체붕괴 예방이 가능한 것으로 평가되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1249-1253
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• 2007

제방은 제내지에 거주하는 인간의 재산과 삶을 방어하고, 홍수를 제어하는 가장 기본적인 수공구조물이다. 제방파괴 원인은 월류, 활동, 침식, 그리고 침투 등으로 분류되어 질 수 있다. 특히 간극수압에 의해 발생하는 침투는 제방 내부침식(internal erosion) 및 파이핑(piping) 등을 야기함으로서 제방파괴를 유도한다. 침투에 의한 제방파괴는 월류나 침식에 의한 제방파괴 유형보다 상대적으로 적으나, 다른 제방파괴 원인을 더욱 활성화 시키는 인자로 작용한다. 도시하천의 경우 높은 치수안전도를 적용하여 제방을 축조함에 따라 월류에 의한 붕괴보다 강우와 하천수의 복합요인에 의한 침투파괴가 중요한 문제로 대두되고 있다. 본 연구에서는 침투와 활동에 대한 안전성을 확보할 수 있는 침투보강기법인 단면확대기법에 대한 적용성 및 유의사항을 수치모의를 통해 검토하였다. 제방 비탈면 경사를 1:2 확대할 경우, 침투유속이 70 %정도 감소되는 것을 확인하였다. 그러나 단면확대기법은 홍수시 통수능과 제내지의 부지 확보 문제 등을 고려하여 적용하여야 하며, 도시하천에서 단면확대기법을 적용하는 데는 일정부분 한계를 가질 것으로 판단된다.