• 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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.477-477
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• 2018

하천의 제방은 하천수의 범람을 방지하기 위하여 인공적으로 만든 구조물로서, 유수의 흐름을 일정하게 하고 자연재해에 대하여 제내지를 보고하기 위한 목적도 있다. 제방은 제내지와 제외지의 수위차로 인해 발생하는 파이핑, 제방의 월류, 사면의 탈락 등으로 파괴가 발생되고, 제방의 파괴는 제내지의 인명, 토지, 건물 등에 많은 피해가 발생한다. 이러한 제방의 파괴를 방지하기 위하여 제방 사면의 호안, 차수벽, 수제 등을 설치하고 있으며, 구조물 외에도 제방 응급복구를 위한 모래주머니, 비탈면 보호 시설 등을 이용한 피해방지에 대한 대책을 세우고 있다. 제방 구조물의 대부분은 콘크리트를 이용한 고강도 재료를 사용하여 설치되고 있으며, 재료의 환경성에 대한 문제점이 대두되어 왔다. 이에 따라 코코넛껍질을 이용한 사면 보호공, 고강도 식생매트를 이용한 사면 보호 등 친환경 재료를 이용한 사면보호 공법에 대한 연구들이 다양하게 진행되어 왔다. 본 연구에서는 미생물을 이용하여 사면을 보호하기 위한 블록 및 피복기법에 대한 연구를 진행하고 있으며, 다양한 환경성 및 무독성 검증도 병행중에 있다. 그 중 본 연구에서는 신소재와 황토, 모래, 석고를 다양한 비율로 조합하여 블록으로 활용하기 위한 일축압축 강도 실험을 수행하였으며, 신소재의 소류력 저항능력을 실험하기 위하여 안동 하천실증연구센터의 급경사 수로에 신소재를 피복한 시험구를 조성하고 5m/s 이상의 유속에서 저항능력 실험을 수행하였다. 본 연구에서는 본 실험 결과를 기반으로 하여 추후 다양한 친환경 재료를 이용한 조합을 통해 기존 콘크리트 블록에 준하는 강도를 발현할 수 있는 신소재 블록의 개발을 목표로 하고 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.224-224
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• 2020

새롭게 개발된 미생물의 부산물인 바이오 폴리머는 토양의 강도를 높이고, 식물의 생장을 촉진시킨다. 본 연구에서는 실규모 수리 실험을 수행하여 바이오 폴리머를 이용한 호안 공법의 침식 저항 성능을 평가하였다. 실험을 위하여 다수의 호안 공법 시험체를 제작하였고, 이 시험체를 실 규모 실험수로에 설치하고 수리 실험을 통해 토양 손실과 이에 따른 한계 소류력을 결정하였다. 실험에는 일반 흙을 피복한 시험체, 바이오 폴리머와 혼합한 흙을 피복한 시험체, 식생매트와 바이오 폴리머 혼합토를 결합한 시험체 등이 사용되었다. 실험결과 재료나 식생의 활착도에 따른 차이는 있었으나 바이오 폴리머를 이용한 시험체의 침식 저항 성능이 바이오 폴리머를 이용하지 않은 시험체에 비해 높게 나타나는 것은 일관되게 확인 할 수 있었다. 이러한 결과는 바이오 폴리머를 이용한 호안공법이 기존 호안 공법의 침식 저항성능을 향상 시킬 수 있음을 보여준다. 바이오 폴리머를 제방 호안 시공에 활용한다면 홍수로 인한 제방의 유실이나 파괴를 상당 부분 예방할 수 있을 것이다.

• 한국지리정보학회지
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• 제17권4호
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• pp.189-199
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• 2014

범람원(floodplain)은 제방과 하천 사이에 존재하는 평탄하고 낮은 지역을 의미하며, 범람원 내 토지 이용 현황 분석은 하천유역의 효과적인 자원관리를 위해서 반드시 필요하다. 본 논문에서는 공간정보 자료인 LiDAR DEM 자료와 RapidEye 영상을 이용하여 낙동강 하천 범람원 내 토지 이용 현황 분석에 관한 연구를 진행하였다. 우선, DEM으로부터 제방 경계선을 추출하여 RapidEye 영상에서 연구대상지역 내 범람원의 범위를 설정하였다. 범람원의 범위를 설정한 뒤, RapidEye 영상에 ISODATA 클러스터링 및 post-classification 과정을 적용하여 범람원 내 토지피복 분류 작업을 진행하였다. ISODATA 클러스터링을 적용하여 분류된 범람원 내 토지피복은 91%의 분류 정확도를 가진다. 분류된 토지피복 클러스터들을 구성하는 픽셀들의 개수를 계산하여, 낙동강 범람원 내 토지 이용 현황에 관한 분석을 수행하였다. 본 연구를 통하여, 연구대상지역 범람원 내 하천의 면적은 46%, 나지의 면적은 36%, 습지의 면적은 11%, 그리고 초지의 면적은 7%라는 사실을 알 수 있었다.

• 한국산림과학회지
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• 제23권1호
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• pp.29-33
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• 1974

신라(新羅) 진여왕대(眞與王代)(522년경(年頃)) 우륵(于勒) 선생(先生)이의(義) 임지(林池)를 시축(施築)하여 1,400여년(餘年)이 경과(徑過)되어 동양(東洋)에서 가장 오래된 인공저수지(人工貯水池)가 되었던이 1972년(年) 8월(月) 19일(日) 호우(豪雨) (462mm)로 인(因)하여 만수(滿水)가 되므로 제방(堤防)이 붕괴(崩壞)의 우려(憂慮)가 있어 인공적(人工的)으로 배수(排水)시킨데 기인(起因)하여 제방(堤防)이 무너지게 되고 고대축조기술(古代築造技術)의 신비성(神秘性)을 연구(硏究)한 결과(結果)는 대략(大略) 다음과 같다. 1. 의림지인근(義林池隣近)에서 흔히 볼수있는 화강암(花崗岩) 풍화토(風化土)인 사양토(砂壤土)를 이용(利用)하여 축제(築堤)하되 직경(直徑) 30~50cm의 큰 나무를 횡(橫)으로 묻어가며 축조(築造)하였다. 2. 수종(樹種)은 소나무 6본(本) 상수리 3본(本) 굴참나무 1본(本) 황철나무 1본(本) 계(計)11본(本) 직경(直徑)(30~50cm)을 확인(確認)한 것으로 보아 축조당시(築造當時)에 주위(周圍) 임상(林相)은 소나무외(外)에 참나무류와 활철나무가 상당수(相當數)가 있었던 것으로 인정(認定)된다. 3) 제방(堤防) 축조(築造)는 토사정지각(土砂靜止角)을 이용(利用)하여 축조(築造)하고 토(土)위에 점토(粘土)(20~30cm)를 2중(重)으로 덮고 다진다음 20~40cm의 신선(新鮮)한 낙엽층(落葉層)으로 완전(完全) 피복(被覆)하고 낙엽층(落葉層) 위는 다시 점토(粘土)를 넣었으며 그 위에 직경(直徑) 10~30cm의 석력(石礫)을 포함(包含)한 점토층(粘土層)(황토층(黃土層))을 만들어 축조(築造)하였다. 4. 제방(堤防)의 하단부(下端部)는 점토(粘土)의 두께를 두껍게 하고 위로 올라갈수록 엷게 피복하였으며 각(各) 점토층(粘土層)위마다 다지고 불을질러 태웠다. 축제(築堤)가 완성(完成)된 표면(表面)은 중점토(重粘土)로서 균등(均等)하게 피복하고 그 위를 일반토양(一般土壤)으로 피복(被覆)하였다. 5. 제방(堤防) 사면(斜面) 안벽 점토층(粘土層)은 gray화(化)가 진행(進行)되고 낙엽층(落葉層)은 조부식층(粗腐植層)의 판을 형소(形所)하고 있으며 점토층(粘土層)은 마치 수중(水中)에서 생고무와 같은 역할(役割)을 하며 조부식층(粗腐植層)은 수분침투(水分侵透)를 방지(防止)하고 있어 매우 견고(堅固)한 제방(堤防)이 형성(形成)되었다. 6. 고대축조기술(古代築造技術)은 인근(隣近)흙으로 토사정지각(土砂靜止角)을 이용(利用)하여 일반축조(一般築造)된 위에 점토(粘土)와 낙엽층(落葉層)을 넣어 수압(水壓)에 견디도록 탄력성(彈力性)있게 축조(築造)되었다. 7. 현대(現代)의 사력(砂礫)댐과는 달리 최소한(最小限)의 인력(人力)을 동원(動員)하여 최대한(最大限)의 효과(效果)를 발휘(發揮)할 수 있도록 역학적(力學的)으로 축조(築造)되었다고 할 수 있다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제6권4호
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• pp.304-313
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• 2019

미생물 유래 베타글루칸과 잔탄검 계열의 바이오폴리머는 식물 성장에 효과적이고 토양의 강도를 증진시키는 기능을 지니고 있어 하천 제방의 토양 보강 및 안정화 재료로서 활용이 가능하다. 본 연구의 목적은 분사 공법을 이용하여 바이오폴리머 신소재를 실규모 제방에 시공하는 경우 바이오폴리머에 의해 하천 제방 표면 토양의 강도 증진 및 식생 효과를 검증하는 것이다. 실규모 하천제방에서 바이오폴리머를 이용하여 제방 표면을 피복하였고, 혼합재료에 대한 강도 측정 결과 바이오폴리머를 처리한 구역에서 강도가 높게 나타났다. 그리고 큰김의털과 호밀풀을 대상으로 식물 생장을 조사하였으며, 두 식물종의 지상부 생장에 긍정적인 효과를 확인하였다. 반면 대상 식물종의 지하부 생장은 바이오폴리머가 처리된 토양에서 감소하는 경향을 보였다. 바이오폴리머를 처리한 토양에서는 토양이 수분을 보유하는 능력이 증가하여 바이오폴리머로 처리로 인해 오히려 지하부 성장을 더디게 하는 것으로 판단된다. 본 연구의 결과에 따라 분사공법을 이용한 바이오폴리머 시공은 토양의 강도 증진 효과와 하천 제방의 녹화에 사용하기 충분한 것으로 판단된다. 그러나 하천 제방에 식재하는 광범위한 식물 종에 대한 바이오폴리머의 효과와 식물 종 별로 적정 바이오폴리머 농도에 대한 연구가 필요할 것이다.

• 도시과학
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• 제6권2호
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• pp.17-27
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• 2017

최근, 하천의 수질오염 및 악취발생으로 민원이 증가하여 하천환경개선에 큰 관심이 모아지고 있다. 본 연구의 목적은 하수 유입부에 대해 무인항공기(UAV)를 활용하여 RGB 및 적외 열 영상을 획득하고 하천제방 정비 계획 및 하천 오염 현황의 모니터링을 위한 응용성을 검토하였다. 특히, 하천 인근 공장에서 배출되는 폐수를 적외 열 영상으로 검출하여 폐수의 전파를 모니터링하였다. 또한 하천 제방 정비대상 지역과 인근지역에 대한 RGB영상을 SfM(Structure from Motion)기반 영상 해석을 통해 고정밀 3차원 모형을 제작하고 정확성을 검토하였다. 연구결과, UAV영상을 활용, 폐수유입에 따른 하천의 온도변화를 감지하여 수질오염의 유입부 및 전파 현상을 모니터링 할 수 있었다. 또한 고정밀 3차원 모델(수치지형도, 정사영상)을 제작, 정확성을 검토하고 하천의 제방정비를 위한 정밀 3차원 정보 및 식생 피복정보를 도출할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.7-7
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• 2017

범람파동 개념에 따르면 하도와 홍수터의 횡적 연결성은 하천 생태계의 생물다양성과 생산성 증대에 중요한 역할을 한다. 제방에 의하여 제내지 홍수터가 하도와 차단된 우리나라 하천에서 생태적 서비스를 증대하기 위해서 횡적 연결성을 복원하는 기술 개발이 필요하다. 횡적 연결성의 복원 기술을 개발하기 위해서는 우선 하도와 홍수터 사이에 생태적 연결성의 현황을 파악하고 연결성을 저해하는 요인을 진단하는 평가 기술 개발이 시급히 요청되고 있다. 따라서 본 연구에서는 제방에 의하여 차단된 제내지 하천환경에서 수리적, 생태적 횡적 연결성을 평가하고 진단하는 기술을 개발하고 연결성 회복 방안을 제안하고자 한다. 차단된 제내지 하천환경 평가는 1) 지리정보시스템을 이용하여 차단된 하천공간을 탐색하고, 2) 탐색된 전체 재내지에서 원격평가에 의하여 간편하게 횡적 연결성 평가를 실시하고, 3) 선정된 특정 제내지 대상지에서 현장평가에 의하여 상세하게 연결성을 평가하는 순서로 수행된다. 차단된 하천공간의 획정은 홍수가 범람할 수 있는 제내지 공간을 잠재적 하천공간으로 정의하고 수치표고모델 (DEM)과 하천기본계획의 30년 빈도 홍수위 자료를 이용하여 제내지 홍수터를 탐색하였다. 제내지 홍수터의 원격 연결성평가는 지리정보시스템에서 수치지도와 토지피복도 등 공간자료를 이용하여 수리 및 서식처 환경성, 제방 차단성과 하도 및 육상 연결성을 평가하고 원격평가 결과를 토대로 현장평가 대상지를 선정하였다. 횡적 연결성의 현장평가를 위하여 크게 하도-홍수터 연결성과 제내지 서식처 보존성으로 평가 항목을 선정하였다. 또한 연결성 평가는 수리연결성과 생물연결성으로, 서식처 보존성 평가는 습지유지율, 습지보존성, 육역지보존성을 세부항목으로 구성하였다. 평가 항목별로 5 등급의 평가 기준에 따라서 평가 점수를 부여하고 평가 총점을 산출하여 최종 연결성 평가 등급을 5 단계로 구분하였다. 현장평가를 위한 MS Access 기반 소프트웨어를 개발하여, 데이터 입력과 관리 및 평가 결과 산출과 비교를 편리하게 하였다. 개발된 제내지 하천환경 평가법을 청미천과 만경강에 적용하여 검증하였다. 개발된 평가법을 바탕으로 차단된 제내지 하천환경에서 연결성 회복에 따른 어류와 식생의 분포를 예측하는 수리생태 결합모델을 개발하였다. 먼저 차단된 제내지에서 연결 수로를 복원하여 유속, 수심 분포를 준이차 수리수문 모델로 예측하였다. 예측된 수리 환경에 따라서 지표어종의 서식처 적합도 지수 (HSI)를 이용하여 서식 분포 확률을 모의하였다. 또한 일반화가법모델 (GAM)을 이용하여 환경구배에 의한 우점식생의 분포를 예측하였다. 차단된 제내지 하천환경의 생태적 연계성 평가 기술을 기반으로 제방제거, 제방후퇴, 제방고 하강, 수문 및 연결수로 개선, 생물이동 저해 장벽 제거 등의 다양한 복원기술이 개발되어야 할 것으로 생각된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제53권3호
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• pp.167-179
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• 2020

최근 바이오폴리머 소재를 이용하여 자연 흙의 강도와 식생의 생장을 증진하는 새로운 제방 소재가 개발되었다. 본 연구에서는 바이오폴리머 혼합토를 친환경 제방 재료로 활용하기 위해 혼합토로 조성된 식생 매트의 한계 소류력을 평가하였다. 혼합토는 베타글루칸을 주재료로 모래와 황토를 혼합하여 조성하였다. 실규모 시험체를 제작하여 혼합토를 3 cm 도포하였으며 식생과 매트를 이용하여 4개의 시험체를 제작하였다. 실규모 실험에 의해 손상과 토양유실을 관측하여 한계 소류력을 결정하였다. 식생 호안의 특성상 식생의 피복도에 따라 영향을 받기는 하지만 식생이 활착된 경우 개략적으로 한계소류력 42 N/㎡, 한계유속 4 m/sec을 실험을 통해 확인하였다. 또한 매트공법이 적용된 경우에는 뿌리와 매트의 결합으로 침식저항성이 강화됨을 확인하였다.