• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.442-442
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• 2018

강의 하도와 연결되어 간헐적으로 침수되는 홍수터는 가장 생산적인 육역 서식처 중 하나이다. 하지만 도시 개발과 농업이용은 강의 하도와 홍수터와의 연결을 제한함으로써 그 기능이 상당부분 축소되었다. 이에 기존 홍수터 서식처를 특성화하고 미래 홍수터 복원을 계획하는 것은 하천관리 및 생태계 회복을 위해서도 매우 중요하다고 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 홍수 흐름의 규모, 시기, 기간, 빈도 등을 포함한 하천 유황 특성과 생태적 반응이 나타나는 홍수터 영역과 흐름 특성을 연계함으로써 서식처를 정량화 하고자 하였다. 이를 위한 홍수터 복원의 시나리오는 현재 지형(기존 홍수터), 제방후퇴, 제방후퇴/구하도 복원, 제방후퇴/배후습지 조성으로 설정하였다. 홍수터 서식처를 정량화하기 위한 방법으로는 일 유량의 수문통계학적 분석, 수리학적 모델링을 통한 범람 분석, 어류 물리서식처 모델링을 통한 가중가용면적 분석 등을 수행하였다. 그 결과 잠재복원영역(Potential Restored Area)에서 연중 기대되는 서식처 면적(Expected Annual Habitat Area)의 크기는 제방후퇴/배후습지 조성, 제방후퇴/구하도 복원, 제방후퇴, 기존 홍수터 순으로 나타났다. 본 연구에서 제안된 홍수터 복원에 따른 서식처 정량화 방안은 홍수터 복원 계획 설계 시 시나리오 별 서식처 복원효과를 예측 평가함으로써 보다 효과적인 방안을 마련할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.434-434
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• 2018

에코톱은 가장 작고 균일하며 도면의 단위로 사용 가능한 토지, 일반적인 구성요소의 상태, 잠재자연식생, 잠재생태계 기능을 최소한의 단위로 균일하게 분류가 가능한 요소로서 천이단계 또는 토지이용이 서로 다른 패치들로 이루어진 무생물과 생물이 결합된 생태공간으로서 일반적으로 세가지 특성을 포함한다. (1) 가장 작은 동질성 가진 지도로 분류 가능한 단위, (2) 일반적인 기질조건, 잠재적 자연식생 및 잠재적 생태계 기능에 대한 동질성, 그리고 (3) 서로 다른 연속적인 토지 이용 단계에서의 패치로 구성 된다. 현재 네덜란드, 스페인을 포함한 유럽국가에서는 에코톱분류를 통한 하천을 관리하는 방안을 제시하고 있으며 이에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 만경강 중류 소양천 합류점의 터지네 구간을 대상으로 하천공간의 복원 이후 연중유황에 따른 에코톱의 변화를 예측하고 이에 따른 개선효과를 정량적으로 분석하는 것이 목적이다. 제방 후퇴, 제방후퇴/구하도 복원, 제방 후퇴/습지 조성 세가지 복원 시나리오를 현재지형과 비교하여 연중 유황별 흐름조건에 따라 에코톱을 도식화 하였으며, 이에 따른 에코톱 다양성 지수를 도출하여 비교분석하였다. 복원 대상지의 복원 시나리오 및 흐름조건에 따른 에코톱의 변화를 분석한 결과 '제방 후퇴/구하도 복원' 일 때 자연요소가 현재지형보다 가장 크게 증가되었으며 3가지 복원 유형 간 자연요소를 비교한 결과 '제방 후퇴/구하도 복원' 일 때 수역과 일년생 초본이 가장 많은 면적을 차지하였으며, '제방 후퇴/습지 조성' 일 때 습지와 다년생 초본이 가장 많은 면적을 차지하였다. 복원 유형 별 연중 유황 조건에 따른 에코톱 다양성 지수분석결과 제방후퇴/습지 조성시 에코톱 다양성 개선효과가 가장 큰 것으로 나타났다.

• 대한토목학회논문집
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• 제43권1호
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• pp.55-62
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• 2023

내부 침식은 제방 손상 및 붕괴의 주요 원인 중 하나이며, 그 대표적인 유형으로 후퇴 침식 파이핑을 들 수 있다. 후퇴 침식 파이핑은 내부 침식 관련 제방 손상의 약 1/3 정도를 차지하며이를 예측하고 예방하는 것은 제방의 안전성 유지를 위해 중요하다. 본 연구에서는 추적자를 이용해 파이핑 현상을 예측하여 사전에 예방하는 것을 목적으로 실험을 실시하였다. 실험은 상류측과 하류측의 수두차, 유사의 크기, 차수벽의 유무 세 가지 조건을 변경하여 진행하였다. 추적자인 로다민은 실험을 시작할 때와 파이핑이 발생했다면 발생한 직후, 총 두 번 주입하였다. 실험을 진행하는 동안 파이핑 형성 과정을 영상으로 기록하였고 추적자의 농도와 유출구에서의 유량의 시계열을 측정하였다. 실험을 통해 본 연구에서는 유사의 종류에 따라 파이핑이 발생하는 수두차가 다르며 수두차가 클수록 파이핑이 쉽게 발생한다는 점을 관찰하였다. 또한 파이핑이 발생한 시점 직후에 추적자의 농도가 급격하게 증가하는 그래프의 양상을 확인했고 이를 통해 추적자의 농도 시계열 자료를 획득함으로써 파이핑의 발생 유무를 발견할 수 있다는 점을 확인하였다. 파이핑으로 인한 제방 손상 및 붕괴를 예방하는 데 있어서 본 연구의 활용도가 높으리라 기대된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제43권6호
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• pp.735-747
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• 2023

최근 기후변화로 인한 극한홍수 피해가 급증하고 있어 기존의 홍수관리시설만으로는 홍수피해에 제대로 대응하기 어려운 상황에 직면하고 있다. 이에 본 연구는 이러한 문제에 대처하기 위해 홍수 관리의 자연성 기반 접근 방법 중 하나인 제방 후퇴 및 이설의 효과를 분석하였다. 이를 위해 1차원 수치모델 HEC-RAS를 사용하여 100년 빈도 홍수에 대한 홍수위 및 유속 변화 그리고 최대 홍수위 발생 시점에 대해 분석하였다. 식생 조성 등의 자연성기반 홍수완충공간의 조성 환경 특성을 고려한 조도계수의 선택은 홍수위 변화 분석 결과에 민감하기 때문에 엄격한 기준과 과학적 근거를 기반으로 하였다. 분석결과, 자연기반해법의 홍수완충공간 조성에 따른 홍수위 저감 효과는 상류 구간에서 더 크게 나타났으며, 최대 30 cm의 홍수위가 저감되었다. 일부 홍수터 확장구간에서는 국부적으로 홍수위가 상승하는 현상이 나타나며, 유속 변화는 확장된 통수단면적의 비율에 따라 다양하게 나타났다. 이를 통해 제방 후퇴와 홍수터 확장은 홍수 관리의 효과적인 대안으로 고려될 수 있을 것으로 기대되며, 홍수위 변화, 유속 변화 및 최고 수위 발생 시점에 대한 종합적인 설계가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.111-111
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• 2023

최근 기후변화의 영향으로 설계빈도 보다 높은 강우가 발생하고, 하천설계 기준을 초과한 홍수피해가 발생하고 있다. 현재 시행되고 있는 하천관리는 이수 및 치수 목적으로 제방, 보 및 낙차공과 같은 그레이인프라(Grey infrastructure)가 일반적이다. 하지만 그레이인프라를 통한 하천관리 방안은 이산화탄소를 배출하여 기후변화로 인한 극한 기상의 발생을 증가시키고 홍수피해를 가중시키는 등의 악순환이 반복되게 한다. 따라서 그레이인프라에 의한 하천관리 방안은 지속가능한 방안으로 채택할 수 없으므로 최근에 환경적, 사회적 문제를 생태계의 서비스를 통해 해결하고자 하는 자연기반해법(NbS, Nature-based Solutions)의 개념이 주목받고 있다. 이에 본 연구는 합천댐 직하류인 황강을 대상으로 자연기반해법을 활용한 하천관리 방안의 홍수저감 효과를 정량적으로 분석하고자 하였다. 자연기반해법 기술에 포함되는 범람원 굴착(Floodplain excavation)과 제방후퇴(Dyke relocation)를 황강의 홍수위험지역에 적용하였다. HEC-RAS의 부정류 흐름(Unsteady flow) 해석을 통해 하천 홍수위를 산정한 결과, 낙동강 합류점에서 5cm의 홍수위 저감효과를 확인 할 수 있었다. 본 연구의 결과를 통해 하천관리사업의 진행 시 기존의 하천관리 방법이 아닌 자연기반해법을 통한 관리 방안으로 도입할 수 있는 근거로 충분히 활용이 가능할 것으로 기대된다.

• 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.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제10권2호
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• pp.40-49
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• 2023

기후변화로 인한 극한홍수의 피해를 저감하면서 동시에 자연친화적 수변구역의 홍수완충공간을 조성하기 위해 제방이 건설되기 이전의 홍수범람 범위와 하천구역을 참조하여 홍수터 복원을 수행할 필요가 있다. 이에 본 연구에서는 금강 대상구간에 대해 고지도를 활용하여 홍수터 복원가능 공간의 입지 선정 방법을 제안하고 홍수터를 홍수완충공간으로 활용할 경우 홍수위 저감 효과를 부정류 수치모의를 통해 분석하였다. 고지도를 활용하여 하천구역 변화를 분석한 결과, 1919년에 비해 2020년 하천구역 면적이 단계적으로 총 27.8% 감소 (1,059,380 m²)한 것으로 추정되었으며, 과거 홍수범람 구역이었던 제내지를 offline 저류지로 복원할 경우 2,200,868 m³의 유효 저류용량을 가지는 것으로 나타났다. HEC-RAS 부정류 모의를 통해 분석한 홍수위와 홍수량 조절 효과는 대상구간의 하류 단면에서 16 cm와 219.01 m³/s인 것으로 나타났다. 본 논문의 수치모의에는 홍수완충공간이 offline 저류지 형식으로 적용되었으며, 제방 후퇴/이설을 통한 홍수터의 확대가 적용될 경우 홍수위 저감 효과는 다르게 나타날 수 있다.

• 한국습지학회지
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• 제25권4호
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• pp.379-385
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• 2023

최근 기후변화의 영향으로 설계빈도보다 높은 강우가 발생하고, 하천설계 기준을 초과한 홍수 피해가 발생하고 있다. 따라서 자연기반해법(NbS, Nature-based Solutions)을 통해 지속가능한 하천관리와 환경 및 사회적 문제를 생태계의 서비스를 통해 해결하고자 하는 개념이 주목받고 있다. 이에 본 연구는 합천댐 하류의 황강을 대상으로 자연기반해법을 활용한 하천관리 방안의 홍수저감 효과를 정량적으로 분석하고자 하였다. 자연기반해법 기술에 포함되는 범람원 굴착(Floodplain excavation)과 제방후퇴(Dyke relocation)를 HEC-GeoRAS를 통해 황강의 홍수 위험 지역에 적용하였으며, HEC-RAS의 부정류 흐름(Unsteady flow) 해석을 통해 하천 홍수위를 도출하였다. 그 결과, 홍수 부담이 큰 황강하류에서 약 8cm의 홍수위 저감효과를 확인할 수 있었다. 본 연구의 결과를 통해 하천관리 사업의 진행 시 기존의 하천관리 방법이 아닌 자연기반해법을 통한 관리 방안으로 도입할 수 있는 근거로 충분히 활용이 가능할 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.5-5
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• 2017

최근의 하천복원사업은 인위적으로 축소 또는 소실된 하천공간을 지형학적으로 되돌리기 위한 방향과 강이 가진 자연의 역동성의 복원에 주안점을 두고 있다. 최근 국내에서도 하천공간 확보라는 측면에서 구하천 구역을 복원하려는 시도가 이뤄지고 있고 대표적으로 청미천, 함평천, 황구지천 등에서 기존의 제방을 후퇴시키고 과거의 하천공간을 하천으로 되돌려 주었다. 그러나 이러한 시도는 구하도 또는 폐천부지 복원사업의 일환으로 시행되었으며, 복원된 공간규모가 크지 않아 사업의 효과를 크게 장담할 수 없는 현실적인 한계가 있다. 따라서 홍수에 안전하며 자연과 인간이 공존하는 터전으로의 공간복원, 그에 따른 하천생태계의 보전과 복원, 레저와 레크레이션이 가능한 친수공간 조성 등 하천기능의 강화와 융합을 종합적으로 고려한 다차원 하천공간 복원계획과 설계의 절차가 필요하다. 이를 위해서는 먼저 유역기반의 문제점과 그 원인에 대한 인식이 선행되어야 하고 그 해법으로 하천공간 확대의 필요성이 도출되어야 한다. 이후, 하천공간 복원 및 활용과 관련된 기본방향이 설정되며 세부 복원목표가 설정되어야 한다. 복원목적과 목표가 세워진 후, 복원대상지를 선정하고 공간 활용방안이 제시되면, 목표달성 여부 판단을 위한 효과분석이 필요하다. 만약, 기대효과를 달성할 수 없을 것으로 예상된다면 복원목표 재설정 및 복원대상지의 재선정이 필요할 것이다. 이와같이 하천공간 복원사업을 시행함에 있어 간결하고 단계적으로 접근하기 위해 본 연구에서는 다차원 하천공간 복원프레임워크를 개발하여 제시하였다. 제안된 하천공간 복원프레임워크를 통해 하천공간복원으로 인해 영향을 미칠 수 있고 또한 영향을 받을 수 있는 물리, 생물, 사회, 경제 등의 다양한 분야의 구조를 통합한 하나의 방법을 제시함으로서 임시방편 수준의 파괴된 하천복원사업에 변화를 주고 프레임워크를 통해 하천공간복원에 대한 응집력 있는 접근법을 적용하도록 촉진하여 복원사업에 참여하는 사람들 간에 공통의 유대감을 형성하는데 도움이 되고자 한다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제9권3호
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• pp.131-140
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• 2022

기후변화의 영향으로 최근 하천에서 극한 홍수 발생 크기와 빈도가 증가하고 있으며, 따라서 기존의 관측 기록에 의존한 홍수관리 및 하천설계 방식의 한계를 개선하기 위해 자연성 기반의 기술을 접목한 다목적 홍수 관리 기법이 도입되는 추세이다. 이러한 극한 홍수에 대비하기 위한 자연성 기반 해법 중에는 제방을 후퇴하여 홍수터를 확장하고 극한 홍수 발생시에 홍수피해를 저감 시키는 방법이 있다. 이러한 기술을 적용하기 위해서는 홍수피해 저감 효과, 지속가능한 생태환경, 하천 연결성 및 하도의 물리적 구조 개선 등의 다양한 평가항목에 기초한 적합한 입지 선정 방법을 채택하는 것이 우선되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 대청댐 상류부터 용담댐 하류 지역내 하천 수변구역을 대상으로 객관성이 확보된 입지 선정 방법을 적용하여 다기능 홍수터 조성 사업을 위한 후보지의 적정성을 판단하였다. 최종 입지 판정 결과, 홍수피해 저감과 수환경 개선을 모두 고려한 최적의 입지 우선순위에 동대제 구간과 저곡제 구간이 포함되는 것으로 나타났다.