• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.197-197
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• 2021

최근 기후변화와 하천 제방의 노후화로 인해 수재해 위험이 지속적으로 증가하고 있다. 그러나 기존의 재래적인 하천 제방의 점검은 많은 인력과 예산 소모로 비효율적이며 제방 전구간 점검의 한계, 객관성의 한계 등 많은 한계점들이 존재하여 효과적인 홍수 대응을 위해 새로운 모니터링과 예/경보 시스템의 구축이 반드시 필요한 상황이다. 따라서 본 연구는 인공위성을 이용한 하천 제방 변위 산출과 수문학적 요인과의 관계 분석을 통해 하천 제방 건강상태 모니터링 시스템 방안을 제안하고자 한다. Sentinel-1 SAR 영상과 유럽 우주국(ESA)의 위성 영상 전처리 도구인 SNAP을 이용하여 2020년 여름 붕괴된 남원시의 금곡교 제방의 봄(4~5월), 여름(7~8월)의 변위를 산출하였고, 제방의 위험도 산정을 위해 토양수분관계를 분석하였다. 선행 연구(김상우,2019)에서는 농촌진흥청에서 제공하는 TDR(Time Domain Reflectrometry) 관측값과 Sentinel-1 SAR의 후방 산란계수의 토양수분관계가 일치하는 경향을 제시하여, 본 연구에서는 이를 이용하여 제방 후 방산란계수를 산출하고 변위와 토양수분도의 상관관계를 분석하여 변위 추세와 토양수분도의 추세가 일치하는 경향을 확인하였다. 본 연구 결과를 통해 향후에는 위성을 이용하여 산출한 제방의 변위와 토양수분도의 불확실성을 보완하고 기온, 수위, 토양도, 지하수위와 같은 수문기상학적 데이터의 분석을 통해 초정밀, 자동화 하천 제방 건강상태 모니터링 시스템이 구현 가능할 것으로 기대한다.

• 한국방재안전학회논문집
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• 제14권1호
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• pp.41-50
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• 2021

하천 제방 변위를 사전에 예측하는 방안으로 본 연구에서는 InSAR 기법 중 Differential Interferometry(D-InSAR) 기법을 이용하여 2020년 여름 발생한 남원시 금곡교(섬진강) 인근의 제방 붕괴 지역에서 취약지점을 확인하였다. 2020년 봄과 여름 각각 5장의 sentinel-1 영상과 위성 영상 전처리 도구인 SNAP을 사용하여 2020년 8월 8일 제방 붕괴 전까지의 발생한 변위를 분석한 결과, 붕괴 발생 지역의 변위 변동성지수(Variation Index), V 가 상대적으로 크게 발생하였으며 이를 통해 붕괴 전조증상을 확인할 수 있었다. 향후에 산출한 변위를 분석한 결과와 유역의 지하수위, 기온, 수위, 토양도 및 토양 수분도와 같은 수문기상학적 요인과 상관관계를 분석하여 하천 제방의 모니터링 시스템을 구축할 수 있다면 기존의 하천 제방 유지·보수 점검 시스템의 많은 한계점을 극복하고 초정밀, 자동화된 하천 제방 유지관리 기술 고도화와 국가 재난관리의 향상이 가능할 것으로 기대한다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제8권2호
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• pp.29-39
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• 2007

본 연구에서는 제방축조에 의해 연약점토지반에서 발생되는 지반의 변위 및 변형형태를 파악하기 위하여 제방높이, 지반의 비배수 전단강도, geotextile의 설치여부와 중력수준을 변화시키면서 원심모형시험을 실시하였다. 실험결과, 제방하중에 의한 지반의 치환단면은 geotextile을 설치하지 않은 경우 포물선 형태를 나타내었고, geotextile을 설치한 경우에는 제방하부에서 균일한 침하단면을 나타내는 사다리꼴 형태를 나타내었다. 치환각도는 제방높이와 중력수준이 증가할수록 그리고 지반의 비배수 전단강도가 작을수록 거의 선형적으로 증가하는 것으로 나타났다. 최대 수평변위가 발생하는 위치는 지표면에서 점토층 깊이의 $0.24{\sim}0.35H_0$($H_0$ : 초기 모형지반의 높이) 지점으로 평균 0.3H0인 것으로 나타났으며, geotextile을 설치하지 않은 경우 지반의 최대침하량(S)과 최대 수평변위(${\delta}_m$)는 ${\delta}_m$ = 0.54S, geotextile을 설치한 경우에는 ${\delta}_m$ = 0.60S의 관계를 나타내었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.884-888
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• 2010

하천제방은 홍수의 위험 방지에 중요한 역할을 하며 하천의 범람으로부터 제내지의 인명, 가옥, 재산, 각종 시설물 등을 보호하기 위하여 설치되는 시설물로서 침수피해 방지와 같은 중요 기능을 가지고 있다. 이러한 하천제방의 적정규모를 결정하기 위해서는 대상지역의 수리 수문학적 특성, 지형조건에 관한 조사 및 연구 이외에 경제적인 검토가 수반되어야 하며, 제대로 검토되지 않을 경우 제방이 누수 또는 침하, 붕괴되어 범람방지 기능을 상실하는 현상이 일어나게 된다. 국내 하천유역에서도 과거 전국에 걸쳐 제방 붕괴현상이 일어나 많은 범람침수 피해가 발생하였다. 본 연구에서는 제방붕괴의 일반적인 원인으로 지적되고 있는 월류, 제체의 불안정, 과도한 변위, 급격한 수위의 감소 등으로 발생할 수 있는 현상 및 문제점들을 검토하였다. 이로부터 기하학적 인자, 수리학적 인자, 수공구조물 인자, 정성적 인자 등 4가지 분류로 구분하였으며, 총 12가지 세부인자를 제시하였다. 제시된 인자를 토대로 시험 대상유역인 감천과 남강에 적용하여 인자별 영향을 산정하였으며, 이로부터 위험도를 평가하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.649-653
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• 2012

제방붕괴에 따른 피해발생을 억제하기 위해서는 제방거동 특성을 사전에 충분한 정보를 통하여 파악할 필요가 있으며, 이를 위해 광섬유를 이용한 제방누수감지 센서를 개발하였다. 광섬유는 내구성 및 유지관리가 우수하고 장기간 사용에도 장점을 가지고 있다. 개발된 센서들은 현장에 적용하기 전에 충분한 실험을 통해 성능과 기능에 대한 검토가 필요하다. 본 연구에서는 개발된 광섬유 센서를 대상으로 제방누수감지 목적으로 설치할 경우 센서의 이행도를 시험하였다. 시험방법은 토조를 설치하여 제체에 작용하는 간극수압, 온도 및 변위 등을 대상으로 하였다. 이를 위해 폭 5m, 길이 7m 및 높이 2m의 토조를 설치하여 가제방의 주요 부위에 기존 계측기기와 광섬유 센서를 같이 매설하고 수위와 시간변화에 따른 주요 특성치에 대하여 실험하였다. 실험결과 광섬유 센서가 연구목적에 부합하는 계측치를 보여주어 제방누수감지 센서로 활용 가능함을 확인하였다. 아울러 광섬유 센서의 기능에 대한 전반적인 실험을 통하여 현장적용에 대한 사용성을 입증하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.927-932
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• 2010

본 연구는 치수효과가 높은 하천제방의 안전도 향상을 위한 관리 고도화 기술 개발을 위하여 수위, 유량이 제방의 안전에 미치는 영향을 규명하고 센서 기술 적용하여 실시간 제방 안전관리 모니터링 기술을 확보하는데 있다. 이를 위해, 국내외 기술동향 및 사례분석하고, 변위발생 및 안전성 모니터링을 위한 센서 기술 적용 방안, 센서 적용시 문제점 및 개선방안, 분석방법 등에 대해 정리하였으며, 대형 토조를 이용하여 집중강우 등에 의한 수위 및 유속의 증가에 따른 하천제방에 미치는 영향을 실험적으로 규명하고, 이를 센서 기술을 적용하여 실시간 모니터링을 통한 안전성 평가 방법을 제시하고자 하였다. 하천제방은 종방향으로 긴 구조적 특성을 갖고 있으며 이러한 특성상 모든 구간에 정밀한 계측 장비를 설치하여 운영 관리함에 있어 경제적, 효율적인 측면에 있어 문제가 있는 것으로 사료된다. 따라서 주요 하천시설물 중 구조물이 하천제방을 횡단할 경우 주요 구조물에는 집중형 센서인 FBG 타입을 도입하고, 제방 연통실험 등을 통해 조사 분석된 취약 구간에 대해서는 분포형 센서인 BOTDR 타입의 광섬유 센서를 적용하여 종합적인 관리가 가능하도록 시스템 구성이 필요한 것으로 판단된다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제18권4호
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• pp.31-40
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• 2017

본 연구에서는 하천제방이 홍수 때를 대비한 임시적인 기능이 크나 영구구조물이라는 기능적 특성과 길이가 매우 길다는 구조적 특성을 감안하여, 제방의 지진취약도를 간편하게 평가할 수 있는 방안을 검토하였다. 제방의 지진 시 주된 파괴모드가 제체 및 기초지반의 과잉간극수압 증가로 야기되는 지반의 강도감소 및 액상화로 인한 제체 침하인 점에 착안하여, 2차원 형태의 제방단면을 1차원으로 간주하고 액상화 가능 지수를 산정한 후, 그 결과를 지진 시 하천제방의 취약도와 연관시키는 방안을 검토하였다. 지진으로 야기된 제방 정상부의 변위와 제방의 지진취약도와의 관계를 기존 연구결과로부터 획득하였고, 2차원 동적 유효응력해석을 수행하여 산정한 제방 정상부 변위와 1차원 지진응답해석 결과를 기초로 산정한 액상화 가능 지수와의 상관관계를 검토하였다. 이러한 상관관계와 연계하여, 궁극적으로 액상화 가능 지수와 제방 지진취약도와의 연관성을 검토한 결과, 액상화 가능 지수를 이용한 국내 하천제방의 지진취약도를 평가하는 방법이 적용성이 있는 것으로 판단되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.214-214
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• 2022

감포댐은 2006년 준공하여 각종 시설 및 설비의 노후화가 진행중에 있으며, 최근 감포댐 인근 지역에서 발생한 경주지진(규모 5.8) 및 포항지진(규모 5.4)이 발생하여 지진시 시설물의 안전성에 대해 중요성이 대두되고 있었다. 이에 감포댐 안전성강화 사업을 추진하게 되었고, 주요 사업내용은 취수탑 관리교 내진보강, 댐체 심벽보강을 통한 댐체 안전성확보, 비상방류시설 개선이다. 취수탑 관리교는 교각단면의 변위연성도 및 교량받침에 의한 구조물 안전성 평가를 시행하였고, 단면강도는 모멘트-곡률해석법에서 탄성영역의 단면강도 대비 탄성지진력을 비교하여 안전성을 검토하였다. 검토결과 교량받침의 내진성능은 부족한 것으로 검토되어 유량제어형 멀티펌프와 안전잭을 이용한 변위제어 방식의 교량동시 인상공법이 가능하고 인상정밀도 ±0.5mm이내의 성능을 가진 교량인상공법 적용하여 보강을 하는 것으로 계획하였다. 댐체 심벽보강을 위해 먼저 전기비저항탐사를 수행하여 전기비저항대를 탐사하여 심벽부에서 포화대가 형성된 부위를 조사하였다. 그리고 댐 상·하류에 전극을 설치하고 전류를 발생시켜 측정 지점별 자기장을 측정을 통하여 댐체내 침투에 따른 유로 형성여부 파악을 위한 전자기장탐사를 시행하였다. 마지막으로 심벽 시추조사를 시행하여 공내수를 조사하였다. 조사결과 포화대의 위치 및 이상대가 다양한 것으로 나타났으며, 이는 불특정 지점에 연약대가 존재한다 판단하여 심벽부 보강계획을 전반적으로 적용하는 것으로 결정하였다. 비상방류시설은 최근 15년 실측자료의 홍수기(6~9월) 평균유입량을 적용하여 검토하였으며 검토결과 배제대상 높이 75%까지는 3.7일, 완전배제까지는 11.2일이 걸려 댐설계기준을 충족하는 것으로 검토되다. 다만 감포댐 비상방류시설이 하천제방과 직각방향으로 형성되어 있고, 하천의 폭이 좁아 과거 방류시에도 제방을 월류하는 것으로 조사되어 하천의 세굴을 방지하고 제방 안전성을 확보하기 위하여 비상방류시설에 감세공을 설치하고, 제방에 디플렉터 옹벽을 설치하는 것으로 계획하였다. 감세공은 2번에 걸친 감세효과로 방류시 하류바닥 및 옹벽 보호 효과가 큰 미국 USBR의 TypeVI를 적용하였으며, Flow-3D 모델링을 통하여 제방에 월류가 발생하지 않는 최적의 대안 옹벽규모를 산정하였다.

• 한국방재안전학회논문집
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• 제15권3호
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• pp.1-14
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• 2022

최근 기후변화와 하천 제방의 노후화로 인해 수재해 위험이 가중되고 있으나 기존의 재래적인 하천 제방의 점검은 많은 인력과 예산 소모로 많은 한계점들이 존재하다. 이에 따라 효과적인 홍수 대응을 위해 새로운 모니터링과 예/경보 시스템 구축이 필요한 상황이다. 본 연구는 인공위성(Sentinel-1)을 이용한 하천 제방 변위 산출, 수문학적 요인과의 관계 분석 항목들을 결합한 하천 제방 건강상태 모니터링 방법을 제안한다. 본 연구에서 산정한 변동성 지수를 계산하여 4등급으로 구분하였고, 토양 수분의 급증한 결과를 토대로 제방 붕괴 구간이 변동성이 급증한 취약지점 상태로 판단하였다. 향후에는 원격 기술과 분석 항목들을 결합한 포렌식 기법을 통해 기존 제방관리 시스템의 고도화가 가능할 것으로 기대한다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제7권3호
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• pp.69-78
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• 2007

본 연구에서는 홍수가 범람하였을 때 제내지에서 발생하는 동역학적 거동을 정확히 모의하기 위해, 시간에 따른 제방붕괴 양상을 고려하여 제방붕괴시 제내지로 유입되는 월류량을 정확하게 산정하였다. 2차원 비선형 천수방정식을 지배방정식으로 사용하였으며, 비구조적 격자계가 적용된 유한체적법을 이용하여 제방붕괴를 모의하였다. 제방붕괴시 발생하는 충격파 흐름을 해석하기 위하여 HLLC approximate Rimann solver를 사용하였고, 수치진동을 제어하기 위해 TVD 제한자를 사용하는 WAF(Weighted Averaged Flux) 기법을 사용하였다. 또한 생성항은 연산자 분리기법을 이용하여 비 물리적인 결과가 나오지 않도록 하였다. 먼저 본 모형을 댐붕괴 문제에 적용하여 댐 붕괴시 발생하는 자유수면 변위를 계산하였으며, 경사식 방파제의 월류량을 산정하여 기존 실험결과와 비교 검증하였다. 그 결과 충격파를 잘 모의하고 있었으며, 월류량 또한 기존 실험결과와 일치하였다. 또한 제방 붕괴시 발생하는 흐름에 대해 높이와 폭을 각각 시간에 따른 함수로 가정하여 적용하였다. 제방붕괴 유형에 따른 월류량을 각각 비교한 결과, 제방이 갑작스럽게 붕괴된 경우에서의 월류량이 점진적으로 붕괴되는 조건에서의 월류량보다 크게 산정됨을 알 수 있었다.