• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.478-478
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• 2011

중소규모 댐 계획시, 댐 하류 홍수피해 저감, 합리적 운영, 유지관리 및 경제성 측면올 고려한 댐 계획은 무엇보다 중요하다. 지금까지 국내에서 계획/건설된 대규모 뱀에서와는 달리, 비교적 작은 규모의 유역에 있어서 댐 계획은 댐 유역 및 저수지의 수리 수문학적 특성 즉, 빠른 시간에 홍수량의 저수지 유입으로 저수지 수위가 급상승하는 등, 일반적인 기존 댐들과는 다른 특정을 지닌 중소규모유역 댐의 여수로 계획을 소개하고자 한다. 여수로 계획을 한 댐 유역의 특성으로 유역면적 약 $33km^2$, 총저수용량 2,211 만 $m^3$, 홍수조절용량 349만 $m^3$의 소규모 저수지를 가진 댐이다. 지방하천 최상류에 위치하는 유역면적이 작은 댐에서의 일반적인 수문학적 특징은 홍수도달시간이 1 시간 내외로 빠르고, 저수지 수위상승 속도가 0.2~0.3m/분 정도로 빠르게 나타난다. 이러한 수리 수문학적 특징 때문에 댐 여수로 수문 조작시간이 충분치 않으므로, PMF 유입과 같은 긴급한 상황에서는 댐을 월류할 가능성을 배제할 수 없다. 따라서 일반적으로 대규모 댐의 여수로 수문을 이용, 단독으로 홍수조절을 수행하던 기존 댐들과는 달리 소규모 댐에 적합한 특성을 지닌 여수로 계획의 필요성이 대두된다. 검토대상 여수로 형식으로는 국내 다목적댐에서 대부분 채택하고 있는 조절형 여수로, 무문식 여수로를 도입한 조절형+비조절형 여수로, 방류관식 여수로, 복합형 여수로 등을 안전성, 유지관리성 및 시공성 측면 등을 다각적으로 검토하였으며, 그 결과로 소규모 댐의 여수로 형식으로는 조절형+비조절형 여수로가 가장 적합한 형식이라고 판단하였다. 그러나, 여수로 형식 이 조절형+비조절형과 같이 폭이 100m가 넘는 광폭의 여수로에서 등폭 도수로를 채택할 경우 감세공의 폭이 과다해지는 문제점은 등폭 도수로와 도수로 끝단부에 도류벽을 설치하여 유수 에너지를 도류벽에서 1 차 감세한 후 댐에서 보편적인 정수지형 감세공으로 유수를 소통시키는 형식으로 계획하였다. 이러한 측수로형 감세공을 도입하여 정수지형 감세공 규모를 줄이는 경제적인 효과도 얻을 수 있도록 계획하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제18권3호
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• pp.31-38
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• 2017

본 연구의 목적은 지반공학적 물성정보가 거의 없는 국내 중소규모 댐의 지진 시 파괴확률을 간편하게 산정할 수 있는 도표를 제시하는 것이다. 기존의 댐의 지진 시 파괴확률을 산정하는 방법 및 절차를 검토하여, 댐의 지반공학적 물성정보와는 상관없이 지진 시 파괴확률이 '0'이 되는 지진파괴확률 영곡선을 댐높이-여유고율 평면에서 쌍곡선의 형태로 결정하였다. 국내 중소규모 댐들의 댐높이-여유고율 분포형태가 지진파괴확률 영곡선과 같이 쌍곡선의 형태를 이루는 것을 확인하여, 다수의 등파괴확률 곡선(seismic failure probability contour)이 댐높이-여유고율 평면에서 일정한 간격의 다수의 쌍곡선들로 표시되는 지진파괴확률 산정 도표를 작성하였다. 작성된 도표는 비교적 관리가 잘 되고, 지반공학적인 정보를 충분히 가진 2개의 중소규모 댐들의 지진 시 파괴 확률 산정에 적용하여, 기존 절차와 방법으로 산정된 결과와 비교하여 적용 타당성을 확인하였다. 향후, 제안된 도표는 중소규모댐의 지진대비 보수보강의 투자 우선순위 등을 고려할 때 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.565-565
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• 2012

최근 지구환경변화에 의한 이상기후현상으로 수자원을 안정되게 확보하고, 확보된 수자원의 이용 효율을 극대화하기 위한 방안들이 절실하게 요구되고 있으며, 수자원 이용효율 극대화의 일환으로 댐간 연결사업이 대두되고 있다. 그러나, 유역이 다른 두 댐을 인위적으로 연결할 경우 그 영향을 최소화하는 방책들이 필요하며, 특히 홍수기 발생하는 탁수의 댐간 이동문제는 중요한 검토항목 중 하나이다. 댐에 저류된 물은 기후조건(기온, 일사량 등), 유입수의 수질조건(수온, 탁도 등)의 영향으로 밀도분포를 형성하게 되고, 이는 시간적, 공간적으로 변화하게 된다. 일반적으로 여름철에는 수면으로부터 열에너지가 공급되어 댐 저수지 상하부에 큰 수온차가 발생하여, 강한 수온 밀도성층이 형성된다. 이 수온 밀도성층은 여름철 발생하는 홍수의 규모에 따라 파괴 또는 유지되며, 댐내 탁도분포는 다양하게 변화하게 된다. 강한 수온 밀도성층을 파괴하기 힘든 중소규모의 홍수가 유입할 경우에는, 밀도성층 하부로 탁수가 유입하여 장기간 댐내에 채류하게 되며, 이를 선택적으로 취수하여 방류하지 않으면 계절적인 수온변화에 저수지 전역으로 확산되어, 늦 가을 맑은 날 저수지내 물이 탁해지는 현상이 발생한다. 한편, 홍수규모가 클 경우는 홍수유입과 동시에 수온 성층이 파괴되어 저수지 전체로 탁수가 확산되며, 홍수초기부터 신속하게 방류하지 않으면 홍수 후 맑은 날 탁수가 방류되는 현상이 발생한다. 이러한 탁수장기화 현상은 댐 유지관리 선진국에서는 철저하게 관리되고 있다. 따라서, 댐 연결사업 추진 시에는 홍수사상별 댐 저수지내 탁수거동을 정확하게 분석하고, 특히 취수설비가 댐본체에서 분리되어 댐 저수지내 임의의 지점에 위치 할때는 취수설비 계획지점 전면의 탁수 거동현상을 고려하여 고탁수의 댐간 이동을 최소화 할 수 있는 설비 운영계획을 수립하여야 한다. 본 연구에서는 EFDC의 댐 수리 및 수질예측모형을 이용하여 댐의 탁수모델을 구축하였으며, 고탁수가 발생하는 유역의 댐에서 취수한 물을 다른 댐으로 공급하게 될 경우, 방류지역의 댐에 미치는 영향을 평가 분석하였다. 총 6개의 홍수사상('99년 홍수, '02년 루사, '03년 매미, '06년 에위니아, '09년 홍수 등)을 선정하여, 방류지역 댐의 탁수 거동해석을 실시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.317-317
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• 2012

본 연구에서는 Kwater에서 개발한 RRFS를 기반으로 인도네시아의 Citarum 유역에 대하여 장기유출모형을 구축하여 보았다. Citarum 유역은 전체면적이 $13,600km^2$이며 유역의 중심부에 3개의 다목적 댐(Saguling, Cirata, Juanda)이 운용 중에 있는 대규모 유역으로서 Fig. 1과 같이 크게 3개의 권역(C-region, I-region, J-region)으로 구분하여 살펴볼 수 있다. 중심부의 C-region은 유역전반에 걸쳐 형성된 수지상의 하천망이 한 개의 유출구로 수렴하여 자바해로 배수되는 일반적인 배수구조를 갖는다. 하지만 이의 좌우에 위치한 I-region과 J-region은 병렬적으로 분포된 중소규모 유역들이 각기 개별적인 유출구를 통하여 독립적으로 자바해로 배수하게 된다. 또한 Juanda 댐의 하류부에는 대상유역의 좌우에 위치한 도심지 및 농경지에 대한 용수공급을 위해 3개의 대규모 인공수로(West Tarum Canal, East Tarum Canal, North Tarum Canal)가 연결되어 있다. 따라서 본 연구에서는 Citarum 유역의 이러한 복잡한 배수특성을 고려하여 우선 C-region에 대하여 RRFS를 이용하여 독립적인 유출모형을 구축하고 여기에 3개의 인공수로를 자연하천망의 분기와 같은 형태로 취급하여 해당 시스템을 확장하여 보았다. 이에 따라 I-region과 J-region은 각기 West Tarum Canal과 East Tarum Canal을 본류로 하는 배수구조를 갖게 되며 병렬적으로 위치한 중소유역들은 이들 인공수로에 대한 측방유역과 같이 취급할 수 있었다. Fig. 2는 본 연구에서 구축한 시스템을 이용하여 Saguling 댐의 유입량을 모의한 결과를 예시한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.64-64
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• 2018

하천에서 수위는 가장 기본적인 수리 수문학적 자료로서, 홍수나 가뭄 등의 피해를 막기 위한 치수와 물을 잘 통하게 하거나 물을 이용하기 위한 이수에 주로 사용된다. 예를 들면, 댐, 보, 저수지 등의 하천시설물 설계 및 관리를 위해 수위를 이용하며, 유량 산정을 위해서 수위-유량 관계 곡선식을 구축하여 수위를 이용한다. 따라서 하천에서 수위는 현재 국내에서 수자원분야에서 사용되는 자료 중에서 가장 중요하며, 동시에 광범위하게 사용되고 있으므로 수위를 관측하는 것이 수자원의 기초라 할 수 있다. 수위 관측의 필요성과 확장 필요성에 대한 인식에도 불구하고, 국내의 수위 관측소는 한강, 낙동강, 금강 등 대하천 위주로 설치되어 있어, 중소규모 하천에서 발생하는 다양한 수문사상에 대한 분석 및 예측이 어려운 실정이다. 특히, 홍수의 경우 같은 강우 사상에도 대하천보다는 중소규모의 하천이 더 극단적으로 유출이 발생하기 때문에, 즉각적인 수위의 계측이 필요한 실정이다. 하지만 한정된 예산 및 인프라의 부족은 중소규모 하천에 대한 수위 관측 시스템의 적용이 대하천에 비해 그 우선수위가 밀리는 원인이 되고 있으며, 지속적으로 중소규모 하천에 대한 수위 관측시스템 적용에 대한 수요가 증가를 야기 시키고 있다. 최근, 과거에 제품을 만들기 위한 전자회로, 자재명세서, 기판도면 등의 정보를 공개하지 않는 폐쇄적인 환경을 벗어나 제품을 만들기 위한 하드웨어 정보를 공개하고, 공개된 정보를 통해 기술을 개발하기 위한 움직임이 활발하다. 이러한 개념을 오픈소스 하드웨어라는 개념으로서, 하드웨어의 제작 없이 간단한 코딩을 통해 하드웨어를 컨트롤 하는 기술이다. 즉, 오픈소스 하드웨어는 초소형화된 PC를 활용하여 센서를 작동하는 것이라 할 수 있다. 이를 통해 기존의 기술을 저렴한 가격으로 제품으로 생산할 수 있다. 또한 사물인터넷(IOT)를 활용하여 온라인 상에서 이러한 오픈소스 하드웨어를 컨트롤 할 수 있으며, 웹서비스와 결합할 경우 센서를 통해 수집된 결과를 인터넷 상에서 확인 할 수 있는 기술들이 지속적으로 개발하고 있다. 이러한 기술이 접목되면 과거에 비해 적은 비용으로 고효율의 자료 수집을 수행 할 수 있다. 본 연구에서는 지속적으로 증가하고 있는 중소규모 하천에 대한 수위 관측시스템 적용에 대한 수요를 해결하기 위해서 기존의 시스템이 가지고 있는 경제적, 기술적 한계를 극복하기 위하여 오픈소스 하드웨어 플랫폼인 아두이노와 사물인터넷 기반 기술을 활용하기 위한 웹서비스를 이용하여 실시간 수위 관측기술을 개발하고, 적용성을 검토하고자 한다.

• 대한토목학회논문집
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• 제42권5호
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• pp.627-637
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• 2022

다양한 크기 유역에 대한 극한 홍수 규모 산정은 대규모 하천유량 자료를 필요로 한다. 하지만, 중소규모 유역의 경우 관측 지점의 부족으로 인해 하천유량 자료가 부족하다. 본 연구는 하천 유량 확장방법(Streamflow Propagation Method: SPM)과 비홍수량(specific flood distribution) 분석법을 적용하여 측정값이 없는 중소 규모 유역에 대한 하천유량 자료를 생성하여 극한 홍수 규모의 범위를 평가하고 일반화를 시도하였다. 이를 위해 충주댐(CJD), 섬진댐(SJD), 안동댐(ADD)의 미계측 중소규모 유역을 연구지역으로 선정하였다. 비홍수량의 범위는 유역의 크기가 증가함에 따라 감소하였으며 같은 크기 유역의 경우 유역의 크기와 지형에 따라서 비홍수량의 범위가 다양해질 수 있음을 보였다. 비홍수량의 최대와 최소치의 경향성을 비교하기 위해 다양한 포락선(Creager-, Kovacs-, and Francou-Rodier Envelop Curves; and Korean Specific Flood Method)을 활용하였는데, Creager곡선이 비홍수량 규모 대표성을 잘 나타내었다. 하지만, 3개 유역 자료를 통합 후 만들어낸 일반화 포락선식의 경우 Creager 폭락선보다 정확한 대표성을 나타내었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.57-57
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• 2020

최근들어 우리나라 하천에는 많은 식생이 발생하고 있다. 과거 댐에 의한 유황 조절효과로 댐 하류에 식생이 과도하게 발생하는 사례는 많았지만 최근 발생하는 식생은 댐의 유무에 직접 관련되지 않고 있다. 또한 하천의 규모나 위치 등과도 관계없이 거의 모든 하천에서 대규모로 발생하고 있다. 이와같은 식생은 하천의 통수능을 줄여서 홍수위를 상승시키는 역할과 더불어 하천의 육역화를 일으켜서 하천의 모습을 상실하게 하는 역할도 한다. 일본 등의 경우에도 하천에 과도하게 발생하고 있는 식생으로 인해 하천관리의 문제로 대두되고 있다. 해외의 경우 하천내 식생 발생 메카니즘에 대한 연구가 다양하게 진행되고 있다. 유황의 변화, 하천 지형의 변화, 영양물질의 변화 등으로 인해 발생하는 식생의 현황과 원인을 규명하고 있다. 더불어 식생의 지속적인 제거를 위해서 기계적인 방법, 화학적인 방법, 수문학적 방법 등의 개발과 적용에 대해서도 다양한 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 국내 중소하천에서 발생하고 있는 식생의 현황을 파악하고 하천내 지형조건과 식생 발생의 연결 고리를 분석하였다. 최근 10년 이내 많은 중소하천에서 하천내 많은 면적을 식생이 차지하게 되었는데 이와 같은 현상의 원인은 크게 두 가지로 분석되었다. 첫 번째는 유황의 변화이다. 최근들어 대규모의 홍수발생 빈도가 급격하게 줄어들어 식생이 발생할 수 있는 조건이 크게 확대된 것으로 파악되었다. 홍수 발생 감소로 봄이나 여름철에 하천내 흐름이 발생하여 씨앗이나 어린 식생이 쓸려 내려갈 기회가 감소되었다. 두 번째는 과거 조성된 복단면 형상으로 인해 고수부지의 경우 흐름이 발생할 기회가 현저하게 감소하여 고수부지가 육역화되는 현상이 발생하고 있다. 특히 이 두가지 요인이 중첩되면서 하천내 식생의 증가는 급속하게 발생되고 있는 것으로 분석되었다. 본 연구에서는 하천 단면 지형의 연도별 변화, 수위의 변화, 식생의 변화를 연계하여 식생의 발생 원인을 물리적으로 규명하였다. 본 연구의 결과를 활용하면 하천에서 발생하고 있는 과도한 식생의 원인을 추정할 수 있고 이를 해소하기 위한 대안으로 하천 단면의 관리 방안을 검토할 수 있다. 기후변화 등의 외부적인 요인으로 인해 발생하는 유황의 변화가 과거와는 다르게 발생하고 있는 점을 감안하면 하천내 식생의 발생 현황 및 제거 방안을 도출하는 것은 시급한 과제라고 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.23-23
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• 2016

우리나라의 댐저수지는 홍수기에 상류로부터 다량의 부유물이 폐기물 등과 함께 일시에 유입되어 미관을 해치거나 상수원 수질을 악화시키는 등의 문제점을 가지고 있다. 이에 부유물의 하류확산을 방지하고 수거와 처리를 효율적으로 하기 위한 부유물 차단망이 설치되어 운영 중이다. 부유물 차단망의 설치위치는 저수지내의 흐름을 고려하여 부유물을 가장 효과적으로 차단할 수 있는 지점을 선정하여야 하나, 저수지 흐름을 고려하지 않고 설치될 경우 차단망이 빈번하게 훼손되거나 부유물이 적절하게 포집되지 못한 채 상류에 흩어지는 결과를 초래하기도 한다. 본 연구에서는 대형저수지인 소양댐과 신규 중소규모 댐인 영주댐의 부유물 차단망 최적 설치위치를 선정하기 위하여 3차원 모형을 이용하여 다양한 조건에서의 저수지내 흐름분포와 수리적 특성을 검토하였다. 적용모형은 3차원 수리동력학 모형인 ELCOM 모형을 적용하였으며, 홍수기 표면 유속장 분포, 수직수온분포 및 밀도류 발생지점 등을 종합적으로 분석하여 최적 설치지점을 검토하였다. 시뮬레이션 조건은 200년 빈도 홍수 유입에 대해 초기 수위에 따른 영향을 고려하기 위하여 갈수위, 풍수위 등으로 구분하여 분석하였다. 분석결과, 소양댐의 경우 기존 설치위치에서는 plunging point가 설치지점보다 하류에 위치하여 부유물 포집 기능에는 이상이 없으나 최대유속이 2 m/s를 초과하는 것으로 나타나 안정적 운영을 위하여 이전 설치하는 것이 적합할 것으로 판단되었다. 또한 신규댐인 영주댐에서는 다양한 시나리오에 대하여 분석한 결과 2개 지점이 적합한 것으로 분석되어 적치장 위치 등을 종합적으로 고려하여 최적위치를 선정하도록 하였다. 이와 같은 연구 결과는 부유물 차단망 설치설계기준 등에 반영되어 과학적인 댐 운영관리에 활용될 것으로 판단되며, 향후 보다 안정적인 시설물 관리에 기여할 수 있을 것으로 사료된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제33권2호
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• pp.619-629
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• 2013

본 연구의 목적은 인공 발파진동실험을 이용하여 흙댐 축조재료의 전단파속도를 추정하고 산정 방법의 실효성을 확인하는 것이다. 이를 위하여 운영 중인 성덕댐에 대하여 국내 최초로 실대규모 근접 발파진동 실험을 수행하였다. 장약량과 발파 시추공심도를 4가지 유형으로 달리한 발파진동을 유발시키고, 각 유형별 발파 시에 폭원에 인접한 기반암노두와 댐 정상부에서 가속도를 각각 계측하였다. 발파진동실험으로부터 댐 정상부에서 얻어진 계측기록을 주파수 분석하여 대상댐의 고유진동수를 산정하고, 계측된 가속도기록으로 산정한 고유진동수와 기반암에서 계측한 발파파 가속도를 입력하중으로 한 반복적인 동적수치해석을 수행하여 계산한 고유진동수를 일치시키는 방법으로, 흙댐 성토재료의 심도별 전단파속도를 추정하였다. 산정된 대상댐 성토재료의 전단파속도는 발파유형에 영향을 받지 않고 일관성 있는 결과를 산정함을 확인하였고, 기존의 경험적 연구결과와 비교하여 그 실효성도 확인하였다. 이로부터 지진계가 설치되지 않아 실지진 계측기록을 이용할 수 없는 중소규모 댐의 경우, 인접발파에 따른 발파진동계측기록에 대한 분석으로도 댐 축조재료의 전단파속도를 실효성 있게 추정할 수 있음을 확인하였다.

• 환경생물
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• 제36권4호
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• pp.638-646
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• 2018

본 연구는 대형 댐과 농업용 보가 공존하는 탐진강 유역을 대상으로 장흥다목적댐 건설 이후 탐진강의 서식처 지형변화를 정량적으로 분석하고, 이에 영향을 미치는 복합적인 환경요인(대형 댐, 농업용 보, 조석, 하천정비)과의 인과관계를 유황변화, 하상재료, 항공사진 분석을 통해 파악하였다. 장흥댐 건설 후 유량변화를 분석한 결과, 유역에서 댐에 의한 유량 변화의 직접적인 영향 구간은 최대 지천이 합류되기 이전까지로 판단된다. 이 구간에서는 대규모 홍수는 발생하지 않았으며, 중소규모 홍수빈도 또한 절반 이하로 감소하는 등 하천의 유사이송 에너지가 감소하였다. 하상재료의 입도분포는 댐 직하류에서 모래가 급감하는 등 하상재료가 조립화되었지만, 금강천 합류 이후 하구까지는 다시 모래 비율이 높아지면서 하천의 자연성이 회복되고 있는 것으로 보여진다. 그렇지만, 지천 합류 이후의 이러한 유량 및 유사의 자연성 회복력은 본류 내 사주의 식생활착을 제어하기에는 부족해 보인다. 탐진강 하류에서 사주면적은 증가했지만 식생 피복율이 높은 원인은 지천에서 탐진강으로 공급된 유사가 장흥댐 건설에 따른 홍수 이송에너지의 감소와 더불어, 과밀화된 농업용 보에 의한 국지적인 지형변화, 그리고 감조역 구간에서 조석의 영향이 복합적으로 가져온 영향이라고 할 수 있다. 본 연구결과는 댐하류 서식처 지형의 자연성 회복을 위해서 유입지천의 중요성과 함께 본류의 환경 유량 복원과 유사 이송을 반영한 고도화된 수생태계 관리전략 수립의 필요성을 제시하고 있다.