• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.388-392
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• 2015

본 연구에서는 고정하상 직하류부에서 발생하는 국부세굴현상을 분석하기 위해서 이동상 수리실험을 수행하였다. 순환식 유량공급이 가능한 개수로 실험장치에 아크릴로 제작된 사각형 모형을 설치하고 하류에 균일한 입경의 모래를 설치하여 다양한 수리조건과 시간변화에 따른 하상고의 변화를 측정하였다. 그리고 측정된 하상고 자료로부터 시간별 최대세굴심의 크기를 산정하여 분석하였다. 그 결과 세굴심의 상류부 경사는 일정한 값으로 유지되었고, 최대세굴심과 세굴공 길이, 최대세굴심 발생거리는 시간변화에 따라 증가폭이 점차적으로 감소하였다. 또한 세굴심의 시간변화식의 기울기와 경계지점에서의 수심평균 상대난류강도값과의 관계를 분석하였다. 세굴공 내에서는 하상근처에서 후류가 발생하고, 수심방향으로 유속편차가 극심하게 증가하는 분리전단층이 발생하였다. 본 연구에서 분석된 최대세굴심의 시간적 변화양상과 세굴심 내부에서 발생하는 흐름 및 난류강도 분포특성을 보다 면밀히 분석하여 세굴심의 발달에 영향을 미치는 인자를 이용하여 향후 적절한 세굴심의 예측식을 개발할 수 있고, 최대세굴심을 저감할 수 있는 방안을 제안할 수 있다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제49권6호
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• pp.529-536
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• 2016

본 연구는 급경사 자갈하상 만곡수로의 이동상 수리실험을 이용하여 만곡부 최대세굴심 산정공식들의 적용성을 평가하였다. 평균입경 43mm의 하천자갈을 $90^{\circ}$ 만곡 급경사 개수로에 포설하고 유량과 하상경사에 따른 만곡부의 최대세굴심을 조사하고 세굴심 공식으로 산정한 최대세굴심과 비교하였다. 자갈하상 만곡부 국부세굴은 유입부의 하상경사 0.02이상 $F_r$ 0.95이상에서 발생하였다. 이 수로에서 Lacey공식과 Zeller공식을 제외한 기존 세굴심 산정공식들은 최대세굴심을 과대 추정하는 것으로 나타났다. 하상재료를 고려한 Lacey공식과 접근경사와 만곡도를 반영한 Zeller공식은 급경사 자갈하상 만곡부의 최대세굴심 평가에 적용될 수 있는 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.1601-1604
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• 2006

본 연구는 교각주위에 발생하는 국소 세굴의 특성을 파악하기 위해 세굴공의 형태, 범위, 최대세굴심의 특성을 분석하였으며, 이를 위한 교각 형태의 변화에 따른 교각주위의 국소세굴 변화 양상에 관한 실험을 수행 하였다. 정적세굴조건을 유지하면서 평형상태에 도달한 후 전형적인 세굴공의 형태는 교각전면부에서 반원이고, 교각후면부에서는 반타원의 형태를 나타내었으며, 교각형상으로 인한 상대세굴심은 마름모일 때 가장 크게 나타났다. 최대 세굴심은 흐름이 교각과 부딪쳐서 하강류가 발생하는 지점인 교각전면부에 발생되었다. 이는 하강류가 교각 전면부에 세굴공으로부터 하상물질을 세굴공 외부로 이송시키는 역할을 하기 때문으로 판단된다. 마지막으로 본 실험을 통해 교각 후면부의 하류구간에서 교각에 의해 교란된 물의 흐름의 영향으로 인한 세굴공의 형상을 분석하여 보면 세굴공의 경사가 후면부에서는 완만하게 형성되어 있었고, 하류구간에는 세굴공에서 침식, 이동된 토사가 퇴적되어 하상이 원 하상고보다 높게 형성된 것을 관찰할 수 있었다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.98-98
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• 2011

중소규모 하천에서 많이 설치되어 있는 경사형보를 대상으로 하류부 세굴에 대한 수리모형실험과 수치모의를 통하여 경사형보 하류부 세굴특성과 세굴영향인자들에 대한 민감도 분석을 실시하였다. 수리모형실험은 폭 0.8m, 길이 20m의 가변경사 직선 개수로에서 1 : 2(H/L)경사를 가지는 경사형보의 높이, 월류수심, 하류부 수심 변화에 따른 최대 세굴심과 세굴길이의 변화를 관측하였고, 수치모의는 유사이동 모의가 가능한 3차원 수치모형인 FLOW-3D를 이용하여 경사형 보의 경사 변화에 따른 하류부 세굴특성을 모의하였다. 수리모형실험 결과 최대 세굴심 및 세굴길이에 가장 영향을 크게 미치는 인자는 월류고이며, 하류부 수심은 최대 세굴심과 세굴길이의 감소효과 뿐만 아니라 세굴공의 형상에도 영향을 미쳤다. 낙하류의 유입 각도가 예연보에 비하여 작은 경사보는 예연보에 비하여 수평방향 유속이 상대적으로 증가하여 세굴길이가 증가하였으며 이로 인하여 세굴공 하류부 천이영역의 사면경사가 상대적으로 완만하게 형성되었다. 세굴공의 상류부에 재순환 영역이 발생되어 천이영역에서 이송되는 유사의 최대세굴심 발생 위치에 퇴적되는 현상을 방해하며 세굴공의 모양은 완전히 발달된 이중(double) 세굴공을 생성하였으며, 특히 낙하류의 유입각도와 하류부 수위의 영향으로 하류수심($h_t$)과 낙차고(H)의 비($h_t/H$)가 1.0 미만인 경우에 이중(double) 세굴공이 발생하였다. 경사형보의 경사각 영향에 따른 하류부 세굴 영향은 3차원 수치모형을 이용하여 모의하였으며, 경사각을 1V/2H, 1V/3H, 1V/4H로 변화시키며 수치모의를 수행하였다. 수치모의 결과 경사각이 증가할수록 최대 세굴심은 증가하는 경향을 보이고 그에 따른 증가율은 감소하였다. 보 높이, 월류고, 하류부 수심, 경사각 변화에 따른 세굴심의 변화는 상대민감도 방법을 이용하여 비교하였으며 주요 영향인자에 대한 민감도비는 월류고가 보 하류부 세굴에 가장 큰 영향을 미치고, 경사각, 보 높이, 하류부 수심 순이다. 특히 보 하류부의 수심은 음의 민감도를 보이며, 이는 보 하류부 수심이 증가할수록 세굴심이 감소하는 것을 의미한다. 추후 보완 실험 및 수치모의를 추가 활용한다면, 경사형보 하류부 물받이 및 하상보호공 설계를 위한 정량적인 기초자료를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제34권6호
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• pp.641-649
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• 2001

본 연구에서는 군말뚝 교각 주위에서의 세굴특성을 실험을 통하여 파악하였다. 실험은 4개, 9개, 15개, 35개의 파일로 구성된 군말뚝에 대해 수행하여 파일수, 유속, 접근각에 따른 세굴형상, 최대세굴심의 깊이 및 위치의 변화를 살펴보았다. 실험결과에 의하면, 4개 및 9개로 구성된 군말뚝의 경우 유속비와 상관없이 단일교각의 최대세굴심과 흡사하였고, 15개와 35개로 구성된 군말뚝의 경우 유속비가 증가함에 따라 최대세굴심도 급격히 증가하여 단일교각 세굴심 의 약 2.2배 증가함을 알 수 있었다. 또한 세굴형태는 말뚝간격이 조밀해질수록 원형의 세굴공이 중첩되어 전체적으로 직사각형의 형태를 띠는 것으로 나타났다. 75개의 파일로 구성된 군말뚝에 대한 접근각의 영향을 살펴본 결과 세굴심은 접근각이 35$^{\circ}$에서 최대가 되었으며 이때의 세굴공은 대각선 방향으로 형성됨을 알 수 있었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제53권11호
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• pp.951-960
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• 2020

본 연구에서는 실내실험을 통하여 기능을 상실한 보 철거로 인하여, 급경사가 형성된 짧은 구간에서 두부침식과 천급점 변화, 그리고 교호사주의 거동을 고려한 하도의 적응과정을 정량적으로 분석하였다. 보 상류에서 두부침식이 발생하여 천급점은 상류로 이동하였다. 실험초기에 빠르게 이동하지만, 시간이 증가하면서 이동속도가 감소하였다. 교호사주가 발달한 조건에서 이동속도는 사주가 발생하지 않은 조건에서보다 빨랐다. 세굴심은 교호사주가 발생하지 않는 조건에서 보다 발생하는 조건에서 더 깊었다. 시간이 증가할수록 최대세굴심은 하류로 이동하며, 최대세굴심의 깊이와 이동속도는 감소하였다. 무차원 최대세굴심은 상류에서 유입되는 유사가 포착되고 되메우기가 진행되면서 이동속도가 감소하였다. 무차원 되메우기 속도가 증가할수록 무차원 최대세굴심은 감소하였다. 초기에 최대세굴심이 깊은 곳에서 되메우기가 빠르게 진행되며, 최대세굴심이 얕은 곳에서는 되메우기가 느리게 진행되었다. 특히, 무차원 되메우기 속도가 5이하에서는 무차원 최대세굴심이 급격하게 감소하며, 그 이후에서는 완만하게 감소하였다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.199-199
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• 2011

유량을 측정하는 수로 중 가장 많이 사용되고 있는 유량 계측 수공구조물은 위어와 파샬플륨이다. 하지만 위어는 직상류부분에 유사가 퇴적되는 단점을 가진 반면, 파샬플륨의 경우 부유사의 침전이 일어나지 않는 장점이 있다. 또한 파샬플륨의 손실수두는 위어의 약 25%에 불과하므로 파샬플륨이 계측수로로써 위어보다 상대적으로 유리하다. 현재 파샬플륨 내 흐름 특성에 관한 연구는 많이 이루어져 있으나 구조물 하류구간에서 발생하는 세굴에 관한 연구는 다소 부족한 실정이다. 따라서 본 연구는 유랑을 측정하는 계측 수공구조물인 파샬플륨의 하류구간 세굴을 수치모의를 통해 검토한 후 이를 바탕으로 물받이 길이를 산정하였다. 수치모의의 적정성 평가를 위해 국제표준화기구(ISO)에서 제시한 ISO No.1에 대해 세굴에 관한 수리모형실험을 실시한 후 수치모의와 비교한 결과 세굴 경향성이 유사하게 나타났다. 파샬플륨 규모별로 하류구간 세굴을 수치모의 한 결과 세굴 경향은 흐름에 따라 크게 4단계로 나뉘었다. 각 단계별로 도수의 위치가 다르며, 이로인하여 세굴 경향이 바뀌는 것으로 나타났다. 특히 도수의 발생 위치가 파샬플륨 내부에서 하류로 이동하면서 세굴심과 세굴 거리가 점차 증가하는 경향을 보였다. 따라서 도수의 발생 위치가 옮겨지기 전 최대 세굴심과 세굴 거리를 이용하여 물받이 길이를 결정하였으며, 도수의 발생 위치를 물받이 위치에 고정시키기 위하여 물받이 형상을 정수지형 물받이로 결정하였다. 산정된 물받이 길이 및 형상의 적정성을 검증하기 위하여 물받이를 ISO No.1에 적용한 후 수치모의를 수행하였다. 수치모의 결과 최대 세굴심은 설치전에 비하여 27.3% 감소하였으며 이에 따라 제시된 물받이는 적정하다고 판단된다. 추후 세굴에 관한 수리모형실험과 수치모의의 결과 비교시 최대세굴심 구간을 제외한 부분의 차이발생의 원인과 다른 형상의 물받이에 관하여 연구를 수행한다면 파샬플륨을 설계시 참고자료로 활용될 수 있을 것이며, 세굴로 인한 파샬플륨의 손상을 방지하는데 기여할 것이라고 기대된다.

• 한국산업안전학회:학술대회논문집
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• 한국안전학회 2000년도 춘계 학술논문발표회 논문집
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• pp.229-234
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• 2000

교량의 교각 및 교대에 대한 세굴의 영향은 많은 학자들의 관심이 되어왔다. 연구의 주된 관심은 세굴에 영향을 미치는 인자들의 역학적인 거동에 대한 것으로써 세굴인자들의 최대 영향 및 최대세굴심을 예측하는 적절한 방법들이 연구되었다. 특히, 교각에서 일어나는 세굴은 이동하는 유체의 역학적인 상호작용과 불균등하게 분포된 하상입자들을 포함하는 3차원적인 문제로서, 그 현상이 대단히 복잡하여 하천흐름과 하상재료의 특성 및 교각의 형상과 같은 여러 요소에 의해 지배를 받기 때문에 세굴에 대한 정확한 예측은 매우 어렵다. 따라서, 복잡한 세굴인자들로 인해 세굴에 관한 연구는 주로 실험에 의하여 이루어지고 있는 실정이다. (중략)

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.393-393
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• 2016

자갈하천 만곡부에서 하상의 세굴심을 파악하는 것은 하천의 수공구조물 안전설계를 위해 고려할 중요한 요소이다. 모래하천에서 만곡부의 국부세굴에 대한 연구는 활발하게 이루어지고 있으나 자갈하천 만곡부의 세굴심에 대한 연구는 부족한 실정이다. 만곡부 세굴심은 하천경사, 하상재료, 유로형태 등에 따라서 다르다. 따라서 하천 만곡부의 세굴심을 산정하기 위한 공식들은 지배적인 독립변수로 사용되고 있는 유량, 유속 또는 Froude수, 수심, 하상재료의 직경 등에 따라 분류할 수 있다. 세굴심과 단위폭당 유량의 관계는 Lacey (1930), Abbott (1963), Blench (1969), Neill (1973)의 공식이 있다. 만곡부에 접근하는 상류부에서 Froude 수와 만곡부의 세굴심의 관계는 Liu et. al (1961), Zeller (1981), Mussetter (1994)의 공식이 있다. 또한 만곡부의 수심-세굴심 또는 하상재료의 직경과 세굴심의 관계를 나타내는 공식이 USBR, USACE, FHA 등에서 사용되고 있다. 하상재료와 세굴의 관계공식은 하천 만곡부에서 세굴심은 하상재료에 따라 발생될 수 있는 최대 크기가 정해져 있다고 본 것이다. 하상재료는 하천의 유사이송능력과 유역의 유사공급능력을 반영하기 때문에 하천의 수리특성을 나타낼 수 있는 변수이나 하상재료의 평균입경 특성에 영향을 미치는 수리학적인 요인들이 너무 많고 간접적이라는 한계가 있다. 자갈하상 하천에서 Mussetter, Liu, Abbott 공식은 세굴발생에 대한 한계조건을 반영하지 못하고 대부분 세굴심을 과대 추정한다. 자갈하천에서 Zeller 및 Lacey 공식과 USACE 방법에 의한 세굴심은 적용성이 있다고 볼 수 있는 유량조건이 있다. 이같이 대부분 세굴심 공식이 모래하천에서 개발되었기 때문에 자갈하천의 만곡부 세굴심을 산정하기 위해서는 하상재료의 특성이 반영되어야 한다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제30권4호
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• pp.335-346
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• 1997

본 연구는 실제하천에서의 불규칙한 수위변화에 따라 교각주위에서 발생하는 세굴현상에 대하여 규명하는 것을 목적으로 하고 있다. 이를 위하여 IHP 대표유역인 금강수계내 보청천 최하류 지점에 설치되어 있는 산계교를 중심으로 최근 15년 동안에 발생된 6개 홍수사상에 대한 수위수문곡선을 선택하여 모형실험을 실시하였다. 모형수로는 실제하천과 모형수로에서의 조도계수 실측, 모형수로 경사변화에 따른 최대세굴심도의 변화, 실제하천과 모형내 하상재료의 침강속도와 마찰속도의 비를 검토하여 하상경사를 결정하고 실제하천에서의 세굴심도를 직접 측정하여 모형수로 실험결과와 비교함으로써 모형수로를 검증하였다. 실험 결과, 정류상태에서 모형실험을 실시하여 실제하천에 대한 최대세굴심을 예측할 경우에는 최고수위를 택하여 실시해야 하는 것으로 판단되며, 수위수문곡선 하강시 평형세굴심도는 최대세굴심보다 작으므로 실제하천에서 세굴심을 실측할 경우에는 되메우기에 의해 감소된 만큼의 세굴심을 고려해야 할 것으로 판단된다.