• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.281-281
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• 2017

하천에서 하도불안정(stream instability)으로 인하여 하상의 형태가 변화하고 하상파(sand wave)가 발생한다. 사련(ripple), 사구(dune) 등과 같은 하상파는 흐름저항을 유발하여 홍수시 수위를 증가시킨다. 수리실험 및 수치모형을 이용하여 사련 및 사구의 발달과정 그리고 이를 지나는 난류흐름에 대한 연구가 국외에서는 이루어지고 있지만 국내의 경우 거의 찾아보기 힘들다. 수치모형을 활용한 연구는 주로 횡방향으로 하상파가 일정하다는 가정하에 연직 2차원 수치모형을 적용하였으나 최근 컴퓨터 기술 및 수치기법의 고도화로 3차원 RANS(Reynolds averaged Navier-Stokes) 또는 LES(Large eddy simulation)를 이용한 수치모형이 개발되고 있다. 본 연구에서는 LES에 유사이송 및 하상변동 모형과 결합하여 사구발달에 대한 수치모의를 수행하였다. LES와 유사이송 및 하상변동 모형의 결합은 순간유속성분을 하상변동모형에 직접 적용되기 때문에 난류영향을 고려할 수 있는 것이 장점이다. 특히 사구의 발달에 따라 복잡한 흐름이 발생하며 3차원 와구조가 발생하므로 난류특성의 고려는 필수적이다. 수치모의는 Delft Hydraulics (Bakker et al., 1986)에서 수행한 수리실험 T39를 활용하였다. 수리실험은 길이 100 m, 폭 0.5 m 개수로에서 수행되었으며 평균유속은 0.611 m/s, 수심은 0.436 m이다. 하상파 실험에 사용된 유사입경은 0.78 mm 균일사를 사용하였다. 수치모의 조건은 수리실험과 동일하게 하였으나 계산시간의 효율을 고려하여 흐름방향의 계산영역은 4.0 m로 하고 주기경계조건(periodic boundary condition)을 부여하여 계산을 수행하였다. 수치모의 계산은 사구의 길이 및 파고가 평형상태에 이를 때까지 수행되었다. 수치모의 통해 사구발달에 따른 흐름 및 하상변동 특성을 분석하였다.

• 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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.51-55
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• 2016

유입유사량의 변화에 의한 하도의 지형변화를 파악하는 것은 하천을 복원하거나 유지하는데 중요하다. 본 연구에는 2차원 수치모형을 이용하여 상류에서 유입되는 유사량의 변화에 의하여 망상하천의 저수로 변화와 유사의 분급 특성을 분석하였다. 망상하천의 변화를 파악하기 위하여 하폭은 2.8 m이고, 수로 길이는 50 m로 설정하였다. 하상경사는 0.0125, 유량은 $0.014m^3/sec$로 설정하였다. 상류에서 공급되는 유사량은 평형상태의 유사량에 대하여 50%, 70%, 90%, 100%로 감소시켰다. 상류에서 공급되는 유사량이 감소할수록, 하상고는 감소하고 하상토 입경은 증가하였다. 또한 하도 단면에 대한 저수로의 수를 나타내는 망상하천 지수(Braiding Index)는 감소하였다. 이것은 하도의 저수로 수가 감소하는 것을 나타낸다. 유입 유사량이 감소할수록, 하도의 기복도가 감소하며, 이것은 하도의 역동성이 감소하는 것을 의미한다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제30권6호
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• pp.743-751
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• 1997

본 연구에서는 수직 또는 경사 에 의한 세굴에 대한 과거 연구결과의 종합적인 분석 및 재검토를 통하여 현재까지의 실험에 대한 문제점 파악 및 앞으로의 연구방향을 모색하며 과거 여러 연구자들의 실험적 연구중 약 500개의 실험자료를 이용하여 범용성있는 실험적 예측공식을 제시하였다. 예측세굴깊이는 하류수심 Ht와 평형하상으로부터의 세굴깊이 Hs의 합으로 표현할 수 있었으며 세굴지배인지는 하상입자의 크기, 단위폭당 유량, 그리고 상하류수면 차로 단순화시킬 수 있었으며 ${\gamma}$=0.941란 높은 상관관계를 보이는 경험적 세굴예측공식을 유도하였다. 유도하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제35권1호
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• pp.77-90
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• 2002

하상보호용 사석은 초기 거동조건의 범위를 넘어 한계조건에 도달하면 흐름에 의해서 각각의 자갈 또는 석재가 분리되면서 점진적으로 파괴된다. 이와 반대로 하상보호용 매트리스의 경우는 비록 초기 거동조건의 범위를 넘어 한계조건에 도달할지라도 매트리스 철망에 의해 각각의 자갈 또는 석재의 분리가 억제가 됨을 알 수 있었다. 비록 변형된 하상보호용 매트리스일지라도 새로운 형태의 평형을 얻을 수 있으며, 더 이상의 변형과 나쁜 조건에서도 저항할 수 있음을 확인하였다. 동일한 수리학적 거동조건에서 하상보효용 매트리스의 채움재로 사용된 자갈 또는 석재의 평균 크기가 하상보호용 사석의 1/2정도이며, 하상보호용 매트릭스에서 Shield 계수는 하상보호용 사석의 약 2배임을 알 수 있었다. 또한 동일한 크기의 자갈 또는 석재가 채움재로 사용될 때 허용유속에 대해서 하상보호용 매트리스의 경우 하상보호용 사석보다 2배이상 심지어 3∼4까지 견딜 수 있음을 알 수 있었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제9권2호
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• pp.73-82
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• 1989

충적하천(沖積河川)에서 홍수파(洪水波)가 발생할 때 하천은 그 홍수파를 안전하게 소통시키기 위하여 주어진 흐름에 적응(適應)하는 하상변동(河床變動) 구조(構造)를 가지고 있다. 이러한 하상변동(河床變動)의 예측모형(豫測模型)을 개발하기 위하여, 홍수파를 해석하고 그에 따른 하상변동과정(河床變動過程) 대한 수치모형을 홍수추적 및 유사추척을 통하여 구성하였다. 본 하상변동모형으로 홍수파해석, 하상고(河床高)의 변동 및 하상구성토사(河床構成土砂)의 입도분포변화(粒度分布變化)등을 예측할 수 있도록 하였으며, 한강하류부(漢江下流部) 팔당댐으로부터 인도교 수위표지점에 이르는 구간에 본 모형을 적용하여 그 적용성을 확인하였다. 본(本) 모형(模型)의 적용결과 유사운송(流砂運送)이 홍수파의 형상에 미치는 영향은 미소(微小)하였으며, 이는 부정류(不定流)의 흐름변동에 비하여 동일 시간동안의 하상변동량(河床變動量)이 상대적으로 작기 때문이다. 또한 비교적 비슷한 홍수파가 인접하여 발생하는 경우, 하상변동과 유사교환하상층(流砂交換河床層)의 입도분포변화(粒度分布變化)는 전반부 홍수파가 지배적이고 후반부 홍수파의 영향은 상대적으로 작았으며, 하천이 동적평형상태(動的平衡狀態)를 유지하기 위한 거동(擧動)을 하는 것으로 나타났다. 한강하류부 팔당댐으로부터 인도교 지점에 이르는 하상은 세굴(洗掘) 및 조립화현상(粗粒化現像)이 지배적이었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.93-93
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• 2019

식생이 있는 개수로 흐름의 분석이 중요한 이유는 식생이 흐름 특성과 유사이송 및 하상변동에 영향을 주어 복잡한 흐름 현상을 만들어 내기 때문이다. 식생 밀도, 식생 길이, 식생이 식재된 형태에 따라 흐름의 현상이 달라지며, 흐름 특성의 변화로 인해 하상 및 주변 하천구조물에 영향을 줄 수 있다. 하천의 식생은 대부분 폭과 길이가 제한된 모습으로 존재하는 경우가 많으며, 식생이 존재하는 영역에서는 식생항력에 의해 유속이 감소하고 식생이 없는 영역에서 유속이 증가한다. 식생항력에 의해 변화된 흐름 특성은 일정 거리를 지나면 평형상태에 도달하게 되며, 식생의 경계면에서는 전단층이 발달하여 모멘텀의 교환이 활발하게 발생하는 현상을 보인다. 식생 흐름의 특성을 분석하기 위해 수치모형으로는 식생 흐름의 강한 비등방성을 모의할 수 있는 비등방성 수치모형이 적합하다. 본 연구에서는 부분 식생이 식재된 개수로에서 RSM (Reynolds stress model)을 이용하여 식생과 식생 주변의 흐름 특성 및 난류량을 분석하였다. 흐름의 변화에 따라 크게 3 구간으로 나누어 흐름 특성을 파악할 수 있으며, 식생의 밀도와 식생 영역의 폭의 길이에 따라 각 구간의 길이가 달라지는 것을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.728-733
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• 2009

지금까지의 하천 설계는 하천의 유량, 유사량, 하상토 입도분포, 강턱의 입자 또는 하도 표면의 특성, 하곡의 경사 등을 고려하여 안정한 횡단면을 결정하기 위한 목적으로 발전되어 왔다. 하지만, 하천 복원에 있어서 이동 하상의 안정 하도 및 하천을 설계하는 작업은 수리학적, 하천 형태학적, 그리고 유사 수리학적 측면에서 매우 복잡한 문제들을 포함하고 있으며 더 나아가 다양한 생태서식처 및 환경을 제공할 수 있는 측면까지도 고려하도록 요구되어 지고 있다. 자연하천 복원 설계시 가장 선행되어야 할 작업은 복원하고자 하는 현재의 하천 및 하도의 안정성에 대한 평가이며 이러한 과정에서 평형 하천의 개념을 반드시 고려해야 한다. 안정하도 및 평형하천 형태를 계산하는 방법들이 여러 연구자들에 의해 제안되어 왔고 여러 해석적 방법들 중 Copeland의 방법은 실제로 충적하천에서의 안정 하도 평가 및 설계에 가장 많이 이용되고 있으며 미공병단에 의해 개발된 SAM(Stable Channel Analysis Model) 모형에서 채택하고 있는 해석적 방법 중 하나이다. 본 연구에서는 Copeland의 해석적 안정하도 분석 방법을 기본 모듈로 채택하고 있는 미공병단에서 개발한 SAM(Stable Channel Analysis Model)의 기본적인 특성과 활용도에 대해서 알아보고 이를 남한강 제1지류인 청미천의 구하도 복원 예정 구간에 적용시켜 현재하도의 안정성을 평가하였다. 분석 결과, 안정하도 경사는 현재 하도 경사보다 완만한 것으로 나타났으나 SAM에서 예측하고 있는 청미천의 안정 하폭은 현재 하도의 하폭보다 훨씬 작은 것으로 나타났다. 이는 현재 청미천의 복원 구간에서 사주가 많이 발생하는 이유를 뒷받침 하는 결과라고 할 수 있다. 안정수심은 현재 하도의 수심보다 깊은 것으로 계산되었다. SAM을 이용한 계산 결과들은 현재하도의 안정성 평가뿐만 아니라 복원 구간의 안정하도 설계를 위한 기초자료로 활용될 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.70-70
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• 2015

하천에서의 수문/수리적 특성은 주수로의 다양한 지형학적 형태로 나타난다. 특히 흐름과 수반된 유사량의 변화는 하천의 지형학적, 수리기하적 특성을 지배하며, 하도의 물리적 시스템을 변화시켜 동적 평형에 이르게 된다. 하천에서 하도 형성에 지배적인 역할을 하는 수리특성은 하도형성유량으로 지배유량이며, 보통 만제유량을 사용한다. Dunne and Leopold(1978)는 만제유량을 유사의 이송, 하천의 사행, 유선형의 변화 등 하천의 일반적인 형태를 변화시키며, 주수로의 특성을 형성하는 유량으로 정의하였다. 이와 같이 수리 지형학적 특성을 반영하는 만제유량은 하천의 특성을 나타내는 중요한 요소이다. 따라서 본 연구에서는 한강 수계 20개 하천, 27개 수위 관측소의 최소 10년 이상의 실측 자료를 기반으로 다년간의 연평균 실측유량을 산정하였으며, McCandless(2003)가 제시한 지형학적 만제지표를 이용하여 추정한 만제유량과의 상관성을 분석하였다. 추정된 만제유량은 HEC-RAS model을 이용하여 만제하폭, 만제수심, 만제 시 평균유속을 산정하였다. 27개 지점의 실측유량과 만제유량의 상관성 분석결과 만제유량은 연평균 일유량의 7.7배로 나타났다. 따라서 만제유량을 7일 평균유량(1 week mean discharge)으로 정의하였으며, 수정된 7일 유량과 만제유량의 RMSE는 13.90 m/s, MAPE는 9.94 %로 상관성이 매우 높게 나타났다. 또한 만제유량과 만제하폭, 만제수심, 평균유량, 구간경사와 상관성 분석결과 개별적으로의 상관성은 나타나지 않았으나, 만제하폭, 수심, 평균유량과 만제유량에 대한 회귀 분석을 실시한 결과 $R^2$는 0.911로 매우 높게 나타났으며, 구간경사를 추가하여 분석한 결과 $R^2$가 0.914로 증가하였다. 따라서 만제유량은 수리 기하학적 특성이 모두 반영된 하천 특성을 나타내는 복합적인 지표임을 확인하였다. 아울러 만제유량을 통해 추정된 연평균 유량($48{\cdot}Q_{bf}$)을 우리나라의 월간 유출량 분포 비율을 이용하여 일유량으로 배분/생성하였으며, 생성된 일유량을 통해 CCHE2D model을 이용하여 하상변동 모의를 수행하였다. 대상 구간은 병성천 최하류로부터 상류로 7 km 구간이며, 2013년 1월과 12월 측량 자료를 통한 1년간의 실제 하상 변동 자료와 2013년 실측 유량자료에 따른 하상변동 모의 결과 및 만제유량에 의해 배분/생성된 일유량에 따른 하상변동 모의 결과를 비교하였다. 비교 분석 결과 7일 평균 유량으로 정의된 만제유량을 통해 배분/생성된 유량의 수치모의 결과는 실제 측량자료 및 실측유량자료에 따른 하상변동 결과와 매우 일치하는 것을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.580-580
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• 2015

하천에서의 수문/수리적 특성은 주수로의 다양한 지형학적 형태로 나타난다. 특히 흐름과 수반된 유사량의 변화는 하천의 지형학적, 수리기하적 특성을 지배하며, 하도의 물리적 시스템을 변화시켜 동적 평형에 이르게 된다. 하천에서 하도 형성에 지배적인 역할을 하는 수리특성은 하도형성 유량으로 지배유량이며, 보통 만제유량을 사용한다. Dunne and Leopold(1978)는 만제유량을 유사의 이송, 하천의 사행, 유선형의 변화 등 하천의 일반적인 형태를 변화시키며, 주수로의 특성을 형성하는 유량으로 정의하였다. 이와 같이 수리 지형학적 특성을 반영하는 만제유량은 하천의 특성을 나타내는 중요한 요소이다. 따라서 본 연구에서는 한강 수계 20개 하천, 27개 수위 관측소의 최소 10년 이상의 실측 자료를 기반으로 다년간의 연평균 실측유량을 산정하였으며, McCandless(2003)가 제시한 지형학적 만제지표를 이용하여 추정한 만제유량과의 상관성을 분석하였다. 추정된 만제유량은 HEC-RAS model을 이용하여 만제하폭, 만제수심, 만제 시 평균유속을 산정하였다. 27개 지점의 실측유량과 만제유량의 상관성 분석결과 만제유량은 연평균 일유량의 7.7배로 나타났다. 따라서 만제유량을 7일 평균유량(1 week mean discharge)으로 정의하였으며, 수정된 7일 유량과 만제유량의 RMSE는 13.90m/s, MAPE는 9.94 %로 상관성이 매우 높게 나타났다. 또한 만제유량과 만제하폭, 만제수심, 평균유량, 구간경사와 상관성 분석결과 개별적으로의 상관성은 나타나지 않았으나, 만제하폭, 수심, 평균유량과 만제유량에 대한 회귀 분석을 실시한 결과 $R^2$는 0.911로 매우 높게 나타났으며, 구간경사를 추가하여 분석한 결과 $R^2$가 0.914로 증가하였다. 따라서 만제유량은 수리 기하학적 특성이 모두 반영된 하천 특성을 나타내는 복합적인 지표임을 확인하였다. 아울러 만제유량을 통해 추정된 연평균 유량($48{\cdot}Q_{bf}$)을 우리나라의 월간 유출량 분포 비율을 이용하여 일유량으로 배분/생성하였으며, 생성된 일유량을 통해 CCHE2D model을 이용하여 하상변동 모의를 수행하였다. 대상 구간은 병성천 최하류로부터 상류로 7 km 구간이며, 2013년 1월과 12월 측량 자료를 통한 1년간의 실제 하상 변동 자료와 2013년 실측 유량자료에 따른 하상변동모의 결과 및 만제유량에 의해 배분/생성된 일유량에 따른 하상변동 모의 결과를 비교하였다. 비교 분석 결과 7일 평균 유량으로 정의된 만제유량을 통해 배분/생성된 유량의 수치모의 결과는 실제 측량자료 및 실측유량자료에 따른 하상변동 결과와 매우 일치하는 것을 확인하였다.