• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.367-367
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• 2016

우리나라는 하상계수가 큰 하천의 특성 때문에 콘크리트 구조의 고정보를 설치하여 하천수위를 유지하고, 취수용으로 사용하여 왔다. 그러나 고정보는 유수방해, 토사퇴적으로 인한 홍수위 상승 등의 다양한 문제를 야기시키고 있다. 이에 따라 4대강에는 다양한 형상과 운영방식이 적용된 가동보가 설치되었으며, 소하천과 중규모 하천 역시 하천기능의 복원을 위한 정비사업이 진행되고 있다. 하천관리의 목표는 하천의 이수, 치수 및 생태환경 기능의 종합적이며, 유기적인 관계를 조화롭게 유지하면서 각 기능을 극대화시키는 것이다. 우선, 토사의 퇴적을 사전에 예방하고, 퇴적된 토사는 유수에 따라 배출될 수 있도록 하단방류 형식으로 개선되어야 한다. 또한 홍수기에는 통수가 원활하도록 보의 기능을 해제할 수 있어야 하는 한편, 하류구간이 범람하지 않도록 상류구간에서의 완충기능을 가져야 한다. 이러한 요구조건을 충족하기 위해서 다단형태의 하단방류형 가동보 수문 시스템을 고려할 수 있다. 다단형태의 하단방류형 가동보 수문시스템은 경사 하천에 가동보에 의해 물을 저수하고, 저수된 물을 보 상류에서 유입되는 유입수량 만큼만을 수문 하단 개도부를 통하여 방류하도록 하여, 일정량이 항상 저류되면서 퇴적토사가 배출되도록 하여 수질을 개선하는 방식이다. 본 연구에서는 금강의 지류인 치성천 9Km 구간을 대상으로 HEC-RAS 4.1 모형을 적용하여 하단방류형 가동보를 하류부터 상류구간까지 다단형태로 설치하였을 경우, 하천의 저류와 분배기능 회복에 따른 홍수위 저감 효과를 고정보 설치의 경우와 비교 분석하였다. 홍수소통 능력을 검토하기 위해서 연구대상 구간을 200년 빈도의 확률홍수량 별로 10개 구간으로 나누어 검토한 결과, 고정보 설치의 경우에는 여유고 기준을 초과하는 부분이 나타났으나, 다단식 하단방류형 가동보를 설치하고, 수문개도를 조작하여 운영할 경우에는 여유고 기준을 초과하는 부분이 없어, 홍수위 저감 효과를 기대할 수 있는 것으로 나타났을 뿐만 아니라, 홍수기이후에도 하천유지용수 기준을 만족하는 것으로 나타났다. 또한 설치 및 유지관리의 비용측면과 용수확보 및 홍수피해 절감의 편익측면에서도 50년 운영주기의 비용편익성은 양호한 것으로 나타났으며, 생태환경보전과 친수공간 확보측면의 편익성을 추가로 고려할 경우, 경제성은 충분히 확보될 것으로 판단되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.361-361
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• 2015

감세블록(baffle block)은 고속의 흐름에서 도수를 유도함으로써 과도한 에너지를 감세시키는 역할을 하는 구조물이며 구조물의 크기, 형태, 위치, 조합 등의 변수로 도수가 형성되는 조건을 조절하여 흐름에 영향을 줄 수 있다. 하단방류형 가동보에서 고속으로 방류되는 흐름의 Froude 수가 2.5에서 4.5 사이일 경우 발생하는 불규칙한 주기의 진동이 중첩 보강되면 감세하기 어려운 파동을 형성하여 수 Km 동안 지속될 수 있어 추가적인 조치가 필요하다(Peterka, 1984). 이 연구에서는 총 연장 11m, 폭 0.5m의 구형수로에 하단방류형 가동보와 감세블럭을 설치하여 감세블록의 위치가 에너지의 감세에 미치는 영향을 분석하고, 감세블록의 최적 위치를 제안하였다. 감세블럭은 높이 2cm, 폭 5cm의 구형단면으로 제작하여 일정한 간격으로 치형 배열하였으며, 가동보로 부터 5.5~8.5cm 지점에서 1cm간격으로 총 5가지 조건으로 수리실험을 수행하였다. 또한, 수문 하단에서의 Froude 수가 3.8~3.9를 만족하는 강한 도수가 발생할 수 있도록 유량을 조절 하였고, 유속과 수심은 3차원 유속계와 피에조미터를 이용하여 가동보로부터 0.2m간격으로 하류단 2m 지점까지 측정하였다. 실험 결과, 가동보로부터 도수가 발생하여 수위가 안정되는 지점까지의 도수길이는 감세블록을 설치한 경우, 설치하기 전의 1.1m와 비교하여 최소 27.3%에서 최대 81.8%만큼 짧아졌으며 감세블록 보에 가깝게 설치될수록 도수길이는 단축되는 것으로 나타났다. 가동보 하류부에서 도수가 발생한 이후 수심이 안정화되는 1m 지점에서, 도수 전후의 비에너지비로 정의되는 도수효율은 감세블록 미설치 시 74.9%이고, 감세블록이 설치된 조건에서는 54.9~60.6%로 감세블록에 의한 에너지 감소효과가 큰 것으로 나타났다. 에너지 감세 효과가 가장 큰 감세블록 위치는 가동보로부터 6.5cm 떨어진 곳으로 하류단 수심의 약 80%에 해당하는 지점이 감세블록의 최적 위치인 것으로 판단된다.

• 한국습지학회지
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• 제15권1호
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• pp.149-157
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• 2013

기존까지 건설된 보는 대부분 보의 상단으로 월류하는 월류형 보가 주종을 이루고 있다. 월류형 보의 경우 수자원의 관리의 효과와 지금까지의 많은 연구로 인한 설계, 시공 및 유지관리 방법 등이 용이 하다는 장점이 있다. 하지만 월류형 보의 특성상 보 상단부를 통해 물이 월류되는 방식이기 때문에 상류부로부터 유입된 유사가 보 하류로 배출되지 못하고, 하상이 높아지면서 저수용량이 감소되어 점차 보의 기능을 상실하게 된다. 이와 같은 토사 퇴적 및 보의 유지관리 문제를 해결하기 위해 수문을 가진 하단방류형 보가 건설되기 시작하였다. 하지만 최근 건설된 하단방류형 보의 설계상의 문제점으로 인하여 보 하류부의 하상이 세굴되고, 세굴된 하상 때문에 구조적인 문제점이 발생되고 있다. 본 연구에서는 보의 효과적인 설계 및 운영방법을 위해 월류형 보와 하단방류형 보의 흐름의 특성, 하류부 수위 변화에 따른 도수길이분석, 보 형태에 따라 단위거리당 발생되는 비에너지 손실량을 비교 및 분석하였다. 실험분석 결과 하단방류형 보와 월류형보의 상류 조건을 동일하게 유지 시 하단방류형 보에서 도수의 길이가 Fr 값(Froude number) 3.5에서 최대 2배 길게 나타났으며, 하류 수위가 증가 할수록 도수의 길이는 점차 감소하게 되었다. 단위 거리당 발생되는 비에너지 손실량 비교 분석 결과 단위 거리당 에너지 손실량이 하단방류형 보에 비해 월류형 보가 약 2배 높게 나타나는 것으로 판단되었다. 따라서 하단방류형 시설의 경우 수공 구조물의 안전을 위해 별도의 에너지 감세시설을 별도로 검토하는 것이 바람직한 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.464-464
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• 2016

기존의 고정보 설치에 따른 문제점으로 보 상류의 유속감소로 인한 유사나 오니의 퇴적으로 저류량의 감소, 홍수위 상승, 수질악화, 보 상 하류간 연속성의 단절 등의 개선을 위한 연직가동보에서의 수리특성을 분석하였다. 그에 따라 본 연구에서는 gate의 개도 높이를 조절함으로써 하상 퇴적물을 배출하고 수위와 유량을 조절할 수 있는 하단배출형 가동보를 길이 10 m, 폭 0.4 m, 높이 0.4 m의 가변경사식 수로에 다단식으로 배치하여 유량과 가동보 개도 높이에 따른 수리 특성을 분석하였다. 연직가동보의 개도에 따른 방류량의 수리특성으로 유량계수를 분석하고 그에 따른 보 상류에서 저류특성을 분석하였다. 유량과 연직가동보의 개도에 따른 수리특성으로 도수현상에 따른 수축계수, 도수길이, 도수높이를 분석하고 그에 따른 관계식을 제시하였다. 연직가동보 주변의 수리특성의 분석을 위한 차원해석을 실시하고 지배적인 무차원 변수를 도출하였다.