• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.20-20
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• 2020

신곡수중보는 한강종합개발사업(1982년~1986년) 중 하도정비로 인하여 상시 수위가 저하됨으로써 조수의 과도한 역류 등으로 발생하는 이수상의 문제점을 해결하고 상류에 설치된 잠실수중 보 사이의 수위유지 및 하천 공간 이용의 극대화, 연안 농경지의 용수공급 및 하천환경 보전을 목적으로 건설되어, 「잠실 및 신곡수중보 관리규정(1986)」 및 「신곡수중보 운영 매뉴얼」에 의해 관리·운영되고 있다. 신곡수중보는 준공된 이래로 한강하류의 흐름 해석에 있어 중요한 기준과 경계로서 이와 관련한 다양한 연구가 진행되었다. 신곡수중보로 인한 흐름의 변화가 하상과 생태에 미치는 영향에 관한 연구와 하구역에서의 조위 및 흐름특성과 밀도류의 거동에 관한 1, 2차원 수치해석연구가 활발히 진행되었다. 본 연구에서는 그동안 1, 2차원 수치해석연구로 한정되었던 신곡수중보 흐름특성에 관련하여 실제 수문 운영 방식을 반영한 3차원 수치해석을 수행하여 구조물의 상·하류에서 발생하는 와류 및 이차류와 같은 3차원적 흐름 구조와 이에 따른 지형의 침식·퇴적 및 구조물에 미치는 영향 등을 구체적으로 분석하였다. 우선, 신곡수중보 운영 매뉴얼과 실제 가동보 운영시스템을 비교하여 수문개방 시기, 유량 기준의 수문 운영 방법, 수위 변화에 따른 수문 운영 방법, 수문개방 순서를 분석하고 신곡수중보 주변 흐름에 대한 3차원 수치해석모형 구축을 위한 경계조건을 산정하였다. 수치해석에는 상용프로그램인 FLOW-3D를 사용하였으며, 경계처리기법 및 난류해석을 위해 FAVOR 기법과 RNG k-ε 모델을 적용하였다. 수문 동시개방 개수, 수문 개방 위치 및 순서, 개방 높이에 대한 조건을 변화시켜 구성한 시나리오에 대해 수치해석 후, 유속, 난류에너지, 이차류 등의 흐름특성을 분석하고 상·하류 수위차에 따른 방류량을 산정하여 시설물의 관리안을 도출하고 운영 매뉴얼의 개정안을 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.248-252
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• 2010

홍수기 호우로 인한 피해는 대부분 하천구역에서 발생되며, 이러한 피해는 인간에게 직 간접적으로 영향을 미치게 된다. 자연 상태의 하천형상은 대부분 호우로 인한 홍수로 인해 자연스럽게 만들어지게 되며, 대부분 사행하천의 형태를 띠게 된다. 사행하천에서의 흐름의 기하학적 특성은 성장이나 사멸, 또는 두 가지 모두의 형태를 보인다. 사행하천에서의 흐름 및 유속 분포는 하천제방 보호, 주운, 취수, 그리고 유사 이동 및 퇴적 패턴과 관련하여 실용적인 관점에서 연구하여야 하는 하천수리학에서는 매우 중요한 주제이다. 그리고 사행하천은 특히 만곡부가 교호적으로 나타나는 곳에서의 흐름구조가 매우 복잡하다. 이러한 사행하천에서는 회전방향이 교호적으로 바뀌는 나선형의 흐름(2차류)이 3차원적으로 발생하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 사행하천이 많은 국내 하천특성을 고려하여, 하천 만곡부에서의 흐름특성을 분석하고자 하였으며 2차원 CCHE2D 와 3차원 FLOW3D 모형을 적용하였으며 가상 하도에 대하여 수리모형 실험의 실측치와 비교하여 모형의 정확성과 안정성을 검증하였다. 그리고 남강댐 하류에 대하여 만곡부의 흐름특성(유속 분포 및 최대유속경로, 수위분포, 2차류 거동, 편수위, 전단응력 분포 등)을 분석함으로써, 하천 만곡부에서의 수리적 특성을 보다 정확하게 제시하고자 한다. 모의 분석결과 동일 하도에 대하여 유량을 변동시킬 경우, 유량이 증가할수록 만곡부에서의 수리영향이 더욱 뚜렷해짐을 알 수 있었고 2차원 모형보다 3차원모형의 결과의 정확도가 더 높은 것으로 분석되었다. 곡률반경이 1,300~1,600 정도인 실제하천에 적용한 결과, 수위의 경우 2차원 결과가 3차원 결과보다 최대 3%정도 수위가 높은 것으로 나타났으며, 또한, 상관계수가 평균 0.91의 값을 보이고 있어 2차원모형과 3차원모형의 결과가 비교적 잘 일치하는 것으로 분석되었다. 흐름 분석을 통해서 만곡부에서의 최대유속은 최정점(apex)에서 보다는 오히려 최정점 이전 하도의 내측에서 발생하였으며, 정점에서의 종단유속은 감소하지만 횡단유속은 오히려 크게 증가하는 경향을 보이고 있었다. 따라서 하천설계시 사행하천의 제방 안정성 확보를 위하여 종단유속 뿐만 아니라 횡단유속 또한 고려할 필요가 있음을 확인하였다. 또한 남강댐 하류 만곡부에서의 내측 및 외측의 수위를 분석한 결과, 제방 외측의 수위가 평균수위에 비해 최대 약 37cm정도 증가하는 것으로 분석되었다. 따라서 만곡부에 대한 하천제방설계시 좌, 우안의 여유고를 일률적으로 적용하기 보다는 만곡에 따른 흐름특성을 분석하여 설계에 적용하여야 안정성 및 경제성을 동시에 확보할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1822-1826
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• 2010

본 연구의 지리정보시스템(GIS)을 이용한 야계의 입지해석모델 개발은 사방댐 하류 야계에 대한 야계사방사업의 위치 선정, 하도계획 및 구조물 계획 등을 기 구축되어 있는 국가 DB와 강우 강도 산정, 홍수유출해석 및 수리계산 소프트웨어를 연계하여 체계적으로 표준화된 시스템을 구축하는 것이 목표이다. 따라서, 본 연구에서는 강우, 지형 지질 토지이용 자료를 이용하여 홍수유출해석을 통해 기본 홍수량을 산정하고, 홍수량과 수치지형도 및 항공사진으로부터 추출한 야계의 종단, 평면 및 횡단지형정보를 기본자료로 HEC-RAS의 지형자료(geometry data) 및 흐름자료(flow data)를 구축하여 수리계산을 수행하였다. 수리계산 결과를 토대로 종단, 평면, 횡단의 하도계획과 호안, 수제 및 하상유지공 등 구조물 계획 등에 필요한 야계입지해석모델을 개발하고자 하였다. 연구결과 강우, 지형 지질 토지이용, 항공사진 자료 등 국가 DB자료만을 이용하여 야계입지를 해석할 수 있는 시스템을 개발하였으며, 1 : 5000의 수치지형도 및 항공사진으로부터 야계부분에 대한 지형도를 분리하여 1m 간격의 등고선으로 된 수치지형도에서 야계의 종단, 평면 및 횡단지형정보를 기본자료로 수리계산을 위한 HEC-RAS의 지형자료(geometry data)를 구축할 수 있음을 제시하였다. 또한 수리계산 결과를 토대로 최심하상고, 수위, 수심, 유속, 소류력, Froude수 등 종단, 평면, 횡단의 하도계획과 호안, 수제 및 하상유지공 등 야계 구조물 계획 등에 필요한 수리학적 인자를 추출할 수 있었으며, 시험유역에 대한 적용 가능성을 검토한 결과 야계사방사업의 입지선정을 위한 수단으로 활용할 수 있음를 제시하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제30권5호
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• pp.567-573
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• 2008

달천의 하도내에서 종횡단의 수질조사 및 하천특성에 대한 분석을 수행하였으며, 주요 지점을 중심으로 유량변화에 따른 수질변화를 검토하였다. 강우의 발생으로 유량이 증가한 경우에 BOD의 농도는 감소하였으며, TN과 TP의 농도는 증가한 것으로 나타났다. 유량이 증가하였던 Case 2에서 BOD, TN, TP는 모두 유속과 수심에 대하여 큰 상관계수를 보였다. 강우가 비점오염원의 유입을 유도하여 하도내 수질변화에 많은 영향을 미치고 있는 것으로 분석되었다. 하도내의 유속은 수치모형(SMS)을 통해서 분석할 수 있었으며, 경사가 크고, 하도의 폭이 좁은 상류 구간에서 비교적 유속이 큰 것으로 나타났다. 2차원 하도내에서 오염원의 거동특성이 모의되었으며, 주수로인 흐름의 중앙부분으로 오염원이 빠르게 확산되는 것으로 나타났다. 오염 확산은 흐름에 큰 영향을 받고 있는 것으로 모의되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.132-132
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• 2023

본 연구에서는 식생대 퇴적과 침식, 하안침식을 고려한 식생대의 발달과정을 실내실험을 수행하여 정량적으로 분석하고 하도의 지형변화를 해석하는데 중요한 결과를 도출하였다. 식생대 입구와 중류부에서 식생대 좌완과 우안으로 흐름이 집중되며, 유속이 빠르다. 식생대와 식생이 없는 좌안과 우안의 유속차에 의하여 전단층이 형성되고 조직와가 발생하였다. 식생하도의 지형변화는 초기에 하안침식이 발생하고, 하폭이 증가하면 상류 유입구에서 중앙사주가 발달하였다. 시간이 증가하면서 사주는 하류로 이동하였다. 식생대에서 흐름이 분리되면서, 좌안와 우안에서수충부가 형성되고 하안이 침식되었다. 식생대 전면부에서 유사가 퇴적되며, 후면부에서 침식이 발생하였다. 식생밀도가 증가하면서 퇴적량은 증가하지만, 한계 이상으로 증가하면 퇴적량은 감소하였다. 수치모의 결과, 식생의 밀도가 증가함에 따라, 식생대 전면부에서 유사가 퇴적이 되고, 사주가 상류로 성장하면서 하안침식이 발생하였다. 또한 식생대에 의해 유사가 포착되면서, 식생대 후미에서 하상이 침식되었다. 식생대의 밀도가 증가하면서, 식생대 후미에서 침식이 발생하는 지점은 상류로 전파되었다. 식생대에 의해 발달한 사주는 실내실험에서 식생대 하류에서 성장하지만, 수치모의 결과는 식생대 상류에서 성장하는 특성을 보여주었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.201-201
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• 2021

국내 하천은 크게 소하천, 지방하천, 국가하천으로 구분하며, 유역 내 규모가 작은 하천에서 큰 하천으로 점차적으로 합쳐지는 것이 일반적인 하천 형태이다. 특히, 본류와 지류가 만나는 합류부에서는 단순 하도에서의 흐름과 다른 흐름이 나타날 수 있다. 이러한 차이로 인해 하천설계기준(국토교통부, 2018)에 일반적으로 하천에서 지류와 본류의 합류부를 설계할 때, 지류와 본류의 흐름방향에 대한 각도를 예각으로 하는 등의 합류부에 대한 설계기준이 있으나 국내지형은 산지가 다수 분포되어 있어 불가피하게 급경사의 지류가 존재하는 경우가 발생한다. 김상호 등(2014)은 남한강 지류 합류부의 주요 영향인자를 고려한 수치해석을 통해 홍수위의 변화를 사전에 예측하였고, 김지성, 김원(2020)은 합류부에서 발생하는 배수영향에 대해 유량산정 방법을 제안하였다. 복잡한 흐름에 대해서는 1차원 수치해석으로는 충분히 수위, 유량, 유속 등 흐름특성 파악에는 한계가 있으므로 본 연구에서는 홍수피해지도 작성 등에 사용되는 2차원 수치해석 모형인 FLUMEN을 활용하여 합류부의 흐름특성을 분석하였다. 연구대상지역은 급경사로 합류되는 지류인 동두천과 본류인 신천으로 합류부에 발생하는 수위, 유량, 유속 등 동수역학적 특성 변화에 따른 월류 여부와 제체에 발생하는 압력분포를 분석하였다. 분석결과는 하천의 합류부에서의 치수시설 유지관리 및 향후 급경사 지류를 포함하고 있는 하천의 설계에 주요 참고자료로 활용될 것으로 기대한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.291-291
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• 2018

하천 및 수자원의 효율적인 관리와 더불어 다양한 수공구조물의 운영 및 관리를 위해서 구조물 주변에서 발생하는 불연속 흐름 및 급변류 등의 현상과 구조물 운영을 반영한 수치해석 기법을 이용한 모델 개발의 중요성이 커지고 있다. 본 연구에서는 하천의 불연속 흐름을 모의하기 위한 1차원 흐름해석 모형(K-River)을 개발하였다. 본 모형은 천이류와 급변류를 수치적으로 안정하게 처리하기 위하여 지배방정식을 보존형 Saint-Venant 방정식으로 선정하고, FVM과 Forward Euler 방법을 이용하여 이산화를 수행하였다. 수치흐름률을 계산하기 위해서 불규칙 단면과 하상의 급경사 등에 신뢰도가 높은 기법으로 판단되는 근사 Riemann해법 중 하나인 HLL flux를 이용하였다. 개발된 K-river 모형의 검증을 위해서 해석해가 존재하는 타원형의 하상융기가 있는 하도에 적용하였으며, 국내에서 하천 설계 및 관리를 위해서 광범위하게 이용되고 있는 1차원 흐름해석 모형인 FDM기반의 HEC-RAS 모의결과와 비교 검토를 수행하였다. 그 결과, FDM기법에서는 모의되지 않는 일부 급변류 패턴을 개발 모형을 통해 모의가능하였으며, 전체적으로 K-River가 기존 모형 보다 해석해에 근사한 결과를 나타내었다. 또한, 배수문을 비롯하여 합류부, 분류부, 펌프장, 암거 등이 설치되어 운영되고 있는 아라뱃길에 적용하여 K-River의 적용성을 평가하였다. K-River를 이용하여 아라뱃길의 흐름분석을 수행한 경우가 HEC-RAS를 이용한 경우보다 수위와 유량의 유동을 시간에 따라 세밀하게 모의하였으며, 이는 배수효과에 의한 파의 전달이 FDM기법 대비 정확히 모의되기 때문으로 판단된다. 추후 연구에서는 현재보다 시간간격을 상세화 하여 수집된 관측수위를 통해 추가적인 검증을 수행하고, 다양한 특성을 가진 타 하천 등에 적용하여 모형의 적용성을 확대하고자 한다.

• 한국습지학회지
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• 제10권2호
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• pp.67-79
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• 2008

하천에서의 부정류 해석을 위해서 1차원 유한차분법(FDM)인 Abbott-Ionescu scheme과 2차원 유한체적법(FVM)인 근사의 Riemann solver(Osher scheme)에 대하여 살펴보았다. 두 모형은 직선 하도, 약간 굽어진 사행하도 및 사행하도에서의 흐름 문제들에 적용되었으며 결과의 비교는 균일한 직사각형 수로에 대하여 이루어졌다. 하천의 복잡한 형상의 표현하기 위해서는 이를 고려할 수 있는 유한체적법을 이용하였다. 유한차분법과 유한체적법 결과는 수위 및 유량 수문곡선에 대하여 매우 만족스러운 것으로 나타났다. 균일한 직선하도에 대해서는 1차원분석으로도 충분하다는 사실을 파악할 수 있었으며, 사행하도의 경우 흐름을 정확하게 모형화하기 위해서는 2차원 또는 3차원 모형을 사용하여야 할 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.436-440
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• 2006

하천에 대한 수질해석을 위해 범용적으로 사용되는 QUAL2E 모형은 대상구간에 유사한 수리 특성을 가지는 구간(reach)을 설정하여 주어진 유량에 대해 동일한 수심과 유속을 가지도록 구성되어 있다. 하지만 실제 자연하도에서는 여러 가지 수공구조물이나 지형변화로 인해 흐름변화가 매우 다양하게 발생하고 있다. 본 연구에서는 범용적으로 사용되고 있는 DWOPER 모형이나 HEC-RAS 모형과 같은 1차원 수리해석모형의 부등류 모의결과를 QUAL2E 모형에서 활용함으로써 실제 하천에서 발생하는 국부적인 흐름특성을 수질해석에 반영할 수 있는 수리연계모듈을 개발하였으며, 이를 한강의 팔당댐 하류구간에 대해 적용하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.253-253
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• 2021

천수방정식에 대한 불연속 갤러킨 기법 (DG) 모형은 주로 양해법 기반으로 개발되어 적용되어 왔으나, 바닥마찰항의 처리, 과도한 CFL 조건 등의 불리한 점이 지적되어 왔으며, 이로 인하여 실제 적용에서 FDM, FEM 등 다른 고전적인 수치기법과 비교하여 경쟁력을 갖기 어려웠다. 이에 대한 대안으로써, 최근, 불연속 갤러킨 기법에 대한 음해법 기반의 모형이 연구되고 있으며, 다소 복잡한 알고리즘에도 불구하고 적용이 확대되고 있다. 또한, 널리 알려진 바와 같이, 천수방정식의 실제 하도에 대한 적용에 있어 문제점 중 하나는 나비에-스토크스 방정식으로부터 유도할 때 사용된 정수압 가정으로 인하여, 하도의 계단과 같은 불연속 지형에 적용이 용이하지 않다는 것이다. 본 연구에서는 기존에 개발된 불연속 갤러킨 음해법에 불연속 지형의 해석을 위한 표면경사법(surface gradient method)을 결합하여 이러한 문제에 효과적으로 대응할 수 있는 기법을 제시하였다. 개발된 모형의 검증을 위하여, 제방 등 하도 구조물 위의 장주기 조석흐름, 홍수파, 계단 등을 포함하는 댐 붕괴류 모의에 적용하고 실용적인 기능성을 검증하였다. 향후 구조물이 많은 국내 하천에 적용이 가능할 것으로 사료된다.