• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.204-204
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• 2022

하천 내에서 하상변동은 치수나 생태계에 직간접적인 영향을 끼치는 것으로 알려져 있다. 하상변동의 예측을 위한 여러 가지 모델들이 존재하지만 하상변동의 양상을 직관적으로 파악하기에는 어려움이 있다. 최근 수행된 연구 결과에 따르면 하천의 수리 기하학적 형상이 부유사 농도와 유량과의 관계와 관련이 있는 것으로 밝혀졌다(Kim et al., 2018). 본 연구에서는 수리기하(Hydraulic Geometry) 이론을 이용하여 하천의 형상에 따른 유사거동과의 상관관계를 통해서 하상의 장기적 변동성을 직관적으로 유추할 수 있는 기법을 제시하고자 한다. 이를 위해 본 연구에서는 수리기하 이론에서의 수심과 폭을 나타내는 인자들을 이용하여 하천의 형상을 넓고 얕은 하천, 좁고 깊은 하천, 중간 정도의 하천으로 분류하였으며 흐름조건을 정상류와 부정류조건으로 분류하였다. 또한 하상경사와 하상재료의 입경 분포를 고려하여 자연하천에서 존재할 수 있는 다양한 하천형상에 대해 수치모의를 진행하였다. 기존의 Manning 공식에 수심, 유속만 고려한 것이 아닌 조도계수까지 고려하여 수리기하 이론을 접목시킴으로서 유속과 수심의 수리기하적 인자로 계산된 하상전단력의 수리기하적 인자가 수치모의를 통해 구한 값과 거의 일치하는 것을 확인하였다. 하천의 형상이 넓고 얕을수록 수리기하 관계로 표현한 하상전단력 인자가 작은 값을 나타냈으며 수리기하 관계로 표현한 부유사농도인자와 하상전단력 인자가 비슷한 양상을 띄는 것이 확인되었다. 이를 통해 하천이 기하학적 형상으로부터 하상의 변동성을 유추할 수 있었다. 실제 하천에 대한 검증은 금강 수계에 있는 미호천과 갑천을 대상으로 수행하였다. 수리기하적으로 표현하였을때 갑천은 미호천에 비해 넓고 얕은 하천에 속하는데 현재까지 관측된 자료를 이용하여 두 하천의 하상변동량을 비교해본 결과 갑천이 미호천에 비해 변동량이 적었으며 이는 위의 내용과 일치한 결과를 나타냈다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제4권1호
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• pp.34-43
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• 2017

낙동강의 지류하천인 내성천은 전형적인 모래하천으로 고유한 생태계의 구조와 기능을 가지고 있다. 그러나 2016년부터 운영되고 있는 영주댐에 의하여 내성천의 댐 하류에서 하상의 변화와 이에 따른 어류상의 변화가 예상된다. 본 연구에서는 2014년부터 2016년까지 모래하천인 내성천에서 어류의 서식환경, 생물상 및 군집구조의 변화를 모니터링하기 위하여, 공사중인 영주댐 하류와 대조지소로서 서천에서 하천 환경을 조사하고 어류를 채집하였다. 내성천에 영주댐이 축조되기 시작하면서 댐 직하류에서 하상 재료의 입경 크기가 증가하였다. 영주댐이 운영되기 전 내성천에서는 피라미가 우점하였고, 조사지점에 따라서 끄리, 쉬리, 참마자, 모래무지가 아우점하였다. 내성천에서는 모래 하상에서 특이하게 서식하는 누치, 참마자, 모래무지, 흰수마자, 기름종개, 대동갱이가 발견되었다. 내성천의 영주댐 하류에서 어류 군집는 하상 재료의 입경에 따라서 돌마자, 쉬리, 꺽지 등의 자갈 하상 어종 출현 군집과 누치, 기름종개, 흰수마자 등의 모래 하상 어종 출현 군집으로 구분되었다. 또한 이들 군집은 영주댐 건설 이후에 시간이 경과함에 따라서 점차 모래 하상 어류 군집에서 자갈 하상 어류 군집으로 변하는 경향이었다. 그러므로 영주댐 하류 하천에서 환경과 어류상의 변화를 지속적으로 모니터링하여 모래하천의 생태계 보전을 위한 기초자료를 확보하여야 할 것으로 생각된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제42권8호
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• pp.619-629
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• 2009

본 연구는 하상마찰의 척도인 등가조고를 이용하여 자갈하천의 하상저항을 산정하는 것이다. 이를 위하여 국내 8개 자갈하천에서 실측을 통하여 마찰계수 f를 산정하였고, 하상재료의 누가입경분포를 조사하였으며, 각 단면의 실측 마찰계수를 나타내기 위하여 대수 연직유속분포를 가정하여 계산된 평균 등가조고와 누가입경분포를 이용하여 계산된 구간 등가조고를 비교하였다. 더불어 등가조고를 사용하여 계산된 Manning 계수를 Strickler 유형의 기존 경험식에 의한 Manning 계수와 비교함으로써, 국내 자갈하천에서 기존 경험식을 이용한 하상저항 산정의 적용성을 검토하였다. 분석결과, 구간 등가조고가 대상구간의 하상특성을 대표할 수 있음을 확인하였고, 구간 등가조고로 계산된 Manning 계수가 실측 자료로부터 계산된 Manning 계수와 비교하여 RMS 오차가 0.003이하로 계산되어 실무 적용에 타당할 것으로 판된되었다. 또한 실제 하천에서 등가조고 $k_s$와 특정입경 $D_i$과의 비례계수 사이의 상관성이 적은 것으로 나타나, 하상 특정입경을 사용하여 Manning 계수를 산정하는 기존 경험식을 적용할 때 적절한 방정식의 선택에 어려움이 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제37권5호
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• pp.387-395
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• 2004

본 논문에서는 하상변동 및 유사입자의 시간적 공간적 분포를 동시에 모의할 수 있는 2차원 수치모형을 제시하였다. 사행수로의 하상변동은 만곡부의 외측에서는 하상이 세굴되고 훨씬 더 거친 입경의 재료로 구성되며, 만곡부의 내측에서는 하상이 상승하고, 세립토로 구성되었다. 또한 사행하천에서 흐름의 방향에 대한 입자분포 과정은 상류의 변곡점에서 시작하여, 하류 변곡점에서 마치게 되는 것을 보여주었다. 하천의 경계가 불규칙하고 복잡한 하천에서는 혼합사호 형성된 하천에서보다 균일사로 이루어진 하천에서 하상이 깊게 세굴되는 현상을 보여준다. 혼합사로 이루어진 하천에서의 공간적 입도 분포는 사행하천에서와 마찬가지로 하상이 퇴적되는 사행의 내측에서는 세립토로 구성되고 하상이 세굴되는 외측에서는 굵은 입자로 구성되는 것을 보여주었으며, 하천 폭이 좁은 부분에서는 하상의 세출 및 하상재료가 굵게 변화되는 것을 보여주었다.

• 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.

• 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 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.

• 대한지리학회지
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• 제32권4호
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• pp.435-444
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• 1997

bar는 하상의 기복중에서 가장 대표적인 충적지형으로 어느 하천에서나 쉽게 발견된다. 본 연구의 목적은 이러한 bar의 지형적 특성을 구명하는 것이다. 연구지역은 골지천 하류뷰이며, 총 6개 지점 bar를 조사하였다. 6개 bar는 모두 입경이 2mm 이상인 gravel bar이며 3, 5지점을 제외한 나머지 bar들은 유슈의 방향을 따라 길쭉한 형상을 하고 있다. bar의 력을 조사한 결과, 상류뷰에서 하류뷰로 가면서 입경이 감소하며 원마도는 증가하였다. bar의 형상은 수위변도, 하도경사, 형상계수 등에 따라 국지적으로 다르게 변화한다.

• 물과 미래
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• 제26권4호
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• pp.107-115
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• 1993

본 연구는 3가지 교각형상에 대하여 국부적 정지상세굴에 대한 수리실험결과를 분석한 것이다. 실험결과에 의하면 국부적 상대세굴심은 교각형사, 하상입경의 기하표준편차, 유속비, 교각 푸르드수와 관계가 있는 것으로 나타났다. 교각의 상대세굴심은 반원사각형교각에서 가장 작고 하상재료가 균일할 때 보다 불균일할 때 현저하게 작게 나타났다. 입도의 불균일성으로 인한 세굴감소효과는 Raudkivi와 Ettema의 연구결과와 비교 검토하였다.

• 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.