• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.317-317
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• 2015

강이나 하천에 이수 및 치수의 목적으로 소규모 댐이나 보 등의 수리구조물을 설치한다. 수리구조물의 상하류부에는 하천 하상의 극심한 침식인 국부세굴현상을 방지하여 수리구조물의 안정성을 확보하기 위해 하상보호구조물을 설치하는데, 특히 하류부에 설치하는 하상보호구조물에는 크게, 다양한 형식과 크기의 물받이공, 에너지 감세공, 그리고 끝턱구조물 등이 이에 속한다. 지금까지 국내 외 수리구조물 설계지침에서는 하상보호공의 적절한 길이규모를 산정하기 위한 다양한 공식이 개발 및 적용되었지만, 최근 들어 다양한 목적을 위해 복잡해진 수리구조물의 형식과 다양한 운영방식에 따른 수리학적 분석내용이 적절하게 반영되지 않은 경험공식이 대부분 적용되었다. 따라서 예상보다 매우 큰 하상유실이 발생 하여, 하상보호구조물의 설치역할을 제대로 수행하지 못하고 오히려 수리구조물의 안정성에 위협을 주는 주요한 요인이 되었다. 그리고 최근 국내에는 4 대강 유역에 16개 중 대규모의 다목적 보가 설치되었으나 앞서 언급한 바와 같이 미흡한 설계지침을 기반으로 설치된 보 및 하상보호구조물의 기능이 저하되어 극심한 세굴현상이 발생하였다. 또한 이를 보강하기 위한 추가적인 공사 등으로 경제적인 손실을 야기하였다. 반면 외국의 최근 설계지침에는 하상보호구조물 하류부에서 발생하는 평형최대세굴심의 규모를 고려하거나 흐름 및 난류분포를 고려한 수리학적 분석이 반영되어 있지만 국내 설계지침에는 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 기존 국내 설계지침의 한계를 조사하고 현재 외국에서 적절하게 제안되어 적용 중인 하상보호구조물 설계지침을 검토하였다. 특히 수리학적 거동특성과 유사분포 특성이 고려된 최대세굴심 산정공식과 설계지침을 검토하였고, 평형상태에 도달한 세굴공 내에서의 수리학적 특성을 고려하여 하상보호구조물의 길이를 적절히 산정할 수 있는 기존 연구결과를 토대로, 하상보호구조물 길이 산정공식을 제안하였다. 본 연구에서 검토된 외국 설계지침과 함께 수리학적 거동특성이 고려된 하상보호구조물의 길이 산정공식은, 향후 수리구조물의 안정성 확보를 위한 하상보호구조물의 설계에 반영될 필요가 있으며, 이를 통해 수리구조물의 효율적이고 경제적인 유지관리를 위해 적절히 활용될 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.972-972
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• 2012

일반적으로 자갈하천의 하상에는 여울, 소의 연쇄 구조(Riffle-pool sequences)가 발생한다. 여울은 수심이 얕아 유속이 빠른 부분이고 소는 수심이 깊어 유속이 느린 부분에 해당한다. 여울과 소의 연쇄구조는 모래하천에서는 보이지 않는데, 여울에서는 빠른 유속으로 인하여 하상의 조립화가 진행되며, 반대로 소에서는 하상이 세립토로 구성된다. 그리고 여울은 하도의 경사에 따라 발생하며, 유속의 빠름과 느림에 따라 크게 평여울과 급여울로 구분할 수 있다. 본 연구의 대상하천인 양양 남대천은 국내에서는 보기 드물게 개발이 거의 되어있지 않으며 조사대상 구간인 어성전(법수치) 계곡을 포함한 양양 남대천 상류 약 0.4 km은 산지하천 구간으로 비교적 자연하천의 상태를 유지하고 있다. 본 연구는 자갈하천의 구간에서 연속적으로 발생하는 여울, 소를 대상으로 하상경사, 하상재료, 수심, 유속 등 물리적 특성을 조사하였다. 이 구간에서의 나타난 여울 구간은 11개소로 구분할 수 있으며, 급여울이 시작되는 구간에서부터 여울과 소는 반복적인 형태로 나타났다. 하상경사는 평여울 구간에서 0.0011-0.0057, 급여울 구간에서 0.0143-0.0201로 나타났다. 하상재료는 $D_{50}$의 경우 평여울 구간에서 3.66-4.63 mm, 급여울 구간에서 3.61-4.63 mm로 나타났다. 이와 같은 연구는 자연하천이 갖는 여울, 소 연쇄구조의 물리적 특성을 이해하고, 자연형 여울, 소를 조성하거나 복원 시 설계를 위한 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.399-403
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• 2005

이동상 하도에서 하천정비 및 안정하도 유지를 위해서는 하상변동 특성을 면밀히 파악하는 것이 중요하다. 본 연구에서 임진강을 대상으로 퇴적경향이 있는 하류구간에서의 하상층구조 조사를 포함하여 남한지역 전 구간에 걸쳐 하상재료를 직접 채취하여 입도분포를 조사하였다. 이를 토대로 하도형성을 지배하는 하도특성량 분석과 HEC-6에 의한 하상변동 예측을 통해 임진강 하강변동 특성을 파악하였다. 연구결과, 이동상 하도인 임진강에서 하상재료의 입도분포 및 하상 층구조 조사를 통하여 하상변동 특성을 파악할 수 있음을 확인하였다. 초평도를 경계로 상류(자갈하천)와 하류(모래/실트)간에 하도특성이 급변하는 경향을 확인하였다. 하도특성으로는 초평도 상류구간에서는 별다른 하상변동이 없는 반면, 감조하천구간인 장단반도 지구에서 실트/모래로 구성된 하상재료로 퇴적경향이 지속하고 있다는 사실을 확인할 수 있었다. 초평도를 전후로 하여 조석작용과 함께 지형/지질여건이 급변하는 특이성이 임진강의 하상변동에 결정적인 요소가 되고 있음을 확인하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.683-687
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• 2009

하천의 하상은 장기간에 걸친 교란으로 변화를 겪으며 자연 평형상태에 이르게 된다. 하천에서의 교란은 자연적인 교란과 인위적인 교란으로 나눌 수 있다. 자연적인 교란은 홍수, 태풍, 지진, 해충, 질병, 사태, 극고 저온, 한발 등을 포함하며 생태계의 안정성, 저항성 및 복원성에 의하여 자연 복원되는 경우이며, 인위적인 교란은 댐건설, 하도정비, 골재채취 기타 다른 하천 구조물의 축조 등으로 인해 생태계의 구조와 기능에 막대한 변화가 초래되는 경우이다. 따라서 이러한 교란된 하천의 하상변동 경향을 분석하고 예측하여 이 치수 구조물 축조에 반영하고 하천 생태계 교란의 영향을 최소화 시키는 것이 하천 환경적 측면에서 매우 중요하다고 할 수 있다. 본 연구에서는 경상북도 안동시 임하면 임하리에 위치한 반변천의 임하 역조정지댐 직하류부터 낙동강 합류점까지 10.92km 지역을 연구대상지역으로 선정하여, 미공병단에서 개발된 하상변동 수치모형인 HEC-6를 이용하여 댐 건설전과 건설 후에 대하여 하상변동을 모의하였다. 그 결과 처음 5년간은 하상이 $0.5{\sim}1.0m$정도 저하되었으나 10년이 지났을 때, 댐 건설전의 경우에는 $-0.4{\sim}2.2m$, 댐 건설 후에는 $-0.2{\sim}1.3m$정도로 하상이 변화되었다. 이는 댐이 없을 경우에는 처음 5년간은 하상이 심하게 저하되었다가 10년이 지나면서 하상 저하율이 감소되면서 평형상태를 이루는데 댐이 있을 경우에는 하상이 저하되는 감소율이 더 적어지면서 댐이 있을 때보다 하상저하가 적게 이루어진 것 때문으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.967-971
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• 2008

하상변화는 하천정비기본계획을 수립함에 있어 매우 중요한 고려사항 중에 하나이다. 이는 하상의 변화가 이 치수 및 생태계에 있어 큰 영향을 주기 때문이다. 적절하지 못한 하상변화의 예측은 기 축조된 하천구조물의 기능과 안정성을 위협하며, 이는 직접적으로 큰 경제적 피해를 일으킬 수 있다. 특히, 인공적으로 지어지는 댐과 같은 수공구조물의 축조는 하천의 상 하류간의 연결성을 끊어놓음으로서 자연상태에서의 유사이송 변화를 일으키며 이는 하천의 급격한(자연상태와 비교하여 비교적 단시간동안 일어나는) 하상변화의 주 원인으로 작용한다. 본 연구는 댐 축조에 의해 상류지역의 하상이 어떻게 변화하는지를 연구하기 위하여 대상지역으로 충주댐 상류 지역을 설정하였으며, 충주댐 축조 후 1996년 측량자료와 최근의 2007년 측량자료를 수집하여 충주댐 상류구간의 하상변화를 분석하였다. 또한, 현장에서 채취한 하상토 입도분포 자료와 관련 수문자료를 수집하여 Hec-Ras 와 Hec-6 프로그램을 이용하여 하상변화에 대한 모의 시뮬레이션 결과를 측량자료와 비교하여 댐 상류지역의 하상변화 특성을 도출하는 것을 목적으로 하였다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.26 no.6B
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• pp.573-581
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• 2006

This paper presents a turbulence modeling of the open-channel flows over smooth-rough bed strips. A Reynolds stress model is used for the turbulence closure. The simulated mean flow and turbulence structures are compared with the previously reported experimental data. Comparisons reveal that the developed Reynolds stress model successfully predicts the mean flow and turbulence structures of open-channel flows over smooth-rough bed strips. The computed flow vectors show cellular secondary currents, of which the upflow occurs over the smooth bed strip and the downflow over the rough bed strip. It is found that the cellular secondary currents affect the mean flow and turbulence structure. A budget analysis of the streamwise vorticity equation is also carried out to investigate the mechanism by which the secondary currents are generated.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.465-469
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• 2018

여울과 소는 하천의 물리적 특성(경사, 하상재료, 지질의 형태)에 따라 자연적으로 형성되며, 이에 따라 하도 지형이 다양하게 변화하고 생물의 서식처의 다양성이 확보됨으로써 하천의 생태환경에 긍정적인 영향을 미친다. 우리나라의 경우 하천주변의 충적평야에서 벼농사가 이루어지므로 아주 많은 농업용 취수보가 설치되어 있으며, 또한 하상경사가 급하므로 하상안정을 위하여 낙차공 등의 하상유지공도 상류에 많이 설치되어 있는 실정이다. 취수보 및 하상유지공 등의 하천횡단구조물은 하상의 종적 연속성을 단절시키고, 상류측에 대규모의 정체수역을 형성함으로써 하도의 자연적인 여울-소 지형특성을 훼손함과 더불어 흐름 다양성을 단순화시킨다. 이러한 하천횡단구조물의 부정적 영향은 수서동물의 이동통로를 차단할 뿐 아니라 수서동물의 서식처를 단순화함으로써 생태계에 부정적 영향을 미쳐서 생물종의 다양성을 훼손하는 심각한 문제를 초래하고 있다. 본 연구에서는 하천횡단구조물이 여울-소의 형성에 미치는 영향을 규명하기 위하여 경상남도의 하천 중 유역면적이 $100km^2$ 이상인 하천 중에서 하천횡단구조물의 영향을 받는 하천의 구간과 하천횡단구조물의 영향을 받지 않는 하천의 구간을 분류하여 하천횡단구조물이 여울-소에 미치는 영향을 분석하였다. 하천횡단구조물이 여울-소 형성에 미치는 영향을 하상경사에 따라 구분하였으며 그에 따라 하천횡단구조물이 여울에 미치는 영향을 비교하였다. 상류에는 배수위의 영향으로 정체수나 인위적인 평여울이 발생하며, 하류에는 낙차로 인하여 소나 여울이 발생하지만, 그 빈도는 하천횡단구조물의 설치 간격에 따라 자연상태에서 보다는 현저히 낮게 나타났다. 경남 지방에서 유역면적 $100km^2$ 이상인 30개 하천 중에서 16개의 하천에 설치된 하천차단시설물은 보 405개소와 낙차공 129개 총 534개를 조사하였으며, 하천차단시설물의 설치간격 및 높이가 여울-소의 형성에 가장 큰 영향을 미친다는 사실을 확인하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1985-1990
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• 2008

1970년대 이후의 고도경제성장기에 치수대책과 동시에 건설골재로서 하상이 굴착된 하천이 많으며, 국가하천 지정구간외에서는 평균하상고가 1.0m 이상 저하한 하천구간도 많다. 또한 국가하천은 상류의 사방공사나 댐건설에 의한 영향이 복합적으로 하도에 나타나고 있어 하상굴착이 하도특성에 어떤 영향을 미치는가를 실증적(實證的)으로 검증하는 것은 어려운 과제이다. 하천에서의 골재채취는 제방부의 침식에 의한 호안파괴, 하상저하에 따른 교량이나 취수보 등 구조물의 기초 노출이 치수적인 문제를 야기할 뿐만 아니라, 단시간내에 하도의 지형구조를 급격하게 변화시켜 여울 소의 하상구조 교란이나 수중 및 하천변의 서식처 파괴 등으로 하천의 물리적 환경에 큰 영향을 미침으로써 생태계를 교란하거나 파괴하는 결과를 초래하게 된다. 본 연구에서는 골재채취로 인하여 교란된 하천의 복원 및 적응관리 계획수립의 전단계에 필요한 교란평가기법을 개발하기 위하여 황강, 남강 및 감천을 대상으로 하여 대조구간과 교란구간을 선정하고 조사 분석하였다. 하천골재 채취가 없거나 경미한 대조구간에서는 홍수량이 변하지 않으면 terrace 모양의 하안부 재료가 하상재료와 거의 같기 때문에 홍수가 있으면 침식된 원래의 하폭으로 회복되는 방향으로 변하지는 않는 경향이 나타났다. 반면에 골재채취가 많은 경우 큰 홍수시의 저수로부의 수심을 증가시키기 때문에 수충부 등의 최심하상고가 크게 되는 경향이 있었으며, 고수부는 침수되는 빈도와 수심이 감소하기 때문에 토사의 퇴적속도(고수부의 상승속도)의 감소, 퇴적물의 세립화 경향이 나타나서 모래, 실트가 퇴적하지 않는 고수부상에 모래, 실트가 퇴적되는 경우가 있고, 반대로 고수부의 퇴적속도가 상승하는 경우도 있었다. 골재채취로 횡단방향의 평탄화가 초래되어 여울 소의 하상구조가 교란됨과 동시에 구간별로 종단경사가 완만해지며, 대부분 교량부에 하상유지공을 설치해야 할 정도로 하상경사가 급변하는 구간이 다수 조사되었다. 또한 선행연구에서 개발된 하상서식환경, 하상재료, 유속/수심상황, 유사퇴적, 하도흐름상태, 하도개수, 여울출현 빈도, 하안 안정성, 식생피복 및 하반림 등 10개의 교란평가항목을 적용하여 대조구간과 비교 평가하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.217-217
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• 2020

인간 물이용 중심의 하천 관리로 하천에 인위적으로 설치되는 횡단구조물은 물의 흐름을 막아 수질환경을 악화시킬 뿐 아니라 하천의 연속성을 단절하여 생물의 이동을 차단하여 생태계에 악영향을 미친다. 이러한 인위적인 구조물로서 약 34000여개의 농업용 보와 약 16000여개로 추정되는 낙차공이 다수 존재하고 있다. 이러한 구조물은 유수에 의하여 하상으로 전달되는 유수에너지를 저감하기 위하여 다양한 형태의 하상보호공을 설치하여 하천횡단구조물을 보호하도록 되어있다. 그러나 하상보호공에 사용되는 기술 중 사석 및 돌망태와 같은 기술은 시공비용이 적고 빠른 시간에 시공 할 수 있지만 급격한 홍수에 쉽게 파괴 및 유실이 되는 단점이 있으며, 콘크리트 소재 공법은 세굴방지에 좋은 효과를 발휘하는 장점을 지니지만, 시간이 지남에 따라 마모/변형되거나 포락/유실되어 하상을 지속적으로 보호하지 못하게 되며 과도한 세굴은 구조물의 안전성에도 영향을 미친다고 할 수 있다. 최근 기후변화로 인하여 돌발호우 및 강우량의 증가로 돌변하는 하천환경에 대한 적용기술은 미비한 실정이기 때문에, 많은 연구자들은 이에 대한 해결책을 찾기 위하여 자연친화적 생태복원 기술을 개발하고 있다. 본 연구에서는 바이오폴리머를 다층다공성 하상보호기술에 대하여 에너지 저감 효율, 고유속에서 한계 소류력, 소재 이탈 실험을 최대유량 10 ㎥/s, 유속 8m/s를 재현할 수 있는 실규모 하천실험장에서 진행하여 과학적인 안전성을 확인하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.235-235
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• 2022

하천정비 계획을 수립하거나 하천 구조물을 계획하는데 필요한 하상변동은 최심하상의 변화나 계획 홍수위에 대한 평균하상으로 나타낸다. 그러나 최심하상의 변화를 이용할 경우에는 국부적인 하상변동이 지나치게 과대 평가되어 전체 하상변동 경향에 오해를 불러 올 수 있으며, 계획 홍수위를 이용한 평균하상 개념을 이용하면, 평균하상이 지나치게 높게 위치하여 평수위를 상회하는 경우가 빈번히 발생하여 실제적인 하상으로 보기 어렵다. 즉, 계획 홍수량을 이용하여 평균하상고를 산정하면 평상시 물에 잠기지 않는 바닥면보다 평균하상이 높게 되는 경우가 있다. 따라서 본 연구에서는 계획홍수위가 아닌 연평균 홍수위를 활용하여 연평균하상의 개념을 적용하여 보 개방했을 때의 낙동강 하상변동 분석을 비교하고자 한다. 연구 대상지점은 낙동강을 대상으로 선정하였다. 낙동강 하천기본계획에서 계획홍수위와 연평균 홍수를 이용하여 평균하상을 계산하였다. 1차원 수치모형인 HEC-RAS를 이용하여 2013년도와 2016년도의 하천 단면에 대해 연평균 홍수량을 입력하여 연평균 홍수위와 연평균하상고를 산정하였으며 기존 계획홍수위보다 연평균홍수위를 기준으로 활용하였을 때 가장 타당한 것으로 보여졌다. 향후 본 연구를 통해 연평균하상의 개념이 적용된 결과를 기반으로 기존의 계획평균하상보다 직관적이고 적절하게 하상고를 대표 할 수 있을 것으로 기대된다.