• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.76-76
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• 2019

최근 기후변화로 인해 퇴적 및 세굴이 심화되었고, 4대강 사업으로 인해 급격한 하천 지형 변화가 발생하였다. 특히, 4대강 사업 이후 하상변동 모니터링에 대한 지속적인 수요가 증가하고 있다. 이에 따라 개정된 하천법에 따르면 하상변동조사를 기본 10년 주기로 정기적으로 실시하되, 퇴적 및 세굴 발생 구간에 대해서는 기본 2년을 기준으로 하상변동이 큰 곳에 대해서는 1년 주기로, 하상변동이 작은 곳에 대해서는 5년 주기로 실시해야 한다. 하지만 기술 및 예산의 한계로 인해 하상변동조사의 경우 현장 유사량 및 하상토 입도 측정과 유량-총유사량 관계식을 활용하여 모델링을 통해 하상변동을 예측하고 있는 실정이다. 하상변동은 기본적으로 하천 수심을 기본으로 하고 있으며, 사람이 직접 투입하여 임의의 지점에 대한 수심 계측을 실시하고 있다. 하지만 직접 수심 계측의 경우 낮은 자료의 밀도로 인해 많은 인력과 예산, 시간이 소요되며 무엇보다도 관측 대상인 물이라는 작업환경에서는 인명피해가 발생할 수 있는 문제점을 가지고 있다. 최근에는 이러한 한계를 극복하기 위해 초음파 센서가 탑재된 이동식 보트를 활용하여 경로형 수심 계측을 실시하고 있으나, 초음파 센서가 가지는 기기적 한계로 인해 약 50cm 이하에 대한 수심은 측정이 어려운 실정이다. 특히, 국내 하천의 경우는 홍수기를 제외하면 수심이 얕기 때문에 얕은 수심에 대한 자료 확보가 어려워 공간적 정밀도 확보가 어려운 실정이다. 따라서 기존의 하천계측의 패러다임을 지점, 선형 계측이 아닌 면 측량을 실시를 통해 높은 밀도의 자료를 확보해야 한다. 이러한 측량이 가능한 기술로 하천원격탐사가 대안으로 제시되고 있다. 하천원격탐사는 직접 접촉하지 않고, 대상체의 광학적 특성을 통해 물리적 특성을 파악하는 기술로서 적은 시간에 높은 밀도의 자료의 확보와 저예산의 고효율 방법으로 알려져 있다. 본 연구에서는 기존의 하천원격탐사에서 활용한 고비용, 저해상도의 시공간 스케일에 해당하는 위성 및 유인항공기가 아닌 하천의 흐름방향으로 비행이 가능하고 상대적으로 저비용, 고해상도의 시공간 스케일의 측정이 가능한 드론을 활용하여 하천원격탐사를 수행하는 방법에 대해 논하고자 한다. 특히, 기술적 한계가 존재하는 청색, 녹색, 적색에 해당하는 RGB 영상을 활용한 하천원격탐사를 극복하기 위한 대안으로 초분광 영상을 수집하고 활용하는 방법을 제시하고자 한다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제30권6호
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• pp.721-729
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• 1997

교량지점에서의 총세굴깊이는 세가지 성분 즉, 장기하상변동, 단면축소세굴, 그리고 국부세굴로 구성된다. 그러므로 장기하상변도의 분석은 교량지점에서의 총세굴깊이를 산정하는데 있어 중요하다고 할 수 있다. 본 연구에서는 CHARIMA모형과 HEC-6모형을 사용하여 남한강교 지점에서의 장기하상변동을 분석하였다. 분석결과, 5년 동안 정상류로 물이 흐를 경우 CHARIMA모형은 약 45cm의 하상고의 상승을 보여준 반면 HEC-6모형은 약 5cm정도 하상고가 저하되고 있음을 보여주었다. 5년 동안 부정류로 물이 흐를 경우 두 모형 모두 하상고가 심하게 변동됨을 보여주고 따라서 총세굴깊이 산정에 많은 영향을 미치고 있다. 그러므로 총세굴깊이를 적절하게 산정하기 위해서는 단면축소세굴과 국부세굴뿐만 아니라 장기하상변동 또한 정확히 산정해야 하겠다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.329-329
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• 2015

하천의 지류와 본류가 만나는 합류부 구간은 본류와 지류에서 유입되는 유량의 크기가 달라 복잡한 흐름을 형성하게 된다. 합류부 구간의 흐름특성 변화는 합류부 하상 및 하안의 지형학적 변화에 영향을 미칠 수 있으며 이러한 국부적인 구간에서 발생하는 하상변동 및 하안침식은 급격한 하도의 평면적 변화를 야기할 수 있다. 하상변동과 하안침식은 독립적으로 발생하는 것이 아니라 하도침식과 퇴적 그리고 하안침식과 퇴적이 상호작용하여 하천의 지형학적 변화를 야기한다. 따라서 합류부 구간의 하도 안정성을 확보하기 위해서는 합류부 구간에서 발생하는 하상변동과 하안침식을 연계한 정량적 분석이 필요하다. 본 연구에서는 하안침식과 하상변동이 상호작용하여 하천의 지형학적 변화를 야기할 것으로 예상되는 합류부 구간에 대해 2차원 수치모형인 CCHE2D를 활용하여 하안침식을 연계한 하상변동 분석을 수행하고자 한다. 대상구간은 4대강 살리기 사업 후 합류부 지점에서의 하상침식이 지류 하천 상류 방향으로 전이되는 두부침식 현상이 발생한 지점으로 하상유지공 유실 및 하안침식 문제가 발생하고 있는 남한강과 금당천 합류부 구간이다. 흐름 모의 조건은 4대강 살리기 사업 후 해당구간에서 발생한 가장 큰 홍수 사상인 2013년에 발생한 유량조건을 본류에서 유입되는 유입 유량으로 선정하였으며, 유량-유사량 관계식은 합류부 구간에서 약 9.3 km 떨어진 청미천 원부교 지점의 관계식을 사용하였다. 또한 유사이송공식은 CCHE2D 모형에서 선택 가능한 공식들 중 대상 하천에서 측정한 유사량과 가장 근사한 값을 제시하는 Wu et al.(2000) 공식으로 선택하였으며, 유사이송형태는 총유사량 조건을 적용하였다. 본 연구를 통해 하천과 지류하천이 만나는 합류부 지점에서의 하안침식에 의한 영향을 분석하고 평면적 지형변화를 실제 현상과 유사하게 재현한 수치모의 결과는 하도안정화 대책 수립에 적극 활용할 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.128-128
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• 2017

준설(Dredging)은 수중에서의 토사굴착이며, 하천유로의 확장, 항만의 수심증가, 매립이나 축제용의 토사채취 등의 목적으로 행해진다. 하천의 준설은 하천의 흐름 특성 및 제반 여건 변화를 가져오기도 한다. 준설 직후 낮아진 하상으로 수위가 낮아지는 경우가 있는 반면, 수위 저하를 동반하지 않는 경우 준설 부근에서 퇴적이 발생하며 이는 하천의 수위 상승으로 이어 질 수 있다. 또한 퇴적으로 인하여, 최심 하상고가 높아지면 상승정도에 따라 준설 시기를 결정해야 한다. 따라서 본 연구는 SCHISM(Semi-implicit Cross-scale Hydroscience Integrated System Model)모형을 이용하여 이상화 수로에서 준설로 인한 하상변동 후 기존 단면으로 복구되기까지 소요되는 시간과 그에 따른 하천의 수리특성 영향을 검토하였다. SCHISM 수치모형은 Virginia Institute of Marine Science의 Dr. Zhang 교수가 개발한 3차원 수치모의 프로그램으로 현재 중국에서 황허강(Yellow River)의 하상변동 관련 연구를 수행하는데 많이 사용되고 있다. 하천 지형은 이상화 수로로 하천설계기준(2009)을 참고하여 제방 경사는 1:3이며, 수로 제원은 4대강 살리기 사업을 통하여 준설이 실시된 국가하천 자료를 참고하였다. 격자간격은 10 m인 사각격자 이며 모의 시간은 하상변동을 일으키는 유량 개념인 유효유량을 적용하여 60일로 설정하였다. 수치모의를 통하여, 최심 하상고 변화 및 하상변동량을 확인하여 침식 및 퇴적 구간을 구분하였고, 시간에 따른 기준 단면으로의 복구 정도를 유량과 유사량을 변경하면서 민감도 분석을 수행하였다. 향후 본 연구는 하천 준설 계획 시 참고자료로 활용이 가능할 것이며, 준설로 인한 하천수리특성 변화 및 준설시기 결정의 선행연구로써 의미가 있다고 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.259-259
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• 2018

최근 우리나라는 기후변화에 따른 태풍발생빈도 증가 및 이상강우, 유역내 토지이용의 고도화로 인한 유역특성 변화로 유역내 홍수량은 증가하고 홍수 도달시간이 짧아지는 양상을 보이고 있다. 이로 인해 홍수에 따른 치수방어 대책으로 하천의 제방축조 및 보강방법이 주로 채택되었으나, 최근에는 홍수시 직접적인 하천내 수위 저감을 위한 방안으로 하도내 저류효과를 확대하기 위한 보 설치 및 하도정비를 통한 하도준설을 시행하고 있다. 그러나 본류 하상저하에 따른 지류하천의 하상변동(두부침식)으로 하도내 세굴 침식에 의한 하천시설물 피해 사례가 늘게 되면서 과거 홍수에 의한 제방월류 피해에서 하상변동에 의한 하천시설물 붕괴로 하천피해 양상이 바뀌게 되었다. 이와 같은 피해를 방지하기 위해 지류하천 합류부에 하상변동 방지책으로 하상유지공을 설치하고 있지만 국내에는 이와 관련된 구체적 설계기준 및 연구가 미비하여 일선에서는 아직도 하천구조물의 용도가 다른 보나 낙차공의 설계기준을 준용하는 등 하상유지공 용도에 특성화된 설계기준(최적 위치선정 및 형식 등)이 없는 실정이다. 본 연구에서는 감천(낙동강 지류하천)유역내 하도준설 및 홍수로 인한 하상유지공의 유실에 따른 지류하천의 피해사례를 통해 수치해석결과 및 실측자료를 바탕으로 하상유지공 계획의 중요성을 검증하고자 하였다. 또한 하도준설로 생성된 지류합류부의 단차구간에 안정성을 확보한 최적의 하상유지공 위치 및 형식 등을 선정 검토하고 설치 유 무에 따른 유수흐름 및 하상변화양상을 비교 분석하였다. 본 연구의 결과를 토대로 향후 하도굴착 및 하상유지공 계획시 고려해야할 사항(지형현황 및 수리특성 등)을 인지하고 극한상황에서도 안전한 하상유지공의 위치 및 형식 등을 선정하는데 활용 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.514-514
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• 2023

댐 건설은 하천의 유황, 유사량을 변화시켜 이·치수 및 생태계에 영향을 미치고 있다. 그러나 현재 댐 운영에 사용하고 있는 하천 기본계획은 10년마다 수립하고 있어 하천 지형 측량자료, 식생 및 수생태를 고려한 하천 관리 계획은 대부분 과거자료이다. 또한 홍수소통에 영향을 미치는 하도식생에 대한 연구가 거의 없어 최근 기후변화로 인해 빈번하게 발생하는 홍수 등 물재해에 적극적 대응이 어려운 실정이다. 따라서 최신의 하천 기초조사 자료 기반, '20년 댐 하류하천에 홍수가 발생한 4개 댐(대청, 합천, 용담, 섬진강댐)을 대상으로 하상변동, 식생 영향 등을 고려한 댐 직하류 하천관리방안을 마련하는 연구를 진행하였다. 최신 하천 기초조사 자료 확보를 위해 하천기본계획 등 문헌정보를 수집하고 댐 직하류의 수중부·육상부 측량, 유사량·하상재료 조사, 식생조사, 홍수흔적조사 등을 실시하였다. 확보한 기초자료를 바탕으로 하상변동 분석 모델 및 물리적 서식처 모의 모델을 통해 이수, 치수, 생태 측면으로 분석을 진행하였다. 이수 분석으로 HEC-RAS의 유사이송 분석을 통해 현재부터 20년 뒤의 하상변동을 분석하였다. 치수 분석으로 HEC-RAS 2D 등의 유사이송 분석을 사용하여 한 개의 홍수기 사상 발생 시 하상변동을 분석하였으며, 식생의 유무가 하상변동에 미치는 영향을 함께 분석하였다. 생태 분석으로는 PHABSIM을 사용하여 대상어종에 대한 하상변동 및 식생 유무에 따른 환경생태영향의 영향을 분석하였다. 분석을 바탕으로 각 대상 댐 직하류에 이수, 치수, 생태 측면의 하천관리방안을 수립하였다. 이수 분석을 통해 20년 뒤의 취양수장의 제약수위를 예측, 검토하고 취약구간 모니터링 구간을 산정하였다. 또한 침식과 퇴적이 크게 일어나는 구간을 산정하여 장·단기 하상변동 모니터링 구간을 제시하였다. 치수 분석을 통해 식생이 댐 하류에 미치는 영향을 분석하여 식생 저감 구간을 선정하는 등 적정 식생 밀도 조절 방안을 제시하였다. 또한 하상변동량이 큰 구간은 하상 안정 유지를 위한 수제 설치를 모델 결과를 통해 검토하였으며 제방 정비가 필요한 구간은 드론을 활용한 모니터링을 제안하였다. 생태 분석을 통해 대상 어종이 서식하기 가장 적합한 환경생태유량을 산정하고 댐 하류 하천의 자연성 회복을 위한 증가방류, 유사환원 등의 방안을 검토하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.339-339
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• 2011

4대강 살리기 프로젝트 중 하나인 금강살리기 사업은 현재 금강 상류로부터 금남보, 금강보, 부여보가 건설중에 있다. 이러한 보의 건설을 통해 물 부족 해결 및 용수확보, 홍수조절 등 하천에서 중요한 역할을 담당하게 될 것이다. 하지만 보의 건설에 따른 다양한 하천환경의 변화가 발생될 수 있으며, 특히 하천의 흐름이 차단됨에 따라 보 건설 전 후의 하상변화가 발생될 것으로 판단되며 하상변화에 대한 지속적인 모니터링이 필요하다. 본 연구에서는 금강의 보 건설 구간 중 부여보의 상 하류에 하상변동 및 퇴적 토사의 입도 변화양상과 보 주변의 하천변화를 2010년 1년 동안 사전조사와 분기별 1회씩 총 5회에 걸쳐 모니터링을 수행하였다. 그 결과 부여보 상류의 경우 평균 하상고의 차이가 0.17m로 하상변화가 미미하였으며, 하상단면 형상 또한 변화가 크지 않았다. 한편, 보 하류의 경우 평균 하상고의 차이는 1.05m로 큰 차이가 나타났다. 이는 하류지역에 준설작업과 상류 지역의 토사 및 퇴적물의 이동으로 인해 하상변화가 크게 나타난 것으로 사료된다. 하상재료의 경우 전체 조사기간 모두 나쁜입도로 나타났으며 이는 현재 부여보 건설중 계속적인 준설작업으로 인한 하상교란 때문인 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.709-713
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• 2009

최근의 주안점이 되고 있는 것 중의 과연 우리나라 하천의 하상이 높아지고 있는지 낮아지고 있는지에 대한 논의이다. 하상이 높아지고 있다고 하는 주장은 다목적 댐이나 하구둑에 의해 이른바 홍수가 플러싱이 안되어 하상이 계속 쌓이고, 그에 따라 홍수 위험이 가중되었다고 주장하는 사람들이 있다. 반면에, 오히려 1960년대부터 1970년대 초까지 산에 숲이 없어 토사 유출이 심해 하상이 쌓였으나, 그 이후 산림녹화가 되고 주요 하천에 대댐이 건설되어 하상이 깎이기 시작하였고, 지금은 주요 댐 상류 이외에는 대부분 하상이 낮아졌다고 추론하는 사람들도 있다. 본 연구는 이를 실증적으로 규명하기 위해 낙동강의 구간별 하상 변화를 조사하고 그 경향성을 분석한 것이다. 그런데, 최심 하상의 비교는 국부적인 변화에 지나치게 민감하여 그 대표성을 띄기 힘들며, 100년 빈도 홍수에 대한 평균 하상은 실제의 저수로 하상 보다 지나치게 높은 하상을 나타내는 문제를 보였다. 따라서 기존의 최심 하상이나 100년 빈도 홍수위에 대한 평균 하상의 비교가 아닌 연평균 홍수위에 근거한 평균 하상 개념을 제안하고, 이를 토대로 하상 변화를 분석하였다. 연평균 홍수위에 대한 평균 하상을 이용한 결과, 낙동강에서는 1983${\sim}$1993년 사이에는 대규모 하상 저하는 없었으나, 중류부인 고령과 왜관 구간(하구에서 150${\sim}$200 km 구간)에서 작은 규모의 하상 저하가 발생하였다. 1993${\sim}$2005년 사이에는 하상 저하의 규모가 더욱 커져서 120${\sim}$200 km 구간에서는 평균적으로 2${\sim}$3 m, 최대의 하상 저하 5 m 정도의 하상 저하가 발생하였고, 그 상류부인 200${\sim}$240 km 구간에서는 1${\sim}$2 m 정도의 비교적 작은 규모의 하상 저하가 발생하였다. 그러나 내성천 합류점 상류 구간 (240 km 이상의 구간)에서는 하상 상승과 하강은 거의 대부분 국부적인 현상에 머물고 있으며, 대규모 하상 변동이 없다. 이러한 낙동강 하상 저하의 주 원인은 대규모 골재 채취임을 밝혀내었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제13권5호
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• pp.157-163
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• 1993

미공병단에서 개발된 하상변동계산모형인 HEC-6를 대청댐 하류의 금강에 적용하여 대청댐 축조에 따른 하류 하상의 변화를 살펴보았다. 대청댐은 금강의 중류에 위치하고 있으며, 댐 하류는 하상이 대부분 세사(細砂)와 중사(中砂)로 이루어져 있는 전형적인 충적하천으로 댐축조에 따른 하상변동이 예상되는 구간이다. 분석결과 댐 직하류 15km 구간은 대청댐 축조에 의해 하상이 2~3m 정도 현저하게 저하되었으며, 이 구간의 현재의 하상은 자갈과 호박돌 등에 의한 장갑화 현상에 의해 더 이상의 심각한 하상저하는 없을 것으로 예상된다. 또한, 연구대상구간내에는 대규모 골재채취로 인하여 국부적으로는 2m 이상이나 하상이 저하된 곳도 있다. 반대로, 대상구간의 하류부인 규암 수위표 상류 20km 인근의 하상은 0.5~1m 정도 상승하였다. 이 구간의 하상변동을 모의하기 위해 HEC-6 모형을 적용한 결과, 이 모형이 장기간의 하상변동을 비교적 적합하게 모의할 수 있음을 알 수 있었다. 또한, 추후 40년간의 하상변화를 모의한 결과, 이 구간은 장래에는 하상변동이 별로 없는 안정된 상태를 보이고 있다. 다만 중상류 일부 구간은 1~2m 내외의 하상저하, 하류구간은 0.5m 정도의 국지적 하상상승이 발생할 것으로 예상된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.135-135
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• 2019

수제는 만곡부의 유로 조정이나 하상보호와 같은 하천공학적인 목적을 가진 수공구조물이다. 본 연구에서는 개수로 만곡부에 수제 설치 시 외측벽과 수제 사이의 거리에 따라 하상변동이 어떤 차이가 있는지를 파악하기 위해 이동상 수리실험을 했다. 본 연구에서는 폭 1.45 m, 길이 24 m인 $90^{\circ}$ 만곡수로에 $4.2{\times}8.4cm$의 직사각형 단면 수제를 외측으로부터 이격하여 2열로 설치하였다. 하상재료는 $d_{50}$이 3.3 mm인 잔자갈을 사용했고 하상경사는 1/300로 하였다. 실험은 평균 유량 163 l/s를 3시간 동안 공급했고, 종료 후 만곡부의 주요횡단면별 하상고를 측정했다. 여기서 실험별 이격거리는 8.4 cm, 14 cm, 19.6 cm로 하였다. 실험 결과 외측벽과 수제 사이의 거리가 멀어질수록 만곡부의 최대세굴심은 커지고 그 발생 위치는 하류로 이동하는 경향을 보였다. 만곡부 최대세굴이 발생한 횡단면 형상은 만곡 내측에서 외측방향으로 무차원 위치 $y_1$(=내측에서의거리/폭)가 0.27보다 작으면 퇴적에 의해 하상이 상승하고, 0.35보다 클 때는 세굴에 따른 하상저하가 나타났다. 만곡 외측벽 부근 하상은 이격거리가 짧을수록 수제 설치에 의한 하상고 변화가 작았다.