• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.172-172
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• 2015

하천에서 발생하는 소류력은 하상 변동을 발생시키기 때문에 주변 구조물이나 하천의 흐름특성 등을 변화시키게 되며, 유사이송, 침식 및 퇴적, 유동해석 등에 매우 중요한 하천 계수이다. 하천에서 소류력의 직접 측정은 매우 어려워 직접 측정 대신 하천경사 및 동수반경을 기반한 단면 평균소류력 산정 공식을 일반적으로 이용한다. 그러나, 이러한 방식은 상세한 유사이송, 세굴 등의 해석에는 한계가 있기 때문에 국부적인 소류력이 필요하다. 실내 실험에서는 프레스톤게이지를 활용한 직접 측정이나, 난류측정을 통한 레이놀즈 분포를 외삽하여 단면에서 국부적인 소류력을 측정하는 방식이 사용되어 왔다. 반면, 실제 하천에서는 국부 소류력 직접측정 및 난류 산정이 거의 불가능하거나 비효율적이므로 대안으로 하천의 연직유속분포에 대수분포를 적용하여 소류력을 추정하는 간접적인 방법이 제시되어 왔다. 일부 실내실험에서 대수법칙을 통한 소류력 산정 방식은 직접 측정을 통해 검증한 바가 있으나 실제 하천은 난류의 공간 시간적 스케일이 실내 규모와 상이하여 국부 소류력에 영향을 미칠 수 있어 이러한 검증결과를 현장 적용하기에는 한계가 있다. 본 연구에서는 실제 규모 하천에서 대수법칙을 활용한 국부 소류력 산정 결과와 레이놀즈 응력의 연직분포 측정을 통해 산정한 값과 비교하여 대수법칙 활용 소류력 산정 방식의 적용성을 검토하였다. 실험은 중소규모의 하천을 재현한 한국건설기술연구원 안동하천실험센터 직선(A1) 및 사행(A2) 하천의 유속측정을 수행하였으며, 유속 측정에는 정밀도가 높으나 실내에서 주로 사용된 초음파지점유속계(Micro ADV)를 현장에 설치하여 사용하였다. ADV의 관측 시간은 90초이며, 직선수로에서는 횡방향으로 25 cm 간격, 수심방향으로는 5 ~ 10 cm 간격으로 측정하였고, 사행수로는 횡방향으로 50 cm 간격, 수심방향 5 ~ 10 cm 간격으로 측정을 수행하였다. 실험결과 대수법칙과 레이놀즈 분포로부터 산정된 국부 소류력은 사행과 직선 모두 상당한 이격을 보였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.3-3
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• 2021

하천의 식생은 생태서식처 제공, 강턱이나 하안 경사의 안정, 영양염류나 오염물 차단에 의한 수질 개선 등의 다양한 생태서비스를 제공하는 반면, 과도하고 편중된 식생 분포로 인해 흐름저항이 증가하고 이로 인한 홍수위 상승과 홍수피해 위험이 가중될 수 있다. 기후변화 영향과 토지이용 변화에 따른 수리수문 특성 변화와 유역으로부터 영양염류의 유입은 하천내 식생이 과도하게 퍼지는 직접적인 원인이 될 수 있다. 과도한 식생분포로 인한 흐름저항과 홍수위 상승을 평가하기 위해 식생하도의 흐름저항과 관련된 매개변수의 다양성과 복잡성에 따른 해석상의 한계에도 불구하고 이에 대한 이론적 해석과 수학모형의 개발, 실험실 수로와 하천현장조사, 수치모형을 이용한 예측 등의 다양한 연구가 수행되고 있다. 본 연구에서는 소규모 실험실 수로에서 단순화된 식생 구조와 배열이 적용되는 한계성과 상류에서 유입되는 유량과 유속 등의 수리조건을 통제할 수 없는 현장실험의 한계성을 보완하고자 목본류 형태의 식생패치를 실규모 하천실험 수로에 조성하여 통제된 수리조건에서의 식생하도의 구간 흐름저항을 추정하기 위한 계측 실험을 수행하였다. 실규모 실험에서는 피에조미터 형식의 정밀 압력식 센서를 이용하여 수위와 수면경사를 계측하였으며, 실험구간의 접근 수로에서 ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler)를 이용하여 유입 유량에 대한 정보를 수집하였다. 전체 수로 길이 약 600 m, 하폭 11 m, 깊이 2 m 규모의 실규모 하도 일부 80 m 완경사 구간에 식생패치를 설치하고 구간 수면경사를 실측함으로써 식생하도의 흐름저항을 직접 산정하였다. 이러한 실규모 식생하도의 실험을 통해 식생패치의 밀도, 횡적 차단면적, 구간 차단부피, 목본 식생의 물리적 특성, 식생패치의 배열 등의 다양한 식생분포 조건에 따른 수리조건별 흐름저항 값의 변화를 분석할 수 있다. 식생하도에 대한 정확한 흐름저항 추정과 홍수위 변화에 대한 해석은 하천 식생의 생태서비스와 홍수방어의 하천 치수효과의 최적 솔루션을 제시하기 위한 하도관리의 다양한 방안을 제시하는데 필수적인 정보로 활용될 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1679-1683
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• 2007

최근 우리나라에서 하천 및 유역 환경의 급격한 변화로 인하여 하천 형태가 많이 변하고 있는 추세이다. 특히 사행하는 모래 하천에서 만곡부 사주의 형태 변화가 커지고 있다. 이 연구에서는 이와 같은 모래 하천의 만곡부에서 사주의 변화 특성을 평가하고 그 원인을 파악하기 위하여 이동상 수리모형 실험을 실시하였다. 실험에서 하천 및 유역의 여러 상황 변화를 감안하여 유량, 유사 공급량, 공급 시간, 하천 변형 등 다양한 조건을 상정하였다. 연구 대상하천은 낙동강 본류이며, 중점 수리모형 실험대상 구간은 우리나라의 전통민속마을인 안동 하회마을을 태극형으로 감싸면서 사행하는 만곡부이다. 이동상 실험규모는 수평축적 1/110, 수직축적 1/50로 왜곡도가 2.2로써 비교적 대규모이다. 모형 하상재료는 입경 0.29 mm의 석탄분(anthracite)을 채택하였으며, 현장에서 하상재료조사와 상사해석을 통해 결정하였다. 실험 결과, 유량과 유사 공급량 변화에 따른 사주 변화가 밀접한 관계가 있는 것으로 나타났다. 특히 유사 공급이 이루어지지 않을 때 국지적 퇴적양상을 보였다. 이는 사주 내 식생활착으로 이어지는 계기가 될 수 있음을 확인할 수 있었다. 그리고 설계홍수량 규모에서 구하도와 과거 사주가 재현되었는데, 이는 지역주민을 통해 입증되었다. 또한 천연기념물인 만송정 주변의 모래둔덕의 형성과정이 입증되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 1993년도 수공학연구발표회논문집
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• pp.107-113
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• 1993

도시가 발달함에 따라 늘어나는 교통량과 주차공간 등의 부족을 해소하기 위해 하천에 교량을 증설하건 복개를 하는 경우가 많아지고 있다. 이와 같은 현상은 수리학적으로 바람직한 현상이 아니므로 과연 하천에 장애물을 설치할 경우 이들 장애물에 의하여 하천 흐름이 어떻게 영향을 받는지를 실험적으로 분석해 보았다. 모형은 중랑천과 한천로상의 교량 형태를 점검하고 이들을 7개의 형태로 분류 1/50의 축척을 사용하여 제작하였다. 실험장치는 국립 건설시험소에 있는 직선 개수로를 이용하였으며 실험을 위하여 하천의 경사는 1/500, 1/750과 1/1000을 그리고, 하천 유량은 200, 350, 500 CMS를 각각 선택하였다. 하천에 교량의 장애물 설치시 구조물 형태에 따라 6~30%의 수위 상승효과가 있었으며 표면 유속은 7~23%의 감속 효과가 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.2122-2126
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• 2009

최근 나날이 강도를 더해가는 이상기후로 인하여 집중 호우의 빈발과 홍수피해가 급증함으로써 하천생태계의 서식처가 파괴되고 저서성 대형무척추동물과 같은 생태구성원의 일시적인 소멸에 의해 하천생태계의 유지가 어려워지고 있다. 본 연구에서는 흐름의 소류력에 따른 저서성 대형무척추동물 군집의 피해 및 회복 양상을 규명하기 위한 수리실험을 계획하였다. 실험수로는 400(W)${\times}$400(H)${\times}$12000(L)mm의 직사각형 단면이며, 철제틀과 투명유리로 되어있다. 실험수로는 유기물질을 제거한 cobble과 pebble로 하상을 구성하였으며, 다양한 유속의 변화에 따른 하상구성 파괴를 막기 위해 투명 플라스틱망을 이용하였다. 또한 빛에 의한 이상행동을 고려하여 직접적인 햇볕을 차단하고 자연하천과 유사한 실험 조건을 위해 인근 안성천의 원수를 이용하였다. 실험 대상종은 붙는 무리의 대표적인 동물인 두점하루살이와, 헤엄치는 무리의 두갈래하루살이를 이용하였고, 서식무리별 선호유속 및 한계유속과 피해유속을 규명하고자 계획하였다. 이와 같은 실험수로 조성의 실험 기법은 향후 인공하천 및 복원하천 조성 시 서식처 개선에 대한 생태학적 복원자료로 활용할 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1297-1301
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• 2007

홍수위 산정을 위하여 이용되는 기법은 평균적인 홍수위 산정이 가능한 1차원모형과 하천 좌우의 수심 편차까지 해석이 가능한 2차원 모형 및 수심에 대한 변동까지 해석이 가능한 3차원 모형으로 구분된다. 이중에서 기본계획 수립시 사용되는 모형은 1차원 수치해석 모형으로 하천 단면별로 평균홍수위 만을 산정하므로 만곡부하천의 특성의 영향이 반영되지 않고 있는 실정이다. 따라서 본 연구는 만곡부 하천을 선정하여 총2.4Km구간의 모형을 제작하였으며, 수리모형 실험을 통하여 일차원 및 이차원 수치해석을 실시하여 모형실험값과 비교 고찰하였다. 본 연구를 위하여 일차원 수치해석은 HEC-RAS모형을, 이차원 수치해석에서는 SMS모형을 사용 하였다. 연구결과, 유속의 경우 우안지점의 평균 유속은 모형실험은 8.33m/s, 일차원 및 이차원 수치해석은 각각 3.08m/s, 8.57m/s로 나타남을 확인 하였으며, 평균유속은 이차원 수치해석이 모형실험과 유사한 값을 보였다. 또한 수위경우는 모형실험의 좌안과 우안에 대한 일차원 및 이차원 수치해석의 최대 오차는 각각 0.66m, 0.84m와 0.28m, 0.48m로 수위 또한 이차원 수치해석이 수리모형실험과 유사한 결과를 보였다. 따라서 본 연구를 통하여 알 수 있듯이 만곡부 하천의 경우 일차원 수치해석보다는 2차원수치해석을 실시하여 기본계획을 수립하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.379-379
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• 2015

최근 몇 년간 기록적인 집중호우와 태풍으로 인해 홍수피해가 점점 증가하고 있다. 국내 대부분의 하천은 고수부지 또는 제방으로 정비되어있다. 국지적으로 발생되는 집중호우는 수위를 급격하게 증가시켜 하천의 고수부지 또는 제방범람을 야기한다. 집중호우로 인한 흐름이 고수부지 또는 제방을 지나면 흐름양상은 매우 복잡하게 변화한다. 그러나 급격히 증가하는 흐름에 의해 하천의 제방, 옹벽 또는 계단지형으로 형성된 고수부지 등을 지나는 흐름특성을 분석하는 것은 매우 어렵고 이러한 불연속 단면을 고려하여 예측하기는 불가능하다. 이와 같이 급변하는 흐름이 계단형 구조물을 지날 때 잠김/드러남 특성을 조사하기위해 수리 실험을 실시하였다. 수리실험은 길이 6 m, 폭 0.4 m로 제작된 직선수로에서 수행되었다. 급격히 증가하는 댐 붕괴 흐름을 재현하기위해 수로중간에 게이트를 설치하고 상류에 물을 채운 후 빠른 속도로 게이트를 개방하였다. 하류에는 수로를 따라 계단형 구조물을 설치하고 하류경계는 물이 빠져나갈 수 있게 하였다. 하류 초기수위는 첫 번째 계단보다 약간 낮게 설정하였다. 계단형 구조물과 그 주변에 파고계를 설치하여 시간에 따른 수위변화를 측정하였다. 다양한 수리조건을 적용하여 수리실험을 수행하였고 측정된 데이터를 이용하여 급변한 비정상흐름이 계단형 구조물을 지날 때 잠김/드러남 특성을 분석하였다. 차후 이 실험 결과는 하천의 제방 및 계단지형을 고려할 수 있는 고정확도 수치모형을 개발하는 검증자료로 유용하게 사용될 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.766-766
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• 2012

최근 진행되고 있는 자연형 하천 조성사업과 관련하여 하천 복원 계획 및 실무에 있어 우선적으로 고려되어야 할 사항은 여러 가지가 있지만, 그 중에서 유역의 복합적인 요인(기후, 지형특성, 수리 수문특성, 식생특성, 유사 특성 등)들에 의하여 영향을 받게 되는 하천의 지형형태학적 측면의 경우에는, 안정 하도 형성에 직접적인 영향을 미치게 되므로 계획의 예비조사 단계서부터 충분한 검토가 이루어져야 함에도 불구하고, 국내에서는 하천 지형형태학적인 측면을 고려한 하천 복원의 연구는 아주 미미한 것이 사실이다. 자연하천 조성에 있어서 획일적으로 직선화된 하천보다 사행화를 유도함으로써 얻어지는 장점들이 더 많지만, 하천설계기준 등에서 제시하고 있는 사행화에 대한 정확한 지침이 부재하여 설계자의 판단에 의하여 사행화를 유도하는 경우가 대부분이다. 사행현상은 유심의 변화가 이루어지기 때문에 전단면에 걸친 수심의 유지가 어렵고, 취수구의 기능저하, 제방의 파괴, 국소세굴에 따른 하천재해 등의 문제가 발생하기도 한다. 자연 상태의 하천형상은 대부분 호우로 인한 홍수로 인하여 자연스럽게 만들어지게 되며, 대부분 사행하천의 형태를 띠게 된다. 자연적으로 형성된 사행하천은 하천 정비시 경제적인 측면을 고려하여 직선화로 계획하는 경우가 많으며, 하천 주변 지형과 토지이용 등의 제약 조건 등으로 인하여 만곡구간을 그대로 두고 하천설계를 계획하는 경우도 있다. 그러나 경제적인 측면만을 고려하여 하천을 직선화하는 것은 상류부 홍수를 하류부로 전가시켜 하류 홍수피해를 가중시키는 결과를 초래하므로 바람직하지 않을 뿐만 아니라 직선화된 수로에서는 하천의 생태계가 제대로 이루어지지 않으므로 하천은 만곡구간을 갖는 것이 바람직하다. 본 연구에서는 자연하천 조성시 하천의 사행화를 유도할 수 있는 방안으로 호안 공법의 적용을 통한 사행화 유도 방법을 제안하였으며, 길이 20m, 폭 2m, 높이 1m의 크기를 갖는 개수로 장치를 이용하여 수리모형실험을 실시하였고, 이동상 실험을 통하여 호안 공법의 배열에 따른 사행화 영향 정도를 분석하였다. 또한, 소프트 백과 같은 유연한 소재뿐만 아니라 돌이나 돌망태와 같은 강성 소재에 대한 사행화 영향을 검토함으로써 다양한 호안기법을 통한 영향범위를 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.279-283
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• 2018

하천의 조도계수는 흐름에 대한 하도의 저항 정도를 표시하는 지표로서, 하천의 다양한 수리 계산을 실시할 때 가장 중요한 기본 자료 중 하나이다. 이러한 조도계수는 하도의 형상, 하상 재료, 유량의 크기 등에 의해 영향을 받는다. 본 연구에서는 하천의 유량 규모에 따른 조도계수의 변화 정도를 수리 실험과 수치 모의를 통해 간접적으로 검토하였다. 유량 조건별 수리 실험은 한국건설기술연구원의 하천실험센터 내 직선 수로에서 수행하였고, 수치 모의는 HEC-RAS를 이용하였다. 유량 조건은 하천실험센터의 펌프 가동의 정도를 고려하여 5개로 구분하였고, 각각의 유량 조건에 대하여 유량을 실측하였다. 실측에 따른 유량의 규모는 $0.23{\sim}1.91m^3/s$로 나타났다. 각각의 유량 조건에 대하여 수치 모의의 검증을 위해 6개 지점에서 수위표와 초음파 수위계를 이용하여 수위를 계측하였고, 이 가운데 최하류 지점의 수위는 HEC-RAS 모형의 하류단 경계조건으로 이용하였다. 실험 하도 구간의 총 연장은 372 m 이고, 횡단구조물이 없는 지점을 제외하면 대부분 20 m 간격으로 총 21개의 하천 단면을 입력하여 HEC-RAS를 구성하였다. 각각의 유량 조건에 대한 수치 모의 모형은 5개 수위 계측 지점의 수위 오차가 최소화되도록 조도계수를 변화시켜 보정되었다. 그 결과, 각각의 유량 조건에 대한 수치 모의 결과의 평균 오차는 0.01~0.02 m로 계산치와 관측치가 매우 근사하였다. 결정된 조도계수는 0.041~0.075의 범위를 가지는 것으로 분석되었고, 유량의 증가에 따라 큰 폭으로 감소하다가 특정한 값에 수렴하는 것으로 검토되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.297-297
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• 2023

최근 친수성, 경관, 생태계 보전 등을 위해 다양한 호안블록의 시공이 이루어지고 있어 호안블록의 수리적 안정성에 관한 관심이 증가하고 있다. 이러한 배경 하에 한국건설기술연구원 안동하천실험센터(이하 센터)에서는 2019년부터 실규모 수로를 이용하여 여러 건의 호안블록 실규모 수리검토 실험을 실시한 바 있다. 본 연구는 그간의 실험 결과를 종합적으로 고찰하고 수리 검토 실험의 현황과 한계점, 그리고 개선 방향을 제언하는데 그 목적이 있다. A1 수로(급경사수로, 하상경사 1/70)에서는 7건(21회), B1 수로(고유속수로, 하상경사 1/7)에서는 2건(6회)의 실험이 수행되었다. A1 수로 실험의 유량-소류력 관계는 1.0 m³/s에서 약 20 N/m²이며, 1.0 m³/s 증가당 약 11 N/m²이 증가하는 관계를 나타낸다. 7건의 실험 결과 30분 이상 지속된 최대 실험 유량은 6~7 m³/s 정도이며, 이는 A1 최대 공급 유량의 75 % 정도로서 안정적인 수준이라고 판단된다. 이 때의 최대 소류력은 75 N/m² 정도로 나타났다. B1 수로는 5 m/s 이상의 고유속 흐름을 발생시킬 수있으며, 2건의 실험 결과 0.5 m³/s에서 약 100 N/m², 최대 4.5 m³/s에서 330 N/m²까지 소류력을 제공하여 실험을 수행한 바 있다. 따라서 A1, B1 수로를 통해 제공할 수 있는 소류력 범위는 10~330 N/m²이지만, 75~100 N/m²는 실험에서 제공된 바 없었다. 한편, 토양유실의 경우 수준측량에 의해 측정되는데, 대부분의 실험에서 Clopper의 토양손실 지수(1.27 cm) 미만의 결과가 발생하였다. 이는 시험체에 따라 여건이 다르기는 하지만, 수리 검토 실험시 3회 실험을 기본으로 하고 있고 호안재료의 침식이 기준 이하로 유지되면서 최대한의 성능을 발휘할 수 있는 소류력 조건을 얻으려는 실험 목적에 부합하도록 조절된 것으로 볼 수 있다. 이러한 실험 결과를 토대로 고려해볼 수 있는 개선 방향은 다음과 같다. 강성 재료가 아닌 연성 또는 친환경적 호안재료의 허용 소류력 범위를 보다 넓게 평가하기 위해 A1 수로가 제공하는 최대 소류력을 높일 필요가 있다. 이를 위해 기본 3회의 실험 외에 추가로 호안블록이 파괴되거나 토양유실 임계치를 초과할 수 있는 실험을 수행함으로써 각 제품의 한계 성능을 평가하는 것이 필요할 것으로 보인다.