• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.45-45
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• 2022

산업화에 따른 화학물질 사용량의 증가는 담수로의 유해화학물질 유출사고의 위험을 증가시키며, 이러한 사고는 하천수 수질과 수환경 생태계에 심각한 위해와 손상을 야기한다. 이러한 수질사고 발생시 신속 대응을 위해, 하천에 유입된 물질의 거동을 신속하게 예측하는 것이 필요하며 이 경우 1차원 추적모형이 주로 사용된다. 1차원 물질혼합 모형은 하천을 하나의 유선으로 보며, 복잡한 하천흐름의 시스템을 현상학적으로 해석하고, 오염물질의 이송 및 혼합 메카니즘을 모델 매개변수에 반영하여 모형화한다. 이러한 매개변수들은 직접적으로 측정하기 어려우며, 이론에 기반한 매개변수 산정 기법이 구축되지 않은 실정이다. 따라서 대부분의 연구에서는 추적자 실험을 실시하여 유한한 하천구간에서 추적자의 시간-농도곡선(Breakthrough curve, BTC)을 취득하고, 이를 통하여 대상 구간의 매개변수를 역산하는 최적화 기법에 의존하고 있다. 하지만, 모든 하천구간에 대하여 추적자 실험을 수행하여 데이터를 확보하는 것이 어렵기 때문에 최적화 기법의 적용성에 한계가 있다. 본 연구는 흐름정보가 제공되지 않은 미계측 하천구간에서 BTC를 신속하게 예측할 수 있는 회귀모형을 구축하는 것을 목표로 한다. 국내 하천에서 수행한 4회의 추적자 실험으로부터 취득한 28개 구간 케이스의 데이터에 대하여 농도곡선 전처리를 수행하고 14개의 통계적 특징을 추출하였으며, 계측된 흐름특성과의 상관관계를 분석하였다. 분석 결과, 대상 구간에서의 BTC의 변화가 추적자의 유하거리에 매우 높은 상관관계를 보였으며, 이를 이용하여 회귀모형을 제시하였다. 제안된 회귀모형을 적용하여 하류의 지점에서의 BTC를 예측하였으며, 1차원 이송-분산 방정식과 하천저장대모형을 활용한 예측결과와 비교하여 검증하였다. 그 결과, BTC의 변화특성을 활용한 회귀적 예측이 하천 지형 및 흐름의 변동성이 작은 구간에서 1차원 혼합모형들을 이용한 예측보다 더 높은 정확도를 보였으며, 이러한 장점은 장거리 예측에서 더 분명하게 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.80-85
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• 2011

산지하천의 만곡부에서는 홍수시 원심력이 작용하여 하천 횡단방향으로 수면경사가 발생되기 때문에 만곡 외측에서는 수위가 상승하고 내측에서는 수위가 내려가는 편수위 현상이 일어난다. 산지하천 만곡수충부의 수위 상승 특성을 파악하기 위해 만곡수충부 하류부의 수위가 그 편수위에 미치는 영향을 확인하고자 하였다. 이에 강원지역 하천 만곡부의 형태학적인 특성을 바탕으로 산지하천 만곡부 조건을 설정한 수리모형 실험장치를 이용하여 하류부 수위를 6단계로 조절하고 각 단계별로 횡단수위 분포를 측정하는 과정으로 이루어졌다. 실험결과 만곡부의 최대 편수위는 하류부 수위조건이 고수위 보다 저수위에서 크게 나타났으며 이는 만곡수충부 하류에 보와 같은 수위조절구조물에 의하여 만곡부 내의 수위가 상승될 경우 편수위가 감쇠될 수 있는 가능성이 있다는 것을 나타낸다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.401-405
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• 2016

중소하천에 기능을 상실한 하천 횡단 수리구조물이 많이 설치되어 있으며, 수리구조물 상류와 하류에 흐름 및 유사의 이송에 대한 연속성을 차단하고, 하천 교란의 원인이 되고 있다. 또한 사회적으로 수리구조물의 기능을 개선하거나 철거하여 하천복원의 필요성이 제기되고 있다. 따라서 본 연구에서는 실내실험을 통해 하천횡단 수리구조물에 의하여 형성된 상류의 지형이 하류에 미치는 영향을 분석하였다. 흐름이 하천횡단 수리구조물을 월류하면서 직하류에 세굴이 발생하고, 상류에서 델타를 형성하면서 퇴적되었다. 상류에서는 사주가 형성되었으며, 하류의 지형변화에 영향을 주었다. 하천횡단 수리구조물의 상류에 형성된 델타는 하류로 일정하게 이동하고 있으며, 델타가 구조물에 도달하기 바로 직전에서 수리구조물하류의 세굴이 가장 깊게 나타났다. 수리구조물 철거 후, 상류에 퇴적된 토사는 흐름에 의하여 급격하게 하류로 유실되었다. 천급점은 상류로 이동하며, 두부침식을 일으켰다. 일정한 시간이 지난 후에 상류에서 유입되는 유사에 의하여 침식은 감소되었다. 시간이 지나면서 하류에서 교호사주의 형상을 유지하며, 평형상태를 유지하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.477-477
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• 2018

하천의 제방은 하천수의 범람을 방지하기 위하여 인공적으로 만든 구조물로서, 유수의 흐름을 일정하게 하고 자연재해에 대하여 제내지를 보고하기 위한 목적도 있다. 제방은 제내지와 제외지의 수위차로 인해 발생하는 파이핑, 제방의 월류, 사면의 탈락 등으로 파괴가 발생되고, 제방의 파괴는 제내지의 인명, 토지, 건물 등에 많은 피해가 발생한다. 이러한 제방의 파괴를 방지하기 위하여 제방 사면의 호안, 차수벽, 수제 등을 설치하고 있으며, 구조물 외에도 제방 응급복구를 위한 모래주머니, 비탈면 보호 시설 등을 이용한 피해방지에 대한 대책을 세우고 있다. 제방 구조물의 대부분은 콘크리트를 이용한 고강도 재료를 사용하여 설치되고 있으며, 재료의 환경성에 대한 문제점이 대두되어 왔다. 이에 따라 코코넛껍질을 이용한 사면 보호공, 고강도 식생매트를 이용한 사면 보호 등 친환경 재료를 이용한 사면보호 공법에 대한 연구들이 다양하게 진행되어 왔다. 본 연구에서는 미생물을 이용하여 사면을 보호하기 위한 블록 및 피복기법에 대한 연구를 진행하고 있으며, 다양한 환경성 및 무독성 검증도 병행중에 있다. 그 중 본 연구에서는 신소재와 황토, 모래, 석고를 다양한 비율로 조합하여 블록으로 활용하기 위한 일축압축 강도 실험을 수행하였으며, 신소재의 소류력 저항능력을 실험하기 위하여 안동 하천실증연구센터의 급경사 수로에 신소재를 피복한 시험구를 조성하고 5m/s 이상의 유속에서 저항능력 실험을 수행하였다. 본 연구에서는 본 실험 결과를 기반으로 하여 추후 다양한 친환경 재료를 이용한 조합을 통해 기존 콘크리트 블록에 준하는 강도를 발현할 수 있는 신소재 블록의 개발을 목표로 하고 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.432-432
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• 2023

한국건설기술연구원(Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology, KICT)의 안동하천연구센터(Andong River Experiment Center, REC)는 다양한 하천 관련 실규모 실험을 수행하기 위해 3개의 수로를 보유하고 있다. 본 연구의 주목적인 실증 실험 계측 결과를 기반으로 3D 게임엔진을 이용하여 물 흐름을 재현하기 위해 A1 수로를 대상구간으로 설정하였다. 실증 실험의 경우 2개의 수문 개도율 조건에서 ADV와 ADCP를 활용하여 계측된 유량 및 유속 결과들을 비교하였으며, 추가적으로 영상 데이터로 부터 표면유속(LS-PIV)을 산정하였다. 3D 게임 엔진은 렌더링 엔진, 물리 엔진, 오디오 엔진, UI 시스템, 게임플레이 프레임워크 등이 잘 융합된 소스코드들과 개발자들이 이용하기 쉬운 방식으로 변환된 툴(tool)로 제공하여 현실 세계를 가상 세계에 시각화하여 구현하는데 큰 장점을 가지고 있다. 또한 기존의 흐름 재현이 가능한 수리/수문 모델링의 경우 특정한 목적으로만 이용가능하고 연산에 소용되는 시간 때문에 실시간 흐름재현이 어렵지만, 3D 게임엔진을 이용하는 경우 다양한 목적과 여러 분야와의 고려가 동시에 가능하며 연산의 단순화를 통해 실시간 흐름 재현이 가능하다는 장점이 있다. 본 연구에서는 언리얼 엔진의 Niagara Fluids와 Fluid flux 툴들을 활용하여 하천실증실험 시설 일부 구간에 대해 물 흐름을 재현하였다. 먼저 하천실험실증시설을 드론과 RTK-GPS를 이용하여 촬영된 결과를 정합하여 3D 게임엔진 기반 흐름 재현을 위한 지형 기초 자료를 구축하였다. 지형 계측 결과를 기반으로 A1 수로 전체 구간을 대상구간으로 설정한 이후 수문 조절을 통해 흐름 조건을 제어할 수 있도록 제작하였으며, 실제 흐름에 대한 계측 결과를 기반으로 재현된 흐름을 대상으로 material 값의 조정(방향 X, Y값을 RGB값으로 변환한 뒤 벡터 길이 값으로 환산)을 통해 0~100 사이 값을 이용하여 유속을 표현하였다. 최근 가상공간 (i.e. 디지털트윈) 관련 시장 성장이 매우 빠르고 다양한 사업에서 해당 기술의 수요가 증가하고 있으며, 본 연구를 통해 물 흐름의 디지털 트윈화를 위한 수단으로서 3D 게임 엔진의 활용 가능성을 확인하였다. 다만 실제 하천의 적용과 하천관리를 위한 실용화를 위해서는 추가적인 연구와 분석이 이루어져야 할 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.477-477
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• 2016

하천 내 식생에 의한 유속차이는 활발한 에너지 교환에 기인하며 하천 내 흐름 변화에 큰 변화를 가져온다. 또한 식생에 의한 하천 침식과 퇴적의 반복은 하천 지형 변화의 대표적인 원인 중 하나이다. 따라서 본 연구에서는 소하천을 대상으로 관목류(버드나무류)를 식재하여 식생유무 및 밀도 차이에 대한 흐름패턴 및 유속 변화를 분석하였다. 식생은 고밀도(식생 수 : $38/m^2$)와 저밀도(식생 수 : $10/m^2$)로 구분하였으며 유속 측정은 ADCP와 micro-ADV를 이용하여 비교하였다. 실험 유량은 식생 침수 정도에 따라 부분침수($0.5m^3/s$), 완전침수($3.7m^3/s$)로 나누어 실험을 수행하였다. 실험결과 ADCP와 ADV에 의한 유속값은 유사하게 나타났으며 고밀도일수록 식생에 의한 항력으로 인해 느린 흐름을 보였다. 또한 부분침수 시 식생 내 수심 증가로 인한 흐름 변화가 발생하였으며 완전침수 시에도 식생 유무 및 밀도에 따라 흐름 패턴이 바뀌는 것으로 나타났다. 향후 이 연구는 하천 침식 등을 고려한 수목식재 계획 수립에 기초자료로 사용될 수 있으며 다양한 식생을 대상으로 조도계수 변화, 흐름특성 분석 등이 추가적으로 연구되어야 할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.1971-1973
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• 2009

본 연구에서는 하천에 유입된 오염물질의 거동 및 확산 특성을 파악하기 위하여 하천에서 추적자를 이용한 현장실험을 실시하였으며, 실험구간은 경상북도 경주시 에 위치한 하천으로 총 길이 2km, 평균폭 25m로 이루어진 대종천이다. 현장실험에서의 추적자 실험결과를 수치모형과 비교하기 위해 2차원 수심적분 모형인 RMA2, RMA4를 이용하였다. 2차원 동수역학적인 모형인 RMA2를 사용하여 흐름장을 모의한 후 계산결과를 2차원 수질모형인 RMA4에 입력하여 농도자료를 모의하였으며 상 하류단의 경계조건은 현장 실험시 실측한 상류단의 유량과 하류단의 수위를 적용하였다. 실측한 자료를 경계조건으로 모형에 적용하여 시간에 따른 농도값을 계산하였으며, 그 계산값을 추적자의 농도 관측값과 비교하였다. 계산결과는 서로 잘 일치하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.1892-1896
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• 2010

최근 들어 치수 기능만을 위한 공학적 효율 위주의 하천관리 정책에서 벗어나 하천의 환경적 기능의 개선을 위한 생태하천으로의 복원사업이 이루어지고 있다. 치수적 안정성 확보를 위해 기 설치된 콘크리트 호안을 철거하는 대신에 복토후 식생매트리스 공법을 통한 자연친화적인 하천공법이 널리 사용되고 있다. 홍수로 부터 제방을 보호하기 위하여 일반적으로 제방 사면에 호안을 설치한다. 설계 홍수량의 규모가 작거나, 상대적으로 규모가 작은 하천에는 호안이 설치되어 있지 않는 경우도 있지만, 국내는 하천계획의 수립시 호안을 설치하는 것이 일반적이다. 그러나 이와 같은 자연친화적인 하천공법의 적절한 수리학적 기준이 제시되지 않아 홍수기 유실로 인한 경제적 손실이 자주 발생하고 있다. 따라서 본 연구에서는 직선수로에 친환경적인 호안을 설치하여 실험을 통하여 하천의 안정성을 살펴보았다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.1716-1720
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• 2010

최근에 하천에 대한 체계적인 조사 및 연구가 수행되지 않은 상태에서 골재채취 및 하천준설이 무분별하게 이루어져 왔다. 이로 인하여 하천의 급격한 하상 및 지형변화가 나타났다. 또한 하천의 안정성, 홍수범람, 수리구조물의 안정성, 하천수를 취수하는 취수장의 취수장애 발생 등 많은 문제점이 야기되고 있다. 따라서 본 연구에서는 하안침식을 고려하여 골재채취 및 하도준설에 의한 교란하천의 적응과정을 정량적으로 파악하기 위하여 이동상 실내실험을 수행하였으며, 골재채취를 위한 준설 규모의 변화에 따른 하도의 응답 특성을 분석하였다. 실험 수로에서 초기에 유사의 이동이 시작되면서 하안침식이 발달하며, 교호사주가 발달한다. 하상에서 이동하는 유사는 웅덩이(pit)에 포착되면서 하류로 유사의 공급이 차단되며, 웅덩이 하류에서는 사주의 발달이 없으며, 평탄하상을 유지한다.웅덩이가 완전히 되메우기가 완료되며, 유사의 공급에 의해 웅덩이 하류에서도 사주가 발달한다. 시간이 지나면서 사주의 파장은 증가하고, 하상은 새로운 평형상태를 유지한다. 웅덩이 상류에서는 하폭이 크게 증가하고 있으나, 웅덩이 하류에서는 하폭의 증가율이 크지 않다. 또한 웅덩이 하류에서는 상류에서 공급되는 유사가 웅덩이에 의해 차단되고 사주의 발달이 거의 없다. 웅덩이의 되메우기가 진행되고 있는 동안에 웅덩이의 이동속도는 일정하게 유지되나, 되메우기가 완료되면서 웅덩이의 이동속도가 느려진다. 웅덩이의 규모가 증가함에 따라 웅덩이의 되메우기 시간은 증가하고 하안의 침식이 증가한다. 웅덩이의 상류와 하류의 하폭의 차이가 증가하며, 새로운 평형상태에 도달하는 시간이 증가하는 것을 보여 준다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.1837-1840
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• 2009

최근 자연형하천 조성사업과 하천복원 등을 목적으로 하천의 치수, 이수적인 기능뿐만 아니라 생태적인 기능을 고려한 하천설계를 위하여 많은 노력들을 하고 있다. 이와 같은 목적으로 하천의 생태적 통로가 단절되는 것을 막기 위해 하천 횡단 구조물인 보와 낙차공에 어도를 설치하고 있다. 하지만 현재 어도 설계는 어도 내의 흐름특성을 정확히 고려하지 못하고 설계되어 어도 본래의 기능을 수행하지 못하는 경우가 많았다. 그 이유는 현장 상황에 따라 어도의 종류와 형태가 다양하게 설계되고 있는 것에 반해 이를 검토할 수 있는 방법이 수리실험으로 한정되어 있어서 어도내 흐름특성을 결정하기 어렵기 때문이다. 어도 설계를 위한 수리실험은 시간적, 공간적 및 경제적인 제약으로 인해 다양한 형태의 어도 조건과 수리조건을 검토하기에는 현실적으로 어려움이 있는 반면에 수치모의는 매개변수 결정에 어려움이 있지만 수리실험에 비해 다양한 형태와 수리조건에 대해 간편하게 흐름특성을 예측할 수 있는 장점이 있다. 따라서 본 연구에서는 어도 설계시 간편하게 어도내 흐름특성을 예측할 수 있도록 기존에 사용되고 있는 수리실험 결과와 수치모의 기법을 이용한 흐름해석 결과를 비교하여 보았다. 수치모의는 3차원 흐름모형인 FLOW-3D를 이용하였고, 어도 형태는 도류벽식 어도를 대상으로 수행하였다. 수행 결과 수리실험과 비교하여 수심별로 최대 13% 정도의 오차를 보이고 있으며, 최대유속 발생 지점을 비교한 결과 하폭의 6% 정도 오차를 보였다. 따라서 최종 설계 이전에 어도의 흐름특성을 예측하기 위한 방법으로 FLOW-3D를 사용한다면 충분히 활용 가능할 것으로 판단된다.