• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.466-466
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• 2016

최근 들어 보의 환경적인 측면을 고려한 저낙차형 구조물 설치가 요구되면서 고정보의 형태도 다양하게 제안되고 있다. 그러나 실무에 적용하기 위한 고정보의 설계 가이드라인은 매우 한정적이며 대부분 보 하류부에 대한 세굴이나 세굴 방지에 대한 연구가 주를 이루고 있다. 따라서 본 연구는 국내 중소하천에 설치된 고정보의 물리적 제원 변경에 의한 수리적 특성을 분석함으로써 환경적인 측면을 고려한 저낙차형 고정보 설계 시 반영할 수 있는 기초자료를 제공하는데 목적이 있다. 이를 위해 경사형 및 계단형 보에 대해 crest 변화에 따른 기본적인 유량계수를 도출하였으며 수위-유량 관계 곡선을 개발하였다. 또한 유량과 crest 등과 같은 수리학적 조건을 변화시켜 자유 흐름 조건 및 잠긴 흐름 조건의 흐름특성을 분석하였다. 실험은 crest 길이에 따라 총 4개의 case로 나누어 수행하였다. 각 case 별 총 8개 유량조건에 대해 각각 자유흐름과 잠긴 흐름에서의 수위를 측정하였으며 정확한 흐름 및 수위 계측을 위해 디지털 카메라와 캠코더를 활용하였다. 분석결과 같은 유량조건에서는 crest가 증가할수록 수위 값도 증가하였으며 유량별 수위의 범위는 경사형 보가 계단형 보 보다 넓은 것으로 나타났다. 향후 본 연구 결과는 현장에서 고정보에 대한 crest 설계 시 충분히 고려될 수 있는 자료가 될 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.276-276
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• 2017

홍수 시 하천의 급격한 유량증가로 인하여 하상의 변화를 야기할 수 있으며, 이를 저감하기 위한 하천사업에는 자연친환경적이고 고유속흐름에서도 변동되지 않는 하상재료를 도입한 연구들이 다양하게 진행되고 있으며, 과거 제방보호 기능만을 가진 단순한 호안에서 식생을 이용한 다양한 종류의 호안공법이 개발되어 각종 하천에 도입되고 있다. 호안공법을 도입할 때 고유속흐름과 식생의 유무에 따라 하천의 흐름에 미치는 영향을 파악하는 것은 하천설계에 있어 중요한 부분이다. 최근에는 기후변화로 인한 극우강우가 많아지고 호안의 안정성을 위한 평가기법이 제시되지 않기 때문에 호안사면의 수리학적 안정성과 지반공학적 파괴거동의 적절한 평가가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 식생 유무에 따라 유속, 레이놀즈수, 바닥전단응력 등을 산정하여 흐름특성을 파악하고 호안 및 제방에 대한 적용성을 검토하고자 실험연구를 진행하였다. 실험에 사용된 재료는 모래, 식생점토. 본 연구를 위해 자체적으로 양생시킨 잔디를 이용하였으며, 실내 고속수로 실험 장치를 이용하여 유속의 변화에 따라 실험을 실시하였다. 이를 통해 초기상태의 재료와 세굴 이후의 세굴심을 비교하여 고유속흐름에서의 식생 유무에 따른 하상재료 유실변화 정도를 비교하고자 하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.700-700
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• 2012

산지유역은 하천을 따라서 도로가 발달되어 있어서 대부분의 도로가 홍수시 하천의 영향을 많이 받는다. 산지하천은 경사가 급하고 만곡수충부가 많이 발달되어 있기 때문에 홍수시 유속이 빠르고 만곡수충부의 편수위가 매우 크다. 이는 만곡부 호안 파괴와 도로 유실의 피해를 일으키는 경우가 많다. 따라서 대부분의 산지하천 만곡수충부에는 홍수피해 방지를 위해 콘크리트 옹벽호안으로 되어 있다. 그러나 콘크리트 옹벽은 조도가 작기 때문에 유속이 더 빠르게 되고 편수위를 한층 증대시킬 수 있다. 산지하천 만곡수충부의 편수위를 줄이기 위해서는 접근유속을 줄여야 하나 산지하천 특성으로 볼 때 접근유속 저감을 위한 공학적 방법은 제한적이다. 따라서 만곡수충부의 유속을 줄이는 방법으로 콘크리트 옹벽호안의 조도계수를 증대시키는 것이 효과적일 수 있다. 본 연구에서는 개수로 측벽에 수직돌출줄눈이 설치되었을 때 흐름에 미치는 수리효과를 개수로 수리실험으로 파악하고자 한 것이다. 실험결과 돌출줄눈의 간격이 수직돌출줄눈의 무차원 폭이 9일 때 평균유속이 가장 작게 나타났다. 이는 돌출줄눈의 간격이 개수로 내부흐름의 유속분포, 최대유속발생 위치, 유수단 면적의 크기에 영향이 미치기 때문이다. 따라서 개수로 측벽 수직돌출줄눈의 간격을 조절함으로써 개수로 유수저항의 크기를 조절할 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.41-41
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• 2015

하천의 지형을 조사하고 계측하는 것은 하천을 연구하는 전문가들에게 필수적인 일이다. 하지만 하천의 지형을 계측하는 것은 쉽지 않으며, 조사를 하여도 유사의 이송으로 인하여 하천의 지형은 시간이 지남에 따라 변하게 된다. 그러므로 실험이나 모델링을 통하여 하천의 지형을 예측하고 모의하는 것은 중요한 연구이다. 모델링을 이용하여 유사이송에 의한 하상변동을 잘 예측하기 위해서는 하천의 복잡한 흐름을 정확히 모의하는 것이 중요하며 유사를 발생시키는 힘인 하상전단응력을 정확히 산정하는 것 또한 중요하다. 하상의 전단응력을 산정하는 방법으로는 대표적으로 로그법칙에 의한 방법, 레이놀즈응력 분포를 이용한 방법, 난류운동에너지를 이용한 방법 등이 있다. 앞서 말한 방법으로 산정된 전단응력 값은 차이를 보이며, 이는 하상변동을 정확히 모의하는 것에 문제를 발생시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 곡선좌표계를 이용하여 3차원 유동 및 하상변동을 모의할 수 있는 수치모형을 이용하여 전단응력 산정 방법에 따른 하상변동량을 분석하는 것이다. 하천의 복잡한 흐름을 정확히 모의하기 위하여 본 연구에서는 RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes) 방정식을 3차원으로 해석하여 흐름 계산을 하였고 유사량 산정공식과 Exner 방정식을 이용하여 유사이송에 의한 하상변동을 계산하였다. 흐름 계산의 검증을 위하여 선행 연구의 실험을 대상으로 모의하였다. 그리고 곡선으로 된 실험 수로를 대상으로 전단응력 산

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.340-340
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• 2011

자연하천의 안정은 하상경사, 유사이동, 원지반의 상태, 저수로의 깊이, 하도 및 하안의 구조와 하안식생 등에 달려있다. 이 중 하상경사는 가장 중요한 요소로써 하도의 안정을 위해서는 무엇보다도 이를 적절하게 유지하는 방안을 모색하여야 한다(김혜주 등, 2003). 이러한 자연하천의 안정을 위하여 주로 하상유지시설을 설치하는 것이 보편적이다. 이러한 낙차공의 설치는 하천설계기준을 근거로 하상의 안정성 확보라는 설치 목적에 맞게 설계 및 시공이 이루어져 하도의 안정에는 나름대로 효과적이지만 하천환경의 연속성 차단 등 다양한 생태·환경적 폐해가 나타나고 있는 것으로 알려져 있다(김혜주 등, 2003). 이러한 단점을 보완하기 위해 낙차공과 같은 횡단구조물의 본체에 어도를 설치하거나 계단형 또는 경사형 본체를 갖는 구조물이 제안되고 있으나 현재까지 제안된 보완적인 방법들로는 근본적인 생태단절을 해소하기에는 무리가 있다. 따라서 낙차공 등 하천 수공구조물 설치로 인해 야기되는 생태 환경적 문제를 해결하기 위해서는 대상하천에 서식하는 생물에 대한 이해가 우선 이루어져야 하며 이를 바탕으로 설계 및 시공하는 것이 가장 효과적이다. 이를 위해서는 구조물 설치에 따라 변화되는 수리현상에 대한 정확한 분석이 필요하다. 이에 본 연구에서는 국내외에서 제안되고 있는 낙차공 중 통나무를 이용한 낙차공의 평면형태에 따른 하류부 세굴현상을 수리실험을 통해 분석하였다. 본 연구에서는 평면형태(horizontal)에 따른 세굴영향을 파악하고자 평면각을 $70^{\circ}$에서 최대 $180^{\circ}$로 변화시켜 세굴 실험을 수행하였다. 상향 V형만을 고려한 이유는 하향 V형의 경우($\theta$>$180^{\circ}$)에는 낙차공을 월류하는 흐름으로 인해 구조물 하류부 좌 우안측에 세굴이 발생하기 쉽기 때문에 자연하천의 경우 호안측 침식이 발생한 수 있고 또한 실험수로 벽면영향으로 인해 세굴형태가 왜곡될 우려가 있어 하향 형태의 낙차공은 실험대상에서 제외하였다. 낙차공의 평면 형태가 세굴심에 미치는 영향을 검토한 결과, 유입 Froude 수( )에 대해 높은 상관이 있으며 또한 평면각도에 따라 변하는 낙차공의 횡단길이가 낙차공 하류부의 세굴심에 큰 영향을 미치고 있음을 확인할 수 있었고, 세굴길이의 경우, 평면형태에 따른 세굴길이와 세굴심의 비는 낙차공의 평면각도의 증가에 따라 세굴 길이가 짧아짐을 확인할 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.55-55
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• 2020

개수로 흐름에서 유체특성을 파악하는 것은 매우 중요하다. 특히 홍수가 발생하거나 유속의 증가에 따라 유체의 거동은 복잡하고 예측하기 어려워진다. 이러한 복잡한 유체거동은 하천시설물 설계, 시공 및 관리에 있어서 구성재료의 보호능력에 따라 예상하지 못한 조건에서 쉽게 파손될 수 있다. 국내 하천의 경우 한계유속과 한계소류력에 의해 하천설계에 적용되고 있다. 한계 유속의 경우 간단한 수식에 의해 산정될 수 있지만 실제 하천의 보호능력을 대표하기는 힘들기 때문에 한계소류력이 동시에 고려되어야 한다. 한계소류력은 개수로 흐름에서 복잡하게 발생하는 이차류나, 난류 특성에 의해 산정하거나 예측하기는 매우 어렵다. 한계 소류력 뿐만 아니라 하천을 구성하는 재질의 조도계수 역시 균일하지 못하고 매우 예측하기 어렵다. 따라서 본 연구에서는 이러한 복잡한 양상을 나타내는 수리학적 요소에 대해 표준화된 실험수로에서 실험을 통해 평가하고, 체계화된 설계지침이 되고자 연구를 진행하였다. 본 연구에서는 자연하천과 유사한 조건의 경사를 가지는 경사수로와 경사의 영향에서 자유롭게 평가를 진행하고자 무경사수로에서 실험연구를 통해 제방 재료의 안정성 평가방법을 제시하고, 재체의 안정성 평가를 위한 실험진행은 기 개발된 바닥응력을 직접측정하는 장치와 PIV시스템을 이용하여 수리특성을 측정하였다.(Park J.H. et al. 2016, Flow Measurment and instrumentation.) 하천의 설계나 평가에 적용되는 평균 소류력 개념은 복잡한 난류흐름에서 평가지표로써 대표하기 힘들기 때문에 바닥에서 발생하는 소류력을 직접 측정하고, 측정된 소류력을 검증하고자 난류유속 u', v'을 이용하여 Reynolds stress산정하여 Total shear stress를 추정하는 기법을 사용하여 검증하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.976-980
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• 2005

자연하천과 같은 사행수로에서 발생하는 이차류는 흐름 분포를 왜곡시킴으로써, 유사이동, 하상과 제방침식, 하천의 지형변형 등에 매우 큰 영향을 미치게 된다. 또한, 이차류는 주 흐름방향에 수직으로 발생하기 때문에 자연하천에 유입된 오염물의 횡방향 혼합에도 지대한 역할을 한다. 따라서, 본 연구에서는 사행수로에서 이차류의 특성을 정량적으로 분석하고자 중심각이 $120^{\circ}$인 두 개의 만곡부로 이루어진 사행수로에서 실험을 수행하였다. 실험수로는 직사각형 단면과 자연형 단면 두 가지 형태로 제작하였으며, 자연형 단면 하상은 베타함수를 이용하여 제작하였다. 이차류의 정확한 측정을 위해 3차원 유속측정 장치인 micro-ADV를 이용하였다. 실험조건으로는 직사각형 단면과 자연형 단면에서 평균수심과 유량을 달리하여 실험을 총 12회 수행하였다. 실험결과, 직사각형 단면수로에서의 주 흐름의 최대유속선은 수로의 가장 짧은 경로를 따라 발생하였는데, 이는 Shiono와 Muto (1998)의 결과와 일치한다. 자연형 단면 수로에서의 주 흐름은 직사각형 단면 수로에서의 주 흐름 거동과 비슷한 양상을 보였다. 이것은 실제 자연하천 만곡부에서의 주흐름 거동(최대유속선이 최심선을 따라 발생)과는 상이한 결과였다. 그 첫째 원인은 실험수로의 조도가 일반적인 실제하천의 조도를 상사법칙에 맞게 계산한 값보다 작았기 때문이다. 그리고 두 번째 원인은 실험수로의 하폭대 수심비율은 실제하천의 하폭대 수심비율보다 컸기 때문인 것으로 사료된다. 이차류의 정량적인 분석을 위해 각 측정지점별로 횡방향, 수심방향 유속을 그려본 결과, 직사각형 단면에서는 하나의 셀이 존재하는 반면에 자연형 단면에서는 셀이 두개 존재함을 알 수 있었다. 이는 자연하천에서도 발견되는 현상이다. 실제 자연하천에서는 주 셀이 바깥제방 셀보다 큰 형태를 보이지만, 실험수의에서의 셀의 형태는 주 셀보다 바깥제방 셀이 더 크게 발생하는 것으로 밝혀졌다. 이는 앞서 언급한 바와 같이 조도가 작음으로 인한 것으로 판단된다. 이차류 강도를 계산한 결과, 직사각형 단면 수로의 최대값은 두 번째 만곡 유입부지점(U2)에서 가장 크게 나타났으며. 자연형 단면 수로에서 최대값은 두 번째 만곡을 조금 지난 (U4)지점에서 가장 크게 나타났다. 자연형 단면에서는 하폭 대 수심비가 커질수록 이차류강도가 크게 나왔으나, 직사각형 단면에서는 반대로 나왔다. 그리고, 자연형 단면의 이차류 강도는 직사각형 단면보다 크게 나타났다. 특히, 직사각형 단면의 이차류강도는 첫 번째 만곡부분보다 두 번째 만곡부분이 더 크게 나타나는 현상만 보였지만, 자연형 단면의 이차류 강도는 앞서 언급한 특징 외에 만곡부에서 증가하고, 직선부에서 감소하는 주기적인 형태를 보였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.46-46
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• 2018

남강은 낙동강 유역의 중하류에 위치하고 있으며, 낙동강에 우안으로 합류되는 제 1지류이다. 낙동강 본류 하천의 지류하천이지만 국가하천이며, 비교적 큰 유량을 가지고 있다. 낙동강은 본류를 취수원을 이용하고 있어, 남강과 같이 지류 하천유입 이후의 낙동강 본류에 거동이 중요하다. 취수 원수는 정수처리과정에서도 우선적으로 고려해야 하는 인자이다. 따라서 남강이 합류되는 합류에서의 혼합거동은 중요하다. 혼합거동을 보고자 추적자 실험을 수행하였다. 추적자 실험은 공간적으로는 남강과 낙동강의 합류점 부근을 선택하였고, 시간적으로는 계절별, 보 운영 시기별로 실험하였다. 또한 합류부 주변에서의 유량측정과 자연추적자의 농도 측정으로 수행하였다. 낙동강과 남강은 대하천이므로 유량측정을 ADCP(Acoustic Doppler current profiler)을 활용하였으며, 추적자의 농도 추적은 센서를 통해 현장 측정하였다. 또한 영상분석을 하고자 드론도 활용하였다. 추적자 실험 분석을 유량과 추적자 농도 분산 정도를 분석하였다. 이를 활용하여 지류하천인 남강의 합류이후 낙동강 본류의 거동을 분석하였다. 분석한 결과를 바탕으로 남강의 유량시기별 혼합거동은 달라지는 것으로 나타났다. 또한 드론을 활용한 분석도 혼합거동에서 적용할 수 있을 것으로 판단된다. 추적자 실험을 통해 취수 원수의 특성을 분석할 수 있었다. 향후 유량 변화의 따른 남강합류후 낙동강의 혼합거동의 기초자료 자료 활용 될 것으로 판단된다. 또한 취수원수의 특성을 위한 유량별 다기능보 운영 시기별 혼합거동 분석을 위한 추가 실험이 필요할 것 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.112-113
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• 2021

하천으로 유입되는 오염물질은 유수의 흐름에 따라 이송되며 혼합된다. 이러한 오염물질의 해석을 위해서는 확산 또는 분산계수 산정이 필요하다. 오염물질의 거동과 관련된 실험적 연구는 방사선 동위원소와 형광성 물질을 이용하여 수행되어 왔으나, 추적자 실험은 많은 비용 및 인력을 요하며, 고정식으로 설치한 계측장비로부터 수집한 시계열 농도자료만을 이용하여 분석하기 때문에 공간적 분포에 대한 자료 취득은 어렵다는 한계가 있다. 하천의 오염물질을 모니터링하기 위해서는 공간을 이동하는 입자의 관점에서 물리량을 표현하는 Lagrangian 방식보다 특정 위치에서 물리량 변화를 표현하는 Eulerian 방식이 적합하다. 그러나 드론을 활용한 하천원격탐사 연구의 대부분은 이동식 플랫폼으로 활용되어 특정 시간에 공간적 분광특성의 분포 파악이 한정적이며, 동일 지점에서 분광특성의 시간적 변화를 파악할 수 없다. 따라서 본 연구에서는 기존의 면단위를 측정하는 이동식 플랫폼의 한계를 극복하고 하천 모니터링에 적합한 Eulerian 방식을 적용하기 위하여 CCTV 형태의 고정식 초분광촬영 플랫폼을 도입하였다. 본 연구에서는 하천으로 유입되는 오염물질의 거동을 분석하기 위하여 자연하천에서 형광성물질인 Rhodamine WT를 이용하여 추적자 실험을 수행하였으며, 접촉식 센서를 활용한 농도측정과 동시에 드론과 초분광센서를 활용하여 CCTV 형태의 고정식 초분광영상을 획득하였다. 실험결과 도출된 전통적인 방식의 분산계수 산정과 시공간 초분광영상을 활용한 분산계수 산정을 비교하여 오염물질 거동 분석에 초분광영상 활용의 가능성을 검토하였다. 본 연구에서 제시한 드론기반 시공간 초분광영상 기법을 교량이나 기타 하천구조물에 초분광 센서를 설치하여 CCTV형식으로 활용할 경우, 공단이나 하·폐수 처리장 등의 점오염원이 밀집해 있는 지역에 직접 설치하여 화학사고의 감지 및 오염물질의 유출 확인 및 조류, 부유사 등의 다양한 수질항목의 농도 변화 감지가 가능하고, 수심변화 감지로 장기적으로 활용할 경우 특정 지점에서의 하상변동 조사가 가능하다. 또한, 오염물질의 유출 사고 발생 등의 사람이 직접 접근이 불가능한 지역에 드론을 활용하여 초분광센서를 이용한 오염물질 감지가 가능할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.524-524
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• 2023

하천 내 식생의 분포는 흐름저항의 증가와 수위상승에 큰 영향을 미치는 요소 중 하나이다. 동일한 단면정보를 가졌더라도 식생이 분포하는 하도는 식생이 없는 하도에 비해 흐름저항으로 인해 유속이 현저히 느려져 홍수위 상승을 유발하기 때문이다. 따라서 식생의 종류, 크기, 분포 형태, 잎의 밀도 등에 따라 흐름저항계수를 정량화하며 흐름을 정확히 예측하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 2019년 한국건설기술연구원 하천실험센터에서 진행된 식생하도에 대한 실규모 실험의 조건과 지형정보를 HEC-RAS(Hydrologic Engineering Center's River Analysis System) 1차원 수치모형에 입력하고, 식생 패치의 분포를 고려한 Manning's n의 공간적 분포 및 적용방식에 따른 수면 경사 재현 정확도에 대한 민감도 분석을 수행하였다. 실험은 상단 폭 11 m, 경사 1:2(V:H)의 사다리꼴 단면을 가진 실규모 수로에서 70 m 길이의 구간을 대상으로 진행되었다. 실험 구간 내 6개의 압력식 수위계를 설치해 수위 측정 및 수면 경사 산정을 실행하였다. 실험 조건으로 적용된 인공 식생패치의 분포 및 밀도 조건은 3가지로 큰 패치와 작은 패치로 구성된 조밀한 조건, 단일 패치로 구성된 조밀한 조건, 단일 패치로 구성된 성긴 조건이었으며, 모두 정수(emergent)상태로 진행되었다. 적용된 패치의 형상은 내성천에서 조사된 자연 형태의 식생패치 형태를 참고하였으며, 버드나무 종을 모사하였다. 실험 조건에 따라 유량은 각각 평균 1.5 cms와 2.7 cms로 공급하였으며, 평균 수심은 약 1 m로 측정되었다. 위 실험 내용을 바탕으로 수치모의를 위한 경계조건과 지형정보를 수립하였으며 모의 케이스는 크게 두 가지로, 수로 내 식생의 분포를 종방향으로 고려한 케이스와 횡방향으로 고려하여 조도계수를 적용한 케이스로 분류하였다. 모의에 적용된 조도계수는 실험에서 획득한 데이터와 베르누이 방정식을 활용하여 산정되었으며, 두 케이스에 대한 모의 결과는 실험에서 관측된 수위와 비교하였다. 본 연구에 따르면 여러 개의 식생패치가 정수상태로 존재하는 하천에 대한 1차원 수치모의 시 식생의 분포를 종방향으로 고려하여 하나의 구간조도계수를 적용하는 방식이 종횡단면의 식생패치 위치를 고려한 조도계수를 세분화하여 적용하는 방식에 비해 수위 계산 정확도가 상대적으로 높은 것으로 나타났다.