• 한국수자원학회논문집
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• 제54권7호
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• pp.495-507
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• 2021

최근 도시와 산업의 발달과 함께 하천, 호소 등 수환경에서의 수질 오염사고가 빈번하게 일어나고 있어 어류폐사, 취수중단, 친수활동 저해 등 심각한 수생태계 및 사회경제적 피해가 발생하고 있다. 따라서 이에 대한 대응책으로 수질모델링을 통한 오염물질의 이동 및 확산에 대한 사전 예측이 필요하다. 본 연구에서는 2차원 하천흐름/수질해석 프로그램인 RAMS+의 현장 적용성 및 예측 정확도를 검증하기 위해 만곡하천인 섬강에서 현장실험을 수행하였다. 모의결과 흐름해석모형 HDM-2Di와 수질해석모형 CTM-2D-TX는 현장실험에서 관측된 2차원 흐름 특성과 오염물질의 거동 및 혼합 양상을 정확하게 재현하였다. 특히 하천의 양안과 만곡부에서 국부적으로 발생하는 저유속 흐름에 의해 오염물질의 거동이 지체되는 저장대 효과를 정확하게 모의하였다. 나아가서 하천 만곡부에서 이차류가 야기하는 오염물질 3차원적 혼합 양상을 2차원 분산계수를 통해 효과적으로 재현하였다. 오염물질의 위험농도 체류시간은 취수중단 기간을 결정하는데 있어 매우 중요한 요소이다. 본 연구에서는 CTM-2D-TX 모의결과를 기반으로 오염물질 위험농도 체류시간을 계산하였고, 위험농도 체류시간의 공간적 분포가 하폭방향으로 큰 편차를 지니고 있음을 확인하였다. 이러한 오염물질의 2차원적 체류 특성은 1차원 수질모형을 통해서는 예측이 불가능하기 때문에 효율적이고 정확한 수질사고대응을 위해 2차원 수질모형의 활용이 필요함을 본 연구의 결과는 시사하고 있다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제50권7호
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• pp.455-465
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• 2017

2차원 유속장(flow field)은 하천흐름의 특성을 이해하기 위한 중요한 수리학적 자료 중 하나로서, 수공구조물 위치선정 및 설계, 하천에서의 이송-확산 예측, 하천의 수리학적 거동을 예측하기 위한 중요한 기본 자료로 사용된다. 지금까지 이러한 하천흐름 특성을 예측하기 위해 제한적인 현장조건과 적절한 계측방법, 계측기기의 기술적 한계로 인해 현장실험 보다는 다양한 수치모형을 이용하여 왔다. 하지만 최근에는 계측기기의 발달로 과거보다 정확하고 정밀한 현장계측이 가능하여 졌으며, 현장 계측자료의 질적이고 양적인 수요를 만족시키고 있다. 대표적으로 초음파도플러유속계(ADCPs; Acoustic Doppler Current Profilers)는 유량을 정확하게 측정하는 것으로 유명하며, 2차원 뿐만 아니라 3차원 유속장 등 자세한 유속자료를 제공한다. 하지만 이러한 측정 능력에도 불구하고, ADCP를 활용한 유속 측정은 주로 횡단면 측정을 기본으로 수행하기 때문에, 수치모형의 결과와 같이 높은 밀도의 유속장을 얻기 위해서 공간보간기법이 활용되고 있다. 하지만 만곡이 존재하는 자연하천은 하도형상에 따라 유속이 지속적으로 변화하기 때문에 일반적인 공간보간기법을 적용하기 어렵다. 즉, 자연하천의 만곡에 따른 비등방성을 고려하지 않는다면, 역거리가중법(IDW)과 크리깅(Kriging)과 같은 일반적인 공간보간기법으로는 잘못된 결과를 초래할 수 있다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하고자 만곡이 존재하는 사행하천을 대상으로 방향성을 고려하기 위한 곡선좌표계와 비등방성을 고려하기 위한 비등방적 참조범위를 적용한 공간보간기법을 개발하였다. 본 연구에서 제시한 기법을 한국건설기술연구원 하천실험센터에 존재하는 3개의 사행수로가 포함된 실규모의 실험수로를 대상으로 적용한 결과, 평균제곱근오차와 상관계수는 기존의 공간보간기법과 비교하여 각각 41.5% 감소, 40.0%가 증가하여 정확성과 상관성이 개선되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.180-180
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• 2011

하천의 정상적인 기능 및 상태를 유지하기 위하여 필요한 최소유량을 의미하는 하천유지유량은 하천수질보전, 하천생태계보호, 하천경관보전, 염수침입 방지, 하구막힘 방지, 하천시설물 및 취수원보호, 지하수위 유지 등을 감안하여 산정하게 된다. 하천유량 변화는 하천내 동 식물에 영향을 미치며, 특히 고등 생물인 어류의 서식처, 산란장소 및 산란조건 등은 유량 및 수위변화에 민감하게 반응하므로 하천구간별 어류의 서식처 유지에 적절한 수심, 유속 등 수리 조건을 제공할 수 있는 유량을 산정하게 된다. 국내에서는 90년대 후반부터 생태계를 고려한 하천유지유량 개념이 도입되었으며, 어류의 적절한 수생 서식환경 평가를 위해 주로 유량 점증 방법론(IFIM, Instream Flow Incremental Methodology) 개념에 입각한 물리서식처 모형을 이용한 연구가 진행되어 왔다. 본 연구에서는 낙동강수계 13개 지점을 선정하여 어류상 조사를 실시하여 어류의 물리서식처 모형과 수심-유속-유량 관계곡선을 이용한 간단법을 이용하여 생태계 보전을 위한 필요유량을 산정하였다. 어류 물리서식처 모형으로는 어류서식환경 평가에 가장 광범위하게 이용되고, 생태적 특성을 반영할 수 있는 유량점증방법론의 PHABSIM(Physical HABitat SIMulation) 모형을 선택하였다. 현장 모니터링 및 문헌조사를 통해 각 지점별 대표어종을 선정하고, 유량, 수심, 저수로 하천단면, 하상재료와 같은 수리특성을 조사하고, 선정된 한계단면에 대한 유량측정을 실시하였으며, 수심-유속-유량 관계곡선을 통하여 각 지점의 대표어종이 서식할 수 있는 최소유량을 산정하였다. 또한 지점별로 서식처 적합도 지수(HSI, Habitat Suitability Index)와 가중가용면적(WUA, Weighted Usable Area)를 산정하였으며, 이는 PHABSIM 모형의 적용에 이용되었다. 물리서식처 모형과 간단법 적용결과를 비교해본 결과, 모든 지점에서 물리서식처 모형 적용결과가 간단법에 비해 크게 산정되었는데, 이는 간단법이 성어기 서식에 필요한 최소 수리조건을 선택하였지만, PHABSIM의 경우 성어기 어류서식의 최적 수심 및 유속을 이용하여 가중가용면적을 산정하기 때문인 것으로 판단된다. 어류서식과 관련된 많은 관련 데이터가 축적된다면 어류서식처에 맞는 최적의 생태유량을 보다 정확하게 산정할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1834-1838
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• 2007

감조하천을 비롯한 주요 하천에서 수자원량의 정량화는 수위-유량관계곡선식 개발로부터 가능한 일이다. 그러나 신뢰성 있는 수위-유량관계곡선식을 개발하는 것은 수문관측의 불확실성과 현장의 열악한 사정 등으로 발생하는 오차들 때문에 어려운 일이다. 조위의 영향을 받는 감조하천은 무 강우에도 수위의 변동이 심한 특성으로 수위와 유량의 관계를 규정하는 것은 일반 하천의 경우보다 난해하다고 할 수 있다. 본 연구는 감조하천의 유출특성 분석에 관한 기초적인 연구로 향후 감조하천 구간에 설계되는 수공구조물의 설계, 혹은 치수목적으로 설계되는 유수지 등의 설계에 이용될 유량자료를 제공하기 위함이다. 유량자료를 생산하기 위해서는 대상 수위관측소지점의 수위-유량관계곡선식으로부터 수위-수문곡선을 유량-수문곡선으로 환산하여야 한다. 이렇듯 유량자료는 곡선식의 정밀도에 전적으로 좌우되기 때문에 신뢰성 있는 곡선식 개발은 중요한 일이다. 본 연구에서는 감조하천에서의 유량자료 생산과 유출 특성을 분석하고자, 만경강 수계에 위치하는 목천 지점을 대상유역으로 선정하였다. 2006년 저 평수기 및 홍수기에 걸쳐 유량측정을 실시하여 다수의 유량측정성과를 확보하였으나 조위의 영향으로 산만한 수리특성을 보였다. 따라서 본 연구에서는 이에 대한 영향을 파악하기 위해서 감조의 영향권에서 각각의 유량이 어떻게 변화하는지 검토하고자 국립해양조사원 해양자료실의 조위관측소에서 제공하는 군산외항 지역의 조석예보표를 이용하여 분석하였다. 본 연구의 분석 결과, 유량측정 당시 간조와 만조의 영향권에서 측정이 이루어진 관계로 유량과 유속 등의 수리 특성이 많은 변화가 발생한 것으로 분석되었다. 이와 같은 영향으로 목천과 같은 감조하천의 경우, 저수위 측정성과는 그 분산정도가 심해 일반화된 수위-유량관계 곡선의 개발이 의미 없다고 판단되며, 홍수기에 측정된 성과를 바탕으로 고수위대의 수위-유량관계 곡선식을 개발하여야 할 것으로 판단된다. 본 연구를 통해 일부 확인된 바와 같이, 일반적인 자연하천이 아닌 감조하천의 경우는, 각각의 수위대별 유량 값의 변화가 발생하는 바 기간별 혹은 간조와 만조부를 포함하여 유량측정을 하여야 할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.213-213
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• 2019

소하천으로 지정된 작은 규모의 하천은 '소하천정비종합계획'에 따라 지정된 빈도 유량 내에서 범람에 의한 침수 피해를 예방하기 위해 주기적으로 정비되고 있다. 소하천으로 지정되지 않은 하천의 경우에는 하천 정비와 관련된 법이 없으므로, 하천 정비 및 하천 관련 자료들이 미흡하다. 경상남도 양산시 물금읍 증산리의 증산 배수펌프장 유역은 2016년 10월 5일 태풍 '차바'의 호우로 인해 그 일원(농경지 및 주거지)이 침수되었다. 증산 배수펌프장 유역에는 소하천으로 등록되지 않은 새도랑천과 새도랑천의 시점부로 합류되는 이름 없는 하천(무명천)이 있고, 해당 하천의 단면 및 침수 모의에 필요한 자료가 없거나 오차가 큰 경우가 있다. 본 연구의 목적은 침수 모의에 필요한 자료들이 부족한 소규모 하천 유역에 대하여 기초 자료를 구축하는 과정과 이를 이용한 침수 모의 결과를 제시하는 것이다. 증산 배수펌프장 유역에 대해 침수 모의 시 필요한 자료는 강우량, 펌프 유량, 펌프장 유수지 제원, 지반고, 하천 단면, 농수로 단면, 인근 도시 지역의 하수관거 제원 등이다. 증산 배수펌프장 유역은 유역 내 하천수의 대부분을 펌프장을 통해 배수가 가능하다. 이와 같은 유역특성을 활용하여 유수지 제원, 하천 단면, 지반고 자료는 유수지 및 하천에 있는 물을 배수해서 무인항공기 측량으로 구축하였다. 증산 배수펌프장 유역의 침수모의는 준2차원 침수 모의가 가능한 CHI 사의 PCSWMM을 이용하였다. 침수 모의를 위한 모형에서 펌프장 모의 시 입력한 수심-양수량 관계 자료는 펌프 가동 일지를 참고하여 시행착오법으로 추정하였다. 침수 모의 결과 평균 침수심은 0.226 m, 최대 침수심은 0.800 m, 침수면적은 $0.562km^2$이다. 태풍 '차바'로 인한 침수 상황에 대하여 탐문조사 결과는 침수심이 약 0.2 ~ 0.3 m이었으며, 모의된 평균 침수심이 조사결과에 부합하는 것으로 판단된다. 증산 펌프장을 통하여 양수된 양에 대한 기록 자료와 모의 결과의 차이는 펌프 모의 운영 종료 시점까지 약 0.5%이다. 본 연구의 검증 자료는 인위적인 펌프 운영 일지 및 침수 상황의 사진으로 검증했다는 한계가 있다. 그러나 무인항공기 측량 및 현장조사, 펌프 운영 일지를 활용한 수심-양수량 관계의 추정으로 생산된 입력자료를 이용하여 모의한 결과는 실제 상황에 부합하는 결과가 도출된 것으로 판단된다.

• 한국콘텐츠학회:학술대회논문집
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• 한국콘텐츠학회 2011년도 춘계 종합학술대회 논문집
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• pp.461-462
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• 2011

하천에 침입한 식생이 흐름에 미치는 영향은 현장조사와 수리모형실험을 통해 다양한 연구가 진행되고 있지만 하천의 흐름이 식생에 미치는 영향이나 상호작용에 대해서는 아직 초보적인 수준에 머물러 있다. 국내의 하천에서 버드나무는 일열로 흐름방향에 평행하게 이입되어 활착되는 현상이 두드러지게 나타나고 있고 있으며, 이 연구는 실험실 개수로에 모형 나무를 일렬로 배열하여 식생이 완전히 잠긴 경우와 부분적으로 잠긴 경우에 대하여 수리모형실험을 수행하였다. 수리모형 실험결과 나무의 개수에 따라 수위의 변화가 나타남을 확인할 수 있으며, 빈 공간의 존재를 나타내는 나무의 간격에 따라서도 영향을 받음을 알 수 있었다. 이 연구는 수리모형실험을 통하여 식생의 개수, 잠긴 정도, 흐름 상태에 따른 유속과 수위 분포의 변화를 분석하고자 연구를 수행하였으며 이 결과는 식생저항모형 개발과 이차원 흐름모형의 검보정에 활용할 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2004년도 학술발표회
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• pp.506-511
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• 2004

본 연구에서는 제방의 침식에 대한 안정성 평가를 위하여 일본의 하천제방설계지침에서 사용하고 있는 설계기법을 도입하여 적용하였다. 일본은 호안 설계에 있어서 성능 규정에 의한 내력 및 외력을 산정하여 호안공의 안정성을 정량적으로 판단하고 있다. 국내 하천설계기준에서는 침식에 대해 호안을 설치토록 하고 있으나 확실한 안전성 평가기법은 제시되어 있지 않은 실정으로 호안공은 유속이 3m/s이상에서 설치하도록 제시하고 있어 호안공별 설계기준이 경험에 의존하게 된다. 이에 대해 정량적인 설계가 필요하며 적용성 검토를 위하여 2002년 대풍 '루사'와 2003년 태풍 '매미'에 의해 침식피해가 발생한 지점에 대해서 현장조사를 수행하고, 이를 정량적으로 해석함으로써 침식에 대한 설계기법에 대한 검토를 수행하였다. 본 연구에서는 제방 비탈면이 식생으로 보호된 경우와 호안공(호안블럭, 돌망태 등)이 설치된 경우에 대해서 안정성을 해석하였으며, 내${\cdot}$외력 산정에 의한 안정성 평가의 적용성을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.520-520
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• 2017

하천 내의 호안, 제방, 수공구조물 등의 안정성을 검토하기 위한 인자로 대부분 유속 또는 소류력을 이용하게 된다. 이 중 유속의 경우 보통 현장측정이나 수리모형 해석을 통하여 도출되나, 두 가지 방법 모두 많은 인력과 시간이 요구되며, 하천정보 수집 및 수리모형에 대한 전문성의 필요 등 여러가지 제약사항을 가지게 된다. 최근 국내에서는 평균유속을 간단하게 도출할 수 있는 연속형 Kraven 공식이 실무에서 주로 적용되고 있으나, 경사에 의해서만 평균유속이 산정되어 유량의 변화에 따른 유속 변화가 나타나지 않는 문제점을 내포하고 있다. 본 연구에서는 기존의 연속형 Kraven 공식에 대한 문제점을 개선하고, 유속을 간략하게 도출할 수 있도록 평균유속 산정식을 개발하였다. 산정식은 하천 내의 유량과 경사를 활용하였으며, 1차원 수리모형 해석 결과와의 비교를 통하여 정확성과 적용성을 검토하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.1502-1506
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• 2005

하천 유량자료는 이수, 치수, 수질관리 등의 목적으로 널리 사용되기 때문에 여러 가지 수문관측 자료 중 가장 중요하다고 할 수 있다. 그러나 우리나라의 유량자료는 여러 가지 한계를 가지고 있어서 수문자료로서 제대로 사용되지 못하고 있는 실정이다. 유량자료의 정확도 향상을 위해서는 현장 유량측정의 정확도를 향상시키는 것이 일차적으로 필요하지만, 측정된 유량자료를 검증하고 수위-유량관계를 개발하여 유량으로 환산하는 것도 매우 중요하다. 본 연구는 현장에서 측정된 유량자료를 총체적으로 관리하고 분석하여 실시간으로 유량을 제공할 수 있는 운영시스템을 개발하는데 목적이 있다. 본 연구에서는 사용자 요구사항을 분석하여 해당하는 사용 사례별로 구분하는 방법론을 적용하고 이를 바탕으로 실시간 하천 유량정보를 생산할 수 있도록 유량측정기술, 분석 기술, 수위-유량관계 개발 및 분석 기술, 실시간 유량생산 기술 등을 각 단계별 모듈로 구성하여 사용자 및 관리자가 신속하고 편리하게 관리 및 이용할 수 있는 웹 기반의 실시간 유량정보 생산 및 제공 기반을 구축하였다.