• 한국공간정보시스템학회 논문지
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• 제10권2호
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• pp.81-93
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• 2008

현재 시행되고 있는 하천정비와 하도정비는 하천 흐름의 특성을 간과한 채 일방적으로 진행되어 왔으며 그 결과로 하천의 인공화는 계속적으로 심화되고 있다. 이에 따라 하천 및 하도의 물리, 화학, 생물에 미치는 영향은 심각하며, 그 동안 인위적인 하천교란의 요인과 하천교란에 따른 영향, 즉 하상변동, 외래종 식생 침입, 생태서식처 변화 등의 정량적 평가 기술의 수립은 매우 미흡한 상태이다. 이러한 정량적 평가 기술의 수립을 위해서는 하천 교란의 요인 및 그 영향을 판단하기 위한 하천의 변화 양상 분석이 우선되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 항공사진 및 GIS기법을 이용하여 국내 주요 하천의 원인별 교란실태를 조사하고 분석함으로써 하천교란 조사기술 개발에 응용할 수 있는 방안을 제시하고자 하였다. 분석을 위하여 댐 하류의 하천교란 및 적응현장 시범지역을 선정한 후 대상 지역의 항공사진을 GIS화하여 하천교란 실태를 분석하는 데에 필요한 저수로와 제방 및 기타 자료를 shape 파일 형태로 생성하였다. 생성된 자료를 바탕으로 하천의 사행도 및 유로 변동 현황 분석을 실시함에 따라 특정 지점이나 시점을 기준으로 일어난 변화를 구체적으로 확인하여 하천의 변화 양상 분석을 실시하였으며 대상 하천의 사행도 및 저수의 구체적인 제반 수치를 제시할 수 있었다. 주요 결과로서 시간의 흐름에 따른 대상 하천의 사행화 현황과 저수로의 이동 및 변화 양상을 규명해 낼 수 있었다. 그 결과 댐 하류지역에서 하도안정문제가 발생하였음을 확인할 수 있었다. 본 연구결과를 바탕으로 보다 효율적인 하도안정문제에 관한 대책 수립이 가능하리라 보며, 이를 위해서는 하천 교란 조사기술 개발에 대한 추가 연구가 뒤따라야 할 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.244-244
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• 2022

4차 산업혁명에 따라 유역 및 하천관리 사업, 각종 풍수해 예방사업 분야에 다양한 스마트기술이 도입되고 있으나 건설현장 침수 피해 사고는 지속적으로 발생하고 있다. 굴착공사 현장에서 발생할 수 있는 침수피해를 사전에 예측하기 위해서는 공정별로 변화하는 현장상황을 반영하여 다양한 강우 시나리오를 기반으로 침수 예측 모델링이 선행되어야한다. 따라서 본 연구에서는 2차원 동수역학 모형인 HDM-2D 모형을 기반으로 굴착공사 현장 침수피해 예측 모델을 개발하여 굴착공사현장 침수 예·경보 시스템에 탑재하고자 한다. 침수피해 예측 모델은 천수방정식을 Petrov-Galerkin stabilized scheme 으로 이산화하여 해석하는 수평 2차원 동수역학 흐름해석모델로서 수로 및 지표면 등 다양한 지형 상황에서의 물 흐름을 상세하게 해석할 수 있다. 지형자료 생성 이후 경계조건 부여를 통해 수행되며 침수발생지역의 유속, 수심, 수위를 취득할 수 있다. 배수지나 굴착공사 현장에 2차원 흐름해석을 적용하는 경우 지형의 경사나 배치가 공간에 따라 변화하므로 불연속적인 흐름을 유발하여 모의결과의 계산 오차를 검토해야 한다. 2차원 침수피해 예측 모형의 정확성을 확인하기 위해 지면 돌출부가 있는 흐름 문제와 테스트베드 대상지에 침수해석 모형을 적용하였다. 돌출부 흐름 문제의 경우 돌출부를 지나며 발생하는 유속과 수심 모의 결과를 상용모형과 비교검증 하였으며 테스트베드 대상지역에 침수피해예측모형을 적용했을때 지형 경사에 따른 흐름의 변화와 침수양상을 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1774-1778
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• 2008

유량 환산에 이용되는 수위-유량 관계곡선식은 하천의 흐름을 정상 등류상태로 가정하고 유속계를 하천에 투입하여 년간 정해진 횟수의 유량측정을 실시하여 이로부터 갱신하여 작성하고 있다. 평수기에는 이렇게 기기를 이용하여 유량측정이 가능하지만 홍수기나 갈수기에는 접촉식 유속계를 이용한 하천유량 측정이 불가능한 실정이다. 홍수기에는 기기 손상과 관측자의 안전이 위협받는 실정이고, 갈수기에는 유속이 너무 느려서 (0.1 m/s 이하) 프로펠러 유속계의 경우 유속의 정확한 관측이 힘들다. 또한 전지구적 빈번한 이상기후의 현실정에서 가장 중요한 기초 수문자료인 홍수량의 정확한 측정 자료는 많지 않다. 홍수유량을 측정하기 위해서 현재에도 기존의 봉부자를 이용하거나 유비쿼터스 센서를 장착한 봉부자를 이용하는 유량측정 기법이 향해지고 계속적으로 소개되고 있는 실정이지만 봉부자의 특성상 정확한 유량을 계산하기에는 어려움이 많다. 현재 선진국에서는 흐름과 비접촉식 방법을 이용한 하천유량측정 방법이 지난 10 여년간 꾸준이 연구되어 왔다. 그중 대표전인 것이 전자파를 이용한 방법과 영상해석에 의한 방법이다. 전자의 경우 국내에서는 수자원공사에서 10년 이상 연구 개발하여 상품화 시킨바 현업에서 이를 이용하여 홍수유량측정을 실시하고 있다. 후자의 방법은 유체역학 분야에서 흐름해석에 주로 이용되어지던 PIV(particle image velocimetry) 기법을 하천과 같이 대규모의 흐름영역에 적용가능하도록 개발된 기술로 LSPIV (large-casle particle image velocimetry)라 불리우는 기술이다. 본 연구에서는 미국 Iowa 대학에서 개발한 LSPIV를 이용하여 홍수파의 진행시 수위와 유량의 두 변수 사이에 나타나는 Loop rating curve의 이론적인 관계를 하천현장에서 일정시간 간격으로 실측을 통하여 파악하고자 하였다. 현장실험을 위한 대상지점으로 미국 Iowa주 Coralville 시내 Clear Creek의 USGS (US Geologival Survey) 수위관측소 지점을 선택하여 본 연구에서 실시한 유량측정 결과의 비교가 가능토록 하였다. LSPIV는 그 특성상 야간에는 적용하는데 어려움이 있어 아침시간부터 해가 지기 직전까지의 자연채광 조건의 영상취득이 가능한 시간대에서 표면유속을 측정하였고 이에 수심평균유속환산계수를 적용하여 유량을 계산하였다. 강우의 발생으로 인한 홍수파의 진행시 총 43회의 유량을 측정하였는바 이를 이용하여 이 지점의 수위-유량 관계식과 비교한 결과 거의 일치하는 결과를 나타냈다. 특히 홍수파의 진행시 고수위 영역에서의 측정한 결과는 수위의 상승기에는 최고로 7.5% 까지 측정유량이 수위-유량관계식에서 계산한 유량보다 컸으며, 수위의 하강기에는 반대로 최고 5.4% 정도까지 측정유량이 수위-유량관계식에서 계산한 유량보다 작게 나타났다. 또한 최대유량의 발생시기는 최고수위 발생직전의 수위라는 것이 파악되었다. 이러한 경향은 수위-유량 관계곡선의 이론과 잘 일치하는 것이다.

• 대한토목학회논문집
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• 제31권2B호
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• pp.193-203
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• 2011

최근 하천 환경 및 생태학적 관심도가 증가함에 따라 다양한 하천 복원 및 서식 환경 조성 사업이 수행되고 있다. 서식처 복원 사업에 있어 중요한 것은 서식처에 필요한 유량을 산정하는 것이고, 이를 위해 미국 및 유럽의 많은 국가에서 유지유량증분법을 이용하여 서식처 필요유량을 산정하고 있다. 유지유량증분법은 하천 흐름과 관련되어 있는 생물의 서식처 평가와 적정 유량을 설정할 수 있는 개념으로서, 대상하천에서 유지유량증분법을 적용하기 위해서는 생물에 대한 서식처적합도지수가 반드시 필요하다. 그러나 국내의 경우 과거 현장 모니터링을 통해 피라미와 참갈겨니에 대한 적합도지수만이 존재하기 때문에 다양한 어종에 대한 서식처 유량을 산정하기 어려운 실정이다. 본 연구에서는 금강수계의 현장 모니터링을 통해 수심 및 유속과 같은 물리자료, 산성도 및 용존산소량과 같은 화학자료, 그리고 어종 및 개체수와 같은 생물자료를 구축하였다. 확보된 2,736개의 자료를 바탕으로 피라미, 참갈겨니, 돌마자, 쉬리, 돌고기, 모래무지 등 6가지 어종에 대한 서식처적합도지수를 산정하였으며, 기존에 제시된 서식처적합도지수와의 비교를 통해 새로운 서식처적합도지수를 제안하였다. 또한 각 어종별 프루드수, 산성도, 용존산소의 범위를 제시하였다. 본 연구에서 제안한 서식처적합도지수는 하천사업의 평가를 수행하기 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 예상된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.92-96
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• 2008

최근에 이상기후로 인한 집중호우는 단시간의 높은 강우 강도의 발생을 증가시켜 재해 유발의 측면에서 뿐만 아니라 유역 내 비점오염원이 합류식 관거의 월류수인 CSOs(Combined Sewer Overflows)의 형태로 강우와 함께 유입되어 수질 및 환경을 오염시키는 문제점이 발생한다. 이에 따라 월류수의 유출특성에 대한 정량적인 분석을 통하여 유량 및 수질 등의 오염부하량에 대한 적절한 저감 방안이 요구되고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 비점오염원의 농도가 상대적으로 높은 도시유역에 강우로 인한 월류수의 유출 특성 변화를 분석함과 동시에 월류수가 하천에 방류되었을 때의 하천에 미치는 영향 분석을 통하여 하천의 효율적인 수질 관리 방안을 제시하고자 한다. 경기도 구리시를 대상유역으로 선정하였으며, 도시 강우-유출 모델인 SWMM을 사용하여 유역의 유출량 및 월류수의 수질 모의를 수행하였으며, 유역의 최종 방류구에 비점오염 저감을 위해 설치된 저류지를 통해 하천으로 배출되는 유출수와의 연계는 미국 환경청에서 개발된 WASP 모델을 적용하여 왕숙천 본류에 대한 월류수 변화가 하천에 미치는 영향을 분석하였다. 저류지 설치 전 후의 하천에 월류수가 미치는 영향을 BOD 농도를 중심으로 비교 분석하였다. 분석 결과 저류지 설치 후 BOD 농도의 저감율은 설치 전 보다 최소 1.9%, 최대 81.2%의 저감 효과가 있는 것으로 분석되었다. 향후 신뢰도 높은 수질모의를 위해서는 월류수 발생시 월류수와 하천의 지속적인 모니터링을 통해 현장 여건을 반영할 수 있는 입력변수의 도출이 매우 중요한 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.613-618
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• 2008

본 연구에서는 개수로 마찰흐름 특성에 관한 연구로서 유량조사사업단(2006)의 우리나라 3대강 유역 하천자료와 미국의 Colorado지역 록키산맥 하천 관측자료를 통하여 개수로의 흐름특성을 집중적으로 검토하였다. 개수로 설계에 있어 수로의 흐름해석 및 마찰계수의 정확한 산정은 수로설계의 근간이 된다. 하지만 일반적으로 사용하고 있는 Manning(1889)식은 개수로 흐름특성을 판단하기에 너무 단순하여 상이한 결과를 보임에도 불구하고 단순성에 기인하여 사용되는 것으로 판단된다. Bazin(1865)과 Varwick(1945)의 개수로 실험결과를 보면 Nikuradse(1933)의 원형관수로 실험결과와 마찬가지로 층류, 천이층류, 완난류, 천이난류, 전난류 등 다섯 가지의 흐름특성이 존재함을 알 수 있다. 또한, 개수로 마찰계수의 특성변화를 보면 조고 또는 조도가 증가함에 따라 마찰계수가 상향으로 평행 이동하는 것을 볼 수 있다. 실험결과로부터 확인되는 이러한 흐름 특성이 현장에서도 분명히 나타날 것으로 판단하며 이러한 가설에 근거하여 각 하천의 관측자료를 분석하였다. 유량조사사업단의 우리나라 3대강 유역 하천 관측자료(2006)를 레이놀즈수의 함수인 완난류 흐름으로 전제하고 물의 기본적인 성질과 하천의 경사, 수심, 조고 등의 영향을 고려한 무차원수를 도입하여 마찰계수의 2차적인 분포특성을 파악하고자 하였다. 하지만 관측된 자료로부터 무차원수를 도입하여 산정된 마찰계수분포를 보면 마찰계수가 급격히 증가하고 추정된 유속과 관측된 유속을 비교하면 추정된 유속이 산개되는 경향이 나타났다. 이러한 문제점은 유량관측시 관측지점의 수면경사 및 하상경사의 미관측으로 하천정비기본계획상에 제시된 지형으로부터 하상경사를 추정하여 마찰계수와 유속을 산정하였다. 또한 하천정비기본계획상에 제시된 Manning의 조도계수를 이용하여 Ganguillet&Kutter(1869) 산정식과 Manning(1889) 산정식으로 부터 유속을 산정한 결과 오차가 크게 발생한 것을 확인하였으며, 실제 관측자료에 적합하도록 조도계수를 재 산정하였다. 논문의 분량 제한상 분석과정은 추후 논문에 제시하기로 하고 분석결과와 수위관측에서의 문제점을 제시하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제35권6호
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• pp.753-762
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• 2002

본 연구에서는 치수안전도의 정확한 평가는 물론 자연환경에 대한 평가에 중요한 하천식물군락에 주목하였다. 특히, 본 연구에서는 하천식물군락과 유사거동에 따른 하도변화와의 상관관계의 규명에 관심을 두었다. 하도수리학 관점에서 하천내 식생분포 특성에 대한 하도현장을 조사한 결과, 하도변화를 야기하는 여러 물리적 요인이 있지만, 하천식생에 의한 하도변화, 특히 하천식물군락에 의한 유사퇴적이 하상변동을 야기시키고 있음이 확인되었다. 이를 수리학적으로 규명하기 위하여 수리모형실험을 실시하였다. 실험에서 하상경사 1/200인 자갈하천에 우점하는 달뿌리풀을 대상으로 하였다. 실험의 내용은 평균입경 0.3 mm의 소류사를 총 1 시간동안 27 kg을 균등하게 공급한 결과, 거의 동일한 수리량 조건하에서 식물군락의 밀도와 배치에 따라 흐름의 변화와 퇴적/세굴양상이 분명히 다르게 나타났다. 따라서, 하도내 퇴적 및 세굴이 하천식물군락의 분포 특성에도 영향을 미치므로 하천식물군락과 유사거동에 따른 하도변화는 상호 밀접한 관계가 있을 것으로 평가할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.260-260
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• 2019

해안과 만나는 하천의 하구부에서는 해수의 흐름에 따른 연안토사의 이동과 유황에 따른 하천상류에서의 토사유입량에 의해 하구부가 빠르게 변화한다. 본 연구대상지인 가곡천은 유로연장이 짧고 경사가 급한 산지하천의 특징을 가지고 있어 집중호우시 토사가 하류로 빠르게 유입되어 일반하천에 비하여 하구부의 지형변화가 크게 일어난다. 가곡천 하구부는 모래사장으로 이루어져 있는 호산해수욕장과 경관적 및 자연적 가치로 인해 보존 필요성이 대두되고 있는 하중도인 솔섬이 위치해 있다. 그러나 현재 솔섬 주변 하구부 인근의 일반산업단지 건설과 고향의 강 조성사업에 따른 하도환경의 변화로 하도를 유하하는 유수의 흐름 및 침퇴적 양상의 변화를 가져와 홍수의 원활한 소통에 지장을 초래하고 있다. 또한 현장조사 및 모니터링 결과 하구 지형변화로 인해 하도안정 유지관리에도 막대한 영향을 끼치는 것으로 확인되었다. 따라서 본 연구에서는 가곡천 하구부의 하도환경 변화에 따른 수리학적 특성 및 하천형태학적인 변화를 분석하여 하도안정을 파괴하는 요인을 규명하기 위한 연구를 수행하였다. 연구방법은 가곡천 하천정비기본계획의 빈도별 홍수량, 기점홍수위를 경계조건으로 2차원 수리해석 모형인 SRH-2D모형을 이용하여 하도환경 변화 전 후의 대상구간에 대해 수리특성 및 하상변동 양상을 모의하였다. 모의결과 하도환경 변화(홍수터 및 징검여울 등의 하천시설물 조성)에 따른 수리특성변동양상과 침 퇴적지점에 대한 변동경향을 확인할 수 있었다. 본 연구의 결과는 동해안 하구부에 위피한 하천의 다양한 변화 해석시 참고자료로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제41권5호
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• pp.493-504
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• 2021

와류에 의해 물과 산소의 충돌을 반복적으로 일으켜 산소를 용존시키는 Multistage Vortex Aerator를 하천 정화에 적용하였다. 본 연구의 대상 현장인 괴정천은 부산시 사하구 도심을 흘러 낙동강 하구로 연결되는데, 우천 시에는 비점 오염물질이 유입되고 평시에도 하수 슬러지가 일부 유입되어 퇴적을 반복함에 따라 하천수의 용존산소 농도가 혐기성 상태에 가까웠다. 산소농도가 최소 0.1 ppm인 하천수를 흡입하여 22 ppm 이상으로 산소를 용존시켜 분당 1 m³을 순환시켰을 때, 하천에 나타나는 수질과 악취 변화를 2개월간 모니터링하였다. 운영 결과, 용존산소가 하천 전체적으로 약간 나쁨(4)~나쁨(5)에서, 좋음(1b)~보통(3) 등급으로 개선되었고, 총인 농도는 평균 76 % 감소되었다. 복합악취는, 하천 전체가 혐기화된 측정일에 최대 84.5 % 저감을 관찰할 수 있었다.

• 한국지형학회지
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• 제18권1호
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• pp.29-39
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• 2011

본 연구의 목적은 국내 자연하천에서 하상재료의 입경과 흐름에 의한 소류력의 상관관계를 살펴보는 것이다. 하상재료의 크기를 분석하기 위해 현장에서 하상재료를 채취하고 대표입경을 산정하였다. 하천이 가지는 흐름 특성은 마찰속도와 소류력으로 분석하였고, 이를 이용하여 대표입경과의 관계를 살펴보았다. 대상하천은 국내 4대 유역의 특성을 대표할 수 있는 18개 하천이며, 총 94개 지점에서 연구가 수행되었다. 소류력과 마찰속도의 산정을 위해 국내 하천의 강턱유량에 적합한 홍수빈도를 결정하였으며, 평균 연최대유량의 개념으로 생각할 수 있는 1.01년 빈도 홍수량이 가장 강턱유량에 적합하다는 결론을 얻었다. 분석 결과를 통해 국내 하천의 소류력 및 마찰속도와 하상재료 대표입경 간의 상호특성을 제시하였다.