• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.1541-1545
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• 2009

홍수 기간 중 부유잡목에 의한 수위상승 원인은 크게 상류부에서 이송되어진 유송잡물에 의한 교량 등의 수공구조물에 집적으로 인한 통수능 부족에 의하여 발생되는 수위상승과 하천내 수공 구조물의 부적절한 설계 및 시공으로 인한 수위상승으로 구분되어 진다. 현재 교량의 여유고 산정에 사용되는 홍수위는 통수능을 고려하지 않은, 하천정비계획에 사용되는 홍수위를 적용하고 있으며, 다만 통수능의 확보를 위하여 경간장에 대한 제한을 두고 있을 뿐이다. 중소하천에 위치하는 교량의 경우, 여유고 확보에 대한 기준을 적용함에 있어서 교량이 위치한 하천 단면에서의 통수능의 영향이 고려되어야 유수의 월류에 대한 위험성을 줄일 수 있다. 더욱이 하천설계기준(2005)에서는 고정 홍수량에 의한 여유고 산정치를 제안하고 있을 뿐이기 때문에, 하천설계기준에서 교량과 관련된 여유고도 하상변동과 만곡부에 의한 수위 상승, 유송잡물에 의한 통수능 영향, 계산오차 등을 고려하여 충분한 여유고를 확보하도록 보완할 필요가 있다. 본 연구에서는 부유잡목에 의한 수위상승 원인을 분석을 하고, 이에 따른 수리모형실험을 통하여 부유잡목의 높이/폭(H/B)변화에 의한 수위상승, 부유잡목의 형태별 수위상승, 교각사이 개도비에 따른 수위 상승량을 산정하여 기존의 여유고에 대한 추가적인 여유고를 확보하여 홍수시 통수능을 확보하고자 하였다. 부유잡목의 형태에 따른 수위상승량을 산정하기 위하여 개도비를 70%로 고정한 후, Fr수를 변화시켜 부유잡목의 높이/폭(H/B) 형태에 따라 산정한 결과, 부유잡목이 존재하지 않는 상태에 비하여 부유잡목에 의한 영향으로 인한 수위증가율이 Fr값이 클수록 더욱 크게 나타났으며, 부유잡목이 동일면적인 경우 폭(B)에 비하여 높이(H)가 커질수록 수위 상승이 크게 나타났다. 또한, Fr수 변화에 따른 최고수위 상승율을 구하였을 때, 상류조건에서 Fr < 0.5 인 경우는 기존 여유고에 대하여 최대 10%의 여유고를 추가 확보하며, 0.5 < Fr < 1 인 경우는 기존 여유고에 대하여 최대 20%의 여유고를 추가 확보하도록 설계하는 것이 바람직하다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.527-531
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• 2007

하천내에서 작은 물고기의 국지적인 회유 또는 이동 습성은 먹이를 구하고, 산란 및 성장과 집단에서 분산하고, 위험으로부터 도피하는 것에 밀접한 연관이 있다. 하천의 합류부와 연결부에 제방(levee), 도로(road) 등이 설치되는 경우 일반적으로 암거형태의 인공수로로 상 하류를 연결되는데, 암거내 수리특성상 평수시 저유량, 고유속, 저수심의 수리특성을 보인다. 이러한 수리특성은 물고기가 이동하는데 장애(barrier)가 되어 생태적으로 하천내 종다양성 감소와 일부 어종의 멸종을 초래한다. 어도 설치시 설계기준에서 가장 주목할 부분은 어도를 이용할 대상어종의 범위와 유영능력이다. 하천설계기준(2005, 한국수자원학회)에서 제시된 물고기의 유영능력은 대부분 국외 어종을 대상으로 외국에서 실험한 결과를 이용하고 있다. 그러므로 이러한 기준이 국내 어종에 대해 적합한지에 대한 검토가 필요하다. 본 실험의 목적은 국지회유성인 피라미와 각시붕어가 인공수로를 통과할 때의 유영행동 중 소상성공율과 유영속력을 평가하고자 함이다. 유영행동의 실험방법은 Brett(1967)에 의해 제안된 2가지 방법인 증진유속방법과 고정유속 방법중에서 물고기의 이동경로와 소상능력을 확인하기에 용이한 고정유속방법을 사용하였다. 또한, 효과적인 실험을 위해 실험어종(피라미 100마리, 각시붕어 100마리)이 실험 중에 최적의 건강상태를 유지할 수 있도록 물고기의 적응 기간(24시간)과 실험 중 휴식기간을 두었다. 실험결과 체형이 방추형(fujiform)인 피라미의 경우 평균유속 $0.7{\sim}0.8m/s$구간에서 소상성공율이 61%에서 26%로 급격하게 하락하는 현상이 나타났다. 그리고 측편형(compressiform)의 체형을 가진 각시붕어의 경우 평균유속 0.4m/s에서 소상성공율이 25%로 나타났으며 그 이상의 유속에서는 10%이하로 나타났다. 실험어종의 이동경로를 분석한 결과 대부분 수로바닥에 밀착하여 최저유속구간을 이용하여 이동하는 것으로 나타났으며, 이동경로의 지점유속은 평균 유속의 70%정도로 나타났다. 실제 하천에 설치된 인공수로가 생태통로의 기능을 유지하기 위해서는 평상시 수리특성이 대상어종의 유영능력을 초과하지 않도록 설계되어야 한다. 특히, 하천에 설치된 인공수로의 길이가 $5{\sim}10m$정도일 경우라면 피라미의 소상 가능성을 50% 이상 확보하기 위해서는 평수시 설계유속이 0.7m/s를 초과하지 않아야 할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.483-483
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• 2017

하천제방의 설계 시 침식 및 세굴에 대한 보호를 위해 호안을 설치하도록 하고 있으나 확실한 설계기준이 없는 실정이며 호안이 설치된 이후에도 호안에 대한 관리나 안전성 검사가 수행되지 않고 있다. 홍수로 인해 제방이나 호안의 손실이 발생하면 피해복구를 실시하는 수준에서 하천의 제방관리가 이뤄지고 있다. 따라서 본 연구에서는 하천흐름에 대한 호안의 안전도를 산정하여 도상에 표시해 제방의 유지관리에 활용할 수 있는 세굴안전도맵을 제시하였다. 세굴안전도는 호안의 형식별로 하천흐름에 대한 외력과 호안자체의 저항을 나타내는 내력을 비로 산정하였으며 매우안전, 안전, 보통, 위험, 매우위험의 5단계로 평가하였다. 남강유역을 시범유역으로 하여 남강댐 하류부터 낙동강 합류부까지의 모든 제방에 대해서 안전도를 평가하였다. 우선적으로 현장조사를 통해 제방호안에 대한 설계도서와 현장시공결과를 비교하였으며 호안의 확인이 어렵거나 호안설치가 되지 않는 제방에 대해서는 무호안 또는 식생호안으로 가정하였다. 산정된 하천제방 세굴안전도를 GIS를 활용하여 맵으로 도시한 결과 만곡부 또는 합류부에서의 세굴안전도가 낮게 평가되는 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 산정된 하천제방 세굴안전도 맵을 하천관리에 활용한다면 직관적으로 위험제방에 대한 파악이 가능하고 투자우선순위를 결정하는데 기초자료로 활용되어 하천관리 업무의 효율성을 높일 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.439-439
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• 2021

하천에서는 물리적 및 생태적 측면에서 종횡적 연결성이 매우 중요하며 이를 통해 물리적 환경 변화에 따라 변화하는 생물의 종도 연속적으로 변화하여 이어진다. 하천에서 안정적으로 물이 흐르고 거기서 서식하는 어류들의 보호 및 생태계 보전을 위해 어류의 이동이 가능하도록 보 혹은 댐 등과 같은 하천 횡단구조물 설계 시 어도를 추가적으로 설치하고 있다. 어도는 어류의 이동이 차단 혹은 곤란한 경우 이동이 가능하도록 만들어진 수로를 의미한다. 국내에 설치된 보는 35,000개 이상으로 이 중 어도는 5,081개가 설치되어 있다. 우리나라의 하천설계기준의 어도설계기준은 2002년에 개정되었으며 보의 부대시설로 어도의 형식에 대해서 다루어졌다. 그러나 어도의 기능을 평가하고 효율성을 증대시키기 위하여 어도 내의 수리 특성을 정확히 파악하여야 하며 또한 어류거동 및 이동에 대한 특성을 고려하여 적절한 어도의 위치선정 및 설계유량을 선정해야한다. 이를 위해 본 연구에서는 2차원 수리해석모형(Kim et al., 2018)에 Lagrangian기반 어류이동모형을 결합한 수치모형을 개발하고 이를 수리실험결과(Tan et al., 2018)와 비교하여 검증을 수행하였다. 어류의 운동 및 생물학적 특성을 반영하기는 매우 어렵기 때문에 현장조사 및 실험실 테스트로 통하여 획득한 주요 특성만을 반영하였다. 이러한 시도는 최근 기후변화 및 하천의 자연성 회복을 위한 종횡적 연결성을 검토하고 어도기능을 평가할 수 있는 기술로 활용이 가능할 것으로 보인다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.445-445
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• 2016

급변하는 개수로 흐름에서 발생하는 바닥전단응력의 분포는 하천구조물 설계에 있어 매우 중요한 요소이다. 하천 구조물 중 호안에 대한 하천설계기준 '설계편 제 24장 호안'에는 호안 설계에 대한 일반적인 사항이 제시 되어 있으나, 구체적인 소류력 또는 유속에 대한 기준, 각 호안공법들의 안정성을 평가하기 위한 시험법 등에 대한 구체적인 기준이 부족한 상황이다. 소류력 측정방법에는 간접측정법과 직접측정법이 있다. 간접측정법에는 Reach-Average공식, Reynolds Stress, TKE공식 (Turbulent Kinetic Energy)이 있고 직접측정법에는 Shear Meter, Preston Tube 등이 있다. 본 연구에서는 바닥전단응력을 직접 측정할 수 있는 1차원 소류력 측정장치를 개발하고, 최대유속 5m/s 가변형 고속수로 실험을 통하여 Reach-Average 공식, Reynolds Stress, TKE 공식으로 산정한 바닥전단응력 값과 1차원 소류력 측정장치 값을 비교 분석하였다. 실험케이스는 총 3개로, 22.42???, 30.00???, 41.00??? 유량을 사류이면서 난류인 상태로 실험을 수행하였다. 분석 결과, 본 연구에서 개발한 1차원 소류력 측정장치의 측정값은 TKE공식과 약 2.3% 차이가 났으며, Reach-Average공식과 약 8.1%, Reynolds Stress는 약 22.1% 차이가 났다. 즉, 본 연구에서 개발한 1차원 소류력 측정장치는 유속 범위(1m/s ~1.6m/s )에서 TKE공식을 이용한 바닥전단 응력과 가장 근사하게 나타나는 것으로 분석되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.195-195
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• 2019

최근 센싱 기술과 정보화의 영향으로 하천에서 발생하는 다양한 정보들이 디지털화되어 저장되고 있으며, 이를 효율적으로 저장하고 관리하고자 하는 연구가 수행되고 있다. 특히, 과거에는 점, 선, 면으로 구성된 자료 위주로 구성되어 있어 수집된 자료를 주제별로 관리하는 레이어 형식으로 저장하여 자료를 표출하기 위한 목적으로 설계되었지만, 최근에는 영상자료, 시계열자료 등 기존의 자료와 다른 비구조적 형태의 자료가 발생함에 따라 하천 네트워크를 기반으로 한 하천공간정보를 관계형 구조로 설계하고 있다. 하천의 경우, 각 하천공간정보가 가지는 고유의 값을 활용하여 인접한 하천 네트워크를 구성하는 하천의 중심선 혹은 최심선을 기준으로 하천공간정보들을 관계성을 부여한다. 하지만 이러한 관계성은 자료의 저장, 관리, 제공에는 유리한 측면이 있지만 기하학적인 고려가 없기 때문에 공간정보로서 활용하기에는 한계가 존재한다. 쉽게 설명하면, 1차원 점에 해당하는 공간좌표는 가장 가까운 하천 네트워크를 대상으로 관계성 부여가 가능하지만, 2차원 선과 3차원 면에 해당하는 도형을 대표하는 위치가 공간적으로 많기 때문이다. 본 연구에서는 하천 네트워크 기반 공간정보가 관계성을 부여하되 하천공간정보가 가지는 기하하적 구조를 반영하기 위해 하천 네트워크를 중심으로 한 곡선좌표계 부여 방법을 제시하고자 한다. 하천은 실제로 연속적으로 변화하며, 곡선으로 이루어져 있기 때문에 공간적으로 직교좌표계를 활용하기 보다는 곡선좌표계를 활용하는 것이 더 적합한 것으로 알려져 있다. 실제로 많은 수치해석 모형에서는 곡선좌표계를 고려하여 수치해석을 수행하고 있으며, 도로나 교통 분야의 공간정보에서도 공간적 고려를 위해 곡선좌표계를 활용하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 하천 중심선 혹은 최심선을 기준으로 흐름방향 거리를 S, 횡방향 거리를 N으로 설정하여 곡선좌표계를 정의하였으며, 직교좌표계와 곡선좌표계간의 좌표변환을 위해 이차원 변환방법인 투영변환을 활용하였다. 본 연구에서 제시된 방법을 활용할 경우, 하천 네트워크 기반 공간정보가 자료 간의 관계성을 유지하며, 기하하적 고려가 될 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.1835-1839
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• 2006

최근 빈번히 발생하는 국지성 집중호우 등의 기상이변과 도시화로 인한 불투수 면적의 증가는 급격한 유출량의 변화를 가져와 홍수로 인한 피해를 가중시킬 수 있다. 따라서 홍수방어시설인 제방의 경우 발생가능성은 낮지만 확률홍수량에 따른 제방 여유고의 평가도 필요하다. 본 연구에서는 대표적 도시하천인 탄천을 대상으로 하천정비기본계획(2000)에 수립된 계획홍수량과 최근 7년간 실측한 관측 결과로 계산한 확률홍수량을 조건으로 각각의 경우에 따른 한강 합류부(하류단)부터 상류 9 Km까지의 제방 여유고를 국내와 국외의 설계기준으로 비교, 검토하였다. 검토조건으로는 계획홍수량에 대해서는 3가지 경우의 하류단 수위를 경계조건으로 설정하였고 확률홍수량(80년, 100년, 200년 빈도)에 대해서는 각각의 경우에 발생 가능한 하류단 수위를 경계조건으로 설정하였다. 검토결과 탄천의 경우 계획홍수량에 대해서는 대체로 안전측으로 나타났지만 계획빈도 이상의 확률홍수량에 대해서는 국내, 일본의 설계기준에 제시된 여유고보다 상류 일부구간에서 여유고가 부족한 경향을 보이는 것으로 나타났다. 제방 여유고를 미국(도시하천의 경우 최소 0.91 m)의 경우와 비교하여도 안전측에 속한다고 평가할 수 있다. 하지만 본 검토의 대상인 제방이외의 일부 수공구조물(교량등)에서 여유고가 일부 부족한 것도 확인할 수 있었다. 이에 새로이 하천정비를 실시할 탄천(2006년 예정)의 경우 이러한 부분에 대한 검토 및 보완이 필요할 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2003년도 학술발표회논문집(1)
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• pp.9-10
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• 2003

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.102-102
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• 2011

보는 하천에서 취수나 하상유지를 위한 하천횡단구조물로 일반적으로 본체, 물받이, 바닥보호공 등으로 구성되며 제방 연결부 호안 및 밑다짐 등에 대한 설계기준이 하천설계기준에 제시되어 있다. 그러나 태풍 루사나 매미에 의한 피해사례를 보면 하천 횡단 구조물 본체가 파괴되는 피해 뿐만 아니라, 구조물과 제방과의 연결부가 세굴이 발생되어 붕괴되는 사례가 많이 발생하고 있다. 하천설계기준 해설(2009)에는 이러한 보와 제방의 연결부 부분을 연결호안이라하여 관련 기준을 제시하고 있으나, 설치구간의 길이를 정할 때 하천의 규모나 하도의 특성을 고려하지 못하고 일률적으로 결정하도록 하고 있다. 이에 건설기술연구원의 '보 및 낙차공 설계기술 개발 연구보고서'(윤광석 등, 2006)에서는 고정상 실험을 통해 연결호안 설치구간에 대한 실험식을 제시하였다. 본 연구에서는 3차원 수치모의를 통하여 건설기술연구원에서 수행하였던 실험을 재현하고, 제방을 이동상으로 하여 인자들 간의 상호 관계를 밝히며, 그 특성을 분석하고자 한다. 그리고 윤광석 등(2006)에 의해 제시된 실험식에 적용하여 검증하였다. 수치모의는 유량을 $0.7{\sim}2.8m^3/sec$까지 변화하며 수행하였으며, 유사의 대표입경은 0.63mm로, 상류수심은 1.0m로 일정하게 유지하였다. 수치모의는 평형세굴 발생 후, 최소 모의시간의 10%정도 지난 시간까지 하였다. 수치모의 결과는 다음과 같다. (1) 유량이 증가함에 따라 유속 및 Froude 수가 증가하여 상 하류부 세굴 발생 범위와 폭은 증가하였다. (2) 상류는 하류에 비해 유량에 따른 세굴발생 범위가 상대적으로 작게 나타났으며, 이는 하류단에 비해 상류단의 유속 및 Froude 수의 차이가 작았기 때문인 것으로 판단된다. (3) 세굴의 폭을 측정함으로써 세굴에 가장 취약한 부분을 짐작할 수 있으며, 설계에 반영되어 호안이나 옹벽의 두께결정에 적용한다면 세굴에 대해 좀 더 안전한 설계가 될 수 있을 것이다. (4) 건설기술연구원(2006)에서 제시한 식(1)과의 비교를 통해 수치모의 결과가 식(1)로부터 계산된 값보다 작음을 알 수 있으며, 그 이유는 식(1)의 범위는 와류영역구간을 나타내서 연결호안 설치구간 길이를 제시하고 있는 반면, 본 연구의 수치모의 결과는 세굴이 발생한 범위를 제시하였기 때문이다. 향후 보 높이와 좀 더 다양한 유량에 대한 경우를 수치모의하고, 이동상 제방에 대한 실험을 통해 명확한 식을 제안 할 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.320-320
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• 2011

하천 유사량은 유량과 마찬가지로 충적 하천의 기본적인 자료로서 하상변동 예측, 저수지 퇴사량 추정, 유사 유출량 추정, 하도 계획과 설계, 유사조절 계획 수립 등에 다목적으로 활용된다. 선진 외국의 경우는 유사량관측망을 구축하여 일찍이 유역관리 및 하천관리, 하천시설물관리 및 댐 관리 등을 위한 자료를 생산하고 있으나, 국내의 경우는 유사량 측정 기반 및 실측된 유사량 자료가 부족한 관계로 단순한 가정이나 경험식에 의한 추정치들의 활용 빈도가 높다. 본 연구에서는 국내 특성에 맞는 관측망을 구축하기 위해서 국내외 관측망 구축 사례 등을 조사 분석하였으며, 이를 토대로 유사량관측망 구축 방법을 개념화하였다. 개념화된 유사량 관측망 구축방법은 유역관리, 하천관리, 하천시설물 관리, 댐 관리 측면을 포괄하는 방법으로 관련계획 및 설계기준 검토, 유사량조사 현황 검토, 설계대상 수위관측소 선정, 현장조사 등의 과정을 필요로 한다. 본 연구에서는 관측망 구축대상 지점을 국가수위관측망(643개소)로 하였으며, 이를 통해 총 138개소의 유사량관측망을 목적별로 구축하였다. 권역별로는 한강권역 44개소, 낙동강 권역 37개소, 금강 권역 33개소, 섬진강 권역 12개소, 영산강 권역 12개소로 구축되었다.