• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.349-349
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• 2020

기후변화로 인한 돌발홍수와 같은 집중적인 강우현상은 노후화된 제방의 안정성 저하 및 붕괴 등을 야기시킨다. 향후 홍수량이 증가함에 따라 하천의 통수면적이 부족하여 침수 및 범람의 위험성이 증가할 것으로 생각된다. 계획규모 이상의 홍수가 발생하여 홍수위가 제방고보다 높을 때 월류에 의한 제방붕괴로 이어지며, 이러한 월류에 의한 제방붕괴는 가장 전형적인 것이다. 지금까지 월류에 의한 제방붕괴에 관한 연구는 연구자의 다양한 관점 및 방법을 통해 진행되고 있다. 실제 제방붕괴를 관측하는 것은 불가능하므로 기존의 소규모 수리실험 및 모델링을 통한 제방붕괴 메커니즘 분석에는 사실상 한계가 있다. 이러한 점에서 실규모 수리실험을 통한 월류에 의한 제방붕괴 메커니즘을 3차원으로 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 드론 영상을 이용하여 제방붕괴 메커니즘 분석 연구를 수행하였다. 제방은 시간의 흐름에 따라 붕괴양상이 발전한다는 점 등에서 매우 복잡한 물리적 특성이 있다. 드론의 오토촬영 기법을 통한 제방이 붕괴되는 순간을 촬영하기는 쉽지 않기 때문에 셔터스피드촬영 기법을 적용하였다. 특히, 짧은 시간에 변화되는 제방의 붕괴양상을 구체적으로 표현하기 위해 두 대의 드론을 횡·종 방향으로 동시에 비행하여 분석 시 3차원 입체감을 최대화하였다. 이후 횡·종 방향에서 동 시간대 수집된 드론 이미지를 분류하여 PIX4D 매핑 기법을 활용한 최소 정합을 통하여 드론을 활용한 제방붕괴 메커니즘 분석의 활용 가능성을 제시하였다. 향후 스마트 시대의 물산업 경쟁력을 제고함에 있어, 폭이 좁은 하천에 효율적이며 고해상도 시공간 자료를 확보할 수 있는 드론을 활용한 스마트 하천재해 예측 및 관리기술 개발을 통한 하천 원격탐사의 경쟁력을 확보하는 것이 중요하다고 사료된다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.35 no.3
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• pp.579-588
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• 2015

Recent climage changes have resulted in increases in rainfall intensity and flood frequency as well as the risk of flood damage due to typhoons during the summer season. Water-friendly facilities such as ecological parks and sports facilities have been established on floodplains of rivers since the river improvement project was implemented and increases in the flood levels of rivers due to typhoons can lead to direct flood damage to such facilities. To analyze the hydraulic influence of these water-friendly facilities on floodplains or to evaluate their stability, numerical analysis should be performed in advance. In addition, it is crucial to address the drying and wetting processes generated by water level fluctuations. This study uses a Nays2D model, which analyzes drying and wetting, to examine its applicability to simple terrain in which such fluctuations occur and to natural rivers in which drying occurs. The results of applying this model to sites of actual typhoon events are compared with values measured at water level observatories. Through this comparison, it is determined that values of coefficient of determination ($R^2$), mean absolute error (MAE), and root-mean-square error (RMSE) are 0.988, 0.208, and 0.239, respectively, thus showing a statistically high correlation. In addition, the results are used to calculate flood risk indices for evaluation of such risk for water-friendly facilities constructed on floodplains.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.164-164
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• 2011

우리나라는 하상의 평균경사가 급하고 하상계수가 크게 나타나며, 소하천에서의 돌발홍수가 빈발하게 일어나 국내 실정에 적합한 하천 해석 기술을 이용한 바람직한 하천 거동해석이 매우 중요하다고 할 수 있다. 홍수 시 하천의 만곡부나 협착부에서의 흐름은 기본적으로 2차원 흐름으로 서 이 경우 하천 흐름의 수위와 유속 분포는 1차원 하천 모형으로 모의할 수 없다. 특히 우리나라와 같이 하천에 하구둑, 보, 기타 하천 구조물이 많은 경우에는 2차원적인 흐름 해석은 경우에 따라 필수적이다. 본 연구에서는 개발모형인 RAM2 모형을 4대강 살리기 사업이 진행되고 있는 실제유역인 낙동강유역에 적용하여 모형의 적용성을 검증을 위해 그 결과를 실측치와 기존의 법용 프로그램인 RMA-2 모형과 비교하여 모형의 적용성을 입증하였다. 또한 보와 교각과 같은 수공구조물의 설치에 따른 하천흐름의 양상을 파악하기 위하여 RAM2 모형을 달성보 구간에 적용하여 보의 설치 전 후에 대하여 모의를 실시함으로써 모형의 적용성을 입증하였다. 본 연구에 적용된 달성보 구간은 낙동강 살리기 22공구 사업구간으로 중심부에 다기능보가 위치하고 있다. 하천 준설 후, 대상구간 내 보를 설치함으로 인하여 보설치 전 후의 대상구간의 상 하류 하도의 홍수위와 유속분포 등 하천흐름의 양상을 검토하였다. 4대강 살리기 사업에 따라 실제하천의 준설 후 구간내의 전체하도 및 주요 시설물 주위의 하천 흐름을 정확하게 재현하기 위하여 요소망을 조밀하게 구성하고, 안정적인 해를 구하기 위하여 사각형과 삼각형의 복합망으로 낙동강하천정비계획의 측량자료와 GIS프로그램과 SMS를 이용하여 수치모형을 위한 2차원 유한요소망을 구성하였다. 본 연구에서는 보설치 전 후의 대상구간의 상 하류의 홍수위 영향과 유속분포 등 하천흐름의 양상을 연구하기 위하여 대상구간에 대하여 100년 빈도, 500년 빈도의 홍수사상에 대하여 모의를 실시하고 결과를 분석하였다. 하천에서의 흐름, 유사, 오염물 해석을 위한 2차원 유한요소모형은 수자원의 지속적 확보기술의 초석이 될 뿐만 아니라, 필요에 따라서는 하천생태계 보존 및 관리를 위해서도 적용될 수 있어, 수생태계 개선과 친수환경 조성에 크게 기여할 수 있겠다. 또한 하천에서의 흐름, 유사, 오염물 해석을 위한 2차원 유한요소모형을 활용하여 적절한 하천개발 및 관리가 이루어질 경우, 하천의 홍수, 갈수, 환경오염에 따른 사회적인 손실을 방지할 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.346-350
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• 2011

최근에 경제성장과 도시화로 인하여, 하천의 복원사업이 활발하게 진행되고 있다. 특히, 하천복원 사업은 생태계 및 경관의 기능이 강조되고 있으며, 사회적으로 이에 대한 요구가 매우 높아지고 있다. 하천복원 사업을 추진함에 있어서 하천의 제방 법면의 처리에 대하여 많은 시도가 진행되고 있다. 특히, 식생매트는 안정적이면서 자연재료를 활용하여 생태계의 다양성과 녹색 경관을 형성할 수 있어서 많이 도입되고 있다. 그러나 이에 대한 홍수의 안정성 검토가 거의 이루어지지 못하고 있다. 따라서 본 연구에서는 식생매트에 대하여 실외실험을 통하여 홍수에 대한 안정성 및 내침식성 특성을 파악하였다. 식생매트의 표면에 있는 돌기는 유수 중에 부력에 의해 위로 상승하며 수중에서 식생의 역할을 하게 되며, 유수의 직접적인 영향을 저감시키는데 매우 중요한 역할을 하게 된다. 따라서 흐름에 대한 식생매트의 법면보호 효과를 증대시키기 위해서는 법면과 식생매트의 부착을 크게 하고, 식생매트를 부착시키는 앵커의 수중 노출을 최대한 저감하며, 유수 중에 앵커의 식생매트의 부력에 대한 지지력을 증가시키는 것이 중요하다. 또한 식생매트와 식생매트의 접합부에 유수 중에서 흐름의 집중이 발생하지 않도록 시공이 필요할 것으로 사료된다. 연구의 실험 결과는 복강첩이(福岡捷二)등(1987)이 제시한 식생의 활착에 의해 뿌리의 깊이에 대한 내침식성 특성과 비교하였다. 부직포가 2겹일 경우에 식생매트의 내침식성 강도는 복강첩이(福岡捷二)등(1987)에 의하여 제시된 식생뿌리 깊이가 10 cm 인 경우보다 약간 작으나, 부직포가 3겹일 경우에는 경우에는 복강첩이(福岡捷二)등(1987)에 의하여 제시된 식생뿌리 깊이가 10 cm 인 경우와 잘 일치하는 것을 보여주고 있다. 또한 부직포가 4겹일 경우에는 식생매트의 내침식성 강도는 복강첩이(福岡捷二)등(1987)에 의하여 제시된 식생뿌리 깊이가 10 cm 인 경우보다 큰 것을 보여주고 있다. 또한 평균 침식깊이는 부직포가 2겹일 경우에 평균 3.8 cm이며, 부직포가 3겹일 경우에 평균 3.4 cm 이었다. 부직포가 4겹일 경우에는 평균 침식깊이는 3.0 cm 이었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.258-258
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• 2022

물넘이 형식에는 수문과 밸브로 조절할 수 있는 조절형식, 개수로 및 관수로 형식의 자연적으로 수위조절이 되는 비조절형식, 레버린스(Labyrinth), 피아노건반(Piano Key Weir), 사이펀(Siphon) 등의 특수형식으로 구분할 수 있다. 이 중에서 피아노건반 물넘이는 레버린스 물넘이를 피아노건반 모양으로 개량한 것으로 2003년 알제리 Biska 대학의 Quamane 교수에 의해 제안되었다. 제한된 물넘이 폭에 물넘이의 길이를 연장하여 방류능력을 증가시키는 효과를 나타내는 물넘이 형식으로 여수로의 월류수심을 낮게 유지하면서 방류량을 증가시킬 수 있다. 피아노건반 물넘이는 2006년에 프랑스에서 최초로 적용되었으며, 현재까지 약 30여 지역(프랑스, 베트남, 호주 등)의 댐에 적용되었다. 본 연구에서는 국내 저수지를 대상으로 여수로에 피아노건반 물넘이를 적용하여 방류능력과 수리적 안정성 검토를 위해 농어촌연구원 국제융합수리시험센터에서 수리모형실험을 수행하였다. 농어촌연구원은 2018년도에 기존 수리모형실험 시설을 확장하여 가로 250m, 세로 102m의 국내 최대규모의 실내 수리모형실험 시설을 준공하였고, 대형유사순환수로, 고정식 급경사수로, PIV 전용실험수로 등 기능별 7종의 실험수로를 갖추고 있다. 수리실험은 Froude 상사에 의한 축척을 적용하여 모형을 제작하였고, 기존의 수리시설과 하류하천까지 포함하여 70m(L)×20(B)×2m(H) 규모이다. 실험은 유량을 다양하게 변화시키면서 수위-방류량을 검토하였고, PMF 홍수위에서 방류량이 배제 가능한지 검토하였다. 또한, 물넘이의 안정성 검토를 위한 접근유속을 게측하였고, 물넘이를 통해 월류하는 흐름의 유황을 분석하여 수리학적으로 안정한 흐름이 발생하는지 검토하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.943-947
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• 2009

강원지역은 산지가 89%를 차지하고 있어 도로의 대부분이 하천을 끼고 발달되어 있어서 집중호우 시 하천 만곡 수충부에서 급격한 홍수위 상승과 하상세굴이 발생되고 산지의 수로나 계곡 등에서 토석류가 발생되기 때문에 극심한 도로피해가 빈발하고 있다. 산지하천은 지형 및 지질적인 요인으로 경사가 급하고 만곡 수충부가 많이 발달되어 있기 때문에 홍수시 유속이 매우 빠르고 만곡 수충부에서 수위상승과 횡방향 수위 변동이 심하다. 따라서 산지유역의 하천과 도로의 방재설계를 위해 평창 속사천 시험유역의 운영을 통하여 신뢰성 있는 고품질의 산간유역 수문자료를 지속적으로 확보하고자 한다. 강우-유출구조 규명을 위한 강우관측소와 수위 관측소 등의 계측시스템을 설치와 실시간 수문관측 자료의 전송 및 정기적인 현장 방문으로 수집된 수리수문자료에대해 DB를 구축을 필요하다. 또한 홍수시 하천으로 유입되는 토석류의 수리특성자료인 조도계수 산정, 분석, 평가를 통해 하천유역내의 수리 구조물의 설계 및 유지관리. 하천개수 및 하도의 안정 등을 할수 있을 것이다. 수자원개발 및 관리를 위한 하천계획에 필요한 요소 중 유사량을 측정할 수 있는 부유사량 및 소류사량 측정기기를 도입하여 유역의 수문특성에 대한 보다 정확한 규명과 관측된 자료를 이용한 장/단기 수문순환모형의 개발을 위한 검정 및 검증자료의 제공할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.398-398
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• 2011

강원지역은 산지가 89%로 거의 대부분을 차지하고 있어 도로의 대부분이 하천을 끼고 발달되어 있으며 집중호우시 하천 만곡 수충부에서 급격한 홍수위 상승과 하상세굴이 발생되고 산지의 수로나 계곡 등에서 토석류가 발생하기 때문에 극심한 도로피해가 빈발하고 있다. 산지하천은 지형 및 지질적인 요인으로 경사가 급하고 만곡 수충부가 많이 발달되어 있기 때문에 홍수시 유속이 매우 빠르고 만곡 수충부에서 수위상승과 횡방향 수위변동이 심하다. 본 연구는 한강의 제1지류인 평창강의 상류 속사천에 위치한 시험유역으로 산지유역의 하천과 도로의 방재설계를 위하여 신뢰성 있는 고품질의 산간유역 수문자료를 지속적으로 확보하고자 한다. 강우-유출구조 규명을 위한 강우관측소와 수위관측소 등의 계측시스템을 설치하여 실시간 수문관측 자료의 전송 및 정기적인 현장 방문으로 수집된 수리수문자료에 대한 DB구축을 하였으며, 홍수시 하천으로 유입되는 토석류의 수리특성자료인 조도계수 산정, 분석, 평가를 통해 하천유역 내의 수리 구조물의 설계 및 유지관리, 하천개수 및 하도의 안정 등을 도모 할 수 있다. 수자원개발 및 관리를 위한 하천계획에 필요한 요소 중 유사량을 측정할 수 있는 부유사량 및 소류사량 측정기기를 도입하여 유역의 수문특성에 대한 보다 정확한 규명과 관측된 자료를 이용한 장/단기 수문순환모형의 개발을 위한 검정 및 검증자료의 제공할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.1481-1485
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• 2010

강원지역은 산지가 89%를 차지하고 있어 도로의 대부분이 하천을 끼고 발달되어 있어서 집중호우 시 하천 만곡 수충부에서 급격한 홍수위 상승과 하상세굴이 발생되고 산지의 수로나 계곡 등에서 토석류가 발생되기 때문에 극심한 도로피해가 빈발하고 있다. 산지하천은 지형 및 지질적인 요인으로 경사가 급한 만곡 수충부가 많이 발달되어 있기 때문에 홍수시 유속이 매우 빠르고 만곡 수충부에서 수위상승과 횡방향 수위변동이 심하다. 따라서 산지유역의 하천과 도로의 방재설계를 위해 평창 속사천 시험유역의 운영을 통하여 신뢰성 있는 고품질의 산간유역 수문자료를 지속적으로 확보하고자 한다. 강우-유출구조 규명을 위한 강우관측소와 수위관측소 등의 계측시스템을 설치와 실시간 수문관측 자료의 전송 및 정기적인 현장 방문으로 수집된 수리수문자료에 대해 DB를 구축을 실시하였다. 또한 홍수시 하천으로 유입되는 토석류의 조도계수 산정을 통해 하천유역내의 수리 구조물의 설계 및 유지관리, 하천개수 및 하도의 안정 등을 평가할 수 있을 것이다. 하천계획에 필요한 유사량을 측정하여 유역의 수문.수리특성에 대한 보다 정확한 규명과 관측된 자료를 이용한 장/단기 수문순환 및 수리모형의 개발을 위한 검정 및 검증자료의 제공할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.615-619
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• 2010

4대강 살리기 프로젝트 중 하나인 금강 살리기에는 현재 금남보, 금강보, 부여보가 신설 예정이다. 본 연구에서는 금강 살리기 사업 중 부여보에 대하여 계획홍수량인 100년빈도 유량의 흐름 예측을 위한 1 2차원 수치해석과 수리적인 형상을 실제 흐름으로 관찰하기 위한 수리모형실험을 실시하여 부여보의 치수안정성을 검토 및 분석하였다. 본 연구를 위하여 1차원 수치해석은 HEC-RAS모형, 2차원 수치해석은 SMS RMA2 모형을 사용하였다. 수리모형 실험은 부여보 기준 상 하류 3km 구간에 대하여 축척 1/60 정상모형으로 제작하였다. 그 결과 부여보 상 하류구간에서 원활한 흐름특성이 나타났으며, 100년빈도 유량에 대하여 수치해석과 수리모형실험 모두 계획홍수위를 넘지 않는 것으로 나타났다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2011.02a
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• pp.101-101
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• 2011

현재 국내에서 시행되고 있는 '4대강 살리기 사업'은 하천에서 발생하는 홍수 및 가뭄재해방지를 위한 다양한 공학적 노력을 시도하고 있다. 특히 안정적인 수위 및 유량확보와 홍수방지를 위한 보(weir)가 4대강 유역에 16개 설치되고 있다. 이러한 보 구간에는 고정보와 가동보가 복합적으로 설치되고 있으며 가동보는 그 형상과 운영방식에 따라 다양한 설계방안이 적용되었다. '4대강 살리기 사업' 중 낙동강 23공구의 강정보 공사 구간에는 원호형태의 측면 형상을 갖는 라이징 섹터게이트(Rising sector gate)가 적용되었다. 라이징 섹터게이트는 구조물의 높이가 낮고 수문의 개폐장치가 수문피어 구조물 내에 설치되어 경관이 우수하며, 구조가 간단하여 비체와 수류의 안정성이 뛰어나기 때문에 4개의 공사구간에 적용되었다. 따라서 본 연구에서는 강정보의 가동보 구간 2문 중 1문을 1/100 축척으로 제작하여 가변경사 개수로에 설치하고, 홍수 빈도별 상류 유량 조건과 하류단 수위조건으로 케이스를 정하여 실험을 수행하였다. 본 실험에서 사용한 개수로 장치는 너비 0.6 m, 높이 0.8 m, 그리고 길이 15.0 m(측정가능 구간, 헤드탱크와 테일게이트 부제외)의 개수로 실험장치이다. 측부는 모두 강화유리로 되어 육안관찰 및 계측 시 용이하게 제작되었으며, 순환식 유량 공급장치를 구축하여 수로의 하부에 설치된 유량탱크로부터 계속적으로 순환하도록 설계되었다. 또한 수로 하단으로부터 상단방향으로 약 33 m 지점에 전동 유압식 Jack screw 2기가 설치되어 경사도를 조절할 수 있도록 제작되었다. 유량조절용 판넬의 제어기판에는 디지털 경사계가 설치되어 있기 때문에 보다 정확한 경사도의 조절이 가능하다. 보 모형의 총연장은 53 cm이며 폭은 45 cm이다. 섹터게이트의 게이트부분은 직경 15 cm로 설계하였다. 문주부분을 포함한 모든 모형은 아크릴로 제작하며 레이저의 주사를 방해하지 않으며 투과율을 최대로 할 수 있도록 고강도의 아크릴을 가장 얇게 하여 중공형태를 채택하였다. 실험조건은 우선 보의 운영방안에 따라 게이트의 4가지 개방도를 설정하였고, 특히 평수위조건에서는 보의 상류부에 퇴적된 퇴적물의 세척을 위한 flushing 운영개방도 포함되어 있다. 홍수시에 대한 유량조건은 2년 빈도에 해당하는 유량을 수문의 비율과 상사법칙에 따라 설정하였으며 하류단 수위조건도 동일한 조건에 대한 값을 채택하여 적용하였다. 유동장의 해석을 위해서는 비접촉식 계측방법인 PIV(Particle Image Velocimetry) 시스템을 채택하여 2차원(x-z 방향) laser sheet를 생성하고 주입된 particle에서 반사된 변위(displacement) 정보를 상호상관(cross-correlation)기법으로 유동장을 계산하였다. 또한 수리모형과 동일한 지형격자를 구축하여 3차원 CFD 프로그램인 FLOW-3D로 계산하여 결과를 비교하였다. 특히 flushing 운영방안에 대한 게이트부의 개방도를 세가지(30, 45, $60^{\circ}$)로 구분하여 모의하였고, 적절한 개방도를 제안하고자 하였다. 실험결과는 우선 4가지 운영방안에 대한 가동보 주변에서의 유속장을 파악하였고, 최대유속의 발생위치의 변화를 확인할 수 있었다. 그리고 이에 따른 보의 바닥에서 최대유속이 발생할 경우, 하상보호공 위치와 거리 등에 대해서 분석하였다. 이를 통해 가동보 운영에 따른 다양한 유속구조를 파악할 수 있게 되며 구조적 안정성 확보를 위한 검증자료로 활용될 수 있을 것으로 예상된다. 향후, 가동보 운영방안 중 수세효과(flushing effect)에 대한 효과분석을 위해 게이트부 상류구간에 적절한 입경과 비중의 퇴적물질을 설치하는 연구와 상류부에서의 유입유사농도 및 시간변화에 따른 퇴적에 관한 연구를 수행할 계획이다.