• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.714-718
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• 2010

하천에 설치되는 하도 내 구조물이 하천 흐름에 미치는 영향은 매우 크다고 할 수 있다. 특히 최근 한국의 4대강 살리기 사업과 관련하여 하도 준설과 동시에 하도 전체를 횡단하는 구조물이 설치되는 경우에는 하천의 수리학적 흐름특성은 더욱 크게 변화하고, 그 영향 또한 매우 광범위하게 미치게 된다. 이에 본 연구에서는 낙동강 수계에 설치 계획된 하천 횡단 구조물 1 개소를 연구 대상구간으로 선정하여 구조물 설치에 따른 수리학적 흐름 특성 변화를 분석하고자 한다. 본 연구에서는 대상 하천인 낙동강의 기 수립계획 및 관련 문헌 자료를 조사하고 금회 과업대상구간에 대해 현재 하도의 상태와 하도정비 및 보 설치계획에 따른 변화된 하도를 구분하였으며, 구분된 하도 상황에 따라 수치모형을 적용하여 결과를 분석 하였다. 하도 내 유속 및 수위 등의 기본적인 수리량은 1차원 모형의 적용으로 산정하였으며, 기 수립계획과의 비교를 통해 모형의 검증을 수행하였다. 또한, 1차원 모형이 갖는 한계 보완 및 국부적인 수리 특성 분석을 위해 2차원 동수역학 모형의 모의를 수행하였다. 이때 유량 및 기점수위 등의 경계조건은 1 2차원 모형에서 동일하게 설정하여 수치모의를 수행하였으며, 횡단 구조물 설치에 따른 주요지점의 하도 수리학적 흐름 영향 분석을 수행하였다. 각각의 수치모형의 적용 결과, 횡단 구조물 설치에 따른 하도 준설 등의 계획이 실행되면 유속 및 수위는 감소하는 것으로 분석되었으며, 유황은 하도의 중앙부에 집중되는 것으로 분석되었다. 이러한 결과는 유수의 원활한 소통을 가능케 하고, 치수 안정성 확보에 순기능을 할 것으로 판단된다. 또한, 다기능 보 즉, 하도 횡단 구조물의 설치로 인한 하도 흐름 영향 검토 결과는 고정보 부근의 흐름에서는 설치 전과 비교하여 상대적인 유속의 감소가 될 것으로 분석되었으며, 퇴적 지향적인 하도로의 변화가 예상되었다. 이와는 반대로 가 동보 부근의 흐름에서는 유속이 증가하는 것으로 분석됨에 따라 하도 본래가 갖는 안정성 확보 및 구조물의 유지관리를 위한 세심한 주의가 필요할 것으로 판단된다. 본 연구의 결과는 향후 현장 모니터링과 실내 모형실험 등의 계속된 연구 수행을 통한 자료의 축적 및 분석으로 하도 내 횡단 구조물 설치가 하도에 미치는 영향이 최소화 될 수 있는 지표가 산정될 수 있는 초석이 될 것으로 기대한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.237-237
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• 2022

우리나라 하천 내에 설치된 횡단구조물은 보 35,000개소 이상으로 전국 하천의 0.6 km마다 수공구조물이 위치해 있으며 이로 인해 종적(longitudinal) 연결성에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 농어촌연구원의 조사에 따르면 하천 횡단구조물이 설치된 구간에 어도 설치율은 14.9%로 나타났으며 이는 수생태 관점에서 연속성이 매우 열악한 상태임을 확인 할 수 있다. 이에 우리나라 각 부처 국토교통부, 환경부 등에서는 수생태 연속성을 확보하고자하는 노력이 지속되고 있으며 대표적으로 어류의 이동통로인 어도를 설치하거나 기존 어도의 효율을 향상시키기 위하여 개보수 작업을 지속적으로 실시하고 있다. 어도의 기능을 평가하기 위해서는 어도 내의 수리특성을 정확히 파악하는 것이 중요한데 연속적인 구조물로 구성된 어도 내 흐름은 매우 복잡하다. 특히 어도 내 구조물간 상호작용에 의하여 비정상 흐름이 발생하며 구조물 뒤에서는 사수역(dead zone)이 형성된다. 사수역에서 나타나는 와류의 거동은 구조물의 기하학적 특성에 따라 변화한다. 본 연구에서는 2차원 수심적분 수치모형을 활용하였으며 벽면 근처 점성저층의 유속분포을 재현하기 위하여와 점성항에 감쇠함수(damping function)를 고려하였다. 수치모형의 검증을 위해 실내 실험수로의 직선 개수로에서 PIV(particle image velocimetry)를 활용하여 연속적으로 배치된 구조물에 의한 유속자료를 활용하였다. 이 결과는 향후 새로운 어도설계 혹은 기 설치된 어도의 수리학적 기능을 평가하는데 활용이 가능할 것으로 보인다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.459-459
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• 2021

오래 전부터 농업용수 취수 등의 목적을 위해 설치된 하천 내 횡단구조물이 약 34,000개에 달하고, 홍수피해 방지를 위해 하천변을 따라 많은 제방이 설치되어 있다. 특히 보, 낙차공, 교각 보호공 등의 횡단구조물은 흐름의 단차를 발생시킴으로써 어류의 이동 등 하천의 종적 연속성을 훼손 또는 단절하고 있어 하천 수생태계 연속성 확보 측면에서 매우 중요한 요인으로 볼 수 있다. 하천 종적 연속성과 관련된 연구는 북미, 호주, 유럽, 일본 등에서 수생 종 특히, 어류를 중심으로 장벽의 영향을 분석하는 데 중점을 두고 진행되어 왔다. 하천 네트워크 규모에서 다수의 장벽 설치에 대한 누적 효과를 분석한 사례는 거의 없으며, 서식지 및 수생태계 연결과 관련하여, 하천 시스템의 네트워크 규모에서 속성을 설명하고 정량화하는 도구 역시 찾아보기 어렵다. 본 연구에서는 하천 네트워크 내의 종적 방향의 연결성을 정량화하기 위한 방법으로 Cote 등(2009)이 제시한 DCI(Dendritic Connectivity Index) 지표를 이용하였다. 수계 연속성 지표(DCI)는 하천 수계 내의 종적 연속성 평가를 목적으로 횡단구조물의 개소수와 위치, 어류의 이동률을 누적하여 정량화한 방법으로써, 구조물 단위 평가가 아닌 하천 단위 평가 방법이다. 곡성천과 삼척오십천을 대상으로 국가어도정보시스템 및 항공사진을 통해 구축한 구조물의 개소수와 위치정보를 이용하여 시계열 DCI를 산정하였다. 그리고 2차 조사에 걸쳐 횡단구조물 현황 및 수리 특성, 어류현황 및 이동특성 조사 및 분석결과를 DCI에 반영하여 DCIm을 산정하였다. 곡성천의 경우 현재(2018년) DCI 결과는 5.63%이며, 어류 이동률 적용 결과 DCIm은 6.29%로 산정되었고, 약 11.7% 증가하는 것으로 나타났다. 삼척오십천의 현재(2018년) DCI 결과는 9.78%이며, 어류 이동률 적용결과 DCIm은 10.34%로 산정되었고, 약 5.7% 증가하는 것으로 나타났다. 향후 하천 내 수생태계의 연속성을 확보하기 위해서는 우선적으로 하천 수생태계 훼손, 단절, 연속을 효과적으로 비교·평가할 수 있으며, 이를 통해 개선사업의 우순순위 등 의사결정을 위한 방법론의 개발이 필요하다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• v.7 no.4
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• pp.320-326
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• 2020

The present study aimed to assess the longitudinal connectivity owing to migrant characteristics of the target fish. The study area was Wonju-cheon Stream, and the target species were Zacco platypus and Minnows. The HEC-RAS model was used for the computation of the flow, and the ICE (Information sur la Continuite Ecologique) method was used to analyze the longitudinal connectivity. The longitudinal connectivity was assessed using the minimum overflow height, velocity, and depth of the cross sectional structure of a plunge pool and considering the swimming speed of the target fish. Simulation results indicated that the longitudinal connectivity scores for the Zacco platypus and Minnows were approximately 76 and 23, respectively.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.445-445
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• 2021

대구시민의 삶의 질 향상에 크게 기여하는 신천은 홍수, 친수 및 하천환경 관리에 대한 필요성이 증가되는 상황에서 신천 복원을 위하여 하천횡단구조물 및 생태조사가 필요한 실정이다. 신천 내에 위치하고 있는 14개의 하천횡단구조물은 신천의 흐름을 가로막고 있어 수질악화 및 생물이동을 저해하고 있으며, 집중호우 등으로 인하여 구조물 주변에 대한 하천관리가 어려운 것이 현실이다. 특히 신천은 인구가 밀집해 있는 도심을 관통하는 하천으로 친수공간, 홍수 및 하천환경 관리에 대한 필요성이 증가하고 있다. 본 연구에서는 신천의 수질과 어류의 생태성의 상관관계를 확인하고 횡단구조물에 대한 해결방안을 제시하고자 한다. 현지조사 결과 총 3목 6과 10종의 어류가 관찰되었으며, 법정보호종인 멸종위기 야생생물 및 천연기념물은 관찰되지 않았으나, 고유종으로 긴몰개와 참갈겨니, 꺽지, 동사리 4종이 출현하였으며, 환경부 지정 생태계교란 생물 블루길 1종이 관찰되었다. 이러한 결과를 바탕으로 어류생물지수(FAI)를 검토하였을 때, 하류지역으로 갈수록 E등급으로 매우 나쁨의 환경상태를 나타내었다. 이는 상류에서 하류로 갈수록 비정상개체수가 증가하고 하상의 단순화 및 유기물의 축적으로 출현 종수의 감소에 따른 결과로 판단된다. 이러한 결과를 바탕으로 신천의 평균 FAI 지수는 14.71점으로 E등급의 매우 나쁨의 환경상태를 나타내는 것으로 분석되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.1961-1964
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• 2010

국내 하천개발은 시대의 요구에 따라 이 치수 목적에서 친수성을 중시한 생태하천으로 꾸준히 진화해 왔으며, 시대적 목적에 의한 다양한 수공구조물이 하천에 설치되고 있다. 특히 최근에는 수제와 여울, 소와 같은 생태하천 복원 및 자연재해 저감을 위한 다목적 수공구조물에 대한 관심이 증대되고 있다. 그러나 이들의 연속구조물 설치에 따른 수리학적 특성 변화에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 하도 횡단구조물의 연속 설치특성(월류비와 간격비)에 따른 흐름지배인자의 변화특성을 분석하였다. 연속 횡단구조물의 월류비와 간격비에 따른 조도계수의 변화를 계측 분석하였다. 실험 분석 결과 세굴에 영향을 주는 전단속도는 간격비(w/k)와 월류비(H/k) 및 Re수의 함수가 되는 흐름특성을 확인할 수 있었다. 또한 간격비(w/k)와 월류비(H/k), Re수와 U/U*의 관계를 제시함으로써 하도횡단 연속구조물 설계를 위한 기초 자료를 제공하고자 하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.401-405
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• 2016

중소하천에 기능을 상실한 하천 횡단 수리구조물이 많이 설치되어 있으며, 수리구조물 상류와 하류에 흐름 및 유사의 이송에 대한 연속성을 차단하고, 하천 교란의 원인이 되고 있다. 또한 사회적으로 수리구조물의 기능을 개선하거나 철거하여 하천복원의 필요성이 제기되고 있다. 따라서 본 연구에서는 실내실험을 통해 하천횡단 수리구조물에 의하여 형성된 상류의 지형이 하류에 미치는 영향을 분석하였다. 흐름이 하천횡단 수리구조물을 월류하면서 직하류에 세굴이 발생하고, 상류에서 델타를 형성하면서 퇴적되었다. 상류에서는 사주가 형성되었으며, 하류의 지형변화에 영향을 주었다. 하천횡단 수리구조물의 상류에 형성된 델타는 하류로 일정하게 이동하고 있으며, 델타가 구조물에 도달하기 바로 직전에서 수리구조물하류의 세굴이 가장 깊게 나타났다. 수리구조물 철거 후, 상류에 퇴적된 토사는 흐름에 의하여 급격하게 하류로 유실되었다. 천급점은 상류로 이동하며, 두부침식을 일으켰다. 일정한 시간이 지난 후에 상류에서 유입되는 유사에 의하여 침식은 감소되었다. 시간이 지나면서 하류에서 교호사주의 형상을 유지하며, 평형상태를 유지하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.63-63
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• 2018

최근 이상기후로 인한 국지성 호우의 발생빈도 및 강우강도의 증가는 하천횡단구조물의 안정성에 문제가 되고 있다. 하천 횡단구조물(보, 물받이공 등)의 파괴는 국부 세굴(bed scour), 파이핑(piping), 구조물 본체의 불안정성 등의 원인으로 발생되고 있으며, 이 중에서 구조물 본체의 불안정성은 도수(hydraulic jump)로 인한 압력변이도 주요 원인이 될 수 있다 (Bower and Toso, 1988; Kazemi, F. et al., 2016). 그러나, 현재 직접적인 파괴 원인인 세굴 등에 대한 연구에 비해 압력변이로 인한 구조물의 파괴원인을 분석하는 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 다양한 흐름조건을 발생시켜, 하천횡단구조물 주변의 도수특성 및 도수로 인한 압력변이에 대하여 수리실험 및 수치모의를 통하여 검토하고자 한다. 수리실험에 사용하는 수로는 길이 10 m, 폭 0.3 m, 높이 0.4 m이며 상류로부터 2.5 m 떨어진 곳에 보(weir)를 설치하였다. 실험조건은 다양한 흐름조건에 따른 도수 발생을 검토하고자 상하류 수위를 조절을 통해 Froude 수의 범위를 1 < Fr < 10로 설정하였다. 압력변이는 전압형 압력계(Model : UNIK 5000, 압력 측정 변위 : -2 ~ 5 kPa)를 사용하였으며, 보(weir) 하류단에서 2.5 cm 간격으로 천공하여 측정하였다. 또한 3차원 모형인 FLOW-3D 모형을 이용하여 실험수로를 재현하였으며, 도수 발생 위치, 도수 길이, 도수 발생 시 압력변이에 대하여 실험결과와 수치모의 결과를 비교하여 수치모형을 검증하였다. 최종적으로 Froude 수에 따른 도수특성(도수 발생위치, 도수 길이 등) 및 최대 압력변이를 무차원화 하여 나타내었다. 본 연구는 도수 발생 시 압력변이로 인한 구조물 파괴분석에 대한 기초가 되는 기본적인 연구이나, 향후에는 물받이공 길이, 두께 등 하천횡단 구조물 설계인자 도출에 선행연구로 발전할 수 있다고 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.38-42
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• 2011

토석류는 산간지역에서 발생할 수 있는 가장 위험한 자연재해 중 하나로 입자-유체 혼합물인 토석류가 중력에 의해 매우 빠른 속도로 이동하는 현상을 의미한다. 산간지역에서의 토석류 발생은 도로의 횡단 배수 구조물의 통수능을 저하시키게 되며 그 결과 도로의 유실 등 막대한 피해를 발생시킨다. 잠재적인 토석류 발생 지역에서의 피해 저감을 위해서는 진보된 설계 기준이 마련되어야 하며 이를 위해 토석류의 횡단 배수구조물 내에서 토석류의 동적 거동 특성을 파악하는 것이 선행되어야 할 것이다. 이번 연구에서는 수리 실험을 통하여 횡단 배수구조물 내에서 토석류의 퇴적 특성을 파악하고자 한다. 수리 실험 장비는 폭이 일정한 사각형 수로로 접근 수로와 하류부 수로로 구성되어 있으며 접근수로의 상단부에서 일정한 유량의 토석류를 연속적으로 유입시켜 경사가 급변하는 하류부 수로 내에서의 토석류 퇴적 특성을 파악하였다. 실험 결과로 토석류의 거동 특성은 토석류의 체적 농도, 입자의 특성, 그리고 접근수로와 하류부 수로의 바닥 경사에 종속됨을 정량적으로 알 수 있었다. 또한, 토석류의 체적 농도나 수로 바닥경사 등과는 상관없이 토석류의 퇴적은 하류부 수로의 종단부인 자유 낙하 지점에서부터 시작되었고 시간이 경과함에 따라 퇴적 지점이 접근 수로 쪽으로 이동하며 퇴적량이 크게 증가하는 현상을 보였다. 이 때, 하류부 수로 내 퇴적된 토석류는 약 $12{\sim}15^{\circ}$의 경사를 보였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.308-308
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• 2017

국내 하천에 설치된 횡단구조물은 2009년을 기준으로 약 20,753개로 알려져 있으며 수위 유지, 하상고 유지 등의 목적을 가지고 설치된다. 그러나 낙차를 가진 빠른 유속의 흐름을 형성시켜, 하류 하상에서 국소 세굴을 발생시킨다. 이를 방지하기 위해 횡단구조물 하류에 굴요성 구조(flexible structure)인 돌망태, 블록공, 사석 등으로 이루어진 바닥보호공(bed protection)이 설치되나 유실, 침하 등의 문제가 빈번히 발생되고 있어, 문제를 해결하기 위한 연구가 필요하다. 본 연구는 이러한 피복 대책에서 일어날 수 있는 파괴 기구인 전단파괴, 흡출 파괴, 경계 파괴, 하상 형태 변화에 따른 하부 침식 중 흡출 파괴(winnowing failure)를 유발하는 흐름을 검토하기 위한 수치모의를 수행하였다. 이때 흡출 파괴는 바닥보호공의 공극으로 미세한 하상 재료가 난류와 침투류의 작용에 의해 침식되어 바닥보호공이 침하되는 것을 말한다. 수치모의는 전산유체동역학(Computational Fluid Dynamics, CFD) 모형인 FLOW-3D 모형을 이용하였으며, 난류 모형으로 LES 모형을 적용하고 조밀한 격자를 부여하여 바닥보호공의 공극에서 발생되는 비교적 작은 척도의 와(vortex)를 해상할 수 있도록 하였다. 수치모의에 적용된 횡단구조물은 보, 물받이공, 바닥보호공으로 구성하였으며 특히, 바닥보호공의 형상은 구체(sphere)로 가정하여 다층으로 배치하였다. 바닥보호공의 공극 또는 구체 사이에서 발생되는 유속, 압력 등의 흐름특성을 분석한 결과, 바닥보호공 두께가 두꺼울수록 흡출 파괴에 대해 안정적인 것으로 나타났다. 이는 바닥보호공 설계를 위한 기초자료로 활용될 수 있으며, 향후 입자영상유속계(Particle Image Velocimeter, PIV)와 같이 공극에서 흐름을 측정할 수 있는 방법과 병행한 연구를 수행할 수 있을 것이다.