• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1931-1935
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• 2010

최근 기후변화에 의한 강우량 및 집중호우의 증가로 인하여 설계규모를 초과하는 홍수발생 가능성이 커지고, 이에 따라 제방월류 위험성이 증대되고 있다. 특히, 하천을 횡단하는 보 또는 낙차공이 있는 경우, 구조물 영향에 의해 국부적으로 유속이 증가하여 연결호안을 유실시킴으로서 제방붕괴에 의해 홍수피해가 가중될 수 있다. 과거 피해사례를 보면 횡단구조물과 제방과의 연결부가 세굴되어 파괴되는 사례가 많이 발생하고 있으며, 이는 하천횡단구조물 주위에 설치되는 연결호안에 대한 정량적인 설계기법이 정립되어야 할 필요성을 보여 준다. 경험적인 요소만으로 연결호안의 안정성을 판단함으로써, 과소설계에 의한 홍수피해가 발생하거나, 과대설계에 의한 비용손실을 초래하게 된다. 본 연구에서는 기존에 제시되어 있는 호안설계식을 연결부에서의 국부유속증가특성을 고려하여 적용한 결과를 비교하였다. 비교 결과, 연결부에서의 호안 크기가 증가될 필요가 있으며, 이에 대한 실험 실증적 연구가 필요한 것으로 분석되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.649-649
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• 2015

최근 기후변화 및 이상기후로 인해 하천환경 또한 급격하게 변화되고 있다. 변화되는 지구환경에 대응하기 위해 하천환경 대책과 하천생태계 보전/복원, 생물 보호, 친수기능 강화를 요구하고 있는 실정이다. 더욱이 소하천 건천화 및 하천환경관리에 대한 중요성은 대두되고 있으나 비용 및 인력투입 문제로 수위나 유량 등의 기초자료인 수위-유량 계측기술 및 대응연구가 미미한 실정이다. 체계적인 하천관리를 위해서는 신뢰성 있는 대상 하천의 수리량 자료 확보가 기본으로 요구된다. 이러한 중소하천의 관리의 신뢰도를 높이기 위해서는 실시간 수위유량 자료 확보가 필수적이다. 현재 하천 정비 계획 단계에서 수문모델링을 통해 중소하천의 유량을 산정하고 있지만 산발적으로 측정한 자료로는 검/보정에 한계가 있으며, 신뢰도를 확보하기 어려운 실정이다. 이수, 환경, 생태 등의 관점에서는 평상시 유량에 대한 실시간 정보가 매우 중요하다. 이에 체계적인 하천관리를 위해서는 중소하천에 대한 실시간 수리량 자료를 경제적으로 확보 할 수 있는 장치 개발 및 현장적용이 시급하다. 본 연구에서는 하천 횡단구조물이 가지고 있는 유량 측정의 편이성을 최대한 이용하여 급성장하고 있는 영상분석기술과 IT을 하천공학분야에 접목하여 중소하천의 수위와 유량을 실시간으로 원격 측정하는 WIA (Wireless Image Acquisition) 시스템을 개발하였다. WIA 시스템은 라즈베리파이 기반으로 적외선카메라를 이용하여 일정한 시간간격으로 횡단구조물의 상류, 중류, 구조물 주위의 흐름 영상을 확보하여 중앙처리장치로 전송하는 시스템으로 구성된다. WIA 시스템에서 전송된 영상은 본 연구에서 개발한 영상판독 S/W 및 H-Q 산정 S/W를 통해 하천의 수위를 판독하고 실시간으로 하천단면 수위유량 산정 자료 구축하는 자료로 활용된다. 현재 WIA 시스템의 성능 및 개선과 영상판독 S/W 및 H-Q 산정 S/W서버와의 연계운영 성능 평가를 통해 장치를 검증하는 단계에 있으며, 추후 서버구축을 통해 홍수 예 경보와 하천수질관리를 위한 기초자료로 활용될 것으로 기대된다. 또한 본 연구에서 개발하는 유량측정 시스템을 적용하면 기존 장비의 약 15% 예산으로 실시간 수리량 자료를 확보할 수 있을 것으로 예상된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.259-259
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• 2017

국내 하천에는 하천을 가로지르는 보나 낙차공과 같은 횡단구조물이 약 5만여개에 달하고 있다. 이러한 횡단구조물은 작업의 용이성 및 높은 강도로 인해 오랜 시간 콘크리트 소재로 사용되어 왔다. 기존 콘크리트 소재의 공법은 설치되어 있는 한 세굴 방지에 좋은 효과를 발휘한다는 장점이 있지만 포설된 공법은 시간이 지남에 따라 마모되거나 소실되는 문제가 발생되며, 최종적으로 하천횡단구조물의 안전성 및 심미성에도 영향을 미치게 된다. 이와 더불어 최근 기후변화로 인해 강우량의 증대 및 집중호우 등의 돌변하는 하천환경변화에 대한 적용 가능한 기술이 미비한 실정이다. 이러한 문제와 더불어 환경에 대한 관심이 높아짐에 따라 자연친화적 하천 및 생태복원 하천에 대한 하천 수질 및 생태학적 건강성에 대한 연구의 관심이 높아지고 있다. 최근 연구결과에 따르면 콘크리트 소재를 활용하여 횡단구조물을 설치할 경우, 콘크리트 소재의 문제점으로 제기되는 납, 크롬 등과 같은 중금속 용출과 석회석으로부터 유출되는 강염기성 물질로 인한 하천의 수질악화와 수생 생물이 독성환경에 노출되어 다양한 환경 생태학적 문제를 발생시킬 수 있다고 보고되어 있다. 본 연구에서는 콘크리트 소재의 대안으로 무 저독성 소재인 식물성 폴리우레탄을 이용하여 연구를 수행하였다. 기초 조사를 통해 콘크리트 소재의 대안으로 사용가능성을 확인하기 위하여 식물성 폴리우레탄의 물리적 강도를 확인하였으며, 환경에 미치는 영향을 파악하기 위하여 대한 생태학적 건강성을 확인하였다. 품질 특성은 바인딩강도, 내구성, 압축강도, 휨강도, 투수계수 등을 확인하였으며, 생태학적 건강성을 확인하기 위하여 양서 파충류의 독성 실험, 어류 독성평가, 부착조류에 대한 실험을 수행하였다. 이러한 결과를 바탕으로 시범지역인 대청천 일부 구간에 대하여 계절별 물리/화학/생물(식생, 어류, 저서동물)에 대한 모니터링을 수행하였다. 또한 홍수 전 후의 하상변동을 통해 개발기술의 안전성을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.478-478
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• 2018

하천의 횡단구조물은 하천을 횡단하는 시설물로 하상유지공, 보 등이 있으며 현재 국내 하천에는 수많은 보가 존재한다. 하천에 설치된 보는 하천 유황을 변화시키기 때문에 보 상 하류로부터 상당히 멀리 떨어져 있는 하도 구간에 대해서도 수환경을 변화 시키게 된다. 이로 인하여 하천을 터전으로 생활하는 다양한 생물의 서식처를 손상시키며, 어류와 야생 생물 각 개체의 생활상을 흔들어버린다. 이에 본 연구에서는 금강을 대상으로 횡단구조물 중 보 설치 이전과 이후의 수질의 변화에 따라 생태환경의 변화특성을 분석하였다. 연구대상지인 금강의 수질자료는 보 설치 이전 6년간(2003년 ~ 2008년)과 보 설치 이후 7년간(2011년 ~ 2017년)의 자료를 조사하였고 수생태환경의 변화를 분석하기 위한 부착조류, 저서성 무척추동물, 어류를 9년간(2008년 ~ 2016년) 조사하였다. 금강에 보가 설치된 이후 본류 전체적으로 BOD와 SS, T-N 등의 농도가 낮아지는 등 개선된 것으로 나타났지만 COD는 개선효과가 전혀 없었고, 보지점에서는 수온증가는 미미하지만 Chl-a가 계속적으로 증가하여 최근까지 금강에 녹조발생을 일으키고 있다고 판단된다. 금강본류 전체적으로 저서성무척추동물과 어류의 개체수가 감소하는 추세이며 수생태 건강성분석 결과 다른생물종에 비해 어류의 건강성등급이 하향하는 추세로 악화되고 있음을 확인하였다. 이는 Chl-a와 COD의 증가로 판단되며 최근들어 BOD도 증가하고 있어 앞으로 어류건강성이 저하가 우려되기 때문에 하천의 유속증가나 수문개방을 통해 건강성을 회복할 필요가 있다고 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.132-132
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• 2017

큰 하상계수를 가지는 국내 중소하천의 특성상 농업용수 등의 수자원 이용을 위해 국내에는 약 10,000개 정도의 하천 횡단구조물이 설치되어 있다. 그러나 느려진 유속으로 인하여 횡단구조물 상류에 유사가 퇴적될 확률이 높아지며, 이러한 유사는 부착된 오염물에 의한 수질 및 하상오염, 좁아진 유수단면적에 의한 통수능 저하로 발생하는 홍수위 증가 등 많은 위험성을 내포하고 있다. 이에 대한 해결책 중의 하나로 저층수 배사관(bypass pipe)을 활용하여 쌓여진 유사를 하류로 흘려보내는 방법이 있다. 저층수 배사관은 횡단구조물 상류와 하류의 하상을 연결하는 관으로써 상류와 하류의 수두차에 의해 흐름 특성이 결정된다. 하지만 배사관 내 사석이 유입되어 배제되지 않는 경우 배사관의 효율이 현저하게 저하될 가능성이 있다. 본 연구에서는 FLOW-3D를 이용하여 배사관내 사석이 유입되었을 때, 어떠한 조건에서 배제되고 배제되지 않는지를 명확히 하고자 한다. 하상이 평탄한 수로$(13.0(L){\times}5.0(B){\times}1.0(H)m)$를 재현하였으며, 배출관의 직경은 10cm로 결정하였다. 사석의 종류는 4가지(3cm, 5cm, 7cm, 9cm)로써 이를 고려하여 격자크기를 0.5cm로 결정하였다. 이는 사석의 구형형상이 충분히 잘 재현될 수 있는 격자크기이다. 모의 수행은 하류의 수위를 변화시켜가며 수행하였다. 저층수 배사관 내 유동 특성이 상류와 하류의 수두차에 의해 결정되기 때문에, 모의의 효율성을 위해 상류의 수위는 일정한 값으로 진행하였다. 모의 결과 수위차가 클수록 배제가 잘되는 경향을 보였다. 입자의 크기와 상하류 수위차를 무차원화 한 변수를 결정하였다. 분석결과 이 변수가 일정 값을 넘어서는 경우 배제가 되며, 반대로 이 값을 넘어서지 못한 경우 배제가 되지 않음을 확인하였다. 향후 다양한 관의 형상에 대해서도 배사관 내 한계조건을 도출하여, 저층수 배사관의 설계 및 시공에 도움이 되고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.217-217
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• 2020

인간 물이용 중심의 하천 관리로 하천에 인위적으로 설치되는 횡단구조물은 물의 흐름을 막아 수질환경을 악화시킬 뿐 아니라 하천의 연속성을 단절하여 생물의 이동을 차단하여 생태계에 악영향을 미친다. 이러한 인위적인 구조물로서 약 34000여개의 농업용 보와 약 16000여개로 추정되는 낙차공이 다수 존재하고 있다. 이러한 구조물은 유수에 의하여 하상으로 전달되는 유수에너지를 저감하기 위하여 다양한 형태의 하상보호공을 설치하여 하천횡단구조물을 보호하도록 되어있다. 그러나 하상보호공에 사용되는 기술 중 사석 및 돌망태와 같은 기술은 시공비용이 적고 빠른 시간에 시공 할 수 있지만 급격한 홍수에 쉽게 파괴 및 유실이 되는 단점이 있으며, 콘크리트 소재 공법은 세굴방지에 좋은 효과를 발휘하는 장점을 지니지만, 시간이 지남에 따라 마모/변형되거나 포락/유실되어 하상을 지속적으로 보호하지 못하게 되며 과도한 세굴은 구조물의 안전성에도 영향을 미친다고 할 수 있다. 최근 기후변화로 인하여 돌발호우 및 강우량의 증가로 돌변하는 하천환경에 대한 적용기술은 미비한 실정이기 때문에, 많은 연구자들은 이에 대한 해결책을 찾기 위하여 자연친화적 생태복원 기술을 개발하고 있다. 본 연구에서는 바이오폴리머를 다층다공성 하상보호기술에 대하여 에너지 저감 효율, 고유속에서 한계 소류력, 소재 이탈 실험을 최대유량 10 ㎥/s, 유속 8m/s를 재현할 수 있는 실규모 하천실험장에서 진행하여 과학적인 안전성을 확인하였다.

• 도로교통
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• 통권84호
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• pp.54-70
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• 2001

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.45-45
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• 2020

하천 횡단구조물 하류부에서는 고유속 및 ±압력에 의해 하상재료가 유실되는 세굴현상이 발생한다. 이러한 세굴을 방지하기 위해 횡단구조물 하류부에는 석재, 콘크리트 및 콘크리트 블록 등을 설치 및 포설하여 하상보호공을 설치한다. 하상보호공을 설치하면 설치된 부분은 세굴이 방지 되지만, 하상보호공 끝단 이후에는 지반이 노출되어 있어 노출된 지반에서 고유속 흐름 및 압력변화에 의한 세굴이 발생하는 경우가 많다. 이에 본 연구에서는 하상보호공 끝단 즉, 하상이 노출된 지반에서 압력변화에 따라 하상재료가 유실되므로 압력에너지를 감쇄시키기 위한 하상보호장치를 개발하였다. 개발한 하상보호장치는 본래 다수개가 열을 지어 메트릭스 형태로 설치되도록 하여야 하지만 실험 여건상 단일체로 수리실험을 진행하였다. 하상보호장치는 상판과 하판이 조립된 형태이며 상판과 하판 사이에 이격공간이 구비되어있다. 하상보호장치 검증을 위해 상판과 하판에 쓰이는 판은 수로재질과 같은 아크릴로 제작하였으며, 하상재료의 공극률을 반영하여 다공성 판으로 제작하였다. 다공판의 전체 구멍 면적 대비 판 면적은 35 % 로 동일하다. 상판 구멍 지름 15.0 mm, 4.5 mm 2가지로 제작하였으며, 하판 구멍 지름 3.0 mm 으로 동일하다. 압력변화가 큰 곳에서 작은 곳으로 물이 이동하게 되므로 고유속 수리조건에서 상판과 하판 사이에서의 압력변화를 측정하기 위해 판 중간에 압력계를 설치하였다. 하상보호장치 설치지점 앞 0.3 m 부근에 PIV를 설치하여 유속을 측정하였다. 실험결과 상판의 구멍 직경(15.0 mm)이 클 경우 상판부 압력이 하판부로 전달되어 하판에서 측정되는 압력이 증폭 되었으며, 상판의 다공성 구멍 직경(4.5 mm)이 작을 경우 상판부에서 하판부로 전달되는 압력이 감소하여 하판에서 측정되는 압력이 감소하였다. 상판과 하판의 다공성 구멍의 직경을 적절한 사이즈로 조절하면 상판부의 압력이 하판부로 전달되는 것을 막고 압력에 의해 하상에서 흡출되는 유사를 막을 수 있는 것으로 판단되며 추후 상판과 하판의 다공성판 구멍 직경의 상대적 차이에 따른 압력 감소효율에 관한 연구가 필요하다고 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1822-1826
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• 2010

본 연구의 지리정보시스템(GIS)을 이용한 야계의 입지해석모델 개발은 사방댐 하류 야계에 대한 야계사방사업의 위치 선정, 하도계획 및 구조물 계획 등을 기 구축되어 있는 국가 DB와 강우 강도 산정, 홍수유출해석 및 수리계산 소프트웨어를 연계하여 체계적으로 표준화된 시스템을 구축하는 것이 목표이다. 따라서, 본 연구에서는 강우, 지형 지질 토지이용 자료를 이용하여 홍수유출해석을 통해 기본 홍수량을 산정하고, 홍수량과 수치지형도 및 항공사진으로부터 추출한 야계의 종단, 평면 및 횡단지형정보를 기본자료로 HEC-RAS의 지형자료(geometry data) 및 흐름자료(flow data)를 구축하여 수리계산을 수행하였다. 수리계산 결과를 토대로 종단, 평면, 횡단의 하도계획과 호안, 수제 및 하상유지공 등 구조물 계획 등에 필요한 야계입지해석모델을 개발하고자 하였다. 연구결과 강우, 지형 지질 토지이용, 항공사진 자료 등 국가 DB자료만을 이용하여 야계입지를 해석할 수 있는 시스템을 개발하였으며, 1 : 5000의 수치지형도 및 항공사진으로부터 야계부분에 대한 지형도를 분리하여 1m 간격의 등고선으로 된 수치지형도에서 야계의 종단, 평면 및 횡단지형정보를 기본자료로 수리계산을 위한 HEC-RAS의 지형자료(geometry data)를 구축할 수 있음을 제시하였다. 또한 수리계산 결과를 토대로 최심하상고, 수위, 수심, 유속, 소류력, Froude수 등 종단, 평면, 횡단의 하도계획과 호안, 수제 및 하상유지공 등 야계 구조물 계획 등에 필요한 수리학적 인자를 추출할 수 있었으며, 시험유역에 대한 적용 가능성을 검토한 결과 야계사방사업의 입지선정을 위한 수단으로 활용할 수 있음를 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.479-479
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• 2016

국내 하천에는 하천을 가로지르는 보나 낙차공과 같은 횡단구조물이 약 5만여개에 달하고 있다. 이러한 보/낙차공과 같은 하천횡단구조물에는 구조물을 월류하여 떨어지는 부분의 세굴을 막기 위하여 apron(물받이공)을 조성하도록 되어있고, 물받이공 하류부 세굴을 막기 위하여 사석을 깔거나, 돌망태를 설치하여 이 부분에서의 세굴을 막아 하상을 보호하도록 하고 있다. 그러나 사석이나 돌망태공, 블록을 이용한 보호공은 한 번 설치되면 이들 공법이 제자리에 남아 있는 한 세굴 방지에 좋은 효과를 발휘한다는 장점이 있지만 포설된 공법은 시간이 지남에 따라 혹은 홍수로 인해 이동되거나 소실되는 문제가 발생되며, 최종적으로 하천횡단구조물의 안전성에도 영향을 미치게 된다. 이와 더불어 강우량의 증대 및 집중호우 등 돌변하는 기후변화로 하천환경변화에 대한 적용 가능한 기술이 미비하다. 따라서 하천에 유해한 물질을 방출시키지 않고 하천환경 및 하천 생물의 생활사에 영향을 주지 않는 무 저독성 소재를 활용하여 치수적으로 수리적 안정성을 강화시키고, 생태적으로도 건강한 생태하천 복원 기술개발이 요구되는 실정이다. 본 연구에서는 무독성 소재를 활용하여 보 하류부에 자연친화적인 하상보호공으로 다층다공성 하상보호기술을 개발하였으며, 개발된 하상보호기술을 CFD 3차원 수치해석과 실내실험을 통하여 수리적 안전성을 검토하였다. 또한 개발된 기술은 김해시 대청천 하류 일부구간에 시범적으로 적용하였고, 시범사업 시공 전 중 후 각 단계에서 물리, 화학, 생물 모니터링을 통하여 개발기술의 현장 적용성을 검증하였다.