• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.3-3
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• 2021

하천의 식생은 생태서식처 제공, 강턱이나 하안 경사의 안정, 영양염류나 오염물 차단에 의한 수질 개선 등의 다양한 생태서비스를 제공하는 반면, 과도하고 편중된 식생 분포로 인해 흐름저항이 증가하고 이로 인한 홍수위 상승과 홍수피해 위험이 가중될 수 있다. 기후변화 영향과 토지이용 변화에 따른 수리수문 특성 변화와 유역으로부터 영양염류의 유입은 하천내 식생이 과도하게 퍼지는 직접적인 원인이 될 수 있다. 과도한 식생분포로 인한 흐름저항과 홍수위 상승을 평가하기 위해 식생하도의 흐름저항과 관련된 매개변수의 다양성과 복잡성에 따른 해석상의 한계에도 불구하고 이에 대한 이론적 해석과 수학모형의 개발, 실험실 수로와 하천현장조사, 수치모형을 이용한 예측 등의 다양한 연구가 수행되고 있다. 본 연구에서는 소규모 실험실 수로에서 단순화된 식생 구조와 배열이 적용되는 한계성과 상류에서 유입되는 유량과 유속 등의 수리조건을 통제할 수 없는 현장실험의 한계성을 보완하고자 목본류 형태의 식생패치를 실규모 하천실험 수로에 조성하여 통제된 수리조건에서의 식생하도의 구간 흐름저항을 추정하기 위한 계측 실험을 수행하였다. 실규모 실험에서는 피에조미터 형식의 정밀 압력식 센서를 이용하여 수위와 수면경사를 계측하였으며, 실험구간의 접근 수로에서 ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler)를 이용하여 유입 유량에 대한 정보를 수집하였다. 전체 수로 길이 약 600 m, 하폭 11 m, 깊이 2 m 규모의 실규모 하도 일부 80 m 완경사 구간에 식생패치를 설치하고 구간 수면경사를 실측함으로써 식생하도의 흐름저항을 직접 산정하였다. 이러한 실규모 식생하도의 실험을 통해 식생패치의 밀도, 횡적 차단면적, 구간 차단부피, 목본 식생의 물리적 특성, 식생패치의 배열 등의 다양한 식생분포 조건에 따른 수리조건별 흐름저항 값의 변화를 분석할 수 있다. 식생하도에 대한 정확한 흐름저항 추정과 홍수위 변화에 대한 해석은 하천 식생의 생태서비스와 홍수방어의 하천 치수효과의 최적 솔루션을 제시하기 위한 하도관리의 다양한 방안을 제시하는데 필수적인 정보로 활용될 수 있다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제46권9호
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• pp.947-956
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• 2013

급경사 산지하천 수충부의 호안은 대부분 콘크리트 옹벽으로 되어있다. 표면이 매끄러운 콘크리트 옹벽호안은 유속을 더 강화시키기 때문에 수충부 홍수피해의 원인이 되기도 한다. 본 연구에서는 개수로의 한 측벽에 설치한 정사각형 단면의 세로돌출줄눈이 흐름저항에 미치는 영향을 파악하기 위해 수리실험을 수행하였다. 돌출줄눈의 설치간격은 무차원 돌출줄눈 간격 ${\lambda}_{nv}$를 기준으로 조도유형 d형과 k형을 포함하도록 설계하였다. 흐름의 Froude 수는0.81~1.12의 범위였다. 흐름저항은 돌출줄눈의 설치간격과 유량에 좌우되었다. ${\lambda}_{nv}$가 9일 때 흐름저항이 가장 큰 것으로 나타났다. 세로돌출줄눈은 유량이 증가하면 d형 조도에서는 흐름저항을 감소시켰으나 k형 조도에서는 흐름저항을 증가시켰다. 흐름저항의 증가폭은 ${\lambda}_{nv}$이 9~12의 범위에서 상대적으로 더 크게 나타났다. 세로돌출줄눈에 의한 흐름저항은 대부분 형상저항에 의한 것이며 그 등가조도높이는 수심규모로 발생할 수 있고 흐름저항에 미치는 영향이 매우 크다. 측벽의 세로돌출줄눈은 흐름저항을 증가시키고 최대유속의 발생위치를 수로의 횡단면 중앙방향으로 이동시키는 수단으로 사용될 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.870-873
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• 2007

하천의 수공 구조물은 홍수 시 작용하는 유수력에 대한 안정성을 확보해야 한다. 본 연구에서는 최근 개발된 친환경 식생호안블록인 중공블록을 하상에 설치할 경우 흐름에 미치는 영향을 연구하였다. 중공블록을 설치한 개수로에 대한 수리모형 실험을 실시하여 흐름저항과 경계층 특성에 대한 중공블록의 영향을 평가하였다. 흐름저항 특성 인자인 Manning의 조도계수와 Darcy-Weisbach의 마찰손실계수는 일정한 유량과 하상경사의 경우 수심에 큰 영향을 받고 이들은 서로 비례관계에 있음을 확인하였다. 그러나 마찰손실계수가 증가하더라도 어느 한계점 이상이 되면 조도계수는 일정한 값으로 수렴한다. 개수로의 경계층의 높이는 하천의 흐름특성과 구조특성을 반영하는 것으로 수심, 유속, 에너지경사, 경계면의 상대조도, Reynolds수, Froude수 등의 함수로 나타낼 수 있다. 중공블록이 설치된 개수로의 조도계수는 일반하천의 경우와 비교하여 큰 값을 나타내고 있어 중공블록이 흐름저항을 크게 증가시키는 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.137-137
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• 2019

돌출줄눈은 산지하천의 만곡부의 빠른 유속을 감소시키기 위하여 활용된다. 본 연구에서는 친환경 디자인의 나무줄기 돌출줄눈(Tree Trunk Rip, TTR)과 사다리꼴 돌출줄눈(Trapezoid Rip, TR)의 흐름저항을 비교 분석하기 위하여 개수로 수리실험을 수행하였다. 실험은 길이 9m, 폭이 0.6m이며 경사가 0.0035로 고정된 개수로의 한쪽 측벽에 돌출줄눈을 설치하여 진행하였다. 사다리 꼴 돌출줄눈의 형상은 밑변 각이 $63^{\circ}$이며 무차원 설치간격 ${\lambda}_{nv}$가 6, 9, 12인 경우이다. 나무줄기 돌출줄눈의 기본 형상은 사다리꼴이고 표면은 나무껍질 무늬이며 ${\lambda}_{nv}$가 약 10이다. 나무줄기 돌출줄눈의 간격은 사다리꼴 돌출줄눈의 최적 설치 간격 9~12배 범위에 해당되고 평균 마찰계수는 사다리꼴 돌출줄눈의 9~12배의 평균 마찰계수 범위에 포함되었다. 사다리꼴 돌출줄눈의 ${\lambda}_{nv}$가 9, 12일 때의 전체 저항에 대한 형상저항의 비는 평균 $69.4{\pm}5.8%$였으며 나무줄기 돌출줄눈은 $70.2{\pm}2.1%$로 사다리꼴 돌출줄눈과 유사하다. 산지하천 흐름저항을 위한 돌출줄눈 설치에 있어 친환경적 디자인을 고려한 나무줄기가 사다리꼴 돌출줄눈보다 활용도가 클 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제52권4호
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• pp.255-264
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• 2019

산지하천 만곡부의 홍수피해를 줄이고자 사다리꼴 단면의 돌출줄눈을 하천옹벽에 설치하였다. 본 연구에서는 사다리꼴 형상에 의한 흐름저항 효과를 파악하고자 개수로 측벽에 사다리꼴 돌출줄눈을 설치하여 수리실험을 수행하였다. 벽면조도가 k형에 해당하는 ${\lambda}_{nv}$가 6, 9, 12인 경우에 대해 유량에 따른 흐름특성을 파악하였다. 흐름저항은 돌줄줄눈의 설치간격이 멀어짐에 따라 전반적으로 증가하였다. 고유량 조건에서 최대마찰계수는 ${\lambda}_{nv}$가 9일 때 발생하였다. 사다리꼴 돌출줄눈은 정사각형 돌출줄눈과 비교해 흐름저항은 상대적으로 작았지만, 사다리꼴의 형상저항은 전체 흐름저항의 평균 62%를 차지했다. 벽면조도 증가에 따른 흐름저항 효과를 극대화하기 위한 사다리꼴 돌출줄눈의 최적 설치간격은 돌출줄눈 높이의 9~12배 범위임을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1894-1899
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• 2008

하천 내의 자생수목군에 의한 자연적인 흐름저항의 증가, 식재를 통한 인위적인 흐름저항의 증가, 교각 등의 구조물로 인한 흐름저항을 배수계산에 반영하기 위하여 일반적으로 Manning n값이 사용된다. 그러나 흐름 장애물로 인하여 증가된 Manning n값의 선정은 Chow(1950) 등이 제시한 도표를 활용하는 방법과 같이 공학적 판단을 요하는 작업이다. 그러므로 객관적으로 흐름저항을 산정할 수 있는 기법의 개발이 필요하며, 이를 위한 기초연구로 본 연구에서는 개수로 내 장애물의 항력계수 특성에 대하여 분석하고자 한다. 일반적으로 항력계수는 유체의 유속에 따라 변화되므로, Reynolds 수 또는 Froude 수에 따라 변화되는 것으로 알려져 있다. 그러나 그 범위가 연구자에 따라 상이하여 이를 정량화 할 필요가 있으며, 본 연구에서는 실험자료로부터 개수로 내 장애물의 항력계수 특성을 분석하고, 개수로에서 일반적으로 발생할 수 있는 Reynolds 수 또는 Froude 수 범위에서 기존 연구결과들을 비교분석하여 항력계수의 범위를 정량적으로 정립하고자 한다. 일반적인 상류 흐름조건에서 평균 항력계수($C_D$)는 1.11로 계산되었고, Froude 수의 증가에 따라 항력계수의 변동성이 점차 증가하였으며, 이러한 결과로부터 개수로 내 장애물로 인한 흐름저항을 반영하기 위하여 Manning n값으로 산정된 결과는 평균 0.01의 편차를 보이는 것으로 분석되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.235-235
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• 2018

홍수 시의 산지하천 만곡부는 2차류 발생과 편수위 상승에 따른 하상세굴 및 홍수범람 위험이 크다. 만곡부 외측에 주로 설치되어 있는 콘크리트 옹벽호안은 표면이 매끄러워 홍수피해를 가중 시킨다. 이러한 피해를 저감시키기 위해 콘크리트 옹벽에 돌출줄눈을 설치하여 유속조감 및 설치효과를 분석한 바 있다. 본 연구에서는 기존에 제안된 직사각형 단면의 돌출줄눈보다 내구성을 추구한 사다리꼴 단면의 돌출줄눈을 제시하여 수리모형 실험을 수행하였다. 수리모형 실험은 개수로 직선수로에서 수로경사 0.0035 조건에서 수로 출구 게이트를 조절하면서 이루어졌다. 모형 돌출줄눈의 조도높이는 3cm로 하였으며, 사다리꼴 밑각은 $45^{\circ}$로 완만한 경우이다. 설치간격은 무차원 돌출줄눈 간격을 기준으로 ?형 조도인 6으로 하였다. 돌출줄눈의 설치 유무에 따라 유량에 따른 수위를 측정하고 유속을 산정하여, 마찰저항의 변화를 파악하였다. 공급유량에 따른 Froude 수는 0.168~0.359 범위였으며, 유량이 증가에 따라 Manning의 조도계수는 감소하였다. Froude 수가 0.25보다 큰 경우 돌출줄눈설치의 조도계수가 미설치보다 큰 것으로 파악되었다. 그러나 사다리꼴 돌출줄눈의 흐름저항효과는 직사각형 돌출줄눈에 비해 상대적으로 작았다. 수로 횡단면의 수위분포에 따르면, 돌출줄눈 설치 측벽 주변에서 흐름저항에 따른 유속감소와 수위상승 효과가 나타나는 것으로 파악되었다. 이번 사다리꼴 돌출줄눈은 흐름저항 효과가 크지 않았기 때문에 사다리꼴 밑각을 조정하여 새로운 단면에 대한 추가적인 실험이 필요할 것으로 보인다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제24권1호
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• pp.26-35
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• 2012

지금까지 하천 및 해류에서의 지반의 수리저항 특성에 대한 연구는 흐름의 방향을 고려하지 않고 주 흐름방향에 대해서만 고려해 왔다. 최근 왕복류 흐름에 의한 지반의 수리저항특성에 대한 연구결과에 의하면 세립질 및 조립질 시료 모두에서 일방향 흐름보다 왕복류를 고려한 양방향 흐름에서 세굴률이 크게 발생 하는 것으로 나타났다. 그러나 해안구조물이 설치되는 해안 또는 협곡에서 흐름의 방향은 반드시 $180^{\circ}$를 이루지 않으므로 흐름의 입사각이 지반의 수리저항성능에 미치는 영향에 대한 검토가 반드시 필요하다. 이에 흐름방향을 고려할 수 있도록 개선된 수리저항성능 실험기를 이용하여 인공적으로 조성된 점성 세립질 및 점성 조립질 시료에 대하여 $0^{\circ}$, $90^{\circ}$, $135^{\circ}$, $180^{\circ}$의 입사각을 갖는 흐름에 대한 일방향 및 양방향 수리저항성능을 평가하였다. 실험결과 세립질 및 조립질 시료 모두에서 입사각이 커짐에 따라 수리저항성능은 감소하고 세굴률이 증가하는 것으로 나타났다. 압밀압력이 낮은 경우에는 세립토의 수리저항성능이 급격히 떨어지나 압밀압력이 큰 경우에는 조립토의 수리저항성능이 세립토에 비해 약간 더 빠르게 감소하는 것으로 나타났다. 최종적으로는 양방향 흐름일 경우 가장 큰 세굴률이 발생하므로 다양한 흐름방향에 노출되는 구조물의 경우는 양방향 흐름에 대해 수리저항성능을 평가하는 것이 타당한 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.310-310
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• 2020

자연하천에서 식생의 성장은 유속 및 수위 변화에 중요한 영향을 미치며, 따라서 식생으로 인한 흐름저항은 흐름과 유사이송 모델링을 위한 중요 매개 변수가 된다. 즉, 수치 모델을 활용함에 있어 식생의 흐름 저항을 정확하게 추정하는 것이 매우 중요하며, 보다 정확한 추정을 위해 실험 혹은 현장 데이터를 활용한 보정과정이 필수적으로 요구된다. 본 연구에서는 식생 패치를 포함한 인공 수로의 흐름 모의를 위해 실규모 실험 수로에서 측정된 유속 및 수위 데이터를 활용하여 모델보정을 수행하고자 한다. 이를 위해 공간 분포 별로 각기 다른 흐름 저항식의 적용이 가능하며, 식생 저항 공식을 포함하고 있는 Delft3D 모델을 활용하였다. 또한 실규모 수로에서의 유속 및 수위 데이터 수집을 위해 한국건설기술연구원 하천연구센터에서 실험을 수행하였다. 실험 구간의 길이는 약 120 m이고 하폭은 11 m이며, 국내 하천에서 보이는 식생패치의 유사한 형태를 재현하기 위해 하천 내 가장 많이 활착되어있는 버드나무와 유사한 형태의 인공식생을 제작하였다. 인공 식생은 지그재그로 배치되었으며, 식생의 전체 높이는 1.1 m이고, 각 패치 당 23그루의 인공 식생이 총 8개 패치에 식재되었다. 모의 조건은 상류단 유입 유량 2.805 ㎥/s, 하류단수위 98.764 m의 정류 조건을 적용하였다. 또한 식생 패치 구간에서의 흐름 저항 추정을 위해 Delft3D 모델 내에서 선택가능 한 Baptist의 비침수(Non-submerged)식을 적용하였으며, 항력계수 결정을 위해 1과 1.5를 적용하여 측정 수위와 비교하였다. Delft3D의 흐름 모의 결과, 항력계수 1.5를 적용했을 때, 측정 수위와 거의 일치하는 것으로 나타났으며, 항력계수 1.0을 적용했을 경우, 측정 수위에 비해 다소 낮게 모의되는 것으로 나타났다. 또한 항력계수 1.5인 경우 식생 패치 구간에서 평균 0.65 m/s의 유속이 발생하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제46권12호
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• pp.1209-1220
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• 2013

본 연구에서는 내성천 하류 구간을 대상으로 검보정된 1차원 수치모형을 이용하여 흐름모의를 수행함으로써 추정된 구간 조도계수에 대해 분석하였다. 또한 실측 및 모의된 수리조건을 이용하여 향석 지점에서의 하상형태 예측을 수행하였으며 사립조도에 의한 흐름저항 계수 값을 고려하여 총 흐름저항 조도계수를 산정하였다. 수치모의에 의해 추정된 구간 조도계수와 사립조도 및 하상형태에 의한 흐름저항 계수를 추정한 결과 값을 상호 비교 분석하였으며 그 결과, 저수류 영역 흐름에서는 사립조도 및 하상형태에 의한 흐름저항 외에 식생, 만곡도, 사주 등의 기타 요인들에 의한 영향이 크게 반영되어 수치모의 상의 조도계수 값이 사립조도 및 하상형태에 의해 추정 가능한 조도계수 범위보다 크게 산정되는 것으로 나타났다. 그러나 $500m^3/s$ 이상의 천이구간 및 고수류 영역에서는 사립조도 및 하상형태 예측에 의한 조도계수 범위에 수치모의에 의해 검증된 Manning 조도계수가 포함되는 것으로 나타났다.