• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.610-610
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• 2012

한강하구는 국가하천인 한강, 한강의 1지류인 임진강과 북한 황해도의 예성강이 만나 한강하류 수역을 형성하여 서해 중부해역과 합류하여 매우 복잡한 수리학적 특성을 지닌다. 또한 한강하구의 경우 교량, 수중보 등의 하천 구조물이 설치되어 있다. 수리학은 크게 수위와 관계되는 현상, 하상변화와 관계되는 현상, 외부 환경과 관계되는 현상으로 살펴 볼 수 있다(최계운, 2005). 하천구조물이 설치됨에 따라 구조물 주변에서 국부적으로 수위가 상승되거나 유속이 변화, 세굴현상 등의 하상 변화, 구조물 설치에 따른 생태계의 단절 현상 등 수리학적 현상에 영향을 미치게 된다. 한강하구는 이러한 복잡한 흐름현상에 더해 군사적으로 민감한 지역의 특성으로 현장의 접근성에 한계가 있어 이 지역의 연구조사는 더욱 어렵다. 그간 한강하구의 흐름 현상을 규명하기 위한 연구 방법으로 수치모의를 통한 다양한 연구가 진행되어 왔다. 수리학적 흐름 현상을 계산하기 위한 필수 조건인 하류경계조건 설정에도 어려움이 수반된다. 이 때문에 한강의 수리학적 수치모의 실험에 관한 연구들은 한강하구의 얕은 수심과 해석의 공간적 범위를 소홀히 하고, 공릉천 합류부를 기준으로 하류지점에 대해서는 인천 조위관측소의 조위자료를 사용하거나 하천정비기본계획상의 기점수위를 일괄적으로 적용하여 지점에 따른 수위의 차이를 적용하지 못하는 한계를 지닌다. 따라서 본 연구에서는 남북접경지역 접근의 어려움으로 인하여 발생되는 한강하구 흐름해석의 불확실성을 명확히 하기 위한 방안으로 한강하구지역에 해당 군부대와 군사정전위원회의 출입허가 승인을 얻어 현장조사를 실시하였다. 사전조사를 통하여 성동교, 대산교, 공릉천, 화도돈대, 철곶돈대 전방 수변, 애기봉전망대 전방 수변을 조사 지점으로 선정하였다. 기존 연구에서는 한강하구의 공릉천 합류부 지점을 하류경계조건으로 채택하고 있으나, 현장조사를 통하여 얻을 자료를 분석한 결과 공릉천 합류부 지점의 수위는 강우발생에 대한 하천의 영향을 받는 것으로 나타나 하류경계조건으로 적정하지 않은 것으로 판단되었으며, 공릉천보다 하류지역에 위치한 지역에 대하여 하류경계조건으로 적정한 지역을 찾을 수 있었다. 수치해석 시에는 공간적 범위와 연구의 목적을 고려하여 각 지점의 실제 관측 자료를 활용한 경계조건을 사용하는 것이 적합한 것으로 판단되며 보다 많은 현장조사와 특성분석을 통한 정확한 경계조건의 구축이 필요할 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.324-324
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• 2023

수제는 비용 대비 높은 효율을 가지는 수공 구조물로 하천과 해안에 많이 이용된다. 수제는 하천에서 식생물의 서식처, 유량 확보, 하천시설 보호 등의 목적으로 설치되며 해안에서는 해안선보호, 수심 확보 등의 다양한 목적으로 설치된다. 수제는 일반적으로 넓은 영역을 제어할 수 있도록 여러개의 군수제 형태로 설치한다. 수제설치 시 기존 하도나 수로의 흐름에 교란이 일어나는데 본류부에서는 하폭이 좁아져 수제선단부에 의한 영향으로 높은 유속이 발생되며 수제역내에서는 재순환흐름과 함께 다양한 형태의 유속분포가 형성된다. 이러한 수제에 의한 흐름은 수제 선단부의 영향으로 발생하는 흐름분리선(Separation Layer)을 기준으로 흐름중심선(Talweg Line)과 흐름분리영역(Separation area)을 만들어내며 수제역내의 재순환영역에서 완화된 유속은 제방을 침식으로부터 보호하며 식생물의 서식처를 제공한다. 기존의 연구는 대부분 단일수제에 대한 연구가 수행되었으며 연속된 군수제에 대한 연구는 다소 제한된 조건에서 수행되었다. 이에 본 연구에서는 연속된 수제가 설치된 경우 수리실험을 통해 수제주변의 흐름 변화 특성을 분석하였다. 수리실험은 30.0m(L')×1.52m(B')×1.10m(H')의 직선 개수로에 050m(l)×0.10m(b)×0.25m(h)의 수제를 수로측면을 따라 연속적으로 배열하여 설치하였다. 실험은 수심, 유량, 수제설치간격을 변화시키면서 수행했으며 마그네틱유속계를 사용해서 수제의 영향을 받지 않으며 벽면의 영향이 가장 적은 수로상류의 중앙지점에서 접근유속을 측정했다. 표면유속을 취득하기 위해 일반디지털카메라로 FHD(1920×1080) 해상도를 가진 영상을 각각의 조건마다 10~20분 촬영했다. 촬영된 영상을 연속된 정지영상으로 변환하고 영상해석 프로그램을 이용하여 표면유속을 도출했다. 표면영상유속계를 활용하여 도출한 결과로 각각 조건에 따라 발생하는 최대유속과 최대역방향유속, 와도(vorticity), 흐름중심선과 단면유속분포의 변화와 발생 위치를 분석했다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.438-443
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• 2007

개수로 흐름에 대한 연구는 1700년대 중엽 Chezy에 의해 이론적인 기초를 다졌으며, 광범위하고 조직적인 관측연구는 Darcy(1803-1858)에 의해 약 150년 전에 폭 2m, 길이 600m에 이르는 수로에서 실험관측을 수행하고자 시도하였다. Darcy의 동료이자 후계자인 Bazin은 제한된 조건의 현장관측뿐 아니라 다양한 조건의 수로를 제작하여 실험관측을 수행하였으며 그의 실험자료는 Bazin 자신 뿐만 아니라 Manning이나 Ganguillet와 Kutter 등 여러 연구자들의 경험식 개발에도 이용되었다. Nikuradse(1933)의 균일조도 원형관수로 실험결과로부터 관로 흐름은 층류, 천이층류, 완난류, 천이난류, 전난류 등 다섯 종류의 흐름특성을 가지고 있음을 확인하였고 Bazin(1829-1917)과 varwick(1945)의 실험결과로부터 개수로 흐름에서도 관로 흐름과 마찬가지로 층류, 천이층류, 완난류, 천이난류, 전난류 등 다섯가지의 흐름특성이 존재함을 알 수 있다. 본 연구에서는 기존의 지수형 마찰계수 산정식에서 단순히 조고만의 함수였던 ${\alpha}$에 물의 기본적인 성질인 표면장력, 점성력, 밀도와 자연 하천의 경사, 수심, 수면, 폭, 조고의 영향을 고려한 수심에 관한 무차원수 $Y_h$, 수면 폭에 관한 무차원수 $Y_b$, 조고에 관한 무차원수 $Y_k$를 도입하였다. 따라서 개수로 흐름 해석에 있어서 기존의 마찰계수 산정치보다 여러 영향을 반영하여 정확한 값을 산정할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1229-1233
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• 2007

국내에서의 수제는 하안 및 제방의 보호, 유로제어 및 주운 등의 목적에 의해 설치되기 보다는 수제로 인해 발생되는 수제역(recirculation zone)의 다양한 흐름이 수중생물의 다양한 서식처 및 홍수 시 어류의 피난처 제공한다는 환경적인 목적이 지배적이다. 따라서 홍수시 하천의 통수능 감소영향이 상대적으로 작고 국부세굴에 대해 안정적인 경사형 수제에 대한 관심이 크며 몇몇 곳에서는 시공되어 졌다. 하지만 경사수제에 대한 설계기법은 현재 미미한 상태이며 선행되어져야할 구조물 주변의 흐름해석에 관한 연구도 미미하다. 이에 본 연구에서는 3차원 수치모형을 적용하여 주수로와 수제역의 흐름해석을 수행하였다. 연구내용은 수리모형변화와 수치모형실험을 병행하여 수행하여 수치모형결과를 검증하였으며 그 결과를 적용하여 경사형 수제주변의 흐름을 해석하였다. 수치모형은 Flow 3D모형을 이용하여 경사형 수제조건에 따른 흐름해석을 수행하였고 수리모형실험은 수치모형과 동일한 2가지 조건에 대해 수행하여 수치모형결과와 비교 분석 하였다. 본 연구의 목적은 경사형 수제설치로 변화되는 수제역 흐름을 3D 수치해석으로 분석하여 수제역의 환경적 효과(수중생물의 서식처 등)에 대한 기초자료를 제공하는 것이다. 연구결과, 수치모형실험은 수리모형결과와 일치하였으며 경사형 수제특성에 따라 수심별 흐름변화를 분석할 수 있었으며 기존 불투과 및 투과수제와 다른 결과를 도출하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.222-222
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• 2020

급격한 기후변화와 도시화, 산업화로 인해 도시지역의 홍수피해가 증가하고 있다. 기후변화로 인한 재해 중 45%가 극한 강우 또는 홍수로 인한 재해로 확인되었으며, 급속도로 확장되고 있는 도시화 추세로 인해 도시지역의 홍수피해가 더욱 심화되고 있다(UNISDR, 2016). 기후변화 및 도시화로 인한 도시지역의 홍수피해가 증가하면서 시가지 건물 배치 및 도로망과 같은 복잡한 지역특성이 침수에 주는 영향을 분석할 필요성이 점차 증가하고 있다. 도시지역에서 홍수가 발생할 경우 복잡한 도로망은 배수로 역할을 하며 건물의 밀집도와 배치는 골목길 등에서 침수심을 증가시켜 안전한 구역이 좁아지는 효과를 발생시키고 있다. 본 연구에서는 우선 복잡한 시가지를 특성화하여 분석 할 수 있도록 이상화된 시가지 모형을 설계하고 제작한 후 유량에 따른 흐름 특성 변화를 분석하였으며, 기초 실험 결과를 바탕으로 강우강도에 따른 유황 변화와 연계할 예정이다. 기초 실험 수행을 위하여 먼저 건물 배치 밀집도를 고려하여 주거구역을 불록화하여 직선형의 이상적인 도시지역의 시가지 모형을 설계한 후 실험 모형을 제작하였다. 하천 범람으로 인한 침수발생을 재현하기 위해 상류 도로망에서 유량이 유입되도록 제작하였으며, 유입조건에 따라 변화하는 시가지 내부 침수 흐름은 LSPIV 기법을 이용하여 분석하였다. 유입조건에 따른 시가지 내 침수 특성을 분석한 결과 지형적 경사 특성에 의해 시가지 내부에서 흐름이 가속되며, 모형의 사거리 구간에서는 흐름 유입 방향에 대해 횡방향으로 흐름이 합류하는 경우에는 합류 흐름이 유속이 더 높은 것으로 분석되었다. 따라서 합류 이후 유속이 증가하면서 피해 발생 가능성이 높은 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.1113-1117
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• 2005

보 상류의 유속 및 수심과 같은 흐름 조건은 보, 하천 형상, 그리고 하류 흐름 특성에 의해 좌우된다. 본 연구에서는 하류 조건에 따라 보 상류의 흐름 특성에 미치는 영향을 검토하였다. 이를 위해 구형단면의 수로에 하천설계지침(2002)에 따라 보를 제작하여 설치하였으며 보에서의 임계수심 및 이에 따른 유량의 변화를 파악하였으며 실험결과를 기존 문헌과 비교$\cdot$분석하였다. 또한 자유 월류로 빠른 유속을 지닌 흐름이 수로의 마찰저항과 하류 배수효과에 의해 에너지 소멸로 나타나는 도수현상을 관측하여 발생특성을 파악하였다. 도수의 발생조건은 Posey와 Hsing(1938)에 제시한 결과와 유사한 결과를 보였으며 하류영향에 따른 도수 발생 위치는 하류단 수위와 일정한 관계를 갖고 있으나 유량과는 선형적인 관계를 보이지 않는 것을 알 수 있었다. 또한 임계수심 설정에 대해 Knap(1960)이 제시한 산정식과 비교한 결과 유량이 작은 경우 거의 일치하는 결과를 보였으나 유량이 증가할수록 오차가 커졌다. 임계수심 전$\cdot$후의 유량계수를 살펴본 결과 하류 조건에 의해 임계수심을 넘으면 유량계수가 자유 월류 시보다 약 $2\%\~6.5\%의 감소를 나타냈으며 공급유량이 $0.05m^3/s$ 일 경우 유량계수의 차이가 가장 큰 것을 알 수 있다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2006년도 춘계학술대회
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• pp.509-512
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• 2006

국내 대형 기력발전단지에서 냉각수로 사용되고 방류되는 해수는 약 150cms로 (100Mwe 당 약 5cms) 약 3,000kW 이상의 수력에너지를 보유하고 있으나, 현재 활용되지 못하고 그대로 해양으로 방류되고 있다. 발전소 방수로는 흐름조건이 비교적 균일하고, 파랑 내습이 없으며 부유사 해조류, 부유물 충돌 등의 문제가 발생하지 않아 자연 해양조건보다 조류력 발전에 매우 유리하나 수심이 낮고, 순환수 계통에의 영향으로 다수의 수차를 설치하기는 어려운 조건을 지니고 있다. 따라서, 인공수로의 균일하고 양호한 흐름조건에 적합한 보다 경제적인 수차를 개발하고, 발전량을 증대하기 위한 수차 배치 기술, 수차 및 발전기 지지구조물의 설계 기술, 계통 연결기술 등을 개발할 필요가 있으며, 이를 위하여 시험용 조류식 발전시스템을 제작하여 수차의 성능 및 전체 발전시스템의 성능을 평가하여 발생되는 문제점을 해결하고자 한다. 본 연구에서는 시험용 조류식 발전시스템을 하동화력발전소 방수로에 적용하기 위하여 현장 특성 분석, 형식 선정, 발전량 산정 등의 시스템 설계를 수행하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.239-239
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• 2018

위성 및 드론을 이용한 원격탐사 기술이 발전하고 다양한 산출물이 나타남에 따라 수자원 및 하천관리 분야에서 원격탐사기술 활용의 폭이 넓어지고 있다. 원격탐사 영상에서 획득할 수 있는 기본적인 가시영상 이외에도 적외영상, 초분광영상, 수위정보, 레이더 반사도 등을 활용하여 하천정보를 추정하려는 시도가 이루어져왔다. 본 연구에서는 원격탐사 영상에서 획득한 하폭을 기반으로 수리학적 하천유량산정을 기법을 적용하기 위해 등류 및 부등류 해석이 가능한 알고리즘과 프로그램을 개발하였다. 등류해석을 위해 GUI 기반 프로그램을 개발하였으며, 특정 하폭에서의 하천유량을 신속하게 계산할 수 있도록 단면 특성분석 모듈과 운동파 방정식 기반의 Manning 유속공식이 적용되도록 구성하였다. 또한, 부등류해석을 위해 스크립트기반의 프로그램을 개발하였다. 부등류 해석 프로그램에는 하천유량을 경계조건으로 수위를 계산하는 일반적인 부등류 수면곡선식의 해석절차를 하폭기반 원격하천 유량 산정 목적에 맞게 재구성하여 원격탐사기술로 획득한 하폭을 경계조건으로 하천 유량을 시산하는 알고리즘을 구현하였다. 본 프로그램을 활용하여 한국건설기술연구원 하천실험센터에서 드론을 이용한 등류/부등류 실험결과를 해석하였으며, 등류 흐름조건에서는 두 가지 해석방법 각각 14.3%, 14.7%의 유사한 평균상대오차를 나타내었고 부등류 흐름조건에서는 등류해석은 62.6%, 부등류해석은 15.8%의 평균상대오차를 나타내었다. 실규모하천에서의 원격하천유량 산정을 위해서는 등류기반 해석방법에 비해 비균일 하천단면에서의 부등류 현상을 모의할 수 있는 하폭기반 부등류 수면곡선의 시산 알고리즘이 유리한 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.289-289
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• 2018

하천의 유사는 이동 형태에 따라 소류사와 부유사로 분류되는데, 대부분의 자연하천에서 유사는 난류로 인해 부유사의 형태로 이송된다. 하천 흐름 내 부유사는 크기와 모양이 서로 다른 입자들로 구성되어 있으며, 부유사의 입도 분포는 유사의 특성 뿐 아니라 흐름의 유사 이동 능력과 같은 유수동역학적 특성 또한 함께 고려되어야 한다. 유사의 입도 분포는 통계적인 방법을 통해 결정되며, 일반적으로 모래 하천의 입도 분포는 로그 정규 분포를 따르는 것으로 알려져 있다. 이에 본 연구에서는 부유사의 입도 분포 모형을 이용하여 다양한 흐름 조건 하에서의 입도분포를 살펴본다. 비점착성 유사의 입도 분포 모형은 점착성 유사의 입도 분포 모형으로부터 얻어지며, 1차원 유사 이동 모형과의 결합을 통해 다양한 흐름 조건에서 부유된 유사의 입도 분포를 모의할 수 있다. 여러 연구결과를 분석한 결과, 부유사의 입도 분포는 최빈치가 하나인 단최빈 분포(Unimodal Distribution)가 대다수를 차지하였으나, 최대 빈도가 두 개 이상 나타나는 쌍최빈 분포(Bimodal Distribution) 또한 흔히 나타나는 것이 확인된다. 본 연구에서 개발된 비점착성 유사의 입도 분포모형은 단최빈 및 쌍최빈이 나타난 실험실 실험 자료를 이용하여 검증된다. 단최빈의 입도 분포를 나타내는 실험 결과 2가지와 쌍최빈의 입도 분포를 나타내는 실험 결과 2가지를 이용하였을 때, 총 4가지의 다양한 유수동역학적 조건 하에서 비점착성 유사의 입도 분포가 합리적으로 모의되는 것이 확인된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.1621-1625
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• 2006

하천은 여러 하천의 연결망으로 구성되어 있으며, 연결부는 절점으로 이루어져 있고, 이 절점은 하천이 합류하는 곳으로서 하천의 시스템을 구성하는 가장 중요한 요소이다. 최근에 친자연 하천 복원 등의 많은 사업을 하고 있음에도 불구하고 이에 대한 검토가 거의 이루어지지 않고 있으며, 이를 검토하고 이해하는 것이 하천을 복원하고 관리하는데 매우 중요하다. 본 연구는 본류와 지류의 하상경사 및 하상고가 다르고, 유사 유입조건이 다른 비평형 유입조건을 갖고 있으며, 하폭이 넓고 수심이 상대적으로 얕은 합류부에서 흐름 및 하상변동에 관하여 수치모의를 수행하여 그 특성을 파악하는데 그 목적이 있다. 적용 대상지역은 금강과 미호천의 합류부로서, 흐름 특성 및 하상변동을 모의하기 위하여 RMA-2와 SED2D를 이용하였다. 유량의 증가에 따라 흐름에 대한 유속이 증가하며, 전단층의 길이가 증가하고, 합류부의 우안의 정체수역에서 발생하는 와(vortex)의 크기도 증가하였다. 부유사의 농도는 실제 상황에 맞도록 비평형 유입조건을 사용하였으며, 미호천에서 유입되는 유사의 농도에 영향을 받아, 합류직후에도 유사의 농도가 높으며, 전단층을 경계로 하여 농도 띠가 하류로 유지되었으며, 합류 후에는 우안에서는 하상이 상승되었다.