• 대한토목학회논문집
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• 제29권3B호
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• pp.239-245
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• 2009

제방은 형태 및 구성이 중력댐과 유사한 수리구조물이나, 외력조건에서 중력댐과 다른 특성을 가진다. 제방은 제외지의 수위와 흐름의 영향을 복합적으로 받는 구조물로서 하천의 흐름조건을 무시한 기존 연구와 같이 침투 안전성 해석을 시행하는 것은 바람직하지 않다. 본 연구에서는 하천제방 주변의 흐름인 사다리꼴 개수로 흐름구조와 제외지 흐름이 제방침투에 미치는 영향을 분석하기 위한 실험을 수행하였다. 사다리꼴 개수로 흐름구조는 유속분포 및 바닥면 전단응력에 있어 직사각형 개수로 흐름과 상이하였다. 또한 유속이 0.5 m/s인 경우에 침투 수두는 흐름이 없는 경우와 비교하여 10%정도 크게 나타났다. 이러한 현상은 동수두, 이차류, 난류 변동성분에 의한 인자, 그리고 다양한 물리적 영향에 기인한다. 따라서 침투해석의 외력조건은 수위뿐만 아니라, 흐름에 의한 영향을 고려할 필요가 있다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권12호
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• pp.712-721
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• 2017

본 최근 전 세계적으로 홍수의 강도와 빈도가 증가하고 있어 홍수재해가 큰 문제로 대두되고 있다. 이 중 가장 큰 비중을 차지하는 홍수재해는 태풍 및 집중호우와 동반되는 홍수라고 할 수 있다. 이로 인해 하천의 수위가 제방의 둑마루까지 상승하여 월류하는 피해가 발생하고 있으며 이러한 피해는 시설물 자체의 피해뿐만 아니라 제내지의 인명 및 재산피해도 함께 유발시킨다는 점에서 대책 마련이 시급하다. 제방이 월류하였을 때 제방이 붕괴되는 것과 붕괴하지 않고 단순 월류하는 경우의 피해정도는 매우 다르며 제방 자체의 피해는 발생하더라도 붕괴되지 않으면 제내지로 유입되는 유량을 현저히 감소시켜 홍수피해를 감소시킬 수 있다. 따라서 제방의 붕괴가 발달하기 시작하는 뒷비탈의 보호는 중요한 홍수방어방법의 하나다. 본 연구에서는 제방뒷비탈 월류보호공의 형상과 유공율에 따라 수리학적으로 유리한 보호공을 제안하고 각 보호공의 안정성 검토를 위하여 수리실험을 수행하였다. 수리실험을 통해 제방뒷비탈 보호공의 안정성은 보호공의 단위면적당 중량과 높은 상관성이 있음을 규명하고, 보호공이 이탈되는 순간의 유속인 한계유속과 단위면적당 중량과의 관계식을 도출하였다. 본 연구결과를 통하여 국내에서는 아직 도입되지 않은 자연친화적 월류보호공이 현장에 적용됨으로써 홍수시 월류에 의해 발생하는 인명 및 재산피해를 경감시키고, 더 나아가서는 자연친화적인 하천공간이 조성될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제14권3호
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• pp.209-221
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• 2002

본 논문에서는 파랑에너지를 이용하여 항외의 해수를 항내로 유도하여 항내의 해수순환을 향상시키는 방법에 대하여 검토하였다. 파랑에너지를 활용하여 항내의 해수순환을 도모하기 위한 해안구조물로서는 월류제를 채택하여 제주외항에 적용하고 그 효과를 확률적인 관점에서 정량적으로 평가하였다. 월류제를 통한 해수유입량은 파고와 조위에 의하여 결정되는 것으로 가정하였으며 해수유입율과 파고 및 조위간의 함수관계는 수리모형실험 결과로부터 구하였다. 파랑수치모형의 후산자료와 검조소의 조위관측자료로부터 계산된 파고와 조위의 확률분포로부터 월류제를 통한 해수유입량의 확률분포를 구하는 방법을 제시하여 제주 외항에 적용한 결과 월류제를 통한 유량의 확률분포는 Gamma 함수에 근접하는 것으로 나타났으며 월류제의 최적위치에 대해서도 논의하였다. 그리고 월류제의 유무에 따른 항내오염확산을 계산하여 월류제에 의한 항내수질정화효과를 평가하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제45권6호
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• pp.569-581
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• 2012

하천 제방은 홍수 시 유수를 원활하게 소통시키고 제내지를 보호하기 위해 하천을 따라 축조한 시설이다. 하지만 이러한 제방도 침투로 인해 제내지측 사면에 포화표면이 지속적으로 발생하게 되면, 제방은 파괴될 수 있다. 제체 침투에 의해 발생되는 침윤선은 적절한 배수 체계를 이용하여 강하될 수 있다. 본 연구의 목적은 제내지 비탈 끝에 설치되는 배수공을 통한 침투조절의 효과를 제시하고, 각기 다른 형상을 하고 있는 미국의 공병단과 일본의 국토개발기술연구센터에서 제시한 배수공의 효과를 비교, 검토하는데 있다. 이를 위해 배수공의 포함 여부에 따른 제방 침투에 관한 모형실험을 수행하였다. 축조된 제방 모형의 규격은 둑마루폭 0.5m, 하부폭 2.6m, 사면경사 1 : 2, 제방 높이 0.55m이고, 제외지측 수위는 0.5m이다. 미 공병단의 배수공은 삼각형이고 일본의 국토개발기술연구센터의 배수공은 사각형이며, 각각의 배수공 폭은 0.4m로 설치하였다. 배수공을 포함하지 않은 제방 모형에서는 침투에 의해 제내지측 사면에 포화표면이 발생하였으나, 미 공병단과 일본의 국토개발기술연구센터에서 제시한 배수공을 포함한 제방에서는 모두 포화표면이 발생하지 않았다. 이러한 모형실험의 결과는 SEEP/W를 통한 수치모의 모형의 보정과 검증에 활용되었다. 그리고 배수공의 폭을 5 cm씩 줄여가며 수치모의를 수행해 본 결과, 일본의 국토개발기술연구센터식 배수공이 미국의 공병단식 배수공에 비해 다소 안정한 것으로 분석되었다. 또한, 일본의 국토개발기술연구센터식 배수공은 시공이 쉬운 장점이 있다. 본 연구의 결과는 향후 배수공을 이용한 제방의 침투조절 계획에 활용될 수 있을 것으로 전망된다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제10권1호
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• pp.1-10
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• 2023

제방은 기본적으로 물이 넘치지 않도록 하기 위하여 조성되는 구조물이다. 개발된 제방보강 기술은 바이오폴리머와 골재를 혼합하여 제방의 붕괴로 발생되는 대규모 재난을 방지하기 위한 기술로 제방의 세굴 및 붕괴 등을 억제하는데 목적이 있다. 개발된 기술은 호안 사면 등에도 활용이 가능하지만 시공성이 수월하여 월류파괴에 대한 대응 기술로 적용하기 용이하다. 개발된 기술을 현장에 적용하기 위해서는 기술의 안전성을 확보해야 하므로 현장시범사업 등 실제 적용에 대한 연구가 필요하다. 하지만 월류 파괴는 현장에서 시범사업을 수행할 수 없으므로 본 연구에서는 실규모 실험을 통해 현장 적용성 연구를 수행하였다. 실규모실험은 안동에 위치한 하천실험센터에서 수행하였으며, 인위적인 월류를 통하여 제방 세굴 및 붕괴 상황을 검토하였다. 실험결과 개발기술이 월류파괴에 대해 대응 가능하고 붕괴를 억제할 수 있는 기술로의 실증을 수행하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제48권12호
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• pp.1077-1087
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• 2015

제방은 홍수가 발생했을 때 하천의 범람을 막아 제내지의 인명, 가옥, 재산 등을 보호하는 중요한 기능을 하는 하천구조물이다. 제방의 붕괴원인은 크게 월류에 의한 붕괴, 침투에 의한 붕괴, 침식에 의한 붕괴로 분류되며, 침식에 의한 붕괴를 방지하기 위하여 호안을 설치한다. 따라서, 이러한 호안의 안정성은 제방 전체의 안정성과 직결되는 중요한 요소이다. 특히, 흐름의 강도가 증가하는 만곡부와 같은 수충부에서는 호안의 안정성이 급격히 저하되므로 이에 대한 연구가 필요한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 경질성 호안의 수리실험을 통해 만곡수로에 설치된 호안의 취약지점을 파악하였으며 주요 지점의 유속과 수위를 측정하였다. 또한, 동일한 조건으로 3차원 수치해석을 수행하여 실험에서 계측장비의 한계로 확인하기 어려운 흐름특성을 분석하였다. 그 결과 제방사면의 전단응력이 크게 산정된 부분과 사석호안이 붕괴된 위치가 거의 일치하는 것으로 나타났으며 전단응력은 작으나 붕괴가 발생한 지점에서는 만곡의 영향으로 발생한 2차류에 의해 순환흐름이 발생되어 호안의 붕괴를 유발하는 것으로 나타났다. 기존의 사석산정공식을 이용하여 사석호안의 규모를 결정하였으며 하도의 평균유속보다 국부적인 최대유속으로 산정하였을 때, 1.5~4.7배 크게 산정되었다. 본 연구를 통해 만곡수로에서는 직선수로에서와는 사석의 규모를 산정하는 방법을 달리해야하는 것을 알 수 있었으며, 추후 곡률반경 및 구조물에 대한 영향을 고려하고 대표형상에 대한 가중치를 부여 할 수 있으면 보다 합리적이고 정확한 호안사석의 규모를 결정할 수 있을 것으로 예상된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제53권3호
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• pp.167-179
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• 2020

최근 바이오폴리머 소재를 이용하여 자연 흙의 강도와 식생의 생장을 증진하는 새로운 제방 소재가 개발되었다. 본 연구에서는 바이오폴리머 혼합토를 친환경 제방 재료로 활용하기 위해 혼합토로 조성된 식생 매트의 한계 소류력을 평가하였다. 혼합토는 베타글루칸을 주재료로 모래와 황토를 혼합하여 조성하였다. 실규모 시험체를 제작하여 혼합토를 3 cm 도포하였으며 식생과 매트를 이용하여 4개의 시험체를 제작하였다. 실규모 실험에 의해 손상과 토양유실을 관측하여 한계 소류력을 결정하였다. 식생 호안의 특성상 식생의 피복도에 따라 영향을 받기는 하지만 식생이 활착된 경우 개략적으로 한계소류력 42 N/㎡, 한계유속 4 m/sec을 실험을 통해 확인하였다. 또한 매트공법이 적용된 경우에는 뿌리와 매트의 결합으로 침식저항성이 강화됨을 확인하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권1호
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• pp.537-544
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• 2017

본 연구에서는 평탄지형의 제내지에서 제방붕괴속도에 따른 범람홍수파 선단의 전파 특성을 규명하기 위하여 제내지와 하도로 이루어진 실험수조에서 실험을 수행하여 전파 거리를 산정하였다. 실험에 의해 측정된 전파거리를 시간에 대한 상관식으로 나타내기 위하여 댐붕괴에 의한 수로에서의 홍수파의 1차원 흐름 해석해인 Ritter의 해에 3차원 거동특성을 반영할 수 있는 상수 k와 m을 도입한 일반식에 실험결과를 적용하여 실험식을 도출하였다. 기존 연구에서 하도내의 초기수위가 범람홍수파의 전파속도에 지배적인 영향을 준다는 사실은 알려져 있으나, 본 실험연구를 통해 제방붕괴속도도 범람홍수파의 전파속도에 영향을 주며, k와 m이 상수가 아닌 제방붕괴속도와 선형관계를 갖는 변수임을 밝혔다. 실험결과를 이용하여 범람홍수파 선단의 전파거리를 산정할 수 실험식을 제시했으며, 범람홍수파의 전파속도 산정시 하도내의 초기수위뿐만 아니라 제방붕괴속도도 고려해야 함을 본 연구를 통해 확인할 수 있었다. 본 연구에서는 대규모 제내지 범람실험을 수행하여 범람양상을 관찰하고 수리학적 관점에서 해석하였으며, 실험결과를 토대로 제방붕괴속도에 대한 홍수파 전파속도의 상관관계도 제시하였다. 본 연구결과는 홍수위험지도 작성이나 긴급대피계획 수립시 기본적인 판단 자료로 사용할 수 있으며, 2차원 범람 수치모형 검증시 유용한 자료로 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권5호
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• pp.557-565
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• 2016

지구온난화 및 이상기후의 영향으로 극한홍수의 발생확률 및 규모가 증가함에 따라 수공구조물의 붕괴위험도 함께 증가하고 있다. 대표적인 수공구조물인 제방의 붕괴 시 막대한 붕괴유량이 제내지로 유입되어 많은 침수피해를 발생시킨다. 이러한 피해를 예측하기 위해 붕괴유량을 정확히 파악하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 제방붕괴단면의 비대칭성에 따른 붕괴유량의 변화를 분석하였다. 수리실험결과를 통해 제방의 붕괴가 진행됨에 따라 붕괴단면의 비대칭성이 어떻게 변화하는지 BASD를 계산하여 분석하였다. 그 결과, 붕괴유량과 BASD의 관계를 도출할 수 있었다. 또한, 3차원 수치모의를 통해 동일한 조건하에서 붕괴단면의 비대칭성에 따른 붕괴유량의 차이를 비교하였다. 이는 기존에 침수면적을 예측하기 위해 사용한 붕괴단면의 직사각형 가정은 붕괴유량이 과다하게 산정됨을 알 수 있었고 붕괴단면의 BASD에 따라 붕괴부에서 간섭현상이 발생하여 붕괴유량이 감소하는 것으로 나타났다. 범람 수치모의 시 제방붕괴 단면의 BASD를 고려하여 보다 정확한 붕괴유량을 산정한다면 정확한 예상침수면적을 도출할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제49권11호
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• pp.931-939
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• 2016

국보 285호인 반구대 암각화는 EL.53~57 m에 위치해 있으며, 하류에 설치된 사연댐의 만수위 EL.60 m로 인해 매년 5~6개월 동안 침수와 노출이 반복되어 훼손이 심화되고 있다. 본 연구에서는 물과의 접촉을 차단시켜 암각화를 보존하는 방안으로서, 암각화 전면에서 약 80 m 떨어진 곳에 약 440 m의 차수형 제방을 설치하고 기존 하폭에 준하는 수로를 개설하는 생태제방안을 제안하였다. 이 안의 타당성을 검토하기 위해 저수지와 하천의 흐름특성을 고려할 수 있는 수리모형을 1:50축척으로 제작하여, 수로변경에 따른 신설 제방구간과 상 하류 대곡천의 수리학적 변화를 분석하였다. 연구결과, 사연댐 여수로를 EL. 60 m와 EL. 54 m로 고려한 생태제방 1안과 2안 모두 신설되는 수로에서 유속과 수심변화 등이 크지 않았으며, 허용유속과 소류력 기준으로 판단하면 흙과 돌 등 자연재료로 생태제방 조성이 가능할 것으로 판단된다. 수면경사가 크게 되는 2안이 1안보다 수로 내에서의 유속이 더 빠른 것으로 나타났고, 특히 2안은 유입부 좌안에서 와류가 발생하므로 이에 대한 대책이 필요한 것으로 보인다.