• 한국수자원학회논문집
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• 제40권3호
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• pp.265-276
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• 2007

홍수터에 식생된 하도에서 수리학적 특성의 이해는 하천복원사업을 계획하거나 홍수터를 관리하는데 중요하다. 본 연구에서는 길이 16 m，폭 0.8 m 의 실험수로에 인공식생을 이용하여 수리학적 특성변화를 분석하였다. 실험수로 단면은 단단면과 복단면으로 구분하였다. 하상경사는 0.5 %，유량은 $0.2\;m^3/s\;{\sim}\;0.4\;m^3/s$ 범위이고，수심비，식생밀도, 식생 위치를 변화시키면서 실험을 수행하였다. 단단면 수로 저면에 식생하였을 경우 수심비가 약，3.5 이상부터는 식생에 의한 수위 증가는 거의 없는 것으로 관측되었다. 복단면 홍수터에 관목을 식생 할 경우 수위 상승량은 최대 6% 정도이며，저수로 내 유속은 식생전의 단면평균유속에 비하여 약 25% ${\sim}$ 85% 정도로 증가하였다. 홍수터 식생에 의한 저수로 유속 증가량은 식생밀도와 비례하고 수심비와는 반비례한다. HEC -RAS 및 RMA-2 모형을 이용하여 산정된 식생 구간의 조도계수 범위는 단단면의 경우 0.055 ${\sim}$ 0.14 이며， 복단면에서는 0.063 ${\sim}$ 0.085 정도로 산정되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.236-236
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• 2018

한국농어촌공사 농어촌연구원에 구축되고 있는 대형 수리모형 실험시설은 수공구조물에 대한 수리모형실험 수행, 설계기준 제 개정, 호안 검인증제도 지원 등 국가의 정책지원과 개방 공유를 통한 국내 건설기업의 하천분야 신기술 개발 및 국가 경쟁력 확보, 하천 관련 원천기술 확보 등 다양한 목적을 가지고 진행되고 있는 대규모 분산공유형 실험시설에 해당한다. 본 사업의 일환으로 현재 구축 진행되고 있는 7종의 실험수로는 장기하상변동, 토석류, 실규모 호안블록, 감세공 수리특성, 신형어도개발 등 다양한 수리특성에 대한 계측 및 분석이 가능한 대형 실험시설에 해당한다. 7종의 실험수로는 PIV시스템의 연계 계측이 가능한 1) 고정식개수로, 2) PIV실험수로와 1/5의 역경사 재현이 가능한 3) 가변식경사수로, 호안블록 및 사석의 소류력 측정이 가능한 4) 고정식급경사수로, 토석류흐름 측정이 가능한 5) 가변식하도실험수로, 장기하상변동 분석을 위한 6) 대형유사순환수로, 부유사의 침 퇴적 양상 재현을 위한 7) 소형유사순환수로로 구성되어진다. 7종의 실험수로는 '18년 2월에 착공하여 현재 실시설계도서를 검토 중에 있으며, 18년 9월에 준공될 예정이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.21-21
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• 2022

충적하천의 하상과 제방은 흐름에 의해 쉽게 침식되는 사립자들로 구성되어 있다. 흐름이 더욱 강해지면 커다란 입자들도 움직이게 되고 더욱 커지면 결국 모든 입자들이 움직인다. 이렇게 흐름에 의해 하상과 제방을 구성하는 사립자들이 움직이기 시작하는 상태를 한계운동이라 하며, 이때의 흐름조건을 한계조건이라 한다. 한계조건은 이동상 수리학의 시작으로, 이때부터 흐름은 물과 유사의 혼합이라는 이상류가 되어 순수한 물의 흐름보다 더 복잡하게 된다. 개수로는 관수로와 달리 반드시 자유수면이 있으며, 따라서 물과 공기와의 마찰은 상대적으로 매우 작으므로 개수로의 전단응력 분포는 관수로와 달리 근본적으로 비대칭이다. 따라서 전단응력은 수로 바닥이나 측벽에서만 작용하게 된다. 한계조건은 이러한 추상적인 의미에 앞서 바닥이 침식되지 않는 하도나 수로의 설계 등에 기본적인 자료가 된다. 개수로에서 경계면의 전단응력을 힘으로 표시하는 것을 통상 소류력이라 하며, 개수로 경계면에서 전단응력의 분포도; 이른바 단면의 평균 전단응력의 개념을 도입하여 해석하고 설계기준으로 제시되고 있다. 본 연구에서는 자연하천과 유사한 조건의 건설기술연구원 하천실험센터의 급경사수로에서 연구를 진행하였으며, 기존 연구를 바탕으로 제작된 소류력 측정장치를 이용하였다. 하천의 설계나 평가에 적용되는 평균 소류력 개념은 복잡한 난류흐름에서 평가지표로써 대표하기 힘들기 때문에 유사 하천환경의 바닥에서 발생하는 소류력을 직접 측정하고자 연구를 진행하였고, 연구결과를 기존의 소류력 산정방법과 비교하였다. 본 연구에 사용된 장치는 실규모 실험을 위해 제작되었으며, 실규모 적용성 검토를 위해 실험실에서 충분한 검증실험을 거친 후 실규모 실험에 적용하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.669-673
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• 2008

본 연구에서는 식생 하층 및 상층영역의 층평균 유속 및 유속 분포에 관련한 모형을 제시하였다. 제안된 모형을 정상류 흐름에 적용할 경우, 수심, 경사, 식생밀도, 식생높이와 같은 기본조건만을 이용하여, 각 층의 평균유속 뿐만 아니라 유속 분포를 산정할 수 있다. 모의 식생 및 레이저 도플러 유속계를 이용한 실내 수리실험을 수행하여 제안식의 적용성 및 정확성을 파악하였고, 기존 문헌 자료의 유속 및 식생 자료를 이용하여 범용성을 확인하였다. 분석 결과 본 연구에서 제시된 제안식이 비교적 정확하게 각 식생층의 평균유속을 산정하는 것으로 나타났으며, 식생조건 및 흐름조건의 변화에 따른 조도계수의 변화 양상에 대해 살펴보았다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.609-609
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• 2012

각종 하천 정비, 개발 등의 사업의 증가와 함께 홍수 등 자연재해의 취약지점으로 주목 받고 있는 하천 합류점에 대한 관심도 높아 가고 있다. 본 논문에서는 특히 자유 수면의 재현을 위하여 3차원 유한요소법 기반의 레블셋 기법을 이용하여 합류부의 수리 특성을 모의하였다. Navier-Stokes 방정식의 공간차분에는 Characteristic Galerkin 기법을, 시간차분에는 Fractional Four-step 기법을 적용하였다. 상류와 사류 상태 모두에 대하여 실험 결과에 근접하는 좋은 결과를 얻을 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.461-461
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• 2016

이상기후로 인하여 제방붕괴에 대한 위험성이 높아지고 있고, 이로 인해 발생하는 제내지 내 붕괴 홍수파에 대한 연구가 증가하고 있다. 특히 홍수파 선단의 이동 속도 추정은 제내지의 위험성을 예측하고, EAP 등을 수립하는데 매우 중요한 자료가 될 수 있다. 제내지에서의 선단 홍수파에 대한 예측을 하기 위해서는 해당 지역의 하천특성, 수리특성 및 제방 등 수공구조물 특성뿐만 아니라, 제내지의 지형 및 토지이용 현황 등을 조사하여 수리실험이나 수치모의를 수행해야 하는 것이 일반적이다. 수치해석의 경우 수리실험에 비하여 경제성 및 효율성 측면에서 뛰어날 수 있으나, 제방 붕괴과정 및 메커니즘을 반영하기가 불가능하다. 이에 반해 수리모형실험의 경우 제방붕괴 양상 및 그 과정의 재현이 가능하기 때문에, 제내지에서의 선단홍수파 전파에 관한 보다 정확한 양상을 파악할 수 있을 것이다. 그러나 이러한 실험은 실제 크기의 하천이 아닌 축소모형 또는 개수로에서 수행되었기 때문에, 초기 홍수파의 전파가 축척효과(Scale effect)의 영향을 받을 가능성이 매우 크다. 특히 선단 홍수파의 경우 파가 진행되면서 수심이 낮아지고, 유속이 느려지기 때문에 그 영향은 점차 증대된다고 할 수 있다. 이에 본 연구에서는 이러한 초기 선단 홍수파의 표면장력 영향을 고려한 보정 계수 산정에 대한 연구를 수리실험을 통해 수행하였다. 연구는 크게 4가지 과정으로 구성되었다. 첫째는 농도-표면장력의 관계 규명이며, 둘째는 표면장력-홍수파 전파 속도 관계 규명이다. 셋째는 표면장력과 Weber Number(We)의 관계를 도출하는 것이며, 마지막은 We를 이용하여 한계조건을 제시하는 것이다. 실험은 계면활성제의 농도를 변화시켜가며, 얇은 유리관(D=1.0 mm)에서 물의 상승 높이 및 접촉각을 측정하여 농도와 표면장력의 관계를 측정하였으며, 이러한 결과를 바탕으로 물의 표면장력을 변화시켜 가며 $0.5(B){\times}0.3(L){\times}0.2(H)m$의 Head-tank에 설치된 수문을 빠르게 개방하여, 홍수파가 퍼지는 양상을 관측하였다. 홍수파의 이동 속도는 진행시간에 따라서 퍼짐 넓이를 측정하여 제곱근을 취하는 방식으로 평균속도를 산정하였다. 이러한 관계를 이용하여 표면장력이 없을 경우의 이동속도 및 ??를 도출하였다. 본 연구를 통해 홍수파 전파 특성에 대한 수리실험 자료를 바탕으로 Weber 수를 도출하여 표면장력의 영향을 받는지 여부를 판단할 수 있으며, 표면장력의 영향을 받을 경우, 제시된 결과를 이용하여 홍수파 선단의 속도를 보정할 수 있다. 본 연구 결과는 토대로 축소모형으로 수행되는 홍수파 전파에 대한 수리실험결과의 보정 기초자료로 매우 유용할 것으로 판단된다.

• 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 2012년도 학술발표회
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• pp.143-143
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• 2012

최근 우리나라 주요하천에 걸쳐 수행된 '4대강 살리기 사업'에서는 하천에서 발생하는 홍수 및 가뭄재해의 방지를 위한 다양한 사업이 추진되었다. 특히 안정적인 용수공급과 재해방지를 위한 수위확보를 목적으로 4대강 16 개 구간에 걸쳐서 일반적 형태의 고정보와 함께 다양한 형상과 운영방식이 적용된 가동보로 이루어진 다목적보가 설치되었다. 본 연구에서는 4대강 유역(한강, 낙동강, 영산강, 금강)에 설치된 16 개 가동보의 형식 중 4곳(강정고령보, 강천보, 합천창녕보, 창녕함안보)에 적용된 라이징 섹터 게이트(rising sector gate)의 수리학적 특성을 분석하고자 가동보의 수리실험 모형을 개수로에 설치하여 보 주변에서의 흐름 및 난류 특성을 분석하고자 하였다. 4대강 유역에 설치된 라이징 섹터 게이트의 설치목적은 일반적인 고정보의 문제점으로 대두되고 있는 보 상류부의 퇴적토를 신속하게 배사(sediment flushing)하는 데 있다. 이를 위해서는 우선 배사 시에 보 하단부에서 최대유속을 발생시키면서 동시에 최적의 상하류 수위조건을 만족시키는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 개수로에 설치된 가동보의 수문개방도에 따른 유속분포를 측정하였다. 보 주변에서의 보다 정밀한 유속장의 측정을 위해서 비접촉식 유속측정 방법인 PIV 측정방법을 이용하였다. PIV 측정방법은 일정한 입경과 밀도를 가지며 레이저 반사율이 높은 입자를 흐름에 투입하고 laser 발생장치로 laser sheet를 생성하여 레이저가 반사되어 나타나는 입자 각각의 시간변화에 따른 변위를 CCD 카메라로 가시화한 뒤 유속벡터값을 추출할 수 있게 한다. PIV 측정방법으로 유체의 흐름을 파악하고 시간평균된 유속결과를 바탕으로 난류 특성을 분석하였다. 수로전체 구간에 대하여 3차원 수치해석 프로그램인 FLOW-3D 모의결과와 비교하여 분석하였다. 실험을 통한 유속결과와 수치해석결과는 실험을 통한 유속결과와 비교 분석하였으며, 적용성을 검증한 후 다양한 조건에 대한 설계방안 및 유지관리에 활용하고자 한다.

• 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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.53-53
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• 2020

오염물질 유출 사고가 발생했을 경우 안전한 수자원의 관리 및 공급을 위해 오염물질의 혼합거동에 대한 정확한 해석이 필요하다. 하천에 유입된 오염물질의 혼합 거동에 영향을 미치는 인자들은 다양하지만, 수리구조물 등에 의해 발생한 저흐름 영역에 의해 오염물질이 정체되는 현상에 대한 연구는 아직 미흡한 실정이다. 특히, 국내 하천에는 약 33,000여 개가 넘는 취수보가 설치되어 있으며, 이 보들은 대부분 광정보 형태의 농업용수 취수를 목적으로 하고 있다. 이러한 보에는 저유량 시기에 보 상하류간의 흐름을 원활하게 하기 위한 노치(notch) 형태의 배수로가 설치되어 있으며, 노치로 인하여 보 상류쪽에 연직방향 뿐만 아닌 수평방향 흐름장의 변화 및 저흐름 영역이 형성된다. 따라서 본 연구에서는, 노치가 설치된 보 구조물 주변에서의 수평 방향 흐름 구조 및 오염물질의 혼합 거동을 분석하여 하천 저장대 모형의 매개변수를 산정하였다. 저흐름 영역에 의하여 오염물질의 정체현상이 발생할 경우, 일반적으로 오염물질 혼합 해석에 사용되는 Fickian 이송-확산 모형은 농도의 공간 분포를 잘 재현하지 못하기 때문에 non-fickian 모형인 하천 저장대 모형이 널리 사용되고 있다. 하천 저장대 모형에서의 주요 매개변수로는 저장대 영역(저흐름 영역)의 면적과 질량교환계수가 있으며, 본 연구에서는 노치의 조건 변화에 따른 저장대 영역 및 질량교환계수의 변화를 분석하기 위하여 수리실험을 수행하였다. 노치의 조건 변화에 따른 저장대 모형의 매개변수 산정을 위하여 보 구조물이 설치되어 있는 개수로에서 수리실험을 수행하였으며, 광범위의 수평방향 흐름구조 및 오염물질의 혼합거동을 분석하기 위하여 LSPIV(Large Scale Particle-Image-Velocimetry) 및 PCA(Planar-Concentration-Analysis) 기법을 이용하여 유속 및 오염물질의 농도자료를 취득하였다. 취득된 유속 자료 및 농도자료를 바탕으로 보 상류에 위치한 저흐름영역의 크기 및 저흐름 영역과 주 흐름 영역 사이의 농도변화를 분석하였다. 실험자료 분석결과, 노치의 간격이 커질수록 저흐름영역의 크기 또한 증가하였으며, 오염물질의 체류시간 또한 증가하는 것으로 밝혀졌다.